第3講

蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的主要承擔(dān)者生物學(xué)必修一《分子與細(xì)胞》闡明蛋白質(zhì)通常由21種氨基酸分子組成，它的功能取決于氨基酸序列及其形成的空間結(jié)構(gòu)，細(xì)胞的功能主要由蛋白質(zhì)完成。內(nèi)容要求目錄Contents01蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)02蛋白質(zhì)的應(yīng)用03蛋白質(zhì)的功能401蛋白質(zhì)的功能1.蛋白質(zhì)的功能組成細(xì)胞的有機(jī)物中含量最多的就是蛋白質(zhì)（protein）。從化學(xué)角度看，蛋白質(zhì)也是目前已知的結(jié)構(gòu)最復(fù)雜、功能最多樣的分子。細(xì)胞核中的遺傳信息，往往要表達(dá)成蛋白質(zhì)才能起作用。蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的主要承擔(dān)者。絕大多數(shù)的酶是蛋白質(zhì)，所以蛋白質(zhì)有催化功能；有些激素是蛋白質(zhì)，所以蛋白質(zhì)有調(diào)節(jié)功能；抗體、淋巴因子都是蛋白質(zhì)，所以蛋白質(zhì)有免疫功能；血紅蛋白、載體蛋白、通道蛋白都是蛋白質(zhì)，所以蛋白質(zhì)有運(yùn)輸物質(zhì)功能除細(xì)胞壁外，細(xì)胞的各種結(jié)構(gòu)都含有蛋白質(zhì)（如中心體上的維管蛋白、染色體上的組蛋白、溶酶體中的水解酶等），所以蛋白質(zhì)有構(gòu)成細(xì)胞結(jié)構(gòu)之功能；細(xì)胞膜上的各種受體是蛋白質(zhì)，能特異性地接受相應(yīng)的激素、遞質(zhì)、抗原等信號(hào)分子的信息并作出相應(yīng)的反應(yīng)，所以蛋白質(zhì)有細(xì)胞通迅功能。在特殊情況下，蛋白質(zhì)水解后的產(chǎn)物也可參與氧化分解，所以蛋白質(zhì)也是一種能源物質(zhì)。01蛋白質(zhì)的功能1.蛋白質(zhì)的功能多樣性蛋白質(zhì)功能的多樣性是由其結(jié)構(gòu)多樣性決定的，而蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的多樣性又是由基因結(jié)構(gòu)的多樣性決定的，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的多樣性體現(xiàn)了多樣的生物性狀，在長(zhǎng)期的自然選擇下，形成了生物多樣性。如果生物體內(nèi)蛋白質(zhì)出現(xiàn)異常，將引起各種疾病。例如:血紅蛋白β鏈第6位谷氨酸被替換成了纈氨酸，可引起鐮刀型細(xì)胞貧血癥；01蛋白質(zhì)的功能2.蛋白質(zhì)的功能異常正常紅細(xì)胞鐮狀紅細(xì)胞如果生物體內(nèi)蛋白質(zhì)出現(xiàn)異常，將引起各種疾病。例如:酪氨酸酶缺乏不能使酪氨酸轉(zhuǎn)變?yōu)楹谏貢?huì)引起白化??；攝入蛋白質(zhì)不足或患腎炎排出蛋白尿或淋巴循環(huán)受阻等會(huì)導(dǎo)致血漿蛋白過(guò)少引起組織水腫；神經(jīng)細(xì)胞產(chǎn)生過(guò)量β-淀粉樣蛋白并沉淀于大腦會(huì)引起阿爾茨海默氏癥。01蛋白質(zhì)的功能2.蛋白質(zhì)的功能異常02蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)1.蛋白質(zhì)的元素組成所有蛋白質(zhì)均含有C、H、0、N四種元素，有些還含有S元素，含有硫元素是因?yàn)榻M成蛋白質(zhì)的氨基酸中有兩種氨基酸（半胱氨酸和甲硫氨酸）的R基（-CH2-SH和-CH2-CH2-S-CH3）中含有硫元素。甲硫氨酸半胱氨酸02蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)1.蛋白質(zhì)的元素組成高中生物學(xué)涉及許多重要化合物，如磷脂、胰島素、葉綠素、ATP、RuBP、三碳糖磷酸、tRNA、脫氧核糖、油脂、乙酰膽堿受體、抗體、MHC分子等。其中脂肪酶、乙酰膽堿受體、抗體、MHC分子是蛋白質(zhì)，含C、H、O、N、（S）元素；脫氧核糖屬于糖類，油脂是甘油三酯，它們只含C、H、O三種元素；RuBP是核酮糖二磷酸的簡(jiǎn)稱，它和三碳糖磷酸一樣均含C、H、O、P四種元素；磷脂、ATP、tRNA含C、H、O、N、P五種元素；葉綠素含C、H、O、N、Mg五種元素。02蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)2.蛋白質(zhì)的基本單位——氨基酸氨基：-NH2羧基：-COOH02蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)“甲攜來(lái)一本亮色書”2.蛋白質(zhì)的基本單位——氨基酸02蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)2.蛋白質(zhì)的基本單位——氨基酸下列與氨基酸有關(guān)的說(shuō)法正確的（）A.人體內(nèi)含有多種多樣的蛋白質(zhì)，每種蛋白質(zhì)都含有20種氨基酸B.經(jīng)測(cè)定某化合物含C、H、O、N、S五種元素，則該化合物是氨基酸C.不同氨基酸之間的差異是由R基引起的D.所有氨基酸的組成元素都相同，由此構(gòu)成的蛋白質(zhì)的組成元素也相同E.組成蛋白質(zhì)的21種氨基酸都能在人體內(nèi)合成C02蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)3.氨基酸是如何形成蛋白質(zhì)的氨基酸多肽一條多肽鏈盤曲折疊幾條多肽鏈折疊形成蛋白質(zhì)由氨基酸形成血紅蛋白的示意圖二肽1.多肽鏈中有3個(gè)氨基酸，即為三肽；4個(gè)氨基酸為四肽，以此類推。2.“多肽”是對(duì)三肽及以上的多肽鏈的統(tǒng)稱。對(duì)具有如4個(gè)氨基酸形成的多肽鏈而言，通常稱四肽而不稱多肽。3.縮合反應(yīng)中產(chǎn)生的水中氫來(lái)源于一個(gè)氨基酸的羧基和另一個(gè)氨基酸的氨基，而氧則來(lái)源于其中一個(gè)氨基酸的羧基。02蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)3.氨基酸是如何形成蛋白質(zhì)的02蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)4.蛋白質(zhì)合成與加工的部位脫水縮合反應(yīng)發(fā)生在核糖體上。游離核糖體和粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的核糖體合成的蛋白質(zhì)去向是不同的。粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的核糖體所合成的蛋白質(zhì)，會(huì)運(yùn)向高爾基體，成為胞外蛋白或膜蛋白（質(zhì)膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜、高爾基體膜和溶酶體膜）或溶酶體酶或液泡中的酶；而游離在細(xì)胞溶膠中的核糖體上合成的蛋白質(zhì)則分布在細(xì)胞內(nèi)的細(xì)胞核、線粒體、葉綠體、核糖體、細(xì)胞溶膠等處。此外，核糖體還可存在于真核細(xì)胞的線粒體、葉綠體內(nèi)，真核細(xì)胞的核膜外層以及原核細(xì)胞的質(zhì)膜上也會(huì)附著核糖體。由mRNA翻譯出來(lái)的多肽鏈，多數(shù)還不是有功能的蛋白質(zhì)，新生蛋白質(zhì)一般要經(jīng)過(guò)"脫掉N端甲酰甲硫氨酸（甲硫氨酸）、去除信號(hào)序列、磷酸化、糖基化、水解成多條肽鏈、折疊成特定的空間結(jié)構(gòu)"等各種方式的"加工處理"，才能轉(zhuǎn)變成為有一定生物學(xué)功能的蛋白質(zhì)。即多數(shù)蛋白質(zhì)合成后是需要加工的。有些蛋白質(zhì)需要經(jīng)過(guò)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體的加工，如分泌蛋白；而有些蛋白質(zhì)則在其他特定的細(xì)胞結(jié)構(gòu)中進(jìn)行加工，如游離核糖體上合成的有些線粒體蛋白就是在線粒體中完成"解折疊、重折疊"等加工過(guò)程的。例題：（多選）下列關(guān)于蛋白質(zhì)合成過(guò)程的敘述，正確的是A.三個(gè)氨基酸經(jīng)脫水縮合失去2分子的水而形成的化合物稱為二肽B.在核糖體中新合成的肽鏈具有生物活性C.蛋白質(zhì)是由2條或2條以上多肽鏈構(gòu)成的D.組成蛋白質(zhì)的氨基酸之間脫水縮合的方式不同E.α－鵝膏蕈堿是一種環(huán)狀八肽，分子中含有8個(gè)肽鍵F.肽鍵既可以在葉綠體內(nèi)形成，也可以在線粒體內(nèi)形成G.數(shù)量相同的5種氨基酸可以組成不同的多肽鏈H.一個(gè)核糖體上可以同時(shí)合成多條肽鏈EFG02蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)4.蛋白質(zhì)合成與加工的部位02蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)5.基因如何控制蛋白質(zhì)的合成胰島素基因控制胰島素的合成基因通過(guò)轉(zhuǎn)錄和翻譯控制著蛋白質(zhì)的合成。轉(zhuǎn)錄和翻譯過(guò)程中都嚴(yán)格遵循堿基互補(bǔ)配對(duì)原則。通過(guò)轉(zhuǎn)錄，基因中貯存的遺傳信息就會(huì)反映到mRNA上；通過(guò)翻譯，mRNA上的遺傳密碼所包含的信息就會(huì)反映到多肽鏈（蛋白質(zhì)）上。03蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)6.如何理解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)多樣性蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)包含三個(gè)或四個(gè)層次的結(jié)構(gòu)，即一級(jí)結(jié)構(gòu)、二級(jí)結(jié)構(gòu)、三級(jí)結(jié)構(gòu)和四級(jí)結(jié)構(gòu)。①多肽鏈中氨基酸的排列順序就是蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)。②二級(jí)結(jié)構(gòu)是由骨架上的羰基和酰胺基團(tuán)之間形成氫鍵而產(chǎn)生的α螺旋或β折疊等結(jié)構(gòu)。③在二級(jí)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上由于肽鏈中各R基之間的相互作用加上氫鍵、離子鍵等作用而產(chǎn)生的一條多肽鏈的總體三維形狀就是蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)。④如果某蛋白質(zhì)由兩條或多條肽鏈構(gòu)成，則還有四級(jí)結(jié)構(gòu)，它是由各亞基（肽鏈）之間形成的鍵來(lái)維持的。在細(xì)胞內(nèi)，組成一種蛋白質(zhì)的氨基酸數(shù)目可能成千上萬(wàn)，氨基酸形成肽鏈時(shí)，不同種類氨基酸的排列順序千變?nèi)f化（由20種氨基酸任意組成一個(gè)含100個(gè)氨基酸的多肽，就將有21100種多肽。），肽鏈的盤曲、折疊方式及其形成的空間結(jié)構(gòu)千差萬(wàn)別，因此，蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)極其多樣，這就是細(xì)胞中蛋白質(zhì)種類繁多的原因。鏈狀肽和環(huán)狀肽的區(qū)別（以三肽為例，氨基酸數(shù)m=3）7.有關(guān)蛋白質(zhì)的計(jì)算問(wèn)題03蛋白質(zhì)的應(yīng)用7.有關(guān)蛋白質(zhì)的計(jì)算問(wèn)題03蛋白質(zhì)的應(yīng)用現(xiàn)假設(shè)∶某蛋白質(zhì)由n個(gè)氨基酸組成，共有m條肽鏈（非環(huán)狀結(jié)構(gòu)），氨基酸的平均相對(duì)分子質(zhì)量為a，內(nèi)有二硫鍵b個(gè)。那么，可以圍繞以下十方面進(jìn)行推算∶①氨基數(shù)至少有

個(gè)，實(shí)際數(shù)目為

;②羧基數(shù)至少有

個(gè)，實(shí)際數(shù)目為

;③肽鍵數(shù)有

個(gè);④脫水?dāng)?shù)與

相同;⑤相對(duì)分子質(zhì)量為

;mm＋R基上的氨基數(shù)mm＋R基上的羧基數(shù)n-m肽鍵數(shù)na-18（n-m）-2b7.有關(guān)蛋白質(zhì)的計(jì)算問(wèn)題03蛋白質(zhì)的應(yīng)用現(xiàn)假設(shè)∶某蛋白質(zhì)由n個(gè)氨基酸組成，共有m條肽鏈（非環(huán)狀結(jié)構(gòu)），氨基酸的平均相對(duì)分子質(zhì)量為a，內(nèi)有二硫鍵b個(gè)。那么，可以圍繞以下十方面進(jìn)行推算∶⑥相關(guān)密碼子數(shù)有

個(gè)（不包括終止密碼）;⑦相關(guān)mRNA中堿基數(shù)至少有

個(gè);⑧相關(guān)基因（DNA片段）中堿基數(shù)至少有

個(gè);⑨氮原子數(shù)至少有

個(gè)，實(shí)際數(shù)目為

;⑩氧原子數(shù)至少有

個(gè)，實(shí)際數(shù)目為

。n3n6nnn+R基上的氮原子數(shù)n+mn+m+R基上的氧原子數(shù)7.有關(guān)蛋白質(zhì)的計(jì)算問(wèn)題03蛋白質(zhì)的應(yīng)用例題：某39肽中共有丙氨酸4個(gè)，現(xiàn)去掉其中的丙氨酸得到4條長(zhǎng)短不等的多肽，請(qǐng)推算此過(guò)程中肽鍵、氨基、羧基、碳原子、氮原子、氧原子的數(shù)目變化。丙氨酸的位置肽鍵數(shù)將減少7個(gè)氨基、羧基的數(shù)目各增加了3個(gè)碳原子減少了12個(gè)氮原子減少了4個(gè)氧原子減少了1個(gè)8.蛋白質(zhì)的變性與水解和氧化分解的區(qū)別03蛋白質(zhì)的應(yīng)用變性是指蛋白質(zhì)在空間結(jié)構(gòu)上發(fā)生的不可逆改變。強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、重金屬鹽等化學(xué)因素和高溫、紫外線、劇烈振蕩等物理因素均可引起蛋白質(zhì)變性。變性后的蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)被破壞，失去生物學(xué)活性，如酶失去催化能力、血紅蛋白失去運(yùn)氧功能、胰島素失去降血糖作用等。但變性并未破壞一級(jí)結(jié)構(gòu)，因此變性蛋白質(zhì)遇雙縮脲試劑仍顯紫色。水解是指蛋白質(zhì)在水解酶的作用下肽鍵部分或全部斷裂形成多肽或氨基酸的過(guò)程。若水解產(chǎn)物是多肽，遇雙縮脲試劑仍顯紫色若水解產(chǎn)物是氨基酸，遇雙縮脲試劑不再顯紫色。變性的蛋白質(zhì)更容易發(fā)生水解。氧化分解是指蛋白質(zhì)水解成氨基酸后，再經(jīng)過(guò)脫氨、脫羧、三羧酸循環(huán)等一系列代謝，最終生成二氧化碳、水和含氮終產(chǎn)物的過(guò)程。其中的含氮終產(chǎn)物是蛋白質(zhì)氧化分解區(qū)別于糖類、油脂氧化分解的特有產(chǎn)物，在人類、兩棲類主要是尿素在鳥類、爬行類主要是尿酸在魚類主要是氨。酶、激素、載體、抗體與蛋白質(zhì)的從屬關(guān)系03蛋白質(zhì)的應(yīng)用9.常見物質(zhì)區(qū)別下列有關(guān)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的敘述，