师：同学们，大家好。这节课我们复习必修一第二章第二节“生命活动的主要承担者——蛋白质”，主要聚焦三个问题：氨基酸的结构有什么特点？为什么细胞中蛋白质种类如此多样，即蛋白质的结构及其多样性？为什么说蛋白质是生命活动的主要承担者，也就是从蛋白质的功能角度来解释这个问题。
大家知道，蛋、奶、肉、豆制品等食物富含蛋白质。那食物中的蛋白质到了消化道中能不能直接被吸收呢？不行，它们必须经过胃蛋白酶、胰蛋白酶、肠肽酶等消化酶的作用，最终水解成蛋白质的基本单位——氨基酸，才能被小肠吸收。那么，作为蛋白质的基本单位，氨基酸有什么样的结构呢？请大家拿出纸笔，写一写氨基酸的结构通式。
（同学们书写）
师：你写对了吗？我们也可以把这里的氨基和羧基展开写成这样。写完结构通式，你们再试一试，能不能用几句话概括出氨基酸的结构特点？
每种氨基酸都至少有一个氨基和一个羧基，因为侧链基团中还有可能有氨基、羧基，所以这里是至少一个氨基、一个羧基。每一个氨基酸都有一个氨基和羧基连在同一个碳原子上，这个碳原子还连接着氢原子和一个侧链集团 R 基。不同的氨基酸，区别就在于侧链基团。
结构通式我们会了之后，这里有一个练习，给了大家 6 种分子的结构式，请判断这里面有没有不符合氨基酸结构通式的。如果符合，请标出它们的侧链基团。
（同学们思考做题）
师：对照下答案。1 - 4 号，氨基、羧基连着中心碳原子，要注意碳和氢之间省略了一个化学键，那么这里面甲基就是它的侧链基团，其他的氨基、羧基连着中心碳原子、氢原子，剩下的就是侧链基团。5 号，我们看找到了氨基和两个羧基，但是它们并没有连在同一个碳原子上，这个羧基连的是这个碳，另一个羧基连的是这个碳，氨基连的是这个碳原子。6 号，我们需要把这个氢原子展开，这两个氢原子连在这个中心碳原子上，所以它符合氨基酸结构通式，它的侧链基团应该就是这个，它是最小的氨基酸——甘氨酸。
组成生物体蛋白质的氨基酸有 20 种，其中有 8 种是人体细胞不能合成，必须从食物中获取的，比如赖氨酸、苯丙氨酸，剩下 12 种是人体细胞能合成的，我们称为非必需氨基酸。所以评价一个食物的蛋白质营养价值，我们应该更注意依据它的必需氨基酸的含量和种类。
组成生物体蛋白质的氨基酸只有 20 种，而生物界的蛋白质多达 10 的 10 - 12 次方种。问题来了，仅仅 20 种氨基酸是如何构成这么多种蛋白质的呢？要回答这个问题，我们需要先了解蛋白质的结构。
蛋白质的结构首先从它的基本单位氨基酸开始，氨基酸要经过脱水缩合成为肽链。请大家继续拿出纸笔，写一写两个氨基酸脱水缩合的化学反应，并标出产物的名称。
（同学们书写）
师：两个氨基酸，用侧链基团 R1、R2 代表，这两个氨基酸可以相同，也可以不同。其中一个氨基酸的羧基脱去其中的羟基，另一个氨基酸的氨基脱去氢，最后生成水。把剩下来的这两个部分连起来，产物我们称之为什么呢？二肽。连接两个氨基酸之间的这个化学键，我们称之为肽键。如果要单独表示肽键的话，我们是这样表示的，把它截下来，注意不要丢掉外面的两个杠。还可以简化一下，把碳氧之间、氮氢之间的化学键省略不写，所以标出来是这样的。
形成二肽之后，二肽再加上第三个氨基酸继续进行脱水缩合，产物得到了三肽。大家观察三肽应该含有几个肽键呢？这里已经有一个肽键了，脱水之后再形成一个肽键，所以它有两个肽键。依次类推，三肽后面再延长形成四肽、五肽，以至最后形成长长的肽链。
对于这个过程，其实我们已经学过，它是在细胞的什么部位进行的呢？大家能解释一下这张图当中的过程吗？
（展示图）
师：这个位置是细胞核，细胞核上面的核孔此时正有一个 mRNA 出来，所以在这个部位表示的是基因的转录，以基因中的碱基排列顺序为模板生成信使 RNA，信使 RNA 从细胞核出来转移到细胞质当中进行翻译。信使 RNA 作为翻译的模板，核糖体这个细胞器会结合到信使 RNA 的起始密码子处。这是转运 RNA 携带了氨基酸，tRNA 携带第一个氨基酸过来了，通过反密码子和密码子配对，这是第二个 tRNA 携带的第二个氨基酸继续配对，此时这两个氨基酸还是分开的。注意接下来就是脱水缩合了，形成了什么产物？应该就是二肽。继续，核糖体会沿着 mRNA 移动，卸载的 tRNA 走了，第三个 tRNA 携带着氨基酸过来，二肽会延长成为三肽，依次类推，最后成为肽链。那么这个图当中的过程其实不就是这里面的过程嘛。
所以说氨基酸脱水缩合反应生成肽链，是在核糖体这个细胞器当中进行的，实际上就是核糖体中的翻译过程，翻译的产物就是肽链。形成肽链之后，肽链还没有生物活性，它需要经过进一步的盘曲折叠、组装加工，才能成为具有空间结构的成熟的蛋白质。
以血红蛋白为例，一条肽链首先经过盘曲折叠，先是初步的盘曲折叠，形成简单的空间结构，比如阿尔法螺旋、贝塔折叠，在此基础上形成复杂的空间结构。但是像血红蛋白这样的蛋白质，它由 4 条肽链构成，所以接下来还需要由 4 条肽链形成的蛋白质亚基，4 个亚基组装成为最终的血红蛋白。
关于这里，提醒大家注意几个问题。空间结构是蛋白质具有生物活性的前提，而且是正确的空间结构。反过来说，如果空间结构被破坏了，蛋白质的生物活性就会丧失。一个典型的例子就是酶，我们知道酶绝大多数都是蛋白质，高温、过酸、过碱都会使酶失活，为什么失活呢？就是因为这三种条件会破坏酶的蛋白质的空间结构。第二，要注意这种蛋白质空间结构被破坏，生物活性丧失，是指蛋白质破坏了空间结构，或者说这种折叠方式变了，变得松散了，但注意肽链没有断，也就是其中的肽键没有被破坏。第三点，对于一些像抗体、胰岛素，它们都是分泌蛋白，最终的成熟还需要经过内质网、高尔基体这些细胞器的加工和修饰。
最后我们来总结一下氨基酸是如何形成蛋白质的具体过程。从氨基酸开始，脱水缩合逐步形成肽链，肽链再盘曲折叠组装加工成为有空间结构的蛋白质。那么在这个过程当中是如何实现蛋白质结构多样性的呢？也就是前面的问题，20 种氨基酸是怎样能够构成 10 的 10 次方到 12 次方这么多种蛋白质的呢？
（展示例子）
师：如果这里的圆圈代表氨基酸，形状不一样代表着氨基酸种类不一样的话，那么这两条肽链很明显是不一样的，最终形成的蛋白质就是不一样的，它们的区别在于氨基酸的数目不同。这两条氨基酸数目相同，但是氨基酸的种类不同，最后由这些肽链形成的蛋白质也是不一样的。这两条氨基酸数目一样，种类也是一样，都是方框、三角，什么不一样呢？氨基酸的排列顺序不一样，所以这两个肽链最后形成的蛋白质也是不一样的。这个例子当中只涉及到两种氨基酸，而现实是 20 种氨基酸。如果我们提供充足的 20 种氨基酸，计算一下 20 种氨基酸去形成十肽的话，可以形成多少种不同的十肽呢？理论上来说最多可以形成 20 的 10 次方种。为什么？因为每一个氨基酸的位置都有 20 种选择，所以最后排列组合就有这么多种。