人教版 (2019)必修1《分子与细胞》第2章 组成细胞的分子第4节 蛋白质是生命活动的主要承担者第二课时学案

2.4 蛋白质是生命活动的主要承担者（2）

1.举例说明氨基酸脱水缩合生成多肽链的过程。

2.运用科学思维，能够对多肽形成过程中相关物质或结构进行数量上的推理。

3.从蛋白质的组成和结构阐明蛋白质结构多样性的原因。

4.理解蛋白质功能多样性的原因，关注蛋白质与人类健康。

知识点01  氨基酸之间的脱水缩合过程

1.氨基酸脱水缩合指一个氨基酸分子的氨基(—NH2)与另一个氨基酸分子的羧基(—COOH)相连接，同时脱去一分子水的过程。

（1）氨基酸之间的相互连接：下图是两个氨基酸结合过程示意图。

图中的X表示羟基（—OH），Y表示氢（—H），Z代表水（H2O），W表示的结构称为肽键，上图所示的结合方式称为脱水缩合。由两个氨基酸缩合而成的化合物，叫作二肽；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。多肽通常呈链状结构，叫作肽链。

【特别提醒】

①氨基酸脱水缩合脱去的水中，氢来自一个氨基酸的氨基和另一个氨基酸的羧基，氧来自羧基。

②肽键是连接2个氨基酸的化学键，写作“—”不能写为“—CO—NH—”。

③脱水缩合后原来的氨基和羧基不能再称为“氨基和羧基”

④“几肽”的命名与氨基酸数一致，不一定是“肽键数+1”。

知识点02 蛋白质的结构及其多样性

由于组成蛋白质的氨基酸数目可能成千上万，氨基酸形成肽链时，不同种类氨基酸的排列顺序千变万化，因此，由21种氨基酸所形成的多肽几乎是无数的。由于氨基酸之间能够形成氢键等，从而使得肽链能盘曲、折叠，形成具有一定空间结构的蛋白质分子。许多蛋白质分子都含有两条或多条肽链，它们通过一定的化学键相互结合在一起。肽链的盘曲、折叠方式及其形成的空间结构千差万别，因此，蛋白质分子的结构极其多样，这就是细胞中蛋白质种类繁多的原因。

【归纳总结】蛋白质结构的多样性的原因可概括为：

①氨基酸种类不同，构成的肽链不同。

②氨基酸数目不同，构成的肽链不同。

③氨基酸排列顺序不同，构成的肽链不同。

④蛋白质空间结构不同，构成的蛋白质不同。

知识点03  蛋白质结构的改变

1.每一种蛋白质分子都有与它所承担功能相适应的独特结构，如果氨基酸序列改变或蛋白质的空间结构改变，就可能会影响其功能。

2.蛋白质变性是指蛋白质在某些物理和化学因素作用下，其特定的空间结构被破坏，从而导致其理化性质 的改变和生物活性丧失的现象。

3.鸡蛋、肉类煮熟易消化，原因是高温使蛋白质分子的空间结构变得伸展、松散，容易被蛋白酶水解。

4.加酒精、加热、加酸等引起细菌和病毒的蛋白质变性，可以达到消毒、灭菌的作用。                          

【视野拓展】低温导致的蛋白质原有的活性降低，但是蛋白质的结构和功能没有变化，在恢复温度后还有原来的生物学活性，一般用于酶、疫苗等的保存。物理、化学和生物学的作用导致的蛋白质的空间结构破坏是不可逆的，一旦破坏就无法修复，蛋白质的生物学活性就彻底丧失了，就是变性了，此法一般用于消毒。蛋白质变性只破坏空间结构，其一级结构（氨基酸的排列）没有破坏。

考法01  辨析氨基酸脱水缩合的过程

1.氨基酸的脱水缩合在细胞的核糖体上进行。

2.氨基酸的脱水缩合发生在一个氨基酸的羧基和相邻氨基酸的氨基之间。

3.缩合产生的水中的氢来源于—NH2和—COOH，氧来源于—COOH。

4.氨基酸之间每脱去一分子水，就形成一个肽键，肽键数＝脱去的水分子数。

5.参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。一般而言，R基中的氨基和羧基不参与脱水缩合。

【典例1】两个氨基酸缩合成二肽并生成水，这个水分子中的氢原子来自氨基酸的（　　）

A．氨基 B．羧基 C．R基 D．氨基和羧基

【答案】D

【解析】脱水缩合是指一个氨基酸分子的羧基和另一个氨基酸分子的氨基相连接，同时脱出一分子水，所以脱去的水分子中的氢原子来自氨基和羧基，而氧来自于羧基，D正确。

考法02  辨析氨基酸种类与形成肽的种类

假若有A、B、C三种氨基酸，在以下两种条件下形成二肽和三肽的种类各是多少？

①由1个A氨基酸、1个B氨基酸、1个C氨基酸形成肽的情况。

A、B、C三个氨基酸形成二肽的情况是：3×2=6；形成三肽的情况是：3×2×1=6

②由A、B、C三种氨基酸，在每种氨基酸足够多的情况下形成肽的情况。

A、B、C三种氨基酸（每种氨基酸足够多）形成二肽的情况是：32=9；形成三肽的情况是：33=27

【典例2】某同学现有代表四种氨基酸的卡片A、B、C、D各一个，通过模拟氨基酸缩合形成肽链的过程。下列叙述错误的是（   ）

A.能组成二肽12种   B.能组成三肽24种    C.能组成四肽48种   D.能解释多肽具有多样性

【答案】C

【解析】由A、B、C、D各一个，可组成二肽4×3=12种；可组成三肽4×3×2=24种；可组成四肽4×3×2×1=24种；能解释多肽具有多样性。

考法03  辨析氨基酸脱水缩合形成蛋白质的相关计算

1.已知形成某蛋白质的氨基酸个数为m，肽链数为n，氨基酸的平均相对分子量为a，则该蛋白质：

2.环肽的脱水数目和氨基酸数目相等。

3.二硫键“—S—S—”是由两个“—SH”脱下2个H形成的，计算分子量时需要考虑。

【典例3】某蛋白质由4条肽链构成，含有65个氨基酸，则该蛋白质至少含有的氨基数、肽键数分别是（　　）

A．65、 61 B．4、 61 C．61、 61 D．4、 65

【答案】B

【解析】蛋白质分子至少含有的氨基数或羧基数，应该看肽链的条数，有几条肽链，则至少含有几个氨基或几个羧基，该蛋白质由4条肽链构成，则至少含有4个氨基；肽键数目=氨基酸个数-肽链条数=65-4=61，B正确。

考法04  蛋白质多样性的原因

蛋白质结构的多样性的原因可概括为：

①氨基酸种类不同，构成的肽链不同。

②氨基酸数目不同，构成的肽链不同。

③氨基酸排列顺序不同，构成的肽链不同。

④蛋白质空间结构不同，构成的蛋白质不同。

【典例4】下列关于蛋白质结构多样性的原因的叙述，错误的是（    ）

A．氨基酸的种类和数量不同 B．氨基酸的排列顺序不同

C．肽键的结构不同 D．肽链的数目不同

【答案】C

【解析】蛋白质的结构的多样性与氨基酸的数目、不同种类氨基酸排列顺序及肽链的数目和空间结构均有关，不同蛋白质中氨基酸之间的肽键相同，与蛋白质多样性无关。C符合题意。

考法05  蛋白质的变性与水解

1.蛋白质变性是其特定的空间结构被破坏，从而导致其理化性质 的改变和生物活性丧失的现象。肽键并没有断裂，遇双缩脲试剂还会出现紫色反应。

2.蛋白质水解是肽键断裂的过程，是蛋白质变成多肽或氨基酸的过程；水解与脱水缩合过程相反。

【典例5】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.变性蛋白质也能与双缩脲试剂发生反应

C.细胞内蛋白质发生水解时，通常需要另一种蛋白质的参与

D.血红蛋白中不同肽链之间通过肽键连接

【答案】D

【解析】蛋白质的生物活性与蛋白质的空间结构有关，蛋白质的空间结构发生改变时其生物活性也发生改变，A正确；热变性后的蛋白质肽键仍然存在，能与双缩脲试剂发生反应呈现紫色，B正确；细胞内蛋白质发生水解时需要蛋白酶催化，而蛋白酶的化学本质是蛋白质，C正确；血红蛋白中不同肽链之间通过二硫键连接，每条肽链中相邻氨基酸通过肽键连接，D错误。

题组A  基础过关练

1.形成蛋白质结构的层次从简到繁依次是（    ）

①氨基酸   ②C、H、O、N等元素  ③氨基酸脱水缩合   ④多肽   ⑤具有一定空间结构

A．②→①→③→④→⑤ B．②→①→③→⑤→④

C．②→①→⑤→③→④ D．①→②→③→④→⑤

2．下图是某一多肽链的分子结构式，其中表示肽键的是（    ）

A．① B．③ C．⑥ D．④

3．某蛋白质分子由64个氨基酸分子组成，其合成过程中共脱去63个水分子，则该蛋白质分子的肽键个数是（    ）

A．65 B．64 C．63 D．62

4．在下列物质中，若将其中能构成人体蛋白质的氨基酸通过脱水缩合而形成蛋白质分子，则此蛋白质分子中所含有的羧基、氨基和肽键的数目依次是（    ）

①②③④⑤⑥

A．3、3、2          B．4、3、3            C．3、2、4           D．2、2、2

5．某昆虫受到外界环境刺激时会产生大量某种具有抗菌活性的多肽。如图为该多肽的结构简式，下列有关叙述正确的是（　　）

A．该多肽属于四肽化合物，含有4个肽键

B．该多肽水解后可产生5种氨基酸

C．该多肽含有1个游离的氨基和1个游离的羧基

D．改变该多肽的氨基酸排列顺序，可能会导致其丧失抗菌活性

6.吃煮熟的鸡蛋更容易消化吸收，原因是加热过程中使其蛋白质变性失活，这是由于高温破坏了蛋白质的（  ）

A．肽键 B．肽链 C．空间结构 D．氨基酸

7．下列选项中，不能使蛋白质变性的是（　　）

A．高温 B．强酸 C．低温 D．重金属

8．蛋白质是生命活动的主要承担者，下列叙述正确的是（    ）

A．氨基酸仅通过脱水缩合的方式就可以形成蛋白质

B．蛋白质彻底水解的产物是氨基酸

C．高温、过酸、过碱使蛋白质变性其破坏了蛋白质的空间结构和肽键

D．蛋白质具有运输、免疫、遗传、调节等各种功能

题组B  能力提升练

9.下列有关如图所示多肽的叙述中，正确的是(　　)

A．由5个氨基酸缩合而成

B．有游离的氨基和羧基各1个

C．有4种不同的侧链基团

D．形成过程中失去了3分子水

10.下图表示胰岛素分子中一条多肽链，其中有3个甘氨酸(R基：—H)分别位于第8、20、23位。下列叙述正确的是(　　)

A.该多肽含有一个游离的羧基，位于第1位

B.用特殊水解酶除去3个甘氨酸，形成的产物比原多肽多5个氧原子

C.用特殊水解酶除去3个甘氨酸，形成的产物中有4条多肽

D.该多肽释放到细胞外需要经过两种细胞器的加工

11.某蛋白质由3条多肽链、N个氨基酸组成，下列关于该蛋白质说法正确的是(　　)

A．形成该蛋白质时产生了N个水分子

B．该蛋白质中至少含有N个肽键

C．该蛋白质中至少含有3个游离的羧基

D．合成该蛋白质至少需要21种氨基酸

12．现有100个氨基酸共含有116个羧基和106个氨基，这些氨基酸缩合成6条多肽链时共含有游离—NH2个数是(　　)

A．6　　　　B．12　　　　C．22　　　　D．100

13．某蛋白质的结构示图所示，其中—S—S—表示连接两条相邻肽链的二硫键。若该蛋白质由m个氨基酸构成，则每摩尔该蛋白质在形成时生成的水分子摩尔数和减少的相对分子质量分别为(　　)

A．m个　18 m

B．(m－4)个　18(m－4)

C．(m－3)个　18(m－3)＋4

D．(m－2)个　18(m－2)＋4

14.肉毒梭菌是致死性最高的病原体之一。肉毒梭菌的致病性在于其产生的神经麻痹毒素，即肉毒类毒素。它是由两条链盘曲折叠而成的一种生物大分子。下面是肉毒类毒素的局部结构简式，请据此选出正确的一项（    ）

A．高温使肉毒类毒素的肽键断裂从而失活

B．一分子肉毒类毒素至少含有1个氨基和1个羧基

C．肽键形成时脱去的氧元素来自于基本单位的R基

D．肉毒类毒素是在细胞中由氨基酸经过脱水缩合而成

15.肌红蛋白是哺乳动物肌肉中储氧的蛋白质，潜水哺乳类（如鲸和海豚）肌肉中肌红蛋白含量十分丰富，以致它们的肌肉呈棕红色。肌红蛋白由一条肽链盘绕一个血红素辅基形成，血红素辅基和肽链间不发生脱水缩合，下图甲为血红素辅基结构。

（1）构成肌红蛋白的元素中，不是所有蛋白质都含有的是___________。肌红蛋白肽链的基本组成单位的结构简式是____________。

（2）肌红蛋白的肽链由153个氨基酸脱水缩合形成，结合血红素的结构，请推测一个肌红蛋白中至少含有____________个肽键，____________个游离的羧基。

（3）血红蛋白与肌红蛋白不同，由四条肽链组成，每条链都含有一个血红素辅基，两种蛋白质分子中氨基酸的数目、种类和排列顺序不同，但它们的主要功能却具有相似性，试分析原因：_____________。

（4）若组成肌红蛋白的肽链含有5个丙氨酸（分子式为C3H7O2N），分别位于第26、71、72、99、153位（见图乙）。某种肽酶专门水解丙氨酸羧基端的肽键，则该肽酶完全作用于肽链后的产物有______________种，这些产物中的所有多肽链之和与原肽链相比，氧原子数目_____________（填“增加”或“减少”或“不变”）

16.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）该多肽是______肽化合物，连接相邻两个氨基酸之间化学键是______，氨基酸脱水缩合形成该化合物的过程中，相对分子质量减少了______。

（2）该多肽彻底水解需______个水分子参与，水解后可得到______个甘氨酸，______个丙氨酸，______个谷氨酸和3个苯丙氨酸。

（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______。

题组C  培优拔尖练

17.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

18．（2018·江苏卷）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（   ）

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

19.（2017·江苏卷）下列关于肽和蛋白质的叙述，正确的是

A.琢鄄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

20.（2020·吉林东北师大附中高二期末）蛋白水解酶分内切酶和外切酶2种，外切酶专门作用于肽链末端的肽键，内切酶则作用于肽链内部特定区域，若蛋白酶1作用于苯丙氨酸（C9H11NO2）两侧的肽键，蛋白酶2作用于赖氨酸（C6H14N2O2）氨基端的肽键，某四十九肽经酶1和酶2作用后的情况如图。

（1）若用蛋白外切酶处理该多肽，则会得到______个氨基酸。

（2）短肽A、B、C比四十九肽的氧原子数少______个。

（3）该四十九肽只有第______号位为赖氨酸，而苯丙氨酸存在于第______号位上。

（4）酶1分解后的短肽中游离的氨基比酶2分解后的短肽多______个。

（5）该四十九肽中氮原子的个数至少是______个。