第一单元 第3讲 蛋白质和核酸.docx

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第一单元第3讲蛋白质和核酸

第3讲　蛋白质和核酸

[目标要求]　蛋白质、核酸的结构和功能。

考点一　蛋白质的结构、功能及相关计算

1．组成蛋白质的氨基酸

教材中的隐性知识　源于必修1P30“与社会的联系”：

必需氨基酸成人有8种，巧记为甲（甲硫氨酸）来（赖氨酸）写（缬氨酸）一（异亮氨酸）本（苯丙氨酸）亮（亮氨酸）色（色氨酸）书（苏氨酸）。

婴儿多1种：

组氨酸。

2．蛋白质的合成及其结构层次

（1）二肽的形成过程

①过程a：

脱水缩合（一个氨基酸的氨基和另一个氨基酸的羧基相连接，同时脱去一分子水），物质b：

二肽，结构c：

肽键。

②H2O中H来源于氨基和羧基；O来源于羧基。

（2）蛋白质的结构层次

教材中的隐性知识　

（1）源于必修1P30“图2－11”：

胰岛素由两条肽链构成，通过二硫键（－S－S－）相互结合在一起，其中共含有3个二硫键。

（2）源于必修1P30“正文”：

由于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。

（3）源于必修1P31“图2－12”：

血红蛋白分子是一种由574个氨基酸组成的蛋白质分子，含有4条多肽链。

3．蛋白质的多样性

（1）具有氨基和羧基的化合物，都是构成蛋白质的氨基酸（　×　）

（2）脱水缩合形成的多肽中含有几个肽键就称为几肽（　×　）

（3）氨基酸遇双缩脲试剂呈现紫色反应（　×　）

（4）胰岛素的不同肽链之间通过肽键相连（　×　）

（5）氨基酸的空间结构和种类决定蛋白质的功能（　×　）

（6）蛋白质是生物体主要的能源物质（　×　）

（1）（源于必修1P29“正文”）请叙述氨基酸的结构特点：

每种氨基酸分子至少都含有一个氨基和一个羧基，并且都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上，这个碳原子还连接一个氢原子和一个侧链基团。

（2）（源于必修1P32“与社会的联系”）熟鸡蛋更容易消化的原因是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。

（3）（源于必修1P32“与社会的联系”）蛋白质变性后还可用双缩脲试剂检测吗？

请说明理由。

能。

因为蛋白质变性后空间结构改变，没有破坏氨基酸之间的肽键。

（4）（源于必修1P38“复习与提高”）人的红细胞和心肌细胞的主要成分都是蛋白质，但红细胞主要承担运输氧的作用，心肌细胞承担心脏律动作用，请从蛋白质结构的角度分析红细胞和心肌细胞两种细胞功能不同的主要原因：

蛋白质的功能是由氨基酸种类、数目和排列顺序、多肽链的盘曲、折叠方式及其形成的空间结构决定的。

1．有关蛋白质结构的计算规律

（1）利用蛋白质的结构图解掌握相应的计算规律

结合示意图可得出如下规律（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条链状多肽时）：

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

1

n－1

n－1

na－18（n－1）

m

n－m

n－m

na－18（n－m）

特别提醒　①计算多肽的相对分子质量时，除了考虑水分子的减少外，还要考虑其他化学变化过程，如肽链上出现一个二硫键（—S—S—，由两个—SH脱H形成）时，要再减去2（两个氢原子），若无特殊说明，不考虑二硫键。

②若为环状多肽，则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。

③游离氨基或羧基数＝肽链数＋R基中含有的氨基或羧基数。

（2）利用原子守恒法计算肽链中的原子数：

在一个氨基酸中，若不考虑R基，则含有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。

⑥若已知多肽链的分子式，则此多肽链中：

（3）多肽中除去氨基酸的有关计算

①若除去多肽内部的一个氨基酸，需水解掉两个肽键；若除去多肽一端的一个氨基酸，需水解掉1个肽键。

②每水解1个肽键，则需要1分子水参与，肽键数减少1个，生成物与原多肽相比氧原子增加1个，氢原子增加2个，氨基增加1个，羧基增加1个。

（4）多肽种类的计算题

以21种氨基酸构成四肽的种类为例：

①若每种氨基酸数目不限，可形成四肽的种类有：

214种。

②若每种氨基酸只有一个，可形成四肽的种类有（21×20×19×18）种。

2．常考蛋白质的分布和功能

考向一　氨基酸的结构和种类

1.如图为氨基酸分子的结构通式，下列叙述正确的是（　　）

A．结构④在所有生物体内均有21种

B．氨基酸脱水缩合产生水，水中的氢来自②和③

C．结构④中含有的氨基或羧基一般不参与脱水缩合

D．生物体内n个氨基酸形成一条多肽链脱去n个水

答案　C

解析　氨基酸的种类由R基决定，R基约有21种，所以氨基酸的种类约有21种，但并不是所有的生物体内均有21种，A错误；氨基酸脱水缩合产生水，水中的氢来自一个氨基酸的①氨基和另一个氨基酸的③羧基，B错误；n个氨基酸形成一条多肽链脱去（n－1）个水，D错误。

2．下列关于人体氨基酸的叙述，正确的是（　　）

A．氨基酸是胰岛素等各种激素分子的基本单位

B．不同氨基酸的R基一定不同

C．酪氨酸缺乏是人患白化病的根本原因

D．非必需氨基酸的合成与基因的功能无关

答案　B

解析　部分激素不是蛋白质（如性激素），它们的基本组成单位不是氨基酸，A错误；人患白化病的根本原因是基因突变，C错误；非必需氨基酸的合成与基因的功能有关，D错误。

考向二　蛋白质的相关计算与分析

3．有一条直链多肽，分子式为C69H121O21N25S，将它彻底水解后，只得到下列四种氨基酸，则该多肽的肽键数为（　　）

A．19B．20C．23D．25

答案　A

解析　假设水解得到的氨基酸个数为n，则该直链多肽合成时脱去的水分子数目为n－1。

图示四种氨基酸都只含有一个羧基，每个羧基含2个氧原子，则该多肽链中的氧原子数目＝氨基酸数目×2－脱去的水分子数，即21＝2n－（n－1），计算可得n＝20，所以肽键数＝20－1＝19，A正确。

4．（2020·河南林州一中高三模拟）某蛋白质的结构示意图如图，其中“—S—S—”表示连接两条相邻肽链的二硫键。

若该蛋白质由m个氨基酸构成，则该蛋白质分子在形成时生成的水分子数和减少的相对分子质量分别为（　　）

A．m个　18m

B．（m－4）个　18（m－4）

C．（m－3）个　18（m－3）＋4

D．（m－2）个　18（m－2）＋4

答案　D

解析　根据题意和图示分析可知：

该蛋白质分子由三条肽链构成，且有一条是环状的，所以失去的水分子数＝m－2。

因为该蛋白质分子中含有两个“—S—S—”，所以在形成蛋白质时失去4个H。

因此，形成一个该蛋白质分子时减少的相对分子质量为18（m－2）＋4。

5．下图为由50个氨基酸形成的多肽示意图，其中含有4个丙氨酸（R基为—CH3）。

现脱掉其中的丙氨酸，得到4条多肽链和5个氨基酸（脱下的氨基酸均以游离态正常存在），请回答下列问题：

（1）水解得到的几种有机物比原五十肽增加了个氧原子。

（2）新生成的4条多肽链至少含有个游离的羧基，若将这4条多肽链重新连接成一条长链，则将脱去分子H2O。

（3）若将得到的5个氨基酸缩合成五肽，则有种不同的氨基酸序列。

答案　

（1）8　

（2）4　3　（3）5

解析　

（1）据题图分析可知，每脱掉1个丙氨酸需要破坏2个肽键，脱掉4个丙氨酸共破坏了8个肽键，则有8分子水参与，故该五十肽水解得到的几种有机物比原五十肽增加了8个氧原子。

（2）每条肽链中至少含有1个游离的氨基和1个游离的羧基，故新生成的4条多肽链至少含有4个游离的羧基，若将新生成的4条多肽链重新连接成一条长链，需要形成3个肽键，脱去3分子水。

（3）得到的5个氨基酸，其中有4个是丙氨酸，故将这5个氨基酸缩合成五肽，可有5种不同的氨基酸序列。

考向三　蛋白质分子结构与功能的分析

6．（2020·陕西高三质检）蛋白质是生命活动的主要承担者，下列相关叙述错误的是（　　）

A．蛋白质发生水解时，H2O参与氨基和羧基的形成

B．加热变性蛋白质不会与双缩脲试剂发生显色反应

C．多肽链的数目及盘曲、折叠方式均可影响蛋白质的结构

D．细胞中的蛋白质可参与运输、催化、免疫、调节等多种功能

答案　B

解析　细胞内的蛋白质是由氨基酸经脱水缩合形成的，氨基酸脱水缩合过程中形成的H2O来自氨基和羧基，相反，蛋白质发生水解时，H2O参与氨基和羧基的形成，A正确；蛋白质在高温下变性后，其空间结构发生改变，但肽键没有断裂，因此仍能与双缩脲试剂发生反应呈紫色，B错误；多肽链的数目及盘曲、折叠方式不同是蛋白质多样性的原因之一，所以多肽链的数目及盘曲、折叠方式均可影响蛋白质的结构，C正确。

归纳总结　巧用“一、二、三、四、五”助记蛋白质的结构与功能

7．蛋白质是生命活动的主要承担者，下列相关叙述错误的是（　　）

A．蛋白质是染色体的重要组成成分，但不是染色体中遗传信息的携带者

B．细胞膜的功能与膜蛋白的种类有关，与蛋白质的数量无关

C．蛋白质纤维组成的细胞骨架与信息传递等生命活动相关

D．蛋白质结构的多样性决定了功能的多样性

答案　B

解析　染色体主要由蛋白质和DNA组成，其中DNA携带遗传信息，A正确；一般来说，细胞膜的功能越复杂，蛋白质的种类和数量越多，B错误；细胞骨架是由蛋白质纤维组成的网架结构，与细胞运动、分裂、分化以及物质运输、能量转换、信息传递等生命活动密切相关，C正确；蛋白质结构的多样性决定了功能的多样性，D正确。

考点二　核酸的组成、结构与功能

1．核酸的结构层次

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

3．核酸的功能与分布

4．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4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分子具有多样性。

注：

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遗传信息。

5．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

单糖

蛋白质

氨基酸

核酸

核苷酸

6.大分子物质的初步水解产物和彻底水解产物

物质

初步水解产物

彻底水解产物

DNA

脱氧核苷酸

脱氧核糖、碱基、磷酸

RNA

核糖核苷酸

核糖、碱基、磷酸

蛋白质

多肽

氨基酸

淀粉

麦芽糖

葡萄糖

（1）DNA的两条脱氧核苷酸链之间通过磷酸二酯键连接（　×　）

（2）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（　×　）

（3）细胞中的DNA一定有氢键，RNA一定没有氢键（　×　）

（4）同一生物体的不同细胞中，DNA基本相同，RNA不完全相同（　√　）

（5）只有细胞内的核酸才是携带遗传信息的物质（　×　）

（6）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（　×　）

（7）真核生物以DNA为遗传物质，原核生物以RNA为遗传物质（　×　）

（8）大肠杆菌体内既有DNA，又有RNA，但以DNA作为遗传物质（　√