高考生物一轮复习：第一单元 细胞的分子组成和结构（4）细胞中的蛋白质和核酸（超级讲义）

第一单元 细胞的分子组成和结构

（4）细胞中的蛋白质和核酸

【考点梳理】

         典例1

蛋白质是生命的物质基础，是生命活动的主要承担者，机体中的每一个细胞和所有重要组成部分都有蛋白质的参与。下列有关蛋白质的叙述错误的是（   ）

A.蛋白质分子上氨基酸的序列和由此形成的空间结构构成了蛋白质结构的多样性

B.蛋白质可与糖类结合，分布于细胞膜外，在物质运输及细胞识别中起决定性作用

C.蛋白质与DNA结合形成的复合物在某些细胞中可以进行形态的变化，也可以进行复制

D.真核生物的细胞骨架是由蛋白质构成的网架结构，与细胞的运动、分裂、分化有关

答案：B

解析：蛋白质分子上氨基酸的序列和肽链的盘曲、折叠方式及其形成的空间结构构成了蛋白质结构的多样性；蛋白质可与糖类结合形成糖蛋白，分布于细胞膜外，糖蛋白与细胞表面的识别有密切关系：蛋白质与DNA结合形成染色体，在某些细胞种可以进行形态的变化，也可以进行复制；真核生物的细胞骨架是由蛋白质构成的网架结构，与细胞的运动、分裂、分化有关。

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蛋白质的结构及功能

1.蛋白质的基本组成单位——氨基酸

（1）种类：组成蛋白质的氨基酸大约有21种。

必需氨基酸：必须从外界环境中直接获取；

非必需氨基酸：可在人体细胞合成也可从外界环境中获取。

（2）氨基酸分子的结构通式：

（3）氨基酸的结构特点

①数量关系：至少都含有一个氨基和一个羧基。

②位置关系：都有一个氨基和一个羧基连接在同一碳原子上。

③各种氨基酸之间的区别在于R基的不同。

2.氨基酸的脱水缩合

（1）概念：一个氨基酸分子的氨基（—NH2）与另一个氨基酸分子的羧基（—COOH）相连接，同时脱去1分子水。

（2）过程

①过程a的名称：脱水缩合，脱去的水中，氢来自氨基和羧基，氧来自羧基。

②结构b的名称：肽键，结构简式为-CO-NH-。

③化合物c的名称：二肽，即由2个氨基酸脱水缩合形成的化合物。

3.蛋白质的结构层次

4.蛋白质的结构多样性

（1）氨基酸方面：氨基酸的种类、数量、排列顺序不同。

（2）肽链方面：肽链的盘曲、折叠方式及其形成的空间结构千差万别。

5.蛋白质的功能

（1）结构蛋白：构成细胞和生物体结构的重要物质，如人和动物肌肉的主要组成物质是蛋白质。

（2）功能蛋白：

催化功能：有些蛋白质能催化细胞内的各种化学反应，如绝大多数酶；

运输功能：有些蛋白质具有运输的功能，如细胞膜上的载体蛋白、红细胞中的血红蛋白等；

信息传递功能：有些蛋白质有信息传递作用，能够调节机体的生命活动，如胰岛素；

免疫功能：有些蛋白质有免疫功能，如抗体。

6.蛋白质的检测

（1）实验原理：

蛋白质（含肽键）+双缩脲试剂→紫色。

（2）实验材料：最好选择富含蛋白质的生物组织（或器官），如大豆、鸡蛋清等。如果选用鸡蛋清为实验材料最好稀释10倍以上，否则实验后会黏附在试管壁上，使实验反应不彻底，同时导致试管不易清洗。

（3）实验步骤

（4）注意事项：

①若用大豆作材料，必须提前浸泡；若用蛋清作材料，必须稀释，以防止其黏在试管壁上不易刷洗。

②双缩脲试剂使用时，应先加试剂A液（质量浓度为O.1g/mL的NaOH溶液）1mL，形成碱性的反应环境，再加试剂B液（质量浓度为0.01g/mL的CuSO4溶液）4滴，注意不能过量，否则，多余的CuSO4在碱性环境中会生成Cu（OH）2蓝色沉淀影响实验结果。

         例题练习

1.某兴趣小组采用两种途径处理鸡蛋清溶液，过程如图所示。有关叙述正确的是（   ）

        

A.在溶解后产生的溶液中分别加入双缩脲试剂，都会变成紫色

B.①②所依据的原理不同，过程②破坏了蛋白质的肽键

C.③④所依据的原理不同，过程③破坏了蛋白质的空间结构和肽键

D.过程②产生的蛋白块也可以用③的方法进行溶解

答案：A

解析：本题考查蛋白质的相关知识。经图中两种途径处理鸡蛋清溶液，在溶解后产生的溶液中仍然具有肽键，因此加入双缩脲试剂后都能产生紫色反应，A正确；过程①②所依据的原理不同，过程②的原理是高温使蛋白质变性，蛋白质的空间结构被破坏，但肽键并没有断裂，B错误；过程③没有改变蛋白质的空间结构，过程④利用蛋白酶破坏了蛋白质的空间结构和肽键，C错误；过程②产生的蛋白块中蛋白质已经变性，用过程③的方法不能将其溶解，D错误。

（多选题）2.每一种蛋白质都有特定的生物学功能，这由它们特定的结构决定，如肌红蛋白是哺乳动物肌肉中储存和分配氧的蛋白质，潜水哺乳类如鲸、海豹和海豚的肌肉中肌红蛋白含量特别丰富，使这些动物能长时间地潜在水下。下列有关蛋白质功能的叙述正确的是（   ）

A.有些蛋白质有运输功能，如脊椎动物红细胞里的血红蛋白能运输氧气

B.抗体在人体抵御病菌和病毒等抗原的侵害方面有重要作用，抗体的化学本质是蛋白质

C.有些蛋白质能够调节机体的生命活动，如胰岛素

D.细胞中的化学反应离不开酶的催化，而大多数酶是蛋白质

答案：ABCD

解析：脊椎动物红细胞里的血红蛋白能运输氧气，体现了蛋白质的运输功能，A正确；人体内的抗体是蛋白质，可以帮助人体抵御病菌和病毒等抗原的侵害，体现了蛋白质的免疫功能，B正确；有些蛋白质能够调节机体的生命活动，如胰岛素，C正确；细胞中的化学反应离不开酶的催化，绝大多数酶是蛋白质，D正确。

典例2

二硫键—S—S—是蛋白质中连接两条肽链之间的一种化学键。如图是由280个氨基酸组成的某蛋白质的结构图，对其叙述正确的是（   ）

A.该蛋白质至少有2个游离的羧基

B.形成该蛋白质的过程中脱去了277个水分子

C.该蛋白质至少有280个氨基

D.该蛋白质的功能由氨基酸的数量、种类、排列顺序三方面决定

答案：A

解析：该蛋白质由3条肽链组成，其中有两条是链状肽链，每条链状肽链至少含有一个羧基，因此该蛋白质分子至少含有2个游离的羧基，A正确；该蛋白质合成时脱去水分子数目=280-2=278，B错误；该蛋白质由3条肽链组成，其中有两条是链状肽链，每条链状肽链至少含有一个氨基，因此该蛋白质分子至少含有2个氨基，C错误；该蛋白质的功能由氨基酸的数量、种类、排列顺序和肽链的空间结构四方面决定，D错误。

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蛋白质的相关计算

1.蛋白质的相对分子质量、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（对于环肽来说，肽键数=氨基酸数）；

（2）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-脱去水分子数×18（若有p个二硫键生成，则还应减去2p）。

2.蛋白质中游离氨基或羧基数的计算

（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=肽链数+R基中含有的氨基或羧基数；

（3）环肽中游离氨基或羧基数取决于构成环肽的氨基酸的R基中的氨基或羧基数。

3.蛋白质中原子数目的计算

（1）氮原子数=肽键数+肽链数+R基上的氮原子数=各氨基酸中氮原子数之和；

（2）氧原子数=肽键数+2×肽链数+R基上的氧原子数=各氨基酸中氧原子数之和-脱去水分子数；

（3）氢原子数=各氨基酸中氢原子数之和-脱去水分子数×2（若有p个二硫键生成，则还应减去2p）。

4.氨基酸的排列与多肽种类的计算

（1）假如有足量的n种氨基酸形成一个m肽，则形成链状多肽的种类有nm种。

（2）假如有n种氨基酸形成一个n肽，且每种氨基酸只有一个，则形成链状n肽的种类有n×（n-1）×（n-2）×…×1=n！种。

         例题练习

1.某多肽化合物M可被水解成1个五肽、2个三肽、3个四肽、4个二肽，下列有关分析错误的是（   ）

A.这些短肽中至少共含有10个氨基 

B.这些短肽中共含有21个肽键

C.这些短肽中至少共含有62个氧原子

D.多肽化合物M中共含有31个氨基酸

答案：C

解析：多肽化合物M水解后生成10条短肽，每条肽链上至少含有1个氨基，故这些短肽中至少共含有10个氨基，A正确；10个短肽中共含有31个氨基酸，因此所含肽键数为氨基酸数–肽链条数=31–10=21（个），B、D正确；每个氨基酸中至少含有2个氧原子，31个氨基酸至少含有62个氧原子，这些短肽中共含有21个肽键，需脱去21个水分子，则这些短肽中至少含有62-21=41（个）氧原子，C错误。

（多选题）2.阿胶被称为“中药三宝”之一，是以驴皮为主要原材料熬制而成的，呈暗红的凝胶状，因含有大量的胶原蛋白，对贫血、营养不良等有明显的疗效。下列有关分析不正确的是（   ）

A.阿胶能用于治疗贫血、营养不良等症状是因为阿胶中含有Fe、Zn、Ca等微量元素，并能为人体提供多种必需氨基酸

B.由驴皮熬制出来的阿胶呈凝胶状，说明驴皮细胞内含量最多的化合物是蛋白质

C.驴体内的蛋白质功能的多样性直接取决于氨基酸的种类、数目及其排列顺序

D.驴皮细胞内的某种蛋白质含有n条肽链，由m个氨基酸参与合成，则该蛋白质至少含有m+n个氧原子

答案：ABC

解析：Ca属于大量元素，不属于微量元素，A错误；活细胞中含量最多的化合物是水，蛋白质是细胞中含量最多的有机物，B错误；驴体内的蛋白质功能的多样性直接取决于蛋白质空间结构的多样性，C错误；该蛋白质至少含有氧原子的个数=肽键中的氧原子数+每条肽链末端游离的羧基中的氧原子数=（m-n）+2n=m+n（个），D正确。

典例3

如图为核苷酸的模式图，下列相关说法正确的是（   ）

A.DNA与RNA的不同点只体现在②处 B.若②为核糖，则③可以是胸腺嘧啶

C.在T2噬菌体中核苷酸共有8种 D.人体内的③有5种，②有2种

答案：D

解析：图中①②③分别是磷酸、五碳糖、含氮碱基。DNA与RNA的不同点体现在②③两处，A错误；若②为核糖，则③可以是A、U、C、G，但是不可能是T（胸腺嘧啶），B错误；T2噬菌体是DNA病毒，只含有一种核酸，4种核苷酸，C错误；人体内有2种核酸，故有2种核糖，5种碱基，D正确。

         考点链接

核酸的分布、种类、结构和功能

1.核酸的分布：真核细胞的DNA主要分布在细胞核中，线粒体和叶绿体内也含有少量的DNA。原核细胞中的DNA主要分布在拟核中，RNA主要分布在细胞质中。

2.种类：一类是脱氧核糖核酸，简称DNA；另一类是核糖核酸，简称RNA。

3.核酸结构

（1）核酸基本单位——核苷酸

①核苷酸分子组成

一分子核苷酸由一分子含氮碱基、一分子五碳糖（NA中五碳糖为脱氧核糖，RNA中五碳糖为核糖）和一分子磷酸组成。

②核苷酸种类

根据五碳糖不同分为

（2）核苷酸形成核酸过程

（3）核酸的结构层次

4.核酸的功能

（1）细胞内携带遗传信息的物质。

（2）在生物体的遗传、变异和蛋白质的生物合成中具有极其重要的作用。

5.核酸的多样性

（1）原因：组成核酸的核苷酸的数目不同和排列顺序的多样化。

（2）遗传信息的储存

①绝大多数生物的遗传信息储存在DNA分子中。

②少数病毒的遗传信息储存在RNA中，如HIV、SARS病毒。

         例题练习

1.下列有关核酸的叙述，正确的是（   ）

A.细胞生物都有DNA和RNA两类核酸，遗传物质都是DNA

B.核酸分子中嘌呤数等于嘧啶数，碱基之间通过氢键形成碱基对

C.真核细胞的RNA主要分布在细胞核中，可被吡罗红染成红色

D.核酸的基本单位是脱氧核苷酸，组成元素是C、H、O、N、P

答案：A

解析：由细胞构成的生物都含有DNA和RNA两类核酸，遗传物质都是DNA，A项正确；核酸包括DNA和RNA两种，其中RNA分子一般是单链的，其嘌呤数一般不等于嘧啶数，B项错误；真核细胞的RNA主要分布在细胞质中，可被吡罗红染成红色，C项错误；核酸包括DNA和RNA，其基本单位分别是脱氧核苷酸和核糖核苷酸，组成元素是C、H、O、N、P，D项错误。

（多选题）2.下列关于核酸的叙述，错误的是（   ）

A.核酸分子多样性取决于核酸中核苷酸的数量和排列顺序

B.RNA具有传递信息、催化反应、转运物质等功能

C.双链DNA分子的每个脱氧核糖上均连着一个磷酸和一个碱基

D.叶绿体与线粒体中含有三种RNA

答案：AC

解析：核酸中核苷酸的数量及排列顺序决定了核酸分子的多样性，A正确；RNA中的mRNA可以传递遗传信息，某些RNA具有生物催化功能，tRNA具有转运氨基酸的功能，B正确；双链DNA分子中，大部分脱氧核糖连着两个磷酸，C错误；叶绿体和线粒体中可以进行基因的表达，因此含有rRNA、mRNA、tRNA，D正确。

【要点突破】

一、蛋白质的变性、盐析和水解

1.变性

蛋白质分子的空间结构不是很稳定，在重金属盐（汞盐、银盐、铜盐）、强酸、强碱、乙醇、尿素等的作用下，或高温（70℃以上）或在X射线、紫外线等的作用下，其空间结构发生改变和被破坏，导致蛋白质变性，使蛋白质的生物活性降低甚至完全丧失。在发生变性的过程中，不发生肽键的断裂，而发生二硫键等次级键断裂，导致蛋白质的空间结构的破坏，使肽链从有序的卷曲、折叠状态变为松散无序的状态。蛋白质变性后溶解度降低，失去结晶能力，并形成沉淀。蛋白质的变性具有不可逆性。

2.盐析

蛋白质在某些盐溶液（氯化钠、硫酸铵等）中溶解度降低而以沉淀的形式析出，析出的沉淀还能溶解在清水中（可逆），如蛋清在氯化钠溶液中的盐析和加水溶解现象。在盐析过程中，蛋白质的空间结构不被破坏，肽键及二硫键都没有改变，仍然保留生物活性，盐析只不过是蛋白质的溶解度降低，若适当加水稀释，溶液的浓度降低后蛋白质可重新溶解，活性不变。

3.水解和彻底水解

蛋白质的初步水解产物：短肽

蛋白质的彻底水解产物：氨基酸

二、核酸控制蛋白质的合成

1.核酸和蛋白质之间的联系

2.DNA多样性与蛋白质多样性的关系

易错辨析

1.多肽≠蛋白质：在核糖体上合成的是多肽，而不是蛋白质，多肽必须经加工后，才能形成具有一定空间结构和特定功能的蛋白质。

2. 核酸是多聚体，核苷酸是组成核酸的单体。