高中生物：蛋白质思维导图
中心主题：蛋白质——生命活动的主要承担者
基本单位：氨基酸
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结构通式
- 核心结构:
- 中心碳原子: 连接四个基团。
- 氨基: -NH₂ (碱性)
- 羧基: -COOH (酸性)
- 氢原子: -H
- 侧链基团/R基: 决定氨基酸的种类和特异性。
- 特点:
- 至少含有一个氨基和一个羧基。
- 都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上。
- 不同的氨基酸在于其R基的不同。
- 核心结构:
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种类
- 按R基分类:
- 必需氨基酸: 人体自身不能合成，必须从食物中获取。（如：甲硫氨酸、缬氨酸、赖氨酸等8种）
- 非必需氨基酸: 人体可以自身合成。
- 按化学性质分类:
- 酸性氨基酸: R基含有羧基 (e.g., 天冬氨酸, 谷氨酸)
- 碱性氨基酸: R基含有氨基 (e.g., 赖氨酸, 精氨酸, 组氨酸)
- 中性氨基酸: R基为非极性或极性但不带电 (e.g., 甘氨酸、丙氨酸)
- 按R基分类:
结构：多肽链的盘曲折叠
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形成过程：脱水缩合
- 场所: 核糖体
- 过程: 一个氨基酸的羧基(-COOH)与另一个氨基酸的氨基(-NH₂)脱去一分子水(H₂O)，形成一个肽键。
- 产物:
- 二肽: 由两个氨基酸组成。
- 多肽: 由三个或三个以上氨基酸组成的链。
- 相关概念:
- 肽键: -CO-NH- (连接氨基酸的化学键)
- 肽链: 多肽通常呈链状结构，也叫多肽链。
- 脱去的水分子数 = 形成的肽键数 = 氨基酸总数 - 肽链数
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蛋白质结构的四个层次
- 一级结构:
- 定义: 氨基酸的种类、数目、排列顺序。
- 连接方式: 肽键。
- 意义: 蛋白质空间结构的基础，决定其特定的功能，改变一级结构，蛋白质功能可能丧失。
- 二级结构:
- 定义: 多肽链局部的盘曲和折叠方式。
- 主要形式:
- α-螺旋: 螺旋状结构，靠氢键维持。
- β-折叠: 折叠片层状结构，靠氢键维持。
- 三级结构:
- 定义: 整条肽链所有原子在三维空间中的整体排布和折叠方式。
- 稳定力: 氢键、二硫键、疏水作用、范德华力等。
- 关键: R基之间的相互作用。
- 四级结构:
- 定义: 由两条或多条具有独立三级结构的多肽链（称为亚基）聚合而成的空间结构。
- 举例: 血红蛋白（由两条α链和两条β链构成）。
- 注意: 不是所有蛋白质都有四级结构，如胰岛素只有一条链。
- 一级结构:
功能：多样性的体现
- 结构蛋白: 构成细胞和生物体的结构。
- 举例: 肌肉中的肌动蛋白、肌球蛋白；毛发、皮肤中的角蛋白；羽毛、蛛丝中的胶原蛋白。
- 催化功能: 绝大多数酶的本质是蛋白质。
- 举例: 消化酶（唾液淀粉酶、胃蛋白酶）、DNA聚合酶。
- 运输功能: 在物质运输中起载体作用。
- 举例: 血红蛋白（运输氧气）、载体蛋白（协助物质跨膜运输）。
- 调节功能: 调节生命活动。
- 举例: 胰岛素（降低血糖）、生长激素。
- 免疫功能: 抵御抗原的侵害，保护机体。
- 举例: 抗体（又称免疫球蛋白）、干扰素。
- 其他功能:
- 运动功能: 如肌肉收缩。
- 信息传递: 如受体蛋白。
- 供能: 蛋白质是重要的能源物质，但一般不供能。（1g蛋白质氧化分解释约17kJ能量）
蛋白质多样性的原因
- 根本原因: 组成蛋白质的氨基酸种类不同、数目成百上千、排列顺序千变万化。
- 直接原因: 肽链的空间结构千差万别。
- 四个层次的结构共同决定了蛋白质功能的多样性。
蛋白质的合成与运输
- 合成场所: 核糖体
- 游离核糖体: 合成胞内蛋白（如酶、结构蛋白）。
- 附着核糖体: 合成分泌蛋白（如抗体、消化酶、胰岛素）。
- 加工与运输: 分泌蛋白的“出芽-运输-加工”过程。
- 内质网: 初级加工，形成有一定空间结构的蛋白质。
- 高尔基体: 进一步加工、分类、包装，形成囊泡。
- 囊泡: 运输蛋白质到细胞膜。
- 细胞膜: 通过胞吐作用将蛋白质分泌到细胞外。
蛋白质的鉴定与变性
- 鉴定实验：双缩脲试剂
- 原理: 蛋白质中的肽键在碱性条件下与Cu²⁺反应，产生紫色反应。
- 使用:
- A液 (NaOH): 0.1g/mL NaOH溶液，提供碱性环境。
- B液 (CuSO₄): 0.01g/mL CuSO₄溶液。
- 步骤: 先加A液，摇匀；再滴加B液，摇匀。
- 蛋白质的变性
- 定义: 在物理因素（高温、紫外线、X射线）或化学因素（强酸、强碱、重金属盐、乙醇）作用下，蛋白质的空间结构被破坏，但其肽键没有断裂。
- 结果: 生物活性丧失，溶解度降低，更容易被蛋白酶水解。
- 应用: 加热消毒、重金属中毒急救（喝牛奶或蛋清解毒）、沸水浴加热使鸡蛋凝固。
总结与联系
- 核心逻辑链:
氨基酸(基本单位) →脱水缩合(形成方式) →多肽链(初级产物) →空间结构(四个层次) →蛋白质(最终产物) →多样功能(生命体现)。 - 功能与结构的统一: 蛋白质特定的空间结构决定了其特定的功能，结构一旦被破坏，功能随之丧失。
- 与核酸的联系: DNA（基因）的多样性 → 蛋白质的多样性 → 生物性状的多样性，DNA的碱基序列（遗传信息）决定蛋白质的氨基酸序列，从而决定蛋白质的结构和功能。
希望这份思维导图能帮助你系统地掌握蛋白质的知识！
