蛋白質(zhì)是生命活動的主要承擔(dān)者 【知識精講精研】 高一生物上學(xué)期 課件（人教版2019必修1）

第4節(jié)

蛋白質(zhì)是生命活動的主要承擔(dān)者為改善貧困地區(qū)嬰幼兒營養(yǎng)和健康狀況，提高兒童家長科學(xué)喂養(yǎng)知識普及程度，原衛(wèi)生部與全國婦聯(lián)于2012年10月起，合作實(shí)施貧困地區(qū)兒童營養(yǎng)改善試點(diǎn)項(xiàng)目，利用中央財政專項(xiàng)補(bǔ)助經(jīng)費(fèi)，為項(xiàng)目地區(qū)6-24月齡嬰幼兒免費(fèi)提供營養(yǎng)包，這個營養(yǎng)包富含蛋白質(zhì)、維生素和礦物質(zhì)作為輔助的營養(yǎng)補(bǔ)充品。預(yù)防嬰幼兒營養(yǎng)不良和貧血，提高貧困地區(qū)兒童健康水平。截至2021年，貧困地區(qū)兒童營養(yǎng)改善項(xiàng)目已實(shí)施對832個原國家級的貧困縣的全覆蓋，累計受益的兒童人數(shù)達(dá)到1365萬。監(jiān)測結(jié)果顯示，2021年項(xiàng)目持續(xù)監(jiān)測地區(qū)6-24月齡嬰幼兒平均貧血率和生長遲緩率與2012年基線調(diào)查相比，分別下降了66.6%和70.3%。為什么要補(bǔ)充蛋白質(zhì)？在生物體的細(xì)胞內(nèi)外有多種多樣的蛋白質(zhì)，這些蛋白質(zhì)具有什么功能？探究活動一根據(jù)資料，概括蛋白質(zhì)的功能一、蛋白質(zhì)的功能資料一：蠶和蜘蛛吐出的細(xì)而堅韌的絲、雄孔雀求偶季節(jié)展示的華麗的羽毛、羚羊濃密的毛和堅硬的角，這些看似完全不同的物質(zhì)，卻是由結(jié)構(gòu)大同小異的同一類蛋白質(zhì)，即角蛋白構(gòu)成的。構(gòu)成細(xì)胞和生物體結(jié)構(gòu)的重要物質(zhì)（稱為結(jié)構(gòu)蛋白）資料二：幽門螺桿菌在胃中大量繁殖會引起胃炎、胃潰瘍等多種疾病，其結(jié)構(gòu)如圖。幽門螺旋桿菌可產(chǎn)生活性很強(qiáng)的尿素酶，尿素酶是一種蛋白質(zhì)，該酶能催化尿素分解為氨和CO2。目前，13C呼氣檢測是診斷幽門螺桿菌感染的方法之一，其法是：讓待檢者服下一定量的13C-尿素，約30分鐘后收集其呼出的氣體中是否含有13CO2。催化大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)資料三：1968年，第19屆夏季奧林匹克運(yùn)動會在墨西哥城舉行。那里的海拔超過2200m，這使得那些平時只在低海拔地區(qū)訓(xùn)練的運(yùn)動員無法獲得理想的成績，尤其是在像10000m耐力賽這樣的比賽項(xiàng)目中。高海拔地區(qū)空氣中的O2比較稀薄，人從低海拔地區(qū)進(jìn)入高海拔地區(qū)后，身體將會發(fā)生如下反應(yīng)：釋放脾中儲存的紅細(xì)胞；加速制造紅細(xì)胞；使血紅蛋白更容易釋放氧。在高海拔地區(qū)，血液循環(huán)中的血紅蛋白含量會明顯升高。思考：1.為應(yīng)對O2稀薄的環(huán)境，身體做出了哪些反應(yīng)?2.紅細(xì)胞有什么功能？與哪種蛋白質(zhì)有關(guān)？運(yùn)輸資料四：輸鈣液是指通過靜脈輸液的方式補(bǔ)充鈣物質(zhì)，常用的藥物有葡萄糖酸鈣、糖乳鈣等，常用于治療低血鈣及堿中毒或甲狀腺功能減退癥等疾病引起體內(nèi)鈣元素不足的情況。某細(xì)胞膜上有種蛋白質(zhì)是Ca2+進(jìn)入細(xì)胞的載體，該蛋白質(zhì)能促進(jìn)ATP（高能磷酸化合物）水解釋放能量。載體與Ca2+結(jié)合后，在能量的推動下引起載體空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，完成運(yùn)輸過程后恢復(fù)原狀。運(yùn)輸和催化資料五：世界上第一個人工合成蛋白質(zhì)的誕生中國是全球糖尿病患者第一大國，2015年病患人數(shù)高達(dá)1.096億人，130萬人死于糖尿病及其病發(fā)癥。但是傳統(tǒng)獲取胰島素的方法產(chǎn)量低，價格昂貴，遠(yuǎn)不能滿足人類需求。那么可不可以人工合成蛋白質(zhì)呢？1966年，中國科學(xué)家歷時7年時間首次人工合成了具有全部生物活性的結(jié)晶牛胰島素，是世界上第一個人工合成牛胰島素的國家，為人類在蛋白質(zhì)科學(xué)研究中跨出了重要一步，極大鼓舞了中國科技界的志氣，振奮了民族精神，是中國人民在攀登世界科技高峰征程上的一座里程碑。更令人振奮的是，合成的胰島素具有與天然胰島素一樣的生物活性。思考：胰島素具有什么功能？信息傳遞資料六：2020年春，新型冠狀病毒席卷全球，很多國家都在針對新冠肺炎積極研發(fā)疫苗，我國研發(fā)的滅活疫苗成分和天然的病毒結(jié)構(gòu)是比較相似的，免疫應(yīng)答也比較強(qiáng)，具有良好的安全性，通常采取兩針免疫的目的是為了使人體產(chǎn)生更多的記憶細(xì)胞與抗體（免疫球蛋白），具有更高的免疫能力。人體產(chǎn)生的干擾素作用于鄰近細(xì)胞，并刺激其產(chǎn)生AVP分子和MHC分子，進(jìn)而發(fā)揮抗新冠病毒作用的過程。干擾素（IFN）是哺乳動物細(xì)胞受病毒或其它病原體刺激后產(chǎn)生的一類具有高度生物活性的蛋白質(zhì)，具有免疫調(diào)節(jié)等功能。免疫(2)催化作用：大多數(shù)酶(3)運(yùn)輸作用：血紅蛋白、載體蛋白(4)信息傳遞：蛋白質(zhì)類激素(5)防御作用：抗體(1)構(gòu)成細(xì)胞和生物體結(jié)構(gòu)的重要物質(zhì)。蛋白質(zhì)具有信息交流的作用，如：受體屬于蛋白質(zhì)。一些激素發(fā)揮作用，需要通過細(xì)胞膜上的受體?？梢孕迯?fù)受損的器官功能，以及維持細(xì)胞的生長和更新；當(dāng)糖類和脂肪供給不足時，蛋白質(zhì)也是能量的來源；蛋白質(zhì)的功能：民間有一種“吃什么補(bǔ)什么”的說法，如：吃魚眼能明目，喝虎骨酒能壯筋骨。事實(shí)1：食物中的蛋白質(zhì)是大分子有機(jī)物，它們都要被消化成細(xì)胞可以吸收的小分子物質(zhì)才能被人體吸收，這些小分子都要在人體細(xì)胞內(nèi)重新合成不同的蛋白質(zhì)在人體內(nèi)執(zhí)行不同的功能?；瘖y品中膠原蛋白肽能養(yǎng)顏?zhàn)o(hù)膚事實(shí)2：膠原蛋白為生物大分子物質(zhì)，涂抹于皮膚表面不能被直接吸收蛋白質(zhì)需經(jīng)過消化成為各種氨基酸，被人體吸收和利用，才能合成體內(nèi)蛋白質(zhì)。生物體中的蛋白質(zhì)從何而來的？（以人為例）從某些動物的組織中提取的膠原蛋白，用來制作手術(shù)縫合線。術(shù)后一段時間，為什么縫合線就可以被人體組織吸收？二、組成蛋白質(zhì)的基本單位:氨基酸1.以甘氨酸和丙氨酸為例，構(gòu)建氨基酸的球棍模型?！肮鳌贝砉矁r鍵，“球”代表原子的中心。2.利用球棍模型認(rèn)識基團(tuán)（官能團(tuán)）

氨基：—NH2

羧基：—COOH羥基：—OH3.利用球棍模型寫出思考與討論中的氨基酸的結(jié)構(gòu)簡式。

3甘氨酸丙氨酸氨基氨基羧基羧基探究活動二結(jié)合教材P29思考﹒討論，思考下列問題，歸納總結(jié)氨基酸的相關(guān)知識，，形成氨基酸的概念。

（1）這些氨基酸的結(jié)構(gòu)有什么異同點(diǎn)？

（2）寫出氨基酸的結(jié)構(gòu)通式？

（3）找一找：根據(jù)氨基酸結(jié)構(gòu)通式指出下列氨基酸中的R基。

（4）根據(jù)（2）和（3）總結(jié)氨基酸在結(jié)構(gòu)上有什么特點(diǎn)？

（5）氨基酸的不同取決于什么？

（6）人體中，組成蛋白質(zhì)的氨基酸有多少種？分成哪兩類，依據(jù)是什么？甘氨酸CCHCH3CH3H2NHCOOH纈氨酸CH2NHCH3COOH丙氨酸CCHCH3H3CH2NHCOOHCH2亮氨酸HCH2NCOOHH側(cè)鏈基團(tuán)R氨基酸結(jié)構(gòu)通式CHCH2NOHOR氨基羧基側(cè)鏈基團(tuán)根據(jù)氨基酸結(jié)構(gòu)通式指出下列氨基酸中的R基CHCH2NOHOR氨基羧基側(cè)鏈基團(tuán)氨基酸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：（c）R基不同、氨基酸不同。（a）每個氨基酸分子至少都含有一個氨基(—NH2)和一個羧基(—COOH)，并且都有一個氨基和一個羧基連在同一個碳原子上。（b）這個碳原子還連接一個氫原子和一個R基團(tuán)。人體中，組成蛋白質(zhì)的氨基酸種類：

分為：

約21種8種，人體細(xì)胞不能合成，須從外界獲取13種，人體細(xì)胞能夠合成賴氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、蘇氨酸、蛋（甲硫）氨酸、纈氨酸必需氨基酸非必需氨基酸在評價各種食物中蛋白質(zhì)成分的營養(yǎng)價值時，人們格外注重其中必需氨基酸的種類和含量。如：膠原蛋白是細(xì)胞外基質(zhì)的主要成分之一，其非必需氨基酸含量比蛋清蛋白高。認(rèn)為：膠原蛋白比蛋清蛋白的營養(yǎng)價值高？事實(shí)3：膠原蛋白非必需氨基酸含量比蛋清蛋白高，而人體需要從食物中獲取必需氨基酸，非必需氨基酸自身可以合成，衡量蛋白質(zhì)營養(yǎng)價值的高低主要取決于所含必需氨基酸的種類、數(shù)量及組成比例，因此并不能說明膠原蛋白比蛋清蛋白的營養(yǎng)價值高。不屬于構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸的是（）B概念檢測：氨基酸進(jìn)入人體細(xì)胞后，需要經(jīng)過怎樣的過程才能變?yōu)槿梭w的蛋白質(zhì)？探究活動三1.根據(jù)下圖，建構(gòu)氨基酸形成蛋白質(zhì)的一般過程。2.結(jié)合氨基酸形成蛋白質(zhì)的一般過程，思考下列問題：（1）氨基酸之間的結(jié)合方式叫什么？（2）嘗試描述氨基酸之間的結(jié)合過程。（注意相關(guān)概念：二肽、三肽、多肽、肽鏈、肽鍵等）（3）學(xué)生展示，利用甘氨酸和丙氨酸的球棍模型，模擬二肽的形成。（4）肽鏈?zhǔn)侨绾涡纬删哂幸欢臻g結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的？（以血紅蛋白為例）三、氨基酸形成蛋白質(zhì)的一般過程氨基酸→二肽→三肽→……→多肽→蛋白質(zhì)結(jié)合氨基酸形成蛋白質(zhì)的一般過程，思考下列問題：

（1）氨基酸之間的結(jié)合方式叫什么？（2）嘗試描述氨基酸之間的結(jié)合過程。（注意相關(guān)概念：二肽、三肽、多肽、肽鏈、肽鍵等）（3）學(xué)生展示，利用甘氨酸和丙氨酸的球棍模型，模擬二肽的形成。（4）肽鏈?zhǔn)侨绾涡纬删哂幸欢臻g結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的？（以血紅蛋白為例）CHCOOHR1CHH2NCOOHR2H2NCOHNHOH氨基酸的結(jié)合方式：脫水縮合CHR1H2NOHCOH2OCHCOOHR2HNHCHR1NH2COCHCOOHR2HNH2O二肽肽鍵肽鍵CHCOOHR3HNOHHCCHR1NH2COCHR2HNOH2OH2O肽鍵三肽以此類推，由3個或3個以上的氨基酸分子脫水縮合而成的含有多個肽鍵的化合物，叫多肽。多肽通常呈鏈狀結(jié)構(gòu)，叫做肽鏈。由氨基酸形成血紅蛋白的示意圖總結(jié)：肽鏈能盤曲、折疊，形成有一定空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)分子。許多蛋白質(zhì)分子含有幾條肽鏈，它們通過一定的化學(xué)鍵（如：二硫鍵）互相結(jié)合在一起，這些肽鏈不呈直線，也不在同一個平面上，形成更為復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)。視頻：蛋白質(zhì)四級結(jié)構(gòu)的形成探究活動四人體中，組成蛋白質(zhì)的氨基酸有21種，但人體中卻有數(shù)萬種不同的蛋白質(zhì)。據(jù)估計，生物界的蛋白質(zhì)種類多達(dá)1010-1012種，說明蛋白質(zhì)種類多樣與蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)是密不可分的。如果用21個不同的字母代表21種氨基酸，每個字母有若干個，試寫出由5個氨基酸組成的長鏈。試著說出蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)多樣性的原因？（提示：一個蛋白質(zhì)往往含有成百上千個氨基酸）氨基酸種類不同氨基酸數(shù)目不同氨基酸排列順序不同肽鏈盤曲、折疊方式及其形成的空間結(jié)構(gòu)不同蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的多樣性蛋白質(zhì)種類的多樣性蛋白質(zhì)功能的多樣性四、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)及其多樣性探究活動五討論氨基酸序列改變或蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)改變對蛋白質(zhì)功能和對生物生命活動的影響。氨基酸序列改變或蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)改變，對蛋白質(zhì)功能有怎樣的影響？(1)1910年，人們發(fā)現(xiàn)一個嚴(yán)重貧血的患者其紅細(xì)胞是鐮刀狀的，該病被稱為鐮刀狀細(xì)胞貧血。1945年，鮑林等人應(yīng)用電泳技術(shù)發(fā)現(xiàn)鐮狀細(xì)胞貧血是由細(xì)胞中含有異常的血紅蛋白引起的。異常血紅蛋白與正常血紅蛋白在一級結(jié)構(gòu)上只有一個氨基酸不同，即β-肽鏈第6位谷氨酸變?yōu)榱死i氨酸。這種異常的血紅蛋白就會聚集在紅細(xì)胞內(nèi)部，使紅細(xì)胞變形成為鐮狀。這種形態(tài)的紅細(xì)胞容易黏附在一起，從而導(dǎo)致血管阻塞，缺氧、組織損傷、血栓等嚴(yán)重的問題?；颊呖赡艹霈F(xiàn)體力疲乏、疼痛、呼吸困難、感染等癥狀，嚴(yán)重者可能導(dǎo)致器官損害和生命危險。為什么加熱、加酸、加酒精等可達(dá)到消毒、滅菌的目的？在某些物理因素（高溫、輻射、超聲波、劇烈震蕩等）和化學(xué)因素（強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、重金屬鹽、有機(jī)溶劑（酒精）等）的作用下，蛋白質(zhì)有序的空間結(jié)構(gòu)也會被破壞，變?yōu)闊o序松散的伸展?fàn)顟B(tài)，從而導(dǎo)致理化性質(zhì)改變和生物活性喪失的現(xiàn)象，稱為蛋白質(zhì)變性。蛋白質(zhì)變性后，空間結(jié)構(gòu)發(fā)生了不可逆的改變，不能恢復(fù)原來的狀態(tài)。蛋清加熱后由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)，溫度下降后也不會再發(fā)生變化。這種現(xiàn)象說明了什么？（2）從蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)角度分析思考下列問題：高溫使蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)變得伸展、松散，容易被蛋白酶水解。為什么吃熟雞蛋、熟肉更容易消化？經(jīng)過加熱、加酸、加酒精等引起細(xì)菌和病毒蛋白原有的空間構(gòu)象發(fā)生改變，從而使菌體和病毒的蛋白質(zhì)變性而失去其致病性和繁殖能力。(3)毒奶粉事件引發(fā)的思考配方奶粉受到三聚氰胺污染，三聚氰胺是一種化工原料，可以提高蛋白質(zhì)檢測值，人如果長期攝入會導(dǎo)致1、局部異常癥狀：三聚氰胺奶粉可能會通過血液進(jìn)入腎臟，在腎臟內(nèi)堆積、結(jié)合形成結(jié)石。此類結(jié)石較為松散，如果長時間、大量給嬰兒喝三聚氰胺奶粉，可能會堵塞輸尿管，造成嬰兒難以排尿的情況。另外嬰兒的腎臟系統(tǒng)發(fā)育尚未完全，如果大量進(jìn)食含三聚氰胺的奶粉，容易導(dǎo)致嬰兒出現(xiàn)腎小球腎炎等比較嚴(yán)重疾病，腎結(jié)石較嚴(yán)重時可能會誘發(fā)急性腎衰竭；2、全身異常癥狀