1、第 2 节 生命活动的主要承担者蛋白质 学习目标 1说明氨基酸的结构特点，以及氨基酸形成蛋白质的过程。(重点、难点) 2概述蛋白质的结构和功能。(重点) 3认同蛋白质是生命活动的主要承担者。 4关注蛋白质研究的新进展。 知识结构 氨基酸及其种类 1氨基酸的结构通式 2氨基酸的结构特点 (1)氨基酸分子中至少有一个氨基和一个羧基，但也可以是几个(当 R 基上含有氨基或羧基 时)。如： (2)不同氨基酸之间的区别在于 R 基的不同(根据 R 基的不同将氨基酸分为不同的种类)。 (3)结构上的共同点：至少都有一个氨基和一个羧基，并且都有一个氨基和一个羧基连接在 同一个碳原子上，这两点是判断是否是组成
2、生物体蛋白质的氨基酸的依据。 (1)“至少”的含义：氨基酸分子中的氨基和羧基的数目至少各 1 个，也可以是几个。当 R 基上含有氨基或羧基时，这个氨基酸分子就不止有一个氨基和一个羧基，如： (2)构成蛋白质的氨基酸分子中都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上。其意思 是氨基和羧基不连在同一个碳原子上的氨基酸不是构成蛋白质的氨基酸，因为自然界存在的蛋 白质中尚未发现这样的氨基酸。 (3)“氨基酸”这一名词与其分子结构有对应关系，“氨 基酸”代表了氨基酸分子结构中主要的部分氨基(碱性)和羧基(酸性)。 (4)由氨基酸的结构通式可知，氨基酸的组成元素中都有 C、H、O、N。另外大多数蛋白质 还含
3、有少量的 S 元素，有些蛋白质含有 P、Fe、Cu、I、Mo 等。 3氨基酸的种类 自然界中的氨基酸种类很多，但在生物体中组成蛋白质的氨基酸约为 20 种。 人体内氨基酸的分类 (1)从营养学角度分 必需氨基酸：必须从外界获取，自身不能合成。人体内共有 8 种(婴儿体内有 9 种，比成 人多的 1 种是组氨酸)。 非必需氨基酸：可通过其他化合物转化而成，共 12 种。 (2)根据氨基和羧基的数目分 中性氨基酸：氨基数目羧基数目。 碱性氨基酸：氨基数目羧基数目。 酸性氨基酸：氨基数目羧基数目。 教材第 20 页参考答案 问题探讨 1富含蛋白质的食品有大豆制品，如豆浆、豆腐、腐竹；奶类制品，如奶粉
4、、酸奶、袋装 奶；还有肉、蛋类食品，如烤肉、肉肠、鸡蛋等等。 2有些蛋白质是构成细胞和生物体的结构成分，如结构蛋白；有些蛋白质能够调节生命活 动，如胰岛素；有些蛋白质有催化作用，如绝大多数酶都是蛋白质；有些蛋白质具有运输载体 的功能，如红细胞中的血红蛋白；有些蛋白质有免疫功能，如人体内的抗体。 3因为氨基酸是构成蛋白质的基本单位，在人体内约有 20 种氨基酸，其中有 8 种是人体 需要而不能自己合成的，必须从外界环境获得，如赖氨酸、苯丙氨酸等，它们被称为必需氨基 酸。所以有些食品中要添加赖氨酸或苯丙氨酸等人体必需的氨基酸。 思考与讨论 1每个氨基酸都有氨基和羧基，并且都有一个氨基和一个羧基连接
5、在同一个碳原子上。 2“氨基酸”代表了氨基酸分子结构中主要的部分氨基和羧基。 【例 1】 下列化合物中，属于构成蛋白质的氨基酸是( ) 解析：根据组成生物体蛋白质的氨基酸的特点：至少含有一个氨基(NH 2)和一个羧基( COOH)，并且都有一个氨基(NH 2)和一个羧基(COOH)连接在同一个碳原子上。B、D 项中的氨 基和羧基没有连在同一个碳原子上，C 项中没有氨基。 答案：A 点拨：只有符合氨基酸结构通式的才是构成生物体蛋白质的氨基酸。即至少含有一个氨基 和一个羧基，并且都有一个氨基和一个羧基连在同一个碳原子上。 蛋白质的结构及其多样性 1肽键的形成脱水缩合 一个氨基酸分子的羧基(COOH
6、)和另一个氨基酸分子的氨基(NH 2)相连接，同时脱去一分 子的水，这种结合方式叫脱水缩合。脱水缩合过程中形成的化学键叫肽键。具体过程如下： (1)脱下的水中的氧来自COOH，水中的氢一个来自COOH，另一个来自NH 2。 (2)参与脱水缩合的分别是两个氨基酸中与各自的中心碳原子相连的氨基和羧基，不是 R 基 上的氨基和羧基。 (3)连接氨基酸的肽键结构式表示为： (注意：书写时不能漏掉游离键“”)。 2多肽及蛋白质的形成 由两个氨基酸分子缩合而成的化合物，叫做二肽。由三个 或三个以上氨基酸分子缩合而成的化合物叫做多肽。多肽通常呈链状结构，叫做肽链。一 条或多条肽链经盘曲、折叠、糖基化等就形成
7、了具有特定空间结构的、能行使一定功能的蛋白 质。 图解如下： 3蛋白质分子的结构多样性 (1)蛋白质的结构层次：C、H、O、N 等元素 氨基酸 肽链 组 成 脱 水 缩 合 蛋白质 盘 曲 、 折 叠 形 成 特 定 空 间 结 构 (2)蛋白质分子结构多样性的原因 原 因 图 示 氨基酸的种类不同，构成的肽链不同 氨基酸的数目不同，构成的肽链不同 氨基酸的排列顺序不同，构成的肽链不同 肽链空间结构不同，构成的蛋白质不同 以上各点并非同时具备才能确定两种蛋白质分子结构的不同，只要具备其中一点，就说明 两种蛋白质结构不同。 4蛋白质的相关计算 (1)氨基和羧基的数目 蛋白质是由氨基酸脱水缩合而形
8、成的肽链构成的，每两个相邻的氨基酸中的氨基和羧基缩 合形成一个肽键，结果肽链的两端，一端剩余一个COOH，另一端剩余一个NH 2，但 R 基上可 能含有若干个COOH 或NH 2，因此，每条肽链(非环状肽)中至少有一个COOH 和一个NH 2。 (2)肽键数与氨基酸数、脱去水分子数的关系 氨基酸脱水缩合时每形成一个肽键，同时脱去一分子水。因此氨基酸数肽键数肽链数， 肽键数失去的水分子数。 (3)蛋白质相对分子质量的计算 蛋白质相对分子质量等于氨基酸相对分子质量的总和减去失去的水分子的相对分子质量的 总和。 若 n 个氨基酸形成 m 条肽链，则形成 n m 个肽键，脱去 n m 个水分子。每个氨
9、基酸的平 均相对分子质量为 a，那么由此形成的蛋白质的相对分子质量为 na( n m)18。 (4)数量关系汇总表 (1)环状肽：对于 m 个氨基酸构成的环状肽(仍然叫 m 肽)，肽键数脱去水分子数氨基 酸数。 (2)环状肽主链中无游离的氨基和羧基，环状肽中氨基数或羧基数取决于构成环状肽的氨基 酸 R 基团中的氨基和羧基的数目。 (5)蛋白质中含有 N、O 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 O 原子数肽键数2肽链数R 基上的 O 原子数各氨基酸中 O 原子总数脱去水分 子数 (6)氨基酸的排列与多肽的种类相关计算 假若有 A、B、C 三种氨基酸
10、，则由这三种氨基酸组成多肽的情况可分下列两种情形分析： A、B、C 三种氨基酸，每种氨基酸数目不限的情况下，可形成肽类化合物的种类： 形成三肽的种类：(3 327 种) 形成二肽的种类：(3 29 种) A、B、C 三种氨基酸，且每种氨基酸只有一个的情况下，形成肽类化合物的种类： 形成三肽的种类： (3216 种) 形成二肽的种类： (326 种) 教材第 22 页参考答案 思考与讨论 3 3 3 3 3 3 2 1 3 2 1氨基酸二肽三肽多肽，一条多肽链盘曲折叠形成蛋白质，或几条多肽链折 叠形成蛋白质。 2食物中的蛋白质要经过胃蛋白酶、胰蛋白酶、肠蛋白酶、肠肽酶等多种水解酶的作用， 才能分
11、解为氨基酸。这些氨基酸进入细胞后，要形成二肽、三肽到多肽，由多肽构成人体的蛋 白质。人体的蛋白质与食物中的蛋白质不一样，具有完成人体生命活动的结构和功能。 310 个氨基酸能够组成 2010种互不相同的长链。氨基酸的种类、数量、排列顺序以及蛋 白质空间结构的不同是蛋白质多种多样的原因。 旁栏思考题 n 个氨基酸形成一条肽链时，脱掉 n1 个水分子，形成 n1 个肽键。同理， n 个氨基酸形 成 m 条肽链时，脱掉 n m 个水分子，形成 n m 个肽键。 【例 2】 20 世纪 60 年代，我国科学工作者用人工方法成功地合成了具有全部生物活性的 结晶牛胰岛素。这是世界上首次人工合成具有生物活性
12、的蛋白质，被认为是我国最接近“诺贝 尔奖”的科研成果，图 221 就是结晶牛胰岛素的一个模式图，其中 A 链有 21 个氨基酸，B 链 有 30 个氨基酸。 (注：两个“SH”形成一个“SS”) (1)这 51 个氨基酸的分子结构所具有的共同特点是 _ _， 它们彼此之间结合成胰岛素的方式是 _。 (2)这 51 个氨基酸形成胰岛素后，相对分子质量比原来减少了_，其分子中至少有 _个氨基，至少有_个羧基。 (3)该蛋白质分子中含有肽键_个，其中一个肽键的结构简式为_。 (4)糖尿病患者患病的直接原因是_，目前治疗糖尿病的特效药只能注射，不能口服。 这主要是由于 _ _。 (5)经检测，人和其他
13、哺乳动物胰岛素的氨基酸组成比较如下： 猪：B 链第 30 位氨基酸与人的不同。 马：B 链第 30 位氨基酸和 A 链第 9 位氨基酸与人的不同。 羊：A 链第 8、9、10 位氨基酸与人的不同。 相近物种的不同，反映在多肽链的氨基酸组成上主要是 _。 _和人的亲缘关系最近。糖尿病人的适宜代用品是_的胰岛素。 解析：51 个氨基酸分子形成 2 条肽链脱去的水分子数为 51249，从模式图可知，两条 链之间的 6 个SH 形成了 6 个SS，失去了 6 个 H，因此减少的相对分子质量为 491861888。两条肽链至少有 2 个氨基和 2 个羧基。糖尿病患者患病的原因是缺乏促进 糖代谢的激素胰岛
14、素，如果口服胰岛素，胰岛素在人体内会被分解成氨基酸而失活。 答案：(1)每个氨基酸分子至少都含有一个氨基和一个羧基，并且都有一个氨基和一个羧基 连接在同一个碳原子上 脱水缩合 (2)888 2 2 (3)49 NHCO (4)缺乏胰岛素 胰 岛素进入消化道后被消化成氨基酸，失去活性 (5)氨基酸种类和排列顺序的不同 猪 猪 点拨：从元素到蛋白质的内在联系 蛋白质的功能 蛋白质结构的多样性，决定了蛋白质的功能具有多样性，如下表所示。 【例 3】 蛋白质是生命活动的主要体现者，但在正常生理活动中不能作为细胞的( ) A重要结构物质 B重要调节物质 C主要能源物质 D机体免疫物质 解析：A 项正确，如肌肉的主要成分是蛋白质；B 项正确，如部分激素是蛋白质，有调节作 用；D 项正确，如人体内的抗体是蛋白质，可以帮助人体抵御病菌和病毒等抗原的侵害；而 C 项中主要能源物质应是糖类，而非蛋白质。 答案：C 点拨：蛋白质一般不作能源物质，但当糖类和脂肪供能不足时，蛋白质氧化分解释放能量。 另外蛋白质也不作为遗传物质。在利用蛋白质的功能特点时，需要考虑蛋白质的一些化学性质， 如高温使肽链盘曲折叠形成的蛋白质的一些化学键破坏或断开，从而使其空间结构遭到破坏， 影响其功能。
