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第3讲　蛋白质和核酸
课标
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。
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。
考情
分析 1.蛋白质的结构和功能
2.核酸及生物大分子
考点一
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
必备知识·梳理
落实概念·夯实基础
C、H、O、N
一个氨基
一个羧基
同一个碳原子上
非必需氨基酸
必需氨基酸
提醒　组成蛋白质的氨基酸的元素组成中,除了C、H、O、N,有的还含有S等。各种氨基酸之间的区别在于R基的不同。
1.(必修1 P28问题探讨)用胶原蛋白制成的手术缝合线可以不用拆线,其原理是 。
细读教材
胶原蛋白能被分解为人体可以吸收的氨基酸
2.蛋白质的合成及结构层次
(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分子构成就称为几肽。
②H2O中各元素的来源:H来自 ,O来自 。
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 上。
氨基和羧基
羧基
R基
(2)蛋白质的结构层次。
多肽
3.蛋白质结构多样性与功能多样性
种类
排列顺序
空间结构
酶
血红蛋白
抗体
2.(必修1 P28图2-8拓展)抗体和头发的主要成分均为蛋白质,但功能却相差极大,请从氨基酸角度分析,原因是
。
3.(必修1 P32与社会的联系)蛋白质变性是指蛋白质在某些物理和化学因素作用下其 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。
4.(必修1 P32图2-13)结合镰状细胞贫血的致病原理说明蛋白质结构与功能的关系:
。
细读教材
组成抗体和头发的氨基酸的种类、数量
和排列顺序不同
特定的空间构象
每一种蛋白质分子都有与它所承担功能相适应的独特结构,如果
氨基酸序列改变或蛋白质的空间结构改变,就可能会影响其功能
【判断正误】
(1)(2025·重庆卷,3改编)能量胶不含蛋白质是因为它不能为机体提供能量。
(　　)
×
【提示】 蛋白质可供能,但蛋白质主要参与结构构建。
(2)(2025·江苏卷,1)蛋白质和淀粉都是细胞内的主要储能物质。(　　)
×
【提示】 淀粉是植物细胞内的主要储能物质,但蛋白质不是细胞内的主要储能物质。
(3)(2024·天津卷,5)氨基酸是化学合成胰岛素的原料。(　　)
√
考向1　围绕蛋白质的结构与功能,考查生命观念
1.(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
核心考向·突破
把握方向·训练到位
【解析】 蛋白质的基本单位是氨基酸,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。单体连接方式相同,均是氨基酸之间脱水缩合形成肽键。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。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。
2.(2025·黑龙江哈尔滨模拟)鸡蛋中含有丰富的优质蛋白,如卵清蛋白、卵球蛋白,卵清蛋白和卵球蛋白由多条肽链组成,其中卵清蛋白中含有疏水的亮氨酸、亲水的赖氨酸等。下列相关叙述正确的是(　　)
A.亮氨酸与赖氨酸的结构差异取决于R基的不同
B.高温使鸡蛋中的蛋白质发生变性,会降低鸡蛋的营养价值
C.蛋白质中氨基酸之间只通过肽键相互连接
D.卵清蛋白的氮元素主要存在于氨基中
A
【解析】 各种氨基酸之间的区别在于R基的不同,所以亮氨酸与赖氨酸的结构区别在于R基的不同;高温会使鸡蛋中的蛋白质发生变性,但不改变氨基酸的种类,不影响营养价值;许多蛋白质分子都含有两条或多条肽链,一条肽链上的氨基酸之间通过肽键连接,不同肽链氨基酸之间通过一定的化学键(如二硫键)连接;卵清蛋白的氮元素主要存在于—CO—NH—中。
明辨蛋白质的盐析、变性和水解
(1)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,盐析具有可逆性。
(2)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,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:在蛋白酶等作用下,肽键断裂,蛋白质分解为短肽或氨基酸。水解和脱水缩合的过程相反。
归纳总结
考向2　围绕蛋白质的结构与相关计算,考查科学思维
3.(2025·江苏南通二模)GLUT4是细胞膜上的一种葡萄糖转运蛋白,它是由509个氨基酸组成的一条多肽链,其数量受胰岛素调节。相关叙述正确的是
(　　)
A.GLUT4的组成元素只含C、H、O
B.一个GLUT4分子含有509个肽键
C.GLUT4的跨膜区域含有多个疏水性氨基酸
D.胰岛素分泌增加时,膜上GLUT4的数量会减少
C
【解析】 蛋白质的基本组成元素是C、H、O、N,有的还含有S等元素。GLUT4是一种蛋白质,因此其组成元素除了C、H、O外,还含有N等元素;肽键数=氨基酸数-肽链数。已知GLUT4是由509个氨基酸组成的一条多肽链,那么它含有的肽键数为509-1=508(个);GLUT4是细胞膜上的一种葡萄糖转运蛋白,细胞膜的基本支架是磷脂双分子层,磷脂分子的尾部是疏水的脂肪酸链。为了使GLUT4能够稳定地镶嵌在细胞膜中,其跨膜区域含有多个疏水性氨基酸,这些疏水性氨基酸可以与磷脂分子的疏水尾部相互作用,从而维持GLUT4在膜上的稳定性;胰岛素可以促进血糖进入组织细胞进行氧化分解,GLUT4是细胞膜上的一种葡萄糖转运蛋白,胰岛素能促进GLUT4从细胞内囊泡转移到细胞膜上,从而增加细胞膜上GLUT4的数量,加快细胞对葡萄糖的摄取。
蛋白质的相关计算
(1)蛋白质中游离氨基或羧基数目的计算。
①至少含有的游离氨基或羧基数=肽链数。
②游离氨基或羧基数目=肽链数+R基中含有的氨基或羧基数。
(2)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。
知识拓展
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(不考虑形成二硫键)。
知识拓展
肽链
数目 氨基
酸数 肽键
数目 脱去水
分子数 蛋白质相对分子质量 氨基(羧
基)数目
1条 m m-1 m-1 am-18(m-1) 至少1个
n条 m m-n m-n am-18(m-n) 至少n个
注:假设氨基酸平均相对分子质量为a。
考点二
核酸的种类、结构和功能
1.核酸的结构层次及种类
必备知识·梳理
落实概念·夯实基础
C、H、O、N、P
五碳糖
2
含氮碱基
脱氧核糖核苷酸
核糖核苷酸
核糖核酸
脱氧核糖核酸
2.核酸的功能与分布
遗传信息
拟核
3.生物大分子以碳链为基本骨架
单体(基本单位) 多聚体(生物大分子)。
单体 多聚体
多糖
蛋白质
核苷酸
单糖
氨基酸
核酸
4.“四看法”判断细胞内的有机物或结构
脂肪
核酸
糖类
脂肪
蛋白质
核酸
染色体(质)
核糖体
(必修1 P36拓展应用延伸)核酸保健品不会真的保健,其原因是什么
细读教材
【提示】 核酸属于生物大分子,生物大分子都要被消化成细胞可吸收的小分子才能被人体吸收,这些小分子在人体细胞内重新合成新的大分子物质发挥作用。
【判断正误】
(1)(2025·浙江1月选考,13)烟草叶肉细胞的遗传物质水解后可产生4种脱氧核苷酸。(　　)
(2)(2024·贵州卷,16)rRNA彻底水解的产物是碱基、核糖、磷酸。(　　)
(3)(2021·福建卷,3)DNA指纹技术运用了个体遗传信息的特异性。(　　)
√
√
√
考向3　围绕核酸的结构与功能,考查生命观念
4.(2025·江西上饶一模)流行性出血热是由汉坦病毒(一种RNA病毒)引起的以鼠类为主要传染源的自然疫源性疾病。下图甲、乙、丙是构成人类患者、鼠类、汉坦病毒核酸的两种核苷酸及它们形成的核苷酸单链(N表示某种碱基)。下列有关叙述正确的是(　　)
A.鼠类细胞中A、T、U、C这四种碱基最多
可以组成甲、乙共5种
B.若丙中N为T,则丙中磷酸分子数=核糖数=碱基数
C.若丙中N为U,则不可储存遗传信息
D.人类患者、鼠类、汉坦病毒这三种生物的核苷酸种类依次是8、8、4
核心考向·突破
把握方向·训练到位
D
【解析】 图甲表示脱氧核苷酸,图乙表示核糖核苷酸,鼠类细胞中含有DNA和RNA,A、U、C、T分别参与构成2、1、2、1种核苷酸,共构成6种;T是DNA特有的碱基,若丙中N为T,则丙中磷酸分子数=脱氧核糖数=碱基数;若丙中N为U,则丙为RNA,RNA病毒的遗传信息储存在RNA中,如汉坦病毒;人类患者、鼠类的细胞中含有DNA和RNA,含有8种核苷酸,汉坦病毒只含有RNA,只有4种核苷酸。
1.DNA与RNA组成成分上的异同
归纳总结
2.不同生物的核酸、核苷酸、碱基、遗传物质的归纳
归纳总结
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NA 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
考向4　结合细胞内的生物大分子,考查生命观念
5.(2023·全国乙卷,1改编)生物体内参与生命活动的生物大分子可由单体聚合而成,构成蛋白质等生物大分子的单体和连接键以及检测生物大分子的试剂等信息如下表。
单体 连接键 生物大分子 检测试剂或染色剂
葡萄糖 — ① —
② ③ 蛋白质 ④
⑤ — 核酸 ⑥
根据表中信息,下列叙述错误的是(　　)
A.①可以是淀粉、糖原或纤维素
B.③是肽键,④是斐林试剂,⑤是碱基
C.②和⑤都含有C、H、O、N元素
D.若⑤是脱氧核苷酸,则⑥可以是二苯胺试剂
B
【解析】 葡萄糖是淀粉、糖原和纤维素的组成单体,故①可以是淀粉、糖原或纤维素;蛋白质是由单体②氨基酸通过脱水缩合形成的,③为肽键,④为检测蛋白质的双缩脲试剂,核酸的单体是核苷酸,故⑤是核苷酸;②氨基酸的基本组成元素是C、H、O、N,⑤核苷酸的元素组成是C、H、O、N、P;若⑤是脱氧核苷酸,则生物大分子核酸是DNA,DNA可用二苯胺试剂进行鉴定。
演练真题·感悟高考
1.(2025·河北卷,3)下列对生物体有机物的相关叙述,错误的是(　　)
A.纤维素、淀粉酶和核酸的组成元素中都有C、H和O
B.糖原、蛋白质和脂肪都是由单体连接成的多聚体
C.多肽链和核酸单链可在链内形成氢键
D.多糖、蛋白质和固醇可参与组成细胞结构
B
【解析】 纤维素属于糖类,组成元素是C、H、O,淀粉酶是蛋白质,组成元素主要是C、H、O、N,核酸的组成元素是C、H、O、N、P,它们的组成元素中都有C、H、O;糖原是多糖,由葡萄糖单体连接成多聚体,蛋白质由氨基酸单体连接成多聚体,但脂肪不是多聚体,它是由甘油和脂肪酸组成的;多肽链盘曲折叠时氨基酸间可形成氢键,有助于形成特定的结构,核酸单链折叠时内部有碱基互补配对情况,可形成氢键;多糖如纤维素是植物细胞壁的组成成分,蛋白质是细胞膜、细胞质等结构的重要组成成分,固醇中的胆固醇是动物细胞膜的组成成分。
2.(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
【解析】 不同DNA分子的元素组成都是C、H、O、N、P,所含核苷酸种类只有4种,空间结构都是规则的双螺旋结构;“尼安德特人”与现代人的DNA碱基序列有相似部分,证明“尼安德特人”与现代人是近亲。
3.(2024·海南卷,1)海南黎锦是非物质文化遗产,其染料主要来源于植物。DNA条形码技术可利用DNA条形码序列(细胞内一段特定的DNA序列)准确鉴定出染料植物的种类。下列有关叙述正确的是(　　)
A.不同染料植物的DNA均含有元素C、H、O、N、S
B.DNA条形码序列由核糖核苷酸连接而成
C.染料植物的DNA条形码序列仅存在于细胞核中
D.DNA条形码技术鉴定染料植物的依据是不同物种的DNA条形码序列
不同
D
【解析】 不同染料植物的DNA均含有元素C、H、O、N、P,不含S;DNA条形码序列由脱氧核苷酸连接而成;染料植物的DNA条形码序列主要存在于细胞核中,少部分存在于细胞质;不同DNA的区别在于碱基排列顺序不同, DNA条形码技术鉴定染料植物的依据是不同物种的DNA条形码序列不同。
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
【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”; Ca2+不是钙调蛋白的基本组成单位,钙调蛋白的基本组成单位是氨基酸;氨基酸之间能够形成氢键等,从而使得肽链能够盘曲、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;钙调蛋白结合Ca2+后,空间结构可能发生变化,以进一步发挥其生理效应。

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