氨基酸及其种类:
1.氨基酸的组成元素:C、H、O、N,有的含有S。
2.氨基酸的结构通式:
3.氨基酸的结构特点
(1)氨基和羧基的数目:每个氨基酸都至少含有一个氨基和一个羧基,R基中也可能含有氨基或羧基。
(2)连接位点:构成蛋白质的氨基酸都有一个-NH2和一个-COOH连在同一个碳原子上,此特点为判断某化合物是否是构成蛋白质的氨基酸的依据。
氨基酸的分类及特性:
氨基酸分为必须氨基酸和非必须氨基酸
1、必需氨基酸(essentialaminoacid):指人体(或其它脊椎动物)不能合成或合成速度远不适应机体的需要,必需由食物蛋白供给,这些氨基酸称为必需氨基酸。成人必需氨基酸的需要量约为蛋白质需要量的20%~37%。
共有8种其作用分别是:
赖氨酸:促进大脑发育,是肝及胆的组成成分,能促进脂肪代谢,调节松果腺、乳腺、黄体及卵巢,防止细胞退化;
色氨酸:促进胃液及胰液的产生;
苯丙氨酸:参与消除肾及膀胱功能的损耗;
蛋氨酸(甲硫氨酸):参与组成血红蛋白、组织与血清,有促进脾脏、胰脏及淋巴的功能;
苏氨酸:有转变某些氨基酸达到平衡的功能;
异亮氨酸:参与胸腺、脾脏及脑下腺的调节以及代谢;
脑下腺属总司令部作用于甲状腺、性腺;
亮氨酸:作用平衡异亮氨酸;缬氨酸:作用于黄体、乳腺及卵巢。
2、半必需氨基酸和条件必需氨基酸:
精氨酸:精氨酸与脱氧胆酸制成的复合制剂(明诺芬)是主治梅毒、病毒性黄疸等病的有效药物。
组氨酸:可作为生化试剂和药剂,还可用于治疗心脏病,贫血,风湿性关节炎等的药物。人体虽能够合成精氨酸和组氨酸,但通常不能满足正常的需要,因此,又被称为半必需氨基酸或条件必需氨基酸,在幼儿生长期这两种是必需氨基酸。人体对必需氨基酸的需要量随着年龄的增加而下降,成人比婴儿显著下降。(近年很多资料和教科书将组氨酸划入成人必需氨基酸)
3、非必需氨基酸(nonessentialaminoacid):
指人(或其它脊椎动物)自己能由简单的前体合成,不需要从食物中获得的氨基酸。例如甘氨酸、丙氨酸等氨基酸。
思维拓展:
1、自然界中氨基酸的种类约100种,其中在生物体中组成蛋白质的氨基酸约有20种(8种必需氨基酸),但并非生物体内每一种蛋白质都一定含有20种氨基酸。
2、8种必需氨基酸可用谐音记忆“一(异亮氨酸)家(甲硫氨酸)人来(赖氨酸)写(缬氨酸)两(亮氨酸)三(色氨酸)本(苯丙氨酸)书(苏氨酸)”。
3、儿童必需氨基酸比成人多一种,为组氨酸。
蛋白质结构的形成及多样性: 1、蛋白质的结构层次:
2、蛋白质种类多样性的原因:
(1)氨基酸的原因:
①氨基酸的种类不同。
②氨基酸的数目成百上千。
③氨基酸的排列顺序千变万化。
(2)肽链的原因:
肽链的盘曲、折叠方式及其形成的空间结构千差万别。
知识点拨:
1、脱去的水分子中的氢来自氨基和羧基,氧来自羧基。
2、肽键的写法有以下几种,这三种都是正确的。
或-CO-NH-或-NH-CO-
3、多肽中具体有几个氨基或几个羧基,应关注R基中是否有氨基或羧基。
4、若形成的多肽链是环状:氨基酸数=肽键数=失去水分子数。
5、在蛋白质分子量的计算中若通过图示或其他形式告知蛋白质分子中含有二硫键时,要考虑脱去氢的质量,每形成一个二硫键,脱去2个H。
知识拓展:
氨基酸形成多肽过程中的相关计算
1、蛋白质分子量、氨基酸数、肽链数、肽键数和脱去水分子数的关系
(1)肽键数=脱去水分子数=氨基酸数一肽链数;
(2)蛋白质分子量=氨基酸数目x氨基酸平均相对分子质量一脱去水分子数×18。
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肽链数目 |
酸数氨基 |
脱去水分子数 |
多肽链分子量 |
氨基数目 |
羧基数目 |
1条 |
m |
m-1 |
m-1 |
am-18(m-1) |
至少1个 |
至少1个 |
2条 |
m |
m-n |
m-n |
am-18(m-n) |
至少n个 |
至少1个 |
注:1、氨基酸平均相对分子质量为a。
2、蛋白质中游离氨基或羧基数的计算
(1)至少含有的游离氨基或羧基数=肽链数
(2)游离氨基或羧基数=肽链数+R基中含有的氨基或羧基数
3、蛋白质中含有N、O原子数的计算 (1)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。
(2)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原子总数一脱去水分子数。
4、巧记氨基酸结构通式让学生把自己身体想象成一个氨基酸分子:中央C原子、头-H原子、右手——氨基(-NH2)左手——羧基(-COOH)、脚-R基(-R)
5、巧记脱水缩合过程 首先由两个人手拉手,一个人出左手拉住另一个人的右手,脱去一分子水,形成二肽。然后再加上一个人,又脱去一分子水,形成三肽,以此类推,形成多肽。
ATP与ADP的转化:
1、ATP和ADP之间的相互转换:
2、ATP与ADP相互转化是不可逆的
(1)反应条件:ATP的分解属水解反应,催化该反应的酶属水解酶。而ATP的合成是一种合成反应,催化该反应的酶属合成酶。由于酶具有专一性,因此,二者反应条件不同。
(2)反应场所:ATP合成的场所为细胞质基质、线粒体和叶绿体;而ATP分解的场所较多。因此,ATP的合成场所与分解场所不完全相同。
(3)能量来源:ATP水解释放的能量是储存在高能磷酸键中的化学能;而合成ATP的能量主要有化掌能和太阳光能,即二者的能量来源不同。
ATP的形成与利用表解比较:
1、ATP的产生途径与场所
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产生途径 |
产生场所 |
植物 |
光合作用 |
叶绿体 |
呼吸作用 |
细胞质基质和线粒体 |
动物 |
呼吸作用 |
细胞质基质和线粒体 |
2、细胞内产生与消耗ATP的生理过程
转化场所 |
产生或消耗ATP的生理过程 |
细胞膜 |
消耗ATP:主动运输、胞吞、胞吐 |
细胞质基质 |
产生ATP:细胞呼吸第一阶段 |
叶绿体 |
产生ATP:光反应 消耗ATP:暗反应和自身DNA复制 |
线粒体 |
产生ATP:有氧呼吸第二、三阶段 消耗ATP:自身DNA复制 |
核糖体 |
消耗ATP:蛋白质的合成 |
细胞核 |
消耗ATP:DNA复制、转录等 |
知识点拨: 1、ATP与ADP之间的相互转化不是一种可逆反应,生物体内的ATP含量很少,但ATP 与ADP的相互转化很快,因此可以保证生命活动所需能量的持续供应。
2、ATP中远离腺苷的那个高能磷酸键极容易水解,以保证能量相对稳定和能量持续供应。
3、真核生物细胞内合成ATP的场所有线粒体、叶绿体和细胞质基质。
4、原核生物细胞内合成ATP的场所只有细胞质基质。
例 下列生命现象中能使ADP增加的是( )
A.胃蛋白酶的分泌 B.丙酮酸形成乳酸 C.叶绿体中的叶绿素吸收光能 D.组织细胞利用氧气
思路点拨:生物体的直接能源物质是ATP,所有消耗能量的过程都会使ADP含量增加,在题目给出的选项中,只有胃蛋白酶的分泌需要消耗能量,会使ADP 含量增加。答案A
知识拓展:1、ATP的作用:ATP是生命活动能量的直接来源。
①人体所有需要的能量几乎都是ATP提供的:心脏的跳动、肌肉的运动以及各类细胞的各种功能都源于ATP所产生的能量。没有ATP,人体各器官组织就会相继罢工,就会出现心功能衰竭、肌肉酸疼、容易疲劳等情况。
②ATP合成不足缺失时,人体会感觉乏力,并出现心脏功能失调、肌肉酸痛、肢体僵硬等现象。长时间ATP合成不足,身体的组织和器官就会部分或全部丧失其功能,ATP合成不足持续时间越长,对身体各器官的影响就越大。对人来说,影响最大的组织和器官是心脏和骨骼肌。因此,保证心脏和骨骼肌细胞的ATP及时合成是维护心脏和肌肉功能的重要措施。
③心脏和骨骼肌自身合成ATP的速度慢,在缺血、缺氧的情况下更是如此。D-核糖能使心脏和骨骼肌生成ATP的速度要快3~4倍,是给心脏和肌肉恢复动力的有效物质,在人体经历缺血、缺氧或高强度运动时,其作用更为突出。纯净的ATP呈白色粉末状,能溶于水。作为药品可以提供能量并改善患者新陈代谢。ATP片剂可以口服,注射液可供肌肉注射或静脉注射。功能:各种生命活动能量的直接来源。
④ATP水解时释放的能量是生物体进行肌肉运动、生物电、细胞分裂和主动运输等生命活动所需能量的直接来源。人体细胞中ATP和ADP的相互转化在生活细胞中是永不停息地进行着,这即可以避免一时用不尽的能量白白流失掉,又保证了及时供应生命活动所需要的能量,因此ATP是生物体细胞中流通着的“能量货币”。
2、ATP产生量与O2呼吸强度的关系曲线
甲图表示ATP产生量与O2供应量的关系
1、A点表示在无氧条件下,细胞可通过进行无氧呼吸分解有机物,产生少量ATP。 2、AB段表示随O2供应量增多,有氧呼吸明显加强,通过有氧呼吸分解有机物释放的能量增多,ATP的产生量随之增加。
3、BC段表示O2供应量超过一定范围后,ATP的产生量不再增加,此时的限制因素可能是酶、ADP、磷酸等。
乙图表示ATP产生量与呼吸强度的关系
例 下列生理过程不受细胞内氧浓度影响的是 ( )
A.神经递质的释放 B.肌肉不自主地战栗
C.人小肠绒毛上皮细胞吸收水D.生长素向胚芽鞘背光侧运输
思路点拨:氧气浓度通过影响能量供应,从而影响生命活动。神经递质的释放、肌肉收缩、生长素的运输都需要消耗能量。答案C