苏教版必修1 细胞中的生物大分子 第2课时 蛋白质的结构和功能 学案.docx

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苏教版必修1细胞中的生物大分子第2课时蛋白质的结构和功能学案

第2课时　蛋白质的结构和功能

1．画出氨基酸的结构通式并说出氨基酸的结构特点。

（重点）

2．说明氨基酸形成多肽的过程及相关计算。

（重、难点）

3．阐述蛋白质结构多样性及功能多样性的原因。

4．尝试鉴定生物组织中的蛋白质。

蛋白质的组成元素和基本单位

1．组成元素：

C、H、O、N，大多数蛋白质还含S。

2．基本单位：

氨基酸，约20种。

（1）通式

（2）共性：

都有一个氨基和一个羧基连在同一个碳原子上。

（3）种类：

由R基决定。

探讨

：

比较甲、乙、丙、丁，你发现其共同点是什么？

尝试写出其结构通式。

提示：

共同点：

都至少含有一个氨基和羧基，并且都有一个氨基和一个羧基连在同一个碳原子上。

结构通式是

。

探讨

：

观察下列几种氨基酸的结构图，说明各种氨基酸共有的元素有哪些？

若还有其他元素位于何处？

亮氨酸　　　　　　　　　　半胱氨酸

天冬氨酸

赖氨酸

提示：

各种氨基酸都含有的元素是C、H、O、N，若还有其他元素，则位于R基上，如半胱氨酸的R基上还含有S元素。

探讨

：

我们可以根据什么来识别不同的氨基酸？

提示：

R基。

1．元素组成

氨基酸一定含有C、H、O、N四种元素，可能含有P和S元素，还可能含有Fe等微量元素，如血红蛋白。

2．结构通式

3．结构特点

（1）—NH2和—COOH的数目：

每种氨基酸都至少含有一个—NH2和一个—COOH，也可以是几个（因为R基中可能含有氨基或羧基）（见下图）。

（2）—NH2和—COOH的位置：

构成蛋白质的氨基酸都有一个—NH2和一个—COOH连接在同一个碳原子上，否则就不是构成蛋白质的氨基酸。

1．如图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、—CH2—OH、—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生物体蛋白质的氨基酸

【解析】　四种氨基酸中都含有C、H、O、N四种元素，故可知这四种元素是构成上述氨基酸的基本元素，故A项正确。

氨基酸的结构式中除去

的其余部分就是R基，故B项正确。

R基中可以有氨基或羧基，故C项正确。

构成生物体蛋白质的氨基酸，除必须含有氨基和羧基外，还需氨基和羧基连在同一个碳原子上，故D项错误。

【答案】　D

2．组成蛋白质的氨基酸的R基（　　）

A．与一个氢原子和一个－C2H4O2N相连

B．约有20种

C．至少有一个氨基和一个羧基

D．至少有一个氨基或一个羧基

【解析】　组成蛋白质的氨基酸约有20种，不同氨基酸在结构上的区别就是R基不同。

【答案】　B

3．甲硫氨酸的R基是CH2CH2SCH3，它的分子式是（　　）

A．C5H11O2NS　　　　B．C3H7S

C．C4H11O2SD．C5H10O2N

【解析】　氨基酸的结构通式为

，分子式可写为C2H4O2NR，故甲硫氨酸的分子式应为C5H11O2NS。

【答案】　A

4．下列有关氨基酸结构的叙述中，不正确的是（　　）

A．每种氨基酸只有一个氨基、一个羧基

B．每种氨基酸都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上

C．连接一个氨基和一个羧基的碳原子上还连接一个氢原子和一个侧链基团

D．侧链基团（R基）不同，氨基酸就不同

【解析】　每种氨基酸至少含有一个氨基、一个羧基，有的氨基酸在R基上还有氨基或羧基的分布。

【答案】　A

蛋白质的形成

蛋白质是生物大分子，由许多氨基酸分子通过脱水缩合形成肽键相连而成。

1．过程

氨基酸

　脱水缩合

二肽：

由两个氨基酸分子缩合而成的化合物

　↓

多肽：

由多个氨基酸分子缩合而成的化合物，通常呈链状

　盘曲、折叠

蛋白质：

具有复杂的空间结构

2．脱水缩合

（1）概念：

一个氨基酸分子的羧基和另一个氨基酸分子的氨基相连接，同时脱去一分子水的结合方式。

（2）形成的化学键：

肽键，表示为—CO—NH—。

3．蛋白质的结构多样性的原因

由于组成肽链的氨基酸在种类、数目、排列顺序上的不同，以及构成蛋白质的肽链在数目和空间结构上的不同，所以蛋白质具有多样性。

4．蛋白质功能多样性（连线）

功能　　　　　　　举例

①催化a血红蛋白

②运输b抗体

③运动c激素

④结构d肌肉中的一些蛋白质

⑤防御e酶

⑥调控f构成细胞膜的蛋白质

【提示】　①—e　②—a　③—d　④—f　⑤—b　⑥—c

探讨

：

上图所示过程叫什么反应？

结合教材P18图2－12，你认为氨基酸是如何形成肽链的？

形成的肽链是如何命名的？

提示：

上图所示过程叫脱水缩合反应。

两个氨基酸脱去一分子水形成二肽，二肽再与一个氨基酸脱去一分子水形成三肽，依此类推直至形成多肽。

肽链是根据氨基酸个数来命名的。

探讨

：

上述反应产生的水中的氢原子和氧原子分别来自哪个基团？

提示：

上述反应产生的水中的氢原子来自氨基和羧基各1个，氧原子只来自羧基。

探讨

：

狼肉味与兔肉味不同，是由哪些因素造成的？

举例说出狼体内的蛋白质有哪些功能？

提示：

狼肉味与兔肉味不同，是由于构成狼肉和兔肉的蛋白质的氨基酸的种类和数目不同，氨基酸的排列顺序不同，二者蛋白质的空间结构不同造成的。

狼体内的蛋白质主要功能有：

构成细胞的结构，如毛发、肌肉等；催化作用，狼体内的酶大多都是蛋白质；调节作用，如胰岛素等；免疫作用，如抗体；运输作用，如血红蛋白、细胞膜上的载体蛋白等。

1．脱水缩合过程图解

该反应过程：

第一个氨基酸分子的羧基和第二个氨基酸分子的氨基相连接，同时脱去一分子水的结合方式，叫做脱水缩合。

具有以下特点：

（1）R基团未参与反应。

（2）第一个氨基酸分子的羧基（基团）脱去—OH，第二个氨基酸分子的氨基（基团）脱去—H，两氨基酸脱去部分结合形成水。

两个氨基酸之间新形成的化学键称作肽键，表示为—CO—NH—。

形成的化合物叫做二肽。

（3）若不考虑R基，该二肽分子中还含有一个游离的氨基和一个游离的羧基，分别位于肽链的两端。

2．蛋白质分子的形成

氨基酸

多肽

蛋白质。

3．计算规律

（1）若是m个氨基酸形成n条链，会脱去m－n分子水，形成m－n个肽键。

（2）假设氨基酸的平均分子量为a，则m个氨基酸形成n条链时，所形成肽链的分子量为ma－18（m－n）。

（3）一条肽链至少含有1个游离的氨基和1个游离的羧基；m个氨基酸脱水缩合形成n条链构成的蛋白质中，至少含有n个游离的氨基和n个游离的羧基。

1．现有1000个氨基酸，其中氨基有1020个，羧基有1050个，则由此合成的4条肽链中共有肽键、氨基、羧基的数目是（　　）

A．999、24、54B．996、4、4

C．996、24、54D．996、1016、1046

【解析】　本题考查氨基酸脱水缩合的过程和肽链的结构，试题较难。

在氨基酸分子的脱水缩合过程中，连在同一个C原子上的氨基和羧基，除了两端各留下一个氨基和羧基外，中间的都成为残基，而R基上的氨基和羧基不变。

由题目可知，R基上共有20个氨基，50个羧基，再加上4条链上剩下的4个氨基、4个羧基，分别有氨基和羧基24、54个。

肽键数＝氨基酸数－肽链数＝1000－4＝996个。

【答案】　C

2．根据下列化学结构简式回答问题：

（1）A表示________，D表示________。

（2）该化合物是由________个氨基酸分子失去________个水分子而形成的，这种反应叫做________。

（3）图中表示R基的字母是________，表示肽键的字母是________。

（4）图中有________个肽键，有________个氨基和________个羧基。

（5）该化合物由________种氨基酸组成。

（6）该化合物水解成氨基酸的过程中需要________个水分子。

【解析】　本题考查肽链的结构，分析肽链中氨基酸的组成，首先找到E、F共两个肽键，因此该肽链由3个氨基酸脱水缩合而成，再依据B、C、G三个R基确定氨基酸种类。

【答案】　

（1）氨基　羧基　

（2）3　2　脱水缩合

（3）B、C、G　E、F　（4）2　1　2　（5）2　（6）2

生物组织中的蛋白质的鉴定

[实验原理]　蛋白质能和双缩脲试剂发生紫色反应。

[实验步骤]

制备组织样液：

豆浆或鸡卵清蛋白稀释液或牛奶

取样液2mL加入试管

加入NaOH溶液2mL：

溶液不变色

加入CuSO4_溶液3～4滴：

溶液变紫色

[实验结论]说明组织样液中存在蛋白质。

探讨

：

双缩脲试剂与斐林试剂有什么相同点和不同点？

【提示】　相同点：

成分相同，都有NaOH和CuSO4溶液。

不同点：

①浓度不同，斐林试剂的CuSO4的浓度是0.05g/mol

双缩脲试剂的CuSO4的浓度是0.01g/mol

②使用方法不同。

探讨

：

用双缩脲试剂鉴定蛋白质时，为什么要先滴NaOH溶液？

【提示】　鉴定蛋白质的实质是Cu2＋在碱性条件下与肽键形成紫色的复杂化合物。

[注意事项]

（1）CuSO4溶液只需加3～4滴而不能过量，否则硫酸铜在碱性环境中生成大量蓝色的Cu（OH）2沉淀，会掩盖所产生的紫色。

（2）做实验前要预留组织样液便于对照。

（3）若用鸡卵清蛋白做实验必须稀释。

原因是防止实验后黏固试管，不易洗刷。

（4）操作如图：

1．蛋白质能与双缩脲试剂发生作用产生紫色反应的原因是蛋白质中含有肽键，而肽键可以与双缩脲试剂反应产生紫色的络合物。

那么下列可以与双缩脲试剂发生紫色反应的化合物是（　　）

【解析】　四个选项中只有A项的结构式含有

（肽键）。

【答案】　A

2．健康人的尿中含有极微量的蛋白质，若尿液中蛋白质总量过高，则称为蛋白尿。

除了肾脏疾病和涉及肾脏的其他疾病会引起蛋白尿外，健康人在剧烈运动后也会出现暂时性蛋白尿。

临床上常用双缩脲法定性和定量检测尿中的蛋白质。

请完成下面的实验，探究你在某次剧烈运动后是否出现了蛋白尿。

（1）材料用具：

试管、量筒、剧烈运动前后的尿液、双缩脲试剂A液（质量浓度为0.1g/mL的NaOH溶液）、双缩脲试剂B液（质量浓度为0.01g/mL的CuSO4溶液）。

（2）实验原理：

__________________________________________________。

（3）实验步骤

①取两支试管，分别编号为A、B。

②A中加入运动前自己的尿液2mL，B中加入剧烈运动后自己的尿液2mL。

③先向A、B两支试管中分别加入________________________________，

再向两支试管中分别加入_______________________________________。

④对比观察两支试管中溶液的颜色变化。

（4）预测结果及相应结论

预测结果

相应结论

若A、B两支试管中溶液均为浅蓝色

剧烈运动后，尿液中出现了蛋白质

【解析】　本题探究人在剧烈运动后是否会出现蛋白尿。

本题所利用的原理是教材中有关蛋白质的鉴定方法。

在探究实验中要注意遵循单一变量原则和对照原则。

中学阶段对照实验设计的步骤一般有四步：

第一步：

分别编号，即取两支试管，分别编号为A、B（步骤①）。

第二步：

设置对照实验，即向两支试管中分别加入等量的运动前和运动后自己的尿液，再滴加双缩脲试剂（步骤②③）。

第三步：

观察并记录实验结果，注意要设置观察标准，即观察颜色变化（步骤④）。

第四步：

依据颜色变化，得出结论。

本题预测结果中的浅蓝色是试剂本身所具有的颜色。

【答案】　

（2）蛋白质和双缩脲试剂发生紫色反应

（3）③2mL双缩脲试剂A液，并摇匀　3～4滴双缩脲试剂B液，并摇匀

（4）

预测结果

相应结论

剧烈运动后，尿液中无蛋白质出现

若A试管中溶液为浅蓝色，B试管中溶液为紫色

1．下列氨基酸中，不是组成蛋白质的氨基酸是（　　）

【解析】　氨基酸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。

D项虽然有一个氨基和羧基，但氨基和羧基没有连在同一个碳原子上。

【答案】　D

2．两个氨基酸分子脱水缩合形成二肽，同时生成一分子水，该水分子中的氢来自（　　）

A．氨基B．羧基

C．氨基和羧基D．连在碳原子上的氢

【解析】　脱水缩合脱去的水分子是由一个氨基酸的氨基提供的氢原子和另一个氨基酸的羧基提供的羟基形成的。

【答案】　C

3．亮氨酸的R基为—C4H9，缬氨酸的R基为—C3H7，它们缩合形成的二肽分子中，C、H数分别为（　　）

A．11、24B．9、18

C．11、22D．10、22

【解析】　根据氨基酸的结构通式，缬氨酸中的C、H数分别是5、11，亮氨酸中的C、H数分别是6、13，它们结合形成二肽时失去一分子水，脱去2个H和一个O，因此二肽分子中的C、H数分别是11、22。

【答案】　C

4．下列能正确表示蛋白质分子由简到繁的结构层次的一组是（　　）

①氨基酸　②C、H、O、N等元素　③氨基酸分子脱水缩合　④多肽　⑤形成一定的空间结构

A．①②③④⑤B．②①④③⑤

C．②①③⑤④D．②①③④⑤

【解析】　元素以原子的形式构成氨基酸分子，氨基酸通过脱水缩合形成多肽，多肽再通过盘曲、折叠，形成具有一定空间结构的蛋白质分子，这是蛋白质结构的不同组成层次。

但这种结构层次并不代表体内蛋白质就是从原子开始构成的，体内蛋白质是利用体内合成或转化而来的氨基酸以及从体外吸收来的氨基酸为原料形成多肽，再经过盘曲、折叠形成的。

【答案】　D

5．下面关于蛋白质分子结构与功能的叙述，错误的是（　　）

A．不同蛋白质含有的氨基酸数量不尽相同

B．有些结构不同的蛋白质具有相似的功能

C．组成蛋白质的氨基酸可按不同的排列顺序脱水缩合

D．组成蛋白质的氨基酸之间可按不同的方式脱水缩合

【解析】　不同的蛋白质分子中氨基酸的数量、种类和排列顺序都不尽相同，A、C两项正确；有些结构不同的蛋白质具有相似的功能，如血红蛋白和载体蛋白都具有运输功能，B项正确；组成蛋白质的氨基酸之间脱水缩合的方式相同，都是一个氨基酸分子的羧基和另一个氨基酸分子的氨基相连接，同时脱去一分子水，D项错误。

【答案】　D

课堂小结：

网络构建

核心回扣

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。

3.20种氨基酸的差异在于R基不同。

4.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。

5.蛋白质多样性的原因是：

组成蛋白质的氨基酸的种类、数目、排列顺序不同，多肽链形成的空间结构不同。

6.蛋白质结构的多样性决定了其功能的多样性。