高一蛋白质的思维导图

一、蛋白质的构成

1. 基本组成元素

• C (碳)
  • H (氢)
  • O (氧)
  • N (氮)
  • 有时含有 S (硫) 和 P (磷)

2. 基本组成单位：氨基酸

• 定义: 含有至少一个氨基 (NH₂) 和一个羧基 (COOH) 的有机物。

  • 结构通式:

    H R		H2N - C - COOH

       H

    • 说明:
      • 每个氨基酸分子至少含有一个氨基和一个羧基，且连接在同一个碳原子上。
      • R基决定了氨基酸的种类。
  • 种类:
    • 根据R基不同，自然界中组成蛋白质的氨基酸约有20种。
    • 必需氨基酸: 人体自身不能合成，必须从食物中获取。
      • 例如：赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸等。
    • 非必需氨基酸: 人体自身能够合成。
  • 特性:
    • 两性性: 既能与酸反应，也能与碱反应。
    • 溶解性: 大多数氨基酸能溶于水。
    • 结晶性: 大多数氨基酸是结晶体。

3. 氨基酸形成蛋白质：脱水缩合

• 定义: 一个氨基酸分子的羧基（-COOH）和另一个氨基酸分子的氨基（-NH₂）脱去一分子水，连接形成肽键（-CO-NH-）的过程。
  • 过程:
    • 羧基提供 -OH，氨基提供 -H，结合成 H₂O。
    • 形成肽键：-CO-NH-
  • 相关计算:
    • 肽链: 由多个氨基酸通过肽键连接形成的链状结构。
    • 肽键数 = 氨基酸数 - 肽链数
    • 脱去的水分子数 = 肽键数 = 氨基酸数 - 肽链数
    • 蛋白质分子量 = 氨基酸分子量总和 - 脱去的水分子总质量
    • 至少含有的游离氨基或羧基数 = 肽链数（前提：R基不含有游离氨基或羧基）
    • 如果R基也含有氨基或羧基，则需要加上R基中氨基或羧基的个数。

二、蛋白质的结构

1. 蛋白质的四级结构

* **一级结构:**
    * 氨基酸的种类、数目和排列顺序。
    * 是蛋白质空间结构的基础。
    * 决定了蛋白质的独特性。
* **二级结构:**
    * 肽链的局部空间结构，如α-螺旋、β-折叠等。
    * 主要依靠氢键维持。
* **三级结构:**
    * 整条肽链进一步卷曲、折叠形成具有一定空间结构的三维结构。
    * 依靠氢键、疏水相互作用、二硫键等维持。
* **四级结构:**
    * 由多个具有三级结构的肽链（亚基）通过非共价键结合形成的更复杂的空间结构。
    * 并非所有蛋白质都具有四级结构。

2. 影响蛋白质结构的因素

• 温度
  • pH值
  • 盐浓度
  • 放射线
  • 重金属离子

3. 蛋白质变性

• 定义: 蛋白质在某些物理或化学因素作用下，其空间结构发生改变，导致其生物活性丧失。
  • 原因: 上述影响蛋白质结构的因素均可导致蛋白质变性。
  • 过程: 空间结构改变，一级结构不变（肽键没有断裂）。
  • 应用:
    • 高温消毒：利用高温使细菌蛋白质变性死亡。
    • 蛋白质的提取和分离：利用不同蛋白质对盐浓度的敏感性不同进行分离。

三、蛋白质的功能

1. 多样性

• 蛋白质的种类繁多，功能各异。
  • 根本原因是氨基酸的种类、数目、排列顺序以及蛋白质的空间结构的多样性。

2. 主要功能

* **构成细胞和生物体的结构物质:**
    * 例如：肌肉中的肌动蛋白和肌球蛋白，头发、指甲中的角蛋白，细胞膜的载体蛋白等。
* **催化作用 (酶):**
    * 酶是具有催化功能的蛋白质。
    * 酶能降低化学反应的活化能，提高反应速率。
* **运输作用:**
    * 例如：红细胞中的血红蛋白运输氧气，细胞膜上的载体蛋白运输物质。
* **调节作用 (激素):**
    * 例如：胰岛素调节血糖浓度，生长激素促进生长发育。
* **免疫作用 (抗体):**
    * 抗体是能与抗原特异性结合的蛋白质。
* **运动功能:**
    * 例如：肌肉收缩需要肌动蛋白和肌球蛋白。
* **信息传递功能:**
    * 例如：细胞膜上的受体蛋白能够识别信息分子。

四、蛋白质的检测

1. 双缩脲试剂

* **原理:** 蛋白质中的肽键（-CO-NH-）在碱性条件下能与Cu<sup>2+</sup>结合，形成紫色络合物。
* **步骤:**
    1. 加入样品溶液。
    2. 加入双缩脲试剂A液（NaOH溶液）
    3. 振荡均匀。
    4. 加入双缩脲试剂B液（CuSO<sub>4</sub>溶液）
    5. 振荡均匀。
    6. 静置2分钟。
    7. 观察颜色变化。
* **现象:** 若溶液呈紫色，则证明样品中含有蛋白质。
* **注意:**
    * 先加NaOH，再加CuSO<sub>4</sub>。
    * 不要颠倒顺序，否则产生氢氧化铜沉淀，干扰观察。
    * 浓度较高的蛋白质溶液呈现深紫色，浓度较低的呈现浅紫色。

2. 其他检测方法

• 硝酸：浓硝酸能使含苯环的蛋白质变黄，如皮肤的灼伤。
  • 茚三酮：能使蛋白质或氨基酸呈现蓝色或紫色反应。

五、蛋白质与生命活动

1. 蛋白质是生命活动的主要承担者

• 蛋白质在细胞的结构和功能中起着至关重要的作用。
  • 所有生命活动都离不开蛋白质的参与。

2. 蛋白质与基因的关系

* 基因控制蛋白质的合成。
* 基因通过控制蛋白质的结构，间接控制生物体的性状。

3. 蛋白质工程

• 通过基因修饰或人工合成等方法，定向改造蛋白质的结构，使其具有人们所需要的特定功能。
  • 例如：提高酶的活性、稳定性，设计新型药物等。

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