人教版必修一蛋白質的結構及其多樣性教案

第2課時蛋白質的結構及其多樣性學有目標——課標要求必明記在平時——核心語句必背1.說明氨基酸形成多肽或蛋白質分子的過程2.分析蛋白質的結構多樣性與功能多樣性的關系，舉例說明蛋白質的結構是與功能相適應的I.氨基酸通過脫水縮合的方式形成多肽2.蛋白質多樣性的原因：組成蛋白質的氨基酸的種類、數目、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【主干知識梳理】一、蛋白質的結構層次與脫水縮合.蛋白質的結構層次.脫水縮合的過程(1)反應原理：一個氨基酸分子的氨基與另一個氨基酸分子的鮮相連接，同時脫去二分子水。(2)過程①名稱：脫水縮合。(3)物質②名稱：二肽。(4)結構③名稱：肽鍵。二、蛋白質結構多樣性的原因.蛋白質結構多樣性的原因(1)不同蛋白質含有的氨基酸種類、數且、排列順序不同。(2)肽鏈的盤曲、折疊方式及其形成的空間結構不同。.蛋白質結構與功能的關系1)蛋白質中氨基酸序列改變或蛋白質的空間結構改變,就可能會影響其功能，如人類的鐐狀細胞貧血。2)蛋白質在某些物理和化學因素作用下其特定的空間構象被破壞，從而導致蛋白質變性。【教材微點發掘】.結合教材第30頁“圖2?11某種胰島素的二硫鍵示意圖”回答有關問題：(1)該胰島素是由二條肽鏈構成的，含有支個二硫鍵。(2)二硫鍵的形成過程表示為_SH+-SH-2s+2H,在該胰島素形成過程中，共脫去了2個H。.血紅蛋白是由4條多肽鏈組成的蛋白質。下圖展示了血紅蛋白的水解和變性過程(由教材第32頁《與社會的聯系》拓展)，回答相關問題：(1)蛋白質變性和水解有什么區別？提示：水解是蛋■白質或者多肽中肽健斷裂，分解為氨基酸的過程，和脫水縮合的過程相反。變性是蛋白質空間結構被破壞的過程，此過程肽鍵不斷裂。(2)食用熟雞蛋比生雞蛋更易于人體消化吸收，請分析其中的原因。提示：高溫使蛋白質分子的空間結構變得伸展、松散，容易被蛋白酶水解。教材問題提示思考?討論氨基酸怎樣構成蛋白質.氨基酸脫水縮合形成二肽、三肽……多肽；一條肽鏈按照一定形態盤曲、折疊構成空間結構；多條肽鏈構成更為復雜的空間結構。.食物中的蛋白質要經過胃蛋白酶、膿蛋白酶、腸肽酶等多種水解酶的作用，才能分解為氨基酸。這些氨基酸進入人體細胞后，要脫水縮合形成二肽、三肽……多肽，由多肽錢構成人體蛋白質。人體蛋白質與食物中的蛋白質不一樣，其具有完成人體生命活動的結構和功能。10個氨基酸能夠組成21。條互不相同的長鏈。氨基酸的數目、種類、排列順序的多樣性，以及蛋白質具有復雜的空間結構，是蛋白質種類多種多樣的原因。新知探究(一)氨基酸脫水縮合與蛋白質的形成【探究?深化】［情境質疑1下面是氨基酸之間發生一系列反應形成血紅蛋白的過程，結合教材內容完成以下探究。(1)描述從氨基酸到蛋白質的形成過程：氨基酸一二肽一多肽一肽鏈盤曲、折疊一具有一定空間結構的蛋白質。(2)參與脫水縮合的部分：兩個相鄰氨基酸，一個氨基酸氨基中的一H和另一個氨基酸皎基中的一OH。(3)由2個氨基酸脫水縮合形成的化合物的名稱是什么？其內含有多少個肽鍵？在形成過程中脫去多少分子水？提示：二肽。1個。1個。(4)由n個氨基酸形成的含一條肽鏈的化合物名稱是什么？共形成多少肽鍵？失去多少分子水？提示：〃肽。〃一1個肽鍵?！ㄒ?個水分子。(5)①若〃個氨基酸形成m條肽鏈，則形成肽鍵數和失去水分子數分別是多少？提示：肽鍵數為〃一/〃個，失去水分子數為〃一小個。②試總結形成肽鍵數與氨基酸數和肽鏈條數的關系。提示：肽鍵數=失去水分子數=氨基酸數一肽鏈條數。(6)①一條肽鏈中至少含有多少個游離的一N%和一COOH?若小條肽鏈呢？為什么是至少？提示：各1個。各機個。因為R基中可能含有一NHz或一COOH。②試總結蛋白質中至少含有游離氨基數和游離竣基數與肽鏈條數的關系。提示：至少含有的游離氧基數或浚基數=肽鏈條數。［重難點撥］.氨基酸脫水縮合過程分析(1)參與脫水縮合的部位：一個氨基酸氨基中的一H和另一個氨基酸段基中的一OH。(2)%O中H和O的來源：H既來自氨基又來自瘦基，O只來自段基。(3)—NH2?—COOH的數量和位置：一條肽鏈中至少含有一個游離的一N%和一個游離的一COOH,分別位于肽鏈的兩端，其余的一N%和一COOH位于R基中。.蛋白質形成過程的有關計算規律(1)氨基數=肽鏈數+R基上的氨基數=各氨基酸中氨基總數一肽鍵數。(2)竣基數=肽鏈數+R基上的歿基數=各氨基酸中竣基總數一肽鍵數。(3)氮原子數=肽鏈數+肽鍵數+R基上的氮原子數=各氨基酸中氮原子的總數。(4)氧原子數=肽鍵數+2X肽鏈數+R基上的氧原子數=各氨基酸中氧原子的總數一脫去的水分子數。(5)氫原子數=各氨基酸中氫原子的總數一2X脫去的水分子數。(6)假設氨基酸的平均相對分子質量為“，由〃個氨基酸分別形成1條肽鏈或m條肽鏈或環狀多肽:形成的多肽形成肽鍵數脫去水分子數氨基數目裝基數目多肽相對分子質量1條肽鏈ii-l11—1至少1個至少1個〃。一18(〃一1)m條肽鏈n—mn—m至少m個至少m個na—lS(n—m)環狀多肽1111最少為0最少為0na—18〃(7)若蛋白質中含有二硫鍵(一S-S—)時，要考慮脫去氫的質量，每形成1個二硫鍵，脫去2個H?！镜漕}?例析】［典例1］從動物組織中提取的膠原蛋白可以用來制作手術縫合線，手術后過一段時間，這種縫合線就可以被人體組織吸收，從而避免拆線的痛苦。下列相關說法正確的是0A.合成膠原蛋白過程中產生的水分子中的氫來自氨基B.膠原蛋白分解為氨基酸后被人體吸收C.高溫破壞膠原蛋白的肽鍵使其失去功能D.氨基酸僅通過脫水縮合方式就可以合成膠原蛋白［解析I在核糖體上合成膠原蛋白時，產生的水分子中的氫分別來自氯基和贖基，A錯誤；膠原蛋白是生物大分子，分解成小分子的氨基酸后能被人體吸收，B正確；高溫加熱可以破壞膠原蛋白的空間結構，但不會破壞肽鍵，C錯誤；氨基酸通過脫水縮合方式形成的是多肽，多肽經加工后形成具有空間結構的蛋白質，D錯誤。［答案］B［典例2］根據下列化合物的結構分析回答：(1)該化合物含有個肽鍵，圖中表示肽鍵的編號有o(2)該化合物稱為,形成該化合物的化學反應稱為。(3)該化合物由種氨基酸構成，各種氨基酸的區別在于R基不同，圖中表示R基的編號有o(4)該化合物中含有的氨基數目和竣基數目分別是、o［解析］(1)由題圖分析可知，該化合物中含有3個肽鍵，表示肽鍵的編號為③⑤⑥。(2)由分析可知，此多肽含有4個氨基酸，則形成的化合物為四肽或多肽。(3)決定氨基酸種類的4個R基(②?⑧⑨)結構各不相同，所以構成該化合物的氨基酸有4種。(4)由題圖可知，①表示肽鏈末端氨基，⑦表示肽鏈末端薇基，而⑧和⑨中分別存在一個叛基和一個氨基，則該化合物中含有的氨基數目和狡基數目分別是2個和2個。［答案］(1)3③⑤⑥⑵四肽或多肽脫水縮合(3)4②④⑧⑨(4)22方法規律環狀肽肽鍵數的計算方法TOC\o"1-5"\h\z環狀多肽主鏈中無氨基和竣基，環狀肽中氨基或竣基數目取決-'Aa?胸于構成環狀肽的氨基酸R基中的氨基和竣基的數目，如右圖所示。/、「肽鍵Aa?3(Aa表示氮基酸)\「由圖示可知：肽鍵數=脫去的水分子數=氨基酸數。【應用?體驗】.如圖是3種氨基酸的結構式，由這3種氨基酸按順序脫水縮合所形成的化合物中，含有的氨基、孩基和肽鍵的數目依次是0A.1,2,3B.1,1,3C.1,2,2D.2,2,2解析：選C由于題圖中第二個氨基酸的R基中含有一個痰基，因此由這3種氮基酸按順序脫水縮合所形成的化合物中，含有1個氨基、2個疑基和2個肽鍵。故選C。.下圖是某多肽化合物的示意圖，下列有關該化合物的敘述，錯誤的是()A.該化合物是三肽，含有2個肽鍵B.該多肽鏈中含有4個段基、3個氨基C.氨基酸的不同種類取決于R基②?⑥D.該肽鏈與雙縮服試劑混合會發生紫色反應解析：選B③⑤為肽鍵，是由一個氯基酸分子的氨基和另一個氨基酸分子的疑基脫水縮合形成的，所以該化合物含有2個肽鍵，是三肽化合物，A正確；由于R基中含有1個叛基，所以該化合物有1個氨基、2個短基，B錯誤；組成蛋白質的氨基酸約有20種(人體21種)，這些氨基酸的區別就在于R基(②④⑥)不同，C正確；該化合物含有肽鍵，與雙縮腺試劑混合能產生紫色反應，D正確。3.生長抑素(SS)是一種含14個氨基酸的環狀多肽，由下丘腦合成并釋放，構成SS的基本單位的平均相對分子質量為機。下列說法錯誤的是0A.1分子SS的相對分子質量可以表示為14m—252B.在核糖體上合成1分子SS可產生13分子H2OSS中有可能不含有游離的氨基SS可與雙縮服試劑發生紫色反應解析：選B由于SS是一種含14個氨基酸的環狀多肽，故形成SS的過程中脫去14分子的水，因此1分子SS的相對分子質量=1418X14=14加一252,A正確，B錯誤；SS是一種環狀多肽，若組成SS的氨基酸的R基上不含氨基，則SS中就可能不含有游離的氨基，C正確；SS中含有多個(14)肽鍵，可與雙縮腺試劑發生紫色反應，D正確。新知探究(二)蛋白質結構多樣性的原因【探究?深化】［情境質疑1生物界中的蛋白質種類多達101。?10口種，20余種氨基酸是如何形成如此種類豐富的蛋白質的呢？下圖中“口”“O”代表不同的氨基酸，分析各國代表的含義，歸納蛋白質多樣性的原因。.蛋白質結構多樣性的原因(1)圖甲說明：氨基酸的種類不同，構成的肽鏈不同。(2)圖乙說明：氨基酸的數旦不同，構成的肽鏈不同。(3)圖丙說明：氨基酸的排列順序不同,構成的肽鏈不同。(4)圖丁說明：肽鏈的數目和空間結構不同,構成的蛋白質不同。.借助數學知識分析假若有A、B、C三種氨基酸，在以下兩種條件下形成二肽和三肽的種類各是多少？(1)條件1：A、B、C三個氨基酸，由這三個氨基酸組成多肽的情況。提示：形成二肽的種類：3X2=6種；形成三肽的種類：3X2X1=6種；(2)條件2：A、B、C三種氨基酸(每種氨基酸足夠多)的情況。提示：形成二肽的種類：32=9種；形成三肽的種類：33=27種。［重難點撥］蛋白質結構多樣性與功能多樣性的關系【典題?例析】［典例1］下列有關蛋白質結構、功能多樣性的說法，正確的是0A.蛋白質結構的多樣性與構成蛋白質的氨基酸的種類、數目和空間結構有關B.已知某化合物含有C、H、O、N等元素，可以推斷此物質為蛋白質C.不同蛋白質分子中組成肽鍵的化學元素無差異性D.蛋白質空間結構改變，可能會導致蛋白質失去生物活性，且這種改變一般是可逆的［解析］蛋白質結構多樣性與氨基酸的結構無關，A錯誤；含有C、H、O、N等元素的化合物較多，不一定是蛋白質，如核苔酸、ATP等，B錯誤；蛋白質分子中的肽鍵都是一CO—NH—,組成元素都是C、H、O、N四種，無差異性，C正確；蛋白質的空間結構是決定蛋白質性質的因素之一，過酸、過堿或高溫都會使蛋白質的空間結構發生改變，這種改變往往是不可逆的，如酶在高溫下失活后即使再降溫度其活性也不會恢復，D錯誤。［答案］C［典例2］如圖所示，一分子的胰島素原切去C肽（圖中箭頭所指處表示切點）后，可轉變成由A、B兩條肽鏈構成的有活性的胰島素（圖中數字表示氨基酸序號）。下列分析正確的是（）A.胰島素分子具有50個肽鍵，合成它的過程中共脫去50分子水B.胰島素分子含有一個游離的氨基和一個游離的竣基C.沸水浴時肽鍵斷裂導致胰島素生物活性喪失D.切去C肽不需要破壞二硫鍵［解題導引］［解析］胰島素分子含51個氨基酸、兩條肽鏈，則具有51—2=49（個）肽鍵，合成過程中脫去49分子水，A錯誤；胰島素分子含有兩條肽鏈，至少含有2個游離的氨基和2個游離的痰基，B錯誤；沸水浴時蛋白質的空間結構發生改變導致胰島素生物活性的喪失，但肽鍵并未斷裂，C錯誤；由圖可知，切去C肽需要破壞肽鍵，不需要破壞二硫鍵，D正確。［答案］D【應用?體驗】1.形成蛋白質分子結構的層次，從小到大依次是（）①氨基酸②C、H、O、N等元素③氨基酸脫水縮合④一條或幾條肽鏈接在一起⑤多肽⑥蛋白質A.②f①③一④一⑥f⑤B.①f②f③④f⑤f⑥C.②一①一⑥一③一④一⑤D.②一①一③一⑤一④一⑥解析：選D元素組成化合物，最基本的化合物是氨基酸，氨基酸脫水縮合成多肽，多肽形成具有一定空間結構的蛋白質。故選D。2.人體的肌肉主要由蛋白質組成。心肌、平滑肌、骨骼肌都是肌肉，但心肌具有自動收縮的特性，平滑肌有較強的舒張性，骨骼肌能夠強有力地收縮，這些區別說明構成它們的蛋白質有區別，對這些區別的敘述最確切的是0A.所含氨基酸的數目不同B.所含氨基酸的種類不同C.所含氨基酸的排列順序不同D.所含氨基酸的種類、數目、排列順序和肽鏈形成的空間結構不同解析：選D蛋白質的多樣性可以從氨基酸和肽鏈兩個角度來分析。氨基酸的種類、數目、排列順序和肽鏈形成的空間結構不同都會導致蛋白質的結構不相同。故選D。生命觀念——蛋白質的結構與功能相適應不同的蛋白質，由于結構不同而具有不同的生物學功能。蛋白質的生物學功能是蛋白質分子的天然構象所具有的性質，功能與結構密切相關。一級結構與功能的關系蛋白質的一級結構與蛋白質功能有相適應性和統一性，可從以下幾個方面說明：1)一級結構的變異與分子病蛋白質中的氨基酸序列與生物功能密切相關，一級結構的變化往往導致蛋白質生物功能的變化。如鐮狀細胞貧血，其病因是血紅蛋白基因中的一個核昔酸的突變導致該蛋白分子中0鏈第6位谷氨酸被綴氨酸取代。這個一級結構上的細微差別使患者的血紅蛋白分子容易發生凝聚，導致紅細胞變成鐮刀狀，容易破裂引起貧血，即血紅蛋白的功能發生了變化。(2)一級結構與生物進化研究發現，同源蛋白質中有許多位置的氨基酸是相同的，而非同源蛋白質的氨基酸差異較大。如比較不同生物的細胞色素c的一級結構，發現與人類親緣關系越近，其氨基酸組成與人相比差異越小，親緣關系越遠差異越大。(3)蛋白質的激活作用在生物體內，有些蛋白質常以前體的形式合成，只有按一定方式裂解除去部分肽鏈之后才具有生物活性，如酶原的激活。.蛋白質空間結構與功能的關系蛋白質的空間結構與功能之間有密切相關性，其特定的空間結構是行使生物功能的基礎。以下兩方面均可說明這種相關性。(1)核糖核酸酶的變性與復性及其功能的喪失與恢復。核糖核酸酶是由124個氨基酸組成的一條多肽鏈，含有四對二硫鍵，空間構象為球狀分子。將天然核糖核酸酶在8mol/L尿素中用0-疏基乙醇處理，則分子內的四對二硫鍵斷裂，分子變成一條松散的肽鏈，此時酶活性完全喪失。但用透析法除去P-筑基乙醇和尿素后，此酶經氧化又自發地折疊成原有的天然構象，同時酶活性又恢復。(2)血紅蛋白的變構現象血紅蛋白是一個四聚體蛋白質，具有氧合功能，可在血液中運輸氧。研究發現，脫氧血紅蛋白與氧的親和力很低，不易與氧結合。一旦血紅蛋白分子中的一個亞基與02結合，就會引起該亞基構象發生改變，并引起其他三個亞基的構象相繼發生變化，使它們易于和氧結合，說明變化后的構象最適合與氧結合?！舅仞B評價】1.將蛋白質暴露在高濃度的尿素中會發生蛋白質的變性，除去尿素后，蛋白質的空間結構和生物功能可以恢復。下列說法正確的是。A.高濃度的尿素使蛋白質變性的過程中破壞了蛋白質中的肽鍵B.煮熟的雞蛋更容易消化是由于高溫使蛋白質的空間結構變得松散C.構成蛋白質的氨基酸種類和排列順序相同則蛋白質結構相同).向經尿素處理后的蛋白質溶液中加入雙縮胭試劑不會發生紫色反應解析：選B將蛋白質暴露在高濃度的尿素中會發生蛋白質的變性，該過程中蚤?白質的空間結構發生改變，但蛋白質中的肽鍵沒有被破壞，A錯誤；煮熟的雞蛋更容易消化是由于高溫使蛋白質的空間結構變得松散，容易被蛋白酶催化水解，故吃熟雞蛋容易消化,B正確；蛋白質結構多樣性取決于氨基酸的種類、數目、排列順序及肽鏈的空間結構不同，構成蛋白質的氨基酸種類和排列順序相同的蛋白質結構不一定相同，C錯誤；尿素處理后的蛋白質中肽鍵沒有斷裂，向經尿素處理后的蛋白質溶液中加入雙縮腺試劑仍會發生紫色反應，D錯