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(共64张PPT)
第2讲　细胞中的蛋白质和核酸
必修1 分子与细胞
第一单元　细胞的分子组成
一、组成蛋白质的氨基酸及其种类
C、H、O、N
氨基
羧基
同一个
非必需
必需
二、蛋白质的结构和功能的多样性
1．多肽的形成及过程
(1)过程a名称：________；场所：______。
(2)物质b：____。多个氨基酸发生a过程形成的产物被称为____。
(3)结构c：____。
脱水缩合
核糖体
二肽
多肽
肽键
(4)H2O中H原子的来源：H来自相邻氨基酸的_____________和______________；O来源于______________。
(5)由n个氨基酸形成的一条肽链上至少有__个游离的氨基和__个游离的羧基，分别位于肽链的____；其余的氨基(或羧基)在____上。
氨基(—NH2)
羧基(—COOH)
羧基(—COOH)
1
1
两端
R基
2．蛋白质结构多样性与功能多样性的关系
种类
排列顺序
空间结构
酶
血红蛋白
抗体
3．区别蛋白质的三种变化
(1)盐析：是由溶解度的变化引起的，蛋白质的空间结构____________。
(2)变性：是由于高温、过酸、过碱、重金属等因素导致的，蛋白质的________发生了不可逆的变化，肽链变得松散，丧失了生物活性，但是肽键一般不断裂。
(3)水解：在蛋白酶和肽酶作用下，____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
没有发生变化
空间结构
肽键
1．具有氨基和羧基的化合物，都是构成蛋白质的氨基酸。 ( )
提示：构成蛋白质的氨基酸都有一个氨基和一个羧基连在同一个碳原子上。
2．非必需氨基酸不能在人体细胞内合成。 ( )
提示：不能在人体细胞内合成的是必需氨基酸。
3．细胞中氨基酸种类和数量相同的蛋白质是同一种蛋白质。 ( )
提示：氨基酸的排列顺序和多肽链的空间结构不同，蛋白质的结构也不同。
×
×
×
4．血红蛋白中不同肽链之间通过肽键连接。 ( )
提示：血红蛋白的不同肽链之间的化学键不是肽键，而是其他的化学键。
5．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。 ( )
提示：蛋白质的空间结构被破坏，其特定功能会改变。
6．在蛋白酶的作用下，蛋白质水解过程中肽键断裂。 ( )
×
×
√
1．长期以玉米为主食的人容易因赖氨酸缺乏而导致疾病，请分析原因。(必修1　P23“知识链接”)
提示：赖氨酸为必需氨基酸，人体不能合成，只能从食物中摄取才能保证正常生命活动，玉米中不含赖氨酸，因此长期以玉米为主食的人容易因赖氨酸缺乏而患病。
2．蛋白质变性后________________(填“能”或“不能”)用双缩脲试剂检测，原因是__________________________________________ __________________________________________________________。
(必修1　P24“边做边学”)
提示：能　蛋白质变性后空间结构发生改变，但没有破坏氨基酸之间的肽键
1．胰高血糖素能使人体的血糖升高，这体现了蛋白质__________ ______________________的功能。
提示：信息传递和调节机体生命活动
2．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__________________________________ _________________________________________________________。
提示：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．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
_____________________________________________________________________________________________________________________。
提示：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
1．常考蛋白质的分布和功能
提醒：载体与受体的区别
载体是协助物质运输的蛋白质，如血红蛋白是运输氧的载体，细胞质膜上有运输葡萄糖、Na＋、K＋等的载体蛋白；受体是接受信号分子的蛋白质，如神经递质受体、激素分子受体，其主要作用是实现细胞间信息交流。
2．有关蛋白质结构的计算规律
(1)利用原子守恒法计算肽链中的原子数：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、氧原子，但是碳原子、氮原子的数目不会减少。其相关数量关系如下：
①碳原子数＝氨基酸的分子数×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。
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。
⑤由于R基上的碳原子数不好确定，且氢原子数较多，因此以氮原子数或氧原子数的计算为突破口，计算氨基酸的分子式或氨基酸个数最为简便。
(2)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条链状多肽或m条链状多肽、环状多肽：
形成肽链数 形成肽键数 脱去水分子数 蛋白质相对分子质量 至少含有的氮原子数 至少含
有的氧
原子数
1 n－1 n－1 na－18(n－1) n n＋1
m n－m n－m na－18(n－m) n n＋m
环状 n n na－18n n n
1．下图表示多肽链加工成胰岛素的过程，“信号肽”是引导新合成的肽链向分泌通路转移的短肽链，C肽是胰岛素原生成胰岛素时的等分子离解产物。
(1)核糖体上合成的肽链，加工成胰岛素过程中，要切掉两段肽链，切掉两段肽链需要什么酶？
(2)切掉信号肽序列和C肽的场所是什么？
提示：(1)蛋白酶。(2)切掉信号肽序列和C肽的场所分别是内质网和高尔基体。
2．用酒精消毒的原理是酒精可以使蛋白质变性杀死病菌或病毒，根据下面的实验材料设计实验验证酒精能够使蛋白质变性。
实验材料：酒精、淀粉溶液、α-淀粉酶溶液、碘液、蒸馏水等
请写出实验设计的步骤和预期结果。
思路建模：设置对照实验→分组编号→控制自变量→检测因变量。
提示：实验设计步骤：取两支试管编号A、B，向A试管中加入1 mL酒精，向B试管中加入1 mL蒸馏水，然后向A、B两支试管中各加入2 mL α-淀粉酶溶液，振荡试管后分别加入2 mL淀粉溶液，振荡试管后保存一段时间，最后分别向两支试管中加入两滴稀碘液检测。预期结果：A试管溶液变蓝色，B试管溶液不变蓝。
考向1考查氨基酸和多肽链
1．(多选)(2022·江苏南通高三模拟预测)下列关于氨基酸和蛋白质的叙述，正确的是(　　)
A．酪氨酸几乎不溶于水，而精氨酸易溶于水，这种差异是由R基的不同引起的
B．甲硫氨酸的R基是—CH2—CH2—S—CH3，则它的分子式是C5H11O2NS
C．n个氨基酸共有m个氨基(m>n)，则这些氨基酸缩合成的一条肽链中的氨基数为m－n
D．甜味肽的分子式为C13H16O5N2，则甜味肽一定是一种二肽
3
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1
2
ABD　[组成蛋白质的氨基酸不同是由于氨基酸的R基不同决定的，因此酪氨酸几乎不溶于水，而精氨酸易溶于水，这种差异是由R基不同引起，A正确；氨基酸的分子通式可以简写为C2H4O2NR，甲硫氨酸的R基是—CH2—CH2—S—CH3，则它的分子式是C5H11O2NS，B正确；由氨基酸脱水缩合形成的多肽链中，一条多肽链至少含有一个氨基和一个羧基，因此n个氨基酸共有m个氨基，说明各氨基酸的R基中有(m－n)个氨基，则这些氨基酸脱水缩合成的一条肽链中的氨基数为(m－n＋1)个氨基，C错误；氨基酸至少含有一个氨基，即每个氨基只有一个N原子，由“甜味肽”名称和其分子式中含有2个N原子，可以确定该甜味肽是二肽，D正确。故选ABD。]
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4
1
2
2．如图为牛胰岛素结构示意图，图中实线表示二硫键(由两个“—SH”脱氢后形成)。下列有关说法错误的是(　　)
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1
2
A．图示牛胰岛素为51肽，其中游离的羧基数等于游离的氨基数
B．将图示牛胰岛素彻底分解为氨基酸后，相对分子质量增加888
C．若破坏二硫键及甘氨酸(Gly)羧基端的肽键，所得产物的氨基酸数量均不同
D．用牛胰岛素治疗糖尿病时，只能注射，不能口服
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1
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A　[由题图知，牛胰岛素是由两条肽链形成的蛋白质，不是多肽，至少含有2个氨基和2个羧基，但是氨基和羧基的数量不一定相等，A错误；氨基酸脱水缩合形成胰岛素的过程中脱去的水分子数目＝形成的肽键数＝49个，此过程中还形成3个二硫键(二硫键由两个—SH脱掉两个氢连接而成)，即脱去6个H，所以51个氨基酸脱水缩合形成胰岛素时，减少的相对分子质量为49×18＋6＝888，因此将图示牛胰岛素彻底分解为氨基酸后，相对分子质量增加888，B正确；由题图知：牛胰岛素中含有4个甘氨酸，3个二硫键，若破坏二硫键及甘氨酸(Gly)羧基端的肽键，可以得到一个甘氨酸、一个二十肽、一个八肽、一个十二肽、一个三肽、一个七肽，产物的氨基酸数量均不同，C正确；胰岛素的化学本质是蛋白质，口服会被消化成氨基酸，从而失去降血糖的作用，故不能口服，只能注射，D正确。故选A。]
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1
2
考向2考查蛋白质的结构和功能
3．(2022·江苏阜宁中学高三期中)细胞受到冰冻时，蛋白质分子相互靠近，当接近到一定程度时，蛋白质分子中相邻近的巯基(—SH)氧化形成二硫键(—S—S—)。解冻时，蛋白质中的氢键断裂，二硫键仍保留，如下图所示。错误的是(　　)
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2
A．巯基位于氨基酸的R基上
B．结冰和解冻过程不涉及肽键的变化
C．解冻后蛋白质的空间结构发生改变
D．抗冻植物有较弱的抗巯基氧化能力
3
4
1
2
D　[巯基(—SH)中含有S，由氨基酸的结构通式可知，巯基位于氨基酸的R基上，A正确；细胞受到冰冻时，蛋白质分子中相邻近的巯基(—SH)会被氧化形成二硫键(—S—S—)，解冻时，蛋白质氢键断裂，二硫键仍保留，显然，蛋白质结冰和解冻过程不涉及肽键的变化，B正确；解冻后，蛋白质中的二硫键仍保留，但氢键断裂，因此，解冻过程中蛋白质的空间结构发生改变，C正确；抗冻植物能够适应较冷的环境，根据形态结构和功能相适应的观点，可推知抗冻植物有较强的抗疏基氧化能力，D错误。故选D。]
3
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1
2
4．肌红蛋白(Mb)是哺乳动物肌肉中储氧的蛋白质，含有C、H、O、N、Fe五种元素，由一条肽链和一个血红素辅基构成。Mb中的极性侧链基团几乎全部分布在分子的表面，而非极性的侧链基团则被埋在分子内部。含有Fe2＋的血红素辅基位于Mb表面内陷的疏水洞穴中，避免了Fe2＋被氧化。下列说法错误的是(　　)
A．Mb表面极性侧链基团可以与水分子结合，故Mb可溶于水
B．Mb中的疏水洞穴保证了血红素的储氧能力
C．组成Mb的肽链中氧原子数一定多于氨基酸数
D．Mb复杂结构的形成与不同部位氨基酸之间形成的氢键和二硫键有关
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D　[由题意可知，Mb表面含有极性侧链基团，能够与水分子结合而使Mb溶于水，A正确；由分析可知，Mb中的疏水洞穴能避免血红素辅基中Fe2＋被氧化，保证了Mb的储氧能力，B正确；由题意可知，Mb含有一条肽链，肽链中的氨基酸通过脱水缩合形成肽键，一个肽键含有一个氧原子，肽键数＝氨基酸数－1，肽链的末端的羧基含有两个氧原子，若不考虑侧链基团中的氧原子，则肽链中氧原子数＝肽键数＋2＝氨基酸数＋1，C正确；不同部位氨基酸之间形成的是肽键，D错误。故选D。]
3
4
1
2
考点2　核酸储存与传递遗传信息
一、核酸的结构层次
C、H、O、N、P
磷酸
五碳糖
含氮碱基
二、DNA和RNA的组成成分比较
1．相同成分：含氮碱基__________和磷酸。
2．不同成分
A、G、C
DNA：脱氧核糖、胸腺嘧啶
RNA：核糖、尿嘧啶
三、核酸的功能与分布
1．
2．
遗传信息
蛋白质
的生物合成
细胞核
细胞质
四、核酸分子的多样性和特异性
1．多样性：组成DNA分子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，排列顺序是极其多样的，所以DNA分子具有______。
提醒：DNA没有空间结构多样性，注意与蛋白质多样性原因进行区别。
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________。
4
多样性
遗传信息
1．DNA和RNA的碱基组成相同，五碳糖不同。 ( )
提示：RNA中不含有T，DNA中不含有U。
2．细胞中的DNA一定有氢键，RNA一定没有氢键。 ( )
提示：tRNA中有氢键。
3．同一生物体的不同细胞中，DNA基本相同，RNA不完全相同。 ( )
×
×
√
4．只有细胞内的核酸是携带遗传信息的物质。 ( )
提示：病毒的核酸也是携带遗传信息的物质。
5．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。 ( )
提示：遗传信息决定于碱基的排列顺序。
6．真核生物以DNA为遗传物质，部分原核生物以RNA为遗传物质。
( )
提示：细胞生物的遗传物质都是DNA。
×
×
×
1．某个核酸样品降解后得到了碱基等成分，我们从哪些方面判断该样品是DNA还是RNA呢？(必修1　P26“积极思维”)
提示：(1)根据五碳糖的种类进行判断：若是核糖，则该样品为RNA；若是脱氧核糖，则该样品为DNA。
(2)根据碱基种类进行判断：若含碱基U，则该样品为RNA；若含碱基T，则该样品为DNA。
2．DNA中能储存巨大信息量的原因主要是什么？(必修1　P26“正文信息”)
提示：数量巨大的脱氧核苷酸连成长链时，排列顺序多种多样，这就决定了DNA中的信息量也是巨大的。
1．DNA能够提供犯罪嫌疑人的信息的原因是什么？DNA鉴定技术还可以应用在哪些方面？
_____________________________________________________________________________________________________________________。
提示：DNA是遗传物质，而每个人的遗传物质与别人不同。研究人类起源、不同类群生物的亲缘关系
2．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_____________________________________________________________________________________________________________________。
提示：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。构成多糖的单体是葡萄糖，无论多少个葡萄糖构成的多糖，它的顺序没有什么变化
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．核酸与蛋白质的比较
项目 核酸 蛋白质
DNA RNA 元素 C、H、O、N、P C、H、O、N等
组成单位 脱氧核苷酸(4种) 核糖核苷酸(4种) 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 一般为双螺旋结构 一般为单链结构 氨基酸→多肽→蛋白质
项目 核酸 蛋白质
DNA RNA 结构多样性的决定因素 核苷酸的数量及排列顺序 氨基酸的种类、数量、排列顺序以及多肽链的盘曲、折叠方式及其形成的空间结构千差万别
联系 核酸控制蛋白质的合成 (1)DNA多样性、蛋白质多样性和生物多样性的关系
①生物多样性的根本原因是基因的多样性。
②生物多样性的直接原因是蛋白质的多样性。
(2)核DNA、mRNA、蛋白质的“相同”与“不同”
1．蛋白质和核酸是最重要的两类生命物质，由蛋白质和核酸结合形成的结构有哪些？由蛋白质和核酸结合共同完成的生命活动有哪些？
提示：蛋白质和核酸结合形成的结构：病毒、染色体、核糖体；由蛋白质和核酸结合共同完成的生命活动：DNA复制、RNA复制、转录、逆转录、翻译等。
2．研究者先让一组海蜗牛在接触几次电击后，发现这些海蜗牛能学会利用长时间蜷缩的方式保护自己，而另外一组没有经过电击的海蜗牛则没有类似的防御行为。提取前者腹部神经元的RNA注射到后者颈部，发现原本没有受过电击的海蜗牛也“学会”了防御，而再设置对照组则发现没有此现象。请问对照组的实验应该怎样设置？该实验说明了什么问题？
提示：对照组的实验应是提取没有受过电击的海蜗牛腹部神经元的RNA注射到海蜗牛颈部。本实验说明了特定的RNA可以使海蜗牛“获得”记忆。
考向1考查核酸的种类、分布和功能
1．(2022·广东深圳高三阶段练习)“RNA世界假说”是生命起源的假说之一，该学说认为生命进化的早期并没有蛋白质，是某些RNA催化了其他RNA的复制，进化多年后便将携带遗传信息的功能传给DNA，DNA和蛋白质都是RNA进化的产物。下列相关叙述中正确的是(　　)
A．DNA和RNA都是生物大分子，组成元素和空间结构也相同
B．细胞分化时，核DNA、RNA和蛋白质的种类和含量均会发生改变
C．“RNA世界假说”具有一定的局限性，无法解释RNA从何而来
D．rRNA能够催化肽键的形成，该事实不能作为“RNA世界假说”的证据
3
4
1
2
C　[DNA和RNA都是生物大分子，组成元素相同，但DNA和RNA的空间结构不相同，A错误；细胞分化时，核DNA不会发生改变，B错误；“RNA世界假说”认为先有RNA后有DNA与蛋白质，这无法解释RNA由DNA转录而来这一现象，因此具有一定的局限性，C正确；rRNA能够催化肽键的形成，说明某些RNA具有催化功能，该事实能够作为“RNA世界假说”的证据，D错误。故选C。]
3
4
1
2
几种常见RNA的功能
2．(2022·江苏无锡模拟预测)我国考古学家利用现代人的DNA序列设计并合成了一种类似磁铁的“引子”，成功将极其微量的古人类DNA从提取自土壤沉积物中的多种生物的DNA中识别并分离出来，用于研究人类起源及进化。下列说法错误的是(　　)
A．“引子”的彻底水解产物包含磷酸、脱氧核糖和四种含氮碱基
B．设计“引子”的DNA序列信息可以来自核DNA，也可以来自线粒体DNA
C．设计“引子”前不需要知道古人类的DNA序列
D．土壤沉积物中的古人类双链DNA可直接与“引子”结合从而被识别
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4
1
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D　[根据分析“引子”是一段DNA序列，DNA的基本单位是脱氧核苷酸，因此DNA彻底水解产物有磷酸、脱氧核糖和四种含氮碱基，共6种产物，A正确；由于细胞中的DNA主要存在于细胞核，线粒体中也含有DNA，因此设计“引子”的DNA序列信息可以来自核DNA，也可以来自线粒体DNA，B正确；根据题干信息“利用现代人的DNA序列设计并合成了引子”，说明设计“引子”前不需要知道古人类的DNA序列，C正确；土壤沉积物中的古人类双链DNA需要经过提取，且在体外经过加热解旋后，才能与“引子”结合，而不能直接与引子结合，D错误。故选D。]
3
4
1
2
考向2核酸和蛋白质的综合考查
3．(2022·江苏连云港三模)蛋白质、核酸、多糖是人体内重要的大分子物质，相关叙述错误的是(　　)
A．蛋白质结构与功能具有多样性和特异性，是生命活动的主要承担者
B．DNA与蛋白质组成染色体，存在于细胞核、线粒体中
C．RNA主要在细胞核中合成，具有传递信息和转运物质等功能
D．多糖主要存在于肝脏和骨骼肌细胞，能暂时储存能量
3
4
1
2
B　[氨基酸的种类、数目、排列顺序以及肽链盘曲折叠的方式不同导致了蛋白质结构具有多样性，而结构决定功能，蛋白质的功能也具有多样性，每一种蛋白质都有其特定的结构和功能，因此具有特异性，A正确；染色体只存在于细胞核中，线粒体中的DNA是裸露的环状DNA分子，B错误；RNA通过转录产生，主要在细胞核中合成，种类有mRNA(传递遗传信息)，tRNA(识别并转运氨基酸)，rRNA(参与核糖体的构成)，C正确；在人体中多糖有肝糖原和肌糖原，能暂时储存能量，D正确。故选B。]
3
4
1
2
4．(2021·江苏选择性考试)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
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1
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D　[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，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。故选D。]
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1
2
1．核心概念
(1)一个氨基酸分子的羧基和另一个氨基酸分子的氨基之间通过脱去一分子水相连接，称为脱水缩合。
(2)氨基酸分子之间脱水缩合形成肽键。两个氨基酸分子脱水缩合而成的物质，称为二肽。
(3)核酸的基本组成单位是核苷酸，一分子核苷酸由一分子含氮碱基、一分子五碳糖和一分子磷酸组成。
(4)核酸是生物体中储存与传递遗传信息的生物大分子，在生物体的遗传、变异和蛋白质的生物合成中具有十分重要的作用。
2．结论语句
(1)构成生物体的氨基酸约有20种，20种氨基酸的区别在于R的不同。
(2)在每个氨基酸分子中，至少都含有一个氨基(—NH2)和一个羧基(—COOH)，并且都有一个氨基和一个羧基与同一个碳原子相连接，这个碳原子还分别与一个氢原子、一个侧链基团(R)相连接。
(3)蛋白质多样性的原因是组成肽链的氨基酸在种类、数量、排列顺序上的不同，以及构成蛋白质的肽链在数量和空间结构上的千差万别。
(4)众多的蛋白质参与组成细胞和生物体的各种结构，并具有特定的生理功能(例如：催化、运输、运动、防御和调控等)。
(5)核酸是细胞中最重要的生物大分子之一，含有C、H、O、N、P五种元素，分为脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)两类。
(6)核酸的初步水解产物是核苷酸，彻底水解产物是磷酸、五碳糖和含氮碱基。
(7)DNA分子上的许多片段储存着不同的遗传信息，控制着生物体的形态、结构、生理和行为等多种性状的表达。
(8)在自然界中，有些病毒如禽流感病毒、脊髓灰质炎病毒，其遗传信息直接储存在RNA中。

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