2020年高考生物一轮复习讲义：必修1 第一单元 第3讲 生命活动的主要承担者——蛋白质

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)

课前自主检测

判断正误并找到课本原话

1．至少含有一个氨基和一个羧基的化合物，都是构成蛋白质的氨基酸。(P21—正文)(×)

2．必需氨基酸是人体细胞不能合成的，必须从外界环境中直接获取。(P21—与生活的联系)(√)

3．多肽通常呈链状结构，为肽链，也可称为多肽链，具有空间结构。(P22—正文)(×)

4．在鸡蛋清中加入一些食盐，会看到白色絮状物，这个过程中蛋白质结构也发生变化。(P23—与生活的联系)(×)

5．高温使蛋白质分子的空间结构变得伸展、松散，容易被蛋白酶水解。(P23—与生活的联系)(√)

6．蛋白质中氨基酸的排列顺序是由细胞核中贮存的遗传信息决定的。(P23—知识链接)(√)

7．一切生命活动都离不开蛋白质，蛋白质是生命活动的主要承担者。(P24—正文)(√)

8．世界上第一个人工合成的蛋白质是——结晶牛胰岛素。(P24—科学史话)(√)

9．胰岛素是由17种、51个氨基酸、两条肽链组成。(P25—科学史话)(√)

10．2003年12月15日，“人类蛋白质组计划”正式启动。(P25—科学前沿)(√)

(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、排列顺序及其形成的空间结构，氨基酸序列相同的多肽链可折叠成不同的空间结构，A、D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；抗体的化学本质是蛋白质，因此将抗体溶于一定浓度的NaCl溶液中会造成盐析，但不会使其生物活性丧失，C错误。

知识自主梳理

一、氨基酸及其种类

1．蛋白质的基本单位及元素组成

(1)蛋白质的基本单位：氨基酸。

(2)组成元素：主要是C、H、O、N，有的还含有S元素。

2．氨基酸种类

组成蛋白质的氨基酸约为20种，根据能否在人体内合成可分为两类：

(1)必需氨基酸：8种(婴儿9种)，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。

(2)非必需氨基酸：12种，人体细胞能合成的氨基酸。

3．氨基酸结构

(1)结构通式：

(2)氨基的结构简式为：—NH2，羧基的结构简式为：—COOH。

(3)氨基酸的结构特点：每种氨基酸至少都含有一个氨基和一个羧基，并且都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上。

(4)各种氨基酸之间的区别在于R基不同。

二、蛋白质合成过程

氨基酸脱水缩合过程

(1)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)过程a的名称：脱水缩合。场所：核糖体。脱去的水中，氢来自氨基和羧基，氧来自羧基。

(3)结构b的名称：肽键，结构简式为—CO—NH—。

(4)化合物c的名称：二肽。

三、蛋白质结构和功能多样性

1．蛋白质的结构层次

[深入思考](P20—问题探讨)

为什么有些食品中要添加某些氨基酸？

提示　因为氨基酸是构成蛋白质的基本单位，在人体内约有20种氨基酸，其中有8种是人体需要而不能自己合成的，必须从外界环境获得，如赖氨酸、苯丙氨酸等，它们被称为必需氨基酸。所以有些食品中要添加赖氨酸或苯丙氨酸等人体必需的氨基酸。

[易错判断](P24—课后基础题改编)下列物质中，属于构成蛋白质的氨基酸的打“√”，不属于的打“×”。

(1)CH2NH2COOH(√)

(2)CH2NH2CH2OH(×)

(3) (×)

(4) (×)

[特别提醒]

1．游离的氨基和羧基：一条肽链上至少有一个游离的—NH2和一个游离的—COOH，并分别位于肽链两端。

2．形成肽链时R基中的—NH2和—COOH不参与脱水缩合。

2.结构多样性原因

(2)多肽水平：肽链的盘曲、折叠方式及其形成的空间结构千差万别。

3．功能多样性

(2)结构蛋白：如肌肉。

四、依据氨基酸的结构通式的两种计算

1．依据：氨基酸的结构通式可以简写为R—C2H4O2N，氨基酸分子式中各原子数等于R基中各原子数分别加上结构通式中C、H、O、N原子数。

2．两种计算类型

(1)已知氨基酸分子式，推测R基的组成：如某氨基酸分子式为C6H14O2N2，则R基为—C4H10N。

(2)已知R基，写出氨基酸的分子式：丙氨酸的R基为—CH3，则丙氨酸的分子式为C3H7O2N。

 [特别提醒]

蛋白质结构多样性根本原因：控制蛋白质合成的基因具有多样性。

考点题型突破

考点　　蛋白质的组成、结构和功能

题型一 氨基酸的种类与结构

1．下列四种化合物中，哪种是构成蛋白质的氨基酸(　　)

A．CH3—CH2—COOH

B．R—CH2—NH2

答案　D

解析　组成蛋白质的氨基酸分子至少都含有一个氨基(—NH2)和一个羧基(—COOH)，并且都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上，D正确。

2．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。

技法提升

 “两看法”判断组成蛋白质的氨基酸

题型二 蛋白质的合成、结构与功能

3．蛋白质分子能被肽酶降解，至于哪一个肽键被断裂则决定于肽酶的类型。肽酶P能断裂带有侧链R4的氨基酸和相邻氨基酸的羧基基团之间的肽键。下列说法正确的是(　　)

A．上图所示肽链一定由5种氨基酸脱水缩合而成

B．在肽酶P的作用下，经过脱水缩合可以形成两条肽链

C．肽酶P可以催化1处的化学键断裂

D．该肽链中含有游离的氨基和羧基各一个

答案　C

解析　根据题目中“肽酶P能断裂带有侧链R4的氨基酸和相邻氨基酸的羧基基团之间的肽键”的信息，可判断肽酶P作用于肽链中的1处，C正确；图中所示肽链有4个肽键，肯定由5个氨基酸构成，但可能有的R基相同，故不一定是由5种氨基酸脱水缩合而成，A错误；在肽酶P的作用下，应是经过水解形成两条肽链，B错误；因为不知道R基中是否含有氨基或羧基，故该肽链中至少含有游离的氨基和羧基各1个，D错误。

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的翻译过程中形成的，C错误；高温使该蛋白质分子中的二硫键断裂，进而使其空间结构被破坏，蛋白质分子的功能丧失，D正确。

5．(2019·山东曲阜期中)下列生理活动与蛋白质功能无关的是(　　)

A．氨基酸被运输进入细胞内

B．细胞质中的氨基酸被运输到核糖体上

C．葡萄糖在细胞内氧化分解

D．激素被靶细胞识别

答案　B

解析　氨基酸通过主动运输的方式进入细胞内，需要载体蛋白的运输作用，A不符合题意；细胞质中的氨基酸被tRNA运输到核糖体上，与蛋白质无关，B符合题意；葡萄糖在细胞内氧化分解是酶促反应，呼吸酶的本质是蛋白质，因此细胞内葡萄糖氧化分解与蛋白质的催化作用有关，C不符合题意；与细胞间的识别作用有关的物质是糖蛋白，因此激素被靶细胞的识别与蛋白质有关，D不符合题意。

题后归纳

(1)导致蛋白质结构多样性的原因有四个，只要具备其中的一点，这两个蛋白质分子的结构就不同。

(2)由于基因的选择性表达，同一生物的不同细胞中蛋白质的种类和数量会出现差异。

(3)蛋白质的特性：盐析、变性、水解、氧化分解

盐析：只改变蛋白质的溶解度，蛋白质仍然具有活性。

变性：高温、强酸、强碱等可改变蛋白质的空间结构，蛋白质失活断开的并非肽键。

水解：蛋白质多肽氨基酸；断开肽键。

氧化分解：产物为CO2、H2O、尿素。

(4)从不同角度分析蛋白质多样性

考点　　蛋白质的相关计算

题型一 多肽形成过程中有关数量的计算

1．如图表示一个由100个氨基酸构成的蛋白质分子，下列叙述不正确的是(　　)

A．该分子中含有98个肽键

B．该蛋白质中至少含有2个—NH2

C．氨基酸脱水缩合形成该蛋白质时相对分子质量减少了1782

D．参与构成该蛋白质分子的氨基酸中至少有100个氨基

答案　C

解析　该蛋白质分子中有两条肽链，含有的肽键数＝氨基酸数－肽链数，所以共有100－2＝98个肽键，A正确；两条肽链至少含有两个—NH2，B正确；氨基酸脱水缩合成该蛋白质时失去98个水分子，形成二硫键脱去2个氢原子，相对分子质量减少了98×18＋2×1＝1766，C错误；参与构成该蛋白质分子的氨基酸中至少有100个氨基，D正确。

2．现有氨基酸800个，其中氨基总数为810个，羧基总数为808个，则由这些氨基酸合成的含有2条肽链的蛋白质共有肽键、氨基和羧基的数目依次分别为(　　)

A．798、2和2 B．798、12和10

C．799、1和1 D．799、11和9

答案　B

解析　氨基酸800个，其中氨基总数为810个，羧基总数为808个，则R基上的氨基为810－800＝10个，R基上的羧基为808－800＝8个。这些氨基酸合成的含有2条肽链的蛋白质共有肽键为800－2＝798个，所以蛋白质的氨基数目＝肽链数＋R基上的氨基数＝10＋2＝12个，羧基数目＝肽链数＋R基上的羧基数＝8＋2＝10个。

技法提升

 (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。

(2)蛋白质中游离氨基或羧基数目的计算

氨基数＝肽链数＋R基上的氨基数＝各氨基酸中氨基的总数－肽键数。

羧基数＝肽链数＋R基上的羧基数＝各氨基酸中羧基的总数－肽键数。

(3)环状肽分析

①环状肽中游离氨基或羧基数目＝R基中氨基或羧基数目。

②肽键数＝脱去水分子数＝氨基酸数。

③环状多肽的相对分子质量＝氨基酸数目×氨基酸平均相对分子质量－氨基酸数目×18。

(4)计算多肽的相对分子质量时，除了考虑水分的减少外，还要考虑其他化学变化过程，如肽链上出现一个二硫键(—S—S—)时，要再减去2(即两个氢原子)，若无特殊说明，不考虑二硫键。

题型二 利用原子守恒法进行蛋白质计算

3．某50肽中有丙氨酸(R基为—CH3)4个，现脱掉其中的丙氨酸(相应位置如图所示)，得到4条多肽链和5个氨基酸(脱下的氨基酸均以游离态正常存在)。下列有关叙述错误的是(　　)

A．该50肽水解得到的几种有机物比原50肽增加了8个氧原子

B．若将得到的5个氨基酸缩合成5肽，则有5种不同的氨基酸序列

C．若将新生成的4条多肽链重新连接成一条长链，则将脱去4个H2O

D．新生成的4条多肽链至少含有4个游离的羧基

答案　C

解析　据图分析可知，每脱掉1个丙氨酸需要破坏2个肽键，脱掉4个丙氨酸共破坏了8个肽键，即有8分子水参与，故该50肽水解得到的几种有机物比原50肽增加了8个氧原子，A正确；得到的5个氨基酸，其中有4个是丙氨酸，故这5个氨基酸缩合成5肽，可有5种不同的氨基酸序列，B正确；若这4条多肽链重新连接成一条长链，则需要形成3个肽键，脱去3分子水，C错误；每条肽链中至少有1个游离的氨基和1个游离的羧基，故新生成的4条多肽链至少含有4个游离的羧基，D正确。

4．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。

技法提升

 利用原子守恒法计算肽链中的原子数

(1)N原子数＝肽键数＋肽链数＋R基上的N原子数＝各氨基酸中N原子的总数。

(2)O原子数＝肽键数＋2×肽链数＋R基上的O原子数＝各氨基酸中O原子的总数－脱水数。

(3)H原子数＝各氨基酸中H原子的总数－2×脱水数。

(4)C原子数＝氨基酸的分子数×2＋R基上碳原子数。

题型三 多肽多样性的相关计算

5．(2018·大连双基测试)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类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　若3种氨基酸形成三肽，每种氨基酸的数目不限，则构成的三肽有33＝27(种)；若包含3种氨基酸的三肽，第一个位置的氨基酸有3种情况，第二个位置只能从剩余2种氨基酸中任选一种，第三个位置只能安放剩余的1种，共有3×2×1＝6(种)。

技法提升

 多肽种类的计算

如有A、B、C三种氨基酸，由这三种氨基酸组成多肽的情况可分析如下：

题型四 结合基因表达进行蛋白质的相关计算

6．(2018·长沙模拟)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－肽链数)×18＝12276，代入后可求得氨基酸数＝120；在DNA指导蛋白质合成时，DNA分子中脱氧核苷酸数目∶氨基酸数＝6∶1，所以DNA分子中脱氧核苷酸数目至少为120×6＝720。

技法提升

 基因表达中，DNA控制mRNA的合成，mRNA指导蛋白质的合成。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：

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。

方向真题体验

1．(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。

2．(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。

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．(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　变性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上的密码子翻译成氨基酸，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、种类和排列序列以及由肽链盘曲、折叠形成一定的空间结构，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，所以不会引起血红蛋白中氨基酸序列的改变。