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人教(2019)生物高考知识点梳理&对点训练
1.3 蛋白质和核酸
知识点(一)　蛋白质的结构和功能
1．组成蛋白质的氨基酸的元素、结构与种类
2．蛋白质的合成
(1)多肽的形成过程。
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几肽。
②H2O中各元素的来源：H来自—COOH和—NH2，O来自—COOH。
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，分别位于肽链的两端；其余的氨基(或羧基)在R基上。
(2)蛋白质的结构层次。
3．蛋白质结构多样性与功能多样性
【连接教材资料】1．(必修1 P32“与社会的联系”)熟鸡蛋更容易消化的原因是什么？
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。
2．(必修1 P33“生物科学史话”)中国摘取人工合成蛋白质桂冠的关键实验思路是什么？
提示：先把天然胰岛素的两条链拆开，摸索出将两条链合在一起的方法。然后再分别合成两条链，最后将两条人工链合在一起。
[知识梳理]
理清氨基酸的种类与结构
氨基酸的结构特点图解分析
找出氨基酸的共同体，即图中“不变部分”(连接在同一碳原子上的—NH2、—COOH和—H)，剩下的部分即为R基。倘若找不到上述“不变部分”，则不属于构成蛋白质的氨基酸。
[典例1]　(2022·南阳月考)如图是5种不同的物质，下列有关叙述正确的是(　 )
A．5种物质都不能与双缩脲试剂发生紫色反应
B．5种物质中均含有游离的氨基和羧基，均为构成蛋白质的氨基酸
C．图中所有的氨基酸各1分子合成的一条多肽链中含有4个肽键
D．图中所有氨基酸各1分子合成的一条多肽链中含有1个游离羧基和1个游离氨基
[解析]　蛋白质或者多肽可与双缩脲试剂发生紫色反应，①～⑤均不属于蛋白质或多肽，A正确；②的氨基和羧基没有连接在同一个碳原子上，不属于构成蛋白质的氨基酸，B错误；氨基酸的结构特点是至少含有一个氨基和一个羧基，且氨基和羧基连接在同一个碳原子上，图中只有①③④⑤属于合成蛋白质的氨基酸，合成一条多肽链中含有3个肽键，C错误；⑤的R基中含有羧基，图中所有氨基酸各1分子合成的一条多肽链中含有2个游离羧基和1个游离氨基，D错误。
[答案]　A
　　
[对点练习]
1．(2022·哈尔滨期中)科学家已经发现了第21种和第22种作为蛋白质合成原料的氨基酸——硒代半胱氨酸和吡咯赖氨酸，硒代半胱氨酸也可以在人体中合成，吡咯赖氨酸只存在于甲烷菌中。下列关于组成蛋白质的氨基酸的说法，错误的是(　 )
A．成年人体内的必需氨基酸增加到9种，非必需氨基酸12种
B．组成人体蛋白质的氨基酸都含有C、H、O、N 4种元素
C．这两种氨基酸的结构也符合组成蛋白质的氨基酸的结构通式
D．第21种和第22种氨基酸的理化性质不同，原因是二者的R基不同
解析：选A　成年人体内的必需氨基酸种类比婴儿的少一种(组氨酸)，含有8种，非必需氨基酸增加到13种，吡咯赖氨酸只存在于甲烷菌中，A错误。
2．(2022·潍坊统考)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　三种物质都是构成蛋白质的氨基酸，都可用氨基酸的结构通式表示，A正确；题图中三种氨基酸的共同点之一应为“至少都含有一个氨基、一个羧基”，B错误；双缩脲试剂与蛋白质产生紫色反应，是由于蛋白质中有肽键，氨基酸中无肽键，故不能与双缩脲试剂发生紫色反应，C正确；三种化合物两两结合形成的物质中游离的氨基数都为1，D正确。
[知识梳理]
从生命观念角度理清蛋白质的结构与功能
1．明晰蛋白质的盐析、变性和水解
盐析 是由溶解度的变化引起的，蛋白质的空间结构没有发生变化
变性 是由于高温、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，肽链变得松散，失去生物活性，但是肽键一般不断裂
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
2．分析蛋白质结构与功能的关系
(1)蛋白质在细胞的增殖和分化、能量转换、信息传递及物质运输等方面发挥着重要作用，蛋白质的空间结构遭到破坏时，其功能也会丧失。
(2)蛋白质中氨基酸的排列顺序发生变化时会影响其正常功能，可能进一步引发疾病，如镰状细胞贫血。
(3)分布在细胞膜外侧的糖蛋白具有识别作用，如精卵细胞的识别与结合、激素与靶细胞膜上的受体结合、神经递质与突触后膜上的特异性受体结合等都离不开糖蛋白。
(4)分布在细胞膜表面的糖蛋白的含量并不是一成不变的，如癌细胞膜上的糖蛋白减少，使癌细胞容易在体内分散和转移。
(5)细胞膜上的载体蛋白有运输作用，载体蛋白的特异性与其结构是分不开的。
(6)有些蛋白质具有催化作用，如“诱导契合学说”认为底物与酶的活性部位结合，会诱导酶发生构象改变，从而发挥催化功能。
[对点练习]
3．(2022·莆田期中)科学家使用巯基乙醇和尿素处理牛胰核糖核酸酶(一种蛋白质)，可以将该酶去折叠转变成无任何活性的无规则卷曲结构。若通过透析的方法除去导致酶去折叠的尿素和巯基乙醇，再将没有活性的酶转移到生理缓冲溶液中，经过一段时间以后，发现核糖核酸酶活性得以恢复。下列推论正确的是(　 )
A．由于巯基乙醇和尿素处理破坏了蛋白质中的肽键，故该酶失去了活性
B．这个实验说明从根本上讲蛋白质的结构是由外界环境决定的
C．该蛋白质的氨基酸序列与蛋白质的空间结构密切相关
D．这个实验证明结构并不一定决定功能
解析：选C　蛋白质的折叠是蛋白质的空间结构，而巯基乙醇和尿素的作用是去蛋白质的折叠，且可以恢复，因此破坏的是蛋白质的空间结构，不是肽键，A错误；因为去掉巯基乙醇和尿素后，核糖核酸酶活性得以恢复，可以推知外界环境只是影响蛋白质的结构，其结构根本上还是由内部因素决定的，B错误；蛋白质的结构与氨基酸的种类、数目、排列顺序、肽链盘曲折叠方式及其空间结构有关，肽链间形成的二硫键等化学键与氨基酸的序列有关，C正确；用巯基乙醇和尿素处理牛胰核糖核酸酶后，其结构改变，失去生物活性，当去掉巯基乙醇和尿素后，牛胰核糖核酸酶结构恢复，活性得以恢复，说明结构决定功能，D错误。
4．细胞代谢过程中会产生异常蛋白，异常蛋白积累会引起细胞凋亡。癌细胞内存在清除异常蛋白的机制，其过程如图所示。
下列说法错误的是(　 )
A．蛋白酶体清除异常蛋白需要消耗水分子
B．蛋白酶体清除异常蛋白受细胞呼吸的影响
C．蛋白酶体有识别泛素和催化蛋白质水解的功能
D．特异性提高蛋白酶体活性可用于癌症的治疗
解析：选D　分析题图可知，蛋白酶体清除异常蛋白的过程是蛋白质水解的过程，需要消耗水分子，A正确；据图可知，异常蛋白的清除需要消耗ATP，而ATP主要由细胞呼吸提供，所以蛋白酶体清除异常蛋白受细胞呼吸的影响，B正确；由图可知，异常蛋白和泛素结合后，可以被蛋白酶体识别，并且蛋白酶体将异常蛋白和泛素的结合体水解，C正确；由题干可知，异常蛋白积累会引起细胞凋亡，而癌细胞通过蛋白酶体将异常蛋白分解清除，从而避免自身凋亡，所以特异性提高蛋白酶体的活性有助于癌细胞分解异常蛋白，不适用于癌症的治疗，D错误。
[知识梳理]
蛋白质的相关计算
1．蛋白质相对分子质量、氨基酸数、肽链数、肽键数和脱去水分子数的关系
(1)肽键数＝脱去水分子数＝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。
注：氨基酸平均分子质量为a。不考虑形成二硫键。
2.蛋白质中游离氨基或羧基数目的计算
3．利用原子守恒法计算肽链中的原子数
1 N原子数＝肽键数＋肽链数＋R基上的N原子数＝各氨基酸中N原子总数。
2 O原子数＝肽键数＋2×肽链数＋R基上的O原子数＝各氨基酸中O原子总数－脱去水分子数。
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．基因表达中氨基酸数与相应DNA、mRNA中碱基数目关系
[典例2]　(2022·芜湖期中)有一条多肽链T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)。下列说法错误的是(　 )
A．在形成多肽链T后，氨基酸共脱去了11个水分子
B．形成多肽链T过程中，只需要1个半胱氨酸即可
C．肽链T水解产物中，共有天冬氨酸的数目为(w－13)/4个
D．盘曲、折叠的肽链被解开时，其特定的功能将发生变化
[解析]　该多肽由一条肽链、12个氨基酸组成，因此，脱去水分子数为11个，A正确；肽链T只有1个硫原子，因此，只需要1个半胱氨酸即可，B正确；天冬氨酸含有2个羧基，4个氧原子，设天冬氨酸的个数为m，由于形成多肽时脱去11个水分子，根据氧原子数守恒可列式：2×(12－m)＋4m－11＝w，解得m＝(w－13)/2，C错误；根据结构与功能相适应的观点，多肽链需要经过盘曲折叠形成具有一定空间结构的蛋白质后，才能发挥有关的功能，当肽链解开后，空间结构被破坏，应有的功能将失去，D正确。
[答案]　C
(1)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。肽键数＝脱去水分子数＝氨基酸数。
(2)在计算蛋白质相对分子质量时，还要考虑是否存在特殊的变化，如二硫键(－S－S－)的形成，每形成一个二硫键，脱去2个H，相对分子质量减少2。　　
[对点练习]
5.(2022·海安调研)层黏连蛋白是由一条重链(A链)和两条轻链(B1链、B2链)构成的高分子糖蛋白，其结构示意图如图所示，若该蛋白由m个氨基酸构成。下列有关说法错误的是(　 )
A．该层黏连蛋白含有肽键数为m－3
B．组成该蛋白的氨基酸中可能有些必须从食物中获取
C．层黏连蛋白是由21种氨基酸经脱水缩合而成的
D．该物质至少含有3个游离的氨基和羧基
解析：选C　组成蛋白质的氨基酸有21种，但不是每种蛋白质都含有21种氨基酸，C错误。
6．经测定，某多肽链的分子式是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56
解析：选A　该多肽链的分子式是C21HxOyN4S2，含有2个S，所以水解产物中有2个半胱氨酸。根据C原子守恒和N原子的数目，半胱氨酸含有3个C，所以另两个氨基酸共含有15个C，可知为苯丙氨酸和亮氨酸，可知该多肽由三种氨基酸组成。该多肽水解后产生的氨基酸分别是2个半胱氨酸、1个苯丙氨酸和1个亮氨酸，A错误；该多肽形成过程中脱去3分子水和形成二硫键脱去2个氢，所以多肽中O原子数为8－3＝5，H原子数为38－6－2＝30，B正确；该多肽由3种氨基酸组成，形成过程中至少需要3种tRNA，C正确；该多肽形成时脱去3分子水和2个氢，相对分子质量减少18×3＋2＝56，D正确。
知识点(二)　核酸的结构和功能
1．核酸的种类及其分布
种类 脱氧核糖核酸，简称DNA；核糖核酸，简称RNA
分布 真核细胞的DNA主要分布于细胞核中；RNA主要分布于细胞质中
2．核酸的结构层次
3．核酸的主要功能
(1)DNA分子是储存、传递遗传信息的生物大分子。
(2)部分病毒的遗传信息储存在RNA中。
4．生物大分子以碳链为骨架
(1)单体：多糖的基本单位是单糖，组成蛋白质的基本单位是氨基酸，组成核酸的基本单位是核苷酸，这些基本单位称为单体。
(2)多聚体：生物大分子是由许多单体连接成的多聚体。
(3)碳链的基本骨架：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。
(4)碳链骨架的意义：以碳链为骨架的多糖、蛋白质、核酸等生物大分子，构成细胞生命大厦的基本框架。
【知识点考法训练】
考法(一)　考查核酸的结构和功能
1．如图是DNA和RNA组成的结构示意图，下列有关说法正确的是(　 )
A．核酸是遗传信息的携带者，由8种氨基酸组成
B．与RNA相比，DNA特有的是胸腺嘧啶和核糖
C．严重急性呼吸综合征病毒内含有图中5种碱基
D．DNA分子是储存、传递遗传信息的生物大分子，以碳链为骨架
答案：D
2．下图中甲是组成乙或丙的基本单位(单体)。下列相关叙述错误的是(　 )
A．如果甲中的m是U，则甲一定是丙的基本单位
B．如果甲中的m是G，则甲一定是乙的基本单位
C．如果甲中的a是脱氧核糖，则甲物质聚合成的大分子物质可以分布于线粒体和叶绿体中
D．如果甲中的a是核糖，则甲物质聚合成的大分子物质可以分布于细胞核和细胞质中
解析：选B　甲是核苷酸，是乙和丙的基本单位，乙是DNA，丙是tRNA。如果甲中的m是G，则甲可能是鸟嘌呤脱氧核苷酸，也可能是鸟嘌呤核糖核苷酸，是DNA或RNA的基本单位，B错误。
　　
考法(二)　辨析不同生物的核酸种类
3．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．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
B．乳酸菌细胞中的核酸有2种，碱基和核苷酸各有8种
C．酵母菌的遗传物质主要位于染色体上，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
答案：B
4．(2022·临川联考)下列关于各种生物中含有的碱基、核苷酸、五碳糖种类的叙述，正确的是(　 )
选项 A B C D
生物或细胞 T4噬菌体 烟草叶肉细胞 烟草花叶病毒 豌豆根毛细胞
碱基 5种 5种 4种 8种
核苷酸 5种 8种 8种 8种
五碳糖 1种 2种 2种 2种
答案：B
[归纳拓展]　生物种类与核酸、核苷酸及碱基种类的关系
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
考法(三)　辨清蛋白质与核酸的关系
5．如图为C、H、O、N、P等元素构成大分子物质甲～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．若图中丁是一种细胞器，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
答案：D
6．(2022·黄山期中)如图表示生物体内某些有机物的组成关系及其功能，其中C、D、E1、E2为小分子化合物，F、G、H、I、J均为大分子化合物。
下列分析不正确的是(　 )
A．控制生物性状的物质是F
B．C和D共有的元素有C、H、O、N
C．E1和E2的区别是空间结构不同
D．J具有改变化学反应速率的作用
解析：选C　分析题图可知，C为核苷酸，D为氨基酸，E1为脱氧核苷酸，E2为核糖核苷酸，F是DNA，G是RNA，H是蛋白质，I是结构蛋白，J是酶。脱氧核苷酸和核糖核苷酸的区别是含有的五碳糖不同以及含有的碱基不完全相同，C错误。
(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。
　　

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