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第二章 組成細胞的分子
第四節(jié) 蛋白質是生命活動的主要承擔者
【學習目標】
1.舉例說明蛋白質的功能。
2.理解并掌握氨基酸的結構特點及種類。
3.理解蛋白質的結構及其多樣性。
4.會進行與蛋白質有關的計算。
【基礎梳理】
一、蛋白質的功能
1.結構蛋白
構成細胞和生物體結構的重要物質，如 。
2.功能蛋白：
絕大多數 （細胞中化學反應的催化劑）都是蛋白質；
有些蛋白質具有 功能。例如，血紅蛋白能夠運輸氧；
有些蛋白質能夠 。例如胰島細胞分泌的胰島素能夠參與血糖的代謝調節(jié)，降低血液中葡萄糖的含量；
有些蛋白質有 功能，如抗體。
二、蛋白質的基本組成單位——氨基酸
1. 是組成蛋白質的基本單位。在人體中，組成蛋白質的氨基酸有 種，其中賴氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、甲硫氨酸、蘇氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、纈氨酸必須從外界環(huán)境中獲取，因此稱為 。
2.每種氨基酸至少都含有一個氨基（ ）和一個羧基（ ），并且都有一個氨基和一個羧基連接在 上。
3.氨基酸的分子結構通式為： 。
4.各種氨基酸之間的區(qū)別在于 的不同。
三、蛋白質的結構及其多樣性
1.一個氨基酸分子的氨基（—NH2）和另一個氨基酸分子的羧基（—COOH）相連接，同時脫去一分子水，這種結合方式稱為 。連接兩個氨基酸分子的化學鍵叫做 。由兩個氨基酸分子縮合而成的化合物叫做 。
2.組成一種蛋白質的氨基酸數目成千上萬，氨基酸形成肽鏈時，不同種類氨基酸的排列順序千變萬化 、 及其 ，因此蛋白質分子的結構極其多樣。
3.每一種蛋白質分子都有與它所承擔功能相適應的獨特結構，如果氨基酸序列改變或蛋白質的空間結構改變，就可能 。
【拓展延伸】
與蛋白質有關的計算
1.蛋白質的相對分子質量、氨基酸數、肽鏈數、肽鍵數和脫去水分子數的關系
（1）肽鍵數=脫去水分子數=氨基酸數-肽鏈數（對于環(huán)肽來說，肽鍵數=氨基酸數）；
（2）蛋白質的相對分子質量=氨基酸數×氨基酸的平均相對分子質量-脫去水分子數×18（若有p個二硫鍵生成，則還應減去2p）。
肽鏈數目 氨基酸數 肽鍵數目 脫去水分子數 氨基數目 羧基數目 多肽（蛋白質）
1條 n n-1 n-1 至少1個 至少1個 an-18×（n-1）
m條 n n-m n-m 至少m個 至少m個 an-18×（n-m）
2.蛋白質中游離氨基或羧基數的計算
（1）至少含有的游離氨基或羧基數=肽鏈數；
（2）游離氨基或羧基數=肽鏈數+R基中含有的氨基或羧基數；
（3）環(huán)肽中游離氨基或羧基數取決于構成環(huán)肽的氨基酸的R基中的氨基或羧基數。
3.蛋白質中原子數目的計算
（1）氮原子數=肽鍵數+肽鏈數+R基上的氮原子數=各氨基酸中氨原子數之和；
（2）氧原子數=肽鍵數+2×肽鏈數+R基上的氧原子數=各氨基酸中氧原子數之和-脫去水分子數；
（3）氫原子數=各氨基酸中氫原子數之和-脫去水分子數×2（若有p個二硫鍵生成，則還應減去2p）。
4.氨基酸的排列與多肽種類的計算
（1）假如有足量的n種氨基酸形成一個m肽，則形成鏈狀多肽的種類有nm種。
（2）假如有n種氨基酸形成一個n肽，且每種氨基酸只有一個，則形成鏈狀n肽的種類有n×（n-1）×（n-2）×…×1=n！種。
【課堂練習】
1.蛋白質是生命活動的主要承擔者，但在正常生理活動中它不能作為細胞的（ ）
A.重要結構物質 B.重要調節(jié)物質
C.主要供能物質 D.機體免疫物質
2.下圖是一類有機小分子的結構通式，以此為基本單位組成的物質是（ ）
A.糖類 B.脂肪 C.核酸 D.蛋白質
3.亮氨酸的R基為-C4H9，在一個亮氨酸分子中，含有碳和氧的原子數分別是（ ）
A.7、2 B.6、1 C.5、2 D.6、2
4.氨基酸有很多種，天然存在于生物體的氨基酸約有21種。下列屬于構成生物體氨基酸的是（ ）
A.① B.②④ C.①②③ D.①②③④
5.組成蛋白質的氨基酸之間的肽鍵結構式是（ ）
A.NH—CO B.-NH-CO C.-NH2-COOH- D.NH2—COOH
6.現(xiàn)有足量的甘氨酸、丙氨酸、谷氨酸3種氨基酸，它們能形成的三肽種類以及包含3種氨基酸的三肽種類分別最多有（ ）
A.9種，9種 B.27種，6種 C.18種，6種 D.6種，3種
7.形成蛋白質結構的層次，從小到大依次是（ ）
①氨基酸
②C、H、O、N等元素
③氨基酸脫水縮合
④多肽鏈盤曲、折疊 ⑤多肽
⑥蛋白質
A.②→①→③→④→⑤→⑥ B.②→①→③→⑤→④→⑥
C.②→①→⑥→⑤→③→④ D.①→②→③→⑤→④→⑥
8.蛋白質是生命活動的主要承擔者，其基本組成單位是氨基酸，現(xiàn)有兩種氨基酸，丙氨酸的R基為CH3，賴氨酸的R基為C4H10N，在它們縮合成的二肽分子中，含有的C、H、O、N原子數分別為（ ）
A.9、19、3、3 B.9、21、4、3 C.9、19、4、3 D.9、19、3、2
【答案以及解析】
1.答案：C
解析：A、有的蛋白質是細胞核生物體的重要的組成成分，A錯誤； B、有的蛋白質具有調節(jié)機體生命活動的功能，如胰島素，B錯誤； C、蛋白質可以氧化分解提供能量，但不是主要的能源物質，細胞生命活動主要的能源物質是糖類，C正確； D、蛋白質具有免疫功能，如抗體，D錯誤。
故選：C。
2.答案：D
解析： A、糖類中的多糖的基本單位是葡萄糖，不是氨基酸，A錯誤；B、脂肪的基本組成單位是甘油和氨基酸，不是氨基酸，B錯誤；C、核酸的基本單位是核苷酸，不是氨基酸，C錯誤；D、蛋白質的基本單位是氨基酸，為圖中的結構所示，D正確。故選D。
3.答案：D
解析：由題意知，亮氨酸的R基為-C4H9，因此亮氨酸的分子式為C6H13O2N。含有碳和氧的原子數分別是6、2.即D正確，ABC錯誤。
故選D。
4.答案：C
解析：組成生物體蛋白質的氨基酸特點：每個氨基酸分子至少有一個氨基（一NH2），一個羧基（一COOH），而且都有一個氨基和一個羧基連接在同一個碳原子上，這個碳原子還連接一個氫原子和一個R基團，R基不同，氨基酸不同。
①②③中有一個氨基和一個羧基連接在同一個碳原子上，這個碳原子還連接一個氫原子和一個基，屬于構成生物體氨基酸①②③正確；
④中有一個氨基和一個羧基，但沒連接在同一個碳原子上，不屬于構成生物體氨基酸，④錯誤。ABD錯誤，C正確。
故選C。
5.答案：B
解析：由脫水縮合反應可知羧基（-COOH）與氨基（-NH2）脫去1分子水后形成的部分是-CO-NH，是連接兩個氨基酸分子的化學鍵，即肽鍵。故選:B。
6.答案：B
解析：若3種氨基酸形成三E肽，每種氨基酸的數目不限，則構成的三肽有33=27 （種） ； 若是包含3種氨基酸的三肽，第一個位置的氨基酸有3種情況，第二個位置只能從剩余2種氨基酸中任選一種，第三個位置只能安放剩余的1種，共有321=6 （種）。故答案為B。
7.答案：A
解析：蛋白質的基本單位是氨基酸，氨基酸由C、H、O、N等元素組成：氨基酸經過脫水縮合形成多肽；一條或幾條多肽鏈連接在一起，形成一定的空間結構，構成蛋白質。所以形成蛋白質分子結構的層次，從小到大依次是②→①→③→④→⑤→⑥。故選A。
8.答案：A
解析：根據氨基酸的化學式C2H4NO2R和丙氨酸的R基為-CH3，賴氨酸的R基為-C4H10N，可推知丙氨酸的化學式是C3H7NO2，賴氨酸的化學式是C6H14N2O2。因此，它們縮合成的二肽分子中含有的C、H、O、N原子數分別為3+6=9，7+14-2=19、2+2-1=3、1+2=3。故選：A。

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