第4講細胞中的蛋白質和核酸（講義）（學生版）

第4講細胞中的蛋白質和核酸1.細胞中的蛋白質的結構和作用。2.細胞中的核酸的結構和作用。考點要求考題統(tǒng)計考情分析糖類的種類和作用2022，湖南，選T2,

2分2021，海南，選T5,

3分2021，遼寧，選T1,

3分本專題知識難度較低、基礎性強。考查學生對細胞整體性的認識,或結合一些情景信息或表格信息設置題目，考查學生的應變能力、獲取信息和綜合分析能力。相關考題難度中等偏低。脂質的種類和作用2021，廣東，選T5,2分考點一細胞中的蛋白質的結構和作用C、HC、H、O、N1.基本組成單位：氨基酸(1)結構羧基氨基羧基氨基同一同一R基的意義：決定氨基酸的種類和理化性質組成生物體的氨基酸的種類約為21種僅在含硒的蛋白質存在第21種氨基酸(硒代半胱氨酸)。P二67，密碼子表，UGA是終止密碼，但在特殊情況下可編碼硒代半胱氨酸。巧記“8種”必需氨基酸：甲來寫一本亮色書【甲(甲硫氨酸)來(賴氨酸)寫(纈氨酸)一(異亮氨酸)本(苯丙氨酸)亮(亮氨酸)色(色氨酸)書(蘇氨酸)】人體的必須氨基酸的來源：只能來自食物；非必需氨基酸來自于食物和自身細胞合成?！窘滩氖斑z】①教材中的隱性知識①源于必修1P21“與生活的聯(lián)系”：必需氨基酸成人有8種，巧記為甲(甲硫氨酸)來(賴氨酸)寫(纈氨酸)一(異亮氨酸)本(苯丙氨酸)亮(亮氨酸)色(色氨酸)書(蘇氨酸)。嬰兒多1種：組氨酸。②源于必修1P24“科學史話”：世界上第一個人工合成蛋白質的誕生：1965年我國科學家完成了結晶牛胰島素的全部合成，這是世界上第一個人工合成并具有生物活性的蛋白質。③源于必修1P38“自我檢測·思維拓展”：1969年，人們在墜落于澳大利亞啟遜鎮(zhèn)的隕石中發(fā)現(xiàn)了氨基酸，這些氨基酸不是來自地球。由此你可以作出的推測是在隕石中發(fā)現(xiàn)了氨基酸，且非地球所有，這說明宇宙中很可能還存在與地球生物類似的生命形式。理由：氨基酸是組成蛋白質的基本單位，而蛋白質又是生命活動的主要承擔者?！局R拓展】氨基酸知識拓展：a.作為肽或者蛋白質的基本單位(主要功能)。b.某些氨基酸可作為神經(jīng)遞質。(谷氨酸、甘氨酸)①氨基酸的功能c.氨基酸→糖類(非糖物質轉化)d.氨基酸氧化分解供能。(作為能源物質)e.酪氨酸→黑色素(衰老細胞，酪氨酸酶活性下降，黑色素減少)f.色氨酸→吲哚乙酸(IAA)②氨基酸的運輸a.細胞膜上載體蛋白（跨膜運輸）b.細胞質基質、線粒體和葉綠體中的tRNA(2)氨基酸的脫水縮合：二肽的形成過程a.過程①名稱：脫水縮合；場所：核糖體。b.物質②：二肽。c.結構③含：肽鍵，其結構簡式為：-NH-CO-。2O中H的來源：一個來自氨基一個來自羧基；O來源于羧基。通常核糖體合成的多肽沒有活性，需要盤曲、折疊（在內質網(wǎng)、高爾基體上完成）形成一定空間的蛋白質，才能發(fā)揮作用。(3)脫水縮合的場所參與脫水縮合的分別是兩個氨基酸中與中心碳原子相連的氨基和羧基，而不是R基中的氨基和羧基一條肽鏈上至少有一個游離的氨基和一個游離的羧基，分別位于肽鏈的兩端；其余的氨基和羧基在R基上.多肽的命名看氨基酸的個數(shù)判斷：〖含有兩個肽鍵的化合物叫二肽.(×)〗（4）氨基酸的運輸工具：tRNA判斷：〖細胞膜、細胞質基質中負責轉運氨基酸的載體都是蛋白質.()〗2.蛋白質的結構層次（1）肽鏈中的氨基酸之間能夠形成氫鍵等，從而使得肽鏈能盤曲、形成具有一定空間結構的蛋白質。（2）有些蛋白質分子含有兩條或多條肽鏈，它們通過一定的化學鍵，如：二硫鍵相互結合在一起。3.蛋白質的特點：（1）高分子化合物（2）多樣性不同蛋白質有不同的氨基酸序列（排列順序），直接由mRNA上的堿基決定，最終是由DNA中的堿基序列（脫氧核苷酸序列）決定。（3）易變性①過酸、過堿、重金屬鹽或溫度過高，會使蛋白質的空間結構遭到破壞，使酶永久失活，但肽鍵并未斷裂，依然能和雙縮脲試劑發(fā)生紫色反應；低溫不會破壞蛋白質的空間結構，只是抑制其功能；（P一84）酒精、加熱、紫外線方法消毒、殺菌的原理是使細菌和病毒的蛋白質變性。思考：腦啡肽只有皮下注射才有效，而不能口服，主要原因是如果口服此藥物，在消化道內藥物被消化液分解，會失去藥效.②鹽析不破壞空間結構，是降低了蛋白質的溶解度，使蛋白質凝聚而從溶液中析出，是物理變化，可復原。（P一32）水解：在蛋白酶作用下，肽鍵斷裂，蛋白質分解為短肽和氨基酸。水解和脫水縮合的過程是相反的。③肽鍵的斷裂需要蛋白酶或肽酶水解。④蛋白質和雙縮脲試劑反應呈紫色。是蛋白質中的肽鍵與雙縮脲試劑的反應，不是蛋白質的空間的反應；并且需要肽鍵的數(shù)量最少為2個〖細胞內蛋白質發(fā)生水解時，通常需要另一種蛋白質的參與.(√)〗〖蛋白質的基本性質不僅與碳骨架有關，也與功能基團有關.(√)〗【教材拾遺】(1)(源于必修1P21“與生活的聯(lián)系”)長期以玉米為主食的人容易因賴氨酸缺乏而導致疾病，請分析原因：賴氨酸為必需氨基酸，人體不能合成，只能從食物中攝取才能保證正常生命活動，玉米中不含賴氨酸，因此長期以玉米為主食的人容易因賴氨酸缺乏而患病。(2)(源于必修1P21“正文”)請敘述氨基酸的結構特點：每種氨基酸分子至少都含有一個氨基和一個羧基，并且都有一個氨基和一個羧基連接在同一個碳原子上，這個碳原子還連接一個氫原子和一個側鏈基團。(3)(源于必修1P22圖2－6)胰島素在核糖體上合成后還不具有降低血糖的生物學活性，請從蛋白質的結構方面分析原因：核糖體上合成的多肽需經(jīng)內質網(wǎng)、高爾基體加工后才具備一定的空間結構，從而成為有活性的蛋白質。(4)(源于必修1P23“與生活的聯(lián)系”)熟雞蛋更容易消化的原因是高溫使蛋白質分子的空間結構變得伸展、松散，容易被蛋白酶水解。(5)(源于必修1P23“與生活的聯(lián)系”)蛋白質變性后還可用雙縮脲試劑檢測嗎？請說明理由。能。因為高溫破壞了肽鏈盤曲、折疊形成的空間結構，沒有破壞氨基酸之間的肽鍵。4.蛋白質的結構和功能：【特別提醒】①蛋白質的水解：完全水解（各種氨基酸混合物）部分水解（各種氨基酸和肽段的混合物）需要多種酶協(xié)同作用才能使蛋白質完全水解②蛋白質的鹽析：加入某種無機鹽，是使物質溶解度降低而析出的過程。③蛋白質的變性：破壞蛋白質的空間結構，但不破壞肽鍵，因此依然能用雙縮脲試劑檢測應用：臨床工作中常用酒精、加熱、紫外線等來消毒殺菌蛋白質分子在物理或化學因素的影響下，原有的空間構象發(fā)生改變，從而使菌體和病毒的蛋白質變性而失去其致病性和繁殖能力?！練w納總結】1.環(huán)狀肽和鏈狀肽的區(qū)別2.幾種常見蛋白質的分布和功能5.根據(jù)氮原子估算多肽鏈中氨基酸數(shù)蛋白質中的氮原子數(shù)目在一定程度上可反映出蛋白質中的氨基酸數(shù)目。蛋白質中的氮原子質量在一定程度上可反映出蛋白質中質量。蛋白質中的含氮量通常占其總質量的16%左右(12%~19%),因此，通過測定物質中的含氮量便可估算出物質中的總蛋白質含量(假設測定物質中的氮全來自蛋白質)，即:蛋白質含量=含氮量/16%?！獎P氏定氮法。6.蛋白質的相關計算（1）圖解（2）示例：假設氨基酸的平均相對分子質量為a，由n個氨基酸分別形成1條鏈狀多肽或m條鏈狀多肽形成肽鏈數(shù)形成肽鍵數(shù)脫去水分子數(shù)蛋白質相對分子質量1n－1n－1na－18(n－1)mn－mn－mna－18(n－m)【特別提醒】①計算多肽的相對分子質量時，除了考慮水分的減少外，還要考慮其他化學變化過程，如肽鏈上出現(xiàn)一個二硫鍵(—S—S—)時，要再減去2(即兩個氫原子)，若無特殊說明，不考慮二硫鍵。②若為環(huán)狀多肽，則可將相對分子質量計算公式na－18(n－m)中的肽鏈數(shù)(m)視為零，再進行相關計算③元素守恒定律其相關數(shù)量關系如下：(1)碳原子數(shù)＝氨基酸的分子數(shù)×2＋R基上的碳原子數(shù)。(2)氫原子數(shù)＝各氨基酸中氫原子的總數(shù)－脫去的水分子數(shù)×2。(3)氧原子數(shù)＝各氨基酸中氧原子的總數(shù)－脫去的水分子數(shù)。(4)氮原子數(shù)＝肽鏈數(shù)＋肽鍵數(shù)＋R基上的氮原子數(shù)＝各氨基酸中氮原子的總數(shù)。(5)由于R基上的碳原子數(shù)不好確定，且氫原子數(shù)較多，因此以氮原子數(shù)或氧原子數(shù)的計算為突破口，計算氨基酸的分子式或氨基酸個數(shù)最為簡便。例1.下列四種化合物中，哪種是構成蛋白質的氨基酸()A.CH3—CH2—COOHB.R—CH2—NH2C.D.例2.（2018年全國卷，Ⅲ卷，T30）回答下列與蛋白質相關的問題：（1）生物體中組成蛋白質的基本單位是_________，在細胞中合成蛋白質時，肽鍵是在________這一細胞器上形成的。合成的蛋白質中有些是分泌蛋白，如___________（填“胃蛋白酶”“逆轉錄酶”或“酪氨酸酶”）。分泌蛋白從合成至分泌到細胞外需要經(jīng)過高爾基體，此過程中高爾基體的功能是_______________________________。（2）通常，細胞內具有正常生物學功能的蛋白質需要有正確的氨基酸序列和_________結構，某些物理或化學因素可以導致蛋白質變性，通常，變性的蛋白質易被蛋白酶水解，原因是_________________________________________________________________。（3）如果DNA分子發(fā)生突變，導致編碼正常血紅蛋白多肽鏈的mRNA序列中一個堿基被另一個堿基替換，但未引起血紅蛋白中氨基酸序列的改變，其原因可能是____________________________。例3.（雙選）下列有關蛋白質結構與功能的敘述，正確的有()NaCl溶液中會造成其生物活性的喪失E.人體內含有多種多樣的蛋白質，每種蛋白質都是在細胞內發(fā)揮作用G.某種肽酶可水解肽鏈末端的肽鍵，則其可將多肽鏈分解為若干短肽例4：某50肽中有丙氨酸(R基為—CH3)4個，現(xiàn)脫掉其中的丙氨酸(相應位置如圖所示)，得到4條多肽鏈和5個氨基酸(脫下的氨基酸均以游離態(tài)正常存在)。下列有關敘述錯誤的是（）A.該50肽水解得到的幾種有機物比原50肽增加了8個氧原子B.若將得到的5個氨基酸縮合成5肽，則有5種不同的氨基酸序列C.若將新生成的4條多肽鏈重新連接成一條長鏈，則將脫去4個H2OD.新生成的4條多肽鏈至少含有4個游離的羧基例5.現(xiàn)有足量的甘氨酸、丙氨酸、谷氨酸3種氨基酸，它們能形成的三肽種類以及包含3種氨基酸的三肽種類分別最多有()A.9種，9種 B.6種，3種C.18種，6種 D.27種，6種考點二細胞中核酸的結構和功能1．結構層次（1）一個DNA分子（線性）①游離2個磷酸，絕大多數(shù)磷酸基團與2脫氧核糖相連。②一條鏈中相連的兩個堿基之間脫氧核糖-磷酸-脫氧核糖相連,兩條鏈中相連的兩個堿基之間靠氫鍵相連，GC堿基對相對含量越多，DNA的結構越穩(wěn)定。③DNA的基本骨架是磷酸-脫氧核糖交替排列。mRNArRNAtRNA（2）一個mRNArRNAtRNA一般情況下，細胞的RNA由一條核糖核苷酸鏈構成→單鏈RNA通過鏈內互補的堿基之間的氫鍵而形成一定的空間結構。DNA和RNA在堿基組成上的區(qū)別：可用放射性同位素標記法示蹤二者的合成過程和分布(3)核苷三磷酸與RNA的關系(4)脫氧核苷三磷酸與DNA的關系2.核酸的功能與分布（1）功能:脫氧核苷酸(堿基)排列儲存著生物的遺傳信息，核酸是細胞內攜帶遺傳信息的物質，在生物體的遺傳、遺傳和蛋白質的生物合成中具有極其重要的作用。（2）分布【教材拾遺】源于必修1P34“問題探討”：DNA能夠提供犯罪嫌疑人的信息的原因是DNA是遺傳物質，而每個人的遺傳物質有所區(qū)別。DNA鑒定技術還可以應用在研究人類起源、不同類群生物的親緣關系等方面。3.核酸、DNA、RNA、蛋白質的水解產物比較核酸DNARNA蛋白質基本單位核苷酸脫氧核苷酸核糖核苷酸氨基酸初步水解核苷酸4種脫氧核苷酸4種核糖核苷酸多肽徹底水解五碳糖、堿基（5種）、磷酸脫氧核糖、堿基（4種）、磷酸核糖、堿基（4種）、磷酸氨基酸、RNA和蛋白質三者之間的關系多樣性、蛋白質多樣性和生物多樣性的關系6.核DNA、mNRA、蛋白質的“相同”與“不同”例1：判斷，1.大腸桿菌細胞內單體c的結構可用e表示，e的種類約有20種（）、b是生物體內遺傳信息的攜帶者，C是生命活動的主要承擔者（）、B的多樣性由d中的n充分體現(xiàn)，C的多樣性由e中的R充分體現(xiàn)（）4.物質A是該生物的主要遺傳物質（）5.若某種生物的核酸只由4種d組成，則該生物一定不是細胞生物（）例2.如圖甲是組成乙或丙的基本單位（單體）。下列相關敘述錯誤的是（）A.如果甲中的m是U，則甲一定是丙的基本單位B.如果甲中的m是G，則甲一定是乙的基本單位C.如果甲中的a是脫氧核糖，則甲物質聚合成的大分子物質可以分布于線粒體和葉綠體中D.如果甲中的a是核糖，則甲物質聚合成的大分子物質可以分布于細胞核和細胞質中E.核酸控制蛋白質的合成，蛋白質可能參與基因表達的過程F.DNA、RNA、ATP和某些酶的組成中都有糖類G.高溫變性后的蛋白質能與雙縮脲試劑發(fā)生紫色反應H.若ATP斷裂兩個高能磷酸鍵，脫去兩個磷酸基團，可形成b，則a為核糖考點三生物大分子以碳鏈為骨架基本骨架：DNA：磷酸-脫氧核糖交替排列作為DNA的基本骨架生物大分子：碳鏈作為生物大分子的基本骨架細胞膜：磷脂雙分子層作為細胞膜(生物膜)的基本骨架細胞：細胞骨架作為細胞的基本骨架2.核酸與蛋白質的復合體【教材拾遺】源于必修1P38“復習與提高”：多糖和核酸都是由許多單體組成的多聚體，試從組成二者單體種類的角度分析核酸是遺傳信息的攜帶者，而多糖不是的原因：構成多糖的基本單位是葡萄糖，無論多少個葡萄糖構成多糖，它的順序沒有什么變化。而核酸是由核苷酸連接而成的長鏈，核酸分子中4種脫氧核苷酸(或核糖核苷酸)在數(shù)量、排列順序上就會千差萬別，從而能夠承擔起攜帶遺傳信息的功能。以碳鏈為基本骨架的小分子單體能構成許多不同的多聚體，模式圖如下。下列有關說法正確的是()A.若圖中多聚體為DNA，則構成其的脫氧核糖的組成元素為C、H、O、N、P