資源簡介

中小學教育資源及組卷應用平臺
第2課時　蛋白質的結構及其多樣性
學有目標——課標要求必明 記在平時——核心語句必背
1.說明氨基酸形成多肽或蛋白質分子的過程。2.分析蛋白質的結構多樣性與功能多樣性的關系，舉例說明蛋白質的結構是與功能相適應的。 1.氨基酸通過脫水縮合的方式形成蛋白質或多肽。2.蛋白質多樣性的原因：組成蛋白質的氨基酸的種類、數目、排列順序不同，肽鏈的數目及其形成的空間結構不同。
[主干知識梳理]
一、蛋白質的結構層次與脫水縮合
1．蛋白質的結構層次
2．脫水縮合的過程
(1)反應原理：一個氨基酸分子的氨基與另一個氨基酸分子的羧基相連接，同時脫去一分子水。
(2)過程①名稱：脫水縮合。
(3)物質②名稱：二肽。
(4)結構③名稱：肽鍵。
二、蛋白質結構多樣性的原因
1．蛋白質結構多樣性的原因
(1)不同蛋白質含有的氨基酸種類、數目、排列順序不同。
(2)肽鏈的盤曲、折疊方式及其形成的空間結構不同。
2．蛋白質結構與功能的關系
(1)蛋白質中氨基酸序列改變或蛋白質的空間結構改變，就可能會影響其功能，如人類的鐮狀細胞貧血。
(2)蛋白質在某些物理和化學因素作用下其特定的空間構象被破壞，從而導致蛋白質變性。
[邊角知識發掘]
1．結合教材P30“圖2 11 某種胰島素的二硫鍵示意圖”回答有關問題：
(1)該胰島素是由_______條肽鏈構成的，含有_____個二硫鍵。
(2)二硫鍵的形成過程表示為－SH＋－SH→2S＋2H，在該胰島素形成過程中，共脫去了________個H。
提示：(1)2　3　(2)6
2．血紅蛋白是由4條多肽鏈組成的蛋白質。下圖展示了血紅蛋白的水解和變性過程(教材P32“與社會的聯系”拓展)，回答相關問題：
(1)蛋白質變性和水解有什么區別？
提示：水解是蛋白質或者多肽中肽鍵斷裂，分解為氨基酸的過程，和脫水縮合的過程相反。變性是蛋白質空間結構被破壞的過程，此過程肽鍵不斷裂。
(2)食用熟雞蛋比生雞蛋更易于人體消化吸收，請分析其中的原因。
提示：高溫使蛋白質分子的空間結構變得伸展、松散，容易被蛋白酶水解。
[教材問題提示]
[思考·討論]　氨基酸怎樣構成蛋白質(教材P31)
1．氨基酸脫水縮合形成二肽、三肽……多肽；一條肽鏈按照一定形態盤曲、折疊構成空間結構；多條肽鏈構成更為復雜的空間結構。
2．食物中的蛋白質要經過胃蛋白酶、胰蛋白酶、腸肽酶等多種水解酶的作用，才能分解為氨基酸。這些氨基酸進入人體細胞后，要脫水縮合形成二肽、三肽……多肽，由多肽鏈構成人體蛋白質。人體蛋白質與食物中的蛋白質不一樣，其具有完成人體生命活動的結構和功能。
3．10個氨基酸能夠組成2110條互不相同的長鏈。氨基酸的數目、種類、排列順序的多樣性，以及蛋白質具有復雜的空間結構，是蛋白質種類多種多樣的原因。
新知探究一　氨基酸脫水縮合與蛋白質的形成
[在探究中學]
[任務驅動]　
下面是氨基酸之間發生一系列反應形成血紅蛋白的過程，結合教材內容完成以下探究。
(1)描述從氨基酸到蛋白質的形成過程：氨基酸→二肽→多肽→肽鏈盤曲、折疊→具有一定空間結構的蛋白質。
(2)參與脫水縮合的部分：兩個相鄰氨基酸，一個氨基酸氨基中的—H和另一個氨基酸羧基中的—OH。
(3)由2個氨基酸脫水縮合形成的化合物的名稱是什么？其內含有多少個肽鍵？在形成過程中脫去多少分子水？
提示：二肽；1個；1個。
(4)由n個氨基酸形成的含一條肽鏈的化合物名稱是什么？共形成多少肽鍵，失去多少分子水？
提示：n肽；n－1個肽鍵；n－1個水分子。
(5)①若n個氨基酸形成m條肽鏈，則形成肽鍵數和失去水分子數分別是多少？
提示：肽鍵數為n－m個，失去水分數為n－m個。
②試總結形成肽鍵數與氨基酸數和肽鏈條數的關系。
提示：肽鍵數＝失去水分子數＝氨基酸數－肽鏈條數。
(6)①一條肽鏈中至少含有多少個游離的—NH2和—COOH？若m條肽鏈呢？為什么是至少？
提示：各1個；各m個。因為R基中可能含有—NH2或—COOH。
②試總結蛋白質中至少含有游離氨基數和游離羧基數與肽鏈條數的關系。
提示：至少含有的游離氨基數或羧基數＝肽鏈條數。
[師說重難]　
1．氨基酸脫水縮合過程分析
(1)參與脫水縮合的部位：一個氨基酸氨基中的—H和另一個氨基酸羧基中的—OH。
(2)H2O中H和O的來源：H既來自氨基又來自羧基，O只來自羧基。
(3)—NH2和—COOH的數量和位置：一條肽鏈中至少含有一個游離的—NH2和一個游離的—COOH，分別位于肽鏈的兩端，其余的—NH2和—COOH位于R基中。
2．蛋白質形成過程的有關計算規律
(1)氨基數＝肽鏈數＋R基上的氨基數＝各氨基酸中氨基總數－肽鍵數。
(2)羧基數＝肽鏈數＋R基上的羧基數＝各氨基酸中羧基總數－肽鍵數。
(3)氮原子數＝肽鏈數＋肽鍵數＋R基上的氮原子數＝各氨基酸中氮原子的總數。
(4)氧原子數＝肽鍵數＋2×肽鏈數＋R基上的氧原子數＝各氨基酸中氧原子的總數－脫去的水分子數。
(5)氫原子數＝各氨基酸中氫原子的總數－2×脫去的水分子數。
(6)假設氨基酸的平均相對分子質量為a，由n個氨基酸分別形成1條肽鏈或m條肽鏈或環狀多肽：
形成的多肽 形成肽鍵數 脫去水分子數 氨基數目 羧基數目 多肽相對分子質量
1條肽鏈 n－1 n－1 至少1個 至少1個 na－18(n－1)
m條肽鏈 n－m n－m 至少m個 至少m個 na－18(n－m)
環狀多肽 n n 最少為0 最少為0 na－18n
(7)若蛋白質中含有二硫鍵(—S—S—)時，要考慮脫去氫的質量，每形成1個二硫鍵，脫去2個H。
[在應用中悟]
[典例1]　某蛋白質由100個氨基酸形成，含有4條多肽鏈，下列說法正確的是(　　)
A．該蛋白質含有96個肽鍵，只含有4個游離的氨基
B．形成該蛋白質，失去104個水分子
C．如果氨基酸平均分子量是128，則該蛋白質的分子量為 12 800
D．該蛋白質中含肽鍵96個，至少含有4個游離的羧基
[解析]　該蛋白質由100個氨基酸形成，含有4條多肽鏈，所以含有100－4＝96(個)肽鍵；由于R基中可能含有氨基，所以至少含有4個游離的氨基，A錯誤。形成該蛋白質，失去的水分子數＝氨基酸數－肽鏈的條數＝100－4＝96(個)，B錯誤。如果氨基酸平均分子量是128，則該蛋白質的分子量＝氨基酸分子量×氨基酸個數－失去的水分子數×18＝128×100－96×18＝11 072，C錯誤。由于蛋白質由100個氨基酸形成，含有4條多肽鏈，所以含肽鍵數＝100－4＝96(個)，至少含有的游離的羧基數＝肽鏈條數＝4，D正確。
[答案]　D
[典例2]　根據下列化合物的結構分析回答：
(1)該化合物含有________個肽鍵，圖中表示肽鍵的編號有________。
(2)該化合物稱為____________，形成該化合物的化學反應稱為____________。
(3)該化合物由________種氨基酸構成，各種氨基酸的區別在于R基不同，圖中表示R基的編號有__________。
(4)該化合物中含有的氨基數目和羧基數目分別是________、________。
[解析]　(1)由圖分析可知，該化合物中含有3個肽鍵，表示肽鍵的編號為③⑤⑥。(2)由分析可知，此多肽含有4個氨基酸，則形成的化合物為四肽或多肽。(3)決定氨基酸種類的4個R基(②④⑧⑨)結構各不相同，所以構成該化合物的氨基酸有4種。(4)由圖可知，①表示肽鏈末端氨基，⑦表示肽鏈末端羧基，而⑧和⑨中分別存在一個羧基和一個氨基，則該化合物中含有的氨基數目和羧基數目分別是2個和2個。
[答案]　(1)3　③⑤⑥　(2)四肽或多肽　脫水縮合
(3)4　②④⑧⑨　(4)2　2
■方法規律
環狀肽肽鍵數的計算方法
環狀多肽主鏈中無氨基和羧基，環狀肽中氨基或羧基數目取決于構成環狀肽的氨基酸R基中的氨基和羧基的數目，如圖所示。(Aa表示氨基酸)
由圖示可知：肽鍵數＝脫去的水分子數＝氨基酸數。即相當于環狀肽中肽鏈數為零。
[在訓練中評]
1．一條由39個氨基酸形成的環狀多肽，其中有4個谷氨酸(R基為—CH2—CH2—COOH)，則該多肽(　　)
A．有38個肽鍵　　　　　 B．可能沒有游離氨基
C．至少有5個游離羧基 D．至多有36種氨基酸
解析：選B　39個氨基酸形成的環狀多肽，有39個肽鍵；該環狀多肽主鏈上沒有游離的氨基，不能確定側鏈基團中是否含有游離的氨基，故該多肽可能沒有游離的氨基；該多肽為環狀，主鏈上沒有游離的羧基，谷氨酸的側鏈基團中含有游離的羧基，故該多肽至少含有4個游離的羧基；組成該多肽的氨基酸最多有21種。
2．如圖是某多肽化合物的示意圖，下列有關該化合物的敘述，錯誤的是(　　)
A．該化合物是三肽，含有2個肽鍵
B．該多肽鏈中含有4個羧基、3個氨基
C．氨基酸的不同種類決定于R基②④⑥
D．該肽鏈與雙縮脲試劑混合會發生紫色反應
解析：選B　③⑤為肽鍵，是由一個氨基酸分子的氨基和另一個氨基酸分子的羧基脫水縮合形成的，所以該化合物含有2個肽鍵，是三肽化合物，A正確；由于R基中含有1個羧基，所以該化合物有1個氨基、2個羧基，B錯誤；組成蛋白質的氨基酸約有20種(人體21種)，這些氨基酸的區別就在于R基(②④⑥)不同，C正確；該化合物含有肽鍵，與雙縮脲試劑混合能產生紫色反應，D正確。
3．(2020·濟南調研)某多肽分子式是C21HxOyN4S2(無二硫鍵)，已知該多肽是由下列氨基酸中的某幾種作原料合成的：亮氨酸(C6H13NO2)、天冬氨酸(C4H7NO4)、苯丙氨酸(C9H11NO2)、丙氨酸(C3H7NO2)、半胱氨酸(C3H7NO2S)。以下對該多肽的敘述，錯誤的是(　　)
A．水解后得到4種氨基酸
B．有3個肽鍵
C．含有氧原子和氫原子的數目分別為5和32
D．只有1個羧基
解析：選A　分析題中給出的幾種氨基酸的化學式可知，只有天冬氨酸的R基中含有2個O原子，只有半胱氨酸的R基中含有1個S原子，而多肽分子式是C21HxOyN4S2(無二硫鍵)，說明該多肽只能由4個氨基酸組成(因多肽中只含有4個N原子，且幾種氨基酸都只含有1個N原子)，并且其中含有2個半胱氨酸(因多肽中含有2個S原子，且只有半胱氨酸的R基中含有1個S原子)，兩個半胱氨酸共含有6個C原子，而多肽分子中含有21個C原子，根據氨基酸脫水縮合反應前后C原子數守恒可知，另2個氨基酸所含的C原子之和應該是21－6＝15(個)，分析幾種氨基酸的化學式可知，只有亮氨酸和苯丙氨酸符合要求，因此該多肽是由1個亮氨酸、1個苯丙氨酸和2個半胱氨酸脫水縮合而形成的。
新知探究二　蛋白質結構多樣性的原因
[在探究中學]
[任務驅動]　
生物界中的蛋白質種類多達1010～1012種，20種氨基酸是如何形成如此種類豐富的蛋白質的呢？下圖中“□”“○”代表不同的氨基酸，分析各圖代表的含義，歸納蛋白質多樣性的原因。
1．蛋白質結構多樣性的原因
(1)圖甲說明：氨基酸的種類不同，構成的肽鏈不同。
(2)圖乙說明：氨基酸的數目不同，構成的肽鏈不同。
(3)圖丙說明：氨基酸的排列順序不同，構成的肽鏈不同。
(4)圖丁說明：肽鏈的數目和空間結構不同，構成的蛋白質不同。
2．借助數學知識，分析
假若有A、B、C三種氨基酸，在以下兩種條件下形成二肽和三肽的種類各是多少？
(1)條件1：A、B、C三個氨基酸，由這三個氨基酸組成多肽的情況。
提示：形成二肽的種類：3×2＝6種
形成三肽的種類：3×2×1＝6種
(2)條件2：A、B、C三種氨基酸(每種氨基酸足夠多)的情況。
提示：形成二肽的種類：32＝9種
形成三肽的種類：33＝27種
[師說重難]　
蛋白質結構多樣性與功能多樣性的關系
[在應用中悟]
[典例1]　下列有關蛋白質結構、功能多樣性的說法，正確的是(　　)
A．蛋白質結構的多樣性與構成蛋白質的氨基酸的種類、數目和空間結構有關
B．已知某化合物含有C、H、O、N等元素，可以推斷此物質為蛋白質
C．不同蛋白質分子中組成肽鍵的化學元素無差異性
D．蛋白質空間結構改變，可能會導致蛋白質失去生物活性，且這種改變一般是可逆的
[解析]　蛋白質結構多樣性與氨基酸的結構無關；含有C、H、O、N等元素的化合物較多，不一定是蛋白質，如核苷酸、ATP等；蛋白質分子中的肽鍵都是—CO—NH—，組成元素都是C、H、O、N四種，無差異性；蛋白質的空間結構是決定蛋白質性質的因素之一，過酸、過堿或高溫都會使蛋白質的空間結構發生改變，這種改變往往是不可逆的，如酶在高溫下失活后即使再降溫度其活性也不會恢復。
[答案]　C
[典例2]　催產素、血管舒張素都是含有9個氨基酸的多肽，但生理功能不同。主要原因可能是兩種多肽的(　　)
①氨基酸種類不同　②氨基酸排列順序不同　③氨基酸結合方式不同　④在細胞內合成的場所不同
A．①②　　　　　　 B．③④
C．①③ D．②④
[解析]　催產素、血管舒張素具有相同的氨基酸個數，但是可能由于氨基酸種類、排列順序及肽鏈形成的空間結構不同造成二者結構的差異，進一步導致了二者生理功能的差異。氨基酸均通過脫水縮合的方式結合，蛋白質合成的場所都是在核糖體上。
[答案]　A
[在訓練中評]
1．由20種、500個氨基酸組成蛋白質，則氨基酸的排列順序可能是(　　)
A．20500種　　　　　　　 B．50020種
C．10 000種 D．2020種
答案：A
2．人體的肌肉主要由蛋白質組成。同樣是肌肉，心肌具有自動收縮的特性，平滑肌有較強的舒張性，骨骼肌能夠強有力地收縮，這些區別說明構成它們的蛋白質有區別，對這些區別的敘述最確切的是(　　)
A．所含氨基酸的數目不同
B．所含氨基酸的種類不同
C．所含氨基酸的排列順序不同
D．所含氨基酸的種類、數目、排列順序和肽鏈形成的空間結構不同
解析：選D　蛋白質的多樣性可以從氨基酸和肽鏈兩個角度來分析。氨基酸的種類、數目、排列順序和肽鏈形成的空間結構不同都會導致蛋白質的結構不相同。
科學視野——蛋白質的變性和鹽析
變性 蛋白質的變性是指在熱、酸、堿、重金屬鹽、紫外線等作用下，蛋白質會發生性質上的改變而凝結起來，這種凝結是不可逆的，即不能再恢復成原來的蛋白質。 豆腐制作利用的就是鹽(石膏和鹽鹵等)使蛋白質變性的作用。在豆漿中加入氯化鎂或硫酸鈣，豆漿在 70 ℃以上即可凝固；84消毒液、過氧乙酸消毒的機理也是使蛋白質變性
鹽析 在雞蛋清中加入一些食鹽，就會看到白色的絮狀物，這是在食鹽的作用下析出的蛋白質。兌水稀釋后，你會發現絮狀物消失，鹽析過程蛋白質的結構并沒有改變，活性也沒有喪失，這一過程是可逆的
[素養評價]
1．(2020·濟南歷城區月考)高溫加熱后蛋白質的溶解度會降低，原因如圖所示，據此判斷，下列有關敘述正確的是(　　)
A．經酒精、紫外線處理后的蛋白質溶解度也會降低，原因與圖示相同
B．在一定濃度的鹽溶液中蛋白質溶解度也會降低，原因與圖示相同
C．變性后的蛋白質氨基酸的種類、數目及排列順序不變，功能也不變
D．蛋白質均是由幾條肽鏈盤曲和折疊而成，必須維持一定的空間結構才能有相應的功能
解析：選A　酒精、紫外線也會使蛋白質的空間結構發生改變，從而導致蛋白質溶解度降低，A正確；在一定濃度的鹽溶液中蛋白質溶解度也會降低，這屬于鹽析現象，不改變蛋白質的空間結構，B錯誤；蛋白質空間結構的改變會導致其功能的改變，C錯誤；蛋白質由一條或幾條肽鏈盤曲和折疊而成，D錯誤。
2．(2020·臨沂期中)某小組采用兩種途徑處理雞蛋清溶液的過程如圖所示。下列敘述錯誤的是(　　)
A．①、②所依據的原理不同，過程②破壞了蛋白質的空間結構
B．③、④所依據的原理不同，過程④破壞了蛋白質的肽鍵
C．溶解后的溶液分別加入雙縮脲試劑均可變成紫色
D．過程②產生的蛋白塊也可用③的方法進行溶解
解析：選D　①和②分別是蛋白質的鹽析和加熱變性，其原理分別是蛋白質在不同濃度食鹽下的溶解度不同和加熱破壞蛋白質的空間結構，鹽析沒有破壞蛋白質的空間結構，加熱會破壞蛋白質的空間結構，A正確；③和④分別是蛋白質的溶解和蛋白質經蛋白酶催化水解為多肽和某些氨基酸，其原理分別是蛋白質的溶解性和蛋白質在蛋白酶的催化作用下水解，蛋白質在蛋白酶的催化作用下水解過程中會破壞蛋白質中的肽鍵，B正確；溶解后的溶液中均含有肽鍵，加入雙縮脲試劑均可變成紫色，C正確；過程②加熱過程中產生的蛋白塊已經發生變性，不可用③蒸餾水溶解的方法進行溶解，D錯誤。
21世紀教育網 www.21cnjy.com 精品試卷·第 2 頁 （共 2 頁）
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