内容正文:
细胞的概述及其分子组成
第一单元
第3课时 蛋白质和核酸
1.阐明蛋白质通常由21种氨基酸分子组成,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.说出细胞内的元素以碳链为骨架形成复杂的生物大分子
课标要求
2025·江苏卷,1 2024·江苏卷,1 2023·江苏卷,3 2021·江苏卷,1
真题统计
内容索引
NEIRONGSUOYIN
演练感悟
考点二
核酸是遗传信息的携带者及生物大分子
真题
蛋白质的结构和功能
考点一
蛋白质的结构和功能
考点一
梳理 必备知识
1.组成蛋白质的氨基酸
氨基
羧基
拾遗•挖掘
(人教必修1 P32“拓展应用”)在评价各种食物中蛋白质成分的营养价值时,人们格外注重其中必需氨基酸的种类和含量。原因是必需氨基酸在人体细胞内不能合成,必须从外界环境中获取。
2.蛋白质的结构
(1)氨基酸的脱水缩合
①图中产生的H2O中H来自 ,O来自 。
②一条肽链含有的游离的氨基(或羧基)至少是 个,位于肽链的一端;其余的位于 上。
氨基和羧基
羧基
1
R基(或侧链基团)
(2)蛋白质的结构层次(以血红蛋白为例)
脱水
缩合
复杂的
空间结构
拾遗•挖掘
(人教必修1 P30 图2-11)在蛋白质分子中,连接不同氨基酸之间的化学键:一条肽链中相邻氨基酸通过肽键连接;不同肽链之间的氨基酸可通过氢键或二硫键相连接。
3.蛋白质结构和功能的多样性
排列顺序
空
间结构
酶
血红蛋白
激素
抗体
拾遗•挖掘
(人教必修1 P32“与社会的联系”)(1)蛋白质变性是指蛋白质在某些物理和化学因素作用下,其特定的空间构象被破坏,从而导致其理化性质的改变和生物活性丧失的现象。
(2)熟鸡蛋更容易消化的原因是高温使蛋白质分子的空间结构变得伸展、松散,容易被蛋白酶水解。
【错漏诊断】
1.蛋白质具有催化、充当主要能源物质等功能,是生命活动的主要承担
者。( )
2.具有氨基和羧基的化合物,都是构成蛋白质的氨基酸。( )
3.(2024·新课标卷)大豆中的蛋白质含有人体细胞不能合成的必需氨基
酸。( )
4.组成蛋白质的氨基酸之间可按照不同的方式脱水缩合。( )
5.(2022·湖南卷)胶原蛋白的氮元素主要存在于氨基中。( )
6.氨基酸的空间结构和种类决定蛋白质的功能。( )
×
×
√
×
×
×
深研 重难问题
探究 牛胰核糖核酸酶(RNaseⅠ)是由一条多肽链构成的蛋白质,由124个氨基酸组成,含4个二硫键,是一种内切核酸酶。使用巯基乙醇和尿素处理RNaseⅠ,可将其去折叠转变成无任何活性的无规则卷曲结构。洗脱巯基乙醇和尿素, RNaseⅠ活性可以恢复。请回答下列相关问题。
(1)巯基乙醇和尿素可能破坏了RNaseⅠ中的 使其变性。
(2)无活性状态下的RNaseⅠ (填“能”或“不能”)与双缩脲试剂产生紫色反应。
(3)组成该酶的多肽链的折叠需要内质网和高尔基体的参与,该实验说明蛋白
质___________的改变会影响其功能。
二硫键
能
空间结构
(4)在形成牛胰核糖核酸酶时会形成____
个肽键,该分子中至少含有游离的氨基为
________个,如果氨基酸的平均分子量为130,则在该过程中分子量减少了_______。
123
1
2 222
探究 牛胰核糖核酸酶(RNaseⅠ)是由一条多肽链构成的蛋白质,由124个氨基酸组成,含4个二硫键,是一种内切核酸酶。使用巯基乙醇和尿素处理RNaseⅠ,可将其去折叠转变成无任何活性的无规则卷曲结构。洗脱巯基乙醇和尿素, RNaseⅠ活性可以恢复。请回答下列相关问题。
深研 重难问题
归纳提升
1.蛋白质的变性与水解的辨析
(1)变性:空间结构发生改变,生理活性丧失,该过程一般不可逆。空间结构变得伸展、松散,容易被消化吸收。肽键未断裂,仍可以与双缩脲试剂反应生成紫色络合物。变性的诱导因素有高温、过酸或过碱、重金属等。
(2)水解:肽键断裂,蛋白质分解为短肽或氨基酸。该过程与脱水缩合相反,需要酶的催化。
2.蛋白质合成过程中的相关计算
(1)“规律法”计算多肽形成过程中的相关数量
形成肽链时:主链肽键数=脱去的水分子数=氨基酸数-肽链数(若为环肽,则肽链数为0)。
(2)“公式法”计算蛋白质相对分子质量
①无二硫键时: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-脱去的水分子数×18。
②有二硫键(—S—S—)时: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-脱去的水分子数×18-二硫键数目×2(因为每形成一个二硫键脱去两个氢)。
精练 迁移应用
考向1 蛋白质的结构和功能的判断
1.(2025·江苏卷,1)关于蛋白质、磷脂和淀粉,下列叙述正确的是( )
A.三者组成元素都有C、H、O、N
B.蛋白质和磷脂是构成生物膜的主要成分
C.蛋白质和淀粉都是细胞内的主要储能物质
D.磷脂和淀粉都是生物大分子
B
解析:组成蛋白质的元素包含C、H、O、N,有的还含有S等;组成磷脂的主要元素为C、H、O、P,部分含有N;组成淀粉的元素为C、H、O,A错误。生物膜主要由蛋白质和磷脂组成,此外还含有糖类分子,B正确。淀粉为植物细胞内的储能物质,蛋白质虽然可以供能,但不是主要储能物质,C错误。生物大分子是由单体聚合而成的,淀粉由大量的葡萄糖聚合而成,属于生物大分子,磷脂不属于生物大分子,D错误。
2.(2024·江苏卷,1)关于人体中肝糖原、脂肪和胃蛋白酶,下列叙述正确的是( )
A.三者都含有的元素是C、H、O、N
B.细胞中肝糖原和脂肪都是储能物质
C.肝糖原与胃蛋白酶的基本组成单位相同
D.胃蛋白酶能将脂肪水解为甘油和脂肪酸
B
解析:肝糖原和脂肪含有的元素是C、H、O,不含N,A错误;细胞中肝糖原和脂肪都是储能物质,B正确;肝糖原的基本组成单位是葡萄糖,胃蛋白酶的本质为蛋白质,其基本组成单位是氨基酸,C错误;酶具有专一性,胃蛋白酶只能水解蛋白质,不能水解脂肪,脂肪酶可以将脂肪水解为甘油和脂肪酸,D错误。
考向2 蛋白质的相关计算
3.(2026·兴化中学模拟)如图为某蛋白质分子的结构示意图,已知该分子是由300个氨基酸脱水缩合形成。下列相关叙述正确的是( )
A.该蛋白质含有298个肽键
B.该蛋白质至少含有3个游离的氨基
C.300个氨基酸形成该蛋白质时分子总量减少了5 384
D.该蛋白质所含氧原子数至少是300
C
解析:肽键数=氨基酸数-肽链数,该蛋白质由300个氨基酸组成,且有2条肽链,但是两条肽链之间还有一个额外的肽键,故肽键数=300-2+1=299,A错误;该蛋白质有两条肽链,至少含有2个游离的氨基,B错误;300个氨基酸形成该蛋白质时脱去了299个的水分子以及形成一个二硫键时脱去两个H,故分子总量减少了18×299+2=5 384,C正确;一个肽键含有1个氧原子,一条肽链至少含有一个羧基,一个羧基含有2个氧原子,所以该蛋白质含有氧原子数是299+2×2=303,D错误。
4.(多选)(2026·江苏徐州部分学校联考)如图表示对某蛋白质分子结构中相关数据的统计结果,据此分析,下列表述不正确的是( )
A.与合成之前的氨基酸分子相比,该蛋白质少了124个氧原子
B.该蛋白质的组成元素为一定只有C、H、O、N
C.参与合成该蛋白质的氨基酸共有羧基141个
D.该蛋白质水解为氨基酸时,相对分子质量共增加2 268
BD
解析:每条肽链至少含有1个游离的羧基,由羧基总数为17,R基上羧基数为15可知,该蛋白质的肽链数为2条,所以与合成之前的氨基酸分子相比,该蛋白质形成过程中少了126-2=124分子水,所以少了124个氧原子,A正确;该蛋白质的组成元素至少有C、H、O、N,可能还有其他元素,B错误;组成蛋白质的氨基酸总羧基数=氨基酸数+R基中含有的羧基数,故构成该蛋白质的氨基酸共有15+126=141个羧基,C正确;126个氨基酸脱水缩合形成蛋白质时共脱掉124个水分子,所以该蛋白质水解时,需要消耗124分子水,相对分子质量增加124×18=2 232,D错误。
核酸是遗传信息的携带者及生物大分子
考点二
梳理 必备知识
1.核酸的组成、结构与功能
(1)核酸的结构层次
磷酸
五碳糖
含氮碱基
[点拨] 关于核酸“元件”连接的2点提醒
①在DNA分子的一条链中,连接相邻两个碱基的结构是脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖。在RNA分子的一条链中,连接相邻两个碱基的结构是核糖—磷酸—核糖。
②在DNA的一条链和RNA中,连接相邻两个核苷酸的化学键是磷酸二酯键。在DNA分子中,连接两条链的是氢键。
(2)DNA和RNA的比较
DNA
RNA
DNA
DNA
RNA
(3)核酸的功能与分布
遗传信息
拟核
[点拨] 核酸和遗传物质的辨析
①对病毒来说,核酸与遗传物质是一致的,为DNA或RNA。
②对细胞生物来说,核酸指DNA和RNA,遗传物质仅指DNA。
(4)核苷酸的排列顺序储存着遗传信息
①遗传信息的多样性:组成DNA的脱氧核苷酸虽然只有 种,但是如果数量不限,在连成长链时, 是极其多样的,所以DNA分子的信息容量非常大。
②遗传信息的特异性:每个DNA分子的4种脱氧核苷酸的排列顺序是特定的,其特定的脱氧核苷酸排列顺序代表了特定的遗传信息。
4
排列顺序
拾遗•挖掘
(人教必修1 P34“问题探讨”)DNA能够提供犯罪嫌疑人的信息的原因是DNA是遗传物质,携带遗传信息,不同个体的遗传信息一般不同。DNA鉴定技术还可以应用在研究人类起源、不同类群生物的亲缘关系等方面。
2.生物大分子以碳链为骨架
(1)单体与多聚体
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 连接成的多聚体。
②碳原子与碳原子或其他原子通过 连接形成稳定的结构。
单糖、氨基酸、核苷酸
单体
单体
共价键
(2)如图表示生物大分子的连接方式。
①若该图为一段肽链结构模式图,则1表示中心碳原子,2表示结构
“—CO—NH—”,3的种类有 种。
②若该图为一段核酸结构模式图,则1表示五碳糖,2表示磷酸基团,3表示
。
③若该图为一段淀粉结构模式图,则1、2、3连接形成的化合物是
。
21
含氮碱基
葡萄糖
(3)细胞生命活动的实现
①以碳链为骨架的 等生物大分子,构成细胞生命大厦的基本框架。
②糖类和脂质提供了生命活动的重要能源。
③水和无机盐与其他物质一起,共同承担着构建细胞、参与细胞生命活动等重要功能。
多糖、蛋白质、核酸
拾遗•挖掘
(1)(人教必修1 P38“复习与提高”)多糖和核酸都是由许多单体组成的多聚体,核酸能携带遗传信息,但多糖不能,原因是核酸分子中4种脱氧核苷酸(或核糖核苷酸)在数量、排列顺序上会千差万别,从而能够承担起携带遗传信息的功能。构成多糖的单体是单糖,无论多少个单糖构成的多糖,它的排列顺序不具有多样性。
(2)(苏教必修1 P13正文)多糖、蛋白质和核酸是生物大分子,它们都是由许多基本组成单位(单体)连接而成的。构成这些单体的碳原子之间是通过单键或双键相连接的,形成了不同长度的分支状、链状
或环状结构,这些结构被称为有机化合物的碳骨架。
【错漏诊断】
1.核糖核苷酸的排列顺序决定了DNA的多样性。( )
2.与DNA相比,RNA特有的化学组成是胸腺嘧啶(T)和脱氧核糖。( )
3.细胞质基质、线粒体、叶绿体和细胞核中均有蛋白质和核酸。
( )
4.分子大小相同、碱基含量相同的核酸分子所携带的遗传信息一定相同。( )
5.核酸保健品会真的保健。( )
6.蛋白质和DNA具有相同的空间结构,体内合成时都需要模板、能量和酶。( )
7.蛋白质、核酸、多糖、脂肪都属于生物大分子。( )
×
×
√
×
×
×
×
精练 迁移应用
考向1 核酸的结构和功能的分析
1.(2026·海安实验中学模拟)人体细胞中Ⅰ、Ⅱ两种核苷酸的结构如图所示,下列说法正确的是( )
A.Ⅰ为核糖核苷酸,Ⅱ为脱氧核苷酸
B.由Ⅱ组成的物质只分布在细胞核中
C.图中“?”处的碱基可以为A、C或G
D.所有生物的遗传信息均储存在Ⅰ的排列顺序中
C
解析:Ⅱ结构的五碳糖比Ⅰ的五碳糖多一个O,故Ⅰ为脱氧核苷酸,Ⅱ为核糖核苷酸,A错误;由Ⅱ组成的物质是RNA,RNA主要分布在细胞质中,B错误;核糖核苷酸和脱氧核苷酸都含有A、C或G,故“?”处的碱基可以为A、C或G,C正确;少数病毒的遗传信息储存在RNA中,即Ⅱ的排列顺序中,D错误。
2.(多选)(2026·江苏宿迁模拟)如图为核苷酸链的结构示意图,下列叙述正确的是( )
A.b结构不可以组成一个完整的核苷酸单体
B.a结构的名称只能是鸟嘌呤核糖核苷酸
C.若将碱基C换成U,则该核苷酸链主要分布在细胞质中
D.该核苷酸链初步水解的产物是3种
ACD
解析:a表示核苷酸,b中包含了一个五碳糖、一个鸟嘌呤和另外一个核苷酸的磷酸基团,所以b结构不可以组成一个完整的核苷酸单体,A正确;该核苷酸链中含有碱基A、G、C,无法判断是脱氧核苷酸链还是核糖核苷酸链,所以a结构的名称可能是鸟嘌呤核糖核苷酸或鸟嘌呤脱氧核苷酸,B错误;若将碱基C换成U,尿嘧啶只能存在于RNA中,RNA主要分布在细胞质中,所以该核苷酸链也主要分布在细胞质中,C正确;图示中含有三种碱基,该核苷酸链初步水解的产物是3种,D正确。
考向2 蛋白质和核酸的关系
3.(2021·江苏卷,1)核酸和蛋白质都是重要的生物大分子,下列相关叙述错误的是( )
A.组成元素都有C、H、O、N
B.细胞内合成新的分子时都需要模板
C.在细胞质和细胞核中都有分布
D.高温变性后降温都能缓慢复性
D
解析:核酸的组成元素为C、H、O、N、P,蛋白质的组成元素为C、H、
O、N,大多数蛋白质还含有S,故组成元素都有C、H、O、N,A正确。核酸和蛋白质的合成都需要模板。合成DNA以DNA分子的两条链为模板,合成RNA以DNA的一条链为模板,合成蛋白质以mRNA为模板,B正确。核酸和蛋白质在细胞质和细胞核中都有分布,DNA主要分布在细胞核中,RNA主要分布在细胞质中,C正确。DNA经高温变性后降温能缓慢复性,蛋白质经高温变性后,降温不能复性,D错误。
4.(多选)(2025·江苏泰州模拟)蛋白质和核酸是细胞内重要的大分子物质。下列相关叙述错误的是( )
A.二者均以碳链为基本骨架,但蛋白质不含有S元素
B.二者存在于线粒体、核糖体,也是染色体的组成成分
C.二者主要在细胞核内合成,都能通过核孔进出细胞核
D.合成蛋白质仅需一种RNA参与
ACD
解析:蛋白质和核酸是细胞内重要的大分子物质,生物大分子以碳链为骨架,蛋白质的元素组成为C、H、O、N,有的还有S,A错误。线粒体中含多种蛋白质和DNA、RNA;核糖体成分是蛋白质和RNA;染色体的主要成分是DNA和蛋白质,B正确。核酸主要在细胞核内合成,蛋白质在细胞质中的核糖体上合成,RNA和蛋白质可通过核孔进出细胞核,DNA不能进出细胞核,C错误。合成蛋白质的过程主要包括转录和翻译,需要mRNA、tRNA、rRNA参与,D错误。
考向3 比较细胞中的生物大分子
5.(2026·泗阳中学模拟)生物大分子一般是指生物体内的分子量大于10 KD(千道尔顿)的物质,如蛋白质、核酸和多糖等,它们还可相互结合以复合大分子的形式存在。下列说法正确的是( )
A.生物大分子是由相应的单体构成,均含有元素C、H、O、N
B.淀粉、纤维素等多糖性质不同的原因之一是单体的种类不同
C.某胶原蛋白含有18种氨基酸,人体不能合成组成该蛋白的所有氨基酸
D.真核生物细胞核内存在核酸和蛋白质的复合体大分子,原核生物中不存在
C
解析:生物大分子是由许多单体连接成的多聚体,例如蛋白质是以氨基酸为单体构成的,淀粉是生物大分子,只含C、H、O,A错误。淀粉、纤维素的单体都是葡萄糖,B错误。组成人体的蛋白质有21种,人体有8种必需氨基酸(婴儿有9种)不能合成,必须从外界获取。某胶原蛋白含有18种氨基酸,其中必然包含人体不能合成的必需氨基酸,即人体不能合成组成该蛋白的所有氨基酸,C正确。真核生物细胞核内存在核酸和蛋白质的复合体,如染色体,原核生物中也存在,如DNA复制时,DNA聚合酶与DNA结合形成的复合体,D错误。
6.(多选)(2026·江苏徐州模拟)如图为生物大分子的简要概念图,下列叙述正确的有( )
A.若C是蛋白质,则A可能为C、H、O、N、P
B.若C为核酸,则B的种类有8种,A的种类有5种
C.若C为多糖,则其多样性与B的种类和排列顺序有关
D.若B为脱氧核苷酸,则C存在于线粒体、叶绿体、染色体中
BD
解析:若C为蛋白质,其单体氨基酸主要的元素组成是C、H、O、N,少数还含有S、Se等元素,A错误;若C为核酸,则有DNA、RNA两种,核苷酸的种类有8种,元素的种类有C、H、O、N、P 5种,B正确;若C为多糖,多糖包括淀粉、糖原、纤维素等,基本单位均可能为葡萄糖,B的种类一样,C错误;若B为脱氧核苷酸,则C为DNA,可能存在于线粒体、叶绿体、染色体(细胞核)中,D正确。
真题 演练感悟
2
3
1
4
1.(2023·江苏卷,3)细胞色素c是一种线粒体内膜蛋白,参与呼吸链中的电子传递,在不同物种间具有高度保守性。下列关于细胞色素c的叙述,正确的是( )
A.仅由C、H、O、N四种元素组成
B.是一种能催化ATP合成的蛋白质
C.是由多个氨基酸通过氢键连接而成的多聚体
D.不同物种间氨基酸序列的相似性可作为生物进化的证据
D
5
2
3
1
4
解析:细胞色素c为蛋白质,蛋白质除C、H、O、N四种元素外,还可能含有S等元素,A错误;细胞色素c只参与电子传递,不能催化ATP合成,B错误;细胞色素c是由多个氨基酸通过肽键连接而成的多聚体,C错误;不同物种间,亲缘关系越近,细胞色素c氨基酸序列的差异越小,故可从分子水平检测不同物种间氨基酸序列的相似性,为生物进化提供证据,D正确。
5
2
3
1
4
2.(2025·四川卷,1)真核细胞的核孔含有多种蛋白质,这些蛋白质的主要区别是( )
A.基本组成元素不同
B.单体连接方式不同
C.肽链空间结构不同
D.合成加工场所不同
C
5
2
3
1
4
解析:蛋白质的基本组成单位是氨基酸,氨基酸的基本组成元素是C、H、O、N,真核细胞的核孔含有多种蛋白质,这些蛋白质的基本组成元素相同,A错误;单体连接方式相同,均为氨基酸之间脱水缩合形成肽键连接,B错误;不同的蛋白质功能不同,功能与结构相适应,因此这些蛋白质的肽链盘曲折叠形成的空间结构不同,C正确;真核生物核孔蛋白质均属于胞内蛋白,合成加工场所相同,均在细胞质,D错误。
5
2
3
1
4
3.(2025·新课标卷,1)蛋白质是结构和功能多样的生物大分子。下列叙述错误的是( )
A.二硫键的断裂不会改变蛋白质的空间结构
B.改变蛋白质的空间结构可能会影响其功能
C.用乙醇等有机溶剂处理可使蛋白质发生变性
D.利用蛋白质工程可获得氨基酸序列改变的蛋白质
A
5
2
3
1
4
解析:二硫键是连接不同半胱氨酸残基的化学键,若二硫键断裂,会破坏蛋白质的空间结构,导致其功能丧失,A错误。蛋白质的功能依赖其特定的空间结构,若空间结构改变(如高温、强酸、强碱导致的变性),其功能通常也会受到影响,B正确。乙醇等有机溶剂可破坏蛋白质分子中的氢键,导致其空间结构改变而变性,C正确。蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础,通过改造或合成基因,来改造现有蛋白质,或合成一种新的蛋白质的技术,因此利用蛋白质工程可获得氨基酸序列改变的蛋白质,D正确。
5
2
3
1
4
4.(2024·黑吉辽卷,1)钙调蛋白是广泛存在于真核细胞的Ca2+感受器。小鼠钙调蛋白两端有近似对称的球形结构,每个球形结构可结合2个Ca2+。下列叙述错误的是( )
A.钙调蛋白的合成场所是核糖体
B.Ca2+是钙调蛋白的基本组成单位
C.钙调蛋白球形结构的形成与氢键有关
D.钙调蛋白结合Ca2+后,空间结构可能发生变化
B
5
2
3
1
4
解析:钙调蛋白的合成场所是核糖体,核糖体是“生产蛋白质的机器”,A正确;钙调蛋白的基本组成单位是氨基酸,不是Ca2+,B错误;氨基酸之间能够形成氢键等,使肽链能够盘曲、折叠,形成具有一定空间结构的蛋白质分子,钙调蛋白球形结构的形成与氢键有关,C正确;小鼠钙调蛋白两端有近似对称的球形结构,每个球形结构可结合2个Ca2+,钙调蛋白结合Ca2+后,空间结构可能发生变化,D正确。
5
2
3
1
4
5.(2024·北京卷,2)科学家证明“尼安德特人”是现代人的近亲,依据的是DNA的( )
A.元素组成 B.核苷酸种类
C.碱基序列 D.空间结构
C
5
2
3
1
4
解析:不同生物DNA的元素组成都是C、H、O、N、P,A不符合题意;不同生物DNA的核苷酸种类都只有4种,B不符合题意;不同DNA分子的碱基序列不同,一般来说,DNA碱基序列相似度越高,亲缘关系越近,“尼安德特人”与现代人的DNA碱基序列相似度较高,可以证明“尼安德特人”与现代人是近亲,C符合题意;不同生物DNA的空间结构都是规则的双螺旋结构,D不符合题意。
5
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