1、第第 2 讲讲 蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能 考纲要求 蛋白质的结构和功能()。 考点一考点一 蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能 1.组成蛋白质的氨基酸及其种类 巧记 “8 种”必需氨基酸 甲(甲硫氨酸)来(赖氨酸)写(缬氨酸)一(异亮氨酸)本(苯丙氨酸)亮(亮氨酸)色(色氨酸)书(苏 氨酸)。 2.蛋白质的合成及其结构、功能多样性 (1)二肽的形成过程 过程 a：脱水缩合，物质 b：二肽，结构 c：肽键。 H2O 中的 H 来源于氨基和羧基；O 来源于羧基。 (2)蛋白质的结构层次 氨基酸 脱水缩合 多肽 盘曲、折叠 蛋白质 3.蛋白质分子多样性的原因 (1)氨基酸 种类不同 数
2、目成百上千 排列顺序千变万化 (2)肽链的盘曲、折叠方式及其形成的空间结构千差万别。 4.蛋白质的功能(连线) 1.判断有关氨基酸的叙述 (1)具有氨基和羧基的化合物，都是构成蛋白质的氨基酸( ) (2)组成蛋白质的氨基酸之间可按不同的方式脱水缩合( ) (3)脱水缩合形成的蛋白质中含有几个肽键就称为几肽( ) 2.判断有关蛋白质的叙述 (1)氨基酸的空间结构和种类决定蛋白质的功能( ) (2)蛋白质肽链的盘曲和折叠被解开时，其特定功能不会发生变化( ) (3)细胞中氨基酸种类和数量相同的蛋白质是同一种蛋白质( ) 下图表示蛋白质的结构层次示意图，据图分析： (1)组成蛋白质的化学元素中通常含
3、有 S，S 元素在 b 中存在于哪部分？ 提示 存在于 b 的 R 基中。 (2)过程形成的化学键的分子式是NHCO或CONH， 发生的场所是在细胞中的 核糖体上。 (3)若该蛋白质是胰岛素，那么发生的场所是哪里？ 提示 由多肽到成熟分泌蛋白的形成发生在内质网和高尔基体中。 (4)图中和分别是什么过程？有何区别？ 提示 是变性的过程，蛋白质的空间结构丧失；是水解的过程，蛋白质中肽键断裂。 命题点一 组成蛋白质的氨基酸种类与结构的判断 1.下面是三种化合物的结构简式，下列有关三种化合物的叙述，错误的是( ) A.三种化合物可以用一个结构通式表示 B.三种化合物的共同点之一是都含有一个氨基、一个羧
4、基 C.三种化合物都不能与双缩脲试剂发生紫色反应 D.三种化合物两两结合形成的物质的游离氨基数相同 答案 B 解析 三种物质都是构成蛋白质的氨基酸，都可用氨基酸的结构通式表示，A 正确；图中三 种氨基酸共同点应为至少都含有一个氨基、一个羧基，B 错误；双缩脲试剂鉴定蛋白质产生 紫色反应，是由于蛋白质中有肽键，氨基酸中无肽键，故不能与双缩脲试剂发生紫色反应， C 正确；三种化合物两两结合形成的物质中游离的氨基数分别是 1、1、1，D 正确。 2.下列四种化合物中，哪种是构成蛋白质的氨基酸( ) A.CH3CH2COOH B.RCH2NH2 C. D. 答案 D 解析 组成蛋白质的氨基酸分子至少都
5、含有一个氨基(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，故 D 项正确。 科学思维 “两看法”判断组成蛋白质的氨基酸 命题点二 蛋白质分子结构与功能的分析 3.(2018 江苏，5)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
6、答案 D 解析 分析题中激素的结构简式可知， 激素中的环状肽都是由 6 个氨基酸构成的， 故为六肽 环，A 错误；氨基酸脱水缩合形成的水分子中的氢分别来自氨基和羧基，B 错误；肽链中游 离氨基的数目与构成肽链的氨基酸 R 基上的氨基数目有关，C 错误；分析题中激素的结构 简式可知， 两种激素间有 2 个氨基酸种类不同， 故这两种激素的生理功能不同是由这 2 个氨 基酸种类不同导致的，D 正确。 4.(2018 全国，1)下列关于人体中蛋白质功能的叙述，错误的是( ) A.浆细胞产生的抗体可结合相应的病毒抗原 B.肌细胞中的某些蛋白质参与肌肉收缩的过程 C.蛋白质结合 Mg2 形成的血红蛋白参与
7、 O 2运输 D.细胞核中某些蛋白质是染色体的重要组成成分 答案 C 解析 浆细胞产生的抗体能与相应的抗原(如病毒抗原)发生特异性结合，A 项正确；肌细胞 中的肌动蛋白和肌球蛋白等参与肌肉收缩的过程，B 项正确；Fe2 参与构成血红蛋白，血红 蛋白具有运输 O2的功能，C 项错误；细胞核中染色体的主要组成成分是蛋白质和 DNA，D 项正确。 生命观念 蛋白质的结构与功能的“一、二、三、四、五” 考点二考点二 蛋白质结构有关的计算题型蛋白质结构有关的计算题型 题型 1 蛋白质结构中各种基团、分子、化学键数目的计算 技法必备 1.有关蛋白质结构的计算规律 (1)假设氨基酸的平均相对分子质量为 a，
8、由 n 个氨基酸分别形成 1 条链状多肽或 m 条链状 多肽，则： 形成肽链数 形成肽键数 脱去水分子数 蛋白质相对分子质量 1 n1 n1 na18(n1) m nm nm na18(nm) 特别提醒 计算多肽的相对分子质量时， 除了考虑水分的减少外， 还要考虑其他化学变化 过程， 如肽链上出现一个二硫键(SS)时， 要再减去 2(即两个氢原子)， 若无特殊说明， 不考虑二硫键。 若为环状多肽，则可将相对分子质量计算公式 na18(nm)中的肽链数(m)视为零，再进 行相关计算。 (2)利用原子守恒法计算肽链中的原子数：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
9、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： 碳原子数氨基酸的分子数2R 基上的碳原子数。 氢原子数各氨基酸中氢原子的总数脱去的水分子数2。 氧原子数各氨基酸中氧原子的总数脱去的水分子数。 氮原子数肽链数肽键数R 基上的氮原子数各氨基酸中氮原子的总数。 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.(2019 临汾模拟)如图表示一个由 200 个氨基酸构成的蛋白质分
10、子。下列叙述正确的是 ( ) A.该分子中含有 198 个肽键 B.这 200 个氨基酸中至少有 200 个氨基 C.合成该蛋白质时相对分子质量减少了 3 582 D.该蛋白质中至少含有 3 个NH2 答案 C 解析 分析题图可知，该蛋白质分子由两条肽链组成，且两条链之间的 R 基上的氨基和羧 基脱水缩合形成了一个肽键，则该分子中含有 199 个肽键，A 错误；这 200 个氨基酸中至少 有 201 个氨基， B 错误； 合成该蛋白质时脱去了 199 个水分子， 相对分子质量减少了 18199 3 582，C 正确；该蛋白质中至少有 2 个游离的氨基，D 错误。 2.某 50 肽中有丙氨酸(R
11、 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 分子 H2O D.新生成的 4 条多肽链至少含有 4 个游离的羧基 答案 C 解析 据图分析可知，每脱掉 1 个丙氨酸需要破坏 2 个肽键，脱掉 4 个丙氨酸共破坏了 8 个肽键， 则有8分子水参与， 故该50肽水解得到的几种有机
12、物比原50肽增加了8个氧原子， A 正确；得到的 5 个氨基酸，其中有 4 个是丙氨酸，故将这 5 个氨基酸缩合成 5 肽，可有 5 种不同的氨基酸序列，B 正确；若将新生成的 4 条多肽链重新连接成一条长链，需要形成 3 个肽键，脱去 3 分子水，C 错误；每条肽链中至少有 1 个游离的氨基和 1 个游离的羧基，故 新生成的 4 条多肽链至少含有 4 个游离的羧基，D 正确。 题型 2 多肽种类的计算题 【技法必备】 “排列组合法”分析多肽种类 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
13、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 20202020204种)。 (2)若每种氨基酸只有一个，可形成肽类化合物的种类有(20191817)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。 3.现有足量的甘氨酸、丙氨酸、谷氨酸 3 种氨基酸，它们能形成的三肽种类以及包含 3 种氨 基酸的三肽种类
14、分别最多有( ) A.9 种，9 种 B.6 种，3 种 C.18 种，6 种 D.27 种，6 种 答案 D 解析 足量的3 种氨基酸构成的三肽有 3327种。 对于包含3 种氨基酸的三肽种类的理解， 可借用示意图“”来分析， 即第一个位置的氨基酸有 3 种情况， 第二个位置只能 从另 2 种氨基酸中任选 1 种氨基酸，第三个位置只能安放剩余的 1 种氨基酸，即 3216 种。 矫正易错矫正易错 强记长句强记长句 1.组成蛋白质的元素一定有 C、H、O、N，一般还含有 S 元素。 2.多肽和蛋白质的区别：在核糖体上合成的是多肽，没有明显的空间结构，多肽必须经过加 工后，才能形成具有一定空间结
15、构和特定功能的蛋白质。 3.蛋白质的盐析、变性和水解 (1)盐析：是由溶解度的变化引起的，蛋白质的空间结构没有发生变化。 (2)变性：是由于高温、过酸、过碱、重金属盐等因素导致的蛋白质的空间结构发生了不可 逆的变化，肽链变得松散，丧失了生物活性，但是肽键一般不断裂。 (3)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。 1.组成蛋白质的氨基酸的共同特点是每种氨基酸都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在同一个碳原子上。 2.脱水缩合是一个氨基酸分子的羧基(COOH)和另一个氨基酸分子的氨基(NH2)相连接， 同时脱去一分子水的过程。
16、3.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。 4.蛋白质多样性的直接原因是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。 重温高考重温高考 演练模拟演练模拟 1.(2017 江苏，3)下列关于肽和蛋白质的叙述，正确的是( ) A.-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 答案 A 解析 环状肽有几个氨基酸就会形成几个肽键，所以环状八肽含
17、有 8 个肽键，A 项正确； 蛋白质是由肽链盘曲折叠形成的，也可能只含有一条肽链，B 项错误；蛋白质变性是空间结 构被破坏，氨基酸之间形成的肽键不被破坏，C 项错误；含有肽键的化合物都能与双缩脲试 剂产生紫色反应，变性蛋白质仍然含有肽键，仍可与双缩脲试剂发生反应，D 项错误。 2.(2015 福建，1)人体内含有多种多样的蛋白质，每种蛋白质( ) A.都含有 20 种氨基酸 B.都是在细胞内发挥作用 C.都具有一定的空间结构 D.都能催化生物化学反应 答案 C 解析 组成人体蛋白质的氨基酸约有 20 种， 但并不是每种蛋白质都含有 20 种氨基酸， A 项 错误；有的蛋白质可以在细胞外发挥作用
18、，例如人体内的消化酶等，B 项错误；每种蛋白质 都具有一定的空间结构，C 项正确；酶能催化生物化学反应，绝大多数酶是蛋白质，少数为 RNA，但是蛋白质不一定是酶，例如某些激素、抗体等，D 项错误。 3.(经典高考题)关于生物体内组成蛋白质的氨基酸的叙述，错误的是( ) A.分子量最大的氨基酸是甘氨酸 B.有些氨基酸不能在人体细胞中合成 C.氨基酸分子之间通过脱水缩合形成肽键 D.不同氨基酸之间的差异是由 R 基引起的 答案 A 解析 甘氨酸是相对分子质量最小的氨基酸， A 项错误； 氨基酸分为必需氨基酸和非必需氨 基酸，由于必需氨基酸只能从食物中获取，人体内不能合成，B 项正确；氨基酸分子通过
19、脱 水缩合形成肽键，C 项正确；R 基的特异性决定了氨基酸的特异性，D 项正确。 4.蛋白质是决定生物体结构和功能的重要物质。下列相关叙述错误的是( ) A.细胞膜、细胞质基质中负责转运氨基酸的载体都是蛋白质 B.氨基酸之间脱水缩合生成的 H2O 中，氢来自于氨基和羧基 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.蛋白质的基本性质不仅与碳骨架有关，而且也与功能基团有关 答案 A 解析 细胞膜上负责转运氨基酸的载体是蛋白质，细胞质基质中负责转运氨基酸的载体是 tRNA，A 项错误；氨基酸之间脱水缩合脱去的水分子中的氢来自氨基和羧基，B 项正确； 细胞内蛋白质水解时需蛋白酶催化，蛋
20、白酶属于蛋白质，C 项正确；蛋白质的基本性质与碳 骨架有关，也与功能基团有关，D 项正确。 5.(2018 全国，30)回答下列与蛋白质相关的问题： (1)生物体中组成蛋白质的基本单位是_。 在细胞中合成蛋白质时， 肽键是在_ 这一细胞器上形成的。合成的蛋白质中有些是分泌蛋白，如_(填“胃 蛋白酶”“逆转录酶”或“酪氨酸酶”)。分泌蛋白从合成至分泌到细胞外需要经过高尔基 体，此过程中高尔基体的功能是_。 (2)通常，细胞内具有正常生物学功能的蛋白质需要有正确的氨基酸序列和_结构。 某些物理或化学因素可以导致蛋白质变性，通常，变性的蛋白质易被蛋白酶水解，原因是 _。 (3)如果 DNA 分子发生
21、突变，导致编码正常血红蛋白多肽链的 mRNA 序列中一个碱基被另 一个碱基替换， 但未引起血红蛋白中氨基酸序列的改变， 其原因可能是_。 答案 (1)氨基酸 核糖体 胃蛋白酶 对蛋白质进行加工、分类和包装 (2)空间 蛋白质 变性使肽键暴露，暴露的肽键易与蛋白酶接触，使蛋白质降解 (3)遗传密码具有简并性 解析 (1)组成蛋白质的基本单位是氨基酸。在细胞中合成蛋白质时，肽键是在核糖体上形 成的。胃蛋白酶是分泌蛋白，逆转录酶和酪氨酸酶都是细胞内的蛋白质。分泌蛋白分泌到细 胞外需要经过高尔基体的加工、分类和包装。 (2)具有生物活性的蛋白质都有特定的氨基酸序列和空间结构。变性的蛋白质空间结构被破 坏，肽键被暴露，暴露的肽键容易与蛋白酶接触，使蛋白质降解。 (3)DNA 分子发生突变， 导致转录产生的 mRNA 中的碱基序列发生改变， 由于密码子具有简 并性，所以可能出现虽然密码子已经改变，但仍对应同一种氨基酸的情况。
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