第4讲细胞中的蛋白质和核酸（讲义）（学生版）

第4讲细胞中的蛋白质和核酸1.细胞中的蛋白质的结构和作用。2.细胞中的核酸的结构和作用。考点要求考题统计考情分析糖类的种类和作用2022，湖南，选T2,

2分2021，海南，选T5,

3分2021，辽宁，选T1,

3分本专题知识难度较低、基础性强。考查学生对细胞整体性的认识,或结合一些情景信息或表格信息设置题目，考查学生的应变能力、获取信息和综合分析能力。相关考题难度中等偏低。脂质的种类和作用2021，广东，选T5,2分考点一细胞中的蛋白质的结构和作用C、HC、H、O、N1.基本组成单位：氨基酸(1)结构羧基氨基羧基氨基同一同一R基的意义：决定氨基酸的种类和理化性质组成生物体的氨基酸的种类约为21种仅在含硒的蛋白质存在第21种氨基酸(硒代半胱氨酸)。P二67，密码子表，UGA是终止密码，但在特殊情况下可编码硒代半胱氨酸。巧记“8种”必需氨基酸：甲来写一本亮色书【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)】人体的必须氨基酸的来源：只能来自食物；非必需氨基酸来自于食物和自身细胞合成。【教材拾遗】①教材中的隐性知识①源于必修1P21“与生活的联系”：必需氨基酸成人有8种，巧记为甲(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)。婴儿多1种：组氨酸。②源于必修1P24“科学史话”：世界上第一个人工合成蛋白质的诞生：1965年我国科学家完成了结晶牛胰岛素的全部合成，这是世界上第一个人工合成并具有生物活性的蛋白质。③源于必修1P38“自我检测·思维拓展”：1969年，人们在坠落于澳大利亚启逊镇的陨石中发现了氨基酸，这些氨基酸不是来自地球。由此你可以作出的推测是在陨石中发现了氨基酸，且非地球所有，这说明宇宙中很可能还存在与地球生物类似的生命形式。理由：氨基酸是组成蛋白质的基本单位，而蛋白质又是生命活动的主要承担者。【知识拓展】氨基酸知识拓展：a.作为肽或者蛋白质的基本单位(主要功能)。b.某些氨基酸可作为神经递质。(谷氨酸、甘氨酸)①氨基酸的功能c.氨基酸→糖类(非糖物质转化)d.氨基酸氧化分解供能。(作为能源物质)e.酪氨酸→黑色素(衰老细胞，酪氨酸酶活性下降，黑色素减少)f.色氨酸→吲哚乙酸(IAA)②氨基酸的运输a.细胞膜上载体蛋白（跨膜运输）b.细胞质基质、线粒体和叶绿体中的tRNA(2)氨基酸的脱水缩合：二肽的形成过程a.过程①名称：脱水缩合；场所：核糖体。b.物质②：二肽。c.结构③含：肽键，其结构简式为：-NH-CO-。2O中H的来源：一个来自氨基一个来自羧基；O来源于羧基。通常核糖体合成的多肽没有活性，需要盘曲、折叠（在内质网、高尔基体上完成）形成一定空间的蛋白质，才能发挥作用。(3)脱水缩合的场所参与脱水缩合的分别是两个氨基酸中与中心碳原子相连的氨基和羧基，而不是R基中的氨基和羧基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；其余的氨基和羧基在R基上.多肽的命名看氨基酸的个数判断：〖含有两个肽键的化合物叫二肽.(×)〗（4）氨基酸的运输工具：tRNA判断：〖细胞膜、细胞质基质中负责转运氨基酸的载体都是蛋白质.()〗2.蛋白质的结构层次（1）肽链中的氨基酸之间能够形成氢键等，从而使得肽链能盘曲、形成具有一定空间结构的蛋白质。（2）有些蛋白质分子含有两条或多条肽链，它们通过一定的化学键，如：二硫键相互结合在一起。3.蛋白质的特点：（1）高分子化合物（2）多样性不同蛋白质有不同的氨基酸序列（排列顺序），直接由mRNA上的碱基决定，最终是由DNA中的碱基序列（脱氧核苷酸序列）决定。（3）易变性①过酸、过碱、重金属盐或温度过高，会使蛋白质的空间结构遭到破坏，使酶永久失活，但肽键并未断裂，依然能和双缩脲试剂发生紫色反应；低温不会破坏蛋白质的空间结构，只是抑制其功能；（P一84）酒精、加热、紫外线方法消毒、杀菌的原理是使细菌和病毒的蛋白质变性。思考：脑啡肽只有皮下注射才有效，而不能口服，主要原因是如果口服此药物，在消化道内药物被消化液分解，会失去药效.②盐析不破坏空间结构，是降低了蛋白质的溶解度，使蛋白质凝聚而从溶液中析出，是物理变化，可复原。（P一32）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是相反的。③肽键的断裂需要蛋白酶或肽酶水解。④蛋白质和双缩脲试剂反应呈紫色。是蛋白质中的肽键与双缩脲试剂的反应，不是蛋白质的空间的反应；并且需要肽键的数量最少为2个〖细胞内蛋白质发生水解时，通常需要另一种蛋白质的参与.(√)〗〖蛋白质的基本性质不仅与碳骨架有关，也与功能基团有关.(√)〗【教材拾遗】(1)(源于必修1P21“与生活的联系”)长期以玉米为主食的人容易因赖氨酸缺乏而导致疾病，请分析原因：赖氨酸为必需氨基酸，人体不能合成，只能从食物中摄取才能保证正常生命活动，玉米中不含赖氨酸，因此长期以玉米为主食的人容易因赖氨酸缺乏而患病。(2)(源于必修1P21“正文”)请叙述氨基酸的结构特点：每种氨基酸分子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，这个碳原子还连接一个氢原子和一个侧链基团。(3)(源于必修1P22图2－6)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需经内质网、高尔基体加工后才具备一定的空间结构，从而成为有活性的蛋白质。(4)(源于必修1P23“与生活的联系”)熟鸡蛋更容易消化的原因是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。(5)(源于必修1P23“与生活的联系”)蛋白质变性后还可用双缩脲试剂检测吗？请说明理由。能。因为高温破坏了肽链盘曲、折叠形成的空间结构，没有破坏氨基酸之间的肽键。4.蛋白质的结构和功能：【特别提醒】①蛋白质的水解：完全水解（各种氨基酸混合物）部分水解（各种氨基酸和肽段的混合物）需要多种酶协同作用才能使蛋白质完全水解②蛋白质的盐析：加入某种无机盐，是使物质溶解度降低而析出的过程。③蛋白质的变性：破坏蛋白质的空间结构，但不破坏肽键，因此依然能用双缩脲试剂检测应用：临床工作中常用酒精、加热、紫外线等来消毒杀菌蛋白质分子在物理或化学因素的影响下，原有的空间构象发生改变，从而使菌体和病毒的蛋白质变性而失去其致病性和繁殖能力。【归纳总结】1.环状肽和链状肽的区别2.几种常见蛋白质的分布和功能5.根据氮原子估算多肽链中氨基酸数蛋白质中的氮原子数目在一定程度上可反映出蛋白质中的氨基酸数目。蛋白质中的氮原子质量在一定程度上可反映出蛋白质中质量。蛋白质中的含氮量通常占其总质量的16%左右(12%~19%),因此，通过测定物质中的含氮量便可估算出物质中的总蛋白质含量(假设测定物质中的氮全来自蛋白质)，即:蛋白质含量=含氮量/16%。——凯氏定氮法。6.蛋白质的相关计算（1）图解（2）示例：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条链状多肽或m条链状多肽形成肽链数形成肽键数脱去水分子数蛋白质相对分子质量1n－1n－1na－18(n－1)mn－mn－mna－18(n－m)【特别提醒】①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。②若为环状多肽，则可将相对分子质量计算公式na－18(n－m)中的肽链数(m)视为零，再进行相关计算③元素守恒定律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。(5)由于R基上的碳原子数不好确定，且氢原子数较多，因此以氮原子数或氧原子数的计算为突破口，计算氨基酸的分子式或氨基酸个数最为简便。例1.下列四种化合物中，哪种是构成蛋白质的氨基酸()A.CH3—CH2—COOHB.R—CH2—NH2C.D.例2.（2018年全国卷，Ⅲ卷，T30）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____________________________。例3.（双选）下列有关蛋白质结构与功能的叙述，正确的有()NaCl溶液中会造成其生物活性的丧失E.人体内含有多种多样的蛋白质，每种蛋白质都是在细胞内发挥作用G.某种肽酶可水解肽链末端的肽键，则其可将多肽链分解为若干短肽例4：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H2OD.新生成的4条多肽链至少含有4个游离的羧基例5.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种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种考点二细胞中核酸的结构和功能1．结构层次（1）一个DNA分子（线性）①游离2个磷酸，绝大多数磷酸基团与2脱氧核糖相连。②一条链中相连的两个碱基之间脱氧核糖-磷酸-脱氧核糖相连,两条链中相连的两个碱基之间靠氢键相连，GC碱基对相对含量越多，DNA的结构越稳定。③DNA的基本骨架是磷酸-脱氧核糖交替排列。mRNArRNAtRNA（2）一个mRNArRNAtRNA一般情况下，细胞的RNA由一条核糖核苷酸链构成→单链RNA通过链内互补的碱基之间的氢键而形成一定的空间结构。DNA和RNA在碱基组成上的区别：可用放射性同位素标记法示踪二者的合成过程和分布(3)核苷三磷酸与RNA的关系(4)脱氧核苷三磷酸与DNA的关系2.核酸的功能与分布（1）功能:脱氧核苷酸(碱基)排列储存着生物的遗传信息，核酸是细胞内携带遗传信息的物质，在生物体的遗传、遗传和蛋白质的生物合成中具有极其重要的作用。（2）分布【教材拾遗】源于必修1P34“问题探讨”：DNA能够提供犯罪嫌疑人的信息的原因是DNA是遗传物质，而每个人的遗传物质有所区别。DNA鉴定技术还可以应用在研究人类起源、不同类群生物的亲缘关系等方面。3.核酸、DNA、RNA、蛋白质的水解产物比较核酸DNARNA蛋白质基本单位核苷酸脱氧核苷酸核糖核苷酸氨基酸初步水解核苷酸4种脱氧核苷酸4种核糖核苷酸多肽彻底水解五碳糖、碱基（5种）、磷酸脱氧核糖、碱基（4种）、磷酸核糖、碱基（4种）、磷酸氨基酸、RNA和蛋白质三者之间的关系多样性、蛋白质多样性和生物多样性的关系6.核DNA、mNRA、蛋白质的“相同”与“不同”例1：判断，1.大肠杆菌细胞内单体c的结构可用e表示，e的种类约有20种（）、b是生物体内遗传信息的携带者，C是生命活动的主要承担者（）、B的多样性由d中的n充分体现，C的多样性由e中的R充分体现（）4.物质A是该生物的主要遗传物质（）5.若某种生物的核酸只由4种d组成，则该生物一定不是细胞生物（）例2.如图甲是组成乙或丙的基本单位（单体）。下列相关叙述错误的是（）A.如果甲中的m是U，则甲一定是丙的基本单位B.如果甲中的m是G，则甲一定是乙的基本单位C.如果甲中的a是脱氧核糖，则甲物质聚合成的大分子物质可以分布于线粒体和叶绿体中D.如果甲中的a是核糖，则甲物质聚合成的大分子物质可以分布于细胞核和细胞质中E.核酸控制蛋白质的合成，蛋白质可能参与基因表达的过程F.DNA、RNA、ATP和某些酶的组成中都有糖类G.高温变性后的蛋白质能与双缩脲试剂发生紫色反应H.若ATP断裂两个高能磷酸键，脱去两个磷酸基团，可形成b，则a为核糖考点三生物大分子以碳链为骨架基本骨架：DNA：磷酸-脱氧核糖交替排列作为DNA的基本骨架生物大分子：碳链作为生物大分子的基本骨架细胞膜：磷脂双分子层作为细胞膜(生物膜)的基本骨架细胞：细胞骨架作为细胞的基本骨架2.核酸与蛋白质的复合体【教材拾遗】源于必修1P38“复习与提高”：多糖和核酸都是由许多单体组成的多聚体，试从组成二者单体种类的角度分析核酸是遗传信息的携带者，而多糖不是的原因：构成多糖的基本单位是葡萄糖，无论多少个葡萄糖构成多糖，它的顺序没有什么变化。而核酸是由核苷酸连接而成的长链，核酸分子中4种脱氧核苷酸(或核糖核苷酸)在数量、排列顺序上就会千差万别，从而能够承担起携带遗传信息的功能。以碳链为基本骨架的小分子单体能构成许多不同的多聚体，模式图如下。下列有关说法正确的是()A.若图中多聚体为DNA，则构成其的脱氧核糖的组成元素为C、H、O、N、P