人教版 (2019)必修1《分子与细胞》第2章 组成细胞的分子第4节 蛋白质是生命活动的主要承担者学案及答案

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素养达成
设疑激趣
当我们购买食品时，包装上常附有成分说明，你会发现蛋白质是许多食品的重要成分，有时你还会看到蛋白质中含有某些氨基酸的介绍。氨基酸和蛋白质之间有什么关系呢？
夯基提能·分层突破——互动·探究·智涂
探究点一 组成蛋白质的氨基酸
下图是几种氨基酸的结构图，请分析回答下列问题：


(1)写出图中序号代表的结构名称：
①________；②④________；
③________
(2)比较图中几种氨基酸，写出氨基酸分子的结构通式：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)各种氨基酸共有的元素是____________，其中半胱氨酸还含有S元素。
(4)天冬氨酸的R基中含有羧基，赖氨酸的R基中含有氨基，说明组成蛋白质的氨基酸至少含有________________________。
(5)从位置上看组成蛋白质的氨基酸都有一个氨基(—NH2)和一个羧基(—COOH)连接在____________上。
1.“两看”法判断是否为组成生物体内蛋白质的氨基酸
一看“数量”——至少有一个—NH2和一个—COOH。如下列分子不属于构成生物体蛋白质的氨基酸：
①H2N—CH2—CH2OH→缺少—COOH
②HOOC—CH2—CH2—COOH→缺少—NH2
二看“位置”——必须有一个—NH2和一个—COOH连在同一个碳原子上。
如下不属于构成生物体蛋白质的氨基酸：
H2NCHNH2CH2CH2COOH→虽有氨基和羧基，但二者未连在同一个碳原子上。
2．有关“氨基酸”的两个误区
(1)氨基、羧基书写误区：不要将氨基错写为NH2或—NH3；不要将羧基误写为或COOH，其中的一个短线代表一个化学键，不能省略。
(2)氨基酸数目≠氨基酸种类：蛋白质分子含有多个氨基酸，构成生物体蛋白质的氨基酸有21种。
1.结构通式的分析
2．结构特点
3.分类
(1)必需氨基酸(8种)，人体细胞不能合成，必须从外界环境中获取的氨基酸。
(2)非必需氨基酸(13种)，人体细胞能合成的氨基酸。
1．[2022·玉林高中模拟](合格考)下列哪项不是构成蛋白质的氨基酸( )
2．(合格考)甲硫氨酸的R基是—CH2—CH2—S—CH3，则它的分子式是( )
A．C5H11O2NSB．C3H7S
C．C4H11O2SD．C5H10O2N
3．(等级考)(不定项)下列是四个构成蛋白质氨基酸的结构简式，相关叙述正确的是( )
A.构成上述氨基酸分子的基本元素是C、H、O、N
B．上述四种氨基酸的R基依次是—H、—CH3、—CH2OH、—CH2COOH
C．R基中可以有氨基或羧基
D．只要含有氨基和羧基的化合物就是构成蛋白质的氨基酸
探究点二 蛋白质的形成过程
下面是氨基酸之间发生一系列反应形成血红蛋白的过程，结合教材内容完成以下探究。
(1)描述从氨基酸到蛋白质的形成过程：氨基酸→二肽→多肽→肽链盘曲、折叠→具有一定________的蛋白质。
(2)参与脱水缩合的部分：两个相邻氨基酸，一个氨基酸________________________________________。由两个氨基酸脱水形成的化合物称为二肽。
(3)由两个氨基酸脱水缩合形成的化合物的名称是什么？其内含有多少个肽键？在形成过程中脱去多少分子水？
(4)由n个氨基酸形成的含一条肽链的化合物名称是什么？共形成多少肽键，失去多少分子水？
(5)①若n个氨基酸形成m条肽链，则形成肽键数和失去水分子数分别是多少？
②试总结形成肽键数与氨基酸数和肽链条数的关系。
(6)①一条肽链中至少含有多少个游离的—NH2和—COOH？若m条肽链呢？为什么是至少？
②试总结蛋白质中至少含有游离氨基数和游离羧基数与肽链条数的关系。
解答肽链图试题的一般方法
(1)要先找出肽键，以确定氨基酸的数量。
(2)找出R基。如果多肽链较长，要抓住“”这一主线，排除其他化学符号的干扰，中间的C原子上所连的必为R基。
注意：有时同一肽链中具有相同的R基，因此回答氨基酸种类时要考虑此种可能。
(3)解答时可以按照以下步骤进行：找到所有的肽键→用长竖线将肽键分开，将多肽分成多个部分，每一部分是一个氨基酸残基→得出氨基酸数目。有几个氨基酸就是几肽→找出氨基酸的R基，确定氨基酸的种类。
1.过程图示
2．过程分析
(1)参与脱水缩合的部位：一个氨基酸羧基中的—OH和另一个氨基酸氨基中的—H。
(2)H2O中H和O的来源：H既来自氨基又来自羧基，O只来自羧基。
(3)—NH2和—COOH的数量和位置：一条肽链中至少含有一个游离的—NH2和一个游离的—COOH，分别位于肽链的两端，其余的—NH2和—COOH位于R基中。
3．蛋白质的结构层次
(1)C、H、O、N等元素→氨基酸→二肽→多肽eq \(――→,\s\up7(盘曲折叠))蛋白质。
(2)多肽和蛋白质的区别
①结构有差异：多肽仅仅是蛋白质的初级结构形式，而蛋白质具有一定的空间结构。蛋白质是由多肽和其他物质结合而成的，一个蛋白质分子可由一条肽链组成也可由多条肽链通过一定的化学键(如二硫键、氢键等)连接而成。
②功能有差异：多肽的分子量较小，没有空间结构，一般无活性；蛋白质的分子量较大，有空间结构，有活性(变性后活性下降或消失，活性消失叫做失活)。
4．蛋白质相关计算方法规律
(1)已知形成某蛋白质的氨基酸个数为m，肽链数为n，氨基酸的平均相对分子量为a，则该蛋白质：
(2)环肽的脱水数目和氨基酸数目相等。
(3)二硫键“—S—S—”是由两个“—SH”脱下两个H形成的，计算分子量时需要考虑。
(4)蛋白质中含有N、O原子数的计算
①N原子数＝肽键数＋肽链数＋R基上的N原子数＝各氨基酸中N原子总数。
②O原子数＝肽键数＋2×肽链数＋R基上的O原子数＝各氨基酸中O原子总数－脱去的水分子数。
1．(合格考)两个氨基酸分子脱水缩合形成二肽，并生成一分子水，这个水分子中的氢来自( )
A．氨基
B．羧基
C．一个来自氨基和一个来自羧基
D．连接在碳原子上的氢
2．(等级考)如图是3种氨基酸的结构式，由这3个氨基酸按顺序脱水缩合所形成的化合物中，含有的氨基、羧基和肽键的数目依次是( )
A．1，2，3 B．1，1，3
C．1，2，2D．2，2，2
3．(等级考)如图所示，一分子的胰岛素原切去C肽(图中箭头表示切点)后，可转变成由A、B两条肽链构成的有活性的胰岛素(图中数字表示氨基酸序号)，下列分析正确的是( )
A．胰岛素分子具有50个肽键，合成它的过程中共脱去50分子水
B．胰岛素分子含有一个游离的氨基和一个游离的羧基
C．沸水浴时肽键断裂导致胰岛素生物活性丧失
D．切去C肽不需要破坏二硫键
4．(等级考)分析多肽E和多肽F(均由一条肽链组成)得到以下结果。(单位：个)请推算这两种多肽中氨基酸的数目最可能是( )
探究点三 蛋白质结构多样性与功能多样性
1．血红蛋白是由4条多肽链组成的蛋白质。如图展示了血红蛋白的水解和变性过程，二者有何区别？
2．(科学思维)哺乳动物的催产素具有催产和排乳的作用，加压素具有升高血压和减少排尿的作用。两者结构简式如图所示，其中各氨基酸残基用3个字母缩写表示。
(1)结合图示，分析催产素与加压素功能不同的原因。
(2)依据催产素的结构简式图，某同学认为催产素所含游离氨基数目与参与构成肽链的氨基酸种类有关。你是否同意他的说法？说出你的理由。
[名师提醒]
蛋白质的水解、变性和盐析
(1)水解：蛋白质或者多肽中肽键断裂，分解为氨基酸的过程称为水解，和脱水缩合的过程相反，这个过程需要蛋白酶或者肽酶的催化，需要水的参与。
(2)变性：由于高温、强酸强碱、重金属盐等因素导致蛋白质分子的空间结构被破坏的过程称为变性。变性的过程中肽键不断裂，但功能已改变或者消失。
(3)盐析：是由溶解度变化而引起的，蛋白质的空间结构和活性均未变。
1.蛋白质结构多样性的原因分析
2．蛋白质结构多样性与功能多样性的关系
3．【课外拓展】蛋白质分子的空间结构不是很稳定，在特定条件下，蛋白质结构可发生变化，导致蛋白质变性，使其生物活性丧失。
(1)导致蛋白质变性的因素
①重金属盐(汞盐、银盐)；②酸、碱、乙醇、尿素；③高温；④X射线、紫外线等。
(2)蛋白质变性过程中发生的变化
蛋白质变性过程中不发生肽键断裂，而主要发生空间结构的变化，使肽链由有序状态变为无序状态，蛋白质变性一般不可逆。
(3)蛋白质变性的应用
加热或用乙醇处理可使细菌蛋白质变性而死亡，从而达到灭菌的目的。
1．(合格考)人体的肌肉主要是由蛋白质构成的，但骨骼肌、心肌、平滑肌的功能各不相同，这是因为( )
A.肌细胞形状不同
B.在人体的分布位置不同
C.支配其运动的神经不同
D.构成肌细胞的蛋白质分子结构不同
2．(合格考)鉴定尿中是否有蛋白质常用加热法来检验。如图为蛋白质加热过程中的变化，据此判断下列有关叙述正确的是( )
A.沸水浴加热后，构成蛋白质的肽链充分伸展并断裂
B.变性后的蛋白质可与双缩脲试剂产生紫色反应
C.蛋白质加热过程中，氨基酸的排列顺序会发生改变
D.蛋白质肽链的盘曲和折叠被解开后，其特定功能并未发生改变
3．(等级考)血液中的血红蛋白和肌肉中的肌蛋白结构不同的原因是( )
A.所含氨基酸的种类不同，而数目、排列顺序都相同
B.所含氨基酸的数目不同，而种类、排列顺序都相同
C.所含氨基酸的种类、数目、排列顺序不同和多肽链的数目及其形成的空间结构不同
D.所含氨基酸的数目、排列顺序和多肽链的数目相同但空间结构不同
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1.[2022·呼和浩特市第二中学模拟]蛋白质功能多种多样，下列与其功能不相符合的是( )
A．酶——催化
B．抗体——免疫
C．载体——运输
D．肌肉中的蛋白质——调节
2．人体第21种氨基酸硒代半胱氨酸是蛋白质中硒的主要存在形式，体内硒含量很少，合成硒代半胱氨酸的原料需不断从食物中获取。下列叙述错误的是( )
A．硒元素属于微量元素
B．硒代半胱氨酸是非必需氨基酸
C．人体的蛋白质均含有硒
D．硒位于硒代半胱氨酸的R基中
3．同为组成生物体蛋白质的氨基酸，酪氨酸几乎不溶于水，而精氨酸易溶于水，这种差异的产生取决于( )
A.两者R基组成的不同
B．两者的结构完全不同
C．酪氨酸的氨基多
D．精氨酸的羧基多
4．下列是两种氨基酸的结构式，它们在形成二肽时，最可能缩合的基团是( )
A.①③ B．②⑥ C．②④ D．③④
5．某蛋白质含有18个游离的羧基和17个游离的氨基，该蛋白质由128个氨基酸组成，这些氨基酸的所有R基中共有羧基15个，下列关于该蛋白质的叙述正确的是( )
A．由3条肽链组成
B．共有128个肽键
C．所有R基中共有16个氨基
D．形成该蛋白质时，共失去127个水分子
6．根据下图所示化合物的结构分析回答：
(1)该化合物中，①表示________，⑦表示________。
(2)该化合物由________个氨基酸失去________个水分子而形成，这种反应叫作________。
(3)该化合物中的氨基酸种类不同，是由________决定的，其编号是________。
(4)该化合物称为________，含________个肽键，编号是________。
(5)该化合物含有____个游离的氨基和____个游离的羧基。
疑难解答·名师指津——释疑·解惑·教材
问题探讨
1．提示：用某些动物组织提取的胶原蛋白制作手术缝合线，能够被人体组织吸收，是因为组成动物和人体的胶原蛋白是相似的物质。
2．提示：这种手术缝合线要变为小分子物质才能被吸收，初中学习过食物中的蛋白质要分解为氨基酸才能被吸收，因此说蛋白质在化学组成上应该可以分为更小的分子。
练习与应用
一、概念检测
1．(1)√ (2)× (3)× (4)√
2．A 3.A 4.B
二、拓展应用
1．略。
2．(1)5 4 4 (2)略 (3)不会；因为结构决定功能，结构改变了会导致功能发生变化。
3．必需氨基酸是人体自身不能合成的，只能从食物中获取，所以蛋白质类食物中必需氨基酸的种类和含量越多，说明营养价值越高。
第4节 蛋白质是生命活动的主要承担者
夯基提能·分层突破
探究点一
【师问导学】
(1)氨基 R基 羧基
(2)
(3)C、H、O、N
(4)一个氨基(—NH2)和一个羧基(—COOH)
(5)同一个碳原子
【随堂检测】
1．解析：每种氨基酸分子至少都含有一个氨基和一个羧基，并且连接在同一个碳原子上。这个碳原子还连接一个氢原子和一个侧链基团(R基)，但B选项中无—NH2。
答案：B
2．解析：氨基酸的结构通式为，所以甲硫氨酸的分子式为C5H11O2NS。
答案：A
3．解析：根据氨基酸的结构通式可以看出，各种氨基酸都含有的元素是C、H、O、N四种；在甲、乙、丙、丁四个氨基酸中先找出连接在同一个碳原子上的—NH2和—COOH以及—H，则剩下的就是R基；氨基酸的R基中可能含有氨基或羧基；只根据是否含氨基和羧基不能判断某个氨基酸是否是构成蛋白质的氨基酸。
答案：ABC
探究点二
【师问导学】
(1)空间结构 (2)羧基中的—OH和另一个氨基酸氨基中的—H (3)二肽；1个；1个。
(4)n肽；n－1个肽键；n－1个水分子。
(5)①肽键数和失去水分数均为n－m个。
②肽键数＝失去水分子数＝氨基酸数－肽链条数。
(6)①各1个；各m个。因为R基中可能含有—NH2或—COOH。
②至少含有的游离氨基数或羧基数＝肽链条数。
【随堂检测】
1．解析：氨基酸的脱水缩合是一个氨基酸的羧基和另一个氨基酸的氨基分别脱掉一个—OH和一个—H，形成一个水分子。
答案：C
2．解析：由于题干中第二个氨基酸的R基中含有一个羧基，因此由这3种氨基酸按顺序脱水缩合所形成的化合物中，含有1个氨基、2个羧基和2个肽键。
答案：C
3．解析：胰岛素分子含51个氨基酸、两条肽链，则具有51－2＝49个肽键，合成过程中脱去49分子水，A错误；胰岛素分子含有两条肽链，至少含有2个游离的氨基和2个游离的羧基，B错误；沸水浴时蛋白质的空间结构发生改变导致胰岛素生物活性的丧失，但肽键并未断裂，C错误；由图知，切去C肽需要破坏肽键，不需要破坏二硫键，D正确。
答案：D
4．解析：若按N元素计算，多肽链E中有氨基3个，可判定出R基中最多有两个游离的氨基，排除这两个氨基中的N原子，还有53－2＝51个N原子，按照一个氨基含一个N原子，则应由51个氨基酸组成；多肽链F中有氨基6个，可判定出R基中有5个游离的氨基，排除这5个氨基中的N原子，还有54－5＝49个N原子，按照一个氨基含一个N原子，则应由49个氨基酸组成。
答案：D
探究点三
【师问导学】
1．水解是蛋白质中肽键断裂，分解为小分子肽和氨基酸的过程。变性是蛋白质空间结构被破坏的过程，此过程肽键不断裂。
2．(1)两种激素间有2个氨基酸种类不同。
(2)同意，不同的氨基酸中游离的氨基数目不同，所以催产素含游离氨基数目与参与构成肽链的氨基酸种类有关。
【随堂检测】
1．解析：蛋白质功能的不同取决于其分子结构的不同。
答案：D
2．解析：图示蛋白质加热后，构成蛋白质的肽链有所伸展，但是并没有断裂，A错误；变性后的蛋白质空间结构发生了改变，但是仍然具有肽链结构中的肽键，可以与双缩脲试剂发生作用，产生紫色反应，B正确；蛋白质加热过程中，氨基酸的排列顺序不会发生改变，C错误；蛋白质肽链的盘曲和折叠被解开后，其特定功能发生了改变，D错误。
答案：B
3．解析：血液中的血红蛋白和肌肉中的肌蛋白结构不同的原因不仅仅是氨基酸种类的不同，还包括组成蛋白质的氨基酸的数目、排列顺序和肽链形成的空间结构的不同。
答案：C
高效课堂·实践运用
1．解析：酶具有催化作用，A正确；抗体具有免疫作用，B正确；细胞膜上的载体蛋白具有运输作用，C正确；肌肉中的蛋白质属于结构蛋白，D错误。
答案：D
2．解析：由题意可知，人体内硒含量很少，硒元素属于微量元素，A正确；由题意可知，合成硒代半胱氨酸的原料需不断从食物中获取，说明人体细胞能够合成硒代半胱氨酸，因此硒代半胱氨酸是非必需氨基酸，B正确；并不是所有的蛋白质都含有硒，C错误；氨基酸的不同在于R基的不同，硒位于硒代半胱氨酸的R基中，D正确。
答案：C
3．解析：组成生物体蛋白质的氨基酸的结构具有共同的特点，各种氨基酸之间的区别在于R基的不同。
答案：A
4．解析：氨基酸脱水缩合发生在一个氨基酸的氨基与另一个氨基酸的羧基间即①⑤或②④，③和⑥是R基上的羧基和氨基，一般不参与脱水缩合，C符合题意。
答案：C
5．解析：该蛋白质中游离的羧基总数是18，R基上游离的羧基数为15，所以该蛋白质的肽链数是18－15＝3，A正确；该蛋白质中氨基酸数是128，肽链数是3，所以共含有的肽键数为128－3＝125，B错误；该蛋白质中游离的氨基总数是17，肽链数是3，所以R基中含有的游离的氨基数是17－3＝14，C错误；该蛋白质含有128个氨基酸，由3条肽链组成，形成该蛋白质时失去的水分子数＝肽键数＝128－3＝125，D错误。
答案：A
6．解析：图中①是氨基；⑦是羧基；③、⑤、⑥表示肽键；②、④、⑧、⑨是R基。该化合物为四肽，是由4个氨基酸脱去3个水分子形成的。氨基酸种类不同，是由R基决定的，而该化合物含有游离的氨基(羧基)数等于肽链数与R基中氨基(羧基)数之和。
答案：(1)氨基 羧基 (2)4 3 脱水缩合
(3)R基 ②④⑧⑨ (4)四肽 3 ③⑤⑥ (5)2 2分析
举例
氨基酸分子中—NH2、—COOH至少各有一个，因为R基中可能有—NH2、—COOH
至少一个—NH2和一个—COOH连在同一个碳原子上
反例：
H2N－CH2－CH2－CH2－COOH
非构成生物体的氨基酸
生物体中氨基酸种类不同是由R基决定的
甘氨酸：R基为—H(最小)
丙氨酸：R基为—CH3
谷氨酸：R基为
—CH2—CH2—COOH
肽键数
m－n
脱去的水分子数
m－n
平均分子量
am－18(m－n)
氨基数
≥n
羧基数
≥n
N原子数
≥m
O原子数
≥m＋n
原子或基团
C
H
O
N
—NH2
—COOH
多肽E
201
348
62
53
3
2
多肽F
182
294
55
54
6
1
选项
A
B
C
D
多肽E
199
340
58
51
多肽F
181
281
53
49
网
络
建
构
eq \a\vs4\al()
主
干
落
实
1.氨基酸是组成蛋白质的基本单位。
2．组成生物体蛋白质的氨基酸分子至少都含有一个氨基(—NH2)和一个羧基(—COOH)，并且都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上。
3．脱水缩合是一个氨基酸分子的羧基(—COOH)和另一个氨基酸分子的氨基(—NH2)相连接，同时脱去一分子水形成一个肽键的过程。
4．氨基酸分子以脱水缩合的方式形成肽键，由肽键连接氨基酸分子形成肽链，肽链盘曲、折叠形成具有一定空间结构的蛋白质分子。
5．蛋白质多样性的直接原因：组成蛋白质的氨基酸的种类、数目、排列顺序不同及肽链形成的空间结构不同。根本原因：DNA的多样性。
6．蛋白质的功能：组成细胞和生物体、催化、运输、信息传递和防御等。