2022版高中生物 第二章 組成細(xì)胞的分子 第2節(jié) 生命活動的主要承擔(dān)者——蛋白質(zhì)學(xué)案 新人教版必修1

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1、2022版高中生物 第二章 組成細(xì)胞的分子 第2節(jié) 生命活動的主要承擔(dān)者——蛋白質(zhì)學(xué)案 新人教版必修1 1．掌握氨基酸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。(重點(diǎn)) 2．說明蛋白質(zhì)的形成過程、結(jié)構(gòu)和功能。(重難點(diǎn)) 3．認(rèn)同蛋白質(zhì)是生命活動的體現(xiàn)者。 4．關(guān)注蛋白質(zhì)研究的新進(jìn)展。 氨 基 酸 及 其 種 類 1．結(jié)構(gòu)及特點(diǎn) 下圖為四種構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸的結(jié)構(gòu)簡式。 (1)寫出上圖框中字母所代表的結(jié)構(gòu)名稱： a：側(cè)鏈基團(tuán)；b：側(cè)鏈基團(tuán)；c：羧基；d：氨基。 (2)寫出氨基酸分子的結(jié)構(gòu)通式： 　 (3)觀察上述幾種氨基酸的結(jié)構(gòu)，描述其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： ① ②各種氨基酸之間的區(qū)別在于R基

2、的不同。 2．氨基酸的種類[判斷] (1)在生物體中組成蛋白質(zhì)的氨基酸約有20種。(√) (2)非必需氨基酸有12種，是人體不需要的氨基酸。(×) (3)成人細(xì)胞有8種必需氨基酸自身不能合成。(√) (4)必需氨基酸既可在人體內(nèi)合成，也可從外界環(huán)境中獲取。(×) [合作探討] 探討1：若組成蛋白質(zhì)的氨基酸中不止一個(gè)氨基或羧基，多出的氨基或羧基可能在什么位置？ 提示：在R基上。 探討2：判斷構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸的依據(jù)有哪些？ 提示：構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸必須具備兩個(gè)條件； ①至少含有一個(gè)氨基和一個(gè)羧基； ②都有一個(gè)氨基和一個(gè)羧基連接在同一個(gè)碳原子上。 探討3：谷氨酸的R基

3、為－C3H5O2，在一個(gè)谷氨酸中，碳和氧的原子數(shù)分別是多少？ 提示：碳和氧的原子數(shù)分別是5和4。 [思維升華] 1．氨基酸的組成元素 基本組成元素是C、H、O、N，有的含有S等元素。 2．氨基酸的結(jié)構(gòu)通式及判斷 (1)結(jié)構(gòu)通式 (2)兩個(gè)判斷標(biāo)準(zhǔn) ①一個(gè)數(shù)目標(biāo)準(zhǔn)：至少含有一個(gè)氨基(—NH2)和一個(gè)羧基(—COOH)。 ②一個(gè)位置標(biāo)準(zhǔn)：至少有一個(gè)氨基和一個(gè)羧基連接在同一個(gè)碳原子上，且這個(gè)碳原子上還連接一個(gè)氫原子(—H)和一個(gè)R基。 3．氨基酸的分類 組成蛋白質(zhì)的氨基酸根據(jù)能否在人體內(nèi)合成，分為必需氨基酸和非必需氨基酸。 (1)必需氨基酸：人體細(xì)胞中不能合成，必須從食物

4、中獲取，共8種。 (2)非必需氨基酸：既可以從食物中獲得，又可以在人體內(nèi)由其他化合物轉(zhuǎn)化而來，共12種。 1．下列分子中，與構(gòu)成生物體的蛋白質(zhì)的氨基酸分子式不相符的是(　　) 【解析】　構(gòu)成生物體的蛋白質(zhì)的氨基酸的結(jié)構(gòu)式中至少含有一氨基、一羧基且連在同一碳原子上，由此判斷B項(xiàng)不符合要求。 【答案】　B 2．已知一種氨基酸的R基是—CH2—OH，在這種氨基酸分子中，含有C、H、O的原子數(shù)分別是(　　) A．3、4、7　　　　　 B．3、7、3 C．7、1、4 D．4、3、7 【解析】　每個(gè)氨基酸分子至少要有一個(gè)—NH2，一個(gè)—COOH，和一個(gè)H，連在同一個(gè)碳原子上。故含

5、有C、H、O的原子數(shù)是3、7、3，故選B。 【答案】　B 3．如圖是四種構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸的結(jié)構(gòu)式，下列敘述錯(cuò)誤的是(　　) A．構(gòu)成上述氨基酸分子的基本元素是C、H、O、N B．上述四種氨基酸的R基依次是—H、—CH3、—CH2OH、—CH2—COOH C．R基中可以有氨基或羧基 D．含有氨基和羧基的化合物都是構(gòu)成生物體蛋白質(zhì)的氨基酸 【解析】　由題干給出的氨基酸的結(jié)構(gòu)式及氨基酸的結(jié)構(gòu)通式分析知，構(gòu)成氨基酸分子的基本元素是C、H、O、N；甲、乙、丙、丁四種氨基酸的R基依次是—H、—CH3、—CH2OH、—CH2—COOH；因此R基上可以有氨基或羧基；但構(gòu)成生物體蛋白質(zhì)的

6、氨基酸不僅需要有氨基和羧基，而且還需要至少有一個(gè)氨基和羧基連接在同一個(gè)碳原子上。 【答案】　D 氨 基 酸 的 脫 水 縮 合 1．概念 一個(gè)氨基酸分子的氨基與另一個(gè)氨基酸分子的羧基相連接，同時(shí)脫去一分子水的結(jié)合方式。 2．過程 (1)過程①名稱：脫水縮合。 (2)物質(zhì)②名稱：二肽。 (3)結(jié)構(gòu)③名稱：肽鍵。 [合作探討] 探討1：結(jié)合脫水縮合過程，分析失去的水分子中的氫和氧元素的來源，肽鍵和失去水分子的數(shù)量關(guān)系。 提示：①氫來源于—NH2和—COOH，氧來源于—COOH。②形成肽鍵數(shù)＝失去水分子數(shù)。 探討2：據(jù)下圖思考問題： 多肽中R1中含有氨

7、基，R2中含有羧基，它們能參與脫水縮合嗎？ 提示：不能。參與脫水縮合的分別是兩個(gè)氨基酸中與中心碳原子相連的氨基和羧基。一般而言，R基中的氨基和羧基不參與脫水縮合。 探討3：(1)如果把一個(gè)氨基酸比作一個(gè)同學(xué)，四個(gè)同學(xué)手牽手形成的3個(gè)“手結(jié)”就相當(dāng)于肽鍵，如圖所示：，那么10個(gè)氨基酸(同學(xué))形成一條肽鏈時(shí)，脫掉幾個(gè)水分子？形成幾個(gè)肽鍵？ 提示：肽鍵數(shù)＝失去的水分子數(shù)＝10－1＝9。 (2)若n個(gè)氨基酸形成m條肽鏈呢？ 提示：肽鍵數(shù)＝失去水分子數(shù)＝n－m。 (3)試總結(jié)形成肽鍵數(shù)與氨基酸數(shù)和肽鏈條數(shù)的關(guān)系。 提示：肽鍵數(shù)＝失去水分子數(shù)＝氨基酸數(shù)－肽鏈條數(shù)。 探討4：(1)一條肽鏈中

8、至少含有多少個(gè)游離的—NH2和—COOH？若m條肽鏈呢？為什么是至少？ 提示：1個(gè)；m個(gè)。因?yàn)镽基中可能含有—NH2或—COOH。 (2)試總結(jié)蛋白質(zhì)中至少含有游離氨基數(shù)和游離羧基數(shù)與肽鏈條數(shù)的關(guān)系？ 提示：至少含有的游離氨基數(shù)或羧基數(shù)＝肽鏈條數(shù)。 [思維升華] 1．脫水縮合過程圖解： (1)參與脫水縮合的部位：一個(gè)氨基酸連在中心碳原子上的氨基和另一個(gè)氨基酸連在中心碳原子上的羧基。 (2)游離的氨基和羧基：一條肽鏈上至少有一個(gè)游離的—NH2和一個(gè)游離的—COOH，并分別位于肽鏈的兩端。 (3)R基中的—NH2或—COOH：不參與肽鍵的形成。 2．氨基酸形成蛋白質(zhì)的相關(guān)數(shù)量

9、計(jì)算規(guī)律 假設(shè)氨基酸的平均相對分子質(zhì)量為a，由n個(gè)氨基酸分別形成1條肽鏈或m條肽鏈： 形成肽鏈數(shù) 形成肽鍵數(shù) 脫去水分子數(shù) 氨基數(shù)目 羧基數(shù)目 1 n－1 n－1 至少1個(gè) 至少1個(gè) m n－m n－m 至少m個(gè) 至少m個(gè) 3.蛋白質(zhì)中氨基和羧基的數(shù)量計(jì)算方法 (1)當(dāng)R基中不存在氨基和羧基時(shí)，每一條肽鏈中含有一個(gè)氨基和一個(gè)羧基。 (2)當(dāng)R基中存在氨基和羧基時(shí)，由于R基不參與脫水縮合，所以每一條肽鏈中含有的氨基數(shù)或羧基數(shù)就等于1＋R基中的氨基數(shù)或羧基數(shù)。 1．免疫球蛋白IgG的結(jié)構(gòu)如下圖所示，其中—S—S—表示連接兩條相鄰肽鏈的二硫鍵。若該IgG由

10、m個(gè)氨基酸構(gòu)成，則該IgG有肽鍵數(shù)(　　) A．m個(gè)　　　　　　　　 B．(m＋1)個(gè) C．(m－2)個(gè) D．(m－4)個(gè) 【解析】　由氨基酸脫水縮合成蛋白質(zhì)的過程中，存在這樣的關(guān)系：肽鍵數(shù)＝脫去水分子數(shù)＝氨基酸數(shù)－肽鏈數(shù)(對于非環(huán)狀多肽而言)。從圖中給出的信息可以判斷出IgC的結(jié)構(gòu)中有4條肽鏈，由于共有m個(gè)氨基酸，因此可以得出肽鍵的數(shù)量為(m－4)個(gè)。 【答案】　D 2．下列有關(guān)如圖所示多肽的敘述中，正確的是(　　) A．由5個(gè)氨基酸縮合而成 B．有游離的氨基和羧基各1個(gè) C．有4種不同的側(cè)鏈基團(tuán) D．形成過程中失去了3分子水 【解析】　分析圖解可知，圖中多肽

11、有三個(gè)肽鍵(—CO—NH—)，即含有4個(gè)氨基酸，A錯(cuò)誤；圖中多肽有兩個(gè)游離的羧基和一個(gè)游離的氨基，B錯(cuò)誤；圖中氨基酸的R基團(tuán)分別為：—CH2—CH2—COOH、—CH3、—CH2SH，—CH3，即表示有3種不同的側(cè)鏈基團(tuán)，C錯(cuò)誤；四個(gè)氨基酸脫水縮合過程中要失去3分子的水，D正確。 【答案】　D 蛋 白 質(zhì) 的 結(jié) 構(gòu) 和 功 能 1. 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu) (1)結(jié)構(gòu)層次 氨基酸→二肽→多肽(由多個(gè)氨基酸縮合而成，含有多個(gè)肽鍵的化合物，通常呈鏈狀結(jié)構(gòu))具有一定空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)。 (2)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)多樣性的原因 ①氨基酸水平 ②多肽水平：多肽鏈的盤曲、折疊方式及其形成的空間結(jié)構(gòu)千差

12、萬別。 2．蛋白質(zhì)的功能[連線] ①結(jié)構(gòu)蛋白　　　　　 a．抗體 ②催化作用 B．血紅蛋白 ③運(yùn)輸作用 c．胰島素 ④信息傳遞作用 D．蛛絲的主要成分 ⑤免疫功能 e．唾液淀粉酶 【提示】?、佟猟?、凇猠?、邸猙?、堋猚?、荨猘 [合作探討] 探討1：假若有A、B、C三種氨基酸，且數(shù)量足夠多，借助數(shù)學(xué)知識分析由這三種氨基酸形成的二肽、三肽的種類各是多少？ 提示：形成二肽的種類：32＝9種； 形成三肽的種類：33＝27種。 探討2：朊病毒蛋白(PrP)有兩種：一種是PrPc，一種是PrPsc。PrPsc是由PrPc轉(zhuǎn)變形成的，它們的比較如下表所示：

13、上述兩種蛋白質(zhì)表現(xiàn)出不同性質(zhì)的直接原因是什么？ 提示：蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)不同。 探討3：營養(yǎng)不良會出現(xiàn)貧血和免疫力下降等現(xiàn)象，試從蛋白質(zhì)的功能角度分析原因。 提示：營養(yǎng)不良導(dǎo)致蛋白質(zhì)攝入不足，影響血紅蛋白和抗體的合成。血紅蛋白具有運(yùn)輸O2的功能，抗體具有免疫功能。 [思維升華] 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)多樣性與功能多樣性的關(guān)系 1．形成蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的層次從小到大依次是(　　) ①氨基酸?、贑、H、O、N等元素?、郯被崦撍s合 ④一條或幾條多肽鏈連接在一起?、荻嚯摹、薜鞍踪|(zhì) A．②→①→③→④→⑤→⑥ B．②→①→③→⑤→④→⑥ C．②→①→⑥→⑤→③→④ D．①→②→③→④→⑤

14、→⑥ 【解析】　蛋白質(zhì)的基本組成單位為氨基酸，而氨基酸是由C、H、O、N等元素等組成的。多個(gè)氨基酸經(jīng)過脫水縮合形成多肽鏈，蛋白質(zhì)由一條或幾條多肽鏈經(jīng)盤曲折疊而形成。 【答案】　B 2．下列各項(xiàng)與蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)多樣性無關(guān)的是(　　) A．氨基酸的數(shù)目、種類和排列順序 B．構(gòu)成蛋白質(zhì)的多肽鏈的數(shù)目 C．氨基酸至少含一個(gè)氨基和羧基 D．構(gòu)成蛋白質(zhì)的多肽的空間結(jié)構(gòu) 【解析】　構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸的數(shù)目、種類、排列順序不同，蛋白質(zhì)則不同；構(gòu)成蛋白質(zhì)的多肽鏈條數(shù)不同，蛋白質(zhì)也不同；構(gòu)成蛋白質(zhì)的多肽鏈的空間結(jié)構(gòu)不同，蛋白質(zhì)也不同。因此A、B、D三項(xiàng)都是蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)多樣性的原因，只有C項(xiàng)不是。 【答

15、案】　C 3．下列關(guān)于蛋白質(zhì)的敘述中，錯(cuò)誤的是(　　) A．不同的蛋白質(zhì)分子其氨基酸的排列順序不同 B．各種蛋白質(zhì)均含有20種氨基酸 C．蛋白質(zhì)分子具有多種重要的功能 D．蛋白質(zhì)是生物體一切生命活動的承擔(dān)者 【解析】　A項(xiàng)屬于蛋白質(zhì)多樣性的原因之一，正確；C、D兩項(xiàng)是關(guān)于蛋白質(zhì)功能的敘述，均正確；構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸約有20種，但不是各種蛋白質(zhì)都含有20種氨基酸，也可以少于20種，故B錯(cuò)誤。 【答案】　B 1．關(guān)于生物體內(nèi)組成蛋白質(zhì)的氨基酸的敘述，錯(cuò)誤的是(　　) A．分子量最大的氨基酸是甘氨酸 B．有些氨基酸不能在人體細(xì)胞中合成 C．氨基酸分子之間通過脫水縮合形成肽

16、鍵 D．不同氨基酸之間的差異是由R基引起的 【解析】　甘氨酸是分子量最小的氨基酸，A錯(cuò)誤；氨基酸分為必需氨基酸和非必需氨基酸，必需氨基酸只能從食物中獲取，人體內(nèi)不能合成，B正確；氨基酸分子通過脫水縮合形成肽鍵，C正確； R基的不同決定了氨基酸之間的差異，D正確。 【答案】　A 2．如圖表示有關(guān)蛋白質(zhì)分子的簡要概念圖，下列對圖示分析正確的是 (　　) A．一個(gè)蛋白質(zhì)分子只含一條多肽鏈 B．①過程有水產(chǎn)生 C．多肽中B的數(shù)目等于C的數(shù)目 D．蛋白質(zhì)功能的多樣性導(dǎo)致蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的多樣性 【解析】　一個(gè)蛋白質(zhì)分子中可能含有多條多肽鏈；①過程表示氨基酸脫水縮合，會產(chǎn)生水；多肽中的B

17、(氨基酸)的數(shù)目為C(肽鍵)的數(shù)目加上1；蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定蛋白質(zhì)的功能。 【答案】　B 3．蛋白質(zhì)是細(xì)胞內(nèi)最重要的生命物質(zhì)之一，具有多樣性和特異性，其結(jié)構(gòu)與功能是相適應(yīng)的。下列蛋白質(zhì)類物質(zhì)與其功能對應(yīng)不正確的是(　　) A．胰島素與調(diào)節(jié)　　　　 B．抗體與免疫 C．淀粉酶與運(yùn)輸 D．血紅蛋白與運(yùn)輸 【解析】　生物體內(nèi)蛋白質(zhì)功能很多。例如，起調(diào)節(jié)作用的激素，如胰島素；起免疫作用的抗體；起催化作用的酶，如淀粉酶；起運(yùn)輸作用的血紅蛋白等。 【答案】　C 4．根據(jù)下圖所示化合物的結(jié)構(gòu)分析回答： (1)該化合物中，①表示________，⑦表示________。 (2)該化合物由

18、________個(gè)氨基酸失去________個(gè)水分子而形成，這種反應(yīng)叫做________。 (3)該化合物中的氨基酸種類不同，是由________決定的，其編號是________。 (4)該化合物稱為________，含________個(gè)肽鍵，編號是________。 (5)該化合物含有________個(gè)游離的氨基和________個(gè)游離的羧基。 【解析】　圖中①是氨基；⑦是羧基；③、⑤、⑥表示肽鍵；②、④、⑨、⑧是R基。該化合物為四肽，是由4個(gè)氨基酸脫去3個(gè)水分子形成的。氨基酸種類不同，是由R基決定的，而該化合物含有游離的氨基(羧基)數(shù)等于肽鏈數(shù)與R基中氨基(羧基)數(shù)之和。 【答案】　(1)氨基　羧基　(2)4　3　脫水縮合 (3)R基?、冖堍啖? (4)四肽　3?、邰茛蕖?5)2　2 課堂小結(jié)： 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建 核心回扣 1.氨基酸是組成蛋白質(zhì)的基本單位。 2．每種氨基酸分子至少含有一個(gè)氨基和一個(gè)羧基，且都有一個(gè)氨基和一個(gè)羧基連在同一個(gè)碳原子上。 3．蛋白質(zhì)多樣性的原因是：組成蛋白質(zhì)的氨基酸的種類、數(shù)目、排列順序不同，以及肽鏈形成的空間結(jié)構(gòu)不同。 4．蛋白質(zhì)是組成細(xì)胞和生物體的重要物質(zhì)，具有催化、運(yùn)輸、調(diào)節(jié)和免疫等功能。 5．蛋白質(zhì)是生命活動的主要承擔(dān)者。