2013届高考生物一轮复习讲义：生命活动的主要承担者 14页

第3讲　生命活动的主要承担者——蛋白质 ‎ ‎ ‎ 遗传信息的携带者——核酸 知识点一　蛋白质——生命活动的主要承担者 知识点二　核酸——遗传信息的携带者 蛋白质、核酸的结构 ‎1．8种必需氨基酸：取两(亮、异亮)册(色)书(苏)本(苯丙)携(缬)家(甲)来(赖)‎ ‎2．种类数目加排序，空间破坏即失活 ‎3．运输调(节)结构，免疫催(化)信息 自我校对：‎ ‎①50%　②C、H、O、N　③必需氨基酸　④非必需氨基酸　⑤CRHH2NCOOH　⑥同一个碳原子　⑦肽键　⑧排列顺序　⑨胰岛素　运输作用　⑪激素　⑫免疫功能　⑬细胞核　⑭拟核和质粒　⑮甲基绿　⑯绿色　⑰细胞质　⑱吡罗红　⑲红色　⑳遗传信息　遗传、变异 蛋白质的生物合成 ,蛋白质的结构与功能 一、结构层次 ‎　氨基酸多肽(一般为开链)蛋白质。‎ ‎1．蛋白质形成过程分析 从以上图示过程明确：‎ ‎(1)肽的名称：一条多肽链由几个氨基酸分子构成就称为几肽(三个或三个以上的称为多肽)，如：由六个氨基酸分子构成一条链，则其名称是六肽，也可称为多肽。‎ ‎(2)肽键的结构式可表示如下：‎ CONH或CONH或NHCO ‎(3)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(羧基)在R基上。‎ ‎(4)H2O中的H来自于—COOH和—NH2，而O则只来自于—COOH。‎ ‎2．蛋白质结构多样性原因 ‎(1)直接原因 ⇒ ‎(2)根本原因 DNA分子的多样性。‎ 提醒　多肽和蛋白质的区别 多肽 蛋白质 有无空间结构 无 有 联系 蛋白质可由一条或几条肽链形成 提醒 翻译的直接产物——多肽，不叫蛋白质，必须经加工，形成一定的空间结构才叫蛋白质 二、蛋白质结构及合成过程相关计算 ‎1．数量问题与最值问题 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条肽链或m条肽链。‎ 形成肽链数 形成肽键数 脱去水分子数 氨基数目 羧基 数目 多肽相对 分子质量 ‎1‎ n－1‎ n－1‎ 至少1个 至少1个 na－‎ ‎18(n－1)‎ m n－m n－m 至少m个至少m个 na－‎ ‎18(n－m)‎ ‎ (1)氨基数＝肽链数＋R基上的氨基数＝各氨基酸中氨基总数－肽键数。‎ ‎(2)羧基数＝肽链数＋R基上的羧基数＝各氨基酸中羧基总数－肽键数。‎ ‎(3)N原子数＝各氨基酸中N的总数＝肽键数＋肽链数＋R基上的N原子数。‎ ‎(4)O原子数＝各氨基酸中O的总数－脱去水分子数＝肽键数＋2×肽链数＋R基上的O原子数。‎ ‎【名师提醒】‎ ‎(1)环状多肽主链中无氨基和羧基，环状肽中氨基或羧基数目取决于构成环状肽氨基酸R基团中的氨基和羧基的数目，如图所示。‎ 由图示可知：‎ 肽键数＝脱去水分子数＝氨基酸数；环状多肽的相对分子质量＝m(a－18)。‎ ‎(2)在多肽相对分子质量计算时，还要考虑一些其他化学变化过程，如二硫键(—S—S—)的形成，每形成一个二硫键，脱去2个—H，故相对分子质量减少2。‎ ‎2．氨基酸的排列与多肽种类的计算 假若有A、B、C三种氨基酸，由这三种氨基酸组成多肽的情况可分为如下两种情形分析：‎ ‎(1)A、B、C三种氨基酸，在每种氨基酸数目无限的情况下，可形成肽类化合物的种类：‎ 形成三肽的种类：‎ ‎3‎ ‎3‎ ‎3‎ ‎　(33＝27种)‎ 形成二肽的种类：‎ ‎3‎ ‎3‎ ‎　(32＝9种)‎ ‎(2)A、B、C三种氨基酸，且在每种氨基酸只有一个的情况下，形成肽类化合物的种类：‎ 形成三肽的种类：‎ ‎3‎ ‎2‎ ‎1‎ ‎　(3×2×1＝6种)‎ 形成二肽的种类：‎ ‎3‎ ‎2‎ ‎　(3×2＝6种)‎ ‎3．氨基酸与相应DNA及RNA片段中碱基数目之间的关系 DNA(基因)mRNA蛋白质 碱基数　　∶　　碱基数　　∶　氨基酸数 ‎　6 ∶　　　3 ∶　　　1‎ 由于mRNA中有终止密码子等原因，上述关系应理解为每合成1个氨基酸至少需要mRNA上的3个碱基和DNA(基因)上的6个碱基。‎ 三、功能多样性与结构多样性的关系 ‎★★★　蛋白质结构、功能相关知识是历年高考命题的热点，多数以选择题的形式出现。‎ ‎【典例1】►(天津高考改编题)一条肽链的分子式为C22H34O13N6，其水解后共产生了下列3种氨基酸：‎ 据此判断，下列有关叙述错误的是(　　)。‎ A．1个C22H34O13N6分子水解后可以产生3个谷氨酸 B．合成1个C22H34O13N6分子同时将产生5个水分子 C．1个C22H34O13N6分子中存在1个游离的氨基和3个游离的羧基 D．在细胞中合成1个C22H34O13N6分子至少需要3种tRNA 解析　3种氨基酸都含有一个氨基，C22H34O13N6是由6个氨基酸脱水缩合而成，甘氨酸和丙氨酸共3个，谷氨酸3个。1个C22H34O13N6分子中存在1个游离的氨基和4个游离的羧基。‎ 答案　C ‎【训练1】►(原创题)如图表示胰岛素分子中一条多肽链，其中有3个甘氨酸且分别位于第8、20、23位。下列叙述正确的是 (　　)。‎ A．图中多肽至少含有一个羧基(位于第1位)和一个氨基(位于第30位)‎ B．用特殊水解酶选择性除去图中的3个甘氨酸，形成的产物比原多肽多5个氧原子 C．用特殊水解酶选择性除去图中的3个甘氨酸，形成的产物中有4条多肽 D．该多肽释放到细胞外需要经过两种细胞器的加工 解析　一条多肽链至少含有一个羧基和一个氨基，但不能确定哪一端是氨基，哪一端是羧基；每除去一个甘氨酸会破坏两个肽键，产生的羧基会增加一个氧原子，但甘氨酸会带走一个氧原子，因此新形成的产物中氧原子数和原多肽的氧原子数相等；第20位和第23位间形成的产物是二肽，因此用特殊水解酶选择性除去该链中的三个甘氨酸，形成的产物中有三条多肽和一个二肽；该多肽释放到细胞外需要经过内质网和高尔基体这两种细胞器的加工。‎ 答案　D ‎【训练2】►‎ 右图为某蛋白质的结构示意图，其中“—S—S—”为由两个“—SH”(巯基)构成的二硫键，其作用是连接两相邻肽链。若该蛋白质分子共由m个氨基酸组成，则形成一个该蛋白质分子时生成的水分子数和减少的相对分子质量分别为(　　)。‎ A．m，‎18m B．(m－4)，18(m－4)‎ C．(m－3)，18(m－3)＋4 D．(m－2)，18(m－2)＋4‎ 解析　题图中有三条肽链，中间一条为环状，故失水数为(m－2)，由于有2个二硫键，而形成一个二硫键失去了2个“H”，故减少的相对分子质量为18(m－2)＋4。‎ 答案　D ,核酸的组成、功能及与蛋白质的关系 ‎1．核酸的组成分析 ‎2．DNA和RNA的比较 比较项目 DNA RNA 组成单位 ‎ ‎ ‎ ‎ 组　成 无机酸 磷　酸 五碳糖 脱氧核糖 核糖 含氮的碱基 T U A、G、C 分　布 主要分布于细胞核中，其次是线粒体、叶绿体中 主要分布于细胞质中 功　能 作为遗传物质，携带遗传信息，控制遗传、变异和蛋白质合成 作为遗传物质(如某些病毒)，传递遗传信息(mRNA)，组成核糖体(rRNA)，运输氨基酸(tRNA)，催化作用(某些酶)‎ ‎3.蛋白质与核酸的比较 ‎ ‎ 蛋白质 核　酸 区　　　别 元素组成 至少含C、H、O、N ‎ 只含C、H、O、N、P ‎ 基本单位 ‎ ‎ 区　　　别 连接方式 ‎ ‎ ‎ ‎ 区　　　别 形成场所 细胞质内核糖体上 细胞核、线粒体、叶绿体等 主要 功能 结构物质：血红蛋白、肌纤维蛋白等 ① 遗传信息的携带者，决定生物性状，提供生物进化的原材料 ‎②某些RNA具催化作用 功能物质：①运输——血红蛋白、载体；②催化——酶(多数)；③免疫——抗体；④调节——胰岛素、生长激素 能源物质：氧化放能，产物有尿素、CO2和H2O等 联　系 核酸控制蛋白质的合成 ‎ 提醒　①RNA作为遗传物质的前提是生物体内不存在DNA，当RNA作为遗传物质时，由于RNA单链结构不稳定，容易发生突变。‎ ‎②少数RNA具有催化功能，特指生物体内的酶。‎ ‎③蛋白质、核酸的结构及种类具有物种特异性，因而可以从分子水平上，通过分析不同物种的核酸和蛋白质来区分或判断不同物种间的亲缘关系，也可用于刑事案件的侦破或亲子鉴定。‎ 生物体内的水、无机盐、糖类、脂质、氨基酸等则不具有物种特异性。‎ 本考点近几年生物单科卷有考查，理综试卷命题频度低；考查时往往与其他化合物或遗传分子基础相联系综合命题。‎ ‎【典例2】►(2012·江西六校联考)下图是人体细胞中三种重要的大分子有机物B、G、E的元素组成、基本单位及相关关系图。关于此图的叙述不正确的是(　　)。‎ A．E―→G发生的主要场所是细胞核，G―→B发生的场所是核糖体 B．B的功能多样性只与b的种类、数目和排列顺序有关 C．E中e的排列顺序决定了B中b的排列顺序 D．元素X含有氮元素，元素Y是氮元素和磷元素 命题立意　本题综合考查组成细胞的化学元素和化合物的相关知识，难度中等。‎ 解析　从图中分子之间的关系可知，G的组成元素是C、H、O、N、P，它又是生物大分子，因此可能是某种核酸，E通过控制G合成实现对B合成的控制，由此可推断E是DNA，G是mRNA，B是蛋白质。E―→G为转录过程，主要发生在细胞核中，G―→B是翻译过程，发生在核糖体中；B的功能多样性取决于它结构的多样性，除与氨基酸(b)的种类、数目和排列顺序有关外，还与蛋白质的空间结构有关；DNA分子上的脱氧核苷酸(e)的排列顺序代表遗传信息，它决定着蛋白质上氨基酸的排列顺序；氨基酸一般是由C、H、O、N 4种元素组成，因此元素X为氮元素，脱氧核苷酸由C、H、O、N、P组成，因此元素Y是N和P。‎ 答案　B ‎【训练3】►(2011·宜春模拟)如图表示人体细胞内的几种重要化合物A、B、C的化学组成及它们之间的关系。下列相关说法中，不正确的是(　　)。‎ A．A和B是染色体的主要成分 B．过程1、2、4都有水的产生 C．密码子存在于B和C D．过程3、4进行的场所和所利用的酶不同 解析　小分子a的组成元素是C、H、O、N，由此可以初步判断其为氨基酸，小分子b的组成元素是C、H、O、N、P，由此可以初步判断其为核苷酸。再根据A、B、C三种大分子物质的相互关系图解，联想到转录和翻译过程，B―→C―→A为基因表达过程，C为mRNA，这样就可以判断A是蛋白质，B是DNA。因a(b)合成A(B)的过程属于聚合过程，该过程有水产生。C―→A属于氨基酸的脱水缩合，也有水的生成。B―→C是转录过程，主要在细胞核中进行，C―→A是翻译过程，在核糖体上进行，转录和翻译所利用的酶不同。密码子是指在mRNA(C)上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基，所以C项错误。‎ 答案　C 观察DNA和RNA在细胞中的分布 ‎1．实验原理 ‎(1)甲基绿和吡罗红对DNA和RNA的亲和力不同 显示DNA和RNA在细胞中的分布 ‎(2)盐酸 ‎2．实验流程 ‎3．试剂及作用 ‎(1)甲基绿吡罗红染色剂——染DNA和RNA，混合使用，现用现配。‎ ‎(2)质量分数为0.9% NaCl溶液——保持口腔上皮细胞的正常形态和生理功能。‎ ‎(3)质量分数为8%盐酸——改变细胞膜的通透性，使染色质DNA和蛋白质分离。‎ ‎(4)蒸馏水——配制染色剂，冲洗涂片。‎ 观察DNA和RNA在细胞中的分布常和显微镜知识一起考查或结合在其他实验中进行考查，选择题和综合题都有出现。‎ ‎【典例】►下列关于“观察DNA和RNA在细胞中的分布”实验的说法，正确的是(　　)。‎ A．甲基绿和吡罗红对DNA和RNA的亲和力不同，实验中应分别加入甲基绿和吡罗红 B．盐酸能够改变细胞膜的通透性，加速染色剂进入细胞 C．该实验用口腔上皮细胞而不用叶肉细胞，是因为叶肉细胞不含RNA D．盐酸有利于染色体中的DNA与蛋白质分开，不利于DNA与染色剂结合 解析　实验中加入质量分数为8%的盐酸的重要作用：一是改变细胞膜的通透性，加速染色剂进入细胞；二是使染色体中的DNA和蛋白质分开，有利于染色，故B正确，D错误。甲基绿和吡罗红对DNA和RNA的亲和力不同，应配成甲基绿吡罗红混合染液，故A错误。叶肉细胞含有叶绿体，绿色会干扰实验结果，故C错误。‎ 答案　B ‎【训练1】►(2012·太原调研)在“观察DNA和RNA在细胞中的分布”实验中，正确的操作顺序以及将口腔上皮细胞置入8%的盐酸溶液中水解的主要目的是(　　)。‎ ‎①染色　②水解　③涂片　④取口腔上皮细胞　⑤观察 A．④①②③⑤，使细胞中的DNA水解成脱氧核苷酸 B．④②①③⑤，使细胞中物质全部水解 C．④⑤①③②，利用盐酸改变细胞壁的通透性，加速染色剂进入细胞 D．④③②①⑤，使染色体中的DNA与蛋白质分离，有利于DNA与染色剂结合 解析　正确的操作顺序，取口腔上皮细胞后应制成临时装片，再进行水解等操作。在8%的盐酸溶液中水解的主要目的是改变细胞膜的通透性，使染色体中的DNA与蛋白质分离，有利于DNA与染色剂结合。‎ 答案　D ‎【训练2】►在“观察DNA和RNA在细胞中分布”的实验中，下列说法不正确的是(多选)(　　)。‎ A．质量分数为0.9% NaCl溶液可使口腔细胞保持正常状态 B．用质量分数为8%的盐酸目的之一是使DNA与蛋白质分离，利于染色 C．酒精灯烘干载玻片，可迅速杀死细胞，防止细胞死亡时溶酶体对核酸的破坏 D．用高倍显微镜可以比较清楚地看到呈绿色的染色体和呈红色的RNA分子 解析　C中烘干的目的是将细胞固定在载玻片上防止被水流冲走；D中只能观察到染色后的区域，不能看到染色体和RNA。‎ 答案　CD ,蛋白质的结构和功能相关知识考查1.判断正误 ‎(1)(2011·海南，6－A)哺乳动物机体缺铁时，血红蛋白的合成量会减少(　　)。‎ ‎(2)(2011·天津，1－A)酶的基本组成单位是氨基酸和脱氧核糖核苷酸(　　)。‎ ‎(3)(2008·江苏，1－A，2－B)氨基酸、核苷酸、丙酮酸、性激素、生长激素、胰岛素均是由相同种类元素组成的(　　)。‎ ‎(4)(2008·天津，1－B)高等动物能合成生命活动所需要的20种氨基酸(　　)。‎ ‎(5)(2008·天津，1－C)细胞中氨基酸种类和数量相同的蛋白质是一种蛋白质(　　)。‎ ‎(6)(2008·广东理基，42－C)双缩脲试剂可以鉴定蛋白质，是由于蛋白质有肽键 (　　)。‎ 解析　(1)铁是血红蛋白的重要成分。(2)绝大多数酶是蛋白质，少数是RNA，所以其基本组成单位分别是氨基酸和核糖核苷酸。(3)丙酮酸、性激素的组成元素只有C、H、O，氨基酸的组成元素至少有C、H、O、N元素组成，核苷酸的组成元素是C、H、O、N、P。(4)高等动物体内有8种氨基酸不能合成称为必需氨基酸。(5)蛋白质结构多样性的原因有氨基酸的种类、数量、排列顺序和蛋白质的空间结构。(6)鉴定生物组织中的蛋白质时，常使用双缩脲试剂。其反应实质是在碱性环境下的铜离子与双缩脲试剂发生的紫色反应。而蛋白质分子中含有很多与双缩脲(H2NOC－NH－CONH2)结构相似的肽键，所以蛋白质都能与双缩脲试剂发生颜色反应。‎ 答案　(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　(6)√‎ ‎2．(2011·北京理综卷)胰岛素的A、B两条肽链是由一个基因编码的。下列有关胰岛素的叙述，正确的是(　　)。‎ A．胰岛素基因的两条DNA单链分别编码A、B两条肽链 B．沸水浴加热之后，构成胰岛素的肽链充分伸展并断裂 ‎ C．胰岛素的功能取决于氨基酸的序列，与空间结构无关 D．核糖体合成的多肽链需经蛋白酶的作用形成胰岛素 解析　由题干信息，不能确定胰岛素的A、B两条肽链是由胰岛素基因的两条DNA单链分别编码的，故A错误；高温仅破坏蛋白质的空间结构，不能破坏肽键而使肽链断裂；胰岛素的功能不仅取决于氨基酸序列，还与其空间结构有关；核糖体上合成的2条多肽链在蛋白酶的作用下去掉部分肽段后形成具有特定空间结构的蛋白质。‎ 答案　D ‎3．(2009·天津理综，3)下列过程中，涉及肽键数量变化的是(　　)。‎ A．洋葱根尖细胞染色体的复制 B．用纤维素酶处理植物细胞 C．小肠上皮细胞吸收氨基酸 D．蛋清中加入NaCl使蛋白质析出 解析　洋葱根尖细胞有丝分裂间期染色体复制，包括组成染色体的DNA分子的复制和有关蛋白质的生物合成；纤维素酶在催化反应前后没有发生化学本质的变化。‎ 答案　A ,关于核酸相关知识的考查4.(2011·海南单科，15)关于RNA的叙述，错误的是(　　)。‎ A．少数RNA具有生物催化作用 B．真核细胞内mRNA和tRNA都是在细胞质中合成的 C．mRNA上决定1个氨基酸的3个相邻碱基称为密码子 D．细胞中有多种tRNA，一种tRNA只能转运一种氨基酸 解析　真核细胞内的mRNA和tRNA主要是在细胞核内合成的，少数RNA是酶，具有催化作用；mRNA上决定一个氨基酸的3个相邻碱基称为一个密码子；tRNA具有特异性，一种tRNA只能转运一种氨基酸。故B错误。‎ 答案　B ‎5．(2010·江苏生物，1)下列关于核酸的叙述中，正确的是(　　)。‎ A．DNA和RNA中的五碳糖相同 B．组成DNA与ATP的元素种类不同 C．T2噬菌体的遗传信息贮存在RNA中 D．双链DNA分子中嘌呤数等于嘧啶数 解析　DNA中的五碳糖是脱氧核糖，RNA中的五碳糖是核糖；组成DNA和ATP的元素是C、H、O、N、P 5种元素；T2噬菌体的遗传物质是DNA，遗传信息贮存在DNA中；双链DNA分子中碱基比例A＝T①，C＝G②，①②相加得出嘌呤数等于嘧啶数。‎ 答案　D ‎6．(2009·福建理综，4)下列关于组成细胞化合物的叙述，不正确的是(　　)。‎ A．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 B．RNA与DNA的分子结构相似，由四种核苷酸组成，可以储存遗传信息 C．DNA分子碱基的特定排列顺序，构成了DNA分子的特异性 D．胆固醇是构成细胞膜的重要成分，在人体内还参与血液中脂质的运输 解析　蛋白质中特定的氨基酸种类、数目、排列顺序以及蛋白质分子特定的空间结构决定了其功能特异性，一旦空间结构被破坏，功能特异性也就丧失。‎ 答案　A ,主观试题的考查7.(2011·重庆理综卷)某兴趣小组将豆腐块灭菌，接种微生物后培养2 d，加入适量食盐，经密封放置10 d后制得豆腐乳。‎ 在保质期内，豆腐乳放置时间越长，蛋白质含量越低，短肽和氨基酸含量越高。为研究其原因，该小组取适量豆腐乳制成样液，等量加入各试管，进行了以下实验。‎ 处理编号 处理方法 显色结果 ‎①‎ ‎37 ℃‎放置0 min 加入等量 双缩脲试剂 紫色 ‎②‎ ‎37 ℃‎放置10 min ‎？‎ ‎③‎ ‎37 ℃‎放置120 min ‎？‎ ‎④‎ ‎100 ℃‎加热5 min后，‎ ‎37 ℃‎放置120 min 紫色 实验中，加入双缩脲试剂A后，样液的颜色将________。处理④中，‎100 ℃‎加热的目的是________________。如果处理③与处理④相比，显色较________，且处理③与处理②相比，显色较________，则表明豆腐乳中蛋白质被微生物产生的________ 分解，最终使肽和氨基酸含量增加，因此保质期内豆腐乳放置越久风味越佳。‎ 解析　蛋白质和多肽可用双缩脲试剂进行检验，先加A液(质量浓度为‎0.1 g/mL的NaOH溶液)后加B液(质量浓度为‎0.01 g/mL的CuSO4溶液)颜色呈紫色，但实验中只加入A液，因此颜色不变；‎100 ℃‎能使酶变性失去活性，作对照实验；保质期内放置越久，口味越佳，说明豆腐乳中的蛋白质被微生物产生的蛋白酶分解得越彻底，所以得到的短肽和氨基酸含量越高，因此第③组相对于时间较短的第②组以及作为对照组的第④组双缩脲显色反应颜色要浅。‎ 答案　不变　使酶失活　浅　浅　蛋白酶(肽酶)‎ 考向借鉴——他山之石 ‎8．(2011·上海生命科学卷)甲状腺的滤泡细胞分泌甲状腺素，C细胞分泌32肽的降钙素， ‎ 控制降钙素合成的基因长度至少为________对碱基。‎ 答案　96‎ ‎9．(2011·上海生命科学卷)就物质属性而言，蛋白质、抗原和多糖三者之间的关系是(　　)。‎ 解析　蛋白质与多糖是两类不同化合物，没有包含关系，而抗原的物质组成比较复杂，主要包括蛋白质、多糖等大分子物质。‎ 答案　A ‎10．(2010·台湾，4)下列有关DNA、RNA化学组成的叙述，何者正确(　　)。‎ A．两者的嘌呤种类皆相同 B．两者的嘧啶种类皆相同 C．两者有相同的五碳糖 D．两者的嘌呤总量皆等于嘧啶总量 解析　‎ DNA RNA 中文名称 脱氧核糖核酸 核糖核酸 五碳糖 脱氧核糖 核糖 含氮碱基 嘌呤类：A、G 嘧啶类：T、C 嘌呤类：A、G 嘧啶类：U、C 结 构 双链 单链 制造方式 半保留复制 由DNA转录而来 功能 携带遗传信息 根据遗传信息合成蛋白质 存在部位 细胞核(染色体)、‎ 叶绿体、线粒体 细胞核(核质、核仁)、叶绿体、线粒体、核糖体、细胞质基质 答案　A