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1、第二章组成细胞的分子第四节蛋白质是生命活动的主要承担者 从某些动物组织中提取的胶原蛋白，可以用来制作手术缝合线。手术后一段时间，这种缝合线就可以被人体组织吸收，从而避免拆线的痛苦。1.为什么这种缝合线可以被人体组织吸收？组成动物和人体的胶原蛋白是相似的物质。问题探讨2.这种缝合线发生什么样的化学变化才能被吸收？这对你认识蛋白质的化学组成有什么启示？变为小分子物质；蛋白质在化学组成上可以分为更小的分子(氨基酸)。蛋白质是细胞中含量最多的有机物我们每天需要摄入一定量富含蛋白质食物,你能说出哪些食物富含蛋白质呢？蛋白质具有什么功能呢？一.蛋白质的功能1.结构蛋白：许多蛋白质是构成细胞和生物体结构的重
2、要物质，称为结构蛋白。例如肌肉、头发、羽毛、蛛丝等的成分，主要都是蛋白质。一.蛋白质的功能马达蛋白2.催化功能：细胞中的化学反应离不开酶的催化，绝大多数酶都是蛋白质。一.蛋白质的功能麦芽糖淀粉葡萄糖唾液淀粉酶酶麦芽糖酶酶葡萄糖酶酶糖原淀粉酶胃蛋白酶晶体3.运输功能：有些蛋白质具有运输功能，如血红蛋白可以运输氧气。细胞膜上具有物质运输功能细胞膜上具有物质运输功能 的载体蛋白的载体蛋白红细胞中可携带并运输氧气红细胞中可携带并运输氧气 的血红蛋白的血红蛋白O2分子一.蛋白质的功能4.免疫功能（防御）：有些蛋白质有免疫功能，人体内的抗体是蛋白质，可以帮助人体抵御病菌和病毒等抗原的侵害。抗体与病原体结合
3、降低其生物活性抗体与病原体结合降低其生物活性免疫球蛋白（抗体）的结构免疫球蛋白（抗体）的结构一.蛋白质的功能抗原和抗体抗原和抗体5.调节功能(信息传递):有些蛋白质能够调节机体的生命活动，如胰岛素。这类激素将信息传递给受体蛋白起到信息传递的作用。胰岛细胞分泌的胰岛素可以作为胰岛细胞分泌的胰岛素可以作为信号分子调节血糖信号分子调节血糖一.蛋白质的功能通过蛋白质间的特异性结合，实现通过蛋白质间的特异性结合，实现信息的精准传递。信息的精准传递。如果口服此药物，在消化道内药物被消化液分解，会失去药效6.识别作用：细胞膜的外表有一层糖蛋白，与细胞的识别作用密切相关。糖蛋白的识别作用好比是细胞与细胞之间，
4、或细胞与其他大分子之间，互相联络用的“文字”或“语言”一.蛋白质的功能 2 2类别功能举例结构蛋白构成细胞和生物体结构的重要物质肌肉、头发、羽毛、蛛丝等功能蛋白调节作用(信息传递)能调节机体的生命活动蛋白质类激素，如胰岛素催化作用催化细胞中各种化学反应的顺利进行绝大多数酶运输作用具有运输载体的作用血红蛋白 防御作用(免疫作用)抵御病菌和病毒等抗体的入侵抗体识别作用 参与细胞间信号识别糖蛋白一.蛋白质的功能蛋白质是生命活动的主要承担者 蛋白质能够承担如此多样的功能，与蛋白质能够承担如此多样的功能，与蛋白质的多样性蛋白质的多样性有关，生物界的蛋白质种类多达有关，生物界的蛋白质种类多达1010101
5、010101212种。种。二.蛋白质的基本组成单位-氨基酸思考:食物中的蛋白质能被人体直接吸收吗？不能，蛋白质是生物大分子要经过不能，蛋白质是生物大分子要经过消化消化，水解水解为为氨氨基酸基酸才能被人体吸收才能被人体吸收蛋白质的基本单位是氨基酸二.蛋白质的基本组成单位-氨基酸氨基酸的结构特点氨基酸的结构特点思考思考.讨论讨论甘氨酸缬氨酸丙氨酸亮氨酸 每个氨基酸至少含有每个氨基酸至少含有一个一个氨基（氨基（NHNH2 2）和一个羧基（）和一个羧基（COOHCOOH）连接在同一个碳原子上连接在同一个碳原子上。问题问题1:1:这些氨基酸的结构具有什么共同特点？这些氨基酸的结构具有什么共同特点？问题问
6、题2:2:“氨基酸氨基酸”这一名词与其分子结构有对应关系吗这一名词与其分子结构有对应关系吗？氨基羧基侧链基团（R基）代表了氨基酸分子结构中的主要组成部分代表了氨基酸分子结构中的主要组成部分氨基和羧基氨基和羧基。羧基羧基中中的氢氧键（的氢氧键（O-HO-H）易断裂，生成）易断裂，生成H H+，呈酸性呈酸性，所以称为，所以称为氨基酸氨基酸。酸酸氨基氨基C CH HR RNHNH2 2COOHCOOH二.蛋白质的基本组成单位-氨基酸1.元素组成一定有C、H、O、N，有的含S等2.结构特点 至少有一个氨基(-NH2)和一个羧基(-COOH)都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上3.结构通式R氨基氨
7、基羧基羧基侧链基团：侧链基团：决定氨基酸的种类和理化性质决定氨基酸的种类和理化性质OC OHC CH H H N中心中心碳碳原子原子氢原子氢原子简写：简写：RHH2NCCOOH分子通式：分子通式：C C2 2H H4 4O O2 2N-RN-RNHNH2 2COOHCOOHC CH HR RCOOH CHH2N CH3NH2 CH3 CHH2N二.蛋白质的基本组成单位-氨基酸NH2H2NNHHNHHNHHCOOHC OHO C O HO HOOC氨基羧基书写提醒：书写提醒：氨基、羧基、R基的正确书写格式分别为：NH2、COOH、R(不要忘记原子团前要有短线“”)v例1.下列化合物是组成蛋白质的
8、氨基酸的是_ 生物体内组成蛋白质的氨基酸有21种二.蛋白质的基本组成单位-氨基酸4.种类二.蛋白质的基本组成单位-氨基酸5.分类非必需氨基酸必需氨基酸根据能否在根据能否在人体内合成人体内合成人体细胞不能合成的，必须从外界环境中直接获取的氨基酸，共8种。人体细胞能够合成的氨基酸，共13种。甲甲硫氨酸（蛋氨酸)、赖赖氨酸、缬缬氨酸、异异亮氨酸、苯苯丙氨酸、亮亮氨酸、色色氨酸、苏苏氨酸（甲来写一本亮色书）(婴儿婴儿9种，种，组氨酸组氨酸)生物体内组成蛋白质的氨基酸有21种4.种类为什么人和牛羊等动物的蛋白质结为什么人和牛羊等动物的蛋白质结构不同，但却可以通过摄食牛羊肉构不同，但却可以通过摄食牛羊肉中
9、的蛋白质中来获取自身蛋白质？中的蛋白质中来获取自身蛋白质？人摄入的蛋白质在体内被消化为人摄入的蛋白质在体内被消化为氨基酸，人体又可以氨基酸为原氨基酸，人体又可以氨基酸为原料，合成自身所需的蛋白质。料，合成自身所需的蛋白质。？5.氨基酸脱水缩合形成肽链二.蛋白质的基本组成单位-氨基酸氨基酸：氨基酸：21种种蛋白质：蛋白质：10101012蛋白质蛋白质是以是以氨基酸为基本单位氨基酸为基本单位构成的构成的生物大分子生物大分子。氨基酸如何形成蛋白质？CHCOOHR2HN二肽CHR1H2NOHCOH2OH脱水缩合肽键脱水缩合:一个氨基酸分子的羧基(COOH)和另一个氨基酸分子的氨基(-NH2)，脱去一分
10、子水而连接起来，这种结合方式叫做脱水缩合。二.蛋白质的基本组成单位-氨基酸5.氨基酸脱水缩合形成肽链H来自于来自于_氨基和羧基氨基和羧基羧基羧基O来自于来自于_脱水缩合的场所：。核糖体肽键CHCOOHR3HNOHHCCHR1H2NCOCHR2HNO二肽H2OH2O三肽肽键 由三个氨基酸缩合而成化合物叫做三肽。(含有两个肽键)。以此类推，由多个氨基酸缩合而成的，含有多个肽键的化合物，叫多肽。多肽通常呈链状，叫作肽链。二.蛋白质的基本组成单位-氨基酸5.氨基酸脱水缩合形成肽链(体内多肽链合成顺序:从氨基端到羧基端)多肽链中不相邻的氨基酸之间常会规则性的形成氢键，从而使得肽链能盘曲、折叠，形成具有一
11、定空间结构的蛋白质分子。三.蛋白质的结构及其多样性多肽链中侧链基团相互作用使肽链具有一定的空间结构二硫键二硫键两条肽链SHSH+SS+2H二.蛋白质的基本组成单位-氨基酸5.氨基酸脱水缩合形成肽链许多蛋白质分子都含有两条或多条肽链，它们通过一定的化学键如二硫键相互结合在一起。图示血红蛋白由图示血红蛋白由四条肽链四条肽链聚集在一起聚集在一起三.蛋白质的结构及其多样性氨基酸氨基酸肽链肽链脱水缩合脱水缩合蛋白质蛋白质一条或多条一条或多条空间结空间结构肽链构肽链盘曲折叠盘曲折叠 构成蛋白质的构成蛋白质的这些这些多多肽链不呈直线肽链不呈直线，也不在，也不在同一个平面上，而是形成更为复杂的同一个平面上，而
12、是形成更为复杂的空间结构空间结构。氨基酸的种类不同氨基酸的数量不同氨基酸的排列顺序千变万化l肽链层面多肽链盘曲、折叠的方式及其形成的空间结构千差万别l氨基酸层面三.蛋白质的结构及其多样性-螺旋-折叠蛋白质结构多种多样蛋白质种类多种多样6.蛋白质多样性1.1.从氨基酸到蛋白质大致有哪些结构层次？从氨基酸到蛋白质大致有哪些结构层次？氨基酸二肽蛋白质三肽多肽.思考讨论：三.蛋白质的结构及其多样性2.2.进入人体消化道的蛋白质食物，要经过哪些消化酶的作用才能分解为进入人体消化道的蛋白质食物，要经过哪些消化酶的作用才能分解为氨基酸？这些氨基酸进入人体细胞后，需经过怎样的过程才能变为人体氨基酸？这些氨基酸
13、进入人体细胞后，需经过怎样的过程才能变为人体的蛋白质的蛋白质?人体中的蛋白质和食物中的蛋白质会一样吗？人体中的蛋白质和食物中的蛋白质会一样吗？蛋白质蛋白质胃蛋白酶胃蛋白酶胰蛋白酶胰蛋白酶多肽多肽肠肽酶肠肽酶氨基酸氨基酸不一样，人体蛋白质具有完成人体生命活动的结构和功能。氨基酸进入人体细胞后，要脱水缩合形成二肽、三肽、多肽，由多肽链盘曲折叠构成人体的蛋白质。思考讨论：三.蛋白质的结构及其多样性如果用如果用2121个不同的字母个不同的字母代表代表2121种氨基酸，由种氨基酸，由1010个氨基酸组成个氨基酸组成的十肽，的十肽，能形成能形成多少多少种种？21211010种十肽种十肽21 21 21 2
14、1 21 212121 21 21若由若由N N个个氨基酸组成氨基酸组成的多肽长的多肽长链链，能形成能形成多少多少种种？2121n n种多肽链种多肽链三.蛋白质的结构及其多样性人体内各种空间结构的蛋白质人体内各种空间结构的蛋白质 每一种蛋白质分子都有与它所承担功能相适应的独特结构，如果氨基酸序列改变或蛋白质的空间结构改变，就可能会影响其功能。四.结构与功能相适应缬氨酸组氨酸亮氨酸苏氨酸脯氨酸谷氨酸谷氨酸赖氨酸缬氨酸组氨酸亮氨酸苏氨酸脯氨酸缬氨酸谷氨酸赖氨酸正常红细胞运氧能力强镰状红细胞运氧能力弱镰状细胞贫血的病因氨基酸序列改变蛋白质功能影响四.结构与功能相适应胰岛素胰岛素目前注射胰岛素是唯一的
15、给药方式，口服胰岛素似乎是很多“糖友”的渴求和心声。但是很多人不清楚胰岛素为什么不能口服？如果口服此药物，在消化道内药物被消化液分解，会失去药效、四.结构与功能相适应蛋白质的盐析、水解和变性蛋白质盐析蛋白质在某些盐溶液中析出，溶解度降低，过程可逆蛋白质变性蛋白质在某些物理和化学因素作用下其特定的空间构象被破坏，从而导致其理化性质的改变和生物活性丧失的现象。过程不可逆。高温、强酸、强碱、重金属盐、紫外线等蛋白质水解肽键断裂，蛋白质分解为短肽或氨基酸氨基酸顺序氨基酸顺序，肽键，肽键，空间结构空间结构，功能，功能。不变不变不变不变改变改变 改变改变蛋白质变性后，会发生如下变化：四.结构与功能相适应变
16、性后变化a.空间结构改变(氨基酸排列顺序不变)b.生物学功能丧失（如：高温消毒、灭菌）c.水溶性下降(易沉淀)d.更易被水解(食物煮熟易消化)变性使蛋白质的空间结构变得伸展、松散蛋白质变性后还可用双缩脲试剂检测吗？能。因为蛋白质变性后空间结构改变，并没有破坏氨基酸之间的肽键，双缩脲试剂是与蛋白质中的肽键发生反应。3.应用加酶洗衣粉不要用热水洗，有血迹、牛奶的衣服同样不要医院用70%酒精杀菌含丰富蛋白质的食物煮熟再食用四.结构与功能相适应联系与应用蛋白质的相关计算蛋白质的相关计算氨基酸原子数目的计算氨基酸氨基酸肽键肽键=2 25 56 63 31 11 18 82 22 26 65 56 6=规
17、律一：氨基酸数肽链数=肽键数=脱水数（链状）蛋白质合成相关计算m mn nn-mn-mn-mn-m=55311335氨基酸氨基酸肽键肽键 规律二：氨基酸数=肽键数=脱水数（环状）8288蛋白质合成相关计算m mn nn nn n【例例1 1】血血红红蛋蛋白白分分子子中中含含574574个个氨氨基基酸酸，4 4条条肽肽链链。在在形形成成此此蛋蛋白白质质分分子时，脱下的水分子数和形成的肽键数目分别是（子时，脱下的水分子数和形成的肽键数目分别是（）A.574 A.574和和573 573 B.573 B.573和和573 573 C.570 C.570和和573 573 D.570D.570和和57
18、0570D D一条多肽链至少有几个氨基和羧基？在什么位置？至少1个氨基1个羧基，分别位于链的两端【R基中可能还有氨基基中可能还有氨基或或羧基羧基】【例【例2 2】现有氨基酸】现有氨基酸600600个，其中氨基总数为个，其中氨基总数为610610个，羧基总数为个，羧基总数为608608个，则个，则由这些氨基酸合成的含有由这些氨基酸合成的含有2 2条肽链的蛋白质共有肽键、氨基和羧基的数目依条肽链的蛋白质共有肽键、氨基和羧基的数目依次为（次为（）A.598,2A.598,2和和2 B.598,122 B.598,12和和10 C.599,110 C.599,1和和1 D.599,111 D.599,
19、11和和9 9B B 规律三：至少游离氨基数（羧基数）肽链数 游离氨基数（羧基数）肽链数+R基中的氨基数（羧基数）蛋白质合成相关计算CHCOOHR2HNOHHCCHR1H2NCOCHR2HNOH2OH2O肽键肽键肽键肽键三三肽肽蛋白质合成相关计算 规律四：蛋白质的相对分子质量氨基酸的总质量-脱水的质量 氨基酸数氨基酸的平均分子质量 脱去水分子数18总结：总结：n n个氨基酸个氨基酸形成形成m m条肽链条肽链的的蛋白质，蛋白质，氨基酸的平均分子质氨基酸的平均分子质量为量为a a,则则蛋白质的相对分子质量蛋白质的相对分子质量a an-18(n-m)n-18(n-m)。【例例3 3】组组成成生生物物
20、体体某某蛋蛋白白质质的的2121种种氨氨基基酸酸的的平平均均相相对对分分子子质质量量为为128128，则则由由100100个氨基酸构成的含个氨基酸构成的含2 2条多肽链的蛋白质，其分子量为（条多肽链的蛋白质，其分子量为（）A.12800A.12800B.11018B.11018C.11036C.11036 D.8800 D.8800 蛋白质分子量蛋白质分子量=100128100128-98189818=1103611036C C规律五：蛋白质相对分子质量=氨基酸数氨基酸平均相对分子质量 -脱去的水分子数18-二硫键数2图2-1 某胰岛素通过二硫键连接蛋白质中存在二硫键蛋白质中存在二硫键S二硫键
21、二硫键HHH2S蛋白质合成相关计算【例【例4 4】胰岛素含有】胰岛素含有2 2条多肽链，条多肽链，A A链含链含2121个氨基酸，个氨基酸，B B链含有链含有3030个氨基酸，个氨基酸，两条多肽链间通过两条多肽链间通过2 2个二硫键连接，在个二硫键连接，在A A链上形成一个二硫键链上形成一个二硫键，这这5151个氨基个氨基酸形成胰岛素后，相对分子质量减少了多少？酸形成胰岛素后，相对分子质量减少了多少？()()A.888 B.882 C.880 D.A.888 B.882 C.880 D.无法确定无法确定A A1.图解2.示例：假设氨基酸的平均相对分子质量为a，由n个氨基酸分别形成1条链状多肽或
22、m条链状多肽一.利用形成蛋白质的结构图解完成相应的计算规律形成肽链数形成肽键数脱去水分子数氨基数目羧基数目蛋白质相对分子质量1n1n1至少1个至少1个na18(n1)mnmnm至少m个至少m个na18(nm)环状nn至少为0至少为0na-18n至少氮原子数+R基中氮原子数=各氨基酸中各氨基酸中O O原子总数原子总数-脱去的水分子数脱去的水分子数=各氨基酸中各氨基酸中N N原子总数原子总数 -NHNH2 2（肽链数）（肽链数）N N原子数原子数=-CO-NH-CO-NH-R R中中N N数数 -COOHCOOH2 2（肽链数（肽链数2 2）O O原子数原子数=-CO-NH-CO-NH-R R中中
23、O O数数蛋白质合成相关计算规律六：多肽链中氧原子或氮原子数至少氧原子数=实际氧原子数=肽键数+2肽链数=2氨基酸数-肽键数=氨基酸数+肽链数至少氧原子数+R基中氧原子数至少氮原子数=实际氮原子数=肽键数+肽链数=氨基酸数=氨基酸数氨基酸数2+R2+R基上的基上的C C原子数原子数C C原子数原子数=氨基酸中的氨基酸中的C C原子数原子数H H原子数原子数=各氨基酸中的各氨基酸中的H H总数总数脱水数脱水数2 2-2 2 二硫键数二硫键数规律七：根据氮原子估算多肽链中氨基酸数多肽链中最多氨基酸数=多肽：CxHyOmNb多肽链中实际氨基酸数=多肽中氮原子数多肽中氮原子数-R基中的氮原子数例.某多
24、肽的化学式C55H70O22N10推算，它在完全水解后得到氨基酸最多有 个。10分子通式：分子通式：C C2 2H H4 4O O2 2N-RN-R蛋白质合成相关计算规律八：多肽链中氨基酸排列顺序3种氨基酸，可以形成多少种二肽？可以形成多少种三肽？2121-21=21nn个氨基酸形成的多肽链，最多有多少种氨基酸排列顺序二肽：33=32=9种三肽：33=33=27种蛋白质合成相关计算三种氨基酸各1个，可以形成多少种二肽？可以形成多少种三肽？形成二肽：32=6种形成三肽：321=6种蛋白质合成相关计算蛋白质水解相关计算蛋白质水解相关计算水解后的产物有哪些某十九肽含 4 个天冬氨酸(R基为-CH2-
25、COOH)，分别位于第7、8、14、19位(见下图)。肽酶E1专门作用于天冬氨酸羧基端的肽键，肽酶E2专门作用于天冬氨酸氨基端的肽键。肽酶E1完全作用后的产物为：肽酶E2完全作用后的产物为：七肽、六肽、五肽各1个，1个天冬氨酸 2个六肽、1个五肽，2个天冬氨酸 E1作用：E2作用：蛋白质水解相关计算计算水解后某种氨基酸的数目某十一肽的分子式为C61H83O20N12，已知它由下列5种氨基酸组成：甘氨酸（C2H5NO2）、丙氨酸（C3H7NO2）、苯丙氨酸（C9H11NO2）、谷氨酸（C5H9NO4）、赖氨酸（C6H9O2N2），那么该多肽彻底水解可产生谷氨酸和赖氨酸的分子数分别为（）A.4个、
26、2个 B.5个、1个 C.6个、2个 D.4个、1个C61H83O20N12 +10H2O(11-x)其他氨基酸 +x(C5H9NO4)C61H83O20N12 +10H2O(11-y)其他氨基酸 +y(C6H9O2N2)O原子守恒：20+10=2(11-x)+4xx=4N原子守恒：12=11-y+2yy=1D 某22肽被水解成1个4肽，2个3肽，2个6肽，则：水解成这些短肽共需要水分子数和这些短肽的氨基总数的最小值及肽键总数依次是（）A.4、6、18 B.5、5、18 C.4、5、17 D.5、6、17水解时需要的水分子数、断链的肽键数水解时需要的水分子数=断裂的肽键数C 蛋白质水解相关计算