【生物】2019届一轮复习人教版生命活动的主要承担者——蛋白质学案

【生物】2019届一轮复习人教版生命活动的主要承担者——蛋白质学案

第七节：生命活动的主要承担者——蛋白质 (学案)‎ 一、蛋白质的结构和功能 ‎1.组成蛋白质的氨基酸及其种类 备注：‎ ‎(1)“8种”必需氨基酸:甲硫氨酸、赖氨酸、缬氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、色氨酸、苏氨酸。评价蛋白质食品营养价值主要依据其必需氨基酸的种类和含量。‎ ‎(2)组成天然蛋白质的氨基酸有20种，R基不同导致氨基酸种类、理化性质不同。‎ ‎(3)结构通式应用 ‎①判断结构式是否为组成蛋白质的氨基酸 ‎“两看法”判断组成蛋白质的氨基酸 ‎②依据氨基酸的结构通式的两种计算 a：依据：氨基酸的结构通式可以简写为R—C2H4O2N，氨基酸分子式中各原子数等于R基中各原子数分别加上结构通式中C、H、O、N原子数。‎ b：两种计算类型。‎ Ø 已知氨基酸分子式，推测R基的组成：如某氨基酸分子式为C6H14O2N2，则R基为—C4H10N。‎ Ø 已知R基，写出氨基酸的分子式：丙氨酸的R基为—CH3，则丙氨酸的分子式为C3H7O2N。‎ ‎2.蛋白质的合成及其结构、功能多样性 ‎(1)二肽的形成过程 ‎①过程①名称：脱水缩合；场所：核糖体。‎ ‎②物质②：二肽。‎ ‎③结构③：肽键，其结构简式为：—NH—CO—。‎ ‎④H2O中H的来源：一个来自氨基，一个来自羧基；O来源于羧基。‎ 备注：不同蛋白质的合成场所：真核细胞胞内蛋白在游离核糖体上合成，分泌蛋白则在附着于内质网上的核糖体中合成。‎ ‎(2)蛋白质形成过程分析 ‎①一条肽链上至少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；其余的氨基和羧基在R基上。‎ ‎②参与脱水缩合的分别是两个氨基酸中与中心碳原子相连的氨基和羧基，而不是R基中的氨基和羧基(R基中的—NH2或—COOH不参与主链中肽键的形成)。‎ ‎③肽的名称：取决于氨基酸的数目，如：由六个氨基酸分子构成一条链，则其名称是六肽，也可称为多肽。‎ ‎(3)蛋白质的结构层次 氨基酸→(脱水缩合)多肽→(盘曲折叠)蛋白质 ‎(4)蛋白质的结构多样性和功能多样性 总结：‎ ‎①蛋白质分子多样性的直接原因：组成蛋白质的氨基酸的种类、数目、排列顺序不同，肽链的盘曲、折叠方式及其形成的空间结构千差万别。‎ ‎②蛋白质具有多样性的根本原因:DNA具有多样性。 ‎ 注意事项：‎ ‎1.氨基酸数目≠氨基酸种类：蛋白质分子含有多个氨基酸，构成生物体蛋白质的氨基酸约有20种。‎ ‎2.R基团中不一定有C原子，如甘氨酸中R基因为H原子；S元素一定在R基团中。‎ ‎3.几种常考蛋白质的分布和功能 名称 分布或来源 功能 大多数酶 细胞内或细胞外 催化作用 载体蛋白 细胞膜 运输某些物质(如离子、氨基酸等)‎ 某些激素(如生长激素、胰岛素)‎ 由内分泌腺细胞合成分泌至内环境 调节生命活动 抗体 由浆细胞合成并分泌至内环境中 免疫作用 淋巴因子 由T细胞合成并分泌至内环境中 促进B细胞分裂、分化为浆细胞或记忆B细胞 血红蛋白 红细胞内 主要运输O2和部分CO2‎ 糖蛋白 细胞膜表面 保护、润滑、识别等作用 结构蛋白 细胞膜、肌细胞等 构成细胞和生物体的成分 ‎4.三个角度分析蛋白质多样性的原因 分析角度 蛋白质多样性的原因 蛋白质本身 氨基酸的数量、种类、排列顺序及多肽链盘曲折叠形成的空间结构→结构多样性→功能多样性 遗传物质 千变万化的碱基对排列顺序→遗传信息的多样性→蛋白质的多样性 生物进化 千变万化的环境条件→通过自然选择保留适应环境的个体及个体内的蛋白质→个体的多样性和蛋白质的多样性 ‎5.同一生物的不同细胞中蛋白质的种类和数量有差异，根本原因是基因的选择性表达。‎ ‎6.DNA、蛋白质和生物多样性的关系 ‎(1)生物多样性的根本原因是DNA的多样性。‎ ‎(2)生物多样性的直接原因是蛋白质的多样性。‎ ‎(3)多种多样的环境是形成生物多样性的重要条件。‎ ‎7.DNA、RNA和蛋白质三者之间的关系 ‎8.蛋白质结构和功能的有关应用 ‎(1)多肽≠蛋白质：在核糖体上合成的是多肽，而不是蛋白质，多肽必须经过加工后，才能形成具有一定空间结构和特定功能的蛋白质。‎ ‎(2)煮熟的食物易被人体消化，是因为高温破坏了蛋白质的空间结构，肽链变得松散，易被蛋白酶分解。(高温使蛋白质变性的原因不是破坏了氨基酸之间的肽键，而是破坏了肽链盘曲折叠形成的空间结构。)‎ ‎(3)高温、过酸、过碱、重金属盐，都会使蛋白质的空间结构发生不可逆的变化，但低温不会。蛋白质变性后一级结构没有发生改变。‎ ‎(4)酒精、加热、紫外线方法消毒、杀菌的原理是使细菌和病毒的蛋白质变性。‎ ‎(5)可利用蛋白质结构多样性的四个方面来判断两个蛋白质分子是否为同一种蛋白质,只要有一个方面不同,就不属于同一种蛋白质。‎ ‎(6)向蛋白质溶液中加入无机盐后，蛋白质便从溶液中沉淀析出，当除去引起蛋白质沉淀的因素后，被盐析的蛋白质仍可重新溶于水，其天然性质不发生改变。‎ ‎(7)蛋白质的水解：在蛋白酶作用下，肽键断裂，蛋白质分解为短肽和氨基酸。水解和脱水缩合的过程相反。‎ ‎9.环状肽和肽键 一般情况下，多肽呈链状，故叫肽链，它的两端分别含有一个游离的氨基和一个游离的羧基；若为环状肽，其主链中无氨基和羧基。环状肽中氨基和羧基数目取决于构成环状肽的氨基酸R基中的氨基和羧基的数目。由图示可知，肽键数＝脱去水分子数＝氨基酸数。 ‎10.混淆酶、激素、维生素、抗体、载体及脂质的关系 ‎ ‎ 二、蛋白质的相关计算 ‎1.利用形成蛋白质的结构图解完成相应的计算规律 ‎(1)图解 ‎(2)根据肽链的形成过程(如图所示)计算蛋白质中氨基酸数、氨基数、羧基数、肽链数、肽键数、脱水数、相对分子质量。‎ ‎①缩合时脱去水分子数＝肽键数＝氨基酸数－肽链数。‎ ‎②蛋白质中氨(羧)基数＝肽链数＋R基上的氨(羧)基数＝各氨基酸中氨(羧)基的总数－肽键数。‎ 注意：如果不考虑R基上的氨(羧)基数，一条多肽链中，含有一个氨(羧)基；若蛋白质分子由多条肽链构成，则至少含有的氨(羧)基数等于肽链数。‎ ‎③蛋白质的相对分子质量＝氨基酸总相对分子质量(氨基酸个数×氨基酸平均相对分子质量)－失水量(18×脱去的水分子数)。‎ ‎④总结如下：‎ 肽链数 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 多肽相对分子质量 氨基数目 羧基数目 ‎1条肽链 a m m－1‎ m－1‎ ma－18×(m－1)‎ 至少1个 至少1个 n条肽链 a m m－n m－n ma－18×(m－n)‎ 至少n个 至少n个 备注：‎ ‎(1)蛋白质分子中除了肽键外，还含有其他化学键，如二硫键。一个二硫键(“—S—S—”)是由2个“—SH”形成的，形成过程中要脱去2个氢。故计算蛋白质相对分子质量时，还应考虑二硫键形成时脱去H的相对分子质量。下图为胰岛素分子形成3个二硫键的情况。‎ ‎(2)若为环状多肽，则可将相对分子质量计算公式na－18(n－m)中的肽链数(m)视为零，再进行相关计算。‎ 题型突破 ‎(3)如果没有特殊指明是环状肽，题目中出现的多肽都认为是非环状的。‎ 例题：‎ ‎1.现有氨基酸800个，其中氨基总数为810个，羧基总数为808个，则由这些氨基酸合成的含有2条肽链的蛋白质共有肽键、氨基和羧基的数目依次分别为( )‎ A.798、2和2 B.798、12和10 C.799、1和1 D.799、11和9‎ ‎2.如图为某蛋白质的结构示意图，其中“—S—S—”为由两个“—SH”(巯基)构成的二硫键，其作用是连接两相邻肽链。若该蛋白质分子共由m个氨基酸组成，则形成一个该蛋白质分子时生成的水分子数和减少的相对分子质量分别为( )‎ A.m，18m B.(m－4)，18(m－4)‎ C.(m－3)，18(m－3)＋4 D.(m－2)，18(m－2)＋4‎ ‎2.利用原子守恒法进行蛋白质的计算 思路：氨基酸的结构通式是解答此类题目的突破口。在一个氨基酸中，若不考虑R基，至少含有2个碳原子、2个氧原子、4个氢原子和1个氮原子。在脱水缩合形成多肽时，要失去部分氢、氧原子，但是碳原子、氮原子的数目不会减少。其相关数量关系如下：‎ ‎(1)碳原子数=氨基酸分子数×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-脱去的水分子数×2。‎ ‎(3)氧原子数=肽键数+2×肽链数+R基上的氧原子数=各氨基酸中氧原子的总数-脱去的水分子数。‎ ‎(4)氮原子数=肽键数+肽链数+R基上的氮原子数=各氨基酸中氮原子的总数。‎ ‎(5)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，计算氨基酸的分子式或氨基酸个数最为简便。‎ ‎①含2个氨基的氨基酸数＝N原子数－氨基酸数。‎ ‎②含2个羧基的氨基酸数＝ 例题：‎ ‎3.有一条由12个氨基酸组成，分子式为CXHYOWNZS(Z>12，W>13)，这条多肽链经过水解后的产物中有5种氨基酸：半胱氨酸(C3H7O2NS)、丙氨酸(C3H7O2N)、天冬氨酸(C4H7O4N)、赖氨酸(C6H14O2N2)、苯丙氨酸(C9H11O2N)。水解产物中天冬氨酸的数目是( )‎ A.(Y＋12)个 B.(Z＋12)个 C.(W－13)个 D.(W－13)/2个 ‎4.某50肽中有丙氨酸(R基为—CH3)4个，现脱掉其中的丙氨酸(相应位置如图所示)，得到4条多肽链和5个氨基酸(脱下的氨基酸均以游离态正常存在)。下列有关叙述错误的是( )‎ A.该50肽水解得到的几种有机物比原50肽增加了8个氧原子 B.若将得到的5个氨基酸缩合成5肽，则有5种不同的氨基酸序列 C.若将新生成的4条多肽链重新连接成一条长链，则将脱去4个H2O D.新生成的4条多肽链至少含有4个游离的羧基 ‎3.利用“排列组合”解答多肽种类的计算题 思路：多肽的不同取决于氨基酸的数目、种类和排列顺序。对于氨基酸数目相同的多肽来说，则取决于氨基酸的种类和排列顺序。可以借助下面的示意图(▭代表要安放的氨基酸的位置)，结合数学中“排列组合”的相关知识，推导出相关的计算规律(以20种氨基酸形成的四肽化合物为例)。‎ ‎(1)若每种氨基酸数目不限，可形成肽类化合物的种类有204种(即1号位置安放氨基酸的情况有20种，2、3、4号也是如此，即20×20×20×20＝204种)。‎ ‎(2)若每种氨基酸只有一个，可形成肽类化合物的种类有(20×19×18×17)种[即1号位置安放氨基酸的情况有20种，2号位置安放的氨基酸只能在剩余的19种中选择……，即(20×19×18×17)种]。‎ 例题：‎ ‎5.现有足量的a、b两种氨基酸，则这两种氨基酸脱水缩合可以形成二肽的种类数是( )‎ A.6 B.2 C.4 D.8‎ ‎4.利用基因表达的过程进行计算 基因表达中氨基酸与相应DNA、mRNA中碱基之间的数量关系如图所示：‎ 由于mRNA中有终止密码子等原因，上述关系应理解为每合成1个氨基酸至少需要mRNA上的3个碱基和DNA(基因)上的6个碱基。‎ 例题：‎ ‎6.某蛋白质由n条肽链组成，氨基酸的平均相对分子质量为a，控制该蛋白质合成的基因含b个碱基对，则该蛋白质的相对分子质量最多为( )‎ A.ab－6b＋18n B.ab－6b C.(b－a)×18 D.ab－(b－n)×18‎ 高考命题趋向 命题点一　组成蛋白质的氨基酸种类与结构的判断 ‎1.下列四种化合物中，哪种是构成蛋白质的氨基酸( )‎ A.CH3—CH2—COOH B.R—CH2—NH2 ‎ C. ‎ D. ‎ ‎2.氨基酸中氨基和羧基数目的多少决定着氨基酸是酸性、碱性还是中性，氨基酸的这种差异决定于氨基酸的( )‎ A.羧基 B.氨基 C.R基 D.肽键 ‎3.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 命题点二　蛋白质分子结构与功能的分析 ‎4.蛋白质的合成过程为氨基酸多肽蛋白质，则①②过程分别形成的结构是( )‎ A.肽键、氨基酸 ‎ B.肽键、肽键 ‎ C.肽键、特定的空间结构 ‎ D.空间结构、氨基酸 ‎5.如图为脑啡肽的结构简式，据图分析下列说法正确的是( )‎ A.该脑啡肽由3种氨基酸脱水缩合而成，含有4个肽键 B.该脑啡肽中含1个游离的氨基，2个游离的羧基 C.高温、X射线、强酸等会引起蛋白质的空间结构遭到破坏而变性 D.形成该脑啡肽时，脱去的水中的氧来自羧基，氢来自氨基 ‎6.蛋白质中一个氨基酸发生改变，可能出现( )‎ A.氨基酸排列顺序的改变 B.蛋白质空间结构的改变 C.蛋白质的功能发生改变 D.以上各项都可能发生 ‎7.下列所述物质明显不属于蛋白质的是( )‎ A.细胞内绝大多数具有催化功能的有机物 B.氮元素主要位于含有“—CO—NH—”的一类物质 C.细胞膜的基本支架，也是细胞膜功能的主要承担者 D.具有调节功能的胰岛素，具有免疫功能的抗体 ‎8.有关蛋白质结构与功能的叙述，错误的是(　　)‎ A.蛋白质的生物活性与蛋白质的空间结构有关 B.数量相同的5种氨基酸可以组成不同的多肽链 C.将抗体溶于NaCl溶液中会造成其生物活性的丧失 D.氨基酸序列相同的多肽链可折叠成不同的空间结构 ‎9.科学家使用巯基乙醇和尿素处理牛胰核糖核酸酶（一种蛋白质），可以将该酶去折叠转变成无任何活性的无规则卷曲结构。若通过透析的方法除去导致酶去折叠的尿素和巯基乙醇，再将没有活性的酶转移到生理缓冲溶液中，一段时间后，发现核糖核酸酶活性得以恢复。下列叙述正确的是(　　)‎ A.由于巯基乙醇和尿素处理破坏了蛋白质中的肽键，故该酶失去了活性 B.该蛋白质的氨基酸序列可以决定蛋白质的空间结构 C.这个实验证明结构并不一定决定功能 D.这个实验说明蛋白质的结构从根本上讲是由外界环境决定的 ‎10.下列关于肽和蛋白质的叙述，正确的是(　　)‎ A.α－鹅膏蕈碱是一种环状八肽，分子中含有8 个肽键 B.蛋白质是由2 条或2 条以上多肽链构成的 C.蛋白质变性是由于肽键的断裂造成的 D.变性蛋白质不能与双缩脲试剂发生反应 ‎11.如图为有关蛋白质分子的概念图，下列对图示分析不正确的是(　　)‎ A.组成每一种蛋白质的氨基酸都有20种 B.①过程发生所需模板和运输A的工具都是RNA C.环状多肽中B的数目等于A的数目 D.蛋白质结构和功能的多样性是细胞多样性的直接原因 ‎12.下列对细胞中蛋白质和核酸的叙述，错误的是(　　)‎ A.两者均可能催化细胞内的生物化学反应 B.两者均是以碳链为基本骨架构成的多聚体 C.温度过高使蛋白质和DNA均可能发生变性失活 D.都能控制生物的性状，与生物体的表现型密切相关 ‎13.人或动物PrP基因编码一种蛋白(PrPc)，该蛋白无致病性。PrPc的空间结构改变后成为PrPsc(朊粒)，就具有了致病 性。PrPsc可以诱导更多的PrPc转变为PrPsc，实现朊粒的增殖，可以引起疯牛病。据此判断，下列叙述正确的是(　　)‎ A.朊粒侵入机体后可整合到宿主的基因组中 B.朊粒的增殖方式与肺炎双球菌的增殖方式相同 C.蛋白质空间结构的改变可以使其功能发生变化 D.PrPc转变为PrPsc的过程属于遗传信息的翻译过程 ‎14.蛋白质是生命活动的主要承担者，下列相关叙述错误的是(　　)‎ A.蛋白质是细胞中含量最多的有机物，其种类随生命历程而改变 B.蛋白质纤维组成的细胞骨架与信息传递等生命活动相关 C.在细胞不同的生命活动中转运氨基酸的载体都是蛋白质 D.细胞内蛋白质发生水解时，H2O参与氨基和羧基的形成