高考生物一轮复习第一单元走近细胞及组成细胞的分子第3讲蛋白质和核酸课件 56页

走近细胞及组成细胞的分子 第一单元 第 3 讲 蛋白质和核酸 等级考 (2017 级 ) 课标要求 内容标准 活动要求 1 ．概述蛋白质的结构和功能。 2 ．概述核酸的结构和功能。 1 ． 组成蛋白质的氨基酸元素、结构与种类 考点一　蛋白质的结构与功能 C 、 H 、 O 、 N 　 氨基 　 羧基 　 非必需氨基酸　 　 必需氨基酸 　 2 ． 蛋白质的合成及其结构、功能的多样性 (1) 二肽的形成过程 ①过程 a ： __________ ，物质 b ： ______ ，结构 c ： ______ 。 ② H 2 O 中 H 来源于 ____________ ； O 来源于 ______ 。 脱水缩合 　 二肽 　 肽键 　 氨基和羧基 　 羧基 　 (2) 蛋白质的形成过程 3 ． 蛋白质结构与功能的多样性 种类 　 排列顺序 　 空间结构 　 酶 　 血红蛋白 　 抗体 　 [ 归纳整合 ] 1 ． “ 两看法 ” 判断组成蛋白质的氨基酸 2 ． 图解识记蛋白质脱水缩合的过程 (1) 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；其余的氨基和羧基在 R 基上。 (2)H 2 O 中的 H 来自 — COOH 和 — NH 2 ，而 O 只来自 — COOH 。 (3) 参与脱水缩合的分别是两个氨基酸中与中心碳原子相连的氨基和羧基，而不是 R 基中的氨基和羧基。 3 ． 蛋白质的盐析、变性和水解辨析 (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。 (2) 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，丧失了生物活性，但是肽键一般不断裂。 (3) 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。 [ 思维探究 ] 下图表示蛋白质的结构层次示意图，思考相关问题： (1) 组成蛋白质的化学元素中通常含有 S ， S 元素在 b 中存在于哪部分？ 提示： 存在于 b 的 R 基中。 (2)① 过程形成的化学键的分子式是 ________________________________ ，发生场所是在细胞中的 ________ 上。 (3) 若该蛋白质是胰岛素，那么②发生的场所是哪里？ 提示： 由多肽到成熟分泌蛋白的形成发生在内质网和高尔基体中。 (4) 图中③和④分别是什么过程？有何区别？ 提示： ③是变性的过程，蛋白质的空间结构丧失；④是水解的过程，蛋白质中肽键断裂。 —NH—CO— 或 —CO—NH— 　 核糖体 　 [ 教材深挖 ] 1 ． ( 教材必修 1P 21 “ 与生活的联系 ” ) 评价食物中蛋白质成分营养价值时，应特别关注什么？ 提示： 必需氨基酸的种类和含量。 2 ． ( 教材必修 1P 23 “ 知识链接 ” ) 说出遗传信息决定蛋白质中氨基酸排列顺序的两个重要步骤。 提示： 转录和翻译。 3 ． ( 教材必修 1P 24 ～ 25 “ 科学史话 ” ) 中国摘取人工合成蛋白质桂冠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。 命题点一　蛋白质的结构与功能分析 1 ． (2018 · 全国卷 Ⅱ ， T1) 下列关于人体中蛋白质功能的叙述，错误的是 ( 　　 ) A ．浆细胞产生的抗体可结合相应的病毒抗原 B ．肌细胞中的某些蛋白质参与肌肉收缩的过程 C ．蛋白质结合 Mg 2 ＋ 形成的血红蛋白参与 O 2 运输 D ．细胞核中某些蛋白质是染色体的重要组成成分 C 　 解析 　 A 对：浆细胞产生的抗体能与相应的抗原 ( 如病毒抗原 ) 发生特异性结合。 B 对：肌细胞中的肌动蛋白和肌球蛋白等参与肌肉收缩的过程。 C 错： Fe 2 ＋ 参与构成血红蛋白，血红蛋白具有运输 O 2 的功能。 D 对：细胞核中染色体的主要组成成分是蛋白质和 DNA 。 2 ． (2019 · 福建三明段考 ) 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 ．蛋白质是细胞中含量最多的有机物，其种类随生命历程而改变 B ．蛋白质纤维组成的细胞骨架与信息传递等生命活动相关 C ．在细胞不同的生命活动中转运氨基酸的载体都是蛋白质 D ．细胞内蛋白质发生水解时， H 2 O 参与氨基和羧基的形成 C 　 解析 　 蛋白质是在基因的指导下通过转录和翻译过程形成的，是细胞中含量最多的有机物，而细胞分化的实质是基因的选择性表达，因此细胞中蛋白质的种类随生命历程而改变， A 项正确；细胞骨架在信息传递、细胞分裂、细胞生长、物质运输、能量转换等许多生命活动中都具有非常重要的作用， B 项正确；细胞膜上负责转运氨基酸的载体是蛋白质，而细胞质基质中负责转运氨基酸的载体是转运 RNA ， C 项错误；细胞内蛋白质是由氨基酸经脱水缩合形成的，氨基酸脱水缩合的过程中形成的 H 2 O 来自氨基和羧基，相反，蛋白质发生水解时， H 2 O 参与氨基和羧基的形成， D 项正确。 巧用数字归纳蛋白质的结构与功能 命题点二　蛋白质的相关计算 角度 1 　蛋白质中肽键数、肽链数及氨基酸数的相关计算 3 ． (2014 · 上海卷 ) 一条由 39 个氨基酸形成的环状多肽，其中有 4 个谷氨酸 (R 基为 — CH 2 — CH 2 — COOH) ，则该多肽 ( 　　 ) A ．有 38 个肽键　　　　　　 B ．可能没有游离氨基 C ．至少有 5 个游离羧基 D ．至多有 36 种氨基酸 B 　 解析 　 一条由 39 个氨基酸形成的环状多肽，应有 39 个肽键。因为谷氨酸的 R 基上没有游离氨基，又不知其他的 R 基的情况，故可能没有游离氨基。至少有 4 个游离羧基，至多有 20 种氨基酸。 4 ． (2019 · 广东江门一模 ) 下列依次为丙氨酸、丝氨酸和天冬氨酸的结构简式： 由这三个氨基酸脱水缩合成的化合物中，含有的氨基、羧基和肽键的数目是 ( 　　 ) A ． 1,1,3 　　　　　 B ． 3,3,2 C ． 1,1,2 D ． 1,2,2 D 　 解析 　 一条多肽链上至少有一个游离的氨基和一个游离的羧基，分别在肽链的两端。若一个氨基酸上有两个氨基或两个羧基，则多余的氨基和羧基在 R 基上，图中只有第三个氨基酸的 R 基上有一个羧基，故由这三种氨基酸脱水缩合成的化合物中有氨基 1 个、羧基 2 个。而肽键数＝氨基酸数－肽链数＝ 3 － 1 ＝ 2( 个 ) 。 蛋白质形成过程中的相关数量关系 (1) 肽键数与氨基酸数的关系： 肽键数＝失去水分子数＝氨基酸数－肽链数。 (2) 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。 [ 特别提醒 ] 以上各数量关系针对的是链状肽，若为环状肽，则可将上述公式中的肽链数视为零，再进行相关计算。 角度 2 　利用 “ 质量守恒 ” 计算蛋白质 ( 多肽 ) 相对分子质量 5 ． (2019 · 河南新乡一模 ) 下面为牛胰岛素结构模式图，该物质中 — S — S — 是由两个 — SH 脱去两个 H 形成的，下列说法正确的是 ( 　　 ) A ．牛胰岛素为 51 肽，其中含有 50 个肽键 B ．牛胰岛素中至少有 2 个 — NH 2 和 2 个 — COOH C ．牛胰岛素水解产物含有 20 种不同的氨基酸 D ．牛胰岛素形成时，减少的相对分子质量为 882 B 　 解析 　 该牛胰岛素含 51 个氨基酸，其中含有肽键数为 51 － 2 ＝ 49( 个 ) ；牛胰岛素含两条链，至少含 2 个游离的 — NH 2 和 2 个游离的 — COOH ；牛胰岛素水解可得到 51 个氨基酸，最多有 20 种氨基酸，但并非一定是 20 种；牛胰岛素形成时， 51 个氨基酸脱水的同时还减少了 6 个 H ，故减少的相对分子质量为 49 × 18 ＋ 6 ＝ 888 。 6 ．已知 20 种氨基酸的平均相对分子质量是 128 ，现有一蛋白质分子由 3 条肽链组成，在肽链形成空间结构时，产生了 4 个二硫键 ( — SH ＋ — SH→ — S — S — ＋ 2H) ，共有肽键 97 个，此蛋白质分子的相对分子质量最接近 ( 　　 ) A ． 11 046 　　　　　　 B ． 11 060 C ． 12 800 D ． 12 280 A 　 解析 　 蛋白质是由氨基酸脱水缩合形成的，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－失去的水分子数 × 水的相对分子质量＝ (97 ＋ 3) × 128 － 97 × 18 ＝ 11 054 。由于在肽链形成空间结构时，生成了 4 个二硫键，失去 2 × 4 ＝ 8 个 H ，所以蛋白质的相对分子质量＝ 11 054 － 8 ＝ 11 046 。 形成蛋白质的相对分子质量计算 (1) 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 。 (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 。 角度 3 　利用 “ 原子守恒 ” 计算蛋白质 ( 多肽 ) 中的原子数 7 ． (2019 · 山东潍坊模拟 ) 某五十肽中有丙氨酸 (R 基为 — CH 3 )2 个，现脱掉其中的丙氨酸 ( 相应位置如图 ) 得到几种不同的有机产物，其中脱下的氨基酸均以游离态正常存在，下列有关该过程产生的全部有机物中有关原子、基团或肽键数目的叙述，错误的是 ( 　　 ) A ．肽键数目减少 4 个　　 B ．氨基和羧基分别增加 4 个 C ．氢原子数目增加 8 个 D ．氧原子数目增加 2 个 D 　 解析 　 题述五十肽脱掉其中的 2 个丙氨酸，在丙氨酸的两侧各断裂一个肽键，因此肽键数目减少 4 个；断裂四个肽键，即水解形成 4 个氨基和 4 个羧基；脱掉丙氨酸的过程需要 4 个水分子参与水解，所以氢原子数目增加 8 个，氧原子数目增加 4 个。 8 ．经测定，某多肽链分子式是 C 21 H x O y N 4 S 2 ，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 (C 9 H 11 O 2 N) 、天冬氨酸 (C 4 H 7 O 4 N) 、丙氨酸 (C 3 H 7 O 2 N) 、亮氨酸 (C 6 H 13 O 2 N) 、半胱氨酸 (C 3 H 7 O 2 NS) 。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、亮氨酸和半胱氨酸 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 54 D 　 解析 　 多肽链分子式是 C 21 H x O y N 4 S 2 ，含有 2 个硫，所以水解产物中有 2 个半胱氨酸。题中每个氨基酸中都只有 1 个 N ，所以该多肽由三种氨基酸组成。根据 C 原子守恒，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。该多肽水解后产生的氨基酸分别是半胱氨酸、苯丙氨酸和亮氨酸；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，所以多肽中氧为 8 － 3 ＝ 5 ，氢为 38 － 6 － 2 ＝ 30 ；该多肽由 3 种氨基酸组成，形成过程中至少需要 3 种 tRNA ；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 。 蛋白质形成过程中相关原子数的变化 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 H 、 O 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。 1 ． 核酸的结构层次 考点二　核酸的结构与功能 磷酸 　 五碳糖 　 含氮碱基 　 2 ． 核酸的功能与分布 3 ． 生物大分子以碳链为骨架 生物大分子 ( 多聚体 ) 基本单位 ( 单位 ) 多糖 ______ 蛋白质 ________ 核酸 ________ 单糖 　 氨基酸 　 核苷酸 　 [ 归纳整合 ] 1 ． 比较 DNA 和 RNA 组成成分的异同 2 ． 联系 RNA 与 ATP 的两种关系 (1) 元素组成都是 C 、 H 、 O 、 N 、 P 。 (2)AMP(ATP 去掉两个磷酸基团后的剩余部分 ) 是组成 RNA 的基本单位之一，如图所示： 3 ． 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 核苷酸 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 一般为规则的 双螺旋结构 一般为 单链结构 氨基酸 → 多肽 → 蛋白质 结构多样性的决定因素 核苷酸的种类、数量及排列顺序 氨基酸的种类、数量、排列顺序及多肽链的盘曲、折叠方式及其形成的空间结构千差万别 4 ． 生物大分子多聚体的连接方式判断 (1) 若该图为一段肽链结构模式图，则 1 表示中心碳原子， 2 表示肽键， 3 的种类大约有 20 种。 (2) 若该图为一段核酸结构模式图，则 1 表示五碳糖， 2 表示磷酸基团， 3 表示含氮碱基。 (3) 若该图表示多糖结构模式图，则 1 、 2 、 3 连接形成的化合物是葡萄糖。 [ 思维探究 ] 甲图表示某些重要化合物的元素组成和功能关系，乙图是甲图中某种物质的单体结构图。试分析： (1) 甲图中 X 、 Y 各代表何类元素？ 提示： X － N 、 P ； Y － N 。 (2) 请写出甲图中 A 、 B 、 C 所代表的物质名称，并写出推断依据。 提示： A ． DNA 、 B ． RNA 、 C ．蛋白质。 A 可复制，则 A 为 DNA ， DNA 可转录为 RNA 进而指导蛋白质生物合成。 (3) 人体细胞中 ① ～ ④ 发生的场所分别是什么？ 提示： ①② 主要发生于细胞核，其次发生于线粒体， ③④ 只发生于核糖体或细胞质。 (4)C 具有多样性，从 c 角度分析原因是 ________________________________ 。 A 具有多样性的主要原因是 ____________________ 。 提示： 氨基酸的种类、数目和排列顺序不同　 a 的排列顺序千变万化 [ 教材深挖 ] 1 ． ( 教材必修 1P 28 中图 2 － 9 图示 ) 如果将其彻底水解会得到几种小分子？ 提示： 6 种。 2 ． ( 教材必修 1P 29 ) 所说的 HIV 怎样贮存遗传信息？ 提示： 以特定核糖核苷酸序列的形式贮存。 命题点一　核酸的组成、结构与功能 1 ． (2018 · 海南卷， T10) 下列与真核生物中核酸有关的叙述，错误的是 ( 　　 ) A ．线粒体和叶绿体中都含有 DNA 分子 B ．合成核酸的酶促反应过程中不消耗能量 C ． DNA 和 RNA 分子中都含有磷酸二酯键 D ．转录时有 DNA 双链解开和恢复的过程 B 　 解析 　 线粒体和叶绿体是半自主性细胞器，在其基质中都含有 DNA 和 RNA 分子， A 正确；合成核酸需要能量 (ATP) 、模板、原料和酶， B 错误； DNA 和 RNA 都是由核苷酸形成的，相邻核苷酸之间通过磷酸二酯键连接， C 正确；转录时 DNA 双链解开，以其中一条链为模板转录生成 RNA ，转录结束后 RNA 从 DNA 上脱下， DNA 双链恢复， D 正确。 2 ． (2019 · 山东 K12 联盟联考 ) 如图甲所示物质 b 是组成乙或丙的基本单位 ( 单体 ) 。下列相关叙述错误的是 ( 　　 ) A ．如果图甲中的 a 是核糖，则 b 是丙的基本单位 B ．如果 m 是胸腺嘧啶 (T) ，则 b 是乙的基本单位 C ．在多个 b 聚合成乙或丙的过程中，都要产生水 D ．乙或丙彻底水解的产物是甲 D 　 解析 　 由题图可知，乙为规则的 DNA 双螺旋结构，丙为转运 RNA 。图甲中 a 是五碳糖，如果 a 是核糖，则 b 是核糖核苷酸，是构成 RNA 的基本单位。 T 是 DNA 特有的碱基，如果 m 为 T ，则 b 为乙的基本单位。 b 聚合成乙或丙的过程中，在核苷酸的磷酸基团和相邻核苷酸的五碳糖的羟基之间脱水缩合形成磷酸二酯键，因此产生水。核酸初步水解的产物是核苷酸，彻底水解的产物是组成核苷酸的三种化合物：五碳糖、碱基和磷酸。 “ 三看法 ” 判断 DNA 和 RNA 命题点二　蛋白质与核酸结构与功能比较 3 ． (2019 · 北京四中模拟 ) 图中甲、乙、丙表示生物大分子，①②③表示生理过程。下列分析错误的是 ( 　　 ) A ． a 、 b 、 c 共有的元素为 C 、 H 、 O 、 N B ． a 与 b 的区别只是含有的五碳糖不同 C ．通过②③过程核酸控制蛋白质的合成 D ．同一生物不同细胞中的丙有差异 B 　 解析 　 根据图示可判断，甲代表 DNA ，乙代表 RNA ，丙代表蛋白质， ① 代表 DNA 的复制， ② 代表转录， ③ 代表翻译。单体 a 是脱氧核苷酸，单体 b 是核糖核苷酸，单体 c 是氨基酸。核酸的组成元素是 C 、 H 、 O 、 N 、 P ，氨基酸的主要组成元素是 C 、 H 、 O 、 N ； a 与 b 的区别除了五碳糖不同，碱基种类上也有差别；通过转录和翻译可合成蛋白质，进而控制生物性状；由于基因的选择性表达，同一生物不同细胞中合成的蛋白质有差异。 4 ． (2019 · 北京石景山模拟 ) 在人体内， HIV 与特异性抗体结合后产生沉淀，被吞噬细胞摄取后彻底水解可得到 ( 　　 ) A ． 20 种氨基酸、 5 种含氮碱基 B ． 20 种氨基酸、 4 种脱氧核糖 C ．多种氨基酸、 1 种核糖 D ．多种氨基酸、 4 种核糖核苷酸 C 　 解析 　 HIV 的成分是蛋白质和 RNA ，抗体的成分是蛋白质， HIV 与特异性抗体结合后产生沉淀，被吞噬细胞摄取后彻底水解可得到多种氨基酸、 1 种核糖。 核酸、蛋白质的水解产物和氧化分解产物 比较项目 DNA RNA 蛋白质 初步水解产生 4 种脱氧核苷酸 4 种核糖核苷酸 多肽 彻底水解产物 脱氧核糖、含氮碱基 和磷酸 核糖、含氮碱基和磷酸 氨基酸 氧化分解产物 CO 2 、 H 2 O 、尿素和磷酸盐等 CO 2 、 H 2 O 和尿素 1 ．组成蛋白质的氨基酸之间可按不同的方式脱水缩合 ( 　　 ) 2 ．氨基酸的空间结构和种类决定蛋白质的功能 ( 　　 ) 3 ．蛋白质肽链的盘曲和折叠被解开时，其特定功能不会发生变化 ( 　　 ) 4 ．细胞中氨基酸种类和数量相同的蛋白质是同一种蛋白质 ( 　　 ) 5 ． DNA 的两条脱氧核苷酸链之间通过磷酸二酯键连接 ( 　　 ) 6 ． DNA 和 RNA 的碱基组成相同，五碳糖不同 ( 　　 ) 课堂小结 · 内化体系 × 　 ……………………………………………………………………………………………………………… ◎ × 　 × 　 × 　 × 　 × 　 7 ．细胞中的 DNA 一定有氢键， RNA 一定没有氢键 ( 　　 ) 8 ．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 ( 　　 ) 9 ．只有细胞内的核酸才是携带遗传信息的物质 ( 　　 ) 10 ．真核生物以 DNA 为遗传物质，部分原核生物以 RNA 为遗传物质 ( 　　 ) × 　 × 　 × 　 × 　 ……………………………………………………………………………………………………………… ◎ 5 ．蛋白质变性的原因在某些物理和化学因素作用下，特定的空间构象被改变，导致其理化性质改变和生物活性丧失，但肽键没有被破坏。 6 ．煮熟的食物易被人体消化，是因为高温破坏了蛋白质的空间结构，肽链变得松散，易被蛋白酶分解。 7 ．高温、过酸、过碱、重金属盐，都会使蛋白质的空间结构发生不可逆的变化，但低温不会。 8 ．脱氧核糖≠脱氧核苷酸≠脱氧核糖核酸：脱氧核糖是一种五碳糖，脱氧核苷酸是脱氧核糖核酸的基本组成单位，而脱氧核糖核酸是生物大分子。 9 ．核糖≠核糖核苷酸≠核糖核酸：核糖是一种五碳糖，核糖核苷酸是核糖核酸的基本组成单位，而核糖核酸是生物大分子。 10 ． DNA 与 RNA 在分子组成上的区别是 DNA 含有脱氧核糖和胸腺嘧啶， RNA 含有核糖和尿嘧啶。