2025版高考生物一轮总复习必修1第1单元走近细胞和组成细胞的分子第3讲蛋白质和核酸课件
展开考点一 蛋白质的结构和功能
必备知识 · 夯实基础
1.组成蛋白质的氨基酸的结构和种类(1)氨基酸的结构
2.蛋白质的合成(1)多肽的形成过程
①肽的名称确定:一条多肽链由几个氨基酸分子构成就称为____。②H2O中各元素的来源:H来自_______________________,O来自____________。③一条肽链上氨基数或羧基数的确定: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______;其余的氨基(或羧基)在______上。
(2)蛋白质的结构层次(以血红蛋白为例)
3.蛋白质结构多样性与功能多样性
易错整合,判断正误。(1)酶既可以在细胞内发挥作用,也可以在细胞外发挥作用。( )(2)所有氨基酸都不能在人体细胞内合成。( )(3)血红蛋白中不同肽链之间通过肽键连接。( )(4)蛋白质中的化学键不都是在核糖体中形成的。( )(5)蛋白质在酒精作用下肽链的盘曲和折叠被解开时,其特定功能并未发生改变。( )(6)在蛋白酶的作用下,蛋白质水解过程中肽键断裂。( )
2021年3月,一篇熟鸡蛋返生孵小鸡的论文引发网络关注。央视评论:“侮辱性很强,伤害性极大”。(1)熟鸡蛋无法返生的原因是____________________________________________________________。(2)在鸡蛋清中加入食盐析出白色絮状物,兑水后絮状物消失,这一现象说明____________________________________;相对于生鸡蛋,煮熟的鸡蛋更容易消化,这是因为__________________________________________________________________________________。
高温破坏蛋白质的空间结构,使蛋白质
变性,且该过程是不可逆的
盐析过程中蛋白质的结构没有发生变化
煮熟鸡蛋过程中,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
(3)经常食用鸡蛋、牛奶、大豆制品,人体一般就不会缺乏必需氨基酸,必需氨基酸是指____________________________________________________。高温加热后,蛋白质用双缩脲试剂检验___(填“能”或“不能”)发生紫色反应。双缩脲试剂的使用方法是___________________________________________。评价食物中蛋白质成分的营养价值时,应特别关注的问题是________________________。
人体细胞自身不能合成,必须从外界环境中获取的
先加A液(NaOH溶液),
再加B液(CuSO4溶液)
必需氨基酸的种类和含量
剖析难点 · 考点突破
1.蛋白质的变性和水解辨析
2.常考蛋白质的分布和功能
提醒:载体与受体的区别载体是协助物质运输的蛋白质,如血红蛋白是运输氧的载体,细胞膜上有运输葡萄糖、Na+、K+等的转运蛋白;受体是接受信号分子的蛋白质,如神经递质受体、激素分子受体,其主要作用是实现细胞间信息交流。
3.蛋白质相关的计算规律(1)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。(2)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:假设氨基酸平均相对分子质量为a。提醒:①环状肽特点是肽键数与氨基酸数相同,即肽键的数目=脱去的水分子的数目=氨基酸的数目。②如果形成二硫键,需考虑每形成一个二硫键需去掉两个H。
(3)利用原子守恒计算肽链中原子数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,要失去部分氢原子和氧原子,但是碳原子、氮原子的数目不会减少。多肽中的相关数量关系如下:①碳原子数=氨基酸的个数×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。提醒:由于R基上的碳原子数不容易确定,且氢原子数较多,因此以氮原子数或氧原子数为突破口,计算氨基酸的分子式或氨基酸个数最为简便。
考向一 围绕氨基酸和蛋白质的结构,考查结构与功能观(2024·黑龙江哈尔滨期中)科学家已经发现了第21种和第22种氨基酸——硒代半胱氨酸和吡咯赖氨酸,硒代半胱氨酸也可以在人体中合成,吡咯赖氨酸只存于甲烷菌中。下列关于组成蛋白质的氨基酸的说法,错误的是( )A.组成人体蛋白质的氨基酸有13种必需氨基酸,8种非必需氨基酸B.组成人体蛋白质的氨基酸都含有C、H、O、NC.这两种氨基酸的结构也符合组成蛋白质的氨基酸的结构通式D.第21种和第22种氨基酸的理化性质不同,原因是二者的R基不同解析:组成人体蛋白质的氨基酸有8种必需氨基酸,13种非必需氨基酸。
“二看法”判断组成蛋白质的氨基酸
〔变式训练1〕 (2021·重庆卷)某胶原蛋白是一种含18种氨基酸的细胞外蛋白。下列叙述正确的是( )A.食物中的该蛋白可被人体直接吸收B.人体不能合成组成该蛋白的所有氨基酸C.未经折叠的该蛋白具有生物学功能D.该蛋白在内质网内完成加工解析:蛋白质要在人体消化道中被彻底水解为氨基酸才能被吸收,A错误;构成人体蛋白质的氨基酸包括必需氨基酸(8种)和非必需氨基酸(13种),必需氨基酸人体细胞不能合成,需从外界环境中获取,B正确;未经折叠的多肽链没有生物学活性,C错误;该蛋白为分泌蛋白,要在核糖体上合成,经过内质网初步加工,通过囊泡的形式运至高尔基体进一步加工,再分泌到细胞外,D错误。
考向二 考查蛋白质的结构和功能 (2023·四川省攀枝花市一模)蛋白质是生物体生命活动的主要承担者,下列有关蛋白质的叙述,错误的是( )A.细胞间的信息交流大多与细胞的膜蛋白有关B.细胞膜和细胞质基质中转运氨基酸的载体不都是蛋白质C.蛋白质遇高温变性,此过程中肽键数一定减少D.细胞核中的某些蛋白质是染色体的重要组成部分
解析: 细胞间的信息交流大多与细胞的膜蛋白有关,A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tRNA,B正确;蛋白质遇高温变性时,其空间结构被破坏,但肽键没有断裂,即肽键数没有减少,C错误;细胞核中的染色体的主要组成成分是蛋白质和DNA,所以细胞核中的某些蛋白质是染色体的重要组成部分,D正确。
(3)由于基因的选择性表达,同一生物的不同细胞中蛋白质种类和数量会出现差异。(4)不同蛋白质的合成场所:真核细胞胞内蛋白在游离核糖体上合成,分泌蛋白则在附着于内质网上的核糖体中合成。(5)氨基酸数目≠氨基酸种类:蛋白质分子含有多个氨基酸,构成生物体蛋白质的氨基酸约有21种。(6)R基团中不一定有C原子,如甘氨酸中R基团为H原子;S元素一定在R基团中。(7)多肽≠蛋白质:在核糖体上合成的是多肽,而不是蛋白质,多肽必须经过加工后,才能形成具有一定空间结构和特定功能的蛋白质。(8)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。
〔变式训练2〕 (2024·河北省“五个一名校联盟”二诊)蛋白质是生命活动的主要承担者,在细胞中发挥着重要的作用。下列有关说法错误的是( )A.抗体、酶、载体蛋白发挥相应作用后,不能继续发挥作用的是抗体B.细胞凋亡过程中有新蛋白质的合成,体现了基因的选择性表达C.高温处理过的蛋白质不能与双缩脲试剂发生反应D.由rRNA和蛋白质组成的核糖体具有特定的空间结构
解析: 酶、载体蛋白发挥作用后结构不变,可以重复利用,抗体特异性的作用于抗原后,形成沉淀或细胞集团进而被吞噬细胞吞噬消化,所以不能继续发挥作用的是抗体,A正确;细胞凋亡是由基因决定的细胞自动结束生命的现象,在细胞凋亡过程中,特定的基因会表达并合成特定的蛋白质行使凋亡功能,这体现了基因的选择性表达,B正确;高温处理过的蛋白质空间结构被破坏,但不会破坏肽键,双缩脲试剂与肽键发生反应,所以高温处理过的蛋白质能与双缩脲试剂发生反应,C错误;核糖体是由rRNA和蛋白质组成的,核糖体具有特定的空间结构,D正确。
考向三 围绕蛋白质的合成及相关计算,考查科学思维能力 (2023·江苏省苏锡常镇四市调研)研究发现一类称作“分子伴侣”的蛋白质可识别正在合成的多肽或部分折叠的多肽,并通过改变自身空间结构与多肽的某些部位相结合,从而帮助这些多肽折叠、组装或转运,其本身不参与组成最终产物并可循环发挥作用。下列叙述正确的是( )A.乳酸菌内“分子伴侣”发挥作用的场所可能在内质网上B.“分子伴侣”介导加工的直链八肽化合物中至少含有9个氧原子和8个氮原子C.“分子伴侣”的空间结构一旦发生改变,则不可逆转D.变性后的“分子伴侣”不能与双缩脲试剂发生作用产生紫色反应
解析:乳酸菌是原核生物,无内质网,A错误;每一个氨基酸至少含有一个氨基(—NH2)和一个羧基(—COOH),直链八肽化合物由8个氨基酸脱去7个水形成,其中8个氨基酸中至少的氧原子数为8×2=16,至少的氮原子数为8×1=8,7分子水(H2O)包含的氧原子数为7,氮原子数为0,则直链八肽化合物至少有氧原子8×2-7=9,氮原子8×1=8,B正确;由题干信息可知,分子伴侣在发挥作用时会改变自身空间结构,并可循环发挥作用,因此可以判断“分子伴侣”的空间结构的改变是可以逆转的,C错误;双缩脲试剂鉴定的物质是蛋白质(或多肽),要求所发生反应的物质中具有的肽键数≥2个,因此变性后的“分子伴侣”能与双缩脲试剂发生作用产生紫色反应,D错误。
〔变式训练3〕 (2023·华中师范大学附中模考)短杆菌肽S是从短杆芽孢杆菌中提取的环状十肽类抗生素。短杆菌肽S主要破坏细胞膜,也破坏真核细胞的线粒体膜,因而它可以抑制其他微生物的生长繁殖。下列关于短杆菌肽S的叙述正确的是( )A.短杆菌肽S的合成需要细胞质基质或者线粒体提供ATPB.合成1分子短杆菌肽S的过程需要消耗10分子水C.短杆菌肽S至少含有1个游离的氨基和1个游离的羧基D.短杆菌肽S可能改变膜的通透性,使胞内物质外溢而导致细胞死亡
解析:短杆芽孢杆菌是原核生物,没有线粒体,只能由细胞质基质提供ATP,A错误;氨基酸脱水缩合形成环状肽链时,其脱去的水分子数=氨基酸数目,合成1分子的短杆菌肽S需要生成10分子水,而不是消耗,B错误;短杆菌肽S为环状分子,可能没有游离的氨基和羧基,C错误;短杆菌肽S可以破坏细胞膜,因此可能改变膜的通透性,使细胞内的物质外溢导致细胞死亡,D正确。
考点二 核酸的种类、结构和功能
提醒:有的RNA也有空间结构,如tRNA等。
提醒:DNA是一切细胞生物的遗传物质。
3.DNA和RNA的比较(1)组成单位的比较
提醒:DNA初步水解的产物是四种脱氧核苷酸(腺嘌呤脱氧核苷酸、鸟嘌呤脱氧核苷酸、胸腺嘧啶脱氧核苷酸和胞嘧啶脱氧核苷酸),彻底水解的产物是脱氧核糖、磷酸和四种含氮碱基(腺嘌呤、鸟嘌呤、胸腺嘧啶和胞嘧啶)。
4.生物大分子以碳链为骨架
易错整合,判断正误。(1)只有DNA分子能携带遗传信息。( )(2)真核细胞的RNA能够传递遗传信息。( )(3)RNA只分布在细胞质中,DNA只分布在细胞核内。( )(4)不是所有生物都含有DNA和RNA两种核酸。( )
1.DNA指纹技术在案件侦破工作中能够提供犯罪嫌疑人的信息的依据是什么?DNA鉴定技术还可以运用在哪些方面?提示:依据是DNA是人类的遗传物质,每个人的遗传物质有所区别,因此DNA能够提供犯罪嫌疑人的信息。DNA鉴定技术还可以运用在亲子鉴定、研究人类起源、不同生物类群的亲缘关系等方面。
2.(必修1P35正文)组成DNA分子的脱氧核苷酸有4种,但是如果数量不限,在连成n个脱氧核苷酸构成的DNA片段时,排列顺序最多有多少种?提示:4n/2种。3.(必修1P35正文)生物的遗传信息是否都储存在DNA分子中?举例说明。提示:不是,生物的遗传信息大都储存在DNA中,但部分病毒的遗传信息储存在RNA中,如HIV、SARS病毒等。
1.归纳概括生物种类与核酸、核苷酸及碱基种类的关系
2.蛋白质与核酸之间的关系图
3.DNA多样性、蛋白质多样性和生物多样性的关系
考向一 借助核酸的结构与功能,考查生命观念 (2024·河南天一大联考)如图是构成核酸的两种核苷酸及它们形成的核苷酸链(N表示某种碱基)。下列有关叙述正确的是( )A.动物细胞的核酸中碱基种类有8种B.若丙中N为T,则丙的基本组成单位是乙C.若丙中N为U,则不可储存遗传信息D.颤蓝细菌的遗传信息储存在甲的排列顺序中
解析:动物细胞内含有DNA和RNA两种核酸,DNA和RNA中碱基种类共有5种(A、T、C、G、U),A错误;若丙中N为T,则该链属于DNA链,DNA的基本组成单位是甲(脱氧核苷酸),B错误;若丙中N为U,则该链属于RNA链,RNA链也可储存遗传信息,如HIV的遗传信息储存于其RNA分子中,C错误;颤蓝细菌的遗传物质为DNA,DNA分子中脱氧核苷酸的排列顺序储存着遗传信息,D正确。
判断DNA和RNA的三种方法
〔变式训练1〕 乙肝病毒和人类免疫缺陷病毒的遗传物质分别是DNA和RNA,下列有关DNA和RNA的比较,正确的是( )A.从元素组成上,DNA和RNA的元素组成不相同B.从化学组成上,DNA与RNA的碱基种类完全不同C.从结构上,DNA多为双链结构,RNA通常为单链结构D.从分布上,真核细胞中的DNA全部存在于细胞核中,RNA全部存在于细胞质中
解析: 从元素组成上,DNA和RNA的元素组成相同,都为C、H、O、N、P,A项错误;组成DNA的碱基为A、C、G、T,而组成RNA的碱基为A、C、G、U,因此两者的碱基不完全相同,B项错误;从结构上,DNA多为双链结构,RNA通常为单链结构,C项正确;分布上,真核细胞的DNA主要存在于细胞核中,RNA主要存在于细胞质中,D项错误。
考向二 结合核酸、蛋白质间的内在关系,考查创新应用能力核酸通常与蛋白质结合以“核酸—蛋白质”复合体的形式存在。以下叙述错误的是( )A.T2噬菌体、HIV和烟草花叶病毒都可以看作是“核酸—蛋白质”复合体B.紫外线、酒精消杀病毒时,分别破坏复合体中的核酸和蛋白质C.原核细胞中的“核酸—蛋白质”复合体就是“核糖体RNA—蛋白质”复合体D.真核细胞内遗传信息传递过程中,可出现核酸与相应的酶形成的复合体
解析:T2噬菌体、HIV和烟草花叶病毒都可以看作是“核酸—蛋白质”复合体,A正确;紫外线、酒精消杀病毒时,分别破坏复合体中的核酸和蛋白质,B正确;原核细胞中的“核酸—蛋白质”复合体不仅仅是“核糖体RNA—蛋白质”复合体,如DNA复制时,DNA聚合酶与DNA结合形成“DNA—蛋白质”复合体,C错误;真核细胞内遗传信息传递过程中,可出现核酸与相应的酶形成的复合体,D正确。
〔变式训练2〕 细胞内的核酸通常需要与蛋白质结合成为核酸—蛋白质复合物,才能行使特定的生理功能。下列有关叙述不正确的是( )A.RNA与蛋白质结合有利于肽链的合成B.DNA与蛋白质结合能调控基因的表达C.真核细胞和原核细胞中均存在DNA与蛋白质形成的复合物D.DNA的合成过程需要蛋白质,蛋白质的合成过程不需要DNA
解析:mRNA与有关蛋白质结合有利于翻译过程,A正确;DNA与RNA聚合酶结合能调控基因的转录,B正确;真核细胞和原核细胞中,DNA复制和转录时,都有酶与DNA结合成DNA—蛋白质复合物,C正确;DNA的合成过程需要蛋白质(如DNA聚合酶),蛋白质的合成过程需要DNA的指导,D错误。
考向三 生物大分子以碳链为基本骨架蛋白质、核酸、多糖是人体内重要的大分子物质,下列相关叙述错误的是( )A.蛋白质结构与功能具有多样性和特异性,是生命活动的主要承担者B.DNA与蛋白质组成染色体,存在于细胞核、线粒体中C.RNA主要在细胞核中合成,具有传递信息和转运物质等功能D.多糖主要存在于肝脏和骨骼肌细胞,能暂时储存能量
解析:氨基酸的种类、数目、排列顺序以及肽链盘曲、折叠的方式及其形成的空间结构不同导致了蛋白质的多样性,而结构决定功能,蛋白质的功能也具有多样性,每一种蛋白质都有其特定的结构和功能,因此具有特异性,A正确;染色体只存在于细胞核中,线粒体中的DNA是裸露的环状DNA分子,B错误;RNA通过转录产生,主要在细胞核中合成,种类有mRNA(传递遗传信息)、tRNA(识别并转运氨基酸)、rRNA(参与核糖体的构成),C正确;在人体中多糖有肝糖原和肌糖原,能暂时储存能量,D正确。
有机物初步水解产物、彻底水解产物和代谢终产物
〔变式训练3〕 多聚体是由许多相同或相似的基本单位组成的生物大分子,如图表示细胞利用基本单位合成生物大分子的示意图,下列说法正确的是( )A.若该生物大分子的基本单位中含有胸腺嘧啶,则该生物大分子是DNAB.若该生物大分子具有催化作用,则该生物大分子一定是蛋白质C.若该生物大分子的基本单位中含有尿嘧啶,则该生物大分子是原核生物的遗传物质D.若该生物大分子是糖原,则该生物大分子是动植物细胞内的储能物质
解析:胸腺嘧啶是DNA特有的碱基,RNA中没有,若该生物大分子的基本单位(核苷酸)中含有胸腺嘧啶,则该生物大分子一定是DNA,A正确;若该生物大分子具有催化作用,则该生物大分子是酶,可以是蛋白质或RNA,B错误;若该生物大分子的基本单位中含有尿嘧啶,则该生物大分子是RNA,而原核生物的遗传物质是DNA,C错误;糖原是动物细胞中特有的多糖,若该生物大分子是糖原,则该生物大分子是动物细胞内的储能物质,D错误。
素养提升 · 强化思维
阅读下列材料,回答下列问题:蜂毒肽的免疫功能蜂毒肽是由26个氨基酸脱水缩合形成的多肽①,可以提高机体免疫功能。明代方以智所著《物理小识》中,“取黄蜂之尾针合硫炼,加水麝为药。置疮汤头,以火点而灸之”,详细记录了蜂毒疗法的配方及用法。
|情境试题 规范作答|
(1)区分蜂毒肽不同单体的依据是__________;其单体的结构特点是__________________________________________________________________________________________________________________________________________。
每种氨基酸至少有一个氨基和一个羧基,都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上,这个碳原子同时还连接一个氢原子和一个侧链基团(R基)
(2)蜂毒肽是一种两亲性多肽,既能溶于水又能溶于甲醇等有机试剂②。用蜂毒肽作用于三种免疫细胞BMDC、BMDM及LSEC,一段时间后,细胞内容物流出,导致细胞死亡。请根据蜂毒肽的分子特性推测蜂毒肽造成细胞死亡的原因:__________________________________________________________________________________________________________________________。
蜂毒肽是两亲性多肽,可以插入细胞膜的磷脂分子层中,改变细胞膜原有结构,使细胞膜破裂,释放出细胞内容物,导致细胞死亡
(3)纳米载体可以增强肿瘤免疫治疗效果。科研人员构建了蜂毒纳米运载颗粒α-m-NP,以研究蜂毒纳米运载颗粒对上述三种免疫细胞毒性的实验,结果如图:
据实验结果可得出的结论是____________________________________________________________________________________________________________________________________________。
低浓度的蜂毒肽即可对三种免疫细胞产生明显的细胞毒性,而蜂毒纳米运载颗粒在相对较高浓度时才会有一定的细胞毒性,但远低于蜂毒肽的细胞毒性
1.(2023·浙江卷)我国科学家在世界上首次人工合成的结晶牛胰岛素,其化学结构和生物活性与天然胰岛素完全相同。结晶牛胰岛素的化学本质是( )A.糖类 B.脂质C.蛋白质 D.核酸解析:胰岛素是胰岛B细胞合成并分泌的唯一的一个能降低血糖的激素,其化学本质是蛋白质,而我国科学家在世界上首次人工合成的结晶牛胰岛素,其化学结构和生物活性与天然胰岛素完全相同,因此,结晶牛胰岛素的化学本质是蛋白质,C正确。故选C。
2.(2023·海南卷)科学家将编码天然蜘蛛丝蛋白的基因导入家蚕,使其表达出一种特殊的复合纤维蛋白,该复合纤维蛋白的韧性优于天然蚕丝蛋白。下列有关该复合纤维蛋白的叙述,正确的是( )A.该蛋白的基本组成单位与天然蜘蛛丝蛋白的不同B.该蛋白的肽链由氨基酸通过肽键连接而成C.该蛋白彻底水解的产物可与双缩脲试剂发生作用,产生紫色反应D.高温可改变该蛋白的化学组成,从而改变其韧性
解析:该蛋白的基本组成单位是氨基酸,与天然蜘蛛丝蛋白的基本单位相同,A错误;氨基酸是组成蛋白质的基本单位,该蛋白的肽链由氨基酸经过脱水缩合反应通过肽键连接而成,B正确;该蛋白彻底水解的产物为氨基酸,不能与双缩脲试剂发生作用产生紫色反应,C错误;高温可改变该蛋白的空间结构,从而改变其韧性,但不会改变其化学组成,D错误。故选B。
3.(2022·湖南卷)胶原蛋白是细胞外基质的主要成分之一,其非必需氨基酸含量比蛋清蛋白高。下列叙述正确的是( )A.胶原蛋白的氮元素主要存在于氨基中B.皮肤表面涂抹的胶原蛋白可被直接吸收C.胶原蛋白的形成与内质网和高尔基体有关D.胶原蛋白比蛋清蛋白的营养价值高
解析: 蛋白质的氮元素主要存在于肽键中,A错误;胶原蛋白为生物大分子物质,涂抹于皮肤表面不能被直接吸收,B错误;内质网是蛋白质的合成、加工场所和运输通道,高尔基体主要是对来自内质网的蛋白质进行加工、分类和包装,胶原蛋白的形成与核糖体、内质网、高尔基体有关,C正确;由题胶原蛋白非必需氨基酸含量比蛋清蛋白高,而人体需要从食物中获取必需氨基酸,非必需氨基酸自身可以合成,衡量蛋白质营养价值的高低主要取决于所含必需氨基酸的种类、数量及组成比例,因此不能说明胶原蛋白比蛋清蛋白的营养价值高,D错误。
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