2020-2021学年第一章 细胞的分子组成第三节 细胞中的蛋白质和核酸第1课时学案

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第三节　细胞中的蛋白质和核酸 第1课时　细胞的功能主要由蛋白质完成 一、蛋白质的组成元素和基本单位 1．组成元素：除含有C、H、O、N外，大多数蛋白质还含有S。 2．基本单位 (1)蛋白质的基本组成单位是氨基酸。 (2)种类：自然界中已经发现的氨基酸有几百种，而在生物体内，蛋白质通常由常见的20种氨基酸分子组成。 (3)结构 ①写出图中结构名称 a．氨基；b、d.R基；c.羧基。 ②比较图中两种氨基酸，写出氨基酸分子的结构通式： 。 ③氨基酸的结构特点 数量关系：至少都含有一个氨基和一个羧基。 位置关系：都有一个氨基和一个羧基连接在同一碳原子上。 各种氨基酸之间的区别在于R基的不同。 二、蛋白质的结构及其多样性 1．氨基酸的脱水缩合 (1)此生理过程的名称是脱水缩合。 (2)写出字母代表的结构或名称：a.肽键，b.二肽。 (3)判断产物H2O中原子的来源 eq \b\lc\ (\a\vs4\al\co1(H：来自R1所在氨基酸的羧基和R2所在氨基酸的氨基。,O：来自R1所在氨基酸的羧基。)) (4)多肽中氨基或羧基的含量：至少一个。 2．蛋白质的形成过程 元素：C、H、O、N等 　↓ 氨基酸：蛋白质的基本组成单位 　↓脱水缩合 二肽：由两个氨基酸分子脱水缩合而成的物质 　↓ 多肽(链)：由n个氨基酸分子以肽键彼此相连形成的物质，通常呈链状结构 　↓ 蛋白质：具有一定的空间结构 3．蛋白质种类繁多的原因 组成肽链的氨基酸在种类、数量、排列顺序上的不同，以及构成蛋白质的肽链在数量和空间结构上的千差万别，决定了细胞中的蛋白质是多种多样的。 三、蛋白质的功能 1．众多的蛋白质参与组成细胞和生物体的各种结构，并具有特定的生理功能。 2．人体内蛋白质部分生理功能举例 生理功能　　 实例 ①催化　　　　　 a．抗体 ②运输 b．大多数酶 ③运动 c．脂蛋白 ④结构 d．细胞质膜成分 ⑤防御 e．某些激素 ⑥调控 f．肌肉 [答案]　①—b　②—c　③—f　④—d　⑤—a　⑥—e 判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”) 1．蛋白质的多样性不仅取决于氨基酸，还与肽链数量及形成的空间结构有关。 (　　) 2．若甲、乙蛋白质分子中氨基酸种类、数量及排列顺序相同，则甲、乙为同一种蛋白质。 (　　) 3．所有蛋白质分子均含20种氨基酸。 (　　) 4．分子式中只要有氨基和羧基，就一定是构成生物体蛋白质的氨基酸。 (　　) 5．每种氨基酸分子都含有一个氨基和一个羧基，且都连在同一个碳原子上。 (　　) 6．蛋白质的结构具有多样性，功能也具有多样性。 (　　) 提示：1.√ 2．×　蛋白质的多样性原因还有肽链形成的空间结构不同。 3．×　构成蛋白质的氨基酸通常有20种，但不是每种蛋白质都含20种氨基酸。 4．×　构成生物体蛋白质的氨基酸至少含有一个氨基和一个羧基，且必须有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上。 5．×　每种氨基酸分子都至少含有一个氨基和一个羧基，且有一个氨基和一个羧基连在同一个碳原子上。 6．√ 　蛋白质的基本组成单位——氨基酸 1．氨基酸的结构通式 2．结构通式分析 (1)数量：至少含有一个氨基(—NH2)和一个羧基(—COOH)，“至少”的原因是在R基中也可能含有氨基和羧基，如： (2)位置：必须有一个氨基(—NH2)和一个羧基(—COOH)连在同一个碳原子上，如： 氨基与羧基未连接在同一个碳原子上，不是构成生物体蛋白质的氨基酸。 (3)R基分析 ①R基的判断：排除法，即找出氨基酸的共同体(连接在同一碳原子上的—NH2、—COOH和—H)，剩下的部分为R基。 ②决定氨基酸的种类和理化性质。 ③决定氨基酸中所含氨基和羧基的数量：除了连接在同一个碳原子上的氨基和羧基外，多余的氨基和羧基一定位于R基中。 ④决定氨基酸的组成元素：氨基酸结构通式中含有C、H、O、N四种元素，若含有其他元素则一定位于R基中。 3．氨基与羧基的书写方法 提示：千万不要忘记在基团前面加“—”。 1．以下是四种构成蛋白质的氨基酸的结构式，下列叙述错误的是(　　) 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、—CH2—COOH 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 D　[构成四种氨基酸分子的基本元素是C、H、O、N，A项正确；题干中四种氨基酸的R基依次是—H、—CH3、—CH2OH、—CH2—COOH，B项正确；构成蛋白质的氨基酸中至少有一个氨基和一个羧基，且都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上，其结构通式为，R基中可以有氨基或羧基，C项正确、D项错误。] 2．谷氨酸的R基为—C3H5O2，1分子谷氨酸含有的C、H、O、N原子数依次是(　　) A．5、9、4、1 B．4、8、5、1 C．5、8、4、1 D．4、9、4、1 A　[根据组成蛋白质的氨基酸的结构通式：，已知R基为—C3H5O2，可以求出谷氨酸的分子中含碳原子2＋3＝5(个)，氢原子4＋5＝9(个)，氧原子2＋2＝4(个)，氮原子1个。] 　蛋白质的结构及其多样性 1．多肽中氨基数、羧基数、氨基酸数、肽键数和脱水数的计算 (1)蛋白质的水解可看作蛋白质合成的逆过程，即合成过程中脱去水分子的数目，就是水解过程中需加入水分子的数目。 (2)若肽链间有二硫键(—S—S—)，则蛋白质的相对分子质量＝na－18(n－m)－2k(k为二硫键的个数，n为氨基酸数，m为肽链数，a为氨基酸的平均相对分子质量)。 (3)涉及多肽结构图的问题，首先，从图中准确辨认出肽键；其次，确定图中共有多少个氨基酸及每个氨基酸的R基，尤其注意R基上有无氨基、羧基；最后审清题目，按要求解答。 2．蛋白质中含有N、O原子数的计算 (1)N原子数＝肽键数＋肽链数(肽链一端游离的氨基数)＋R基上的N原子数＝各氨基酸中N原子总数。 (2)O原子数＝肽键数＋2×肽链数(肽链一端游离的羧基数)＋R基上的O原子数＝各氨基酸中O原子总数－脱去水分子数(肽键数)。 (3)H原子数＝各氨基酸H原子总数－2×肽键数(－2×二硫键数)。 3．氨基酸的排列与多肽种类的关系 若有A、B、C三种氨基酸，则由这三种氨基酸组成肽的情况可分下列两种情形分析： ①每种氨基酸数目不限的情况下，可形成肽化合物的种类： 形成三肽的种类：[33＝27(种)] 　 形成二肽的种类：[32＝9(种)]　 ②每种氨基酸只有一个的情况下，形成肽化合物的种类： 形成三肽的种类：[3×2×1＝6(种)]　 形成二肽的种类：[3×2＝6(种)]　 深化探究：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。 提示：(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。 1．下列有关如图所示多肽的叙述中，正确的是(　　) A．由5个氨基酸缩合而成 B．有游离的氨基和羧基各1个 C．有4种不同的侧链基团 D．形成过程中失去了3分子水 D　[分析图解可知，图中多肽有三个肽键(—CO—NH—)，即含有4个氨基酸，A错误；图中多肽有两个游离的羧基和一个游离的氨基，B错误；图中氨基酸的R分别为—CH2—CH2—COOH、—CH3、—CH2SH、—CH3，即表示有3种不同的侧链基团，C错误；4个氨基酸脱水缩合过程中要失去3分子水，D正确。] 2．(多选)已知丙氨酸的R是—CH3，则下列关于5个丙氨酸形成多肽的过程的叙述中，不正确的是(　　) A．产物中含有4个肽键称为四肽 B．产物多肽的相对分子质量比反应物减少了90 C．产物多肽含有5个氨基和5个羧基 D．产物水中的H既来自氨基又来自羧基，O只来自羧基 ABC　[5个丙氨酸脱水缩合形成含有4个肽键的化合物称为五肽，A错误；形成该产物的过程中脱去了4分子水，产物多肽的相对分子质量比反应物减少了18×4＝72，B错误；丙氨酸的R中没有氨基和羧基，因此产物多肽含有1个氨基和1个羧基，C错误；氨基酸脱水缩合时，一个氨基酸的氨基脱去1个—H，另一个氨基酸的羧基脱去1个—OH，二者结合形成水，所以产物水中的H既来自氨基又来自羧基，O只来自羧基，D正确。] 3.如图表示一个由三条多肽链形成的蛋白质分子，共含271个氨基酸，图中每条虚线表示由两个R基中的巯基(—SH)脱氢形成一个二硫键(—S—S—)。下列相关叙述不正确的是(　　) A．组成该分子的氨基酸最多有20种 B．氨基酸合成该分子后相对分子质量减少了4 824 C．该分子至少含有3个游离的氨基 D．该物质遇到双缩脲试剂会发生紫色反应 B　[组成蛋白质的氨基酸最多有20种，A正确；由271个氨基酸合成该蛋白质分子时，脱去268个水分子，同时在形成4个二硫键时脱去8个氢，即减少的相对分子质量为268×18＋8＝4 832，B错误；该分子由三条多肽链组成，至少含有3个游离的氨基，C正确；蛋白质遇到双缩脲试剂会发生紫色反应，D正确。] 4．某条四十肽中有丙氨酸4个(相应位置如图)，现脱掉其中的丙氨酸，得到四条多肽链和五个游离氨基酸。下列相关叙述错误的是(　　) A．该四十肽水解得到的产物，比原四十肽增加了4个氧原子 B．若水解得到的多肽链共有5个羧基，则必有1个羧基在R上 C．若将得到的游离氨基酸缩合成五肽，则氨基酸序列有5种可能 D．若将得到的四条多肽链连接成一条长链，则会新生成3个肽键 A　[脱掉这4个丙氨酸需断开8个肽键，每断开1个肽键需要1分子水，因此氧原子数目增加8个，A错误；若不考虑R中的羧基，则4条多肽链含有4个羧基，若新生成的4条多肽链总共有5个羧基，则其中必有1个羧基在R上，B正确；得到的5个氨基酸中有4个均为丙氨酸，因此将这5个氨基酸缩合成五肽，则有5种不同的氨基酸序列，C正确；将新生成的4条多肽链重新连接成一条长链，将脱去3个H2O，形成3个肽键，D正确。] [课堂小结] 1．下列哪项不是构成人体蛋白质的氨基酸(　　) B　[构成人体蛋白质的氨基酸至少含有一个氨基和一个羧基，且连接在同一个碳原子上，B项中的氨基和羧基没有连接在同一个碳原子上，因此不是构成人体蛋白质的氨基酸。] 2．如图依次为丙氨酸、甘氨酸和天冬氨酸的结构，由这三个氨基酸脱水缩合所得到的肽链中，含有的氨基、羧基和肽键的数目分别是(　　) A．1、1、3 B．3、3、2 C．1、1、2 D．1、2、2 D　[由题中氨基酸的结构可知，丙氨酸含一个氨基和一个羧基，甘氨酸含一个氨基和一个羧基，天冬氨酸含一个氨基和两个羧基。1条肽链上的肽键数＝氨基酸数－1、氨基数＝1＋R上的氨基数、羧基数＝1＋R上的羧基数。由这三个氨基酸脱水缩合形成三肽，该三肽中的氨基数＝1、羧基数＝2、肽键数＝2。] 3．下列关于蛋白质功能的叙述中，正确的是(　　) A．蛋白质就是一种多肽　B．具催化作用的酶都是蛋白质 C．胰岛素具有调节作用 D．血红蛋白具有免疫作用 C　[蛋白质具有空间结构，多肽没有空间结构；绝大多数酶是蛋白质；胰岛素具有降低血糖浓度的功能；血红蛋白具有运输氧的功能。所以C选项正确。] 4．(多选)下列各项与蛋白质结构多样性相关的是(　　) A．氨基酸的数量、种类和排列顺序 B．构成蛋白质的多肽链的数量 C．氨基酸至少含一个氨基和羧基 D．构成蛋白质的多肽形成的空间结构 ABD　[构成蛋白质的氨基酸的数量、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，蛋白质也不同；构成蛋白质的多肽链形成的空间结构不同，蛋白质也不同。因此A、B、D三项都是蛋白质结构多样性的原因，只有C项不是。] 5．根据下图所示化合物的结构分析回答下列问题： (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。 [解析]　图中①是氨基；⑦是羧基；③、⑤、⑥表示肽键；②、④、⑨、⑧是R。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中氨基(羧基)数之和。 [答案]　(1)氨基　羧基　(2)4　3　脱水缩合 (3)R　②④⑧⑨　(4)四肽　3　③⑤⑥　(5)2　2 课标内容要求核心素养对接1．阐明在生物体内，蛋白质通常由常见的20种氨基酸分子组成。 2．明确蛋白质的功能取决于氨基酸序列及其形成的空间结构。 3．阐明细胞的功能主要由蛋白质完成。1．生命观念——通过对蛋白质的学习，建立生命的物质性的观点，从结构与功能观角度理解蛋白质的多样性。 2．科学思维——从氨基酸的结构特点理解氨基酸脱水缩合的过程，构建数学模型解答与蛋白质有关的计算问题。 3．社会责任——从蛋白质功能多样性角度明确蛋白质与人体健康的关系。项目完整的写法空间位置不同的写法省略一些化学键的写法氨基 —NH2羧基—COOH氨基酸平均相对分子质量氨基酸数目肽键数目脱去水分子数目多肽或蛋白质相对分子质量氨基数目羧基数目一条肽链ann－1n－1na－18×(n－1)至少1个至少1个m条肽链ann－mn－mna－18×(n－m)至少m个至少m个环状多肽annnna－18n最少为0最少为0知识网络构建核心语句背诵1.氨基酸是组成蛋白质的基本单位。 2.构成生物体的氨基酸约有20种，20种氨基酸的差异是R不同。 3.每种氨基酸分子至少含有一个氨基和一个羧基，且都有一个氨基和一个羧基连在同一个碳原子上。 4.蛋白质是生物大分子，是由许多氨基酸脱水缩合形成肽键相连而成。 5.蛋白质多样性的原因是组成肽链的氨基酸的种类、数量、排列顺序不同，构成蛋白质的肽链在数量和空间结构上千差万别。 6.众多的蛋白质参与组成细胞和生物体的各种结构，并具有特定的生理功能(例如：催化、运输、运动、防御和调控等)。