2014届高三一轮复习1.3细胞中的蛋白质

1、第三课时细胞中的蛋白质知识诠释思维发散一、氨基酸1.氨基酸是组成蛋白质的基本单位,人体约有20种。必需氨基酸:人体不能合成,必须从外界获取,成人有8种。非必需氨基酸:可在人体内转化合成,成人有12种。2.八种必需氨基酸的识记规律一(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)3.组成生物体氨基酸的结构特点:每种氨基酸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在同一个碳原子上。4.氨基酸分子结构通式:氨基酸之间的区别在于R的不同。5.氨基酸分子相连接的方式:脱水缩合,即一个氨基酸分子的羧基和另一个氨基酸分子的氨基相连接形成肽键

2、,同时脱去一个水分子的过程。两个氨基酸的缩合物叫二肽;多个氨基酸的缩合物叫多肽。多肽通常呈链状结构,叫肽链。肽链不呈直线,也不在一个平面上,而是盘曲、折叠形成一定的空间结构。二、蛋白质1.蛋白质的结构(1)化学结构:由一条或几条肽链组成,每条肽链至少含有一个游离的氨基和一个游离的羧基。(2)空间结构:由一条或几条肽链通过一定的化学键(如二硫键)折叠、盘曲,形成具有一定空间结构的蛋白质分子。(3)结构特点:具有多样性。a.直接原因是组成蛋白质分子的氨基酸的种类、数量和排列顺序的不同,多肽链的盘曲、折叠的方式及其形成的空间结构千差万别,使蛋白质的结构具有多样性。b.根本原因是DNA分子的多样性。由

3、于蛋白质是生命活动的主要承担者,从而导致了生物的多样性。2.蛋白质的功能种类功能例子结构蛋白参与构成 细胞和生物体 羽毛、肌肉、头发、蛛丝中的蛋白质催化蛋白催化生物体内化学反应 消化酶、呼吸酶、光合作用酶等运输蛋白参与生物体内物质 运输 膜上的载体、红细胞中的血红蛋白等信息蛋白传递信息,调节机体生命活动 激素、神经递质免疫蛋白参与人体 免疫抗体、淋巴因子等一、氨基酸和蛋白质的形成1.蛋白质的形成过程分析核心突围技能聚合(1)蛋白质与多肽的关系:每个蛋白质分子可以由一条肽链组成,也可由几条肽链通过一定的化学键(肯定不是肽键)连接而成。但多肽一般是折叠成特定的空间结构进而构成蛋白质时,才能执行特定

4、的生理功能。(2)肽键的结构式可表示如下: 或 或 (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。(4)H2O中的H来自于-COOH和-NH2,而O则只来自于-COOH。(5)若某肽链中有四个肽键,此化合物应叫五肽,不叫四肽,即以脱水缩合的氨基酸个数命名。2.多肽(蛋白质)的结构分析(1)氨基数=肽链数+R基上的氨基数(2)羧基数=肽链数+R基上的羧基数(3)N原子数=各氨基酸中N的总数=肽键数+肽链数+R基上的N原子数(4)O原子数=各氨基酸中O的总数-脱去水分子数=肽键数+2肽链数+R基上的O原子数(5)肽键数=脱水数=氨基酸数-肽链数=水解需水数3.脱水缩合过

5、程的相关计算假设氨基酸的平均相对分子质量为a,由n个氨基酸分别形成1条肽链或m条肽链:形成肽链数形成肽键数脱去水分子数氨基数目羧基数目多肽相对分子质量1n-1n-1至少1个至少1个na-18(n-1)mn-mn-m至少m个至少m个na-18(n-m)4.氨基酸的排列与肽类化合物的种类计算(1)假设有A、B、C三种氨基酸,在每种氨基酸数目无限的情况下,可形成肽类化合物的种类:形成三肽的种类:33=27种形成二肽的种类:32=9种(2)假设有A、B、C三种氨基酸,在每种氨基酸只有一个的情况下,形成肽类化合物的种类:形成三肽的种类:321=6种形成二肽的种类:32=6种5.氨基酸与相应DNA及RNA

6、片段中碱基数目之间的关系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,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。规律精讲精析1.若n个氨基酸形成一环状多肽,则:肽键数=脱去水分子数=氨基酸数(n)2.在计算多肽相对分子质量时,还要考虑一些其他化学变化过程,如二硫键(SS)的形成,每形成一个二硫键,脱去2个H,故相对分子质量减少2。A.甲硫氨酸的R基是CH2CH2SCH3,则它的分子式是C5H11O2NSB.酪氨酸几乎不溶于水,而精氨酸易溶于水,这种差异是由R基的不同引起的C.n个氨基酸共有m个氨基

7、,则这些氨基酸缩合成的一个多肽中的氨基数必为m-nD.甜味肽的分子式为C13H16O5N2,则甜味肽一定是一种 典例1 (2012年荆州模拟)下列关于氨基酸和蛋白质的叙述,错误的是( )二肽【思路剖析】甲硫氨酸R基中含3个C、7个H、1个S,除R基之外部分共含2个C、2个O、4个H、1个N ,所以甲硫氨酸的分子式为C5H11O2NS,故A正确。氨基酸之间的不同是由R基的不同引起的,故B正确。n个氨基酸若缩合形成一个环状肽,则多肽中的氨基数为m-n,若形成一个链状肽,则氨基数为m-n+1,故C错误。甜味肽既然称肽,一定是不少于2个氨基酸参加的缩合反应的产物;又因其分子式中只含2个N原子,而一个氨

8、基酸中最少含1个N原子,所以甜味肽一定是一种二肽,故D正确。【答案】C 典例2 (2013年诸城模拟)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2B.798、12和10C.799、1和1 D.798、11和9【思路剖析】侧链中氨基、羧基的总数分别为:810-800=10(个);808-800=8(个)。这些氨基、羧基不参加反应。根据氨基酸数、链数、键数间的关系式可计算出,肽键数为:800-2=798(个)。每条肽链的主链中有一个没参加反应的氨基和一个没参加反应的羧基,所以,由

9、800个氨基酸合成的含有2条肽链的蛋白质中共有氨基和羧基的数目依次分别为10+2=12;8+2=10。【答案】B二、蛋白质的结构层次分析思维误区规避多肽和蛋白质的区别1.结构上有差异。多肽仅仅是蛋白质的初级形式,一般无生物活性;而蛋白质具有一定的空间结构,有生物活性。2.一条刚刚从核糖体这一车间下线的多肽链可以叫多肽,但不能称为蛋白质。蛋白质往往是由一条或几条多肽链和其他物质结合而成的。即基因控制蛋白质合成时,翻译的直接产物应为多肽,不是蛋白质。 典例3 (2013年桂林模拟)从一动物细胞中得到两类大分子有机物X、Y,已知细胞中X的含量大于Y,用胃液处理,X被分解而Y不变。X含有化学元素N,有

10、的还含有S,Y含有化学元素N和P,它们与碘都不发生颜色反应,且细胞膜上有X而无Y。下列有关X、Y的叙述,错误的是( )A.X可能是蛋白质B.Y的基本组成单位可能是核苷酸C.细胞膜上的X可能是载体D.Y只存在于细胞核中【思路剖析】根据“细胞中X的含量大于Y,用胃液处理,X被分解。X含有化学元素N,有的还含有S”和“细胞膜上有X”等题干信息,结合所学知识:“在细胞中,有机物含量最高的是蛋白质;胃液中含有胃蛋白酶,可分解蛋白质;蛋白质中含有N、S;细胞膜上的载体和受体都是蛋白质等”,可确定X是蛋白质。根据题干信息“用胃液处理,X被分解而Y不变”和“Y含有化学元素N和P”等信息,可判定Y是核酸。组成核

11、酸的基本单位是核苷酸。核酸在细胞质和细胞核中都有分布。【答案】D 典例4 (2013年天津联考)多肽分子能被肽酶降解,至于哪一肽键被断裂则决定于肽酶的类型。已知肽酶P能断裂带有基团R4的氨基酸和相邻氨基酸的氨基基团之间的肽键,则P能打开下图中的哪个键( )A.1B.2C.3D.4【思路剖析】首先确定肽键的位置。根据肽键是与氧成双键关系的碳与氮之间的化学键,可排除2、4两处。再根据题干中“肽酶P能断裂带有基团R4的氨基酸和相邻氨基酸的氨基基团之间的肽键”这句话及图示中所示“1处是带有基团R4的氨基酸和相邻氨基酸的羧基基团之间形成的肽键;3处是带有基团R4的氨基酸和相邻氨基酸的氨基基团之间的肽键”

12、,可确定P能打开图中3处的键。【答案】C1.(2013年菏泽检测)关于人体内蛋白质的叙述,错误的是( )A.合成蛋白质的氨基酸全部为必需氨基酸B.蛋白质也可被氧化分解释放能量C.组成肌肉细胞的有机物中蛋白质含量最多D.有些蛋白质具有调节新陈代谢的作用有非必需氨基酸。必需氨基酸和非必需氨基酸的划分是依据是否能在生物体内合成为标准的,能在生物体内合成的就是非必需氨基酸,不能在生物体内合成的就是必需氨基酸。蛋白质也属于能源物质,也可以被氧化分解释放能量;在活的生物体中,含量最多的有机化合物是蛋白质;有些蛋白质如生长激素、胰岛素等能调节生物体的新陈代谢。【答案】A【思路剖析】合成蛋白质的氨基酸,有必需

13、氨基酸,也2.(2013年江西白鹭洲中学高三月考)右图表示一个由200个氨基酸构成的蛋白质分子。下列叙述正确的是( )A.该分子中含有198个肽键B.参与构成该蛋白质分子的氨基酸中至少有200个氨基C.200个氨基酸缩合成该蛋白质时分子总量减少了3582D.该蛋白质中至少含有3个-NH2 【答案】C3.(2011年烟台模拟)用氨基酸数目自动分析仪测定几种多肽化合物的氨基酸数目如下表所示:氨基酸数目999101322(1)表中的氨基酸数目虽相同,但其生理作用彼此不同,这是因为它们的 不同。(2)表中与或与虽然功能相同,但各具专一性,它们之间的差异取决于 。(3)在不知道血管舒张素具体结构的情况下

14、推知这种肽类化合物至少有 个氨基和 个羧基,这些氨基和羧基位于肽类化合物的哪一位置? 。(4)中常见的氨基酸最多有 种。(5)假若构成这六类化合物的每一种氨基酸的平均相对分子质量均为m,则的相对分子质量比的相对分子质量多 。【思路剖析】蛋白质结构的多样性是由于组成蛋白质的氨基酸分子的种类不同,数量不同,排列顺序不同,以及蛋白质的空间结构的不同而导致的。由于蛋白质结构的不同,导致了蛋白质功能的多样性;虽然组成蛋白质的氨基酸的个数相同,但由于排列不同和种类不同,形成的蛋白质也不一样。一般来说,在多肽链的两端,是游离的氨基和羧基分布的地方。一条肽链至少有一个游离的氨基和一个游离的羧基。【答案】(1)

15、氨基酸的种类和排列顺序 (2)氨基酸的种类不同,数量不同,排列顺序不同 (3)11这两个基团应该位于肽链的两端 (4)20 (5)3(m-18)基础角度思路1.(视角拓展)某肽链由51个氨基酸组成,如果用肽酶把其分解成1个二肽、2个五肽、3个六肽、3个七肽,则这些短肽的氨基总数的最小值、肽键总数以及彻底水解所需的水分子总数依次是 ( )一、选择题(本题共8小题,每小题6分,共48分)七肽至少共含9个氨基。肽键数为:51-(1+2+3+3)=42 (个)。1个二肽水解需要1(2-1)=1个水,2个五肽水解需要2(5-1)=8个水,3个六肽水解需要3(6-1)=15个水,3个七肽水解需要3(7-1

16、)=18个水,因此,这些短肽彻底水解所需的水分子总数是1+8+15+18=42(个)。或者从肽键数等于水分子数角度考虑。【答案】B【思路剖析】每个肽链片段的主链都至少含1个氨基和1个羧基,所以,1个二肽、2个五肽、3个六肽、3个2.(基础再现)下图是有关蛋白质分子的简要概念图,对图示的分析正确的是( )A.a肯定含有P元素B.过程有水生成C.多肽中b的数目等于c的数目D.d表示氨基酸种类的多样性【思路剖析】由概念图中概念间的关系可知:a肯定含有C、H、O、N 4种元素,有些种类含P或S元素;b是氨基酸分子,可通过过程在核糖体中脱水缩合形成多肽,因此B选项正确;c为肽键,化学简式是NHCO,其数

17、目等于氨基酸数减去肽链条数,C选项错误;分子结构的多样性决定蛋白质功能的多样性,而不是氨基酸种类的多样性,D选项错误。【答案】B3.(视角拓展)下图中a、b、c表示生物体内的三个生理过程,在此三个过程中,Y所代表的物质分别为( )A.酶、抗体、载体 B.抗体、载体、酶C.载体、抗体、酶 D.酶、载体、抗体【思路剖析】a过程中X在Y的帮助下进入细胞内,说明Y是载体。B过程中,X与Y结合,X被消灭,说明Y是抗体。c过程中X与Y结合后,变成了其他物质,可确定Y为酶。【答案】C4.(高度提升)某链状有机分子的分子式为C22H34O13N6,其水解后共产生下列3种氨基酸。据此判断,下列说法错误的是 (

18、)A.一个该有机分子水解需要消耗5个水分子,产生6个氨基酸B.该分子中存在1个甘氨酸,2个丙氨酸C.该分子中存在1个游离的氨基和4个游离的羧基D.该分子在真核细胞中的合成场所也可能是线粒体【思路剖析】因为水解后得到的氨基酸都只含1个N原子,而缩合物中含6个N原子,所以可确定该缩合物由6个氨基酸脱水缩合而成。6个氨基酸形成1条肽链,要产生5个水分子。反之,缩合物水解时需要吸收5个水分子,故A正确。设该多肽由x个甘氨酸,y个丙氨酸,z个谷氨酸脱水缩合而成。根据反应前各氨基酸N原子的总数目等于反应后缩合物中的氮原子的个数、反应前氨基酸中的氧原子总数等于反应后缩合物中的氧加脱去的水中的氧原子数、反应前

19、碳原子数等于反应后碳原子数。则可得到:解之得,z=3,x=2,y=1,故B错误。由于谷氨酸中含2个羧基,所以该分子中存在1个游离的氨基和4个游离的羧基,故C正确。线粒体中含有DNA,也可合成简单的有机物,故D正确。【答案】B622413() 123522xyzxyzxyzxyz5.(视角拓展)下列关于蛋白质的说法错误的是( )A.胰岛素中除含有肽键外,还含有二硫键B.组成胰高血糖素氨基酸的数目是一定的,但排列具有随机性C.细胞中的大多数酶是由氨基酸组成的D.相同数目的氨基酸可以形成不同的蛋白质21个氨基酸,B链有30个氨基酸;在两条肽链之间由两个二硫键相连接,故A正确。组成胰高血糖素氨基酸的排

20、列顺序不是随机的,而是由相应的mRNA决定,故B错误。酶有蛋白质和RNA两种,大多数是蛋白质,故C正确。氨基酸的数目相同,但排列顺序不同,也形成不同的蛋白质,故D正确。 【答案】B【思路剖析】胰岛素分子有A、B两条多肽链,A链有6.(能力综合)层粘连蛋白是由一条重链(A链)和两条轻链(B1、B2链)构成的高分子糖蛋白,作为细胞结构成分,含有多个结合位点并保持细胞间粘连及对细胞分化等都有作用,层粘连蛋白结构示意图如下,若该蛋白由m个氨基酸构成,下列有关说法不正确的是 ( )A.该层粘连蛋白含有肽键数为m-3B.该蛋白在细胞识别中具有重要作用C.癌细胞膜表面层粘连蛋白减少D.该物质的合成只需核糖体

21、即可完成【思路剖析】肽键数等于氨基酸数减去肽链数;糖蛋白在细胞识别中有重要作用;癌细胞膜表面糖蛋白减少;核糖体上只能合成蛋白质,不能合成多糖。【答案】D7.(高度提升)旅美中国学者章蓓和美国、瑞典、西班牙的科学家们最近联合发现了一种功能类似胰岛素的真菌化合物。这一发现为治疗糖尿病的研究开启了一个“全新之门”,它有可能使糖尿病患者将来只通过服药而不必注射胰岛素进行治疗。关于上述资料中的“真菌化合物”的推测,肯定错误的一项是( )A.该化合物具有降低血糖浓度的功能B.核糖体不参与该化合物的合成C.该化合物应该是分子量较小的有机物D.该化合物应该是蛋白质【思路剖析】由于该类似胰岛素的真菌化合物可以口

22、服,所以,该化合物应该不是蛋白质,因蛋白质口服后被分解为氨基酸后才被吸收,显然,如果是蛋白质,口服后类似胰岛素的真菌化合物将失去治疗作用。【答案】D8.(能力综合)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)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4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.若新生成的4条多肽链总共有5个羧基,那么其中必有1个羧基在R基上D.若将新生成的4条多肽链重新连接成一条长链将脱去3个H2O【思路剖析】A错误:据图分析

23、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,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;B正确:得到的5个氨基酸,其中有4个是相同的丙氨酸,故这5个氨基酸缩合成5肽,可有5种不同的氨基酸序列;C正确: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条多肽至少有4个氨基、4个羧基,再多出的羧基(或氨基)必定在R基上;D正确:这4条多肽链若重新连接成一条长链,需要连接3个位点,形成3个肽键,脱去3分子水。【答案】A9.(基础再现,12分)日本下村修、美国沙尔菲和钱永健因在发现绿色荧光蛋白(GFP)等研究方面作出突出贡献,获得20

24、08年度诺贝尔化学奖。GFP在紫外光的照射下会发出绿色荧光,现假设下图表示GFP中的相关数据。据图回答以下问题:二、非选择题(本题共4小题,共52分) (1)据图可推测该蛋白质含有 条肽链,R基中的氨基含有 个。(2)该肽链水解时,水中氢的去向是参与形成 。(3)该蛋白质彻底水解的产物是 。(4)绿色荧光蛋白分子结构具有特异性,它是由 、 、 和肽链的空间结构决定的。【答案】(1)215 (2)氨基和羧基 (3)氨基酸 (4)氨基酸的种类数目排列顺序10.(视角拓展,10分)胰岛素是一种蛋白质分子,它含有、两条肽链,链含有21个氨基酸,链含有30个氨基酸。已知有关氨基酸之间形成3个二硫键(-S

25、-S-)时共脱去6个H,设所有氨基酸的平均相对分子质量为a。下图为结晶牛胰岛素的平面结构示意图,据此回答:(1)胰岛素分子中至少含有氨基 个,含有肽键 个。(2)胰岛素分子的相对分子质量为 。(3)从蛋白质的功能方面分析,胰岛素的生理作用是 。(4)经检测,人和其他哺乳动物胰岛素的氨基酸组成比较如下:猪:链第30位氨基酸与人的不同;马:链第30位氨基酸和链第9位氨基酸与人的不同;羊:链第8、9、10位氨基酸与人的不同;鼠:链有8个氨基酸、链有10个氨基酸与人的不同。相近物种的胰岛素不同,反映在多肽链的氨基酸组成上主要是 。不同哺乳动物的胰岛素结构不同的根本原因是 。上述所列哺乳动物和人的胰岛素

26、都由51个氨基酸构成,且氨基酸组成大致相同,由此可以得出的结论是 。【思路剖析】(1)氨基酸经脱水缩合形成肽链,至少在肽链的一端保留一个没有发生缩合反应的氨基,在另一端保留一个羧基,所以两条肽链至少含有两个氨基。由题意,胰岛素含有2条肽链,共由51个氨基酸缩合而成,因此形成肽键49个。(2)题干中明确指出形成3个二硫键共脱去6分子H,所以胰岛素的相对分子质量应为51a-4918-6=51a-888。(3)胰岛素是一种激素,参与血糖调节,这体现了蛋白质的信息传递和调节功能。(4)由人和其他哺乳动物胰岛素的比较可知,它们的差异主要是氨基酸的排列顺序不同,产生这种差异的根本原因在于不同生物的DNA不

27、同。不同哺乳动物的胰岛素之间存在很大的相似性,这表明它们之间存在一定的亲缘关系,由相同祖先进化而来。【答案】(1)249 (2)51a-888 (3)信息传递和调节血糖浓度 (4)氨基酸的排列顺序不同DNA(基因)不同 它们具有共同的原始祖先11.(高度提升,14分)下图表示细胞内某些重要化合物的元素组成及相互关系。请分析回答下列问题:(1)图中X代表的化学元素是 ,Y代表的主要化学元素是 。(2)物质A决定物质B的合成是通过 和 两个过程来实现的。(3)现从某种真核细胞中提取出大量核糖体放入培养液里,再加入下列几种有机物,模拟化合物B的合成。假设培养液里含有核糖体完成其功能所需的一切物质和条件。其中实验中所用的培养液相当于细胞内的 。(4)B物质具有多种功能的原因是B具有多样性。B具有多样性的原因在于:从b分析是由于 。从A角度分析是由于 。【思路剖析】解答本题的关键是对分子A、B、a、b及元素X、Y的识别。根据图示可知,B是蛋白质(因为图中有B的功能),A决定B,所以A是DNA,则X代表的化学元素为N和P。分子b是氨基酸,则Y代表的主要化学元