高中生物人教版 (2019)必修1《分子与细胞》第4节 蛋白质是生命活动的主要承担者第一课时导学案及答案

2.4 蛋白质是生命活动的主要承担者（1）

1.举例说明蛋白质具有多种功能，阐明蛋白质是生命活动的主要承担者。

2.阐明氨基酸是蛋白质的基本组成单位，说出组成蛋白质的氨基酸有21种。

3.分析氨基酸的结构特点，归纳、概括氨基酸的结构通式。

4.举例说明根据氨基酸在人体细胞能否合成，氨基酸被分为必需氨基酸和非必需氨基酸。

知识点01  蛋白质的功能

1.蛋白质是目前已知的  结构最复杂、功能最多样 的分子。细胞核中的遗传信息，往往要 表达成蛋白质  才能起作用。蛋白质是生命活动的主要承担者。

2.不同功能需要不同蛋白质完成：

【视野拓展】

德国研究人员进行的最新动物实验发现，“关闭”一种调节脂类代谢的蛋白质，可以让小鼠多吃不胖。

德国马克斯·普朗克研究所等机构研究人员发现，当小鼠通过高脂饮食变胖时，某种特定长度的神经酰胺分子会在肝脏积聚，而这种脂类物质由神经酰胺合成酶5和神经酰胺合成酶6两种蛋白质合成。

实验显示，如果“关闭”神经酰胺合成酶6，使其无法发挥作用，肥胖小鼠虽然继续高脂饮食，肝脏却没有脂肪堆积，体重还出现下降，体内糖代谢也有所改善；但“关闭”神经酰胺合成酶5并不会出现上述效果。

知识点02  氨基酸的种类和结构

1.组成生物体蛋白质的的氨基酸有21种。

2.蛋白质的基本组成元素是C、H、O、N。

3.每种氨基酸分子中至少都有一个氨基(—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。连接着一个氨基和一个羧基的碳原子还连接着一个氢原子和一个侧链基团（R），各种氨基酸之间的区别在于R基不同。

4.氨基酸的结构通式

【易错提示】

1.氨基、羧基和侧链基因在书写时要先写“—”，不可省略。

2.氨基酸氨基、羧基的书写方法

知识点03  必需氨基酸和非必需氨基酸

1.划分必需氨基酸和必需氨基酸的依据是氨基酸是否能在人体细胞合成。

2.必需氨基酸（8种）：人体细胞不能合成，必须从外界环境中获取的氨基酸。包括苯丙氨酸、蛋（甲硫）氨酸、赖氨酸、苏氨酸、色氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸（笨蛋来宿舍晾一晾鞋）。

3.非必需氨基酸（13种）：人体细胞能够合成的氨基酸。

【特别提醒】

①必需氨基酸必需从食物获得。

②必需氨基酸在人体中的存在，不仅提供了合成蛋白质的重要原料，而且对于促进生长，进行正常代谢、维持生命提供了物质基础。如果人体缺乏或减少其中某一种，人体的正常生命代谢就会受到障碍，甚至导致各种疾病的发生或生命活动终止。

③完全蛋白质是指那些含有的必需氨基酸种类齐全，含量充足，相互比例适当，能够维持生命和促进生长发育的一类蛋白质。如肉类、鱼类、蛋类、大豆制品和奶制品。

④不完全蛋白质是指那些所含有的必需氨基酸种类不全，既不能维持生命也不能促进生长发育的一类蛋白质。如玉米中的玉米胶蛋白，动物结缔组织、肉皮中的胶质蛋白，豌豆中的豆球蛋白。

考法01  蛋白质的功能

一、结构蛋白：作为细胞的结构,如膜蛋白,染色体蛋白等.二、功能蛋白：1.物质运输：如载体蛋白,血红蛋白2.催化功能：如绝大多数酶3.信息交流：如受体（糖蛋白）,蛋白质类激素有的教材上把信息交流分为识别和调节生命

1.细胞结构的构成成分：参与组织构成、更新和损伤之后的修补，如肌动蛋白、微管蛋白、胶原蛋白等。

2.细胞或生物体生理活性物质：人体内的酶、激素、抗体等活性物质都是由蛋白质组成的。人的身体就像一座复杂的化工厂，一切生理代谢、化学反应都是由酶参与完成的。生理功能靠激素调节，如生长激素、性激素、肾上腺素等。抗体是活跃在血液中的一支“突击队”，具有保卫机体免受细菌和病毒的侵害、提高机体抵抗力的作用。

3.能源物质：在能量缺乏时，蛋白质也用于产生能量。

【典例1】下列不属于人体内蛋白质功能的是（　　）

A.细胞结构的构成

B.遗传信息的携带

C.氧化分解提供能量

D.提高机体的抵抗力

【答案】B

【解析】有些蛋白质是细胞结构的构成成分，参与组织构成、更新和损伤之后的修补，A属于蛋白质功能；携带遗传信息的物质是核酸，不是蛋白质，B不属于蛋白质功能；在能量缺乏时，蛋白质能通过氧化分解提供能量，C于蛋白质功能；免疫蛋白质如抗体具有保卫机体免受细菌和病毒的侵害、提高机体抵抗力的作用，D属于蛋白质功能。
 

考法02 辨析构成蛋白质的氨基酸

1.组成天然蛋白质的每种氨基酸分子中至少都有一个氨基(—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。具有2个氨基的氨基酸中，一个氨基和羧基连在同一个碳原子上，另一个氨基位于R基上。

2.构成蛋白质的氨基酸必须具备两个条件；①至少含有一个氨基和一个羧基；②都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上。以上条件同时具备的氨基酸才会是构成蛋白质的氨基酸。

【典例2】下列氨基酸中，不是组成蛋白质的氨基酸的是（    ）

【答案】D

【解析】氨基酸结构特点是至少都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。A氨基酸中有一个氨基和羧基连接在同一个碳原子上，A是组成蛋白质的氨基酸；B氨基酸中的氨基和羧基连接在同一个碳原子上，B是组成蛋白质的氨基酸；C氨基酸中有一个氨基和羧基连接在同一个碳原子上，C是组成蛋白质的氨基酸；D氨基酸中的氨基和羧基不连接在同一个碳原子上，D不是组成蛋白质的氨基酸。

考法03 氨基酸及R基中C、H、O、N数目计算

氨基酸的结构通式是：

各种氨基酸的共同部分有碳原子2个、氢原子4个、氧原子2个、氮原子1个，其共同部分可以表示为C2H4O2N。如谷氨酸的R基为－C3H5O2，则谷氨酸的分子式应为C5H9O4N，一个谷氨酸中，碳和氧的原子数分别是5和4。

【典例3】已知一种氨基酸的R基是—CH2—OH，在这种氨基酸分子中，含有C、H、O的原子数分别是(　　)

A．3、4、7　　　　　 B．3、7、3

C．7、1、4  D．4、3、7

【答案】B

【解析】每个氨基酸分子至少要有一个—NH2，一个—COOH，和一个H，连在同一个碳原子上。其共同部分可以表示为—C2H4O2N，R基是—CH2—OH，含有一个C、三个H、一个O。CH3O+C2H4O2N，该氨基酸的分子式为C3H7O3N，故含有C、H、O的原子数是3、7、3。

题组A  基础过关练

1．生物体生命活动的主要承担者、结构和功能的基本单位、生命活动的主要能源物质以及生物体的储能物质依次是（　　）

A．细胞、蛋白质、葡萄糖、多糖

B．蛋白质、糖类、细胞、脂质

C．糖类、细胞、脂肪、蛋白质

D．蛋白质、细胞、糖类、脂肪

1.【答案】D

【解析】蛋白质是生命活动的主要承担者，细胞是生物结构和功能的基本单位，糖类是生命活动的主要能源物质，脂肪是细胞内良好的储能物质，D正确。

2．蛋白质在人体内承担了多种生理功能，当某人感冒发烧时，除新陈代谢加强外，血液中某些抗体含量增加，这说明（    ）

A．蛋白质是细胞的结构物质 B．蛋白质具有调控的生理功能

C．蛋白质具有防御的生理功能 D．蛋白质具有运输的生理功能

2.【答案】C

【解析】抗体的化学本质是蛋白质，人体感冒发烧时血液中某些抗体含量增加，可增强人体的免疫功能，体现了蛋白质具有免疫防御功能，C正确。

3.组成生物体蛋白质的氨基酸中，酪氨酸几乎不溶于水，而精氨酸易溶于水，这种差异的产生取决于（    ）

A．酪氨酸的氨基比较多 B．两者R基团组成不同

C．精氨酸的羧基比较多 D．两者的结构不同

3.【答案】B

【解析】氨基酸的区别在于R基不同，因此，酪氨酸几乎不溶水，精氨酸易溶于水，这种差异的产生取决于两者R基组成的不同，B正确。

4.区别组成人体蛋白质的21种氨基酸的依据是（    ）

A．氨基酸数目不同 B．R基不同 C．羧基不同 D．碳原子数目不同

4.【答案】B

【解析】由氨基酸的结构通式可知，每种氨基酸分子至少都含有一个氨基和一个羧基，氨基酸的种类取决于R基的结构，因此区别组成蛋白质的21种氨基酸的依据是R基的不同，ACD错误，B正确。

5.下列四种氨基酸中，哪项不是构成蛋白质的氨基酸（　　）

A． B．

C． D．

5.【答案】A

【解析】A图所示化合物的基团连接有误，-SH应该接在是-CH2后面，故其不是构成蛋白质的氨基酸，A符合题意；B图所示化合物的氨基和其中一个羧基连在同一个碳原子上，该碳原子还连接一个氢和一个R基（其R基是-CH2-COOH），是构成蛋白质的氨基酸，B不符合题意；C图所示化合物的其中一个氨基和羧基连在同一个碳原子上，该碳原子还连接一个氢和一个R基（其R基是-CH2-NH2），是构成蛋白质的氨基酸，C不符合题意；D图所示化合物的其中一个氨基和羧基连在同一个碳原子上，该碳原子还连接一个氢和一个R基（其R基是-CH2-CH2-COOH），是构成蛋白质的氨基酸，D不符合题意。

6.已知甲硫氨酸的R基是—CH2—CH2—S—CH3，则甲硫氨酸的分子式是（    ）

A．C5H11O2NS B．C6H11O2NS

C．C5H11O2S D．C5H10O2NS

6.【答案】A

【解析】氨基酸的结构通式为：，甲硫氨酸的R基是-CH2-CH2-S-CH3，把R基代入到通式中，则甲硫氨酸的分子式是C5H11O2NS，A正确。

题组B  能力提升练

7.蛋白质是生命活动的体现者，其功能多种多样。下列关于蛋白质及其功能对应关系的叙述中，错误的是（    ）

A．口腔中的唾液淀粉酶——催化 B．体液中的抗体——免疫

C．头发中的角蛋白——结构 D．红细胞中的血红蛋白——调节

7.【答案】D

【解析】唾液淀粉酶可以催化淀粉水解，A正确；体液中的抗体可以与外来病原体结合，帮助人体抵御抗原，具有免疫功能，B正确；蛋白质可以参与构成细胞结构，如头发中的角蛋白，C正确；红细胞中的血红蛋白可以运输氧气，具有运输功能，D错误。

8.下列关于氨基酸和蛋白质的叙述，错误的是（    ）

A.甲硫氨酸的R基是-CH2-CH2-S-CH3,则它的分子式是C5H11O2NS

B.酪氨酸和精氨酸化学性质的差异是由R基的不同引起

C.氨基酸数目和氨基酸中氨基数和羧基数一定是完全相同的

D.分子式为C13H16O5N2的化合物有可能有两个氨基酸结合形成

8.【答案】C

【解析】甲硫氨酸的R基是-CH2-CH2-S-CH3，氨基酸的分子式为C2H4O2NR，所以甲硫氨酸的分子式为C5H11O2NS，A正确；酪氨酸与精氨酸的性质不同，因为他们属于不同的氨基酸，不同氨基酸的种类不同是由于R基的不同引起的，B正确；一个氨基酸不一定只有一个氨基和一个羧基，所以，氨基酸数目和氨基酸中氨基数和羧基数不一定是完全相同，分子式为C13H16O5N2的化合物有可能有两个氨基酸结合形成，C错误、D正确。

9.据国外媒体11日报道，一项开创性研究可能成为老年人长寿和保持健康的关键。美国研究人员发现一种名为SIRT1的蛋白质。它不仅可以延长老鼠寿命，还能推迟和健康有关的发病年龄。另外，它还改善老鼠的总体健康，降低胆固醇水平，甚至预防糖尿病。研究人员表示，虽然这项研究是在老鼠身上进行的，但它有朝一日最终会应用到人类身上。下面关于该蛋白质的有关叙述，正确的是（   ）

A.该蛋白质一定有21种氨基酸构成

B.该蛋白质只有C、H、O、N组成

C.该蛋白质一定能够催化胆固醇分解

D.该蛋白质与双缩脲试剂呈现紫色反应

9.【答案】D

【解析】组成生物体蛋白质的氨基酸约有21种，但每一种蛋白质不一定有21种氨基酸构成，A错误；蛋白质至少含有C、H、O、N四种元素，很多重要的蛋白质还含有P(如磷蛋白)、S(如胰岛素)，有的还含有微量元素的Fe(如血红蛋白)、I等元素，由于不知道该蛋白质的具体元素组成，所以该蛋白质与血红蛋白的共同元素不一定只有C、H、0、N，B错误；该蛋白质能降低胆固醇水平，但不一定能催化胆固醇分解，C错误；蛋白质与双缩脲试剂呈现紫色反应，D正确。

10.下列有关组成蛋白质的氨基酸的叙述，正确的是（   ）

A.非必需氨基酸是可以由其他氨基酸替代的氨基酸

B.氨基酸分子的氨基和羧基都连在同一个碳原子上

C.各种氨基酸共有的结构是NH2—CH2—COOH

D.各种氨基酸理化性质不同的原因在于R基不同

10.【答案】D

【解析】非必需氨基酸是可以由其他氨基酸替代的氨基酸是人体细胞能合成的氨基酸，不能由其他氨基酸替代，A不正确；构成蛋白质的氨基酸分子有一个氨基和一个羧基，且都连在同一个碳原子上，但不是每种氨基酸都只含有一个氨基和一个羧基，有的氨基酸R基中也有氨基和羧基，B不正确；各种氨基酸共有的结构是NH2—CH—COOH，而不是NH2—CH2—COOH，C不正确；各种氨基酸理化性质不同的原因在于R基不同，D正确。

11.某细菌能产生一种环状毒性肽，其分子式是C55H68O18N10，将它彻底水解后只能得到下列四种氨基酸，分别是甘氨酸C2H5NO2，丙氨酸C3H7NO2，苯丙氨酸C9H11NO2，谷氨酸C5H9NO4，其结构式如图所示，请据图回答下列问题：

（1）丙氨酸和谷氨酸的R基分别是                                  。

（2）四种氨基酸共有的部分的C、H、O、N数分别是                                。

（3）蛋白质分子结构复杂，经加热、X射线、强酸、强碱、重金属盐等的作用，引起蛋白质的变性，其原因主要是______________________________，在变性后的蛋白质可用____试剂鉴定，颜色将变为______。

11.【答案】（1）—CH3、—CH2CH2COOH

（2）2、4、2、1

（3）蛋白质结构发生变化    双缩脲试剂    紫色   

【解析】（1）每个氨基酸分子至少要有一个—NH2，一个—COOH，和一个H，连在同一个碳原子上。其共同部分可以表示为—C2H4O2N。丙氨酸的R基是—CH3，谷氨酸的R基是—CH2CH2COOH。

（2）每个氨基酸分子至少要有一个—NH2，一个—COOH，和一个H，连在同一个碳原子上。其共同部分可以表示为—C2H4O2N，共有的部分的C、H、O、N数分别是2、4、2、1.

（3）蛋白质分子结构复杂，经加热、X射线、强酸、强碱、重金属盐等的作用，引起蛋白质的变性，其原因主要是蛋白质空间结构发生变化。变性后的蛋白质仍然含有肽键，因此可以用双缩脲试剂进行鉴定，颜色出现紫色变化。

12.生物体内某些重要化合物的元素组成如下图所示：

（1）图中的X代表的元素是______________。

（2）小分子a的结构通式是_____________ 。

（3）A3是_____________ ，含有的特殊元素是______________。

12.【答案】（1）N  

（2）  

（3）血红蛋白    Fe   

【解析】（1）分析图示可知：小分子a为氨基酸，而组成氨基酸的基本元素为C、H、O、N，据此可判断X是N 元素。

（2）小分子a即氨基酸的结构通式见答案。

（3）具有运输氧气功能的A3是血红蛋白，含有的特殊元素是Fe。

题组C  培优拔尖练

13.1986年，科学家在研究谷胱甘肽过氧化物酶的作用时，发现了硒代半胱氨酸（Sec）。因为这种新发现的氨基酸在结构上可视为半胱氨酸侧链上的S元素被Se取代的产物，所以它被称为Sec。又因为它是在20种常见的天然蛋白质氨基酸之后发现的，所以又称为第21种蛋白质氨基酸。硒代半胱氨酸结构如下图。

下列叙述不正确的是（   ）

A.半胱氨酸的分子式为C3H7O2NS

B.人体细胞能够合成硒代半胱氨酸

C.硒代半胱氨酸R基是—SeH

D.硒代半胱氨酸与甘氨酸共有的结构可表示为—C2H4O2N

13.【答案】C

【解析】由硒代半胱氨酸的结构式可知硒代半胱氨酸的分子式为C3H7O2NSe，由“硒代半胱氨酸可视为半胱氨酸侧链上的S元素被Se取代的产物”可推知半胱氨酸的分子式为C3H7O2NS，A正确；半胱氨酸和硒代半胱氨酸都属于非必需氨基酸，人体细胞能够合成，B正确；硒代半胱氨酸R基是—CH2SeH，而不是—SeH，C不正确；每个氨基酸分子至少要有一个—NH2，一个—COOH，和一个H，连在同一个碳原子上。其共同部分可以表示为—C2H4O2N，D正确。

14.碳原子连接的四个基团都不相同碳原子称为不对称碳原子，氨基酸中同时连接着氨基和羧基的碳原子称为α碳原子。组成蛋白质的氨基酸的α-碳原子往往是不对称的，下列哪种氨基酸是一个例外（   ）

14.【答案】B

【解析】B中α-碳原子连接的四个基团分别是—H、—H、—NH2和—COOH，—H和—H两个基团相同，α-碳原子为对称碳原子。

15.羧基中的氢氧键极性强易断裂，生成氢离子与酸相同，呈酸性。氨基中的氮原子吸引电子能力强，容易把水的氢离子吸引过来，合成氨根离子，剩下的氢氧根离子与碱相同，呈碱性。氨基酸是酸碱两性物质，分为酸性氨基酸、碱性氨基酸和中性氨基酸。下列氨基酸中属于碱性氨基酸的是（   ）

15.【答案】C

【解析】根据题目信息可知：氨基酸是两性化合物，其氨基显碱性，羧基显酸性。氨基和羧基都是弱电离的基团，二者的酸碱性几乎相互抵消。要是比较酸碱性，就需要看它的R基。如果R基是羧基，那么氨基酸就是酸性氨基酸，如果是碱性基团，就是碱性氨基酸。C的R基中有氨基，为碱性氨基酸。A、B是中性氨基酸，D是酸性氨基酸。

16.（2019·安徽宿州市·高一期中）所谓“皮革水解蛋白粉”，是指利用皮革下脚料甚至动物毛发等物质，经水解而生成的一种粉状物。因其氨基酸或者说蛋白质含量较高，人们称之为“皮革水解蛋白粉”。严格来讲，“皮革水解蛋白粉”对人体健康并无伤害，与在家里熬制猪皮汤、猪蹄汤得到的“肉冻”成分相差不多。不过无毒害的前提是用的皮革必须未经糅制、染色等人工处理，否则，就会含有重铬酸钾和重铬酸钠等有毒物质。如果用这种经人工处理过的皮革等原料生产水解蛋白，重铬酸钾和重铬酸钠自然就被带入产品中，被人体吸收、积累，可导致人体中毒，使关节疏松肿大，甚至造成儿童死亡。

根据上述材料回答：

(一)“皮革水解蛋白粉”的基本组成单位的结构通式是______。高温可使蛋白质变性失活的主要原理是______________。

(二)某学校生物兴趣小组拟对“添加皮革蛋白粉的饲料对动物的生长发育的影响”进行探究实验。你若是该小组成员，请完善下列实验。

（1）实验材料和用具：小鼠若干只，普通饲料，添加皮革蛋白粉的饲料，其他所需条件均满足。

（2）实验目的：探究添加皮革蛋白粉的饲料对动物的生长发育是否有影响。

（3）实验步骤：

①选择身体健康、发育正常、体重相同的小鼠若干，随机均分为A、B两组，分笼饲养；

②A组小鼠每天都饲喂适量普通饲料，B组小鼠饲喂________________________________________；

③A、B两组小鼠均在相同且适宜的条件下饲养一段时间；

④检查小鼠的生长状况，统计各组小鼠的体重及发育情况。

（4）请预测该实验的实验结果并得出结论。

①______________________________________________________________________________________。

②______________________________________________________________________________________。

③若A组小鼠的体重小于B组的小鼠，且生长发育状况比B组小鼠差，则说明添加皮革蛋白粉对动物生长发育有促进作用。

16.【答案】(一)    高温使蛋白质的空间结构遭到破坏   

(二)（3）②等量的添加皮革蛋白粉的饲料   

（4）①若 A、B 两组小鼠的体重、生长发育状况基本相同，说明添加皮革蛋白粉对动物生长发育没有影响    ②若 A 组大于 B 组小鼠的体重，且生长发育状况比 B 组小鼠好，说明添加皮革蛋白粉对动物生长发育有抑制作用   

【解析】（一）组成蛋白质的氨基酸的结构中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接在同一个碳原子上，如图：；高温使蛋白质的空间结构遭到破坏进而使蛋白质失去活性。
（二）（3）该实验的目的是探究添加皮革蛋白粉的饲料对动物的生长发育是否有影响，因此实验的自变量是动物是否为添加皮革蛋白粉的饲料；因变量是小鼠的体重、生长发育情况，实验鼠的体重、生长发育情况、饲料用量、饲养条件和时间等属于无关变量，无关变量应保持一致且适宜，因此按照实验设计的对照原则和单一变量原则，实验步骤如下：
①选身体健康、发育正常、体重相同的大鼠若干，随机均分为A、B两组，分笼饲养；
②A组大鼠每天都饲喂适量普通饲料，作为对照组，B组大鼠饲喂等量的添加皮革蛋白粉的饲料，作为实验组；
③A、B两组大鼠均在相同且适宜的条件下饲养一段时间；
④检查大鼠的生长状况，统计各组大鼠的体重及发育情况．
（4）预期实验结果和结论：由于该实验是探究实验，皮革蛋白粉可能具有促进动物生长发育的作用，可能具有抑制动物生长发育的作用，也可能对动物的生长发育无影响，预期结果时要考虑周全。
①若A、B两组大鼠的体重、生长发育状况基本相同，说明添加皮革蛋白粉的饲料对动物的生长发育没有影响；
②若A组大鼠的体重大于B组大鼠，且生长发育状况比B组大鼠好，说明添加皮革蛋白粉的饲料对动物的生长发育有抑制作用；
③若A组大鼠的体重小于B组的大鼠，且生长发育状况比B组大鼠差，说明添加皮革蛋白粉的饲料对动物的生长发育有促进作用。