2020年高考生物一轮复习（创新版）文档：必修1第1单元走近细胞及细胞有分子组成第3讲 学案

第3讲　生命活动的主要承担者——蛋白质

[考纲明细]　蛋白质的结构和功能(Ⅱ)

考点1　蛋白质的组成、结构和功能

1．组成蛋白质的氨基酸及其种类

深挖教材

氨基酸中的氨基和羧基位于氨基酸的什么位置？

提示　氨基酸中都会有一个氨基和一个羧基位于中心碳原子上，在氨基酸的R基上也可能存在氨基和羧基。

2．氨基酸脱水缩合形成蛋白质的过程

(1)脱水缩合概念：一个氨基酸分子的氨基和另一个氨基酸分子的羧基相连接，同时脱去一分子水的过程。

(2)二肽的形成过程

a．过程①名称：脱水缩合；场所：核糖体。

b．物质②：二肽。

c．结构③：肽键，其结构简式为：—NH—CO—。

d．H2O中H的来源：一个来自氨基，一个来自羧基；

O来源：羧基。

e．肽以氨基酸的个数命名，三个或三个以上氨基酸缩合后的化合物又可称为多肽。

深挖教材

(1)肽链中氨基或羧基位于何处？

提示　肽链中氨基或羧基位于肽链的一端和R基上。

(2)若R基中含有氨基或羧基，在脱水缩合反应中，R基中的氨基或羧基是否参与了反应？

提示　在形成肽链时R基中氨基或羧基一般不参与脱水缩合，参与脱水缩合反应的氨基或羧基位于中心碳原子上。在蛋白质空间结构形成过程中，可能会发生R基中氨基和羧基的脱水缩合。

3．蛋白质结构和功能多样性

(1)蛋白质结构层次

氨基酸多肽(肽链)蛋白质。

(2)蛋白质分子多样性的原因

②肽链的盘曲、折叠方式及其形成的空间结构千差万别。

(3)蛋白质的功能(连线)

①细胞的结构物质　a．血红蛋白

②催化作用  b．绝大多数酶

③运输功能  c．肌肉、头发中的蛋白质

④信息传递和调节作用  d．胰岛素

⑤免疫功能  e．抗体

答案　①—c　②—b　③—a　④—d　⑤—e

深挖教材

(1)蛋白质变性后，其所含肽键是否断裂？

提示　蛋白质变性后，其空间结构破坏但肽键并未断裂。

(2)蛋白质在核糖体上合成后就能行使正常的生理功能吗？

提示　核糖体合成的蛋白质不具有复杂的空间结构，严格地说只是多肽，只有经盘曲、折叠形成空间结构后才能行使正常的生理功能。

1．(必修1 P21与生活的联系)人体细胞不能合成的，必须从外界环境中直接获取的氨基酸称为必需氨基酸，共8种，婴儿比成人多的一种氨基酸为组氨酸。因此，评价蛋白质营养价值时，格外注重必需氨基酸的种类和含量。例如，谷类蛋白质，尤其是玉米的蛋白质中缺乏的氨基酸是赖氨酸，因此以玉米为主食的人群，特别是儿童应额外补充赖氨酸。经常食用奶制品、肉类、蛋类和大豆制品，一般不会缺乏必需氨基酸。

2．(必修1 P22思考与讨论)人体中的蛋白质和食物中的蛋白质不一样，原因人体不能直接吸收食物中的蛋白质，而是将其消化分解成氨基酸后再吸收，虽然构成蛋白质的氨基酸是一样的，但构成蛋白质时氨基酸的种类、连接顺序、每种氨基酸的数量以及形成的空间结构都是不一样的。

3．(必修1 P23与生活的联系)鸡蛋清中加食盐析出白色絮状物(蛋白质)，兑水稀释后，絮状物消失，上述过程中说明蛋白质结构没有发生变化。吃熟鸡蛋容易消化的原因是高温使蛋白质变性，蛋白质空间结构变得伸展、松散，容易被蛋白酶水解。

4．(必修1 P24科学史话)①一个由20种，500个氨基酸组成的蛋白质，它的氨基酸的排列顺序就可能有20500种。

②1965年，我国科学家终于完成了结晶牛胰岛素的全部合成，且与天然胰岛素具有一样的生物活性。

(必修1 P24拓展题改编)人的神经细胞和肌肉细胞含量最多的有机物都是蛋白质，但二者功能完全不同，从组成二者的蛋白质来考虑，其原因不包含(　　)

A．氨基酸数目不同   B．氨基酸种类不同

C．氨基酸排列顺序不同   D．由细胞中的遗传信息决定

答案　D

题组　氨基酸的种类与结构

1．下图是四种构成蛋白质的氨基酸的结构式，有关叙述错误的是(　　)

A．构成上述氨基酸分子的基本元素是C、H、O、N

B．上述四种氨基酸的R基依次是—H、—CH2OH、—CH3、—CH2—COOH

C．R基中可以有氨基或羧基

D．含有氨基和羧基的化合物都是构成生物体蛋白质的氨基酸

答案　D

解析　含有氨基和羧基的化合物并不一定都是构成蛋白质的氨基酸，只有一个氨基和一个羧基连在同一个碳原子上的化合物才是构成蛋白质的氨基酸。

2. 下图为氨基酸分子的结构通式，下列叙述正确的是(　　)

A．结构④在生物体内约有20种

B．氨基酸脱水缩合产生水，水中的氢来自于②和③

C．结构④中含有的氨基或羧基全部都参与脱水缩合

D．生物体内n个氨基酸形成一条多肽链需要n种密码子

答案　A

解析　①为氨基，③为羧基，④为侧链基团(R基)。构成生物体氨基酸的种类约有20种，A正确；氨基酸脱水缩合形成水，水中氢来自①③，B错误；R基中的氨基或羧基一般不参与脱水缩合，C错误；生物体内n个氨基酸形成一条多肽链需要n个密码子而不是需要n种密码子，D错误。

技法提升

判断组成蛋白质的氨基酸的方法

题组　蛋白质的结构

3．(2019·大连三中模拟)如图是某一多肽链的分子结构式，据图分析，下列叙述错误的是(　　)

A．①是氨基，⑤是羧基

B．该多肽链中只有一个肽键，是④

C．该多肽链中的R基有②③⑥

D．该多肽链形成时失去两分子水

答案　B

解析　分析题图，图中①为氨基，⑤为羧基，A正确；该多肽链中共有2个肽键，B错误；该多肽链中的R基有3个，为图中的②③⑥，C正确；该多肽链中有2个肽键，形成时失去两分子水，D正确。

4．如图是某蛋白质分子的结构示意图，图中“▲、★、■、●”等表示不同种类的氨基酸，图中A链由21个氨基酸组成，B链由19个氨基酸组成，图中“—S—S—”是在蛋白质加工过程中由两个“—SH”脱去两个“H”形成的。下列有关叙述错误的是(　　)

A．蛋白质多样性的原因之一是氨基酸的排列顺序

B．该蛋白质分子中至少含有两个羧基

C．图中肽链上“—”代表的化学键是在高尔基体中形成的

D．若高温使图中的“—S—S—”断裂，则该蛋白质分子的功能丧失

答案　C

解析　蛋白质分子的多样性取决于氨基酸的种类、数目、排列顺序和肽链的空间结构，A正确；该蛋白质分子含有两条肽链(A链、B链)，一条肽链至少含有一个羧基，B正确；肽链内部的肽键是在核糖体上进行翻译的过程中形成的，C错误；高温使该蛋白质分子中的二硫键断裂，进而使其空间结构破坏，蛋白质分子的功能丧失，D正确。

5．(2019·安阳模拟)朊病毒蛋白(PrP)有两种构象：一种是PrPc，一种是PrPsc，它们的比较如表：

由此可以推测这两种蛋白质表现出不同性质的原因是(　　)

A．溶解度不同   B．氨基酸的种类不同

C．空间结构不同   D．氨基酸的数量不同

答案　C

解析　由表中信息可知，两种蛋白质的肽链中氨基酸排列顺序相同，由此可确定两种蛋白质的空间结构不同是它们表现出不同性质的原因。

题后归纳

1氨基结构简式：—NH2；羧基结构简式：—COOH；肽键结构简式：—NH—CO—。

2高温破坏肽链盘曲、折叠形成的空间结构，没有破坏氨基酸之间的肽键，所以蛋白质变性后仍可采用双缩脲试剂检测。

3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。

4酒精、加热、紫外线方法消毒、杀菌的原理是使细菌和病毒的蛋白质变性。

题组　蛋白质功能

6．(2019·甘肃平凉模拟)下列有关生物体内特殊蛋白质的叙述，正确的是(　　)

A．细胞膜上的载体蛋白对某些物质出入细胞具有运输作用

B．抗体主要分布在血清中，其化学本质为糖蛋白

C．酶的化学本质是蛋白质，只对细胞内的化学反应具有催化作用

D．突触后膜上的蛋白质受体能够识别神经递质，识别后即被降解，不再识别其他神经递质

答案　A

解析　细胞膜上的载体蛋白对以协助扩散或主动运输方式出入细胞的某些物质具有运输作用，A正确；抗体主要分布在血清中，其化学本质为球蛋白，不是糖蛋白，B错误；酶中绝大多数是蛋白质，少数是RNA，既可以在细胞内起催化作用，也可以在细胞外起催化作用，C错误；突触后膜上的蛋白质受体可以多次识别神经递质，神经递质与受体结合发挥作用后即被降解，不能再被受体识别，D错误。

7．(2018·全国卷Ⅱ)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Mg2＋形成的血红蛋白参与O2运输

D．细胞核中某些蛋白质是染色体的重要组成成分

答案　C

解析　抗体可以与相应的抗原结合，进行体液免疫，A正确；肌肉细胞中的某些蛋白质(如肌动蛋白等)参与肌肉收缩的过程，B正确；蛋白质结合Fe2＋形成的血红蛋白参与O2的运输，C错误；染色体是细胞核的结构之一，染色体主要由DNA和蛋白质组成，D正确。

题后归纳

几种常见蛋白质的分布和功能

考点2　蛋白质的相关计算

1．蛋白质相对分子质量、氨基酸数、肽链数、肽键数和失去水分子数的关系

(1)肽键数＝失去水分子数＝氨基酸数－肽链数；

(2)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。(不考虑形成二硫键)

注：氨基酸平均相对分子质量为a。

[特别提醒]　(1)有时还要考虑其他化学变化过程，如肽链上出现二硫键(—S—S—)时，要再减去脱去的氢原子数，形成一个二硫键，蛋白质的相对分子质量减少2，若无特殊说明，不考虑二硫键。

(2)若为环状多肽，则可将公式中的肽链数视为零，再进行相关计算。即肽键数＝失去水分子数＝氨基酸数。

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×1。

(2)游离氨基或羧基数目＝肽链数×1＋R基中含有的氨基数或羧基数。

3．利用原子守恒法进行蛋白质计算

氨基酸在脱水缩合形成多肽时，要失去部分氧原子和氢原子，但是碳原子、氮原子的数目不会减少。

(1)氢原子数＝各氨基酸中氢原子的总数－脱去的水分子数×2。

(2)氧原子数＝肽键数＋2×肽链数＋R基上的氧原子数＝各氨基酸中氧原子的总数－脱去的水分子数。

(3)氮原子数＝肽键数＋肽链数＋R基上的氮原子数＝各氨基酸中氮原子的总数。

4．多肽多样性的计算

以20种氨基酸形成四肽化合物为例

(1)若每种氨基酸数目无限，可形成肽类化合物的种类有204种(即1号位置安放氨基酸的情况有20种，2、3、4号也是如此，即20×20×20×20＝204种)。

(2)若每种氨基酸只有一个，可形成肽类化合物的种类有(20×19×18×17)种[即1号位置安放氨基酸的情况有20种，2号位置安放的氨基酸只能在剩余的19种中选择……即(20×19×18×17)种]。

5．结合基因表达进行蛋白质计算

DNA中碱基排列顺序转录为mRNA中碱基排列顺序，进而翻译为蛋白质中氨基酸的排列顺序。其数量关系图解如下：

1．如图是某蛋白质分子(假设形成该蛋白质的多肽由40个氨基酸组成)形成示意图，A链由21个氨基酸组成，B链由19个氨基酸组成，图中“—S—S—”是在蛋白质加工过程中由两个“—SH”脱下2个H形成的。下列有关叙述中，正确的是(　　)

A．该蛋白质若是分泌蛋白，其加工过程在核糖体、内质网、高尔基体上进行

B．该蛋白质分子中至少含有2个游离的羧基

C．形成该蛋白质分子时脱去了41个水分子

D．在形成该蛋白质的过程中，相对分子质量减少了684

答案　B

解析　分泌蛋白的加工过程在内质网和高尔基体上进行，核糖体为其合成场所，A错误；该蛋白质由两条肽链组成，因此至少含有2个游离的氨基和羧基，B正确；脱去的水分子数＝氨基酸数－肽链数＝(21＋19)－2＝38，C错误；相对分子质量减少量＝脱去水的相对分子质量＋二硫键数×2＝38×18＋6＝690，D错误。

2．有一条多肽链，分子式为CxHyOpNqS，将它彻底水解后，只得到下列4种氨基酸。分析推算可知，水解得到的氨基酸个数为(　　)

A．q＋1  B．p－1  C．q－2  D．p＋1

答案　B

解析　计算氨基酸的个数常以氮原子数或氧原子数的计算为突破口。本题的4种氨基酸中，赖氨酸的R基中有氨基(1个N)，因不知道赖氨酸的个数，所以无法依据公式“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”来计算氨基酸个数。可依据“氧原子数＝各氨基酸中氧原子的总数－脱去的水分子数”进行计算，设氨基酸个数为m，R基中不含氧原子时，每个氨基酸中含2个氧原子，则有p＝2m－(m－1)，从而解得m＝p－1。

3．现有足量的甘氨酸、丙氨酸、谷氨酸3种氨基酸，它们能形成的三肽种类以及包含3种氨基酸的三肽种类分别最多有(　　)

A．9种，9种   B．6种，3种

C．18种，6种   D．27种，6种

答案　D

解析　足量的3种氨基酸构成的三肽有33＝27种。对于包含3种氨基酸的三肽种类的理解，可借用示意图“□—□—□”来分析，即第一个位置的氨基酸有3种情况，第二个位置只能从另2种氨基酸中任选1种，第三个位置只能安放剩余的1种，即3×2×1＝6种。

4．氨基酸的平均相对分子质量为120，如有一个2条链的多肽，相对分子质量为12276，合成这个多肽的氨基酸的数目和指导它合成的DNA分子中的最少脱氧核苷酸数目依次为(　　)

A．144,864   B．144,432

C．120,720   D．120,360

答案　C

解析　在多肽合成时，氨基酸数－肽链条数＝肽键数＝脱去的水分子数。氨基酸数×120－(氨基酸数－2)×18＝12276，可求得氨基酸数＝120；在DNA指导蛋白质合成时，DNA分子中脱氧核苷酸数目(最少)∶氨基酸数＝6(最少)∶1，所以DNA分子中脱氧核苷酸数目至少为120×6＝720。

高考热点突破

1．(2018·江苏高考)哺乳动物的催产素具有催产和排乳的作用，加压素具有升高血压和减少排尿的作用。两者结构简式如下图，各氨基酸残基用3个字母缩写表示。下列叙述正确的是(　　)

A．两种激素都是由八肽环和三肽侧链构成的多肽类化合物

B．氨基酸之间脱水缩合形成的水分子中氢全部来自氨基

C．肽链中游离氨基的数目与参与构成肽链的氨基酸种类无关

D．两种激素间因2个氨基酸种类不同导致生理功能不同

答案　D

解析　两种激素都是由九个氨基酸分子脱水缩合形成的链状肽，A错误；氨基酸之间脱水缩合形成的水分子中的氢来自氨基和羧基，B错误；肽链中游离的氨基包括肽链末端的氨基和R基中的氨基，故肽链中游离氨基的数目与参与构成肽链的氨基酸种类有关，C错误；两种激素结构相似，仅两种氨基酸的种类不同，所以氨基酸的种类不同导致两种激素功能不同，D正确。

2．(2017·海南高考)有关蛋白质结构与功能的叙述，错误的是(　　)

A．蛋白质的生物活性与蛋白质的空间结构有关

B．数量相同的5种氨基酸可以组成不同的多肽链

C．将抗体溶于NaCl溶液中会造成其生物活性的丧失

D．氨基酸序列相同的多肽链可折叠成不同的空间结构

答案　C

解析　蛋白质的功能主要取决于组成其的氨基酸数目、种类、排列顺序及形成其的空间结构，A正确；数量相同的5种氨基酸可以有多种组合方式且形成长度不同的多肽链，B正确；将抗体溶于NaCl溶液中会出现盐析现象，但其生物活性没有丧失，C错误；氨基酸序列相同的多肽链可盘曲、折叠形成不同的空间结构，D正确。

3．(2017·江苏高考)下列关于肽和蛋白质的叙述，正确的是(　　)

A．α－鹅膏蕈碱是一种环状八肽，分子中含有8个肽键

B．蛋白质是由2条或2条以上多肽链构成的

C．蛋白质变性是由于肽键的断裂造成的

D．变性蛋白质不能与双缩脲试剂发生反应

答案　A

解析　环状八肽由8个氨基酸脱水缩合形成，肽键数与氨基酸数相等，都是8个，A正确；蛋白质具有多样性，可能由1条多肽链构成，也可能由2条或2条以上多肽链构成，B错误；蛋白质变性是指蛋白质的空间结构被破坏，肽键没有断裂，C错误；变性蛋白质含有肽键，可与双缩脲试剂发生紫色反应，D错误。

4．(2016·江苏高考)蛋白质是决定生物体结构和功能的重要物质。下列相关叙述错误的是(　　)

A．细胞膜、细胞质基质中负责转运氨基酸的载体都是蛋白质

B．氨基酸之间脱水缩合生成的H2O中，氢来自于氨基和羧基

C．细胞内蛋白质发生水解时，通常需要另一种蛋白质的参与

D．蛋白质的基本性质不仅与碳骨架有关，而且也与功能基团有关

答案　A

解析　细胞膜上负责转运氨基酸的载体是蛋白质，细胞质基质中负责转运氨基酸的载体是tRNA，A错误；氨基酸之间脱去的水分子中氢来自氨基和羧基，氧来自羧基，B正确；细胞内蛋白质水解时需蛋白酶催化，蛋白酶属于蛋白质，C正确；蛋白质的基本性质与碳骨架有关，也与功能基团有关，D正确。

5．(2018·全国卷Ⅲ)回答下列与蛋白质相关的问题：

(1)生物体中组成蛋白质的基本单位是____________，在细胞中合成蛋白质时，肽键是在______________这一细胞器上形成的。合成的蛋白质中有些是分泌蛋白，如________________(填“胃蛋白酶”“逆转录酶”或“酪氨酸酶”)。分泌蛋白从合成至分泌到细胞外需要经过高尔基体，此过程中高尔基体的功能是________________。

(2)通常，细胞内具有正常生物学功能的蛋白质需要有正确的氨基酸序列和________结构，某些物理或化学因素可以导致蛋白质变性，通常，变性的蛋白质易被蛋白酶水解，原因是______________________________。

(3)如果DNA分子发生突变，导致编码正常血红蛋白多肽链的mRNA序列中一个碱基被另一个碱基替换，但未引起血红蛋白中氨基酸序列的改变，其原因可能是____________________。

答案　(1)氨基酸　核糖体　胃蛋白酶　对蛋白质进行加工、分类和包装

(2)空间　蛋白质变性使肽键暴露，暴露的肽键易与蛋白酶接触，使蛋白质降解

(3)遗传密码具有简并性

解析　(1)生物体中组成蛋白质的基本单位是氨基酸；细胞中合成蛋白质时，在核糖体上mRNA的密码子被翻译成氨基酸，氨基酸之间脱水缩合形成肽键。胃蛋白酶是胞外酶，属于分泌蛋白，逆转录酶和酪氨酸酶属于胞内酶。分泌蛋白从合成至分泌到细胞外还需要经过内质网加工，再经过高尔基体的进一步加工、分类、包装，最后形成分泌小泡转运至细胞膜，通过胞吐的方式分泌出去。

(2)细胞内的蛋白质都有特定的氨基酸数目、种类和排列顺序以及由肽链盘曲、折叠形成的一定的空间结构；某些物理或化学因素可以使蛋白质分子的空间结构变得伸展、松散，肽键暴露，易与蛋白酶接触，使蛋白质易被水解。

(3)编码正常血红蛋白多肽链的mRNA序列中一个碱基被另一个碱基替换，改变后的密码子翻译的氨基酸还是原来的氨基酸，这是密码子的简并性，所以不引起血红蛋白中氨基酸序列的改变。