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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: :想想一一想想：必必需需氨氨基基酸酸：人人体体细细胞胞不不能能合合成成的的，必必需需从从外外界界直直接接获获取取，8种种谐谐音音记记忆忆：两两（亮亮异异亮亮）册册（色色）书书（苏苏）本本（苯苯丙丙）携携（缬缬）家家（甲甲）来来（赖赖）儿儿童童9种种（多多出出组组氨氨酸酸）; ;非非必必需需氨氨基基酸酸：人人体体细细胞能够合成的，胞
2、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，才表现出特有的生物活性。蛋白质的空间结构并不稳定，会随
3、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COOH)盐析盐析(可以从浓的无机盐溶液中沉淀出来可
4、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不同细胞器(如线粒体如线粒体蛋蛋 白、叶绿体蛋白白
5、、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)蛋白蛋白质与多与多肽的关系：每个蛋白的关系：每个蛋白质分子可以由分子可以由1条条肽链组成，成，也可由几条也可由几条肽链 通通过一定的化学一定的化学键(肯定不是肯定不是肽链)连接而成。但多接而成。但多肽只有折叠只有折叠成特定的空成特定的空间结构构 进而构成蛋白而构成蛋白质时，才能，才能执行特定的生理功能。行特定的生理功能。 (2)肽键的的结构式可表示如下：构式可表示如下： (3)一条一条肽链上至少有一个游离的氨基和一个游离的上至少有一个游离的氨基和一个游离的羧基，分基，分别位位 于于肽链的两端。的两端。 (4)H2O中中 的的 H来来
6、自自 于于 COOH和和 NH2， 而而 O则 只只 来来 自自 于于 COOH。 (5)若某若某肽链中有四个中有四个肽键，此化合物，此化合物应叫五叫五肽，不叫四，不叫四肽，即以，即以 脱水脱水缩合的氨基酸个数命名。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)结结构构上上有有差差异异。多多肽肽仅仅仅仅是是蛋蛋白白质质的的初初级级结结构构形形式式，无无空空间间结结构，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)蛋蛋白白质质多多样样性性有有四四个个方方面面原原因因，但但多多肽肽多多样样性性只只有有三三个个方方面面的的原因，这一点在组织答案时应特别注意。原因，
7、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氨基酸的平均相对分子分子质量量为a，由，由n个氨基酸分个氨基酸分别形成形成1条条 肽链或或m条条肽链。 (1)氨基数氨基数肽链数数R基
8、上的氨基数各氨基酸中氨基上的氨基数各氨基酸中氨 基基总数数肽键数数 (2)羧基数基数肽链数数R基上的基上的羧基数各氨基酸中基数各氨基酸中羧 基基总数数肽键数数 (3)N原子数各氨基酸中原子数各氨基酸中N的的总数数肽键数数肽链数数 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的的总数脱去水分子数数脱去水分子数 肽键数数2肽链数数R基上的基上的O原子数原子数形成形成肽链数数形成形成肽键数数脱去水脱去水分子数分子数氨基数目氨基数目羧基基数目数目多多肽相相对分子分子质量量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(n
9、m)(5)氨基酸的排列与多氨基酸的排列与多肽的种的种类计算算假若有假若有A、B、C三种氨基酸，由三种氨基酸，由这三种氨基酸三种氨基酸组成多成多肽的情况可分的情况可分为如下两种情形如下两种情形分析：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化合物的种类： 形成三形成三肽的种的种类： (3327种种) 形成二形成二肽的种的种类： (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 类化合物的种化合物的种类： 形成三形成三肽的种的种类： (3216种种
10、) 形成二形成二肽的种的种类： (326种种) 3333332132(6)氨基酸与相氨基酸与相应DNA及及RNA片段中碱基数目之片段中碱基数目之间的关系的关系 DNA(基因基因) mRNA 蛋白蛋白质 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中有中有终止密止密码子等原因，上述关系子等原因，上述关系应理解理解为每合成每合成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
11、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在下列物在下列物质中，若将其中能构成人体蛋白中，若将其中能构成人体蛋白质的氨基酸通的氨基酸通过脱水脱水缩合而形成蛋合而形成蛋 白白质分子，分子，则此蛋白此蛋白质分子中所含有的分子中所含有的羧基、氨基和基、氨基和肽键的数目依次是的数目依次是()A3、3、2 B4、3、3 C3、2、4 D2
12、、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
13、多样性蛋蛋白白质分子分子结构多构多样性可以从以下四个性可以从以下四个层次分析：次分析：(1)(1)氨基酸的种氨基酸的种类不同，构成的不同，构成的肽链不同不同(2)氨基酸的数目不同，构成的氨基酸的数目不同，构成的肽链不同不同(3)氨基酸的排列次序不同，构成的氨基酸的排列次序不同，构成的肽链不同不同(4)肽链的数目和空的数目和空间结构不同，构成的蛋白构不同，构成的蛋白质不同不同以上四点并非同以上四点并非同时具具备才能确定两个蛋白才能确定两个蛋白质分子分子结构不同，而是只构不同，而是只要具要具备其其中一点，就可中一点，就可说明两种蛋白明两种蛋白质结构不同。构不同。2功能多样性与结构多样性的关系功能多
14、样性与结构多样性的关系特别提醒：特别提醒：2下下列各列各项与蛋白与蛋白质结构多构多样性无关的是性无关的是 ()A氨基酸的数目、种氨基酸的数目、种类和排列和排列顺序序B构成蛋白构成蛋白质的多的多肽链的数目的数目C构成蛋白构成蛋白质的多的多肽链的空的空间结构构D氨基酸至少含有一个氨基和一个氨基酸至少含有一个氨基和一个羧基基解解析析：构构成成蛋蛋白白质质的的氨氨基基酸酸的的数数目目、种种类类、排排列列顺顺序序不不同同，蛋蛋白白质质则则不不同同；构构成成蛋蛋白白质质的的多多肽肽链链条条数数不不同同，蛋蛋白白质质的的结结构构也也不不同同；多多肽肽链链的的空空间间结结构构不不同同，蛋蛋白白质质也也不不同同
15、。因因此此A、B、C三三项项都都是是蛋蛋白白质多样性的原因，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】 下下面是某蛋白面是某蛋白质的的肽链结构示意构示意图( (图1 1，其中数字，其中数字为氨基酸氨基酸序号序号) )及部分及部分肽链放大放大图( (图2)2)，请据据图判断下列叙述中不正确的判断下列叙述中不正确的是是()A该该蛋白蛋白质中含有两条中含有两条肽链49个个肽键 B图2中含有的中含有的R基是基是C从从图2可推知可推知该蛋白蛋白质至少含有至少含有4个游离的个游离的羧基基D决定决定该蛋白蛋白质合成的合成的mRNA中至少含有中至少含有51个密个密码子子自主解答：自主解
16、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)蛋蛋白白质是一切生命活是一切生命活动的体的体现者，者，对于生物于生物体而言，蛋白体而言，蛋白质的的“生老病死生老病死”至关重要。至关重要。2004年年诺贝尔尔化学化学奖获得得者研究者研究发现：一种被称
17、：一种被称为泛素的多泛素的多肽在需要能量的蛋白在需要能量的蛋白质降解降解过程程中起重要作用。泛素激活中起重要作用。泛素激活酶酶E1将泛素分子激活，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泛素结合合酶酶E2，最后在泛素，最后在泛素连接接酶酶E3的指引下将泛素的指引下将泛素转移到靶蛋移到靶蛋白上。白上。这一一过程不断重复，靶蛋白就被程不断重复，靶蛋白就被绑上一批泛素分子。被泛素上一批泛素分子。被泛素标记的靶蛋白很快被送往的靶蛋白很快被送往细胞内一种称胞内一种称为蛋白蛋白酶酶体的体的结构中构中进行降行降解。整个解。整个过程可表示程可表示为如下所示如下所示图解。解。请分析回答。分析回答。
18、 (1)蛋蛋白白质在在生生物物体体内内具具有有多多种种重重要要功功能能。依依上上述述材材料料可可推推测出出蛋蛋白白质的一的一项具体功能是具体功能是_ 。(2)泛素泛素调节的蛋白的蛋白质降解降解过程中所需能量主要来自程中所需能量主要来自_物物质。(3)蛋白蛋白酶酶体所含的体所含的酶酶最可能是最可能是_。(4)细胞内胞内E1、E2、E3在蛋白在蛋白质降解降解过程中所起的作用不同，从分子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：_思思路路点点拨拨：(1)题题干干信信息息显显示示泛泛素素可可使使靶靶蛋蛋白白在在蛋蛋白白酶酶体体中中降降解解，整整个个过过程
19、程离离不不开开泛泛素素结结合合酶酶、连连接接酶酶等等，而而它它们们在在反反应应前前后后并并未未改改变变，说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)蛋蛋白白酶酶体体可可将将靶靶蛋蛋白白降降解解(即即水水解解)，因因此此，其其中中所所含含酶酶应应为为蛋蛋白白质质水解酶水解酶(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。答答案案：(1)催催化化作作用用(2)糖糖类(3)蛋
20、蛋白白酶酶(4)它它们虽都都是是蛋蛋白白质，但但其分子其分子结构不同构不同题后反思：题后反思：本本题重在考重在考查阅读能力、信息提取与能力、信息提取与处理能力以及分析、理能力以及分析、推理能力。就知推理能力。就知识而言，而言，则主要考主要考查了了酶酶和蛋白和蛋白质的相关知的相关知识，是今，是今后高考命后高考命题的方向。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中的的无无关关变量量很很多多，同同一一种种实验结果果可可能能是是由由多多种种不不同同的的实验因因素素所所引引起起的的，因因此此必必须严格格控控制制无无关关变量量，要要平平衡衡和和消消除除无无关关变量量对实验结果果的的
21、影影响响。设置置对照照实验，能能有有效效地地排排除除其其他他因因素素干干扰实验结果果的的可可能能性性，使使实验设计更更加加严密密，所所以以大大多多数数实验尤尤其其是是生理生理类实验往往都要有相往往都要有相应的的对照照实验。所所谓对照照实验是是指指除除所所控控因因素素外外，其其他他条条件件与与被被对照照实验完完全全相相等等的的实验。对照照实验设置置得得正正确确与与否否，关关键就就在在于于如如何何尽尽量量去去保保证“其其他条件的完全相等他条件的完全相等”。具体来。具体来说有如下四个方面：有如下四个方面：(1)所所用生物材料要相同。即所用生物材料的数量、用生物材料要相同。即所用生物材料的数量、质量、
22、量、长度、体度、体积、来源和生理状况等方面要尽量相同或至少大致相同。、来源和生理状况等方面要尽量相同或至少大致相同。(2)所有所有实验器具要相同。即器具要相同。即试管、管、烧杯、水槽、广口瓶等器具的大杯、水槽、广口瓶等器具的大小型号要完全一小型号要完全一样。(3)所用所用实验试剂要相同。即要相同。即试剂的成分、的成分、浓度、体度、体积要相同，尤其要相同，尤其要注意体要注意体积等量的等量的问题。 (4)所用所用处理方法要相同。如保温或冷却、光照或黑暗、理方法要相同。如保温或冷却、光照或黑暗、搅拌或振拌或振荡都要一致。有都要一致。有 时尽管某种尽管某种处理理对对照照实验来来说，看起来似乎是毫无，看
23、起来似乎是毫无意意义的，但最好的，但最好还是要做同是要做同样的的处理。理。 【例例】 (2010广东五校联考广东五校联考)赖赖氨酸是哺乳氨酸是哺乳动物蛋白物蛋白质分子中普遍分子中普遍存在的一种氨基酸，是人体的必需氨基酸。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氨酸不能在人体内合成，只能从食物中成，只能从食物中 获取，缺乏取，缺乏时会影响体内蛋白会影响体内蛋白质的合成，出的合成，出现营养不良，体重增加养不良，体重增加缓慢。慢。赖氨酸是否也是大鼠的必需氨基酸呢？氨酸是否也是大鼠的必需氨基酸呢？某生物某生物兴趣小趣小组利用下列材料和用具就此利用下列材料和用具就此问题进行了探究，行了
24、探究，请补充充并完善他并完善他们的的实验原理和原理和实验方案：材料和用具：方案：材料和用具：20只只生生长发育状育状况相同的正常幼年大鼠、分装在不同况相同的正常幼年大鼠、分装在不同试剂瓶中的瓶中的20种氨基酸、不含种氨基酸、不含蛋白蛋白质和氨基酸的食物、秤、天平等。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：_，配制成食物配制成食物A ；配制成食物配制成食物B 。(2)分分组：将：将20只大鼠平均分成甲、乙两只大鼠平均分成甲、乙两组，分，分别称量其体重。称量其体重。(3)饲喂：甲喂：甲组每天每天饲喂适量的食物喂适量的食物A；_。(4)观测：_。结
25、果及果及结论：(略略)思思路路点点拨拨：研研究究“赖赖氨氨酸酸是是否否也也是是大大鼠鼠的的必必需需氨氨基基酸酸”，实实验验的的对对象象是是大大鼠鼠，实实自自变变量量为为赖赖氨氨酸酸，可可设设置置空空白白对对照照，一一组组饲饲料料中中含含有有赖赖氨氨酸酸，一一组组饲饲料料中中不不含含赖赖氨氨酸酸。注注意意饲饲料料中中其其他他氨氨基基酸酸的的含含量量和和比比例例应应适适宜宜。因变量为营养状况，可以大鼠体重变化作为指标。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：_答答案案：实实验原原理理：必必需需氨氨基基酸酸是是动物物体体不不能能合合成成、只只能能从从食食物物中中获得得的的氨氨
26、基基酸酸。当当动物物缺缺乏乏必必需需氨氨基基酸酸，就就会会影影响响体体内内蛋蛋白白质的的合合成成，出出现营养养不不良良，体体重重增增加加缓慢慢等等现象象(其其他他合合理理答答案案亦亦可可)实实验方方案案：(1)取取一一定定量量的的不不含含蛋蛋白白质和和氨氨基基酸酸的的食食物物，加加入入含含量量和和比比例例适适宜宜的的20种种氨氨基基酸酸另另取取等等量量的的不不含含蛋蛋白白质和和氨氨基基酸酸的的食食物物，加加入入除除赖氨氨酸酸以以外外的的19种种氨氨酸酸，其其含含量量和和比比例例与与食食物物A中中相相同同(3)乙乙组每每天天饲喂喂等等量量的的食食物物B。两两组大大鼠鼠其其他他饲养养条条件件相相同同(4)分分别测量量甲甲、乙乙两两组大大鼠鼠的的体重，并体重，并计算体重增加量算体重增加量
