师：同学们大家好。2019新型冠状病毒的传播给全世界带来巨大伤害，但也让人们见识到中国人民的团结与意志。大家知道新型冠状病毒的结构是怎样的吗？知道它如何侵入宿主细胞完成增殖吗？下面通过一段视频来了解一下。

　　（播放视频后）

　　师：冠状病毒包含由脂质形成的囊膜、一段螺旋状的RNA，以及囊膜上皇冠般的突起蛋白。在感染细胞前，冠状病毒需与特定细胞上的受体蛋白结合。当突起与受体结合后，细胞误以为获取到营养物质，细胞膜内陷吞入冠状病毒。在囊泡中，冠状病毒的囊膜与囊泡膜发生融合，将RNA投入细胞质中，它们利用细胞资源进行复制，产生大量病毒RNA。同时一些RNA翻译出构造病毒的蛋白质，这些蛋白质和RNA在宿主内质网中组成新的冠状病毒，逃离被利用殆尽的细胞，开启下一轮感染。

　　2019新型冠状病毒主要由蛋白质和核酸这两种生物大分子构成。这节课我们就一起来复习蛋白质和核酸。从视频中可见，新冠病毒依靠其表面的刺突蛋白与宿主细胞膜上的受体特异性结合后侵入宿主细胞。蛋白质是目前已知结构最复杂、功能最多样的生物大分子。同学们，结合刚才的视频以及这几张图片，能说出蛋白质具有哪些功能吗？

　　生：头发、肌肉、羽毛、蛛丝等主要成分都是蛋白质，很多蛋白质是构成细胞和生物体结构的重要组成成分，称为结构蛋白。

　　生：绝大多数酶的化学本质是蛋白质，具有催化功能。

　　生：有的蛋白质具有运输功能，比如血红蛋白、载体蛋白等。

　　生：有的蛋白质具有调节功能，比如胰岛素、胰高血糖素这类蛋白质类的激素。

　　生：还有一些蛋白质具有免疫功能，比如抗体、干扰素等。

　　师：那为什么蛋白质能有如此多样的功能呢？基于结构与功能相统一的观点，蛋白质功能的多样性是由它的结构决定的。蛋白质的组成元素为碳、氢、氧、氮，有的还有硫元素，这些元素组成了蛋白质的基本单位——氨基酸。在生物体中，合成蛋白质的氨基酸有20种，这些氨基酸都具有相似的结构。每一种氨基酸都至少含有一个氨基和一个羧基，并且都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上。在这个碳原子上还连接了一个氢原子和一个侧链基团r基，其中r基是可变的。各种氨基酸之间的区别就在于r基的不同。长期以玉米为主食的人容易因为赖氨酸缺乏而导致疾病。同学们，知道这是为什么吗？

　　生：这是由于赖氨酸是人体的必需氨基酸，人体细胞不能合成，必须从外界环境中直接摄取。而玉米等谷物缺乏赖氨酸。

　　师：对，另一类人体细胞能够合成的氨基酸称为非必需氨基酸。氨基酸分子在相互连接时，是由一个氨基酸分子的羧基和另一个氨基酸分子的氨基相互连接，并且脱去一分子的水，这种连接方式称为脱水缩合。连接两个氨基酸分子的化学键叫做肽键，由两个氨基酸缩合而成、含有一个肽键的化合物叫做二肽，以此类推，由多个氨基酸缩合而成、含有多个肽键的化合物叫做多肽。多肽通常呈链状，叫做肽链。从这张图中可以看出，一条多肽链的局部可以发生有规律的盘曲和折叠。由于氨基酸之间可以形成氢键等化学键，因此这条多肽链可以进一步地盘绕，形成一定的空间结构。大多数的蛋白质分子含有两条或多条肽链，它们可以通过一定的化学键相互结合在一起，比如这张图中间的二硫键。因此多条肽链聚集在一起，就能形成更加复杂的空间结构，这就是蛋白质的结构层次。同学们，能结合蛋白质的结构层次，从蛋白质本身的角度分析一下蛋白质具有多样性的原因吗？

　　生：由于氨基酸的种类、数量、排列顺序以及肽链盘曲折叠形成的空间结构具有多样性，这就导致了蛋白质的结构具有多样性，而它结构的多样性又决定了它的功能具有多样性。

　　师：非常好。由于细胞中的蛋白质是由遗传物质控制合成的，因此蛋白质多样性的根本原因是由于遗传物质中碱基的排列顺序具有多样性，也就是遗传物质所携带的遗传信息具有多样性。从生物进化的角度来分析，由于生物生活的环境总是千变万化的，它可以通过自然选择保留适应环境的个体以及个体体内的蛋白质。这就导致了个体的多样性以及蛋白质的多样性。蛋白质的组成和结构还决定了它的性质。在一定的条件下，蛋白质会发生变性。什么叫变性呢？它是指高温、紫外线、过酸、过碱、重金属盐、有机溶剂等使蛋白质的空间结构发生不可逆的变化。变性后的蛋白质空间结构发生了改变，但是它的氨基酸的排列顺序并不会改变。由于蛋白质的结构决定了它的功能，因此变性后的蛋白质生物学功能也会丧失。我们可以通过加热、酒精处理等方法使得病毒、细菌的蛋白质变性，从而达到消毒灭菌的作用。变性后的蛋白质溶解度也会降低，容易形成沉淀。同学们，知道为什么吃熟鸡蛋更容易消化吗？

　　生：这是由于烧熟的鸡蛋，它含有的蛋白质已经变性，变性后的蛋白质空间结构变得更加松散，导致肽键暴露，这样肽键就更容易和蛋白酶接触，进而被蛋白酶水解。

　　师：没错。如果我们向蛋白质水溶液中加入一定量的食盐，蛋白质的溶解度会下降，析出白色的絮状物，这个过程叫做蛋白质的盐析。加水稀释后，会发现絮状物消失。这就说明盐析过程中蛋白质的空间结构并没有改变。

　　在氨基酸形成蛋白质的过程中，会涉及一些计算问题。下面通过一个例题来总结其中的规律。如图，该蛋白质分子共由67个氨基酸构成，包括两条多肽链和一个环状肽。图中的数字代表了两条多肽链上氨基酸的起止数字。由此我们可以得出两条多肽链含有的氨基酸个数分别为18个和14个。由此可以推出中间的环状肽含有35个氨基酸。

　　a选项。该蛋白质分子有多少个游离的氨基和游离的羧基？由于一个氨基酸分子至少有一个氨基和一个羧基，氨基酸在相互连接时是由一个氨基酸的氨基和另一个氨基酸的羧基发生脱水缩合，形成肽键。因此，对于链状多肽来说，每条肽链至少有一个游离的氨基和一个游离的羧基，并且分别位于肽链的两端。而对于环状多肽来说，它可能就没有游离的氨基和羧基了。因此，该蛋白质分子有两条多肽链，至少有两个游离的氨基和两个游离的羧基。a选项是正确的。

　　b选项关于肽键的计算。对于多肽链来说，氨基酸的个数减掉肽链的条数等于肽键数，等于脱去的水分子数。该蛋白质含有两条肽链，共32个氨基酸，于是32减掉2就是两条肽链含有的肽键数目。而对于环状多肽来说，氨基酸的个数就等于肽键数，因此该蛋白质的环状多肽中共有35个肽键。b选项正确。