1.2 第2课时 蛋白质和核酸-【精彩三年】2024-2025学年高中生物必修1课程探究与巩固Word教参（浙科版2019）

第2课时　蛋白质和核酸 (见学生用书P9)　 　 知识点一　蛋白质是生命活动的主要承载者 1．蛋白质的主要功能 2．蛋白质的元素组成和基本单位 (1)元素组成：主要由__C、H、O、N__四种元素组成，有些还含有__S__元素。 (2)基本单位：__氨基酸__。 ①结构通式：____。 ②结构特点：一个__中央碳原子__上通过共价键连接着四个基团，即一个__氨基(—NH2)__、一个__羧基(—COOH)__、一个__H__和一个__R__基团。 ③种类：组成生物体蛋白质的氨基酸约有__20__种。不同氨基酸的__R__基团不同，它可以较小，也可以是__较长的链__，或是__环状结构__，也可能含有__氨基__或__羧基__，有时还含有__硫__原子。 3．蛋白质的结构及其多样性 (1)两个氨基酸分子发生__脱水缩合__形成__二肽__，其间的化学键称为__肽键__。 (2)许多个氨基酸以肽键的形式连成一长串的肽链叫__多肽__。 (3)__一条或几条__多肽链__盘曲折叠__形成蛋白质，每一种蛋白质都有其独特的__空间结构__，即三维立体结构。 (4)蛋白质分子的空间结构多种多样，例如，组成毛发和指甲的蛋白质是__纤维状__的，血液中的血红蛋白是__球形__的。蛋白质正确的空间结构是蛋白质表现其特有的__生物学活性__所必需的。 (5)蛋白质结构多样性的原因：多肽中的氨基酸__种类__、__数目__和__排列顺序__各不相同；蛋白质中的多肽__数目__和__形成的空间结构__各不相同。 (6)蛋白质的每种特定__功能__都取决于其特定的__结构__。 4．蛋白质的热变性 蛋白质的空间结构__并不稳定__，会随着温度的升高而改变。蛋白质的__生物学活性__会随着温度的升高而__发生改变__，在温度超过__40～50__℃__时就有可能__丧失活性__。 小思考：为什么说蛋白质是生命活动的主要承载者？ 【答案】蛋白质是细胞的基本组成成分，具有参与组成细胞结构、催化、运输、信息传递、防御等重要功能；人体内有数万种不同的蛋白质，能够承担多种多样的功能，细胞的各项生命活动都离不开蛋白质。 知识点二　核酸储存与传递遗传信息 1．核酸的组成元素：__C、H、O、N、P__五种。 2．核酸的基本单位——核苷酸 每个核苷酸由三个小分子物质通过__共价键__连接形成。小分子物质包括五碳糖、__磷酸基团__和含氮碱基。 (1)五碳糖：__核糖、脱氧核糖__。 (2)含氮碱基：A(__腺嘌呤__)、G(鸟嘌呤)、C(胞嘧啶)、T(__胸腺嘧啶__)、U(__尿嘧啶__)。 (3)分类 ①依据五碳糖：含有__脱氧核糖__的为脱氧核糖核苷酸，含有__核糖__的为核糖核苷酸。 ②依据__碱基__：脱氧核糖核苷酸和核糖核苷酸各分为4种。 3．核酸的分类 (1)__核糖核酸__，简称RNA。 (2)__脱氧核糖核酸__，简称DNA。 (3)DNA和RNA的比较 比较项目 DNA RNA 组成单位 链数 通常由2条链构成 通常由1条链构成 组成 无机酸 __磷酸__ 五碳糖 __脱氧核糖__ __核糖__ 含氮 碱基 特有__T__ 特有__U__ 共有A、G、C 功能 控制着细胞的所有活动，并决定细胞和整个生物体的遗传特性 合成蛋白质所必需的 小思考：如果将细胞中的核酸初步水解为核苷酸，能得到几种核苷酸？如果这些核苷酸中共价键水解，得到的小分子物质有几种？ 【答案】细胞中的核酸可以初步水解成8种核苷酸。将这些核苷酸再彻底水解为小分子，可以得到磷酸、脱氧核糖、核糖及A、T、G、C、U五种碱基。 探本思辨 1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)每种氨基酸分子都只含有一个氨基和一个羧基，且连在同一个碳原子上。(　×　) (2)高温能使蛋白质中的肽键断开，使蛋白质丧失功能。(　×　) (3)细胞中包括蛋白质、核酸在内的有机物都能为细胞的生命活动提供能量。(　×　) (4)生物的遗传信息并不都储存在DNA中。(　√　) (5)DNA中含有的碱基有A、T、G、C、U。(　×　) 2．情境分析 抗体是免疫系统对抗细菌、病毒等病原体的蛋白质。1个抗体分子由4 条肽链组成，组成抗体的氨基酸平均相对分子量为138，各条肽链之间通过氨基酸的—SH基团脱氢形成的—S—S—连接在一起。两条重链各由500个氨基酸组成，内部各有4 个—S—S—；两条轻链各由200个氨基酸组成，内部各有2个—S—S—。可变区中每条肽链的长度相同。请回答下列有关问题。 (1)请写出组成抗体的基本单位的结构通式？ 【答案】CH2NRHCOOH (2)一个抗体分子中至少含有多少个游离的氨基，至少含有多少个O原子，相对分子质量是多少？ 【答案】4；1 404；168 040 (3)每种抗体的可变区都具有一定的特异性，导致各种抗体可变区不同的原因是什么？ 【答案】组成可变区的氨基酸种类、排列顺序和多肽的空间结构不同。 (4)药用抗血清中的有效成分是抗体，抗血清需在什么温度条件下才能长期保存，原因是什么？ 【答案】低温；抗体是蛋白质，高温会破坏蛋白质的空间结构，从而影响其功能。 (见学生用书P11)　 　 类型一 氨基酸拓展 1．氨基酸结构通式的分析 2．“两看法”判断是否为组成蛋白质的氨基酸 典例 下列是4个构成蛋白质的氨基酸的结构简式，相关叙述错误的是(　D　) A. 构成上述氨基酸分子的基本元素是C、H、O、N B．上述四种氨基酸的R基团依次是—H、—CH3、—CH2OH、—CH2COOH C．R基团中可以有氨基或羧基 D．只要含有氨基和羧基的化合物就是构成蛋白质的氨基酸 【解析】根据氨基酸的结构简式可以看出，题图中各种氨基酸都含有的元素是C、H、O、N四种；题图中四种氨基酸的R基团依次是—H、—CH3、—CH2OH、—CH2COOH；氨基酸的R基团中可能含有氨基或羧基；只根据是否含氨基和羧基不能判断某个化合物是否是构成蛋白质的氨基酸。 亮氨酸的分子式是C6H13NO2，其R基团为(　A　) 　　　　 　　　　 　　 A．—C4H9 B．—C5H9 C．—C6H13 D．—C4H8 【解析】由氨基酸的结构通式可知，氨基酸的分子式可表示为C2H4NO2＋R基团，由题干知亮氨酸的分子式为C6H13NO2，可得出亮氨酸的R基团为—C4H9。 类型二 蛋白质相关归纳 1．多肽、蛋白质、蛋白质变性的总结 多肽 总结 ①H2O中的H来自—COOH和—NH2，O来自—COOH ②多肽的名称和肽键数量无关，与氨基酸的数量有关 ③多肽链的左右两边分别是一个—COOH和一个—NH2 ，剩余的—COOH和—NH2在R基团中 ④N、O元素主要存在于—CO—NH—结构中 ⑤二肽不属于多肽 续表 蛋白质 总结 ①蛋白质一般需经消化水解为氨基酸后才能被人体吸收和利用 ②蛋白质有些由一条肽链组成，大多数由两条或多条肽链组成 ③蛋白质分子中氨基酸种类有多种可能性，但大多数蛋白质中含有20种氨基酸 ④蚕和蜘蛛吐出的丝、动物的羽毛、羚羊的角、人的指甲是由同一类蛋白质——角蛋白构成的 ⑤角蛋白和血红蛋白的空间结构形状分别为纤维状、球形 蛋白质 变性 总结 ①蛋白质变性后生物活性会改变，大多数是活性下降，有些是上升；如果空间结构改变不大，在某些因素的影响下还能恢复到原来的空间结构，若空间结构改变很大，则不能恢复到原来的结构 ②变性的蛋白质和正常的蛋白质只是空间结构的差异，组成它们的氨基酸种类、数目、排列顺序和肽键没有改变 ③高温会导致蛋白质变性，但低温一般不会导致蛋白质变性 ④若要提取有活性的酶或蛋白质，则在提取过程中避免高温或其他引起变性的条件，比如不能用酒精进行提取，研磨破碎细胞提取蛋白质时需在冰水浴条件下 2．多肽和蛋白质的区别 比较项目 蛋白质 多肽 有无空间结构 有 无 多样性原因 四个方面 只有三个方面， 无空间结构差异 联系 蛋白质可由一条或几条肽链形成 典例 2024·开化中学高一肉毒芽孢杆菌广泛存在于自然界中，极易污染食品。其产生的肉毒类毒素是蛋白质(由两条肽链通过一个二硫键连接起来)，为神经毒素，少量毒素即可产生症状甚至致死。可能引起肉毒类毒素中毒的食品有腊肠、火腿、罐头食品等。由于这种毒素有不耐热的性质，高温处理(90 ℃15 min或煮沸5 min)就能使其完全丧失活性。该毒素具有不耐热的性质，高温处理(90 ℃15 min或煮沸5 min)就能使其完全丧失活性，其主要原理是(　D　) A．高温使该蛋白质水解成为氨基酸而失去活性 B．高温使该蛋白质的氨基酸数量减少而失去活性 C．高温使该蛋白质的氨基酸序列发生改变而失去活性 D．高温使该蛋白质的三维立体结构发生改变而失去活性 【解析】根据题意“肉毒类毒素是蛋白质”可知，高温处理(90 ℃ 15 min或煮沸5 min)会破坏该蛋白质的三维立体结构，从而使其完全丧失活性，故选D。 1．高温加热后蛋白质的溶解度会降低，原因如图所示。据此判断，下列有关叙述正确的是(　C　) A.每种蛋白质都由两条或两条以上的肽链盘曲、折叠而成，必须维持特定的空间结构才能发挥相应的功能 B．变性后的蛋白质中氨基酸的种类、数目及排列顺序不变，生物学活性也不变 C．经酒精、紫外线处理后的蛋白质溶解度也会降低，原因与图示相同 D．在一定浓度的盐溶液中蛋白质的溶解度也会降低，原因与图示相同 【解析】并非所有的蛋白质都由两条或两条以上的肽链构成，蛋白质由一条或几条肽链盘曲和折叠而成，A错误；变性后蛋白质的空间结构被破坏，肽键不被破坏，氨基酸的种类、数目及排列顺序不变，生物学活性改变(失去或降低)，B错误；酒精、紫外线也会使蛋白质的空间结构发生改变，从而导致蛋白质溶解度降低，C正确；在一定浓度的盐溶液中蛋白质的溶解度也会降低，这属于盐析现象，不改变蛋白质的空间结构，与图示原因不同，D错误。 2．2024·书生中学高一下图表示两个氨基酸脱水缩合形成化合物的过程，下列叙述正确的是(　D　) A. 脱水缩合时，氨基提供氢和氧 B．上述反应形成的产物为多肽 C．该产物只含一个羧基 D．蛋白质正确的空间结构是蛋白质表现其特有的生物学活性所必需的 【解析】氨基酸之间脱水缩合形成的水分子中的氢分别来自一个氨基酸的氨基和另一个氨基酸的羧基，氧全部来自羧基，A错误；题图中两个氨基酸脱水缩合形成的化合物称为二肽，B错误；题图中二肽化合物尾端含一个羧基，侧链基团(R基团)中可能含羧基，C错误；每一种蛋白质分子都有与它所承担功能相适应的独特结构，如果氨基酸序列改变或蛋白质的空间结构改变，就可能会影响其功能，D正确。 类型三 蛋白质的相关计算 1．利用蛋白质的结构图解掌握相应的计算规律 掌握氨基酸的结构通式及肽链的基本结构是解答蛋白质类计算题的基础。我们可以认为“C”与“—CO—NH—”交替连接构成肽链的“基本骨架”，在“C”上连接着“R基团”和“H”，在肽链的两端是游离的“—NH2”和“—COOH”，如图所示。 结合示意图，可以得出如下规律： (1)脱水缩合时脱去的水分子数＝肽键数＝氨基酸数－肽链数。 (2)蛋白质中游离氨(羧)基数＝肽链数＋R基团上的氨(羧)基数＝各氨基酸中氨(羧)基的总数－肽键数。 (3)蛋白质中至少含有游离的氨(羧)基数＝肽链数。 (4)蛋白质的相对分子质量＝氨基酸总相对分子质量(氨基酸个数×氨基酸的平均相对分子质量)－失去水的相对分子质量(18×脱去的水的分子数)。 归纳如下(不考虑形成二硫键)： 肽链 数目 氨基 酸数 肽键 数目 脱去水 分子数 多肽链相 对分子质量 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 n条 m m－n m－n am－18× (m－n) 至少 n个 至少 n个 注：氨基酸平均相对分子质量为a。 【特别提醒】有时还要考虑其他化学变化过程，如肽链上出现二硫键(—S—S—)时，要再减去脱去的氢原子数，若形成一个二硫键，则蛋白质的相对分子质量减少2，若无特殊说明，则不考虑二硫键。 (5)若为环状多肽，则可将公式中的肽链数视为零，再进行相关计算。 2．利用原子守恒法进行蛋白质的相关计算 在一个氨基酸中，若不考虑R基团，至少含有2个碳原子、2个氧原子、4个氢原子和1个氮原子。氨基酸在脱水缩合形成多肽时，要失去部分氧原子和氢原子，但是碳原子、氮原子的数目不会减少。 (1)碳原子数＝氨基酸分子数×2＋R基团上的碳原子数。 (2)氢原子数＝各氨基酸中氢原子的总数－脱去的水分子数×2。 (3)氧原子数＝肽键数＋2×肽链数＋R基团上的氧原子数＝各氨基酸中氧原子的总数－脱去的水分子数。 (4)氮原子数＝肽键数＋肽链数＋R基团上的氮原子数＝各氨基酸中氮原子的总数。 (5)由于R基团上的碳原子数不好确定，且氢原子数较多，因此以氮原子数、氧原子数或硫原子数等为突破口，计算氨基酸的分子式或氨基酸个数最为简便。 3．探究氨基酸排列与多肽种类的计算 多肽的不同取决于氨基酸的数目、种类和排列顺序。对于氨基酸数目相同的多肽来说，则取决于氨基酸的种类和排列顺序。可以借助下面的示意图(“□”代表要安放的氨基酸的位置)，结合数学中“排列组合”的相关知识，推导出相关的计算规律。(以20种氨基酸形成四肽化合物为例) (1)若每种氨基酸数目无限，可形成肽类化合物的种类有204种(1号位置安放氨基酸的情况有20种，2、3、4号也是如此，则有20×20×20×20＝204种)。 (2)若每种氨基酸只有一个，可形成肽类化合物的种类有(20×19×18×17)种[1号位置安放氨基酸的情况有20种，2号位置安放的氨基酸只能在剩余的19种中选择……即(20×19×18×17)种]。 典例 下图是某蛋白质的肽链结构示意图(图1中数字为氨基酸序号)及部分肽链放大图(图2)。请据图判断，下列叙述中正确的是(　B　) A．该蛋白质中含有1条肽链和124个肽键 B．若图1的肽链全部水解成氨基酸，则需要123个水分子 C．由图2可推知，图1的肽链中含有2个游离的羧基 D.图2中含有的R基团是①②④⑥⑧ 【解析】 由图1可知，该蛋白质中含有1条肽链，124个氨基酸，所以肽键数＝氨基酸数－肽链数＝124－1＝123(个)，其水解时也需要123个水分子，A错误，B正确；图2的R基团中含有2个羧基(⑥⑧)，可推知该肽链中至少含有3个游离的羧基(肽链的末端还含有一个游离的羧基)，C错误；图2中含有的R基团是②④⑥⑧，D错误。 1．有一条多肽链由12个氨基酸组成，分子式为CxHyNzOwS(z＞12，w＞13)，这条多肽链经过水解后的产物中有5种氨基酸：半胱氨酸(C3H7NO2S)、丙氨酸(C3H7NO2)、天冬氨酸(C4H7NO4)、赖氨酸(C6H14N2O2)、苯丙氨酸(C9H11NO2)。则水解产物中赖氨酸的数目是(　B　) A．(y＋12)个 B．(z－12)个 C．(w＋13)个 D．[(w－13)/2]个 【解析】分析5种氨基酸的分子式可知，只有赖氨酸中含有2个N原子，即赖氨酸中含有2个氨基，其他均含有1个氨基，因此由12个氨基酸组成的多肽链水解能够产生的赖氨酸数目＝z－12(个)。 2． 2024·温岭中学高一假如蛋白酶1作用于苯丙氨酸(C9H11NO2)羧基端的肽键，蛋白酶2作用于赖氨酸(C6H14N2O2)两侧的肽键。某四十九肽分别经酶1和酶2作用后的情况如图所示。下列叙述正确的是(　C　) A.此多肽中含2个赖氨酸 B．苯丙氨酸位于四十九肽的17、31、49位 C．短肽D、E与四十九肽的O原子数相同，N原子数减少2个 D．适宜条件下酶1和酶2同时作用于此多肽，可形成5条短肽 【解析】此多肽经酶2处理，产生两条肽链，说明此多肽中只有1个赖氨酸，A错误；蛋白酶1作用于苯丙氨酸羧基端的肽键，由图中酶1作用后的肽链情况可知，苯丙氨酸位于16、30、48位，B错误；已知赖氨酸的分子式为C6H14N2O2，而短肽D、E与四十九肽相比减少两个肽键和1个赖氨酸，即水解消耗了两个水分子并减少了一个赖氨酸，则O原子数目不变、N原子数减少2个，C正确；适宜条件下酶1和酶2同时作用于此多肽，可得到短肽1～16、17～22、24～30、31～48，共4条短肽和23位、49位两个氨基酸，D错误。 类型四 核酸分析 1．细胞生物与非细胞生物(病毒)的核酸类型 项目 核酸 遗传物质 类型 核苷酸 种类 碱基 种类 类型 核苷酸 种类 碱基 种类 细胞生物 DNA和 RNA 8 5 DNA 4 4 非细胞 生物 (病毒) DNA 病毒 DNA 4 4 DNA 4 4 RNA 病毒 RNA 4 4 RNA 4 4 【特别提醒】 (1)误以为原核生物的遗传物质是RNA。具有细胞结构的生物体中含有两种核酸，都是以DNA作为遗传物质。 (2)病毒只含有一种核酸，以DNA或者RNA作为遗传物质。 2．“三看法”快速确认DNA、RNA 典例 图甲、乙依次为组成蛋白质、核酸的单体结构示意图。下列叙述错误的是(　C　) A.图甲中①可为羧基或氨基，R基团的种类决定了单体的种类 B．图甲所示单体的种类、数量及排列顺序影响蛋白质的多样性 C．若④是脱氧核糖，则图乙所示单体是组成RNA病毒的核酸的单体 D．若⑤是胞嘧啶，则图乙所示单体可代表胞嘧啶脱氧核苷酸 【解析】图甲所示单体为氨基酸，其中①可为羧基或氨基，R基团的种类决定了氨基酸的种类，A正确；蛋白质结构的多样性与氨基酸的种类、数目、排列顺序有关，B正确；若④是脱氧核糖，则图乙所示单体为脱氧核苷酸，而RNA病毒的核酸是RNA，组成RNA的单体为核糖核苷酸，C错误；若⑤是胞嘧啶，则图乙可代表胞嘧啶脱氧核苷酸或胞嘧啶核糖核苷酸，D正确。 以下关于DNA与RNA特点的比较，叙述正确的是(　B　) A．在细胞内存在的主要部位相同 B．构成的五碳糖不同 C．核苷酸之间的连接方式不同 D．构成的碱基都相同 【解析】DNA主要分布在细胞核中，而RNA主要分布在细胞质中，A错误；构成DNA的五碳糖是脱氧核糖，而构成RNA的五碳糖是核糖，B正确；核苷酸之间的连接方式相同，都是通过磷酸二酯键相连接的，C错误；构成DNA的碱基是A、C、G、T，而构成RNA的碱基是A、C、G、U，D错误。 课堂检测 1．北极熊肝脏细胞、艾滋病病毒具有的碱基和核苷酸的种类数依次是(　C　) A．8、4和8、4　　　　B．5、4和5、4 C．5、8和4、4 D．8、4和5、4 【解析】北极熊肝脏细胞既有DNA又有RNA，具有的碱基和核苷酸的种类数依次为5、8；艾滋病病毒的核酸只有RNA，具有的碱基和核苷酸的种类数依次为4、4，故选C。 2．2024·路桥中学高一下列氨基酸中，不是组成蛋白质的氨基酸的是(　D　) 【解析】A、B、C项所示化合物的氨基和羧基及H连接在同一个中央碳原子上，是组成蛋白质的氨基酸，D项所示化合物的氨基和羧基不连接在同一个中央碳原子上，不是组成蛋白质的氨基酸，D符合题意。 3．下列关于蛋白质的叙述，正确的是(　A　) A．蛋白质分子都含有碳、氢、氧、氮元素 B．组成每种蛋白质的氨基酸都有20种 C．每种蛋白质分子都由多条肽链组成 D．蛋白质发生热变性后不影响其功能 【解析】蛋白质分子都含有碳、氢、氧、氮元素，有的含有硫元素，A正确；组成蛋白质的氨基酸一共约20种，但不是所有的蛋白质都是由20种氨基酸组成的，B错误；一个蛋白质含有一条或多条肽链，C错误；蛋白质发生热变性后导致空间结构改变，从而影响其功能，D错误。 4．2024·绍兴春晖中学高一有一条多肽链，分子式为CaHbOcNdS，将它彻底水解后，只得到下列四种氨基酸。分析图示可知，水解得到的氨基酸个数为(　A　) A．c－1 B．d－1 C．d＋1 D．无法确定 【解析】设氨基酸个数为x，由题意知，利用氧原子守恒可得：多肽中的总氧原子数＝氨基酸个数×2－失去水分子数，即c＝2x－(x－1)，x＝c－1，故选A。 5．2024·黄岩中学高一绿色荧光蛋白简称GFP，最初是从维多利亚多管发光水母中分离出来的结构蛋白，其相关数据如图所示。下列有关叙述错误的是(　B　) A．该蛋白质含有2条肽链 B．该荧光蛋白含有的氮原子数是126 C．R基团中共含15个氨基 D．在合成该物质时相对分子质量减少了2 232 【解析】由柱形图可知，游离的羧基数是17个，R基团上的羧基数是15个，因此绿色荧光蛋白含有2条肽链，A正确；每个氨基酸至少含有一个—NH2，即至少含有一个N原子，有些氨基酸的R基团上也有N原子，脱水缩合过程中N原子数不减少，所以126个氨基酸至少含有126个N，又因为R基团上含有17－2＝15个氨基，所以该荧光蛋白含有的氮原子数至少是126＋15＝141个，B错误，C正确；在合成该物质时脱去的水分子数＝126－2＝124，所以相对分子质量减少了124×18＝2 232，D正确。 6．2024·遂昌中学高一哺乳动物的催产素具有催产和排乳的作用，加压素具有升高血压和减少排尿的作用。两者结构简式如图所示，各氨基酸残基用3个字母缩写表示。下列叙述正确的是(　D　) A．两种激素都是由八环肽和三肽侧链构成的多肽类化合物 B．氨基酸之间脱水缩合形成的水分子中氢全部来自氨基 C．肽链中游离氨基的数目与参与构成肽链的氨基酸种类无关 D．两种激素间因两个氨基酸种类不同而生理功能不同 【解析】据题图分析可知，两种激素都是由六环肽和三肽侧链构成的多肽化合物，A错误；氨基酸之间脱水缩合形成的水分子中的氢分别来自一个氨基酸的氨基和另一个氨基酸的羧基，B错误；肽链中游离的氨基数目与参与构成肽链的氨基酸的种类有关，C错误；据题图分析可知，两种激素间有两个氨基酸种类不同，因而两者的功能不同，D正确。 温馨提示：请完成高效作业3) 学科网（北京）股份有限公司 $$