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高中生物人教版 (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导学案
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这是一份高中生物人教版 (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导学案，共11页。
1．阐明在人体中，组成蛋白质的氨基酸有21种。
2．说明氨基酸的结构特点，氨基酸形成蛋白质的过程。
3．阐明蛋白质是生命活动的主要承担者。
核心素养
1．生命观念——通过对蛋白质的学习，建立生命的物质性的观点，从结构与功能观角度理解蛋白质的多样性。
2．科学思维——从氨基酸的结构特点理解氨基酸脱水缩合的过程，构建数学模型解答与蛋白质有关的计算问题。
3．社会责任——从蛋白质功能多样性角度明确蛋白质与人体健康的关系。
知识点一 蛋白质的功能
必备知识·夯实双基
1．一切生命活动离不开蛋白质，蛋白质是生命活动的主要_承担者__。
2．蛋白质功能举例
活学巧练
1．蛋白质具有催化、免疫、运输、调节等功能。( √ )
2．蛋白质是生物体内主要能源物质。( × )
3．胰岛素能够催化细胞内的化学反应。( × )
深入探讨
为什么说蛋白质是生命活动的主要承担者？
提示：蛋白质是细胞的基本组成成分，具有参与组成细胞结构、催化、运输、调节、免疫等重要功能，细胞的各项生命活动都离不开蛋白质，所以说蛋白质是生命活动的主要承担者。
课内探究·名师点睛
典例剖析
典例1 下列关于蛋白质功能的叙述，不正确的是( D )
A．有些蛋白质具有免疫功能
B．有些蛋白质能调节机体的生命活动
C．有些蛋白质具有运输的功能
D．是细胞内良好的储能物质
解析： 免疫功能是蛋白质的功能之一，如抗体具有免疫功能，A项正确；调节机体生命活动是蛋白质的功能之一，如胰岛素能降低血糖浓度，B项正确；运输功能是蛋白质的功能之一，如血红蛋白能够运输氧，C项正确；脂肪是细胞内良好的储能物质，蛋白质是生命活动的主要承担者，D项错误。
变式训练❶ 下列有关蛋白质和其功能不相符的是( C )
A．肌肉主要成分——生物体的结构蛋白
B．酶——催化细胞内的化学反应
C．抗体——调节机体的生命活动
D．血红蛋白——运输氧气
解析：调节机体的生命活动的是部分蛋白质类激素，抗体具有免疫功能，负责抵御病菌和病毒等的侵害，故C项蛋白质与其功能不符。
知识点二 氨基酸的特点及其种类
必备知识·夯实双基
1．氨基酸的结构
(1)结构通式： 。
(2)结构特点
①数量上：至少含有一个_氨基(—NH2)__和一个_羧基(—COOH)__。
②位置上：都有一个氨基和一个羧基连在_同一个碳原子__上。
2．种类
(1)分类依据：能否在人体内_合成__。
(2)种类eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(必需氨基酸\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(特点：必须从 外界环境中获取 ,种类： 8 种)),非必需氨基酸\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(特点： 人体细胞能够合成 ,种类：13种))))
活学巧练
1．氨基酸中都只含一个氨基和一个羧基。( × )
2．生物体内组成蛋白质的氨基酸中，不同氨基酸之间的差异是由R基引起的。( √ )
3．甲硫氨酸和半胱氨酸中含有的硫元素存在于R基中。( √ )
深入探讨
1．下面是四种氨基酸的结构，分析回答：
(1)这四种氨基酸共有的部分是什么？这四种氨基酸分子不同的R基分别是什么？
(2)组成蛋白质的氨基酸分子中都只含有一个氨基和一个羧基吗？如何解释“至少”？
提示：(1) ，—CH3、—CH2—SH、—(CH2)4—NH2、—CH2—COOH。
(2)大多数氨基酸分子只含有一个氨基和一个羧基，而且都连接在同一个碳原子上，部分氨基酸分子中含有两个氨基、一个羧基或者两个羧基、一个氨基，多出来的氨基或羧基属于R基。“至少”是指组成蛋白质的氨基酸分子中至少含有一个氨基和一个羧基且连接在同一个碳原子上。
2．同为组成生物体蛋白质的氨基酸，酪氨酸几乎不溶于水，而精氨酸易溶于水，产生这种差异的原因是什么？
提示：同为组成生物体蛋白质的氨基酸具有相同的结构通式，但是两者的R基组成不同，这是不同氨基酸性质不同的主要原因。
课内探究·名师点睛
1．氨基酸的结构
(1)氨基酸是组成蛋白质的基本单位，在人体内组成蛋白质的氨基酸有21种，主要由C、H、O、N四种元素组成，有的还含有S等。
(2)结构通式
拓展
在自然界中，分子中同时含有氨基和羧基的化合物都称为氨基酸。氨基和羧基连接在同一个碳原子上的氨基酸是构成蛋白质的氨基酸，称为α－氨基酸；除α－氨基酸以外的氨基酸均不能构成蛋白质。
2．氨基酸的种类
在人体中，组成蛋白质的氨基酸有21种，分为必需氨基酸和非必需氨基酸。
(1)必需氨基酸：人体细胞不能合成，必须从外界环境中获取的氨基酸，共有8种，它们是缬氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、蛋(甲硫)氨酸、色氨酸、苏氨酸、赖氨酸，婴儿还有组氨酸。
(2)非必需氨基酸：人体细胞能够合成的氨基酸，共有13种。
知识贴士
必需氨基酸的记忆口诀
甲携来一本亮色书(甲硫氨酸、缬氨酸、赖氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、色氨酸、苏氨酸)。
典例剖析
典例2 下列物质中，属于构成蛋白质的氨基酸的是( A )
A．NH2—CH2—COOH
B．NH2—CH2—CH2OH
解析：构成蛋白质的氨基酸分子至少都含有一个氨基(—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。A项符合构成蛋白质的氨基酸的结构特点；B项中连接氨基的碳原子没有连接羧基；C项中一共有两个氨基和一个羧基，但是没有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上；D项中有三个羧基，但没有氨基。
变式训练❷ 甲硫氨酸的R基是—CH2—CH2—S—CH3，则它的分子式是( A )
A．C5H11O2NS B．C3H7ONS
C．C5H11O2S D．C5H10O2NS
解析：将R基—CH2—CH2—S—CH3代入组成蛋白质的氨基酸的结构通式得甲硫氨酸的结构式为，因此其分子式为C5H11O2NS。
知识点三 蛋白质的结构及其多样性
必备知识·夯实双基
1．蛋白质的结构层次
2．脱水缩合的过程
(1)过程①名称：_脱水缩合__。
(2)物质②名称：_二肽__。
(3)结构③名称：_肽键__。
3．蛋白质种类多样性的原因
在细胞内，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，其_排列顺序__千变万化，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。
4．蛋白质的变性
(1)概念：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_空间构象__被破坏，从而导致其理化性质改变和生物活性_丧失__的现象。
(2)应用：①鸡蛋、肉类煮熟后由于高温使蛋白质分子的空间结构变得伸展、松散，易于被_蛋白酶__水解，因而易于消化。②经过加热、加酸、加酒精等引起细菌和病毒的_蛋白质变性__，可以达到消毒、灭菌的目的。
活学巧练
1．含有两个肽键的化合物叫作二肽。( × )
2．蛋白质变性是由于肽键的断裂造成的。( × )
3．变性的蛋白质也能与双缩脲试剂发生紫色反应。( √ )
4．蛋白质变性是可逆的化学反应。( × )
深入探讨
氨基酸脱水缩合形成肽链
请结合脱水缩合过程，并参考如下多肽链的模式图分析：
1．肽链形成过程中，失去的水分子中氢和氧元素的来源分别是什么？
提示：氢来自氨基和羧基，氧来自羧基。
2．氨基酸、肽链、形成的水分子、肽键的数量关系是什么？
提示：氨基酸数－肽链数＝形成的水分子数＝肽键数。
3．肽链中还有没有游离的氨基和羧基？如果有，它们位于哪里？
提示：有。位于肽链的两端，R基中也可能有。
4．假设氨基酸的平均相对分子质量为a，由n个氨基酸形成1条肽链，则该多肽的相对分子质量是多少？若形成m条肽链呢？
提示：na－18(n－1)；na－18(n－m)。
课内探究·名师点睛
1．“两看”法分析多肽
2．理清蛋白质的变性和水解的区别
(1)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构象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。
(2)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。
典例剖析
典例3 蛋白质功能的多样性取决于蛋白质结构的多样性，以下关于蛋白质结构的说法，正确的是( C )
A．每种蛋白质分子都是由21种氨基酸组成
B．一个蛋白质分子只能由一条肽链构成
C．相同种类、数目的氨基酸组成的蛋白质可能不同
D．相同种类和数目的氨基酸只能构成一种蛋白质
解析： 组成蛋白质的氨基酸有21种，但不是每种蛋白质的氨基酸都有21种，应该是小于或等于21种，A项错误；一个蛋白质分子可由一条或几条肽链构成，B项错误；相同种类、数目的氨基酸组成的蛋白质可能不同，C项正确；氨基酸的种类、数目相同的蛋白质，氨基酸的排列顺序和蛋白质的空间结构可能不同，因此不一定是相同的蛋白质，D项错误。
变式训练❸ 下列关于氨基酸和蛋白质的叙述，错误的是( B )
A．缬氨酸的R基是—C3H7，则它的分子式是C5H11O2N
B．分子式为C63H105O45N17S2的一条(非环状)多肽化合物中，最多含有肽键数目是17个
C．两个氨基酸脱水缩合过程中失去的H2O中的氧来源于羧基
D．10个氨基酸构成的一条多肽链至少有9个肽键，称为十肽
解析： 根据氨基酸分子结构通式可知，在氨基酸分子中除R基外，分子中含有的原子为C有2个、H有4个、O有2个、N有1个，因此缬氨酸的分子式是C5H11O2N，A项正确；氨基酸脱水缩合的过程中不会丢失N原子，若构成该蛋白质的氨基酸的侧链基团均不含N原子，则每个氨基酸只含1个N原子，与构成该蛋白的氨基酸的数量相同，该化合物分子中含有17个N原子，则最多有17个氨基酸参与构成该肽链，则最多含有肽键数目是16个，B项错误；氨基酸脱水缩合的过程中，失去的H2O是由羧基提供的羟基和氨基提供的氢组成的，因此两个氨基酸脱水缩合过程中失去的H2O中的氧来源于羧基，C项正确；10个氨基酸构成的多肽称为十肽，10个氨基酸构成的一条多肽链至少有10－1＝9个肽键，D项正确。
蛋白质合成(水解)过程中的相关计算
1．链状多肽基团数和相对分子质量的计算
(1)肽键数＝脱去水分子数＝氨基酸数－肽链数。
(2)氨基数＝肽链数＋R基中含有的氨基数＝各氨基酸中氨基总数－肽键数。
(3)羧基数＝肽链数＋R基中含有的羧基数＝各氨基酸中羧基总数－肽键数。
(4)蛋白质相对分子质量＝氨基酸数×各氨基酸平均相对分子质量－脱去水分子数×18。
2．链状多肽中各原子数的计算
(1)碳原子数＝氨基酸数×2＋R基上的碳原子数。
(2)氢原子数＝各氨基酸中氢原子的总数－脱去水分子数×2－二硫键数×2。
(3)氧原子数＝各氨基酸中氧原子的总数－脱去水分子数＝肽键数＋2×肽链数＋R基上的氧原子数。
(4)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。
3．一条或多条肽链的蛋白质的相关计算
假设氨基酸的平均相对分子质量为a，由n个氨基酸分别形成1条肽链或m条肽链。
4．脱水缩合计算提醒
(1)环状多肽：氨基酸数＝肽键数＝脱去水分子数。
(2)若通过图示或其他形式告知蛋白质中含有二硫键时，要考虑每形成1个二硫键要脱去2个H。
(3)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。
典例4 (2023·四川宜宾高一期末)某五十肽中有丙氨酸(R基为—CH3)4个，现脱掉其中的丙氨酸(相应位置如下图所示)，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( C )
A．该五十肽脱掉4个丙氨酸得到的几种有机物比原五十肽增加了8个氧原子
B．若将得到的5个氨基酸缩合成五肽，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分子水
D．新生成的4条多肽链至少含有4个游离的羧基
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，有8分子水参与，故该50肽水解得到的几种有机物比原50肽增加了8个氧原子，A正确；得到的5个氨基酸，其中有4个是丙氨酸，故这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；这4条多肽链若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。故选C。
1．下列关于人体内氨基酸的叙述，正确的是( B )
A．氨基酸的组成元素只有C、H、O、N
B．不同氨基酸的R基一定不同
C．酪氨酸属于构成蛋白质的一种氨基酸，因为它含有氨基和羧基
D．人体内的氨基酸都必须从饮食中获取
解析：在人体中，氨基酸至少含有C、H、O、N4种元素，有的还含有S。氨基酸的种类取决于R基的种类。酪氨酸属于蛋白质的基本单位之一，并不单单是因为它含有氨基和羧基，还得满足有一个氨基和一个羧基连接在同一个C原子上。人体内的氨基酸分为必需氨基酸和非必需氨基酸，前者必须从饮食中获取，后者可以在细胞内合成。
2．如图为由30个氨基酸组成的多肽链，经加工，第1位甲硫氨酸被切除，第16与17位氨基酸之间的肽键被切断并生成两条多肽链，两条多肽链通过二硫键相连。有关此过程的说法错误的是( A )
A．加工过程中，氧原子数目增加1个
B．经加工，比原多肽链增加了1个氨基和1个羧基
C．此加工过程是在内质网中进行的
D．此多肽链的合成过程生成了29个水分子、加工过程消耗了2个水分子
解析：加工过程减少了1个肽键(含1个氧)，另1个肽键(含1个氧)被水解，生成1个羧基(含2个氧)和1个氨基，所以氧原子数没变；此多肽链的合成过程生成了29个肽键，形成29个水分子，加工过程水解了2个肽键，消耗了2个水分子。
3．(2023·甘肃省临夏县中学高一期末)某致病细菌分泌的外毒素，为无色细针状结晶，对小鼠和人体有很强的毒性，可引起流涎、呕吐、便血、痉挛等，以致死亡。该外毒素为环状肽，其结构简式如下图所示：
请据图分析并回答问题：
(1)该化合物中含有_0__个氨基，_0__个羧基。
(2)该化合物是由_7__个氨基酸组成的。
(3)组成该化合物的氨基酸有_5__种，其中有_3__个氨基酸的R基相同，这个R基是_—CH3__。
(4)该化合物称为_环状七__肽化合物，含有_7__个肽键。
(5)该化合物具有10个氧原子，其中_7__个位于肽键上，_3__个位于R基上。
(6)该外毒素在环状肽形成过程中相对分子质量减少了_126__。
解析：根据肽键的结构，可以找到图中有7个肽键，且该化合物是首尾相连的结构，故能够确定是环状七肽，接着再确定每个氨基酸的R基团。(1)该化合物为环状肽，组成它的氨基酸的R基团上均不含氨基和羧基，因而该化合物含有0个氨基和0个羧基。(2)该化合物共有7个肽键，由于其为环状肽，所以共有7个氨基酸组成。(3)分析组成该环状肽的7个氨基酸的R基团，发现其中有3个氨基酸的R基团是相同的，都是—CH3，所以构成该化合物的氨基酸只有5种。(4)该环状肽有7个氨基酸组成，所以是环状七肽，共含有7个肽键。(5)该环状七肽，共具有7个肽键，而每个肽键中均含有一个氧原子，因而其含有的10个氧原子，有7个位于肽键上，剩下的3个只能位于R基团上。(6)该环状七肽具有7个肽键，形成时失去了7个水分子，因而形成过程相对分子量减少了7×18＝126。
功能
举例
构成_细胞和生物体__
羽毛、肌肉、蛛丝、头发等
_催化__作用
绝大多数的酶
运输作用
_血红蛋白__(能运输氧气)
_信息传递(调节)__作用
胰岛素等蛋白质类激素
免疫作用
_抗体__(可抵御抗原的侵害)
形成肽
链数
形成肽
键数
脱去水
分子数
氨基
数目
羧基
数目
多肽相对
分子质量
1
n－1
n－1
至少
1个
至少
1个
na－18(n－1)
m
n－m
n－m
至少
m个
至少
m个
na－18(n－m)
1．阐明在人体中，组成蛋白质的氨基酸有21种。
2．说明氨基酸的结构特点，氨基酸形成蛋白质的过程。
3．阐明蛋白质是生命活动的主要承担者。
核心素养
1．生命观念——通过对蛋白质的学习，建立生命的物质性的观点，从结构与功能观角度理解蛋白质的多样性。
2．科学思维——从氨基酸的结构特点理解氨基酸脱水缩合的过程，构建数学模型解答与蛋白质有关的计算问题。
3．社会责任——从蛋白质功能多样性角度明确蛋白质与人体健康的关系。
知识点一 蛋白质的功能
必备知识·夯实双基
1．一切生命活动离不开蛋白质，蛋白质是生命活动的主要_承担者__。
2．蛋白质功能举例
活学巧练
1．蛋白质具有催化、免疫、运输、调节等功能。( √ )
2．蛋白质是生物体内主要能源物质。( × )
3．胰岛素能够催化细胞内的化学反应。( × )
深入探讨
为什么说蛋白质是生命活动的主要承担者？
提示：蛋白质是细胞的基本组成成分，具有参与组成细胞结构、催化、运输、调节、免疫等重要功能，细胞的各项生命活动都离不开蛋白质，所以说蛋白质是生命活动的主要承担者。
课内探究·名师点睛
典例剖析
典例1 下列关于蛋白质功能的叙述，不正确的是( D )
A．有些蛋白质具有免疫功能
B．有些蛋白质能调节机体的生命活动
C．有些蛋白质具有运输的功能
D．是细胞内良好的储能物质
解析： 免疫功能是蛋白质的功能之一，如抗体具有免疫功能，A项正确；调节机体生命活动是蛋白质的功能之一，如胰岛素能降低血糖浓度，B项正确；运输功能是蛋白质的功能之一，如血红蛋白能够运输氧，C项正确；脂肪是细胞内良好的储能物质，蛋白质是生命活动的主要承担者，D项错误。
变式训练❶ 下列有关蛋白质和其功能不相符的是( C )
A．肌肉主要成分——生物体的结构蛋白
B．酶——催化细胞内的化学反应
C．抗体——调节机体的生命活动
D．血红蛋白——运输氧气
解析：调节机体的生命活动的是部分蛋白质类激素，抗体具有免疫功能，负责抵御病菌和病毒等的侵害，故C项蛋白质与其功能不符。
知识点二 氨基酸的特点及其种类
必备知识·夯实双基
1．氨基酸的结构
(1)结构通式： 。
(2)结构特点
①数量上：至少含有一个_氨基(—NH2)__和一个_羧基(—COOH)__。
②位置上：都有一个氨基和一个羧基连在_同一个碳原子__上。
2．种类
(1)分类依据：能否在人体内_合成__。
(2)种类eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(必需氨基酸\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(特点：必须从 外界环境中获取 ,种类： 8 种)),非必需氨基酸\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(特点： 人体细胞能够合成 ,种类：13种))))
活学巧练
1．氨基酸中都只含一个氨基和一个羧基。( × )
2．生物体内组成蛋白质的氨基酸中，不同氨基酸之间的差异是由R基引起的。( √ )
3．甲硫氨酸和半胱氨酸中含有的硫元素存在于R基中。( √ )
深入探讨
1．下面是四种氨基酸的结构，分析回答：
(1)这四种氨基酸共有的部分是什么？这四种氨基酸分子不同的R基分别是什么？
(2)组成蛋白质的氨基酸分子中都只含有一个氨基和一个羧基吗？如何解释“至少”？
提示：(1) ，—CH3、—CH2—SH、—(CH2)4—NH2、—CH2—COOH。
(2)大多数氨基酸分子只含有一个氨基和一个羧基，而且都连接在同一个碳原子上，部分氨基酸分子中含有两个氨基、一个羧基或者两个羧基、一个氨基，多出来的氨基或羧基属于R基。“至少”是指组成蛋白质的氨基酸分子中至少含有一个氨基和一个羧基且连接在同一个碳原子上。
2．同为组成生物体蛋白质的氨基酸，酪氨酸几乎不溶于水，而精氨酸易溶于水，产生这种差异的原因是什么？
提示：同为组成生物体蛋白质的氨基酸具有相同的结构通式，但是两者的R基组成不同，这是不同氨基酸性质不同的主要原因。
课内探究·名师点睛
1．氨基酸的结构
(1)氨基酸是组成蛋白质的基本单位，在人体内组成蛋白质的氨基酸有21种，主要由C、H、O、N四种元素组成，有的还含有S等。
(2)结构通式
拓展
在自然界中，分子中同时含有氨基和羧基的化合物都称为氨基酸。氨基和羧基连接在同一个碳原子上的氨基酸是构成蛋白质的氨基酸，称为α－氨基酸；除α－氨基酸以外的氨基酸均不能构成蛋白质。
2．氨基酸的种类
在人体中，组成蛋白质的氨基酸有21种，分为必需氨基酸和非必需氨基酸。
(1)必需氨基酸：人体细胞不能合成，必须从外界环境中获取的氨基酸，共有8种，它们是缬氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、蛋(甲硫)氨酸、色氨酸、苏氨酸、赖氨酸，婴儿还有组氨酸。
(2)非必需氨基酸：人体细胞能够合成的氨基酸，共有13种。
知识贴士
必需氨基酸的记忆口诀
甲携来一本亮色书(甲硫氨酸、缬氨酸、赖氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、色氨酸、苏氨酸)。
典例剖析
典例2 下列物质中，属于构成蛋白质的氨基酸的是( A )
A．NH2—CH2—COOH
B．NH2—CH2—CH2OH
解析：构成蛋白质的氨基酸分子至少都含有一个氨基(—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。A项符合构成蛋白质的氨基酸的结构特点；B项中连接氨基的碳原子没有连接羧基；C项中一共有两个氨基和一个羧基，但是没有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上；D项中有三个羧基，但没有氨基。
变式训练❷ 甲硫氨酸的R基是—CH2—CH2—S—CH3，则它的分子式是( A )
A．C5H11O2NS B．C3H7ONS
C．C5H11O2S D．C5H10O2NS
解析：将R基—CH2—CH2—S—CH3代入组成蛋白质的氨基酸的结构通式得甲硫氨酸的结构式为，因此其分子式为C5H11O2NS。
知识点三 蛋白质的结构及其多样性
必备知识·夯实双基
1．蛋白质的结构层次
2．脱水缩合的过程
(1)过程①名称：_脱水缩合__。
(2)物质②名称：_二肽__。
(3)结构③名称：_肽键__。
3．蛋白质种类多样性的原因
在细胞内，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，其_排列顺序__千变万化，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。
4．蛋白质的变性
(1)概念：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_空间构象__被破坏，从而导致其理化性质改变和生物活性_丧失__的现象。
(2)应用：①鸡蛋、肉类煮熟后由于高温使蛋白质分子的空间结构变得伸展、松散，易于被_蛋白酶__水解，因而易于消化。②经过加热、加酸、加酒精等引起细菌和病毒的_蛋白质变性__，可以达到消毒、灭菌的目的。
活学巧练
1．含有两个肽键的化合物叫作二肽。( × )
2．蛋白质变性是由于肽键的断裂造成的。( × )
3．变性的蛋白质也能与双缩脲试剂发生紫色反应。( √ )
4．蛋白质变性是可逆的化学反应。( × )
深入探讨
氨基酸脱水缩合形成肽链
请结合脱水缩合过程，并参考如下多肽链的模式图分析：
1．肽链形成过程中，失去的水分子中氢和氧元素的来源分别是什么？
提示：氢来自氨基和羧基，氧来自羧基。
2．氨基酸、肽链、形成的水分子、肽键的数量关系是什么？
提示：氨基酸数－肽链数＝形成的水分子数＝肽键数。
3．肽链中还有没有游离的氨基和羧基？如果有，它们位于哪里？
提示：有。位于肽链的两端，R基中也可能有。
4．假设氨基酸的平均相对分子质量为a，由n个氨基酸形成1条肽链，则该多肽的相对分子质量是多少？若形成m条肽链呢？
提示：na－18(n－1)；na－18(n－m)。
课内探究·名师点睛
1．“两看”法分析多肽
2．理清蛋白质的变性和水解的区别
(1)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构象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。
(2)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。
典例剖析
典例3 蛋白质功能的多样性取决于蛋白质结构的多样性，以下关于蛋白质结构的说法，正确的是( C )
A．每种蛋白质分子都是由21种氨基酸组成
B．一个蛋白质分子只能由一条肽链构成
C．相同种类、数目的氨基酸组成的蛋白质可能不同
D．相同种类和数目的氨基酸只能构成一种蛋白质
解析： 组成蛋白质的氨基酸有21种，但不是每种蛋白质的氨基酸都有21种，应该是小于或等于21种，A项错误；一个蛋白质分子可由一条或几条肽链构成，B项错误；相同种类、数目的氨基酸组成的蛋白质可能不同，C项正确；氨基酸的种类、数目相同的蛋白质，氨基酸的排列顺序和蛋白质的空间结构可能不同，因此不一定是相同的蛋白质，D项错误。
变式训练❸ 下列关于氨基酸和蛋白质的叙述，错误的是( B )
A．缬氨酸的R基是—C3H7，则它的分子式是C5H11O2N
B．分子式为C63H105O45N17S2的一条(非环状)多肽化合物中，最多含有肽键数目是17个
C．两个氨基酸脱水缩合过程中失去的H2O中的氧来源于羧基
D．10个氨基酸构成的一条多肽链至少有9个肽键，称为十肽
解析： 根据氨基酸分子结构通式可知，在氨基酸分子中除R基外，分子中含有的原子为C有2个、H有4个、O有2个、N有1个，因此缬氨酸的分子式是C5H11O2N，A项正确；氨基酸脱水缩合的过程中不会丢失N原子，若构成该蛋白质的氨基酸的侧链基团均不含N原子，则每个氨基酸只含1个N原子，与构成该蛋白的氨基酸的数量相同，该化合物分子中含有17个N原子，则最多有17个氨基酸参与构成该肽链，则最多含有肽键数目是16个，B项错误；氨基酸脱水缩合的过程中，失去的H2O是由羧基提供的羟基和氨基提供的氢组成的，因此两个氨基酸脱水缩合过程中失去的H2O中的氧来源于羧基，C项正确；10个氨基酸构成的多肽称为十肽，10个氨基酸构成的一条多肽链至少有10－1＝9个肽键，D项正确。
蛋白质合成(水解)过程中的相关计算
1．链状多肽基团数和相对分子质量的计算
(1)肽键数＝脱去水分子数＝氨基酸数－肽链数。
(2)氨基数＝肽链数＋R基中含有的氨基数＝各氨基酸中氨基总数－肽键数。
(3)羧基数＝肽链数＋R基中含有的羧基数＝各氨基酸中羧基总数－肽键数。
(4)蛋白质相对分子质量＝氨基酸数×各氨基酸平均相对分子质量－脱去水分子数×18。
2．链状多肽中各原子数的计算
(1)碳原子数＝氨基酸数×2＋R基上的碳原子数。
(2)氢原子数＝各氨基酸中氢原子的总数－脱去水分子数×2－二硫键数×2。
(3)氧原子数＝各氨基酸中氧原子的总数－脱去水分子数＝肽键数＋2×肽链数＋R基上的氧原子数。
(4)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。
3．一条或多条肽链的蛋白质的相关计算
假设氨基酸的平均相对分子质量为a，由n个氨基酸分别形成1条肽链或m条肽链。
4．脱水缩合计算提醒
(1)环状多肽：氨基酸数＝肽键数＝脱去水分子数。
(2)若通过图示或其他形式告知蛋白质中含有二硫键时，要考虑每形成1个二硫键要脱去2个H。
(3)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。
典例4 (2023·四川宜宾高一期末)某五十肽中有丙氨酸(R基为—CH3)4个，现脱掉其中的丙氨酸(相应位置如下图所示)，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( C )
A．该五十肽脱掉4个丙氨酸得到的几种有机物比原五十肽增加了8个氧原子
B．若将得到的5个氨基酸缩合成五肽，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分子水
D．新生成的4条多肽链至少含有4个游离的羧基
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，有8分子水参与，故该50肽水解得到的几种有机物比原50肽增加了8个氧原子，A正确；得到的5个氨基酸，其中有4个是丙氨酸，故这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；这4条多肽链若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。故选C。
1．下列关于人体内氨基酸的叙述，正确的是( B )
A．氨基酸的组成元素只有C、H、O、N
B．不同氨基酸的R基一定不同
C．酪氨酸属于构成蛋白质的一种氨基酸，因为它含有氨基和羧基
D．人体内的氨基酸都必须从饮食中获取
解析：在人体中，氨基酸至少含有C、H、O、N4种元素，有的还含有S。氨基酸的种类取决于R基的种类。酪氨酸属于蛋白质的基本单位之一，并不单单是因为它含有氨基和羧基，还得满足有一个氨基和一个羧基连接在同一个C原子上。人体内的氨基酸分为必需氨基酸和非必需氨基酸，前者必须从饮食中获取，后者可以在细胞内合成。
2．如图为由30个氨基酸组成的多肽链，经加工，第1位甲硫氨酸被切除，第16与17位氨基酸之间的肽键被切断并生成两条多肽链，两条多肽链通过二硫键相连。有关此过程的说法错误的是( A )
A．加工过程中，氧原子数目增加1个
B．经加工，比原多肽链增加了1个氨基和1个羧基
C．此加工过程是在内质网中进行的
D．此多肽链的合成过程生成了29个水分子、加工过程消耗了2个水分子
解析：加工过程减少了1个肽键(含1个氧)，另1个肽键(含1个氧)被水解，生成1个羧基(含2个氧)和1个氨基，所以氧原子数没变；此多肽链的合成过程生成了29个肽键，形成29个水分子，加工过程水解了2个肽键，消耗了2个水分子。
3．(2023·甘肃省临夏县中学高一期末)某致病细菌分泌的外毒素，为无色细针状结晶，对小鼠和人体有很强的毒性，可引起流涎、呕吐、便血、痉挛等，以致死亡。该外毒素为环状肽，其结构简式如下图所示：
请据图分析并回答问题：
(1)该化合物中含有_0__个氨基，_0__个羧基。
(2)该化合物是由_7__个氨基酸组成的。
(3)组成该化合物的氨基酸有_5__种，其中有_3__个氨基酸的R基相同，这个R基是_—CH3__。
(4)该化合物称为_环状七__肽化合物，含有_7__个肽键。
(5)该化合物具有10个氧原子，其中_7__个位于肽键上，_3__个位于R基上。
(6)该外毒素在环状肽形成过程中相对分子质量减少了_126__。
解析：根据肽键的结构，可以找到图中有7个肽键，且该化合物是首尾相连的结构，故能够确定是环状七肽，接着再确定每个氨基酸的R基团。(1)该化合物为环状肽，组成它的氨基酸的R基团上均不含氨基和羧基，因而该化合物含有0个氨基和0个羧基。(2)该化合物共有7个肽键，由于其为环状肽，所以共有7个氨基酸组成。(3)分析组成该环状肽的7个氨基酸的R基团，发现其中有3个氨基酸的R基团是相同的，都是—CH3，所以构成该化合物的氨基酸只有5种。(4)该环状肽有7个氨基酸组成，所以是环状七肽，共含有7个肽键。(5)该环状七肽，共具有7个肽键，而每个肽键中均含有一个氧原子，因而其含有的10个氧原子，有7个位于肽键上，剩下的3个只能位于R基团上。(6)该环状七肽具有7个肽键，形成时失去了7个水分子，因而形成过程相对分子量减少了7×18＝126。
功能
举例
构成_细胞和生物体__
羽毛、肌肉、蛛丝、头发等
_催化__作用
绝大多数的酶
运输作用
_血红蛋白__(能运输氧气)
_信息传递(调节)__作用
胰岛素等蛋白质类激素
免疫作用
_抗体__(可抵御抗原的侵害)
形成肽
链数
形成肽
键数
脱去水
分子数
氨基
数目
羧基
数目
多肽相对
分子质量
1
n－1
n－1
至少
1个
至少
1个
na－18(n－1)
m
n－m
n－m
至少
m个
至少
m个
na－18(n－m)
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