2022-2023学年人教版(2019)必修一第2章第4节 蛋白质是生命活动的主要承担者学案.pdf
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1、第 4 节 蛋白质是生命活动的主要承担者 学习目标1.归纳概括氨基酸的结构通式和特点,阐明氨基酸是蛋白质的基本组成单位。2 .分析蛋白质分子结构多样性和功能多样性的关系,举例说明蛋白质的结构是与功能相适应的。3 .说出氨基酸构成多肽链或蛋白质分子的过程。4 .阐明蛋白质是生命活动的主要承担者,认同蛋白质与人体营养、健康等关系密切。=问题探究,知识生成-r新知探究一 蛋白质的功能多样性问题探究资料:冠状病毒是一类具有包膜、基因组为线状单链正链的R N A 病毒,新型冠状病毒属于其中的一种。据研究,新型冠状病毒进入人体后,其表面的刺突蛋白S 蛋白与人呼吸道上皮细胞及肺组织细胞表面的特异性受体A C
2、 E 2(血管紧张素转化酶2)识别并结合,病毒由此进入宿主细胞并增殖。其结构如图1 所示,其中S、M、E 表示3 种包膜糖蛋白,N 代表核衣壳蛋白。图2 为病毒侵入人体后发生的部分反应示意图。病毒衣壳在细胞内被有关蛋白质催化后水解,人体内依靠抗体与抗原结合从而清除病原体。图1图2问题(1):包膜糖蛋白和核衣壳蛋白说明了蛋白质的什么功能?提示:是构成生物体结构的重要物质。问题(2):人呼吸道上皮细胞及肺组织细胞表面的特异性受体A C E 2说明了蛋白质的什么功能?提示:识别,进行信息交流。问题(3):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,而酶绝大多数是具有生物催
3、化作用的蛋白质。这说明蛋白质的什么功能?提示:催化。问题(4):人体内的抗体都是蛋白质。抗体是活跃在血液中的一支“突击队”,具有保卫机体免受病菌和病毒的侵害,提高机体抵抗力的作用。说明蛋白质具有什么功能?提示:免疫。问 题 :营养不良会出现贫血和免疫力下降等现象,从蛋白质的功能分析,其原因是什么?提示:蛋白质的摄入量不足导致营养不良,影响血红蛋白和抗体的生成,出现贫血和免疫力下降。问题(6):通过加酒精、加热、加酸等可以杀灭新型冠状病毒的原因是什么?提示: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。归纳总结蛋白质的功能类型项目功能举例结构蛋白许多蛋白质是构成细胞和
4、生物体结构的重要物质肌动蛋白、肌球蛋白等谡作用对细胞和生物体的生命活动有重要的调节作用胰岛素、生长激素等催化作用催化细胞内的各种化学反应大多数酶等运输有些蛋白质具有运输功能血红蛋白等细胞的各项生命活动都离不开蛋白质,蛋白质是生命活动的主要承担作用免&作用能捕获侵入人体或高等动物体内的抗原物质抗体等聋 即B寸应用1.下列关于蛋白质功能的举例合理的是(B )A.催化一抗体 B.运输一血红蛋白C.调节一性激素D.免疫一胰岛素解析:抗体体现蛋白质的免疫功能,不是催化作用;血红蛋白可以协助和C O 2运输,具有运输功能;性激素具有促进生殖器官的发育和生殖细胞的形成,激发和维持第二性征等作用,但是其本质为
5、固醇类物质,并非蛋白质;胰岛素的化学本质是蛋白质,具有调节生命活动的作用,不是免疫功能。2.下列哪项不是蛋白质在人体内的生理功能(D )A.生物体和细胞的“建筑”材料B.作为具有催化作用的有机物C.组织修复的原料D.能量的主要来源解析:人体内的蛋白质具有的生理功能有参与组成细胞结构(A、C选项体现)、催化作用(B选项体现)、运输物质、调节生命活动、免疫作用等。虽然蛋白质分解也能释放能量,但不是主要的供能物质,细胞主要的能源物质是糖类。新知探究二氨基酸的特点及种类问题探究资料:观察以下四种参与构成蛋白质的氨基酸的结构式。H 0I IIH2Ncc0HH甘氨酸HIHOOCCH2CH2CCOOHNH2
6、谷氨酸HIH2 NCH2CH2CH2CH2O-COOHNH2赖氨酸NH2HSCH2ccOHI IIH O半胱氨酸问题(1):由上述四种氨基酸的分子结构,归纳氨基酸的元素组成,并推测蛋白质的元素组成。提示:氨基酸的组成元素至少含有C、H、0、N,有的还含有S。组成蛋白质的主要元素有C、H、0、N等。问题(2):这些氨基酸在结构上有哪些共同点?又有哪些区别?提示:这些参与构成蛋白质的氨基酸分子至少含有一个氨基(一NHJ和一个竣基(-C00H),并且都有一个氨基和一个竣基连接在同一个碳原子上;不同的氨基酸分子,具有不同的R基(侧链基团)。问题(3):组成蛋白质的氨基酸中至少含有一个氨基和一个竣基。如
7、果氨基酸中不止一个氨基或竣基,多出的氨基或竣基可能在什么位置?提示:组成蛋白质的氨基酸中至少有一个竣基(-C00H)和一个氨基(Nth)且连在同一个碳原子上,多出的一C00H或一加2在R基上。问题(4):判断构成蛋白质的氨基酸的依据有哪些?提示:构成蛋白质的氨基酸必须具备两个条件:至少含有一个氨基和一个竣基。都有一个氨基和一个竣基连接在同一个碳原子上。问题(5):若要你评价各种食物中蛋白质成分的营养价值,你会格外注重什么?请说明理由。提示:会格外注重其中必需氨基酸的种类和含量,因为必需氨基酸在人体细胞中不能合成,只能从外界环境中获取,与人体的健康关系密切。归纳总结构成蛋白质的氨基酸的结构特点。
8、每种氨基酸分子至少含有一个氨基(一NH2)和一个竣基(一C00H),并且都有一个氨基和一个竣基连接在同一个碳原子上。不同的氨基酸分子,具有不同的R 基,可以根据R 基的不同,将氨基酸区别为不同的种类。R基决定氨基酸的种类和理化性质。R基决定氨基酸中所含有氨基和竣基的数目:除连接在同一碳原子上的氨基和段基外,多余的氨基和竣基一定位于区中。R基决定氨基酸的组成元素:氨基酸结构通式中至少含有C、H、0、N四种元素,若含有其他元素(如 S)则一定位于国基中。氨基酸的结构通式。氨基R基:决定氨基酸的种类竣基-共同部分(4)还可按细胞能否合成将氨基酸分类。(来源:人体细胞不能合成,必需氨基酸(必须从外界环
9、境获取(种数:8种 来源:人体细胞合成或外非必需氨基酸界获取、种数:1 3 种即时应用3.谷氨酸的R基为一C 3 H 5 O 2,一分子谷氨酸含有的C、H、0、N原子数依次是(A )A.5,9,4,1 B.4,8,5,1 C.5,8,4,1 D.4,9,4,1解析:根据氨基酸的结构通式可知,谷氨酸分子式为C s H Q N,所以C、H、0、N原子数依次是5、9、4、1。4.如图是4种构成蛋白质的氨基酸的结构简式,下列叙述错误的是(D )HIH2Nc COOH甲:HHIH2NcCOOH、I乙:C H3HIHOCH2CCOOH丙:N H2HIH2 NcCH2COOH丁 IJ:COOHA.构成上述氨
10、基酸分子的基本元素是C、H、0、NB.上述4 种氨基酸的R 基依次是一H、一C L、C H2O H C H2C O O HC.R 基中也可以有氨基或竣基D.氨基酸可与双缩版试剂发生作用,产生紫色反应解析:根据氨基酸通式来看,构成题述氨基酸分子的基本元素是C、H、0、N;根据氨基酸通式,题述4 种氨基酸的R 基依次是一H、-C H3,一C H2O H,O L C O O H;氨基酸的R 基中也可以有氨基或竣基;双缩胭试剂鉴定的是含有两个或两个以上肽键的化合物,氨基酸不能与双缩服试剂反应生成紫色络合物。新知探究三蛋白质的结构及其多样性问题探究活动1:完善下图中两个氨基酸的连接过程。H 71 0 H
11、 I2 0:、C-C +、N C-c 壬 i+H2/H X0H/H O H!.r.D问题:a表示的结合方式叫什么?如何发生?形成的化合物b的名称是什么?在框内写出b的结构式。提示:脱水缩合。一个氨基酸分子的竣基(一C OOH)和另一个氨基酸分子的氨基(一NH J脱去一分子水而连接起来。二肽:H 中?牛 o I I I I ZN C C N C C/|I|XH H H H OH问题:通过a 过程形成的连接两个氨基酸分子的化学键名称是什么?用箭头标出肽键的位置。0 H提示:肽键。一 1 L I 活动2:结合脱水缩合过程,并参考如下多肽链的模式图进行分析。R R R RI I I I即-C-CO-N
12、H-C-CO-NH-C-CO-NH-C-COOHI I I IH H H H问题:若 R 基中含有氨基或竣基,在脱水缩合反应中,R 基中的氨基或竣基是否参与了反应?生成的肽链中氨基或竣基位于何处?提示:R 基中的氨基或竣基未参与反应。生成的肽链中的氨基或竣基位于肽链的一端或R 基中。问题(4):多肽通常被称为肽链,肽链构成蛋白质的过程中主要变化是什么?提示:1 条或几条肽链盘曲、折叠,形成具有一定空间结构的蛋白质。问题(5):若4 个氨基酸形成1 条肽链,则该过程要脱去水分子多少个?形成多少个肽键?该多肽链的名称是什么?提示:会脱去3 个分子水。形成3 个肽键。该多肽链称为四肽。问题(6):若
13、m 个氨基酸形成1 条肽链,则该过程要脱去水分子多少个?形成多少个肽键?该多肽链至少有儿个氨基和几个竣基?提示:会脱去(m T)个水分子。形成(m T)个肽键。该多肽链至少含有1 个氨基和1 个竣基。问题:若 m 个氨基酸形成了 n 条肽链,上述问题的答案又分别是什么?提示:脱去(m-n)个水分子,形成(m-n)个肽键,至少含有n 个氨基和n个竣基。问题:6若 m个氨基酸形成1 条环状的多肽,如图。则该过程要脱去水分子多少个?形成多少个肽键?提示:脱去水分子m 个。形成m 个肽键。问题:若氨基酸的平均相对分子质量为1 2 0,则2 0 个氨基酸形成1条肽链时,所形成肽链的相对分子质量是多少?提
14、示:1 2 0 X 2 0-1 8 义(2 0-1)=2 0 58 0资料:血红蛋白是由4 条多肽链组成的蛋白质。如图展示了血红蛋白的水解和变性过程。问 题(10):水解和变性的区别是什么?提示:水解是蛋白质或多肽中肽键断裂,分解为氨基酸的过程,和脱水缩合的过程相反。变性是蛋白质空间结构被破坏的过程,此过程肽键一般不断裂。归纳总结(1)蛋白质的结构层次氨基酸概念:一个氨基酸分子的竣基与另脱 水 一 个 氨 基 酸 分 子 的 氨 基 相 连 接,缩 合,同 时 脱 去 一 分 子 水形成的化学键:肽键=g一 由两个氨基酸缩合成的化合物I诬 一 由 红 氨 基 酸 缩 合 成 的 化 合 物,通
15、 常 呈 链 状I盘 曲、折叠蛋白质|一具有一定的空间结构(2)氨基酸脱水缩合过程相关计算公式脱水数=肽键数=氨基酸数-肽链数=水解需要水分子数。氨基数=肽链数+R基上的氨基数=各氨基酸中氨基的总数-肽键数。竣基数=肽链数+R基上的竣基数=各氨基酸中竣基的总数-肽键数。D拓展1.蛋白质相关计算方法规律(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质量为a,则该蛋白质:肽键数m-n脱去的水分子数m-n平均相对分子质量am-18(m-n)氨基数2 n竣基数N原子数2m0原子数2m+n(2)环肽的脱水数目和氨基酸数目相等。(3)二硫键一S一S一”是由两个“一SH”脱 下2个
16、H形成的,计算相对分子质量时需要考虑。(4)蛋白质中含有N、0原子数的计算N原子数=肽键数+肽链数+R基上的N原子数=各氨基酸中N原子总数。0原子数=肽键数+2X肽链数+R基上的0原子数=各氨基酸中0原子总数-脱去的水分子数。2.蛋白质的水解、变性和盐析(1)水解:蛋白质或多肽中肽键断裂,分解为氨基酸的过程称为水解,与脱水缩合的过程相反,这个过程需要蛋白酶或肽酶的催化。如食物中的蛋白质在消化道内最终成为氨基酸。变性:蛋白质由于高温、强酸、强碱、重金属盐等因素导致空间结构被破坏的过程称为变性。如鸡蛋煮熟后,无法再孵化。变性的过程一般肽键不断裂。盐 析:向蛋白质溶液中加入某些无机盐溶液后,可降低蛋
17、白质标解度,使蛋白质凝聚而从溶液中析出,这种作用叫盐析,这是物理娈田,可复原。如向鸡蛋清中加入一些食盐,出现白色絮状物,加水稀释后组状物消失。即时应用5.如图为某多肽的结构简式,有关说法正确的是(A )OHA产YCH-CH3涉 F Y V%H2N-C-CO-NH-C-CO-NH-C-CO-NH-C-CO-NH-C-COOHII f I I IH H I H 几。HA.该化合物是由5个氨基酸脱水缩合形成B.形成该化合物过程中失去6分子水C.该化合物含有3种氨基酸D.箭头标识的结构为肽键,共有5个解析:该多肽是由5个、4种氨基酸脱水缩合形成的;图中箭头所指为肽键;该多肽中含有4个肽键,失去4个水分
18、子。6.(不定项)下列关于氨基酸和蛋白质的叙述,正确的是(A B )A.R基决定氨基酸的种类和理化性质B.R基中的氨基和竣基通常不参与肽键的形成C.蛋白质水解时,水 中的氢原子参与形成同一个氨基酸的氨基和竣基D,变性后的蛋白质不能与双缩版试剂呈现紫色反应解析:构成蛋白质的氨基酸的不同在于R基的不同,所 以R基决定氨基酸的种类和理化性质;R基中的氨基和竣基通常不参与肽键的形成;氨基酸脱水缩合时一个氨基酸的氨基提供一个氢,另一个氨基酸的竣基提供一0 H,脱去一分子水。而蛋白质水解与之相反,水中的氢原子参与形成的氨基和竣基分别位于两个氨基酸上;变性后的蛋白质,仍然有肽键存在,故能与双缩胭试剂反应呈现
19、紫色。联系实际素养落实 生活情境胰岛素是人体内唯一可以降低血糖的蛋白质激素,同时促进糖原、脂 肪、蛋白质合成。外源性胰岛素主要用来治疗糖尿病。一分子的胰岛 素 原 切 去C肽(图中阴影部分)可转变成一分子的胰岛素(图中数字表示氨基酸序号)。探 究:(1)构成胰岛素原的基本单位是什么?提示:氨基酸。(2)由图中数据推测合成胰岛素原的过程中共失去多少个水分子?提示:120o(3)外源性胰岛素用来治疗糖尿病时能不能口服?为什么?提示:不能。因为蛋白质口服后被消化分解成各种氨基酸,而失去效用。课堂小结完善概念图组成元素:C、H、O、N等关键语句1.蛋白质的功能:构成细胞结构、催化、运输、信息传递和防御
20、等。2.氨基酸是组成蛋白质的基本单位。组成生物体蛋白质的氨基酸分子至少都含有一个氨基(一NHJ和一个竣基(COOH),并且都有一个氨基和一个竣基连接在同一个碳原子上。3.脱水缩合是一个氨基酸分子的竣基(一COOH)和另一个氨基酸分子的氨基(一NHJ相连接,同时脱去一分子水形成一个肽键的过程。4.氨基酸分子以脱水缩合的方式形成肽键,由肽键连接氨基酸分子形成肽链,肽链盘曲、折叠形成具有一定空间结构的蛋白质分子。5.蛋白质多样性的直接原因:组成蛋白质的氨基酸的种类、数目、排列顺序不同及肽链形成的空间结构不同。随堂反馈1.氨基酸是蛋白质的基本组成单位,下列有关组成人体蛋白质的氨基酸的叙述正确的是(B
21、)A.至少有一个氨基和一个竣基连接在不同碳原子上B.氨基酸种类数与R基的种类数均为2 1C.人体细胞可以合成所需的所有氨基酸D.人体内最简单氨基酸的R基为一C H解析:根据氨基酸结构通式可知,每个氨基酸分子中至少有一个氨基和一个竣基连接在同一个碳原子上;氨基酸的种类取决于R基,因此,氨基酸的种类数与R基的种类数相同,都是2 1种;某些氨基酸在人体内无法合成,必须从外界摄取,称为必需氨基酸;人体内最简单的氨基酸是甘氨酸,其R基为一H。2.现有氨基酸80 0 个,其中氨基总数为81 0 个,竣基总数为80 8个,已知 R 基中的竣基和氨基不参与脱水缩合,则由这些氨基酸合成的含有3 条肽链的蛋白质共
22、有肽键、氨基和竣基的数目依次分别为(A )A.7 97、1 3 和 1 1 B.7 98、1 3 和 1 1C.7 99、1 和 1 D.7 97、3 和 2解析:由题意可知,该蛋白质是由80 0 个氨基酸形成的3 条肽链,因此蛋白质中的肽键数是80 0-3=7 97(个);80 0 个氨基酸中含有氨基数是81 0 个,因此氨基酸的R 基中的氨基数是81 0-80 0=1 0 (个),所以蛋白质中的氨基数是3+1 0=1 3(个);80 0 个氨基酸中含有竣基总数为80 8个,因此氨基酸的R 基中的竣基数是80 8-80 0=8(个),所以蛋白质中的竣基数是3+8=1 1 (个)。3.如图是人
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