必修1 第1单元 第3讲 蛋白质和核酸（学生讲义）-【新高考方案】2025版高考生物Ⅱ一轮总复习

第3讲　蛋白质和核酸 【学习目标】　1.阐明蛋白质由氨基酸分子组成，它的功能取决于氨基酸序列及其形成的空间结构，细胞的功能主要由蛋白质完成；　2.概述核酸由核苷酸聚合而成，是储存与传递遗传信息的生物大分子；　3.说出细胞主要由C、H、O、N、P、S等元素构成，它们以碳链为骨架形成复杂的生物大分子。 建构知识体系 主题研习(一)　蛋白质的结构和功能(深化·提能型) (一)掌握组成蛋白质的氨基酸的元素、结构与种类 1．氨基酸的结构 (1)写出图中序号代表的结构名称 ①为　　　；②和④为　　　；③为　　　。 (2)各种氨基酸共有的元素是　　　　　，其中半胱氨酸和甲硫氨酸还含有　　　元素，硒代半胱氨酸还含有　　　元素。 (3)比较图中的氨基酸，写出氨基酸分子的结构通式 　　　　　　　　　。 2．氨基酸的结构特点 (1)组成蛋白质的氨基酸至少都含有　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)从位置上看组成蛋白质的氨基酸都有一个氨基(—NH2)和一个羧基(—COOH)连接在　　　　　　　　上。 (3)各种氨基酸之间的区别在于　　　的不同。 3．氨基酸的种类 1．氨基酸的脱水缩合 (1)肽的名称确定：一条多肽链由几个氨基酸缩合而成就称为　　　。 (2)H2O中的H来自　　　　　　　，O来自　　　　　。 (3)一条肽链上氨基数或羧基数的确定：一条肽链上至少有一个游离的氨基和一个游离的羧基，分别位于肽链的　　　；其余的氨基或羧基在　　　上。 2．蛋白质的结构层次(以形成血红蛋白为例) 类型1　氨基酸脱水缩合基本规律相关计算 [例1]　如图为由A、B、C三条链共81个氨基酸构成的胰岛素原，需切除C链才能成为有活性的胰岛素。下列相关叙述错误的是(　 ) A．C链的切除需要消耗2分子的水 B．胰岛素原中至少含有1个游离的氨基 C．参与构成该蛋白质分子的氨基酸共有81个羧基 D．有活性的胰岛素分子中含有2条肽链、49个肽键 听课随笔： |认|知|生|成| 1．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。 2．蛋白质相对分子质量、氨基酸数、肽链数、肽键数和失去水分子数的关系 (1)肽键数＝失去水分子数＝氨基酸数－肽链数； (2)蛋白质相对分子质量＝氨基酸数目×氨基酸平均相对分子质量－脱去水分子数×18(不考虑形成二硫键)。假设氨基酸数为m，氨基酸平均相对分子质量为a，则有如下关系： 肽链 数目 氨基 酸数 肽键 数目 脱去水 分子数 蛋白质相 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 提醒：①环状肽特点是肽键数与氨基酸数相同，即肽键的数目＝脱去的水分子的数目＝氨基酸的数目。 ②如果形成二硫键，需考虑每形成一个二硫键需去掉两个H。 类型2　利用“原子守恒”计算蛋白质(多肽)中的原子数 [例2]　[多选]经测定，某多肽链分子式是C21HxOyN4S2，其中含有一个二硫键(—S—S—)。已知该多肽是由下列氨基酸中的其中几种作为原料合成的：苯丙氨酸(C9H11O2N)、天冬氨酸(C4H7O4N)、丙氨酸(C3H7O2N)、亮氨酸(C6H13O2N)、半胱氨酸(C3H7O2NS)。下列关于该多肽的叙述错误的是(　 ) A．该多肽水解后产生的氨基酸分别是苯丙氨酸、亮氨酸和天冬氨酸 B．该多肽中H原子数和O原子数分别是30和5 C．该多肽形成过程中至少需要3种tRNA D．该多肽在核糖体上形成，形成过程中相对分子质量减少了54 听课随笔： |认|知|生|成| 氨基酸的结构通式是解答此类题目的突破口。在一个氨基酸中，若不考虑R基，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。在脱水缩合形成多肽时，要失去部分氢原子和氧原子，但是碳原子、氮原子的数目不会减少。多肽中的相关原子数量关系如下： ①碳原子数＝氨基酸的个数×2＋R基上的碳原子数。 ②氢原子数＝各氨基酸中氢原子的总数－脱去的水分子数×2－二硫键数×2。 ③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＝肽链数＋肽键数＋R基上的氮原子数＝各氨基酸中氮原子的总数。 提醒：由于R基上的碳原子数不容易确定，且氢原子数较多，因此以氮原子数或氧原子数为突破口，计算氨基酸的分子式或氨基酸个数最为简便。 类型3　多肽中除去氨基酸的有关计算 [例3]　(2024·沈阳五校联考)某多肽含20个氨基酸，其中天冬氨酸有4个，分别位于5、6、15、20位(如图所示)；肽酶X专门作用于天冬氨酸羧基端的肽键，肽酶Y专门作用于天冬氨酸氨基端的肽键，下列相关叙述正确的是(　 ) A．该20肽至少含有22个肽键 B．该20肽游离的氨基和羧基各为1个和8个 C．肽酶X完全作用后产生的多肽共含有氨基酸19个 D．肽酶Y完全作用后产生的多肽中氧原子数目比20肽多了4个 听课随笔： |认|知|生|成| (1)若除去多肽内部的一个氨基酸，需水解掉两个肽键；若除去多肽一端的一个氨基酸，需水解掉1个肽键。 (2)每水解1个肽键，则需要1分子水参与，肽键数减少1个，生成物与原多肽相比氧原子增加1个，氢原子增加2个，氨基增加1个，羧基增加1个。 1．归纳总结蛋白质结构多样性与功能多样性的关系 2．实例分析蛋白质结构多样性与功能多样性的关系 名称 分布或来源 功能 绝大多数酶 细胞内或细胞外 催化作用 转运蛋白 生物膜 运输某些物质 某些激素 (如生长激素、 胰岛素) 由　　　　　　合成分泌至内环境中 调节生命活动 抗体 由　　　合成并分泌至内环境中 免疫作用 细胞因子 由辅助性T细胞等合成并分泌至内环境中 促进B细胞及细胞毒性T细胞的增殖、分化 血红蛋白 红细胞内 主要运输　 　 糖蛋白 细胞外表面 　　　　　　　等作用 结构蛋白 细胞膜、肌纤维等 构成细胞和生物体的成分 　　　　题点(一)　组成蛋白质的氨基酸的种类与结构 1．(2024·聊城期末)硒代半胱氨酸的结构与半胱氨酸类似，只是其中的硫原子被硒取代。下列相关叙述错误的是(　 ) A．硒代半胱氨酸的硒元素位于氨基酸的R基上 B．硒代半胱氨酸能与双缩脲试剂在常温下发生紫色反应 C．发生脱水缩合时，水中的氢既可来自硒代半胱氨酸的氨基也可来自其羧基 D．构成硒代半胱氨酸的元素是C、H、O、N、Se 2．色氨酸可作为评定肉品质量的重要指标，其在驴肉中的含量高于猪肉和牛肉，驴肉中鲜味氨基酸——谷氨酸和天冬氨酸的含量也高于牛肉，故驴肉不仅营养价值高，味道也更鲜美。选购驴肉时，以“有筋(韧带)有肉，有肥有瘦”为佳品。下列有关叙述正确的是(　 ) A．色氨酸、谷氨酸和天冬氨酸都是人体的必需氨基酸 B．谷氨酸和天冬氨酸可使驴肉味更鲜，主要与它们的R基有关 C．若筋和肉中的蛋白质的氨基酸的种类和数量相同，则它们一定是同种蛋白质 D．肥肉中的N含量比瘦肉中的高，碳链中C原子数也更多 题点(二)　蛋白质的结构和功能 3．(2024年1月·甘肃高考适应性演练)手抓羊肉是西北地区餐桌上常见的美食，其味道鲜美，含有丰富的蛋白质。下列有关蛋白质的叙述，错误的是(　 ) A．煮熟后蛋白质变性，更容易被人体消化 B．蛋白质可分解成氨基酸被人体细胞吸收 C．人体细胞的生命活动主要由蛋白质承担 D．蛋白质的功能主要取决于氨基酸的种类 4．(2023·海南高考)科学家将编码天然蜘蛛丝蛋白的基因导入家蚕，使其表达出一种特殊的复合纤维蛋白，该复合纤维蛋白的韧性优于天然蚕丝蛋白。下列有关该复合纤维蛋白的叙述，正确的是(　 ) A．该蛋白的基本组成单位与天然蜘蛛丝蛋白的不同 B．该蛋白的肽链由氨基酸通过肽键连接而成 C．该蛋白彻底水解的产物可与双缩脲试剂发生作用，产生紫色反应 D．高温可改变该蛋白的化学组成，从而改变其韧性 题点(三)　与蛋白质有关的计算 5．血管紧张素原是血浆中的一种球蛋白。如图为血管紧张素原在①②作用位点被酶切后转变为血管紧张素Ⅰ、Ⅱ的示意图，图中氨基酸名称均为略写，如天冬氨酸略写为“天冬”。以下叙述不正确的是(　 ) A．血管紧张素原在加热后将失去其特定的功能 B．血管紧张素Ⅱ分子中有7个肽键 C．若将血管紧张素Ⅰ水解，能产生10种氨基酸 D．无论血管紧张素Ⅰ还是血管紧张素Ⅱ都至少含有一个氨基和一个羧基 6．(2024·宜宾模拟)下图为某蛋白质(含有110个氨基酸)天然状态与非折叠状态的转化条件，下列相关叙述错误的是(　 ) 　 A．此蛋白质由110个氨基酸脱水缩合而成，有109个肽键 B．此蛋白质分子至少含有一个游离的氨基和一个游离的羧基 C．用尿素处理时，蛋白质中的肽键断裂导致该蛋白生物活性丧失 D．此蛋白质的催化功能取决于其复杂的空间结构 主题研习(二)　核酸的结构和功能及生物大分子(深化·提能型) 1．核酸的组成和结构 (1)核酸的结构层次 (2)DNA和RNA的组成成分 ①相同成分：含氮碱基　　　　　和磷酸。 ②不同成分 2．核酸的功能与分布 3．DNA分子的特性 多样性 构成DNA分子的脱氧核苷酸的排列顺序是极其多样的，所以DNA分子具有多样性(没有种类和空间结构多样性，注意与蛋白质多样性的原因进行区别) 特异性 每个DNA分子的4种脱氧核苷酸的比例和排列顺序是特定的， 其特定的脱氧核苷酸排列顺序代表了特定的遗传信息 4．生物大分子以碳链为骨架 (1)组成多糖、蛋白质、核酸的基本单位分别是　　　　　　　　，这些基本单位称为　　　。生物大分子是由许多单体连接成的多聚体。 (2)碳是“生命的核心元素”的原因是　　　　　　　　　　　　　　　，每一个单体都以若干个相连的碳原子构成的碳链为基本骨架。 [例1]　(2024·海口模拟)由1分子磷酸、1分子碱基和1分子 化合物a构成了化合物b，如图所示，下列叙述正确的是(　 ) A．若m为腺嘌呤，则b肯定为腺嘌呤脱氧核苷酸 B．在禽流感病毒、幽门螺杆菌体内b均为4种 C．若a为核糖，则由b构成的核酸在HIV中能携带遗传信息 D．若a为脱氧核糖，则由b构成的核酸完全水解，得到的化合物最多有8种 听课随笔： |认|知|生|成| 不同生物的核酸、核苷酸、碱基和五碳糖 [例2]　如图为C、H、O、N、P等元素构成大分子物质甲、乙、丙及结构丁的示意图。下列相关叙述错误的是(　 ) A．若图中物质甲能与碘液发生蓝色反应，则单体3为葡萄糖 B．若图中丁是核糖体，则单体1为氨基酸，单体2为核糖核苷酸 C．若图中丁能被碱性物质染成深色，则物质丙可控制物质乙的合成 D．物质甲、乙、丙为生物大分子，都有物种特异性 听课随笔： |认|知|生|成|　蛋白质与核酸的相互关系 (1)DNA、RNA和蛋白质三者间的内在关系 (2)DNA、蛋白质和生物多样性的关系 　　　题点(一)　核酸的结构、功能及其与蛋白质的关系 1．(2024·保定模拟)下列关于SARS病毒、乳酸菌、酵母菌和家兔体内核酸中的五碳糖、碱基、核苷酸的叙述，错误的是(　 ) A．乳酸菌细胞中的核酸有2种，碱基和核苷酸各有8种 B．SARS病毒的遗传物质中的五碳糖只有1种，碱基和核苷酸各有4种 C．酵母菌的遗传物质是DNA，其遗传物质中的碱基和核苷酸各有4种 D．家兔神经细胞中的核酸及五碳糖都有2种，其细胞核和细胞质中都有核酸分布 2．(2024·烟台期末)无论在细胞结构中还是在细胞的生命活动中，蛋白质常常与其他物质结合形成复合物来发挥作用。下列相关叙述错误的是(　 ) A．蛋白质与多糖结合形成的复合物可能具有信息传递作用 B．蛋白质与DNA结合形成的复合物可能存在于大肠杆菌中 C．脂质—蛋白质—脂质组成的三层复合物参与构成了几乎所有的生物膜 D．宿主细胞的RNA—蛋白质复合物中的蛋白质可能来自病毒 3．生物体内某些重要化合物的元素组成和功能关系如图所示。其中X、Y代表元素，a、b、c是组成A、B、C三种生物大分子的单体，这三种单体的结构可用d或e表示。据图分析，下列叙述正确的是(　 ) A．人体细胞中单体a、b的结构可用d表示，人体中d的种类有4种 B．人体细胞内单体c的结构可用e表示，e的种类有21种 C．a、b是生物体内遗传信息的携带者，C是生命活动的主要承担者 D．A、B的多样性由d中的n充分体现，C的多样性由e中的R基充分体现 题点(二)　以碳链为骨架的生物大分子 4．(2023·全国乙卷改编)生物体内参与生命活动的生物大分子可由单体聚合而成。构成蛋白质等生物大分子的单体和连接键，以及检测生物大分子的试剂等信息如下表。根据表中信息，下列叙述错误的是(　 ) 单体 连接键 生物大分子 检测试剂或染色剂 葡萄糖 — ① — ② ③ 蛋白质 ④ ⑤ — 核酸 — A．①可以是淀粉或糖原 B．②是氨基酸，③是肽键，⑤是碱基 C．②和⑤都含有C、H、O、N元素 D．④可以是双缩脲试剂，与蛋白质反应呈紫色 5．(2024·菏泽期中)如图表示有关生物大分子的简要概念图，下列叙述正确的是(　 ) A．若B为葡萄糖，则C在动物细胞中可能为糖原 B．若C为RNA，则B为核糖核苷酸，A为C、H、O、N C．若C具有信息传递、运输、催化等功能，则B为氨基酸 D．若B为脱氧核苷酸，则C只存在于线粒体、叶绿体、细胞核中 [反思·收获] “三看”法判断细胞有关的物质或结构 　　　　 |考|教|衔|接|——教材隐性命题点发掘 (一)教材素材“深加工” 1．(必修1 P30“图2­11”分析应用)胰岛素分子有A、B两条链，A链有21个氨基酸，B链有30个氨基酸(如图所示)， 图中的—S—S—是由两个—SH脱去两个H形成的。下列相关说法不正确的是(　 ) A．各种氨基酸之间的差异主要是其R基不同 B．构成胰岛素分子的氨基酸来自外界吸收和体内转化 C．胰岛素分子形成过程中相对分子质量减少882 D．如果蛋白质的空间结构改变，可能会影响蛋白质的功能 2．(必修1 P33“科学史话”探究运用)继1965年人工合成结晶牛胰岛素和1982年人工合成酵母丙氨酸tRNA之后，我国又在人工合成淀粉方面取得了突破性进展，在国际上首次实现二氧化碳到淀粉的合成。下列关于三种合成物质的叙述，错误的是(　 ) A．牛胰岛素由氨基酸脱水缩合而成，含有游离的氨基和羧基 B．酵母丙氨酸tRNA是一条核糖核苷酸链，碱基间不形成氢键 C．淀粉由葡萄糖脱水缩合而成，是植物体内的主要储能物质 D．三种物质都是以碳链为骨架的生物大分子，但组成元素不同 (二)科学思维“融会通” 3．(必修1 P32“与社会的联系”原理分析)熟鸡蛋更容易消化的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 4．(必修1 P32“图2­13及相应文字”思考)结合镰状细胞贫血的致病原理说明蛋白质结构与功能的关系：　_________________________________________________________。 |应|用|创|新|——新情境问题的建模训练 1．能行使多种不同功能的蛋白质被称为兼职蛋白。例如真核细胞中的组蛋白既能将DNA包装成核小体，形成染色体的基本结构单位；也能改变DNA分子上的基因表达，从而产生表观遗传；组蛋白的H3—H4四聚体还能作为一种还原酶，将胞内铜离子从有毒的二价态还原为安全的一价态。据此分析下列说法正确的是(　 ) A．兼职蛋白行使不同的功能时其活性部位的空间结构相同 B．细胞分裂时，染色体的高度螺旋化有利于基因的表达 C．在组蛋白上发生的化学修饰会改变DNA所携带的遗传信息 D．H3—H4四聚体能够降低铜离子还原反应所需的活化能 2．(2024·福州模拟)多肽链必须折叠成具有独特三维结构的蛋白质才能发挥功能。肽链离开核糖体几分钟后才能被折叠，若在这期间被氧化，将会影响其后续的折叠。Hsp60伴侣蛋白GroEL及其辅因子GroES能帮助活细胞内已被氧化的多肽链进行折叠，CnoX是一种与GroEL结合的蛋白质，参与该过程。如图为大肠杆菌中某多肽链的折叠过程。下列分析错误的是(　 ) 　 A．多肽链的折叠发生在大肠杆菌的细胞质中 B．CnoX与多肽链形成二硫键，能防止多肽链被氧化 C．GroES与GroEL的结合引发CnoX的释放和多肽链的折叠 D．CnoX、GroES在与GroEL结合时可能存在竞争关系 1 / 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