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第3讲　蛋白质和核酸
[课程导学]
内容要求 1.1.1.以碳链为骨架形成复杂的生物大分子。1．1.6.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。1．1.7.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。
与旧教材对比 改：氨基酸有21种，13种为非必需氨基酸。增：①氨基酸形成血红蛋白的过程；②蛋白质变性的概念。删：①蛋白质盐析(小字)；②观察DNA和RNA在细胞中的分布。
考点一　蛋白质的结构和功能
1．蛋白质的功能
2．蛋白质的结构
(1)组成蛋白质的氨基酸
[提醒]　R基决定氨基酸的种类，其上可能含有氨基或羧基。
(2)蛋白质的结构及其多样性
①氨基酸的脱水缩合
②蛋白质的结构层次(以血红蛋白为例)
[提醒]　a．多肽无生物活性，基因的表达中的翻译路段合成的是多肽链。
b．多肽形成具有空间结构的蛋白质的场所有的是在细胞质基质中，有的是在内质网上。
③蛋白质分子多样性的原因
a．氨基酸：种类不同；数目成千上万；排列顺序千变万化。
b．肽链的盘曲、折叠方式及其形成的空间结构千差万别。
(1)具有氨基和羧基的化合物都是构成生物体蛋白质的氨基酸。(　　)
(2)生物体内组成蛋白质的氨基酸中，不同氨基酸之间的差异是由R基引起的。(　　)
(3)胰岛素中不同肽链之间通过肽键连接。(　　)
(4)蛋白质肽链的盘曲和折叠被解开时，其特定功能并未发生改变。(　　)
(5)评价蛋白质食品的营养价值主要依据其必需氨基酸的种类和含量。(　　)
(6)氨基酸仅通过脱水缩合的方式就可以形成蛋白质。(　　)
答案：(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)√　(6)×
1．(必修 1 P30图2－11)图中胰岛素由________条肽链构成，通过二硫键(—S—S—)相互结合在一起，该种胰岛素中共含有________个二硫键。
提示：2　3
2．(必修 1 P30正文信息)由于氨基酸之间能够形成__________________等，从而使得肽链能够________，形成具有________________的蛋白质分子。
提示：氢键、二硫键　盘曲、折叠　一定空间结构
3．(必修 1 P31图2－12)血红蛋白分子是一种由__________个氨基酸组成的蛋白质分子，含有________条多肽链。
提示：574　4
4．(必修 1 P32与社会的联系)熟鸡蛋更容易消化的原因是
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________。
提示：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
5．(必修 1 P32与社会的联系)蛋白质变性后________(填“能”或“不能”)用双缩脲试剂检测，原因是__________________________________________
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________。
提示：能　蛋白质变性后空间结构改变，但没有破坏氨基酸之间的肽键
1．几种常考蛋白质的分布和功能
此部分经常借助某些具体的蛋白质从不同角度进行命题，现举例如下：
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、细胞因子 内环境中 免疫作用
血红蛋白 红细胞内 主要运输O2和部分CO2
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 肌纤维等 构成细胞和生物体的成分
2.蛋白质的相关计算
(1)“规律法”记忆多肽形成过程中的数量计算
①形成肽链时
肽链数目 氨基酸数 肽键数目 脱去水分子数 氨基数目 羧基数目
1条 m m－1 m－1 至少1个 至少1个
n条 m m－n m－n 至少n个 至少n个
②形成环肽时：肽键数＝脱去水分子数＝氨基酸数。
(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－脱去水分子数×18－二硫键数目×2。是因为每形成一个二硫键脱去两个氢。
(3)“原子守恒法”计算蛋白质中各原子数
①N原子数＝肽键数＋肽链数＋R基上的N原子数＝各氨基酸中N原子的总数。
②O原子数＝肽键数＋2×肽链数＋R基上的O原子数＝各氨基酸中O原子的总数－脱去水分子数。
③游离—NH2或—COOH数＝肽链数×1＋R基中的—NH2或—COOH数(环肽中主链上无游离的氨基或羧基)。
(4)妙用“排列组合”求解多肽种类
①若n种氨基酸形成一个m肽，则形成的多肽种类为nm种。
②若有n种氨基酸形成一个n肽，且每种氨基酸只有一个，则形成n肽的种类为n×(n－1)×(n－2)×…×1＝n！。
(5)借用“比例关系式”解答基因表达中的计算问题
基因表达中，DNA控制mRNA的合成，mRNA指导蛋白质的合成。DNA中碱基排列顺序转录为mRNA中的碱基排列顺序，进而翻译为蛋白质中氨基酸的排列顺序。其数量关系图解如下：
突破1 氨基酸的种类及结构
核心素养 生命观念
1．(2022·江苏常州高三检测)下面是三种化合物的结构简式，下列有关这三种化合物的叙述，错误的是(　　)
A．三种化合物可以用一个结构通式表示
B．三种化合物的共同点之一是都含有一个氨基、一个羧基
C．三种化合物都不能与双缩脲试剂发生紫色反应
D．三种化合物两两结合形成的物质的游离氨基数相同
解析：选B。题图中三种氨基酸的共同点应为都至少含有一个氨基、一个羧基，B错误。
“二看法”判断组成蛋白质的氨基酸
突破2 蛋白质的结构和功能
核心素养 生命观念
2．(2022·四川成都摸底)下图是某多肽化合物的结构式。下列关于该化合物的叙述，错误的是(　　)
A．该化合物是三肽，含有两个肽键
B．氨基酸的不同种类取决于R基②④⑥
C．该多肽链中含有四个羧基、三个氨基
D．形成该多肽链时，会脱去两个水分子
解析：选C。题图中的多肽含有两个游离的羧基，一个游离的氨基，C错误。
3．(不定项)如下图所示，将蛋白质暴露在高浓度的尿素环境中会发生变性，除去尿素后，蛋白质的空间结构和生物功能可以恢复。下列有关叙述不正确的是(　　)
A．尿素使蛋白质变性过程中破坏了蛋白质中的肽键，不能与双缩脲试剂发生紫色反应
B．尿素使蛋白质变性过程中改变了原有蛋白质中氨基酸的数量
C．构成蛋白质的氨基酸种类和排列顺序相同则蛋白质结构相同
D．高温煮熟变性后的蛋白质更容易消化
解析：选ABC。分析题图可知，尿素可使蛋白质变性，变性后蛋白质的空间结构受损，但肽键没有断裂，因此仍可与双缩脲试剂发生紫色反应，A错误；变性过程中，蛋白质中的氨基酸数量没有改变，B错误；蛋白质结构多样性取决于氨基酸的种类、数目、排列顺序及肽链的空间结构不同，构成蛋白质的氨基酸种类和排列顺序相同的蛋白质结构不一定相同，C错误。
突破3 蛋白质(多肽)的相关计算
核心素养 科学思维
4．已知21种氨基酸的平均相对分子质量是128，现有一蛋白质分子由3条肽链组成，在肽链形成空间结构时，产生了4个二硫键(—SH＋—SH→—S—S—＋2H)，共有肽键97个，此蛋白质分子的相对分子质量最接近(　　)
A．11 046　　　　　　　 B．11 060
C．12 800 D．12 280
解析：选A。蛋白质是由氨基酸脱水缩合形成的，不考虑其他化学键变化时，蛋白质的相对分子质量＝氨基酸数×氨基酸的平均相对分子质量－脱去的水分子数×水的相对分子质量＝(97＋3)×128－97×18＝11 054。由于在肽链形成空间结构时，生成了4个二硫键，失去H原子数＝2×4＝8(个)，所以蛋白质的相对分子质量＝11 054－8＝11 046。
5．(不定项)蛋白水解酶分内切酶和外切酶2种，外切酶专门作用于肽链末端的肽键，内切酶则作用于肽链内部特定区域。若某蛋白内切酶作用于苯丙氨酸(C9H11NO2)两侧的肽键，某四十九肽经该内切酶作用后的情况如图所示，下列选项错误的是(　　)
A．形成短肽A、B、C共消耗2分子水
B．短肽A、B、C比四十九肽的氧原子数少1个
C．该四十九肽苯丙氨酸存在于第17、31、32号位上
D．若用蛋白外切酶处理该多肽，最终会得到48个氨基酸
解析：选AD。题图是某四十九肽经内切酶作用后的情况，其中内切酶作用于苯丙氨酸(C9H11NO2)两侧的肽键，用内切酶处理该多肽后，形成1—16、18—30、33—49三个片段，说明第17、31和32号位为苯丙氨酸，C正确；题中短肽的形成过程共需要断裂5个肽键，消耗5个水分子，A错误；断裂的5个肽键分别位于16号和17号之间、17号和18号之间、30号和31号之间、31号和32号之间、32号和33号之间，每个苯丙氨酸含有2个氧原子，每个水分子含有1个氧原子，短肽A、B、C比该四十九肽的氧原子数少2×3－5＝1(个)，B正确；外切酶专门作用于肽链末端的肽键，若该四十九肽用蛋白外切酶处理，最终可得到49个氨基酸，D错误。
[原因分析类]
1．[2018·全国Ⅲ，T30(2)节选]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____________________________
_____________________________________________________________。
答案：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
2．蛋白质的功能多种多样与其结构有关，从肽链层面分析，蛋白质具有多样性的原因有________________________________________________________。
答案：多肽链的盘曲、折叠方式及其形成的空间结构千差万别
3．胰高血糖素能使人体的血糖升高，这体现了蛋白质
_______________________________________________________________
__________________的功能。
答案：信息传递和调节机体生命活动
4．若真核细胞核内的核仁被破坏，蛋白质合成将不能正常进行，原因是
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________。
答案：真核细胞中核仁与核糖体的形成有关，核仁被破坏，不能形成核糖体，导致蛋白质的合成不能正常进行
[假设推测类]
5．推测哺乳动物成熟的红细胞可成为病毒陷阱细胞的原因是
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________。
答案：哺乳动物成熟的红细胞没有细胞核而且寿命短，没有核糖体等细胞器，不能合成蛋白质
6．1969年，人们在坠落于澳大利亚启逊镇的陨石中发现了氨基酸，这些氨基酸不是来自地球。由此你可以作出的推测是__________________________
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________。
答案：宇宙中很可能也存在与地球生物类似的生命形式。因为氨基酸是组成蛋白质的基本单位，而蛋白质又是生命活动的主要承担者
7．小肠上皮细胞的细胞膜上有许多种不同的膜蛋白，如与Na＋和葡萄糖转运有关的膜蛋白A、与细胞黏着性有关的膜蛋白B、能与某种激素发生结合的膜蛋白C及水解二糖的膜蛋白D等。膜蛋白的合成场所是________(填细胞器)，分析推测导致该细胞中四种膜蛋白分子结构差异的根本原因是
_______________________________________________________________。
答案：核糖体　控制这四种膜蛋白分子合成的基因结构(或碱基排列顺序)不同
考点二　核酸的种类、结构和功能
1．核酸的结构层次
[提醒]　有的RNA也有空间结构，如tRNA等。
2．核酸的功能与分布
[提醒]　DNA是一切细胞生物的遗传物质。
3．DNA和RNA的比较
(1)组成单位的比较
(2)DNA和RNA的组成成分比较
①相同成分：含氮碱基A、G、C和磷酸。
②不同成分
[提醒]　DNA初步水解的产物是四种脱氧核苷酸(腺嘌呤脱氧核苷酸、鸟嘌呤脱氧核苷酸、胸腺嘧啶脱氧核苷酸和胞嘧啶脱氧核苷酸)，彻底水解的产物是脱氧核糖、磷酸和四种含氮碱基(腺嘌呤、鸟嘌呤、胸腺嘧啶和胞嘧啶)。
4．生物大分子以碳链为骨架
(1)DNA的两条脱氧核苷酸链之间通过磷酸二酯键连接。(　　)
(2)细胞中的DNA一定有氢键，RNA一定没有氢键。(　　)
(3)同一生物体的不同细胞中，DNA基本相同，RNA不完全相同。(　　)
(4)只有细胞内的核酸才是携带遗传信息的物质。(　　)
(5)相对分子质量大小相同、碱基含量相同的核酸分子所携带的遗传信息一定相同。(　　)
(6)大肠杆菌体内既有DNA，又有RNA，但以DNA作为遗传物质。(　　)
答案：(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×　(6)√
1．(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鉴定技术还可以应用在
___________________________________________________________等方面。
提示：DNA是遗传物质，而每个人的遗传物质有所区别　研究人类起源、不同类群生物的亲缘关系
2．(必修1 P34正文信息)原核细胞DNA也是双链结构吗？__________，位于细胞内的____________中。
提示：是　拟核和细胞质
3．(必修1 P36正文信息)碳是“生命的核心元素”的原因是
_______________________________________________________________。
提示：生物大分子以碳链为基本骨架
4．(必修1 P36拓展应用)随着生活水平的提高，人们对营养保健食品日益关注。一些厂家在核酸保健品的广告中用到类似的宣传语：一切疾病都与基因受损有关；基因是核酸片段；补充某些特定的核酸，可增强基因的修复能力。
(1)请对上述三段宣传语作出评析，指出其中的逻辑漏洞。
_______________________________________________________________。
(2)如果有人向你推销核酸保健品，你将如何回应？
_______________________________________________________________。
提示：(1)并不是一切疾病都与基因受损有关，如人受外伤时的疾病。核酸在人体内被水解成小分子才能被吸收，服用核酸保健品不会改变基因的结构，更不会改善人体内病变的基因
(2)人体中的核酸都是人体用其他化学物质自我合成的，并不能从膳食中直接吸收。膳食中的核酸都将在消化道中被彻底分解。口服核酸不仅不能起到营养、保健作用，而且核酸吃多了还会对身体造成危害
1．不同生物的核酸、核苷酸、碱基、遗传物质归纳
生物种类 核酸种类 碱基种类 核苷酸种类 遗传物质
细胞生物 DNA和RNA 5种 8种 DNA
病毒 DNA病毒 DNA 4种 4种 DNA
RNA病毒 RNA 4种 4种 RNA
2.核酸与蛋白质之间的关系
(1)DNA、RNA和蛋白质三者间的内在关系
(2)DNA多样性、蛋白质多样性的因果关系
(3)核DNA、mRNA、蛋白质的“相同”与“不同”
突破1 核酸的结构和功能
核心素养 生命观念
1．(2022·海南海口高三月考)下图表示某种大分子物质的基本单位，下列关于它的叙述正确的是(　　)
A．该物质是核糖核酸，人体内有4种
B．该物质只含有C、H、O、P 4种元素
C．该物质形成的大分子物质是RNA，它主要分布在细胞质中
D．在T2噬菌体和HIV的宿主细胞中都找不到这种物质
答案：C
2．(2022·北京东城区高三月考)下图甲所示物质b是组成乙或丙的基本单位(单体)。下列相关叙述错误的是(　　)
A．如果图甲中的a是核糖，则b是丙的基本单位
B．如果m是胸腺嘧啶(T)，则b是乙的基本单位
C．在多个b聚合成乙或丙的过程中，都要产生水
D．乙或丙彻底水解的产物是甲
解析：选D。核酸初步水解的产物是核苷酸，彻底水解的产物是组成核苷酸的三种化合物，即五碳糖、碱基和磷酸，D错误。
突破2 核酸和蛋白质的关系
核心素养 科学思维
3．(不定项)核酸通常与蛋白质结合以“核酸—蛋白质”复合体的形式存在。下列叙述正确的是(　　)
A．T2噬菌体、HIV和烟草花叶病毒都可以看作是“核酸—蛋白质”复合体
B．紫外线、酒精消杀病毒分别能破坏复合体中的核酸和蛋白质
C．原核细胞中的“核酸—蛋白质”复合体就是核糖体“RNA—蛋白质”复合体
D．真核细胞内遗传信息传递过程中，可出现核酸与相应的酶形成的复合体
解析：选ABD。T2噬菌体、HIV和烟草花叶病毒都是病毒，都由蛋白质和一种核酸组成，A正确；紫外线可以破坏核酸，酒精能使病毒的蛋白质变性，B正确；真核细胞和原核细胞中的“核酸—蛋白质”复合体都可以是RNA与相应酶(如RNA聚合酶)形成的复合体，也可以是DNA与相应酶(如DNA聚合酶)形成的复合体，C错误，D正确。
4．下图表示核酸与蛋白质的关系，分析并回答下列问题：
(1)染色体的主要成分是____________，核糖体的主要成分是RNA和蛋白质，因此图1中甲、乙、丙分别是______________________，a是核苷酸，b是
_______________________________________________________________。
(2)图2是通过结构中的化合物组成构建的概念图，则甲、乙、丙分别是
_______________________________________________________________。
(3)从中心法则的角度分析胰岛B细胞内核酸和蛋白质之间的关系可表示为
_______________________________________________________________。
答案：(1)DNA和蛋白质　DNA、RNA、蛋白质　氨基酸
(2)DNA、蛋白质、磷脂
(3)DNA→RNA→蛋白质
1．(2021·高考辽宁卷)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
解析：选D。叶绿体类囊体薄膜是进行光合作用的场所，能合成ATP，则存在催化ATP合成的酶，其本质是蛋白质，A正确；胰岛B细胞能分泌胰岛素，降低血糖，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，唾液淀粉酶属于分泌蛋白，能水解淀粉，C正确；葡萄糖分解的场所在细胞质基质，线粒体膜上不存在运输葡萄糖的蛋白质，D错误。
2．(2021·高考湖南卷)某些蛋白质在蛋白激酶和蛋白磷酸酶的作用下，可在特定氨基酸位点发生磷酸化和去磷酸化，参与细胞信号传递，如图所示。下列叙述错误的是(　　)
A．这些蛋白质磷酸化和去磷酸化过程体现了蛋白质结构与功能相适应的观点
B．这些蛋白质特定磷酸化位点的氨基酸缺失，不影响细胞信号传递
C．作为能量“货币”的ATP能参与细胞信号传递
D．蛋白质磷酸化和去磷酸化反应受温度的影响
解析：选B。这些蛋白质特定磷酸化位点的氨基酸缺失，会导致这些蛋白质不能发生磷酸化和去磷酸化，不能参与细胞信号传递，B错误。
3．(2020·高考北京卷)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
解析：选C。蛋白质具有多种多样的空间结构，DNA具有相同的空间结构，C错误。
4．(2021·河北省选择性考试模考)生物大分子之间的相互结合在生物体的生命活动中发挥重要作用。下列叙述正确的是(　　)
A．蛋白质与DNA结合后都能调控基因表达
B．RNA聚合酶与起始密码子结合启动转录的起始
C．RNA与蛋白质的结合在细胞生物中普遍存在
D．DNA与RNA的结合可发生在HIV中
解析：选C。DNA和DNA水解酶结合后无法调控基因表达，A错误；RNA聚合酶是结合在启动子上的，起始密码子位于mRNA上，B错误；RNA主要分为mRNA、tRNA和rRNA，rRNA与蛋白质组成核糖体，且在翻译过程中mRNA、tRNA都与核糖体结合，所以RNA与蛋白质的结合在细胞生物中普遍存在，C正确；HIV是艾滋病病毒，病毒没有细胞结构，只有寄生在其他生物的活细胞中利用宿主细胞内的代谢系统和营养物质才能进行生命活动，所以DNA与RNA的结合发生在宿主细胞中，D错误。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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