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2023届高考复习一轮复习 专题蛋白质和核酸
（2019新人教版必修一第二章第四节、第五节）
内容要求
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
学业要求
从结构与功能相适应这一视角,解释细胞由多种多样的分子组成,这些分子是细胞执行各项生命活动的物质基础(生命观念、科学思维)
考点一　蛋白质的结构、功能及相关计算
一、组成蛋白质的氨基酸及其种类
二、蛋白质的结构
1. 多肽的形成过程
(1)图示过程中,A表示氨基B表示肽键,C表示肽键。
(2)肽的名称确定:一条多肽链由几个氨基酸分子构成就称为几肽。
(3)H2O中各元素的来源:H来自—COOH和—NH2,O来自—COOH。
2. 蛋白质的结构层次
注:多肽不具备空间结构,而蛋白质具有一定的空间结构。
三、蛋白质的结构多样性与功能多样性
【易错辨析】
(1)具有氨基和羧基的化合物,都是构成蛋白质的氨基酸。( × )
[解析]构成蛋白质的氨基酸至少有一个氨基和一个羧基,且都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上。
(2)不同氨基酸之间的差异是由R基引起的。( √ )
(3)几条肽链在形成蛋白质的过程中一般不通过肽键连接起来。( √ )
(4)若是环状多肽,则一定没有游离的氨基和羧基。( × )
[解析]环状多肽的R基中可能存在游离的氨基和羧基。
(5)脱水缩合形成的多肽中含有几个肽键就称为几肽。( × )
[解析]脱水缩合形成的多肽中含有几个氨基酸就称为几肽。
(6)变性后的蛋白质仍可以和双缩脲试剂发生反应。( √ )
【教材拾遗】
(1)从某些动物组织中提取的胶原蛋白,可以用来制作手术缝合线。[教材 必修1 P28]
(2)组成人体蛋白质的氨基酸有21种,其中有8种是人体细胞不能合成的,这些氨基酸必须从外界环境中获取,因此,被称为必需氨基酸。另外13种氨基酸是人体细胞能够合成的,叫作非必需氨基酸。[教材 必修1 P30]
(3)由于氨基酸之间能够形成氢键等,从而使得肽链能盘曲、折叠,形成具有一定空间结构的蛋白质分子。[教材 必修1 P30]
(4)人类的许多疾病与人体细胞内肽链的折叠错误有关,如囊性纤维化、阿尔茨海默病、帕金森病等。[教材 必修1 P31]
重难点突破
1. 蛋白质合成过程中的数量变化规律
(1)假设氨基酸的平均相对分子质量为a,由n个氨基酸分别形成1条链状多肽和m条链状多肽:
形成肽链数 形成肽键数 脱去水分子数 多肽(蛋白质)相对分子质量 游离的氨基(或羧基)数
1 n-1 n-1 na-18(n-1) 1+R基中氨基(或羧基)数
m n-m n-m na-18(n-m) m+R基中氨基(或羧基)数
[提醒]
①计算多肽的相对分子质量时,除了考虑水分的减少外,还要考虑其他化学变化过程,如果肽链上出现一个二硫键(—S—S—)时,相对分子质量要再减去2(即两个氢原子),若无特殊说明,不考虑二硫键。
②若为环状多肽,根据图可知,肽键数=脱去的水分子数=氨基酸数,可将相对分子质量计算公式na-18(n-m)中的肽链数(m)视为零,再进行相关计算。
(2)利用原子守恒法计算肽链中的原子数:
①氧原子数=各氨基酸中氧原子的总数-脱去的水分子数。
②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。
2. 蛋白质的变性和水解
(1)变性:是由高温、过酸、过碱、重金属盐等因素导致的蛋白质的空间结构发生了不可逆的变化,丧失了生物活性,但是肽键一般不断裂。
(2)水解:在蛋白酶作用下,肽键断裂,蛋白质分解为短肽和氨基酸。水解和脱水缩合的过程相反。
[拓展]盐析:是由蛋白质的溶解度的变化引起的,蛋白质的空间结构没有发生变化。
【方法技巧】 “两看法”判断组成蛋白质的氨基酸
一看数量 至少有一个—NH2和一个—COOH。下列化合物不属于构成蛋白质的氨基酸:a.H2N—CH2—CH2OH 缺乏羧基(—COOH)b. 缺乏氨基(—NH2)
二看位置 必须有一个—NH2和一个—COOH连接在同一个碳原子上。下列化合物不属于构成蛋白质的氨基酸: 氨基与羧基未连接在同一个碳原子上
【知识归纳】几种常考蛋白质的分布和功能
名称 分布 功能
绝大多数酶 细胞内或细胞外 催化作用
载体蛋白 细胞膜 运输某些物质如离子、氨基酸等
某些激素(如胰岛素) 内环境中 调节生命活动
抗体 内环境中 免疫作用
血红蛋白 红细胞内 主要运输O2
糖蛋白(受体蛋白)等 细胞膜表面 保护、润滑、识别等作用
结构蛋白 细胞膜、肌纤维等 构成细胞和生物体的成分
考点二　核酸的结构和功能
一、核酸的种类及分布
二、核酸的结构
1. 核酸的结构层
2. 不同生物或结构的核酸、核苷酸、碱基、遗传物质归纳
3. 核酸的水解
(1)DNA初步水解得到4种脱氧核苷酸;
彻底水解(完全水解)得到6种化合物(磷酸+脱氧核糖+4种含氮碱基)。
(2)幽门螺杆菌水解得到8种核苷酸;
彻底水解(完全水解)得到8种化合物(磷酸+核糖+脱氧核糖+5种含氮碱基)。
三、核酸的功能与分布
1. 核酸的功能:
细胞内携带遗传信息的物质,在生物体的遗传、变异和蛋白质的合成中具有极其重要的作用。
大多数生物的遗传信息蕴藏在脱氧核苷酸的排列顺序中。
2. 核酸在真核细胞中的分布
四、核酸分子的多样性和特异性
1. 多样性
构成DNA分子的脱氧核苷酸虽然只有4种,但是如果数量不限,在组成长链时,排列顺序是极其多样化的,所以DNA分子具有多样性。
2. 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。
五、生物大分子以碳链为骨架
生物大分子(多聚体) 基本单位(单体)
多糖 蛋白质
单糖 氨基酸
核酸 核苷酸
【易错辨析】
(1)与DNA相比,RNA特有的化学物质组成是胸腺嘧啶(T)和脱氧核糖。( × )
[解析]与DNA相比,RNA特有的化学物质组成是尿嘧啶(U)和核糖。
(2)细胞中的DNA一定有氢键,RNA一定没有氢键。( × )
[解析]某些RNA如tRNA中也含有氢键。
(3)只有细胞核内的核酸才是携带遗传信息的物质。( × )
[解析]线粒体和叶绿体中的DNA、病毒内的核酸也是携带遗传信息的物质。
(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。( × )
[解析]遗传信息指核酸中核苷酸的排列顺序或含氮碱基的排列顺序,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可能不同。
(5)真核生物以DNA为遗传物质,部分原核生物以RNA为遗传物质。( × )
[解析]真核生物、原核生物均以DNA为遗传物质。
重难点突破
列表比较核酸和蛋白质
项目 核酸 蛋白质
DNA RNA
组成元素 C、H、O、N、P C、H、O、N、P C、H、O、N等
组成单位 氨基酸
形成场所 主要在细胞核中复制产生 主要在细胞核中转录生成 核糖体
分子结构 一般为规则的双螺旋结构 一般为单链结构 氨基酸→多肽→蛋白质
功能 是主要的遗传物质,携带和复制遗传信息,并决定蛋白质的生物合成 ①遗传物质(RNA病毒); ②传递遗传信息(mRNA);③运输氨基酸(tRNA); ④组成核糖体(rRNA);⑤具有催化功能(酶) ①催化作用;②运输某些物质如离子、氨基酸等;③调节机体生命活动;④构成细胞和生物体结构的重要物质;⑤免疫功能
结构多样性的决定因素 DNA多样性、蛋白质多样性的因果关系:
联系 DNA、RNA和蛋白质三者间的内在关系:
习题练习
1.已知①酶、②抗体、③激素、④糖原、⑤脂肪、⑥核酸,都是人体内有重要作用的物质。下列说法正确的是( )
A.①②③都是由氨基酸通过肽键连接而成的
B.③④⑤都是生物大分子,都以碳链为骨架
C.①②⑥都是由含氮的单体连接成的多聚体
D.④⑤⑥都是人体细胞内的主要能源物质
【答案】C
[解析] 酶和激素的化学本质不一定为蛋白质,A错误。
细胞中的生物大分子有多糖、蛋白质和核酸,脂肪不是生物大分子,B错误。
①酶是蛋白质或RNA,蛋白质和RNA分别是由单体氨基酸、核苷酸形成的多聚体;抗体是蛋白质,由单体氨基酸形成多聚体;核酸是由单体核苷酸形成的多聚体,氨基酸和核苷酸都含氮元素,C正确。
人体细胞内的主要能源物质是糖类,糖原属于多糖,D错误。
2.蛋白质是生命活动的主要承担者。下列有关叙述错误的是( )
A.叶绿体中存在催化ATP合成的蛋白质
B.胰岛B细胞能分泌调节血糖的蛋白质
C.唾液腺细胞能分泌水解淀粉的蛋白质
D.线粒体膜上存在运输葡萄糖的蛋白质
【答案】D
[解析] 光反应场所在叶绿体类囊体薄膜上,光反应阶段会产生ATP,叶绿体中存在催化ATP合成的酶,该类酶是蛋白质,A正确;
胰岛B细胞分泌的胰岛素具有降低血糖的功能,胰岛素的化学本质是蛋白质,B正确;
唾液腺细胞能分泌唾液淀粉酶,该酶能水解淀粉,唾液淀粉酶的化学本质是蛋白质,C正确;
葡萄糖在细胞质基质中分解为丙酮酸,线粒体膜上存在运输丙酮酸的蛋白质,但不存在运输葡萄糖的蛋白质,D错误。
3.蛋白质和DNA是两类重要的生物大分子,下列对两者共性的概括不正确的是( 　)
A.组成元素含有C、H、O、N B.由相应的基本结构单位构成
C.具有相同的空间结构 D.体内合成时需要模板、能量和酶
【答案】D
[解析] 蛋白质的组成元素为C、H、O、N、S等,基本结构单位为氨基酸;DNA的组成元素为C、H、O、N、P,基本结构单位为脱氧核苷酸,A、B正确。
蛋白质的空间结构千差万别,DNA的空间结构为双螺旋结构,所以二者空间结构不同,C错误。
体内合成DNA时需要以DNA双链为模板,需要解旋酶、DNA聚合酶的参与,需要消耗ATP;蛋白质合成时需要mRNA作模板,也需要酶和能量,D正确。
4.下列关于细胞中生物大分子的叙述,错误的是( 　)
A.碳链是各种生物大分子的结构基础
B.糖类、脂质、蛋白质和核酸等有机物都是生物大分子
C.细胞利用种类较少的小分子脱水合成种类繁多的生物大分子
D.细胞中生物大分子的合成需要酶来催化
【答案】B
[解析] 碳链构成各种生物大分子的碳骨架,A正确;
糖类中的单糖、二糖及脂质都是小分子,B错误;
细胞利用种类较少的小分子脱水合成种类繁多的生物大分子,如DNA是多种多样的,而组成DNA的脱氧核苷酸只有4种,C正确;
细胞中生物大分子的合成需要酶来催化,D正确。
5.新冠病毒是一种RNA病毒。新冠肺炎疫情给人们的生活带来了巨大影响。下列与新冠肺炎疫情防控相关的叙述,错误的是( 　)
A.新冠病毒含有核酸和蛋白质,通过核酸检测可排查新冠病毒感染者
B.教室经常开窗通风可以促进空气流动,降低室内病原微生物的密度
C.通常新冠肺炎患者的症状之一是发烧,因此可以通过体温测量初步排查
D.每天适量饮酒可以预防新冠肺炎,因为酒精可以使细胞内的病毒蛋白变性
【答案】D
[解析] 病毒没有细胞结构,由蛋白质外壳和核酸组成,故通过核酸检测可排查新冠病毒感染者,A正确;
教室开窗通风可以促进空气流动,降低室内病原体的密度,B正确;
新冠肺炎患者一般有发烧症状,通过体温测量能进行初步排查,C正确;
暂无科学研究表明每天适量饮酒可预防新冠肺炎,酒精不会使细胞内的病毒蛋白变性,D错误。
6.下列关于细胞内蛋白质和核酸的叙述,正确的是( 　)
A.核酸和蛋白质的组成元素相同 B.核酸的合成需要相应蛋白质的参与
C.蛋白质的分解都需要核酸的直接参与 D.高温会破坏蛋白质和核酸分子中肽键
【答案】B
[解析] 核酸的组成元素是C、H、O、N、P,蛋白质的基本组成元素是C、H、O、N,有的还含有S等,A错误。
核酸的合成需要DNA聚合酶或RNA聚合酶的催化,它们的化学本质是蛋白质,B正确。
蛋白质的分解需要蛋白酶的催化,不需要核酸的直接参与,C错误。
高温会破坏蛋白质的空间结构,但不会破坏肽键,核酸分子中无肽键,D错误。
7.回答下列与蛋白质相关的问题:
(1)生物体中组成蛋白质的基本单位是　　　　。在细胞中合成蛋白质时,肽键是在　　　　这一细胞器上形成的。合成的蛋白质中有些是分泌蛋白,如 (填“胃蛋白酶”“逆转录酶”或“酪氨酸酶”)。分泌蛋白从合成至分泌到细胞外需要经过高尔基体,此过程中高尔基体的功能是 　 　　 　　 　　 　　 　　 　　 　。
(2)通常,细胞内具有正常生物学功能的蛋白质需要有正确的氨基酸序列和 结构。某些物理或化学因素可以导致蛋白质变性,通常,变性的蛋白质易被蛋白酶水解,原因是
。
(3)(3)如果DNA分子发生突变,导致编码正常血红蛋白多肽链的mRNA序列中一个碱基被另一个碱基替换,但未引起血红蛋白中氨基酸序列的改变,其原因可能是
【答案】
(1)氨基酸 核糖体 胃蛋白酶 对蛋白质进行加工、分类和包装
(2)空间 蛋白质变性使肽键暴露,暴露的肽键易与蛋白酶接触,使蛋白质降解
(3)遗传具有简并性
[解析]
（1）组成蛋白质的基本单位是氨基酸,氨基酸脱水缩合形成肽链。一个氨基酸的氨基和另一个氨基酸的羧基脱水缩合形成的化学键为肽键,形成场所是核糖体。分泌蛋白包括消化酶、抗体和一部分激素,所以胃蛋白酶为分泌蛋白。分泌蛋白在核糖体上合成后要经过内质网和高尔基体的加工才能分泌到细胞外,在此过程中高尔基体的功能为对蛋白质进行加工、分类和包装。
（2）肽链要经过复杂地盘曲、折叠后才能形成具有生物活性的蛋白质,其具有一定的空间结构,当空间结构被破坏后蛋白质变性,没有了复杂的空间结构,肽键暴露出来,暴露的肽键更易被蛋白酶水解。
（3） DNA分子发生突变,不一定会改变蛋白质中氨基酸的序列,因为编码氨基酸的密码子具有简并性即同一种氨基酸可能对应两个或者多个密码子,若一个密码子中的碱基被替换,可能替换前后的两个密码子都编码同一种氨基酸。
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