2021高考生物北师大版一轮教师用书：第一单元第3讲蛋白质和核酸

第3讲　蛋白质和核酸考纲考情——知考向核心素养——提考能最新考纲1.蛋白质、核酸的结构和功能(Ⅱ)2.实验：观察DNA、RNA在细胞中的分布生命观念蛋白质、核酸的结构多样性决定功能多样性科学思维归纳演绎蛋白质的合成及有关计算，比较DNA与RNA的异同近三年考情2019·全国卷Ⅰ(2)、2019·全国卷Ⅱ(1)、2018·全国卷Ⅲ(1)、2017·全国卷Ⅰ(2)、2017·全国卷Ⅱ(3)科学探究观察DNA和RNA在细胞中的分布社会责任了解蛋白质在人体健康及疾病治疗方面的应用，养成良好的生活习惯考点一　蛋白质的结构和功能1.组成蛋白质的氨基酸的元素组成、结构与种类巧记　“8种必需氨基酸”甲(甲硫氨酸)来(赖氨酸)写(缬氨酸)一(异亮氨酸)本(苯丙氨酸)亮(亮氨酸)色(色氨酸)书(苏氨酸)2.蛋白质的合成(1)二肽的形成过程①过程a：脱水缩合，物质b：二肽，结构c：肽键。②H2O中H来源于氨基和羧基；O来源于羧基。(2)蛋白质的形成过程提醒　(1)在核糖体上合成的是多肽，而不是蛋白质，多肽要经过加工后才能形成有一定结构和功能的蛋白质。(2)氨基酸脱水缩合时R基中的氨基或羧基一般不发生脱水缩合，参与脱水缩合反应的是位于中心碳原子上的氨基或羧基。但在蛋白质空间结构形成过程中可能会发生R基中的氨基和羧基的脱水缩合。3.蛋白质结构多样性与功能多样性巧用“一、二、三、四、五”助记蛋白质的结构与功能[深挖教材·长句溯源]1.(必修1 P23)胰岛素在核糖体上合成后还不具有降低血糖的生物学活性，请从蛋白质的结构方面分析原因：核糖体上合成的多肽不具有复杂的空间结构，只有经过盘曲折叠形成空间结构后才能行使正常的生理功能。2.(必修1 P23)蛋白质变性后还可用双缩脲试剂检测吗？请说明理由。提示　能。因为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。3.(必修1P23“思考”)蛋白质种类繁多的原因是什么？提示　组成蛋白质的氨基酸的种类、数目、排列顺序以及肽链盘曲折叠方式及其形成的空间结构千差万别，这样就造成了蛋白质种类多种多样。4.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。[知识拓展]　蛋白质的盐析、变性和水解盐析：是由溶解度的变化引起的，蛋白质的空间结构没有发生变化。变性：是由于高温、过酸、过碱、重金属盐等因素导致蛋白质的空间结构发生了不可逆的变化，肽链变得松散，蛋白质丧失了生物活性，但是肽键一般不断裂。水解：在蛋白酶作用下，肽键断裂，蛋白质分解为短肽和氨基酸。水解和脱水缩合的过程相反。5.(必修1 P32“开阔视野”)1965年，我国科学家终于完成了结晶牛胰岛素的全部合成，且合成的胰岛素与天然胰岛素具有一样的生物活性。1.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)。肽链数目氨基酸数肽键数目脱去水分子数多肽链相对分子质量氨基数目羧基数目1条mm－1m－1am－18(m－1)至少1个至少1个n条mm－nm－nam－18(m－n)至少n个至少n个注：假设氨基酸平均相对分子质量为a。(3)利用原子守恒法计算肽链中的原子数①N原子数＝肽键数＋肽链数＋R基上的N原子数＝各氨基酸中N原子总数；②O原子数＝肽键数＋2×肽链数＋R基上的O原子数＝各氨基酸中O原子总数－脱去水分子数。注：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。(4)基因表达中氨基酸数与相应DNA、mRNA中碱基数目关系(5)妙用“排列组合”求解多肽种类①若n种氨基酸形成一个m肽，则形成的多肽种类为nm种。②若有n种氨基酸形成一个n肽，且每种氨基酸只有一个，则形成n肽的种类为n×(n－1)×(n－2)×…×1＝n！。       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＋等的载体蛋白；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。考向1　借助组成蛋白质的氨基酸种类与结构考查结构与功能观1.(2020·山东潍坊统考)下面是三种化合物的结构简式，下列有关这三种化合物的叙述，错误的是(　　)A.三种化合物可以用一个结构通式表示B.三种化合物的共同点之一是都含有一个氨基、一个羧基C.三种化合物都不能与双缩脲试剂发生紫色反应D.三种化合物两两结合形成的物质的游离氨基数相同解析　三种物质都是构成蛋白质的氨基酸，都可用氨基酸的结构通式表示，A正确；图中三种氨基酸共同点应为“至少都含有一个氨基、一个羧基”，B错误；双缩脲试剂鉴定蛋白质产生紫色反应，是由于蛋白质中有肽键，氨基酸中无肽键，故不能与双缩脲试剂发生紫色反应，C正确；三种化合物两两结合形成的物质中游离的氨基数分别是1、1、1，D正确。答案　B[规律方法]　“两看法”判断组成蛋白质的氨基酸考向2　结合蛋白质的结构和功能，考查生命观念2.(2018·全国卷Ⅱ，1)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解析　浆细胞产生的特异性抗体可与相应抗原结合而发挥免疫功能，A正确；肌细胞中的肌球蛋白、肌动蛋白等参与肌肉收缩，B正确；参与氧气运输的血红蛋白中有Fe2＋，而没有Mg2＋，C错误；染色体主要由蛋白质和DNA组成，所以细胞核中某些蛋白质是染色体的重要组成成分，D正确。答案　C3.(2019·湖南株洲一模)下列与蛋白质相关内容的描述，正确的是(　　)A.所有生物一定都具有蛋白质B.生物膜上的蛋白质功能一定是作为载体或者通道蛋白C.蛋白质结构之间的差别一定由氨基酸的R基团不同决定D.控制蛋白质合成的核酸碱基发生改变一定改变蛋白质的结构解析　蛋白质是生命活动的体现者，所有生物都具有蛋白质，A正确；生物膜上的蛋白质功能可能是作为载体或者通道蛋白，也可能是具有催化作用的酶或识别功能的糖蛋白，B错误；构成蛋白质的氨基酸种类、数量、排列顺序不同，蛋白质的空间结构千差万别，这些是蛋白质结构多样性的主要原因，C错误；由于密码子具有简并性以及隐性突变等原因，控制蛋白质合成的核酸碱基发生改变不一定改变蛋白质的结构，D错误。答案　A考向3　围绕蛋白质的合成，考查科学思维能力4.(2020·长沙长郡中学)如图是由A、B、C三个区段共81个氨基酸构成的胰岛素原，其需切除C区段才能成为有活性的胰岛素。下列相关叙述正确的是(　　)A.胰岛素原中至少含有3个游离的氨基B.胰岛素分子中含有2条肽链、79个肽键C.沸水浴时肽键断裂，导致胰岛素生物活性的丧失D.理论上可以根据切除C区段所得多肽的含量间接反映胰岛素的量解析　图中的胰岛素原只有1条肽链，因此至少含有1个游离的氨基和羧基，A错误；切除C区段后得到两条链，第一条链为1～30位氨基酸，有29个肽键，第二条链为61～81位氨基酸，有20个肽键，共计49个肽键，B错误；高温破坏蛋白质的空间结构，胰岛素生物活性丧失，但不破坏肽键，C错误；根据切除C区段所得多肽的含量可以推测胰岛素的量，D正确。答案　D5.(2019·江淮十校质检)图甲表示一个由200个氨基酸构成的蛋白质分子(数字表示相应位置)，图乙表示该蛋白质分子的一条肽链，其中有2个丙氨酸(R基为—CH3)。下列相关叙述错误的是(　　)A.该蛋白质分子中含有198个肽键B.该蛋白质分子中至少含有2个—NH2C.200个氨基酸经脱水缩合形成该蛋白质分子时相对分子质量减少了3 584D.图乙中肽链脱去2个丙氨酸后的产物(含丙氨酸)与原肽链相比，氢原子数目增加8个、氧原子数目增加4个解析　分析题图，图甲中蛋白质分子含有两条肽链，且在两条肽链之间还含有一个二硫键和一个肽键，因此该蛋白质分子中含有的肽键数＝氨基酸数－肽链数＋肽链间的肽键数＝(200－2)＋1＝199(个)，A错误；根据氨基酸的结构特点及氨基酸脱水缩合的特点，可推断该蛋白质分子中至少含有(1＋1＝)2个—NH2，B正确；200个氨基酸经脱水缩合形成该蛋白质分子时，失去(200－2＋1＝)199个H2O，同时形成二硫键时失去2个H，由此可计算出形成该蛋白质时，相对分子质量减少了199×18＋2×1＝3 584，C正确；脱去1个丙氨酸需要在丙氨酸的两侧各断裂一个肽键，则脱去2个丙氨酸需要断裂4个肽键，而水解一个肽键需要1分子的水，此过程共需要4分子的水，由此可推断脱去2个丙氨酸后的产物与原肽链相比，氧原子数目增加4个、氢原子数目增加8个，D正确。答案　A考点二　核酸的组成、结构与功能1.核酸的结构层次2.核酸的功能与分布“三看”法快速确认DNA、RNA3.核酸分子的多样性和特异性(1)多样性：构成DNA分子的脱氧核苷酸虽然只有4种，但成千上万个脱氧核苷酸的排列顺序是极其多样的，所以DNA分子具有多样性。没有种类和空间结构多样性，注意与蛋白质多样性原因进行区别。(2)特异性：每个DNA分子的4种脱氧核苷酸的比例和排列顺序是特定的，其特定的脱氧核苷酸排列顺序代表了特定的遗传信息。 [深挖教材·长句溯源]1.DNA片段中有几个游离的磷酸基团？DNA分子中，相邻的碱基靠什么连接？提示　2个；一条链中相邻碱基依靠“脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖”连接，两条链中的碱基依靠氢键连接形成碱基对。2.DNA和RNA分子中都有氢键吗？提示　双链DNA分子中的两条脱氧核苷酸链通过氢键连接，单链的RNA分子也可能含有氢键，如tRNA。3.(必修1 P19“阅读与分析”拓展)写出下列DNA、RNA、ATP和核苷酸中“A”的含义。1.核酸与蛋白质的比较项目核酸蛋白质DNARNA元素C、H、O、N、PC、H、O、N等组成单位名称脱氧核苷酸核糖核苷酸氨基酸种类4种4种形成场所主要在细胞核中复制产生主要在细胞核中转录生成核糖体检测试剂甲基绿、吡罗红混合染液DNA呈绿色、RNA呈红色双缩脲试剂(紫色)分子结构一般为规则的双螺旋结构一般为单链结构氨基酸→多肽→蛋白质结构多样性的决定因素核苷酸的种类、数量及排列顺序氨基酸的种类、数量、排列顺序及多肽链的盘曲、折叠方式及其形成的空间结构千差万别(1)DNA多样性、蛋白质多样性和生物多样性的关系(2)核DNA、mRNA、蛋白质的“相同”与“不完全相同”2.不同生物的核酸、核苷酸、碱基、遗传物质归纳生物种类核酸种类碱基种类核苷酸种类遗传物质细胞生物DNA和RNA5种8种DNA病毒DNA病毒DNA4种4种DNARNA病毒RNA4种4种RNA3.　以“N”为中心构建微网考向1　借助核酸的结构与功能，考查生命观念1.(2018·海南卷，10)下列与真核生物中核酸有关的叙述，错误的是(　　)A.线粒体和叶绿体中都含有DNA分子B.合成核酸的酶促反应过程中不消耗能量C.DNA和RNA分子中都含有磷酸二酯键D.转录时有DNA双链解开和恢复的过程解析　线粒体和叶绿体是半自主性细胞器，在其基质中都含有DNA和RNA分子，A正确；合成核酸需要能量(ATP)、模板、原料和酶，B错误；DNA和RNA都是由核苷酸形成的，相邻核苷酸之间通过磷酸二酯键连接，C正确；转录时DNA双链解开，以其中一条链为模板转录生成RNA，转录结束后RNA从DNA上脱下，DNA双链恢复，D正确。答案　B2.(2013·全国卷Ⅱ，1)关于DNA和RNA的叙述，正确的是(　　)A.DNA有氢键，RNA没有氢键B.一种病毒同时含有DNA和RNAC.原核细胞中既有DNA，也有RNAD.叶绿体、线粒体和核糖体都含有DNA解析　在tRNA中，也存在碱基之间的互补配对，故也有氢键，A错误；一种病毒中只含有一种核酸，可能是DNA，也可能是RNA，B错误；核糖体由蛋白质和核糖体RNA组成，不含有DNA，D错误。答案　C考向2　结合核酸、蛋白质间的内在关系，考查分析判断能力3.(2015·海南卷，11)关于蛋白质的叙述，错误的是(　　)A.rRNA能参与蛋白质的生物合成B.DNA和蛋白质是染色体的组成成分C.人体血浆中含有浆细胞分泌的蛋白质D.核糖体上合成的蛋白质不能在细胞核中发挥作用解析　所有的蛋白质均在核糖体上合成，即核糖体上合成的蛋白质能在细胞核中发挥作用，D错误。答案　D4.(2020·安徽蚌埠期中)如图表示生物体内某些有机物的组成关系及其功能，其中C、D、E1、E2为小分子化合物，F、G、H、I、J均为大分子化合物。下列分析不正确的是(　　)A.控制生物性状的物质是FB.C和D共有的元素有C、H、O、NC.E1和E2的区别是空间结构不同D.J具有改变化学反应速率的作用解析　依题意并分析图示可知：C为核苷酸，D为氨基酸，E1为脱氧核苷酸，E2为核糖核苷酸，F是DNA，G是RNA，H是蛋白质，I是结构蛋白，J是酶。DNA控制生物的性状，A正确；核苷酸的组成元素是C、H、O、N、P，氨基酸的基本组成元素是C、H、O、N，B正确；脱氧核苷酸和核糖核苷酸的区别是含有的五碳糖不同以及含有的碱基不完全相同，C错误；酶能降低化学反应的活化能，因此能改变化学反应速率，D正确。答案　C　记住几种常见RNA的功能①作为RNA病毒的遗传物质②催化功能：极少数酶是RNA③在遗传信息表达中起作用考点三　观察DNA和RNA在细胞中的分布1.实验原理 　　现配现用、混合使用甲基绿和焦宁(吡罗红)对DNA和RNA的亲和力不同2.实验步骤[深挖教材·长句溯源]1.实验选材时，为何不选用紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞或叶肉细胞？提示　紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞含紫色液泡，叶肉细胞含叶绿体，易对实验结果造成颜色干扰。2.不能用哺乳动物成熟红细胞观察DNA和RNA分布的原因是什么？提示　哺乳动物成熟的红细胞中没有细胞核，没有DNA。1.(全国卷改编)下表中根据实验目的，所选用的试剂与预期的实验结果正确的是(　　) 实验目的试剂预期的实验结果A观察根尖分生组织细胞的有丝分裂醋酸洋红液染色体被染成紫红色B检测植物组织中的脂肪双缩脲试剂脂肪颗粒被染成红色C检测植物组织中的葡萄糖甲基绿葡萄糖与甲基绿作用，生成绿色沉淀D观察DNA和RNA在细胞中的分布斐林试剂焦宁斐林试剂将DNA染成绿色，焦宁将RNA染成红色解析　本题考查教材中物质鉴定与观察类实验中相关试剂的选用。在观察根尖分生组织细胞的有丝分裂实验中，是用碱性染料如龙胆紫染液或醋酸洋红液进行染色，使核中染色体着色，醋酸洋红液使染色体被染成紫红色。脂肪的检测试剂为苏丹Ⅲ染液或苏丹Ⅳ染液，双缩脲试剂是检测蛋白质的；植物组织中的葡萄糖属于还原糖，可用斐林试剂进行检测，而甲基绿是用于观察DNA的实验中的，可使DNA被染成绿色。答案　A2.(2020·重庆市调研)下列有关遗传信息携带者——核酸的说法，正确的是(　　)A.用高倍显微镜可以比较清楚地看到呈绿色的DNA分子和呈红色的RNA分子B.在“观察DNA、RNA在细胞中的分布”实验中，需将两滴焦宁和甲基绿染液先后滴在载玻片上C.与甲基绿发生结合的核酸分子只分布在细胞核中D.核酸在生物体的遗传、变异或蛋白质的生物合成中具有重要作用解析　用高倍显微镜可以比较清楚地看到DNA和RNA在细胞中的分布，所用的染色剂是甲基绿—焦宁染液，即混合后才能使用，其中甲基绿易与DNA结合使之呈现绿色，结果发现DNA主要分布在细胞核中，也有少量DNA分布在线粒体和叶绿体中。答案　D重温真题　经典再现1.经典重组　判断正误(1)将抗体溶于NaCl溶液中会造成其生物活性的丧失(2017·海南卷，1C)(　　)(2)细胞中RNA合成过程不会在细胞核外发生(2017·全国卷Ⅲ，1C)(　　)(3)真核细胞染色体和染色质中都存在DNA—蛋白质复合物(2018·全国卷Ⅰ，2A)(　　)(4)在细胞中，核外没有参与DNA合成的酶(2017·全国卷Ⅱ，3A)(　　)(5)原核生物拟核区中含有环状的DNA分子(2017·海南卷，2C)(　　)(6)DNA与ATP中所含元素的种类相同(2015·全国卷Ⅰ，1A)(　　)提示　(1)×　盐析过程蛋白质空间结构没有破坏，所以其活性没有丧失。(2)×　线粒体和叶绿体中的DNA也能通过转录合成RNA。(3)√(4)×　线粒体和叶绿体中也有参与DNA合成的酶。(5)√　(6)√2.(2019·江苏卷，1)下列关于细胞内蛋白质和核酸的叙述，正确的是(　　)A.核酸和蛋白质的组成元素相同B.核酸的合成需要相应蛋白质的参与C.蛋白质的分解都需要核酸的直接参与D.高温会破坏蛋白质和核酸分子中肽键解析　核酸的组成元素为C、H、O、N、P，蛋白质的组成元素主要包括C、H、O、N，有的还含有S，二者不相同，A错误；核酸的生物合成需要多种化学本质为蛋白质的酶参与，B正确；蛋白质的分解需要化学本质为蛋白质的酶的参与，不需要核酸的直接参与，C错误；高温会破坏蛋白质和核酸的空间结构，使蛋白质和核酸发生变性，但不会破坏蛋白质中的肽键，核酸分子中无肽键，D错误。答案　B3.(2014·全国卷Ⅱ，5)关于核酸的叙述，错误的是(　　)A.细胞核中发生的转录过程有RNA聚合酶的参与B.植物细胞的线粒体和叶绿体中均可发生DNA的复制C.双链DNA分子中一条链上的磷酸和核糖是通过氢键连接的D.用甲基绿和吡罗红（焦宁）染色可观察DNA和RNA在细胞中的分布解析　双链DNA分子中一条链上相邻的脱氧核苷酸的磷酸和脱氧核糖通过磷酸二酯键连接，DNA中不含核糖，C错误。答案　C4.(2018·全国卷Ⅲ，30)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____________________________________________________________。解析　(1)氨基酸是生物体中组成蛋白质的基本单位；氨基酸在核糖体上脱水缩合形成肽键；胃蛋白酶属于分泌蛋白；高尔基体在分泌蛋白形成过程中的作用是对来自内质网的分泌蛋白进行加工、分类和包装。(2)蛋白质中正确的氨基酸序列和空间结构决定了其生物学功能；蛋白质变性是空间结构遭到了破坏，失去了生物活性。变性蛋白质的肽键暴露出来，暴露的肽键易与蛋白酶接触，使蛋白质降解。(3)编码血红蛋白多肽链的mRNA序列中一个碱基被替换，但其未引起血红蛋白中氨基酸序列改变，说明突变前后mRNA上相应密码子对应同一种氨基酸，即遗传密码具有简并性。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