2020-2021学年高中生物新教材人教版必修1学案：第2章第4节蛋白质是生命活动的主要承担者（教师备课专用）

2020-2021学年高中生物新教材人教版必修1学案：第2章第4节蛋白质是生命活动的主要承担者（教师备课专用）

第 4 节　蛋白质是生命活动的主要承担者 课标要求 核心素养 1.阐明在人体中，组成蛋白质 的氨基酸有 21 种。 2.说明氨基酸的结构特点，氨 基酸形成蛋白质过程。 3.阐明蛋白质是生命活动的主 要承担者。 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。 知 识 导 图 新知预习·双基夯实 一、蛋白质的功能 1．一切生命活动离不开蛋白质，蛋白质是生命活动的主要__承担者__。 2．蛋白质功能举例 功能 举例 构成__细胞和生物体__ 羽毛、肌肉、蛛丝、头发等 __催化__作用 绝大多数的酶 运输作用 __血红蛋白__(能运输氧气) __信息传递__作用 胰岛素等蛋白质类激素 免疫作用 __抗体__(可抵御抗原的侵害) 二、氨基酸的特点及其种类 1．氨基酸的结构 (1)结构通式：__ __。 (2)结构特点 ①数量上：至少含有一个__氨基(—NH2)__和一个__羧基(—COOH)__。 ②位置上：都有一个氨基和一个羧基连在__同一个碳原子__上。 2．种类 (1)分类依据：能否在人体内__合成__。 (2)种类Error! 三、蛋白质的结构层次与脱水缩合 1．蛋白质的结构层次 氨基酸—C、H、O、N等元素组成 　↓ 二肽—由__两个氨基酸__缩合成的化合物 　↓ 多肽—由__多个氨基酸__缩合成的化合物，通常呈链状 　↓__盘曲、折叠__ 蛋白质—具有一定的__空间结构__ 2．脱水缩合过程 (1)反应原理：一个氨基酸分子的__氨基__与另一个氨基酸分子__羧基__相连接，同时脱 去__一分子水__。 (2)过程①名称：__脱水缩合__。 (3)物质②名称：__二肽__。 四、蛋白质结构多样性的原因 1．不同蛋白质含有的氨基酸__种类__、__数目__、__排列顺序__不同。 2．肽链的盘曲、折叠方式及其形成的__空间结构__不同。 ┃┃活学巧练__■ (1)每种蛋白质中都含有 21 种氨基酸。(×) (2)非必需氨基酸是人体不需要的氨基酸。(×) (3)不同氨基酸的化学性质和物理性质不同，是由于 R 基不同。(√) (4)组成生物体中蛋白质的氨基酸只含有一个氨基和一个羧基。(×) (5)多肽就是蛋白质。(×) (6)氨基酸种类和数目相同的蛋白质是同一种蛋白质。(×) 思考： 1．为什么说蛋白质是生命活动的主要承担者？ 提示：蛋白质是细胞的基本组成成分，具有参与组成细胞结构、催化、运输、信息传递、 防御等重要功能；人体内有数万种不同的蛋白质，能够承担多种多样的功能，细胞的各项生 命活动都离不开蛋白质。 2．组成蛋白质的氨基酸分子中都只含有一个氨基和一个羧基吗？如何解释“至少”？ 提示：大多数氨基酸分子只含有一个氨基和一个羧基，而且都连接在同一个碳原子上， 部分氨基酸分子中含有两个氨基、一个羧基或者两个羧基、一个氨基，多出来的氨基或羧基 属于 R 基。“至少”是指组成蛋白质的氨基酸分子中至少含有一个氨基和一个羧基且连接在 同一个碳原子上。 3．蛋白质至少含有哪些元素？如果还有其他元素，则分布在什么部位？ 提示：C、H、O、N　R 基 学霸记忆·素养积累 重点呈现 1．氨基酸是组成蛋白质的基本单位。 2．蛋白质在组成细胞和生物体、催化、运输、调节和免疫等方面具有重要作用。蛋白质 是生命活动的主要承担者。 3．氨基酸通过脱水缩合的方式形成蛋白质或多肽。 4．蛋白质多样性的原因：组成蛋白质的氨基酸的种类、数目、排列顺序不同，肽链的数 目及其形成的空间结构不同。 课内探究·名师点睛 知识点 蛋白质的功能 蛋白质是细胞的基本组成成分，具有参与组成细胞结构、催化、运输、信息传递、防御 等功能。其功能多样性表现如下： (1)结构蛋白：许多蛋白质是构成细胞和生物体结构的重要物质，如羽毛、肌肉蛛丝、毛 发等。 (2)催化作用：有些蛋白质能催化细胞内的化学反应，如绝大多数酶。 (3)运输功能：有些蛋白质具有运输的功能，如红细胞中的血红蛋白等。 (4)调节功能：有些蛋白质起信息传递作用，能够调节机体的生命活动，如胰岛素、生长 激素等是调节生物体生命活动的蛋白质类激素。 (5)免疫功能：参与机体的防御，如动物和人体的抗体能清除入侵的抗原物质。 知识贴士 蛋白质功能的简化记忆法 狗催运面条：蛋白质有参与组成细胞结构的功能、催化功能、运输功能、免疫功能、调 节功能。 ┃┃典例剖析__■ 典例 1 下列有关蛋白质和其功能不相符的是(　C　) A．肌肉主要成分——生物体的结构蛋白 B．酶——催化细胞内的化学反应 C．抗体——调节机体的生命活动 D．血红蛋白——运输氧气 解析：调节机体的生命活动的是部分蛋白质类激素，抗体具有免疫功能，负责抵御病菌 和病毒等的侵害，故 C 项蛋白质与其功能不符。 ┃┃变式训练__■ 1．(2020·太原模拟)下列叙述与蛋白质功能有关的一组是(　A　) ①胰岛素调节血糖浓度　②注射疫苗使人体产生免疫力　③人不吃蔬菜易患坏血症　④ 食物在小肠内彻底消化　⑤老年人的骨质疏松症　⑥红细胞运输氧气和二氧化碳　⑦生命活 动的主要能源物质 A．①②④⑥　　　　 B．③④⑤⑦ C．③⑤⑥⑦ D．②⑤⑥⑦ 解析：胰岛素调节血糖浓度体现了蛋白质调节机体生命活动的功能，①符合；注射疫苗 使人体产生免疫力体现了蛋白质的免疫功能，②符合；人不吃蔬菜易患坏血症是由于缺乏维 生素 C 引起的，与蛋白质功能无关，③不符合；食物在小肠内彻底消化是由于各种消化酶的 作用，消化酶的本质是蛋白质，体现了蛋白质的催化功能，④符合；老年人的骨质疏松症是 由于缺钙引起的，与蛋白质功能无关，⑤不符合；红细胞运输氧气和二氧化碳体现了蛋白质 的运输功能，⑥符合；生命活动的主要能源物质是糖类，⑦不符合。 知识点 蛋白质的基本组成单位——氨基酸 1．氨基酸的结构 (1)氨基酸是组成蛋白质的基本单位，在人体内组成蛋白质的氨基酸有 21 种，主要由 C、 H、O、N 四种元素组成，有的还含有 S 等。 (2)结构通式： 拓展 在自然界中，分子中同时含有氨基和羧基的化合物都称为氨基酸。氨基和羧基连接在同 一个碳原子上的氨基酸是构成蛋白质的氨基酸，称为 α－氨基酸；除 α－氨基酸以外的氨基酸 均不能构成蛋白质。 2．氨基酸的种类 在人体中，组成蛋白质的氨基酸有 21 种，分为必需氨基酸和非必需氨基酸。 (1)必需氨基酸：人体细胞不能合成，必须从外界环境中直接获取的氨基酸，共有 8 种， 它们是缬氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、蛋(甲硫)氨酸、色氨酸、苏氨酸、赖氨酸，婴 儿还有组氨酸。 (2)非必需氨基酸：人体细胞能够合成的氨基酸，共有 13 种。 知识贴士 必需氨基酸的记忆口诀 甲携来一本亮色书(甲硫氨酸、缬氨酸、赖氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、色氨酸、 苏氨酸)。 ┃┃典例剖析__■ 典例 2 (2020·郑州一中高一月考)下列四个结构式中，属于构成蛋白质的氨基酸分 子的是(　D　) 解析：每个氨基酸分子至少含有一个氨基(—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，题中只有 D 项能正确表示构成蛋白质的氨基酸分子。A 项只有氨基，没有羧基；B 项只有羧基，没有氨基；C 项的氨基和羧基没有连在同一个碳原子 上。 ┃┃变式训练__■ 2．(不定项)(2019·广州黄冈学校段考)下列关于生物体内氨基酸的叙述不正确的是 (　ACD　) A．氨基酸是蛋白质分子的单体，由氨基和羧基组成 B．组成蛋白质的氨基酸共有的结构是 C．每个氨基酸分子都只含有 C、H、O、N 四种元素 D．组成人体的氨基酸都能在人体内合成 解析：组成蛋白质的氨基酸的结构通式为 ，不同氨基酸的 R 基不同，因此 其共有的结构为 。甲硫氨酸中含有 C、H、O、N、S 五种元素；必需氨基酸不 能在人体内合成，必须从食物中获得。 知识点 蛋白质的结构及其多样性 1．氨基酸脱水缩合形成肽链 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 分子的水，这种结合方式叫作脱水缩合。连接两个氨基酸分子的化学键叫作肽键。由两个氨 基酸分子缩合而成的化合物叫作二肽。 知识拓展： (1)氨基酸脱水缩合过程中脱下的水，其中的氧来自—COOH；其中的氢一个来自—COOH， 另一个来自—NH2。 (2)参与脱水缩合的氨基和羧基是与各自所在氨基酸的中心碳原子相连的，而不是 R 基上 的氨基和羧基。 (3)一条肽链上至少含有一个游离的—NH2 和一个游离的—COOH，并分别位于肽链的两端。 2．多肽及蛋白质的形成 (1)多肽：由多个氨基酸缩合而成的，含有多个肽键的化合物，叫作多肽。 (2)肽链：多肽通常呈链状结构，叫作肽链。 (3)蛋白质的形成：一条或多条肽链经盘曲、折叠，形成具有一定空间结构、能行使一定 功能的蛋白质。 3．蛋白质的空间结构 (1)蛋白质的结构层次 C、H、O、N 等元素 ― ― →组成 氨基酸 ― ― →脱水缩合 肽链 ― ― ― ― ― ― →盘曲、折叠 形成一定的空间结构 蛋白质 (2)蛋白质分子结构多样性的原因 ①氨基酸的种类不同，构成的肽链不同(如下图) —□—□—□—□—□—□— —○—○—○—○—○—○— (□、○分别代表不同种类的氨基酸) ②氨基酸的数目不同，构成的肽链不同(如下图) □—□—□—□—□　□—□—□—□ ③氨基酸的排列顺序不同，构成的肽链不同(如下图) —□—○—○—□—○—　—○—□—○—□—○— (□、○分别代表不同种类的氨基酸) ④肽链的数目不同，盘曲、折叠的方式和空间结构不同，构成的蛋白质不同(见下图) 特别提醒：①两个蛋白质分子的结构不同，则这两个蛋白质不是同种蛋白质。②不是同 时具备以上四点才能确定两个蛋白质分子结构不同，而是只要具备其中一点，这两个蛋白质 分子的结构就不同。 ┃┃典例剖析__■ 典例 3 蛋白质是生命活动的主要承担者，在组成细胞的有机物中含量最多。下图 为有关蛋白质的简要概念图，下列对图示分析正确的是(　C　) A．a 肯定含有 P B．多肽中 b 的数目等于 c 的数目 C．①过程有水生成 D．d 表示氨基酸的多样性 解析：组成蛋白质的元素肯定有 C、H、O、N，只有部分蛋白质含有 S 和 P；b 表示氨基 酸，c 表示肽键，氨基酸的数目减去肽链的数目等于肽键的数目，因此 b 的数目不等于 c 的数 目；d 表示蛋白质功能的多样性；①过程表示脱水缩合，有水生成。 ┃┃变式训练__■ 3．(不定项)下列有关蛋白质结构、功能多样性的说法，不正确的是(　ABCD　) A．蛋白质结构的多样性与构成蛋白质的氨基酸的种类、数目和空间结构有关 B．已知某化合物含有 C、H、O、N 等元素，可以推断此物质为蛋白质 C．不同蛋白质分子中肽键的数目相等 D．蛋白质空间结构改变，可能会导致蛋白质失去生物活性，但这种改变一般是可逆的 解析：蛋白质结构多样性与氨基酸的结构无关；含有 C、H、O、N 等元素的化合物较多， 不一定是蛋白质，如核苷酸、ATP 等；组成不同蛋白质的氨基酸的数目可能不同，所以不同 蛋白质分子中肽键的数目不一定相同；蛋白质的空间结构是决定蛋白质性质的因素之一，过 酸、过碱或高温都会使蛋白质的空间结构发生改变，这种改变往往是不可逆的，如酶在高温 下失活后既使再降低温度其活性也不会恢复。 规律总结：蛋白质的盐析和变性的区别 (1)盐析：鸡蛋清中加入食盐溶液看到白色絮状物，加水后白色絮状物消失。盐析属于物 理变化。 (2)变性：高温、过酸、过碱或在重金属离子的作用下，蛋白质的分子结构变得伸展、松 散，失去活性。变性属于化学变化。 指点迷津·拨云见日 一、蛋白质的形成过程及结构层次 1．多肽的形成： 2．涉及多肽结构图的解题方法， 根据肽键数，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、羧基及 S，最后审清题目，按要求解答。 典例 4 (2018·江苏高考)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。两者结构简式如下图，各氨基酸残基用 3 个字母缩写表示。下列 叙述正确的是(　D　) A．两种激素都是由八肽环和三肽侧链构成的多肽类化合物 B．氨基酸之间脱水缩合形成的水分子中氢全部来自氨基 C．肽链中游离氨基的数目与参与构成肽链的氨基酸种类无关 D．两种激素间因 2 个氨基酸种类不同导致生理功能不同 解析：两种激素的环状结构由 6 个氨基酸构成，不能称为八肽环，A 项错误；氨基酸之间 脱水缩合形成的水分子中的两个氢分别来自氨基和羧基，B 项错误；肽链中游离的氨基数与参 与构成肽链的氨基酸的种类有密切关系，若某氨基酸中有两个氨基，则将影响形成的肽链中 的游离的氨基数，C 项错误；两种激素的功能不同，与参与其形成的氨基酸种类有关，D 项正 确。 二、蛋白质合成(水解)过程中的相关计算 1．链状多肽基团数和相对分子质量的计算： (1)肽键数＝脱去水分子数＝氨基酸数－肽链数。 (2)氨基数＝肽链数＋R 基中含有的氨基数＝各氨基酸中氨基总数－肽键数。 (3)羧基数＝肽链数＋R 基中含有的羧基数＝各氨基酸中羧基总数－肽键数。 (4)蛋白质相对分子质量＝氨基酸数×各氨基酸平均相对分子质量－脱去水分子数×18。 2．链状多肽中各原子数的计算： (1)碳原子数＝氨基酸数×2＋R 基上的碳原子数。 (2)氢原子数＝各氨基酸中氢原子的总数－脱去水分子数×2－二硫键数×2。 (3)氧原子数＝各氨基酸中氧原子的总数－脱去水分子数＝肽键数＋2×肽链数＋R 基上 的氧原子数。 (4)氮原子数＝肽链数＋肽键数＋R 基上的氮原子数＝各氨基酸中氮原子的总数。 3．一条或多条肽链的蛋白质的相关计算： 假设氨基酸的平均相对分子质量为 a，由 n 个氨基酸分别形成 1 条肽链或 m 条肽链。 形成肽链数 形成肽键数 脱去水 分子数 氨基数目 羧基数目 多肽相对 分子质量 1 n－1 n－1 至少 1 个 至少 1 个 na－18(n－1) m n－m n－m 至少 m 个 至少 n 个 na－18(n－m) 4.脱水缩合计算提醒： (1)环状多肽：氨基酸数＝肽键数＝脱去水分子数。 (2)若通过图示或其他形式告知蛋白质中含有二硫键时，要考虑每形成 1 个二硫键要脱去 2 个—H。 (3)由于 R 基上的碳原子数不好确定，且氢原子数较多，因此以氮原子数或氧原子数的计 算为突破口。 典例 5 二硫键“—S—S—”是蛋白质中连接两条肽链之间的一种化学键。如图 是由 280 个氨基酸组成的某蛋白质的结构图，对其叙述正确的是(　A　) A．该蛋白质至少有 2 个游离的羧基 B．形成该蛋白质的过程中脱去了 277 个水分子 C．该蛋白质至少有 280 个氨基 D．该蛋白质的功能由氨基酸的数量、种类、排列顺序三方面决定 解析：从图中可知，该蛋白质含两条肽链和一个环状肽，每条肽链的两端一个是氨基， 一个是羧基，所以该蛋白质至少有 2 个游离的羧基，2 个游离的氨基，A 正确，C 错误；该蛋 白质是由 280 个氨基酸组成的，含两条肽链和一个环状肽，所以形成该蛋白质的过程中脱去 了 278 个水分子，B 错误；该蛋白质的功能由氨基酸的数量、种类、排列顺序和蛋白质的空间 结构四个方面决定，D 错误。 解疑答惑　　 问题探讨⇨P28 1．提示：这种缝合线植入人体组织后，能被人体降解，进而被人体组织吸收。 2．提示：胶原蛋白被水解为氨基酸可被人体吸收。蛋白质的基本组成单位是氨基酸。 思考·讨论⇨P29 1．提示：每个氨基酸都有氨基和羧基，且都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子 上。 2．提示：“氨基酸”代表了氨基酸分子结构中主要的部分——氨基和羧基。 思考·讨论⇨P31 1．提示：氨基酸、二肽、三肽……多肽、一条肽链盘曲、折叠形成蛋白质或几条肽链盘 曲、折叠形成蛋白质。 2．提示：食物中的蛋白质要经过胃蛋白酶、胰蛋白酶、肠蛋白酶、肠肽酶等多种水解酶 的作用，才能分解为氨基酸。这些氨基酸进入细胞后，要形成二肽、三肽……多肽，由多肽 构成人体的蛋白质。人体的蛋白质与食物中的蛋白质不一样，具有完成人体生命活动的结构 和功能。 3．提示：2110 条。 练习与应用⇨P32 一、概念检测 1．(1)√ (2)×　氨基酸仅通过脱水缩合形成的是肽链。形成蛋白质的过程还包括肽链的盘曲折叠 等形成复杂的空间结构。 (3)×　蛋白质可以分布在细胞内和细胞外 (4)√ 2．A　烧牛肉含有的蛋白质最多，烤甘薯、馒头和米饭中含有的糖类最多。 3．A　B 中无羧基，C 中的氨基和羧基没有连在同一个碳原子上，D 中无氨基。 4．B 二、拓展应用 1．提示：可以从两个方面回答，赞同的观点是消化后又能合成自身的相应成分；不赞成 的观点是食物消化后不能以原来的形式进入人体。 (1)5　4　4　(2)略 训练巩固·课堂达标 1．(2019·甘肃兰州一中高一期末)下图是 3 种组成蛋白质的氨基酸的结构式，据此分析， 下列叙述不正确的是(　D　) A．以上这 3 种氨基酸的 R 基依次是—H、—CH3、—CH2—OH B．这 3 种氨基酸性质不同取决于 R 基的不同 C．甲是最简单的氨基酸 D．从上式可看出，只要含有 1 个氨基和 1 个羧基的化合物就是组成蛋白质的氨基酸 解析：根据组成蛋白质的氨基酸的结构通式可判断：甲、乙、丙 3 种氨基酸的 R 基分别 是—H、—CH3、—CH2—OH。氨基酸的 R 基不同决定了其理化性质的不同。组成蛋白质的氨 基酸至少含有 1 个氨基和 1 个羧基，且都有 1 个氨基和 1 个羧基连接在同一碳原子上。 2．两个氨基酸分子脱水缩合形成二肽，同时生成一分子水，该水分子中的氧来自(　B　) A．氨基　　　　　　　 B．羧基 C．氨基和羧基 D．连在碳原子上的 H 解析：两个氨基酸分子脱水缩合形成二肽，一个氨基酸分子的羧基(—COOH)提供氧原子 和氢原子，另一个氨基酸分子的氨基(—NH2)提供氢原子，生成一分子水，因此水分子中的氧 只能来自羧基。 3．如图甲是血红蛋白的空间结构模式图，其含有两条 α 肽链，两条 β 肽链(α 肽链和 β 肽 链不同)。图乙表示 β 肽链一端的氨基酸排列顺序，请回答下列问题： (1)图乙中①的名称是__氨基__。 (2)图乙所示的一段肽链由__3__种氨基酸脱水缩合而成。 (3)据两图可知一条 β 肽链至少含有__3__个羧基，若两条 β 肽链完全相同，则一个血红蛋 白分子至少含有__8__个羧基。 (4)从两图可以得出，蛋白质多样性的原因是__氨基酸的数目、种类、排列顺序、多肽链 的条数和空间结构等不同__。 解析：(1)图乙中的①是氨基，②④⑥⑧都是 R 基。(2)图乙所示的一段肽链中有 3 种 R 基， 故此段肽链由 3 种氨基酸脱水缩合而成。(3)⑥⑧含有羧基，主链上含有一个羧基，所以一条 β 肽链至少含有 3 个羧基，两条 β 肽链至少含有 6 个羧基，两条肽链至少含有 2 个羧基，故此 蛋白质分子至少含有 8 个羧基。(4)蛋白质具有多样性的原因是氨基酸的数目、种类、排列顺 序、多肽链的条数和空间结构等不同。