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第3講　生命活動的主要承擔者——蛋白質 　蛋白質的結構和功能(Ⅱ) 　蛋白質的結構和功能 1．氨基酸的結構及其種類 (1)氨基酸的結構 ①結構通式： ② ③各氨基酸之間的區(qū)別在于R基的不同。 (2)氨基酸的種類 生物體中約20種 2．蛋白質的結構及其多樣性 3．蛋白質的功能[連一連] 1．(必修1 P24拓展題改編)神經(jīng)細胞和肌肉細胞含量最多的有機物都是蛋白質，但二者功能完全不同，從組成二者的蛋白質來考慮，其原因不包含(　　) A．氨基酸數(shù)目不同 B．氨基酸種類不同 C．氨基酸排列順序不同 D．由細胞中的遺傳信息決定 答案：D 2．(必修1 P23與生活的聯(lián)系改編)高溫使蛋白質喪失功能的原理是什么？ 提示：破壞了肽鏈盤曲、折疊形成的空間結構。 突破1　組成蛋白質的氨基酸的判斷方法 判斷依據(jù)：氨基酸中氨基、羧基的數(shù)目和連接位置。 (1)從數(shù)量上看，至少有一個—NH2和一個—COOH，如下所示不屬于構成蛋白質的氨基酸： ①H2N—CH2—CH2OH?缺乏羧基(—COOH)。 ②?缺乏氨基(—NH2)。 (2)從位置上看，必須有一個—NH2和一個—COOH連接在同一個碳原子上，如下所示不屬于構成蛋白質的氨基酸： ?氨基和羧基不連在同一個碳原子上。 突破2　二肽的形成過程分析 肽鍵：連接兩個氨基酸分子的化學鍵，可表示為—CO—NH—。 突破3　蛋白質的結構層次分析 (1)肽的名稱確定：一條多肽鏈由幾個氨基酸分子構成就稱為幾肽。 (2)H2O中H與O的每形成一個肽鍵脫去一分子H2O，其中的H分別來自氨基和羧基，O來自羧基。 (3)一條肽鏈上氨基數(shù)或羧基數(shù)的確定：一條肽鏈上至少有一個游離的氨基和一個游離的羧基，分別位于肽鏈的兩端，其余的氨基或羧基在R基上。 (4)多肽鏈盤曲、折疊形成一定的空間結構。 1．蛋白質結構形成的4個“一” 一組成 一鍵 一過程 一場所 至少含一個—NH2 和一個—COOH 肽鍵 脫水縮合 核糖體 2．蛋白質結構的3點提醒 (1)避免書寫錯誤：不要將氨基寫為NH2或—NH3；不要將羧基寫為或COOH；也不要將肽鍵寫為CO—NH或。 (2)氨基酸數(shù)目≠氨基酸種類：蛋白質分子含有多個氨基酸，構成生物體蛋白質的氨基酸約有20種。 (3)蛋白質分子的化學結構≠空間結構 蛋白質分子化學結構的多樣性取決于氨基酸的種類、數(shù)目和排列順序的多樣性，由參與翻譯的mRNA中的密碼子決定。蛋白質空間結構是在其化學結構的基礎上進一步形成的，就是在肽鏈形成后加工的過程中形成的。 【感知考題】 (2016高考江蘇卷，4)蛋白質是決定生物體結構和功能的重要物質。下列相關敘述錯誤的是(　　) A．細胞膜、細胞質基質中負責轉運氨基酸的載體都是蛋白質 B．氨基酸之間脫水縮合生成的H2O中，氫來自氨基和羧基 C．細胞內(nèi)蛋白質發(fā)生水解時，通常需要另一種蛋白質的參與 D．蛋白質的基本性質不僅與碳骨架有關，而且也與功能基團相關 [解析]　細胞膜上負責轉運氨基酸的是載體蛋白，細胞質基質中負責轉運氨基酸的載體是tRNA，A項錯誤；氨基酸之間脫水縮合生成H2O，H2O中的氫分別來自氨基和羧基，B項正確；細胞內(nèi)蛋白質在酶的催化作用下水解，而大部分酶的化學本質是蛋白質，故細胞內(nèi)蛋白質發(fā)生水解時，通常需要另一種蛋白質的參與，C項正確；蛋白質是生物大分子，其基本骨架是碳鏈，蛋白質的基本性質不僅與碳骨架有關，而且與功能基團相關，D項正確。 [答案]　A (1)在分泌蛋白的合成、加工、運輸和分泌過程中，用含35S標記的氨基酸作為原料，則35S存在于圖示①～④中的①部位。 (2)具有催化作用的酶和具有信息傳遞作用的激素都是蛋白質嗎？不是。原因是具有催化作用的酶其化學本質可能是RNA，具有信息傳遞作用的激素其化學本質可能是脂質(如性激素)或氨基酸衍生物(如甲狀腺激素)。 高分點撥——類題通法 1．分析“碳骨架”，確定氨基酸的種類和數(shù)目的策略 當題目中給出肽鏈的結構簡式時，首先要找出“中心碳原子”和“—CO—NH—”交替連接構成的“基本骨架”，然后在肽鍵中間“斷開”，即可數(shù)出氨基酸的個數(shù)，通過比較R基的種類數(shù)可得出氨基酸的種類數(shù)。 2．辨識一些功能物質是否為蛋白質的圖示判斷法 一些功能物質的化學本質如下：(1)絕大多數(shù)酶是蛋白質，少數(shù)酶是RNA；激素中，有些是蛋白質，有些不是蛋白質。(2)抗體和載體的本質都是蛋白質，但結構各不相同。蛋白質與酶、激素、抗體、載體的關系如圖所示： 【跟進題組】 命題1　考查氨基酸的結構 1．甲硫氨酸的R基是—CH2—CH2—S—CH3，它的分子式是(　　) A．C5H11O2NS　　　　　　　 B．C3H7S C．C4H11O2S D．C5H10O2N 解析：選A。氨基酸分子通式為C2H4O2N—R，氨基酸分子式中各原子數(shù)等于R基上的各原子數(shù)加上結構通式中的相應原子數(shù)。 命題2　考查蛋白質的形成及結構 2．(2017大連三中模擬)如圖是某一多肽鏈的分子結構式，據(jù)圖分析下列敘述錯誤的是(　　) A．①是氨基，⑤是羧基 B．該多肽鏈中只有一個肽鍵，是④ C．該多肽鏈中的R基有②③⑥ D．該多肽鏈形成時失去了兩分子水 解析：選B。分析題圖，圖中①為氨基，⑤為羧基，A正確；該多肽鏈中共有2個肽鍵，B錯誤；該多肽鏈中的R基有3個，為圖中②③⑥，C正確；該多肽鏈中有2個肽鍵，形成時失去兩分子水，D正確。 3．(2017上海十二校聯(lián)考)如圖表示在胰島B細胞中胰島素原生成胰島素的過程。該過程(　　) A．發(fā)生在細胞質內(nèi)的核糖體上 B．離不開內(nèi)質網(wǎng)和高爾基體的作用 C．至少斷裂兩個肽鍵生成兩分子水 D．需水參與，且水中氫全部用于形成—COOH 解析：選B。胰島B細胞中胰島素原生成胰島素的過程是蛋白質的一個再加工的過程，該過程離不開內(nèi)質網(wǎng)和高爾基體的作用，不是發(fā)生在核糖體上，A錯誤、B正確；斷裂肽鍵需要水分子而不是生成水分子，C錯誤；水中的氫參與—COOH和—NH2的形成，D錯誤。 4．(2017安陽模擬)朊病毒蛋白(PrP)有兩種構象：一種是PrPc，一種是PrPsc，它們的比較如表： 朊病毒蛋白 PrPc PrPsc 空間結構 以螺旋為主 以折疊為主 溶解度 高 低 致病性 不致病 致病 肽鏈中氨基酸排列順序 相同 由此可以推測這兩種蛋白質表現(xiàn)出不同性質的原因是(　　) A．溶解度不同 B．氨基酸的種類不同 C．空間結構不同 D．氨基酸的數(shù)量不同 解析：選C。由表中信息可知，兩種蛋白質的肽鏈中氨基酸排列順序相同，由此可確定兩種蛋白質的空間結構不同是它們表現(xiàn)出不同性質的原因。 命題3　考查蛋白質的功能 5．如圖中的①②③分別表示生物體內(nèi)的三個生理過程，其中Q分別代表三種物質，下列有關Q的敘述，錯誤的是(　　) A．Q可能位于細胞膜上 B．Q中可能含有硫元素 C．①不一定發(fā)生在細胞內(nèi) D．②必須依賴三磷酸腺苷 解析：選D。根據(jù)過程①知Q可能是酶，絕大多數(shù)酶的化學本質是蛋白質，可能含有硫元素；過程②說明Q可能是細胞膜上的載體蛋白；過程③說明Q可能是抗體。酶促反應在細胞內(nèi)外均可發(fā)生，如唾液淀粉酶；物質跨膜運輸不一定依賴三磷酸腺苷，如協(xié)助擴散。 6．(2015高考四川卷，1)下列在葉綠體中發(fā)生的生理過程，不需要蛋白質參與的是(　　) A．Mg2＋吸收　　　　　 B．O2擴散 C．光能轉換 D．DNA復制 解析：選B。A項，Mg2＋進入葉綠體的方式是主動運輸，需要載體蛋白的參與。B項，O2能通過自由擴散跨膜運輸，不需要蛋白質的參與。C項，光能轉換過程需要多種酶的參與，大多數(shù)酶的化學本質為蛋白質。D項，DNA的復制過程需要DNA聚合酶的參與，DNA聚合酶的化學本質是蛋白質。 　結合生活實踐綜合考查蛋白質 7．(2017江西鷹潭一中高三月考)由我國自主開發(fā)的艾滋病病毒膜融合抑制劑西夫韋肽已順利完成Ⅱb期臨床實驗。西夫韋肽是依據(jù)艾滋病病毒(HIV)膜融合蛋白Gp41的空間結構，全新設計并合成的新一代膜融合抑制劑，含有36個天然氨基酸。下列說法中正確的是(　　) A．西夫韋肽為一種口服制劑 B．HIV的膜是由磷脂雙分子層和蛋白質構成 C．西夫韋肽與雙縮脲試劑發(fā)生反應，呈現(xiàn)紫色 D．西夫韋肽只有進入細胞內(nèi)，才能發(fā)揮其效應 解析：選C。西夫韋肽的化學本質屬于蛋白質類，是大分子，能與雙縮脲試劑發(fā)生反應，呈現(xiàn)紫色，口服會被消化而失去療效，A項錯誤、C項正確；HIV是病毒，沒有膜結構，B項錯誤；西夫韋肽是全新設計并合成的新一代膜融合抑制劑，在HIV的宿主細胞表面發(fā)揮其效應，D項錯誤。 幾種常見蛋白質的分布和功能 名稱 分布 功能 絕大多數(shù)酶 細胞內(nèi)或細胞外 催化作用 載體蛋白 細胞膜 運輸某些物質如離子、氨基酸等 某些激素(如生 長激素、胰島素) 內(nèi)環(huán)境中 調(diào)節(jié)生命活動 抗體 內(nèi)環(huán)境中 免疫作用 血紅蛋白 紅細胞內(nèi) 主要運輸氧氣和部分二氧化碳 糖蛋白 細胞膜表面 保護、潤滑、識別等作用 　蛋白質的相關計算 利用形成蛋白質的結構圖解完成相應的計算規(guī)律 (1)氨基數(shù)和羧基數(shù) ①氨基數(shù)＝肽鏈數(shù)＋R基中的氨基數(shù)。 ②羧基數(shù)＝肽鏈數(shù)＋R基中的羧基數(shù)。 (2)肽鍵數(shù)、脫去水分子數(shù)和蛋白質相對分子質量 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條鏈狀多肽或m條鏈狀多肽： 形成 肽鏈數(shù) 形成 肽鍵數(shù) 脫去水 分子數(shù) 氨基 數(shù)目 羧基 數(shù)目 蛋白質相對 分子質量 1 n－1 n－1 至少 1個 至少 1個 na－ 18(n－1) m n－m n－m 至少 m個 至少 m個 na－ 18(n－m) 1．(必修1 P24科學史話)一個由20種、500個氨基酸組成的蛋白質，它的氨基酸的排列順序就可能有________種。 提示：20500 2．(深入追問)某50肽中有丙氨酸(R基為—CH3)4個，現(xiàn)脫掉其中的丙氨酸(相應位置如圖所示)，得到4條多肽鏈和5個氨基酸(脫下的氨基酸均以游離態(tài)正常存在)。 (1)若該50肽水解得到的幾種有機物比原50肽增加了________個氧原子。 (2)若將新生成的4條多肽鏈重新連接成一條長鏈，則將脫去________個H2O。 提示：8　3 利用原子守恒法計算肽鏈中的原子數(shù) (1)基本原理 ①在一個氨基酸中，若不考慮R基，至少含有2個碳原子、2個氧原子、4個氫原子和1個氮原子。 ②氨基酸在脫水縮合形成多肽時，要失去部分水分子，但是碳原子、氮原子的數(shù)目不會減少。 (2)常用公式 ①碳原子數(shù)＝氨基酸分子數(shù)2＋R基上的碳原子數(shù)。 ②氫原子數(shù)＝各氨基酸中氫原子的總數(shù)－脫去的水分子數(shù)2。 ③氧原子數(shù)＝各氨基酸中氧原子的總數(shù)－脫去的水分子數(shù)。 ④氮原子數(shù)＝肽鍵數(shù)＋肽鏈數(shù)＋R基上的氮原子數(shù)。 【感知考題】 (2017廣東中山一中模擬)某三十九肽中共有甘氨酸4個(甘氨酸結構式如圖1)，現(xiàn)用某種水解酶去除其中的甘氨酸，得到4條長短不等的多肽(如圖2)。如將原來多肽與4條多肽總的原子數(shù)或結構數(shù)進行比較，會出現(xiàn)下列4種情況中的(　　) ①肽鍵數(shù)目減少7個?、贑原子減少8個　③氨基和羧基分別增加3個?、躉原子數(shù)目減少1個 A．1種　　　　　　　　　 B．2種 C．3種 D．4種 [解析]　據(jù)圖分析，去掉4個甘氨酸，共需水解7個肽鍵，所以肽鍵減少7個；每個甘氨酸含2個C原子，脫掉4個甘氨酸減少8個C原子；每條肽鏈中至少含有一個氨基和一個羧基，4條多肽鏈，至少4個游離的氨基，4個游離的羧基，與原來1條多肽鏈相比氨基和羧基分別增加3個；水解7個肽鍵需7分子水參與，水解產(chǎn)生的所有產(chǎn)物中O原子數(shù)增加7個，而每個甘氨酸含有2個O原子，因此原來多肽與4條多肽相比O原子數(shù)目減少1個。 [答案]　D 如圖為某蛋白質的結構示意圖，其中“—S—S—”為由兩個“—SH”(巰基)構成的二硫鍵，其作用是連接兩個相鄰肽鏈。若該蛋白質分子共由m個氨基酸組成，則形成一個該蛋白質分子時生成的水分子數(shù)和減少的相對分子質量分別為(m－2)、18(m－2)＋4。 高分點撥——類題通法 1．環(huán)狀肽的結構與計算 環(huán)狀肽如圖所示： 根據(jù)圖示可知：肽鍵數(shù)＝脫去的水分子數(shù)＝氨基酸數(shù)(由于環(huán)肽首尾氨基酸彼此相連，故形成一個環(huán)肽時比形成一條直鏈肽要多生成一個水分子)。 2．計算蛋白質分子量時別忽略了二硫鍵：當肽鏈上出現(xiàn)二硫鍵(—S—S—)時，要再減去2(即2個H)。 【跟進題組】 命題1　直鏈肽的相關計算 1．(2017江蘇鹽城月考)分析多肽E和多肽F(均由1條肽鏈組成)得到如表所示結果。(單位：個) 原子或基團 C H O N —NH2 —COOH 多肽E 201 348 62 53 3 2 多肽F 182 294 55 54 6 1 請推算這兩種多肽中參與縮合的氨基酸的數(shù)目最可能是(　　) 選項 A B C D 多肽E 58 59 50 51 多肽F 53 54 48 49 解析：選D。多肽E有3個游離的氨基，其中有兩個位于R基上，可判斷多肽E含有的氨基酸數(shù)為53－2＝51；多肽F有6個游離的氨基，有5個位于R基上，多肽F含有的氨基酸數(shù)為54－5＝49。 命題2　環(huán)肽的相關計算 2．一條由39個氨基酸形成的環(huán)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．可能沒有游離的氨基 C．至少有5個游離的羧基 D．至多有36種氨基酸 解析：選B。一條由39個氨基酸形成的環(huán)狀多肽，應有39個肽鍵，A錯誤；因為谷氨酸的R基上沒有游離氨基，又不知其他氨基酸的R基的情況，則可能沒有游離氨基，B正確；由于谷氨酸的R基上有1個游離羧基，則該多肽至少有4個游離羧基，C錯誤；組成蛋白質的氨基酸最多為20種，D錯誤。 命題3　多肽中含有二硫鍵的相關計算 3．(2017懷化模擬)如圖表示一個由三條多肽鏈形成的蛋白質分子，共含271個氨基酸，圖中每條虛線表示由兩個R基中的巰基(—SH)脫氫形成一個二硫鍵(—S—S—)。下列相關敘述不正確的是(　　) A．組成該分子的氨基酸最多有20種 B．氨基酸合成該分子后相對分子質量減少了4 824 C．該分子至少含有3個游離的氨基 D．該物質遇到雙縮脲試劑會發(fā)生紫色反應 解析：選B。組成蛋白質的氨基酸最多有20種；由271個氨基酸合成該分子時，脫去268分子水，同時在形成4個二硫鍵時脫去8個氫，即減少的相對分子質量為26818＋8＝4 832；該分子由三條多肽鏈形成，至少含有3個游離的氨基；蛋白質遇到雙縮脲試劑會發(fā)生紫色反應。 命題4　多肽中原子數(shù)目的相關計算 4．(2017長沙三校聯(lián)考)某六十肽中有2個丙氨酸(C3H7O2N)，現(xiàn)脫掉其中的丙氨酸(相應位置如圖)得到幾種不同的有機產(chǎn)物，其中脫下的氨基酸均以游離態(tài)正常存在。下列有關該過程產(chǎn)生的全部有機物中有關原子、基團或肽鍵數(shù)目的敘述，錯誤的是(　　) A．肽鍵數(shù)目減少4個　　　　 B．氫原子數(shù)目增加8個 C．氨基和羧基分別增加4個 D．氧原子數(shù)目增加2個 解析：選D。1個丙氨酸左右有2個肽鍵，脫掉2個丙氨酸肽鍵數(shù)目減少4個。該過程得到3條短肽鏈和2個游離的丙氨酸，3條短肽鏈增加了2個氨基和2個羧基，2個游離的丙氨酸增加了2個氨基和2個羧基，氨基和羧基分別增加4個。增加的氨基、羧基中氫原子和氧原子分別增加了12個和8個，又因為水解過程肽鍵減少4個，減少了4個氫原子和4個氧原子，所以氫原子數(shù)目增加8個，氧原子數(shù)目增加4個。 [核心體系構建] [填空]?、貱、H、O、N?、凇、垭逆I　 ④功能　⑤免疫?、扌畔鬟f?、叻N類?、嗯帕许樞颉、峥臻g結構 [規(guī)范答題必備] 1．氨基酸中氨基和羧基的兩大特點 (1)數(shù)目：至少含有一個氨基和一個羧基。 (2)連接方式：都有一個氨基和一個羧基連接在同一個碳原子上。 2．氨基酸的種類和性質的唯一決定因素：R基。 3．蛋白質的四個結構層次：元素C、H、O、N等→氨基酸→多肽→蛋白質。 4．脫水縮合過程中重要的數(shù)量關系 肽鍵數(shù)＝脫掉水分子數(shù)＝氨基酸數(shù)－肽鏈數(shù)。 5．蛋白質結構多樣性的原因：組成蛋白質的氨基酸的種類、數(shù)目、排列順序不同，肽鏈的盤曲、折疊方式及其形成的空間結構不同。 6．蛋白質的五大功能：構成細胞和生物體、催化、運輸、免疫、調(diào)節(jié)。