优化方案版高考生物大一轮复习 第一单元 细胞及分子组成 第3讲 生命活动的主要承担者蛋白质讲义.docx
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优化方案版高考生物大一轮复习第一单元细胞及分子组成第3讲生命活动的主要承担者蛋白质讲义
第3讲 生命活动的主要承担者——蛋白质
蛋白质的结构和功能(Ⅱ)
[学生用书P14])
一、氨基酸的结构及其种类
1.氨基酸的结构
(1)结构通式:
(2)
(3)各氨基酸之间的区别在于R基的不同
2.氨基酸的种类
生物体中约20种
巧记八种必需氨基酸
一(异亮氨酸)家(甲硫氨酸)来(赖氨酸)写(缬氨酸)两(亮氨酸)三(色氨酸)本(苯丙氨酸)书(苏氨酸)。
二、蛋白质的结构及其多样性
元素:
C、H、O、N(有的还含有Fe、S等元素)
[解惑] 多肽化合物的命名是依据含有的氨基酸的总数,即两个氨基酸形成二肽,三个氨基酸形成三肽,不是肽键的总数。
蛋白质形成的四个“一”
三、蛋白质的功能[连一连]
1.(必修1P24拓展题改编)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.元素种类不同 B.氨基酸数目不同
C.氨基酸种类不同D.氨基酸排列顺序不同
答案:
A
2.思维诊断
(1)判断下列有关氨基酸的叙述
①细胞中氨基酸种类和数目相同的蛋白质是同一种蛋白质。
(×)
②分子式中只要有氨基和羧基,就可以判断为构成生物体的氨基酸。
(×)
③胰岛素含有碳元素。
(√)
④蛋白质区别于脂质的特有元素是氮。
(×)
⑤不同氨基酸之间的差异是由R基引起的。
(√)
⑥人体必需的氨基酸称为必需氨基酸。
(×)
(2)判断下列有关蛋白质结构与功能的叙述
①血红蛋白中不同肽链之间通过肽键连接。
(×)
②氨基酸脱水缩合产生水,水中的H来自氨基和羧基。
(√)
③生物体中的某种肽酶可水解肽链末端的肽键,导致氨基酸分解为氨基和碳链化合物。
(×)
④蛋白质肽链的盘曲和折叠被解开时,其特定功能并未发生改变。
(×)
⑤由129个氨基酸脱水缩合形成的蛋白酶结构中至少含有129个氨基和129个羧基。
(×)
⑥蛋白质具有多样性的根本原因是DNA的多样性。
(√)
考点一 以蛋白质的形成过程分析蛋白质的结构层次[学生用书P15]
1.判断组成蛋白质的氨基酸的方法
(1)判断依据:
氨基酸中氨基、羧基数目和连接位置。
(2)判断方法
①从数量上看,至少有一个—NH2和一个—COOH,如下不属于构成蛋白质的氨基酸:
a.H2N—CH2—CH2OH⇒缺乏羧基(—COOH)。
b.
缺乏氨基。
②从位置上看,必须有一个—NH2和一个—COOH连接在同一个碳原子上,如下不属于构成蛋白质的氨基酸:
氨基和羧基不连在同一个碳原子上。
2.蛋白质形成过程分析
从以上图示过程明确:
(1)脱水缩合反应:
一个氨基酸分子的羧基(—COOH)和另一个氨基酸分子的氨基(—NH2)相连接,同时脱去一分子水,形成—CO—NH—,这种结合方式叫做脱水缩合反应。
脱水缩合还存在于多糖、核酸的形成过程中。
(2)肽键的结构式可表示如下
(3)一条肽链上至少有一个游离的氨基和一个游离的羧基,分别位于肽链的两端;其余的氨基(或羧基)在R基上。
(4)H2O中的H来自于—COOH和—NH2,而O则只来自于—COOH。
下面a~e是五种化合物的结构式,f为由200个氨基酸构成的蛋白质分子结构,据图回答:
(1)a~e代表的五种化合物中,不属于构成蛋白质氨基酸的是________。
(2)a~e5种化合物中,属于构成蛋白质的氨基酸,其R基团分别是________________。
(3)图f显示该分子中含有2条肽链,共有________个肽键,参与构成该蛋白质分子的氨基酸中至少有________个氨基。
(4)200个氨基酸缩合成该蛋白质(f)时相对分子质量减少了________,该蛋白质中至少含有________个—NH2。
[答案]
(1)a、b、c
(2)—CH2—CH2—COOH,
—(CH2)4—NH2 (3)199 201 (4)3582 2
1.人体内合成蛋白质的氨基酸是通过基因的转录和翻译而来的吗?
2.在分泌蛋白的合成、加工、运输和分泌过程中,用含35S标记的氨基酸作为原料,则35S存在于图示①~④中的哪一部位?
提示:
1.不是,主要是从消化道吸收而来。
2.35S存在于氨基酸的R基上,题图中①处是R基,②处是肽键,③处连接的是肽键或羧基,④处连接的是碳原子,故35S存在于①部位。
1.关于蛋白质分子的结构模式图的分析策略
[信息解读] 对于上图,首先找出肽键③⑤⑦,确定其数量为3个;然后以肽键的前后C原子为准找出每个氨基酸的R基②④⑥⑧,并确定氨基酸的种类和数量为4;在此基础之上作进一步的统计计算,即R基中有1个氨基、2个羧基。
2.有关蛋白质计算的一般规律
(1)假设氨基酸的平均相对分子质量为a,由m个氨基酸分别形成1条或n条肽链,则氨基酸数、肽键数、失去水分子数及多肽的相对分子质量之间的关系如下表:
氨基酸平
均相对分
子质量
氨基
酸数
肽键
数目
脱去水
分子数
目
肽链相
对分子
质量
氨基
数目
羧基
数目
一条
肽链
a
m
m-1
m-1
ma-18
(m-1)
至少
1个
至少
1个
n条
肽链
a
m
m-n
m-n
ma-18
(m-n)
至少
n个
至少
n个
(2)利用守恒法计算蛋白质分子中各原子数量
氨基酸的结构通式是解答此类题目的突破口。
在脱水缩合形成多肽时,要失去部分H、O原子,但是碳原子、氮原子的数目不会减少。
其相关数量关系如下:
①碳原子数=氨基酸的分子数×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。
氨基酸的种类判断及氨基酸缩合形成
多肽的过程分析
1.(2016·邯郸模拟)层粘连蛋白是一种大型的糖蛋白,由一条重链(α)和两条轻链(β1、β2)经二硫键交联而成,外形呈十字形。
若将层粘连蛋白彻底水解,不可能产生的物质是( )
A.
解析:
选D。
D物质不属于组成生物体蛋白质的氨基酸。
2.(2016·苏州市高三测试)某多肽分子结构如下图所示,该多肽分子中的肽键数和氨基酸种类为( )
A.2个、1种B.2个、2种
C.3个、2种D.3个、2种
解析:
选B。
—CO—NH—是肽键,由图可知有2个肽键,故C、D错误。
氨基酸数有3个,但其中有2个氨基酸的R基都是H,说明是同一种氨基酸,故是2种,故A错误,B正确。
(1)区分“种类”与“数量”
在关于蛋白质的计算中,要特别注意题中设问的是“氨基酸的数量”还是“氨基酸的种类”。
(2)蛋白质的变性及其原因
在重金属盐、高温、强酸、强碱和紫外线等理化因素的影响下,蛋白质的空间结构发生改变,其生物活性丧失。
如高温杀菌、消毒。
蛋白质的相关计算
3.(考查直链肽)(2016·江苏盐城月考)分析多肽E和多肽F(均由1条肽链组成)得到以下结果。
(单位:
个)
原子或基团
C
H
O
N
—NH2
—COOH
多肽E
201
348
62
53
3
2
多肽F
182
294
55
54
6
1
请推算这两种多肽中参与缩合的氨基酸的数目最可能是( )
选项
A
B
C
D
多肽E
58
59
50
51
多肽F
53
54
48
49
解析:
选D。
多肽E有3个游离的氨基,其中有两个位于R基上,可判断多肽E含有的氨基酸数为53-2=51,多肽F有6个游离的氨基,有5个位于R基上,多肽F含有的氨基酸数为54-5=49。
4.
(考查环肽)一条由39个氨基酸形成的环状多肽,其中有4个谷氨酸(R基为—CH2—CH2—COOH),则该多肽( )
A.有38个肽键
B.可能没有游离的氨基
C.至少有5个游离的羧基
D.至多有36种氨基酸
解析:
选B。
一条由39个氨基酸形成的环状多肽,应有39个肽键,A错误;因为谷氨酸的R基上没有游离氨基,又不知其他氨基酸的R基的情况,则可能没有游离氨基,B正确;由于谷氨酸的R基上有1个游离羧基,则该多肽至少有4个游离羧基,C错误;组成蛋白质的氨基酸最多为20种,D错误。
5.(考查二硫键)(2016·怀化模拟)如图表示一个由三条多肽链形成的蛋白质分子,共含271个氨基酸,图中每条虚线表示由两个R基中的巯基(—SH)脱氢形成一个二硫键(—S—S—)。
下列相关叙述不正确的是( )
A.组成该分子的氨基酸最多有20种
B.氨基酸合成该分子后相对分子质量减少了4824
C.该分子至少含有3个游离的氨基
D.该物质遇到双缩脲试剂会发生紫色反应
解析:
选B。
组成蛋白质的氨基酸最多有20种;由271个氨基酸合成该分子时,脱去268分子水,同时在形成4个二硫键时脱去8个氢,即减少的相对分子质量为268×18+8=4832;该分子由三条多肽链形成,至少含有3个游离的氨基;蛋白质遇到双缩脲试剂会发生紫色反应。
6.(考查原子数量)(2016·湖南长沙三校联考)某六十肽中有2个丙氨酸(C3H7O2N),现脱掉其中的丙氨酸(相应位置如图)得到几种不同的有机产物,其中脱下的氨基酸均以游离态正常存在。
下列有关该过程产生的全部有机物中有关原子、基团或肽键数目的叙述,错误的是( )
A.肽键数目减少4个
B.氢原子数目增加8个
C.氨基和羧基分别增加4个
D.氧原子数目增加2个
解析:
选D。
1个丙氨酸左右有2个肽键,脱掉2个丙氨酸肽键数目减少4个。
该过程得到3条短肽链和2个游离的丙氨酸,3条短肽链增加了2个氨基和2个羧基,2个游离的丙氨酸增加了2个氨基和2个羧基,氨基和羧基分别增加4个。
增加的氨基、羧基中氢原子和氧原子分别增加了12个和8个,又因为水解过程肽键减少4个,减少了4个氢原子和4个氧原子,所以氢原子数目增加8个,氧原子数目增加4个。
易错点1 计算蛋白质分子量时忽略了二硫键
[点拨] 当肽链上出现二硫键(—S—S—)时,要再减去2(即2个H)。
易错点2 不能正确区分环状肽和链状肽
[点拨] 一般情况下,多肽呈链状,故又叫肽链,它的两端分别含有一个游离的氨基和羧基;环状肽首尾相接,只有R基上才有游离的氨基和羧基。
环状肽的肽键数=脱水数=氨基酸数。
考点二 以蛋白质的多样性为基础考查蛋白质的功能[学生用书P17]
理清蛋白质的结构多样性决定功能多样性
(2016·衡阳模拟)下列有关蛋白质结构、功能多样性的说法,正确的是( )
A.蛋白质结构的多样性与构成蛋白质的氨基酸的种类、数目和空间结构有关
B.已知某化合物具有催化功能,可以推断此物质为蛋白质
C.有些蛋白质具有防御功能,如抗体;有些蛋白质具有传递信息的功能,如受体。
抗体与受体都具有专一性
D.蛋白质空间结构改变,不会影响其生物活性
[解析] 蛋白质结构的多样性与肽链的空间结构有关,与氨基酸的空间结构无关;具有催化功能的是酶,酶绝大多数是蛋白质,少部分是RNA;蛋白质具有防御、信息传递等功能,而抗体只能与特异性抗原相结合,受体只能与特定的信号分子结合,它们都具有专一性;蛋白质空间结构改变会影响其生物活性。
[答案] C
1.辨识一些功能物质是否为蛋白质的图示判断法
一些功能物质的化学本质如下:
(1)绝大多数酶是蛋白质,少数酶是RNA;激素中,有些是蛋白质,有些不是蛋白质。
(2)抗体和载体的本质都是蛋白质,但结构各不相同。
蛋白质与酶、激素、抗体、载体的关系如下图所示:
2.理清蛋白质多样性与生物多样性的关系
DNA(基因)多样性
蛋白质多样性
生物多样性
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。
1.(2016·安阳模拟)朊病毒蛋白(PrP)有两种:
一种是PrPc,一种是PrPsc,它们的比较如下表:
朊病毒蛋白
PrPc
PrPsc
空间结构
以螺旋为主
以折叠为主
溶解度
高
低
致病性
不致病
致病
肽链中氨基酸排列顺序
相同
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
解析:
选C。
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。
2.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
解析:
选B。
氨基酸被运输进入细胞需要载体蛋白参与;细胞质中氨基酸被运输到核糖体上是tRNA完成的;葡萄糖的氧化分解需要酶的催化;激素被靶细胞识别需要细胞膜上的糖蛋白参与。
几种常见蛋白质的分布和功能
名称
分布
功能
绝大多数酶
细胞内或细胞外
催化作用
载体蛋白
细胞膜
运输某些物质如离子、氨基酸等
某些激素(如生长激素、胰岛素)
内环境中
调节生命活动
抗体
内环境中
免疫作用
血红蛋白
红细胞内
主要运输氧气和部分二氧化碳
糖蛋白
细胞膜表面
保护、润滑、识别等作用
[学生用书P18])
[核心体系构建]
[填充] ①C、H、O、N ②H2NCRHCOOH ③肽键
④功能 ⑤免疫 ⑥信息传递 ⑦种类 ⑧排列顺序 ⑨空间结构
[规范答题必备]
1.氨基酸中氨基和羧基的两大特点
(1)数目:
至少含有一个氨基和一个羧基。
(2)连接方式:
都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上。
2.氨基酸的种类和性质的唯一决定因素:
R基。
3.蛋白质的四个结构层次:
元素C、H、O、N等→氨基酸→多肽→蛋白质。
4.脱水缩合过程中重要的数量关系
肽键数=脱掉水分子数=氨基酸数-肽链数。
5.蛋白质结构多样性的原因:
组成蛋白质的氨基酸的种类、数目、排列顺序不同,肽链的盘曲、折叠方式及其形成的空间结构不同。
6.蛋白质的五大功能:
构成细胞和生物体、催化、运输、免疫、调节。
[学生用书P19])
1.(2016·宜春模拟)下面是三种化合物的结构简式,有关三种化合物的叙述中错误的是( )
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、羧基数不完全相同
解析:
选B。
A正确,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。
B错误,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”。
C正确,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。
D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,羧基数分别是2、1、2。
2.(2016·长沙一中月考)催产素和抗利尿激素都是由下丘脑神经细胞合成的九肽类激素,前者具有催产及使乳腺分泌乳汁的作用。
如图为抗利尿激素的结构简式,若将苯丙氨酸(Phe)和精氨酸(Arg)分别替换为异亮氨酸(Ile)和亮氨酸(Leu),则为催产素的结构简式。
据此判断下列有关叙述正确的是( )
A.催产素中含有9个肽键
B.催产素彻底水解后共得到9种氨基酸
C.催产素和抗利尿激素结构相似,控制其合成的基因结构相同
D.抗利尿激素合成后不能直接释放到血液中发挥作用
解析:
选D。
九肽中含有9个氨基酸,8个肽键;分析题图,抗利尿激素中含有9个氨基酸,但有两个是Cys,则含有8种氨基酸,而催产素发生氨基酸替换后,种类依然是8种;组成催产素和抗利尿激素的氨基酸有差异,则控制二者合成的基因结构不同;抗利尿激素合成后首先贮存在垂体中,然后由垂体释放到血液中发挥作用。
3.(2015·高考海南卷,T11)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:
选D。
rRNA是核糖体的重要组成成分,而核糖体是合成蛋白质的场所,A正确;染色体主要由DNA和蛋白质组成,B正确;浆细胞分泌的抗体主要分布在血浆中,C正确;细胞核中进行DNA复制、转录等过程所需的酶由核糖体合成,D错误。
4.(2015·高考福建卷,T1)人体内含有多种多样的蛋白质,每种蛋白质( )
A.都含有20种氨基酸
B.都是在细胞内发挥作用
C.都具有一定的空间结构
D.都能催化生物化学反应
解析:
选C。
A项,组成生物体蛋白质的氨基酸约有20种,但并不是所有蛋白质都同时含有20种氨基酸,很多蛋白质只含有几种氨基酸。
B项,有的蛋白质在细胞内发挥作用,如呼吸酶;有的在细胞外发挥作用,如消化酶、抗体等。
C项,蛋白质都承担着一定的功能,而蛋白质的功能取决于其空间结构。
D项,蛋白质种类多种多样,每种蛋白质都有各
自的功能。
催化生物化学反应只是某些蛋白质(酶)的功能。
蛋白质还具有免疫作用、调节作用、运输作用、构成细胞成分等功能。
5.(2015·高考四川卷)下列在叶绿体中发生的生理过程,不需要蛋白质参与的是( )
A.Mg2+吸收 B.O2扩散
C.光能转换D.DNA复制
解析:
选B。
A项,Mg2+进入叶绿体的方式是主动运输,需要载体蛋白的参与。
B项,O2能通过自由扩散跨膜运输,不需要蛋白质的参与。
C项,光能转换过程需要多种酶的参与,大多数酶的化学本质为蛋白质。
D项,DNA的复制过程需要DNA聚合酶的参与,DNA聚合酶的化学本质是蛋白质。
6.(2016·北京市海淀区模拟)我国中科院上海生化所合成了一种具有镇痛作用而又不会像吗啡那样使病人上瘾的药物——脑啡肽,下面是它的结构简式。
据此回答:
(1)脑啡肽的化学本质是一种________,它的基本组成单位的结构特点是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)如果脑啡肽肽链长度不变,组成它的氨基酸的种类和数目均不变,改变其中的________________________________________________________________________,
就可以改变其性质。
(3)脑啡肽只有皮下注射才有效,而不能口服,主要原因是
________________________________________________________________________。
(4)若将脑啡肽完全水解,需要水分子________个,水解后的产物有________种。
(5)脑啡肽可用________试剂鉴定,呈现________色,其原因是该化合物中所含有的________与该试剂发生了颜色反应。
解析:
(1)从图中分析,脑啡肽由5个氨基酸组成,故其化学本质为五肽。
构成多肽的基本单位是氨基酸。
(2)多肽的结构与构成多肽的氨基酸的种类、数目、排列顺序有关。
(3)消化道中的肽酶能将多肽分解为氨基酸。
(4)由图可知,脑啡肽分子结构中包含4个肽键(—CO—NH—),故水解时需要4分子水。
水解得到的5个氨基酸,其中有两个是相同的(H2N—CH2—COOH),故水解后的产物有4种。
(5)多肽中有肽键,与双缩脲试剂反应产生紫色络合物。
答案:
(1)五肽 都至少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
(2)氨基酸的排列顺序
(3)如口服此药物,在消化道内药物被消化液分解,失去药效
(4)4 4
(5)双缩脲 紫 肽键
[基础题]
1.下列关于人体氨基酸的叙述,正确的是( )
A.氨基酸是胰岛素等各种激素分子的基本单位
B.不同氨基酸的R基一定不同
C.酪氨酸缺乏是人患白化病的根本原因
D.非必需氨基酸的合成与基因的功能无关
解析:
选B。
A错误,氨基酸是胰岛素等蛋白质类或多肽类激素分子的基本单位;B正确,氨基酸的种类取决于R基的种类;C错误,人患白化病的根本原因是体内控制酪氨酸酶的基因异常,不能把酪氨酸转变为黑色素;D错误,非必需氨基酸在体内的合成需要酶的催化,这些酶的化学本质是蛋白质,而基因能控制蛋白质的合成。
2.(2016·孝感统考)下面是有关蛋白质分子的简要概念图,下列对该图的分析正确的是( )
A.甲中可能含有S
B.从根本上说生物的多样性取决于蛋白质的多样性
C.乙中含有的基本单位之一可能是H2NCH2CH2OH
D.不同蛋白质中氨基酸的种类和数目一定不同
解析:
选A。
由图分析可知,甲为构成蛋白质的基本元素,包括C、H、O、N,有的还含有S、P,因此甲中可能含有S;从根本上说,生物的多样性取决于遗传信息的多样性;组成蛋白质的氨基酸至少含有一个NH2和一个COOH,选项C中的化合物缺少COOH;不同蛋白质中氨基酸的种类和数目可能相同也可能不同。
3.某直链多肽的分子式为C22H34O13N6,其水解后共产生了下列3种氨基酸,相关叙述正确的是( )
A.合成1分子该物质将产生6个水分子
B.合成1分子该物质需要1个谷氨酸和1个丙氨酸
C.该多肽分子中含1个氨基和1个羧基
D.每个该多肽分子水解后可以产生3个谷氨酸
解析:
选D。
题中3种氨基酸都只含有1个N原子,而题中多肽含有6个N原子,说明该多肽是由6个氨基酸脱去5个水分子合成的。
由于甘氨酸、丙氨酸中都含有一个羧基,而每个谷氨酸中有两个羧基,合成有机物后R基上还有2个O原子,O原子数=肽键数+2×肽链数+R基上的O原子数,即13=5+2+2×谷氨酸数,故每个该多肽分子水解后可以产生3个谷氨酸;该多肽分子含1个游离氨基和4个游离羧基。
4.下图表示胰岛素分子中一条多肽链,其中有3个甘氨酸(R基:
—H)分别位于第8、20、23位。
下列叙述正确的是( )
A.该多肽含有一个游离的羧基,位于第1位
B.用特殊水解酶除去3个甘氨酸,形成的产物比原多肽多5个氧原子
C.用特殊水解酶除去3个甘氨酸,形成的产物中有4条多肽
D.该多肽释放到细胞外需要经过两种细胞器的加工
解析:
选D。
该多肽至少含有一个游离的羧基,位于第1位或第30位;除去3个甘氨酸后,形成的产物中氧原子的数目不变;除去3个甘氨酸后,形成的肽有4种,分别是一分子二肽、两分子七肽、一分子十一肽,七肽和十一肽是多肽,二肽不是
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