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1、第第2 2节节 生命活动的主要承担者生命活动的主要承担者蛋白质蛋白质想一想想一想：人体内氨基酸如何分类，各有几种人体内氨基酸如何分类，各有几种？议一议议一议：多肽与蛋白质有何区别？蛋白质的空间结构在哪里形成多肽与蛋白质有何区别？蛋白质的空间结构在哪里形成？答案答案: :想一想想一想：必需氨基酸：人体细胞不能合成的，必需从外界直接获取，必需氨基酸：人体细胞不能合成的，必需从外界直接获取，8种谐音记忆：两（亮异亮）册（色）书（苏）本（苯丙）携（缬）种谐音记忆：两（亮异亮）册（色）书（苏）本（苯丙）携（缬）家（甲）来（赖）儿童家（甲）来（赖）儿童9种（多出组氨酸）种（多出组氨酸）; ;非必需氨基酸：
2、人体细非必需氨基酸：人体细胞能够合成的，胞能够合成的，12种。种。议一议议一议：多肽呈链状结构，往往无生物活性而蛋白质具有一定的空多肽呈链状结构，往往无生物活性而蛋白质具有一定的空间结构，有生物活性间结构，有生物活性; ;蛋白质的空间结构是在内质网中形成的。蛋白质的空间结构是在内质网中形成的。1蛋白质的三维结构与其热变性蛋白质的三维结构与其热变性(浙江科技版浙江科技版) 蛋蛋白质分子由一条或多条肽链组成，肽链间只有通过一定的化学键白质分子由一条或多条肽链组成，肽链间只有通过一定的化学键(肯定不是肽键肯定不是肽键)构成独特的三维结构时，才表现出特有的生物活性。蛋构成独特的三维结构时，才表现出特有
3、的生物活性。蛋白质的空间结构并不稳定，会随着温度的升高而发生改变，并且一旦改白质的空间结构并不稳定，会随着温度的升高而发生改变，并且一旦改变，便会失去活性，这种现变，便会失去活性，这种现 象就叫蛋白质的热变性。一般地蛋白质在象就叫蛋白质的热变性。一般地蛋白质在温度升高后，其生物活性会降低，在温度超过温度升高后，其生物活性会降低，在温度超过4050 时，其活性就时，其活性就可能完全丧失。可能完全丧失。 2.蛋白质的合成与运输蛋白质的合成与运输(中国地图版中国地图版) 1.蛋白质有哪些主要理化性质？蛋白质有哪些主要理化性质？ 【提示】【提示】 酸碱两性酸碱两性(分子内存在分子内存在NH2和和COO
4、H)盐析盐析(可以从浓的无机盐溶液中沉淀出来可以从浓的无机盐溶液中沉淀出来)变性和凝固变性和凝固(一定的理化因素，使其变性凝固一定的理化因素，使其变性凝固)水解反应水解反应(在酸、碱或酶的作用下最终生成氨基酸在酸、碱或酶的作用下最终生成氨基酸)显色反应显色反应(如蛋白质与硝酸作用显黄色如蛋白质与硝酸作用显黄色)2.什么是蛋白质的分选？什么是蛋白质的分选？ 【提示】【提示】 (1)含义：蛋白质合成后的去向和最终定位含义：蛋白质合成后的去向和最终定位 (2)影响因素：影响因素：分选信号分选信号核糖体的存在部位如游离核糖体合成核糖体的存在部位如游离核糖体合成 的蛋白质的蛋白质 运输到不同细胞器运输到
5、不同细胞器(如线粒体蛋如线粒体蛋 白、叶绿体蛋白白、叶绿体蛋白)1蛋白质形成过程分析蛋白质形成过程分析 (1)蛋白质与多肽的关系：每个蛋白质分子可以由蛋白质与多肽的关系：每个蛋白质分子可以由1条肽链组成，条肽链组成，也可由几条肽链也可由几条肽链 通过一定的化学键通过一定的化学键(肯定不是肽链肯定不是肽链)连接而成。但多肽只有折叠连接而成。但多肽只有折叠成特定的空间结构成特定的空间结构 进而构成蛋白质时，才能执行特定的生理功能。进而构成蛋白质时，才能执行特定的生理功能。 (2)肽键的结构式可表示如下：肽键的结构式可表示如下： (3)一条肽链上至少有一个游离的氨基和一个游离的羧基，分别位一条肽链上
6、至少有一个游离的氨基和一个游离的羧基，分别位 于肽链的两端。于肽链的两端。 (4)H2O中的中的H来自于来自于COOH和和NH2，而，而O则只来自于则只来自于COOH。 (5)若某肽链中有四个肽键，此化合物应叫五肽，不叫四肽，即以若某肽链中有四个肽键，此化合物应叫五肽，不叫四肽，即以 脱水缩合的氨基酸个数命名。脱水缩合的氨基酸个数命名。多肽和蛋白质的区别多肽和蛋白质的区别(1)结构上有差异。多肽仅仅是蛋白质的初级结构形式，无空间结结构上有差异。多肽仅仅是蛋白质的初级结构形式，无空间结构，而蛋白质具有一定的空间结构。构，而蛋白质具有一定的空间结构。(2)蛋白质多样性有四个方面原因，但多肽多样性只
7、有三个方面的蛋白质多样性有四个方面原因，但多肽多样性只有三个方面的原因，这一点在组织答案时应特别注意。原因，这一点在组织答案时应特别注意。(3)一条刚刚从核糖体这一车间下线的多肽链可以叫多肽，但不能一条刚刚从核糖体这一车间下线的多肽链可以叫多肽，但不能称为蛋白质。称为蛋白质。 蛋白质往往是由一条或几条多肽链和其他物质结合蛋白质往往是由一条或几条多肽链和其他物质结合而成的。即基因控制蛋白质合成时，翻译的直接产物应为多肽，而成的。即基因控制蛋白质合成时，翻译的直接产物应为多肽，不能写成蛋白质。不能写成蛋白质。 特别提醒：特别提醒：2.相关计算相关计算 假假设氨基酸的平均相对分子质量为设氨基酸的平均
8、相对分子质量为a，由，由n个氨基酸分别形成个氨基酸分别形成1条条 肽链或肽链或m条肽链。条肽链。 (1)氨基数肽链数氨基数肽链数R基上的氨基数各氨基酸中氨基上的氨基数各氨基酸中氨 基总数肽键数基总数肽键数 (2)羧基数肽链数羧基数肽链数R基上的羧基数各氨基酸中羧基上的羧基数各氨基酸中羧 基总数肽键数基总数肽键数 (3)N原子数各氨基酸中原子数各氨基酸中N的总数肽键数肽链数的总数肽键数肽链数 R基上的基上的N原子数原子数 (4)O原子数各氨基酸中原子数各氨基酸中O的总数脱去水分子数的总数脱去水分子数 肽键数肽键数2肽链数肽链数R基上的基上的O原子数原子数形成形成肽链数肽链数形成形成肽键数肽键数脱
9、去水脱去水分子数分子数氨基数目氨基数目羧基羧基数目数目多肽相对多肽相对分子质量分子质量1n1n1至少至少1个个至少至少1个个na18(n1)mnmnm至少至少m个个至少至少m个个na18(nm)(5)氨基酸的排列与多肽的种类计算氨基酸的排列与多肽的种类计算假若有假若有A、B、C三种氨基酸，由这三种氨基酸组成多肽的情况可分三种氨基酸，由这三种氨基酸组成多肽的情况可分为如下两种情形为如下两种情形分析：分析：A、B、C三种氨基酸，每种氨基酸数目无限的情况下，可形成肽三种氨基酸，每种氨基酸数目无限的情况下，可形成肽类化合物的种类：类化合物的种类： 形成三肽的种类：形成三肽的种类： (3327种种) 形
10、成二肽的种类：形成二肽的种类： (329种种) A、B、C三种氨基酸，且每种氨基酸只有一个的情况下，形成肽三种氨基酸，且每种氨基酸只有一个的情况下，形成肽 类化合物的种类：类化合物的种类： 形成三肽的种类：形成三肽的种类： (3216种种) 形成二肽的种类：形成二肽的种类： (326种种) 3333332132(6)氨基酸与相应氨基酸与相应DNA及及RNA片段中碱基数目之间的关系片段中碱基数目之间的关系 DNA(基因基因) mRNA 蛋白质蛋白质 碱基数碱基数 碱基数碱基数 氨基酸数氨基酸数 6 3 1由于由于mRNA中有终止密码子等原因，上述关系应理解为中有终止密码子等原因，上述关系应理解为
11、每合成每合成1个氨基酸至少需要个氨基酸至少需要mRNA上的上的3个碱基和个碱基和DNA(基因基因)上的上的6个碱基。个碱基。 蛋白质相对分子质量的计算中若通过图示或其他形式蛋白质相对分子质量的计算中若通过图示或其他形式告知蛋白质中有二硫键形成时，要考虑脱去氢的质量。告知蛋白质中有二硫键形成时，要考虑脱去氢的质量。若脱水缩合形成的多肽链构成环状，若脱水缩合形成的多肽链构成环状，则脱去的水分子数参与脱水的氨基酸数肽键数，其游离则脱去的水分子数参与脱水的氨基酸数肽键数，其游离的氨基、羧基只能在的氨基、羧基只能在R基团上有可能出现。基团上有可能出现。特别提醒：特别提醒：1在下列物质中，若将其中能构成人
12、体蛋白质的氨基酸通过脱水缩合而形成蛋在下列物质中，若将其中能构成人体蛋白质的氨基酸通过脱水缩合而形成蛋 白质分子，则此蛋白质分子中所含有的羧基、氨基和肽键的数目依次是白质分子，则此蛋白质分子中所含有的羧基、氨基和肽键的数目依次是()A3、3、2 B4、3、3 C3、2、4 D2、2、2解析：解析：从氨基酸的概念和结构通式看，找出构成人体的氨基酸有：从氨基酸的概念和结构通式看，找出构成人体的氨基酸有：，因没有氨基与羧基连在同一个碳原子上而被淘汰；因没有氨基与羧基连在同一个碳原子上而被淘汰；构成蛋白质的氨基酸可脱水缩合成多肽。该多肽的羧基除肽链的构成蛋白质的氨基酸可脱水缩合成多肽。该多肽的羧基除肽
13、链的游离端保留着一个，在游离端保留着一个，在的的R基上各有一个羧基；氨基除肽链基上各有一个羧基；氨基除肽链的游离端保留着一个，在的游离端保留着一个，在的的R基上有一个。基上有一个。5个氨基酸脱水缩个氨基酸脱水缩合共形成合共形成4个肽键。个肽键。答案：答案：C1结构的多样性结构的多样性蛋蛋白质分子结构多样性可以从以下四个层次分析：白质分子结构多样性可以从以下四个层次分析：(1)(1)氨基酸的种类不同，构成的肽链不同氨基酸的种类不同，构成的肽链不同(2)氨基酸的数目不同，构成的肽链不同氨基酸的数目不同，构成的肽链不同(3)氨基酸的排列次序不同，构成的肽链不同氨基酸的排列次序不同，构成的肽链不同(4
14、)肽链的数目和空间结构不同，构成的蛋白质不同肽链的数目和空间结构不同，构成的蛋白质不同以上四点并非同时具备才能确定两个蛋白质分子结构不同，而是只以上四点并非同时具备才能确定两个蛋白质分子结构不同，而是只要具备其要具备其中一点，就可说明两种蛋白质结构不同。中一点，就可说明两种蛋白质结构不同。2功能多样性与结构多样性的关系功能多样性与结构多样性的关系特别提醒：特别提醒：2下下列各项与蛋白质结构多样性无关的是列各项与蛋白质结构多样性无关的是 ()A氨基酸的数目、种类和排列顺序氨基酸的数目、种类和排列顺序B构成蛋白质的多肽链的数目构成蛋白质的多肽链的数目C构成蛋白质的多肽链的空间结构构成蛋白质的多肽链
15、的空间结构D氨基酸至少含有一个氨基和一个羧基氨基酸至少含有一个氨基和一个羧基解析：解析：构成蛋白质的氨基酸的数目、种类、排列顺序不同，蛋白质构成蛋白质的氨基酸的数目、种类、排列顺序不同，蛋白质则不同；构成蛋白质的多肽链条数不同，蛋白质的结构也不同；多则不同；构成蛋白质的多肽链条数不同，蛋白质的结构也不同；多肽链的空间结构不同，蛋白质也不同。因此肽链的空间结构不同，蛋白质也不同。因此A、B、C三项都是蛋白三项都是蛋白质多样性的原因，只有质多样性的原因，只有D项不是。项不是。答案：答案：D【例【例1】 下下面是某蛋白质的肽链结构示意图面是某蛋白质的肽链结构示意图( (图图1 1，其中数字为氨基酸，
16、其中数字为氨基酸序号序号) )及部分肽链放大图及部分肽链放大图( (图图2)2)，请据图判断下列叙述中不正确的，请据图判断下列叙述中不正确的是是()A该该蛋白质中含有两条肽链蛋白质中含有两条肽链49个肽键个肽键 B图图2中含有的中含有的R基是基是C从图从图2可推知该蛋白质至少含有可推知该蛋白质至少含有4个游离的羧基个游离的羧基D决定该蛋白质合成的决定该蛋白质合成的mRNA中至少含有中至少含有51个密码子个密码子自主解答：自主解答：_思路点拨：思路点拨：不是不是R基，故基，故B项错误。项错误。答案：答案：B(1)该蛋白质的肽链为何种形式的结构时可含有该蛋白质的肽链为何种形式的结构时可含有51个肽
17、键？个肽键？(2)能从图能从图2推知该肽链至少含有推知该肽链至少含有2个游离的氨基吗？个游离的氨基吗？【提示】【提示】 (1)环状。环状。(2)能，因为能，因为R基基上有一个氨基。上有一个氨基。【例【例2】 (2010汕头模拟汕头模拟)蛋蛋白质是一切生命活动的体现者，对于生物体白质是一切生命活动的体现者，对于生物体而言，蛋白质的而言，蛋白质的“生老病死生老病死”至关重要。至关重要。2004年诺贝尔化学奖获得年诺贝尔化学奖获得者研究发现：一种被称为泛素的多肽在需要能量的蛋白质降解过程者研究发现：一种被称为泛素的多肽在需要能量的蛋白质降解过程中起重要作用。泛素激活酶中起重要作用。泛素激活酶E1将泛
18、素分子激活，然后由将泛素分子激活，然后由E1将泛素交将泛素交给泛素结合酶给泛素结合酶E2，最后在泛素连接酶，最后在泛素连接酶E3的指引下将泛素转移到靶蛋的指引下将泛素转移到靶蛋白上。这一过程不断重复，靶蛋白就被绑上一批泛素分子。被泛素白上。这一过程不断重复，靶蛋白就被绑上一批泛素分子。被泛素标记的靶蛋白很快被送往细胞内一种称为蛋白酶体的结构中进行降标记的靶蛋白很快被送往细胞内一种称为蛋白酶体的结构中进行降解。整个过程可表示为如下所示图解。请分析回答。解。整个过程可表示为如下所示图解。请分析回答。 (1)蛋白质在生物体内具有多种重要功能。依上述材料可推测出蛋白蛋白质在生物体内具有多种重要功能。依
19、上述材料可推测出蛋白质的一项具体功能是质的一项具体功能是_ 。(2)泛素调节的蛋白质降解过程中所需能量主要来自泛素调节的蛋白质降解过程中所需能量主要来自_物质。物质。(3)蛋白酶体所含的酶最可能是蛋白酶体所含的酶最可能是_。(4)细胞内细胞内E1、E2、E3在蛋白质降解过程中所起的作用不同，从分子在蛋白质降解过程中所起的作用不同，从分子水平上分析，其原因是水平上分析，其原因是_。自主解答：自主解答：_思路点拨：思路点拨：(1)题干信息显示泛素可使靶蛋白在蛋白酶体中降解，整个题干信息显示泛素可使靶蛋白在蛋白酶体中降解，整个过程离不开泛素结合酶、连接酶等，而它们在反应前后并未改变，说过程离不开泛素
20、结合酶、连接酶等，而它们在反应前后并未改变，说明蛋白质具有催化作用；明蛋白质具有催化作用；(2)在细胞和生物体的生命活动中，能量的主要来源是糖类，蛋白质的在细胞和生物体的生命活动中，能量的主要来源是糖类，蛋白质的降解也需要能量；降解也需要能量；(3)蛋白酶体可将靶蛋白降解蛋白酶体可将靶蛋白降解(即水解即水解)，因此，其中所含酶应为蛋白质，因此，其中所含酶应为蛋白质水解酶水解酶(蛋白酶蛋白酶)；(4)各种酶的催化功能不同是由其分子结构所决定的。各种酶的催化功能不同是由其分子结构所决定的。答案：答案：(1)催催化作用化作用(2)糖类糖类(3)蛋白酶蛋白酶(4)它们虽都是蛋白质，但它们虽都是蛋白质，
21、但其分子结构不同其分子结构不同题后反思：题后反思：本本题重在考查阅读能力、信息提取与处理能力以及分析、题重在考查阅读能力、信息提取与处理能力以及分析、推理能力。就知识而言，则主要考查了酶和蛋白质的相关知识，是今推理能力。就知识而言，则主要考查了酶和蛋白质的相关知识，是今后高考命题的方向。后高考命题的方向。对照实验及无关变量的控制对照实验及无关变量的控制实实验中的无关变量很多，同一种实验结果可能是由多种不同的实验验中的无关变量很多，同一种实验结果可能是由多种不同的实验因素所引起的，因此必须严格控制无关变量，要平衡和消除无关变因素所引起的，因此必须严格控制无关变量，要平衡和消除无关变量对实验结果的
22、影响。设置对照实验，能有效地排除其他因素干扰量对实验结果的影响。设置对照实验，能有效地排除其他因素干扰实验结果的可能性，使实验设计更加严密，所以大多数实验尤其是实验结果的可能性，使实验设计更加严密，所以大多数实验尤其是生理类实验往往都要有相应的对照实验。生理类实验往往都要有相应的对照实验。所谓对照实验是指除所控因素外，其他条件与被对照实验完全相等所谓对照实验是指除所控因素外，其他条件与被对照实验完全相等的实验。对照实验设置得正确与否，关键就在于如何尽量去保证的实验。对照实验设置得正确与否，关键就在于如何尽量去保证“其他条件的完全相等其他条件的完全相等”。具体来说有如下四个方面：。具体来说有如下
23、四个方面：(1)所所用生物材料要相同。即所用生物材料的数量、质量、长度、体用生物材料要相同。即所用生物材料的数量、质量、长度、体积、来源和生理状况等方面要尽量相同或至少大致相同。积、来源和生理状况等方面要尽量相同或至少大致相同。(2)所有实验器具要相同。即试管、烧杯、水槽、广口瓶等器具的大所有实验器具要相同。即试管、烧杯、水槽、广口瓶等器具的大小型号要完全一样。小型号要完全一样。(3)所用实验试剂要相同。即试剂的成分、浓度、体积要相同，尤其所用实验试剂要相同。即试剂的成分、浓度、体积要相同，尤其要注意体积等量的问题。要注意体积等量的问题。 (4)所用处理方法要相同。如保温或冷却、光照或黑暗、搅
24、拌或振所用处理方法要相同。如保温或冷却、光照或黑暗、搅拌或振荡荡都要一致。有都要一致。有 时尽管某种处理对对照实验来说，看起来似乎是毫无时尽管某种处理对对照实验来说，看起来似乎是毫无意义的，但最好还是要做同样的处理。意义的，但最好还是要做同样的处理。 【例】【例】 (2010广东五校联考广东五校联考)赖赖氨酸是哺乳动物蛋白质分子中普遍存氨酸是哺乳动物蛋白质分子中普遍存在的一种氨基酸，是人体的必需氨基酸。赖氨酸不能在人体内合成，在的一种氨基酸，是人体的必需氨基酸。赖氨酸不能在人体内合成，只能从食物中只能从食物中 获取，缺乏时会影响体内蛋白质的合成，出现营养获取，缺乏时会影响体内蛋白质的合成，出现
25、营养不良，体重增加缓慢。赖氨酸是否也是大鼠的必需氨基酸呢？某生不良，体重增加缓慢。赖氨酸是否也是大鼠的必需氨基酸呢？某生物兴趣小组利用下列材料和用具就此问题进行了探究，请补充并完物兴趣小组利用下列材料和用具就此问题进行了探究，请补充并完善他们的实验原理和实验方案：材料和用具：善他们的实验原理和实验方案：材料和用具：20只只生长发育状况相生长发育状况相同的正常幼年大鼠、分装在不同试剂瓶中的同的正常幼年大鼠、分装在不同试剂瓶中的20种氨基酸、不含蛋白种氨基酸、不含蛋白质和氨基酸的食物、秤、天平等。质和氨基酸的食物、秤、天平等。 实验原理实验原理： 。 实验方案实验方案： (1)配配食：食：_，配制
26、成食物配制成食物A ；配制成食物配制成食物B 。(2)分组：将分组：将20只大鼠平均分成甲、乙两组，分别称量其体重。只大鼠平均分成甲、乙两组，分别称量其体重。(3)饲喂：甲组每天饲喂适量的食物饲喂：甲组每天饲喂适量的食物A；_。(4)观测：观测：_。结果及结论：结果及结论：(略略)思路点拨思路点拨：研究研究“赖氨酸是否也是大鼠的必需氨基酸赖氨酸是否也是大鼠的必需氨基酸”，实验的对象，实验的对象是大鼠，实自变量为赖氨酸，可设置空白对照，一组饲料中含有赖氨是大鼠，实自变量为赖氨酸，可设置空白对照，一组饲料中含有赖氨酸，一组饲料中不含赖氨酸。注意饲料中其他氨基酸的含量和比例应酸，一组饲料中不含赖氨酸
27、。注意饲料中其他氨基酸的含量和比例应适宜。因变量为营养状况，可以大鼠体重变化作为指标。适宜。因变量为营养状况，可以大鼠体重变化作为指标。自主解答：自主解答：_答案：答案：实实验原理：必需氨基酸是动物体不能合成、只能从食物中获得验原理：必需氨基酸是动物体不能合成、只能从食物中获得的氨基酸。当动物缺乏必需氨基酸，就会影响体内蛋白质的合成，出的氨基酸。当动物缺乏必需氨基酸，就会影响体内蛋白质的合成，出现营养不良，体重增加缓慢等现象现营养不良，体重增加缓慢等现象(其他合理答案亦可其他合理答案亦可)实实验方案：验方案：(1)取取一定量的不含蛋白质和氨基酸的食物，加入含量和比例适宜的一定量的不含蛋白质和氨基酸的食物，加入含量和比例适宜的20种种氨基酸另取等量的不含蛋白质和氨基酸的食物，加入除赖氨酸以外氨基酸另取等量的不含蛋白质和氨基酸的食物，加入除赖氨酸以外的的19种氨酸，其含量和比例与食物种氨酸，其含量和比例与食物A中相同中相同(3)乙组每天饲喂等量的乙组每天饲喂等量的食物食物B。两组大鼠其他饲养条件相同。两组大鼠其他饲养条件相同(4)分别测量甲、乙两组大鼠的分别测量甲、乙两组大鼠的体重，并计算体重增加量体重，并计算体重增加量