高考生物创新一轮复习备考中图版讲义第二单元细胞的自我保障第3讲

第3讲细胞中的蛋白质[最新考纲]1.蛋白质的结构和功能(Ⅱ)。2.生物膜系统的结构和功能(Ⅱ)——侧重内膜系统对分泌蛋白的合成和运输。考点一蛋白质的结构与功能(5年6考)1.组成蛋白质的氨基酸的结构及种类观察下列几种氨基酸的结构(1)写出图中结构的名称a.氨基；b.羧基。(2)通过比较图中三种氨基酸，写出氨基酸的结构通式。(3)氨基酸的不同取决于R基的不同，图中三种氨基酸的R基依次为、－CH3和－H。(4)氨基酸的种类：约20种■助学巧记巧记“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)注：评价蛋白质食品营养价值主要依据其必需氨基酸的种类和含量。2.蛋白质的结构及其多样性(1)氨基酸的脱水缩合①过程：一个氨基酸分子中的氨基(—NH2)和另一个氨基酸分子中的羧基(—COOH)相连接，同时脱去一分子水。②二肽形成示例③肽键：连接两个氨基酸分子的化学键可表示为—CO—NH—。(2)蛋白质的结构层次①肽的名称确定：一条多肽链由几个氨基酸分子构成就称为几肽。②H2O中各元素的来源：H来自—COOH和—NH2，O来自—COOH。③一条肽链上氨基数或羧基数的确定：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。(3)蛋白质的结构多样性与功能多样性■助学巧记巧用“一、二、三、四、五”助记蛋白质的结构与功能1.如图为酶、激素、抗体、载体蛋白等与蛋白质、脂质的关系概念图(1)请依次写出a～f对应的物质____________。(2)图示f中位于“蛋白质”圈外的物质是什么？提示(1)a～f依次为脂质、激素、抗体、蛋白质、载体蛋白、酶。(2)有极少数的酶为RNA。2.蛋白质是生命活动的主要承担者，在组成细胞的有机物中含量最多。下图为有关蛋白质分子的简要概念图，请思考：(1)图示a中一定具有S吗？(2)图示①为何种过程？该过程除产生多肽外，还会产生何类产物？(3)图中b、c、d内容是什么？请写出b、c的化学表达式。(4)甲硫氨酸的R基是—CH2—CH2—S—CH3，则它的分子式是________？提示(1)不一定。(2)①为“脱水缩合”过程，该过程还可产生H2O。(3)b、c、d依次为“氨基酸”、“肽键”、“蛋白质功能多样性”；b的化学表达式为；c的化学表达式为—CO—NH—。(4)氨基酸共性部分为C2H4O2N，则甲硫氨酸分子式为C2＋3H4＋7O2NS即C5H11O2NS。3.氨基酸脱水缩合与相关计算(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)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：氨基酸平均分子质量为a。(2)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×1＋R基中含有的氨基或羧基数。(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。在分泌蛋白的合成、加工、运输和分泌的过程中，用含35S标记的氨基酸作为原料，则35S存在于图示①～④中的哪个部位？提示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.真题重组判断正误(1)从胃蛋白酶的提取液中沉淀该酶可用盐析的方法(2017·全国卷Ⅱ，3C)(√)(2)植物根细胞膜上存在运输离子的蛋白质(2016·海南卷，3A)(√)(3)植物叶肉细胞中液泡膜与类囊体膜上的蛋白质不同(2016·海南卷，3B)(√)(4)蛋白质可与双缩脲试剂产生紫色反应(2012·海南卷，2D)(√)以上内容源于教材必修一P27～P30关于蛋白质的多样性及功能的内容。2.下图为牛胰岛素结构图，该物质中—S—S—是由两个—SH脱去两个H形成的。下列说法正确的是()A.牛胰岛素为51肽，其中含有50个肽键B.牛胰岛素中至少含有2个—NH2和2个—COOHD.牛胰岛素形成时，减少的分子质量为882解析由图可知，牛胰岛素是由两条肽链形成的蛋白质，不是多肽，含有的肽键数＝氨基酸的分子数－肽链数＝51－2＝49，A错误；牛胰岛素含有两条肽链，每条肽链至少含有一个—NH2和一个—COOH，因此至少含有2个—NH2和2个—COOH，B正确；牛胰岛素水解产物最多含有20种不同的氨基酸，C错误；牛胰岛素形成的过程中，形成了49个肽键，还形成了3个二硫键，所以减少的相对分子质量为49×18＋6＝888，D错误。答案B组成蛋白质的氨基酸的种类与结构1.(海南卷)关于生物体内组成蛋白质的氨基酸的叙述，错误的是()解析甘氨酸应是分子量最小的氨基酸，它的R基是最简单的氢。答案A2.下图为氨基酸分子的结构通式，下列叙述正确的是()④在生物体内约有20种B.氨基酸脱水缩合产生水，水中的氢来自于②和③④中含有的氨基或羧基全部都参与脱水缩合n个氨基酸形成一条多肽链需要n种密码子解析①为氨基，③为羧基，④为侧链基团(R基)。构成人体氨基酸的种类约有20种，A正确；脱水缩合形成水，水中氢来自①③，B错误；R基中的氨基或羧基不参与脱水缩合，C错误；生物体内n个氨基酸形成一条多肽链需要n个密码子而不是需要n种密码子，D错误。答案A解答本类题目的关键是熟记氨基酸的结构通式，如下图所示找出氨基酸的共同体，即图中“不变部分”(连接在同一碳原子上的—NH2、—COOH和—H)，剩下的部分即为R基。倘若找不到上述“不变部分”，则不属于构成蛋白质的氨基酸。蛋白质的结构和功能1.(2017·海南卷，1)有关蛋白质结构与功能的叙述，错误的是()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解析蛋白质的空间结构决定蛋白质有相应的生物活性，A正确；多肽链的多样性由组成多肽链的氨基酸的种类、数量和排列顺序决定，B正确；抗体在NaCl溶液中会发生盐析，但抗体的空间结构没有被破坏，所以其活性没有丧失，C错误；多肽链的氨基酸序列虽然相同，但可以折叠成不同的空间结构，如朊病毒，D正确。答案C2.(2017·河南郑州二检)科学家使用巯基乙醇和尿素处理牛胰核糖核酸酶(一种蛋白质)，可以将该酶去折叠转变成无任何活性的无规则卷曲结构。若通过透析的方法除去导致酶去折叠的尿素和巯基乙醇，再将没有活性的酶转移到生理缓冲溶液中，一段时间后，发现核糖核酸酶活性得以恢复。下列叙述正确的是()A.由于巯基乙醇和尿素处理破坏了蛋白质中的肽键，故该酶失去了活性外界环境决定的解析用巯基乙醇和尿素处理，可以将牛胰核糖核酸酶去折叠转变成无任何活性的无规则卷曲结构，说明因破坏了蛋白质的空间结构而导致该酶失活，而不是破坏了蛋白质中的肽键使该酶失活，A错误；这个实验证明了蛋白质的结构决定其功能，C错误；这个实验说明外界环境可以影响蛋白质的结构，D错误。答案B几种常考蛋白质的分布和功能此部分经常借助某些具体的蛋白质从不同角度进行命题，现举例如下：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、细胞因子内环境中免疫作用血红蛋白红细胞内主要运输O2和部分CO2糖蛋白(受体蛋白)等细胞膜表面保护、润滑、识别等作用结构蛋白细胞膜、肌细胞等构成细胞和生物体的成分蛋白质的相关计算1.(2017·经典高考题)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解析环状肽有几个氨基酸就会形成几个肽键，所以环状八肽含有8个肽键，A正确；肽链盘曲折叠形成的具有一定空间结构的蛋白质，蛋白质也可含有一条肽链，B错误；蛋白质变性是空间结构被破坏，主要破坏的是氢键等化学键，氨基酸之间形成的肽键不被破坏，C错误；含有肽键的化合物都能与双缩脲试剂产生紫色反应，变性蛋白质仍然含有肽键，仍可发生反应，D错误。答案A2.(2017·山东师大附中一模，12)某五十肽中有丙氨酸(R基为—CH3)2个，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()解析题述五十肽脱掉其中的2个丙氨酸，在丙氨酸的两侧各断裂一个肽键，因此肽键数目减少4个，A正确；断裂四个肽键，即水解形成4个氨基和4个羧基，B正确；脱掉丙氨酸的过程需要4个水分子参与水解，所以氢原子数目增加8个，氧原子数目增加4个，C正确，D错误。答案D1.蛋白质变性(1)强酸、强碱、高温等剧烈条件引起的蛋白质变性不可逆，蛋白质空间结构遭到破坏，即使恢复到适宜条件其理化性质和生物活性也不会恢复。(2)蛋清中加入食盐会使蛋白质析出，兑水后析出的蛋白质溶解，此过程被称为盐析。盐析、低温均不会破坏蛋白质的空间结构，条件改变(适宜)后，蛋白质的理化性质和生物活性即可恢复，这也是蛋白质类疫苗、抗体、酶等往往低温保存的原因。2.判断某些功能物质是否为蛋白质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：考点二生物膜系统的结构及功能(5年5考)1.蛋白质的合成、运输与分泌(1)细胞核：基因的转录，将遗传信息从细胞核传递到细胞质；(2)核糖体：利用氨基酸合成多肽；(3)内质网：对多肽进行初步加工(如折叠、糖基化等)，再以小泡的方式运送至高尔基体；(4)高尔基体：再加工成为成熟的蛋白质，并以小泡的方式运输到细胞膜与之融合；(5)细胞膜：外排作用，将蛋白质分泌到细胞外成为分泌蛋白；(6)线粒体：为各项过程提供能量。2.蛋白质分选(1)含义：蛋白质合成后的去向和最终定位。(2)影响因素：①分选信号，②核糖体的存在部位。内质网上的核糖体合成膜蛋白和分泌蛋白；游离的核糖体主要合成细胞内蛋白。3.真核生物的内膜系统内膜系统是指在功能上连续统一的细胞内膜结构，其中包括核膜、内质网、高尔基体、溶酶体、微体以及一些小泡等。这种内膜之间可通过出芽和融合的方式进行交流。内膜间的联系如下：(1)成分上的联系各种生物膜组成成分基本相似，均由脂质、蛋白质和少量糖类组成，体现膜系统的统一性；但每种成分所占的比例不同，体现了膜系统的差异性。(2)结构上的联系(3)功能上的联系：各种内膜之间通过合成分泌蛋白而在功能上联系起来。(4)生物膜系统的功能1.原核细胞是否具生物膜？其是否构成生物膜系统？提示原核细胞具细胞膜这种生物膜，但它不能构成生物膜系统。2.游离的核糖体与附着在内质网上的核糖体合成的蛋白质种类有何不同？提示游离的核糖体与附着在内质网上的核糖体合成的蛋白质种类不同：前者合成的一般是胞内蛋白，后者合成的一般是分泌蛋白。蛋白质的合成与运输1.(2015·安徽卷，1)血浆中的抗体是浆细胞产生的分泌蛋白。下表列出的抗体肽链合成与抗体加工的场所，正确的是()选项抗体肽链合成场所抗体加工场所A游离的核糖体细胞质基质、内质网B游离的核糖体溶酶体、高尔基体C内质网上的核糖体溶酶体、内质网D内质网上的核糖体内质网、高尔基体解析抗体属于分泌蛋白，其合成的场所是附着在内质网上的核糖体，其加工场所为内质网、高尔基体。答案D2.(2018·山东临沂检测)图甲表示分泌蛋白的形成过程，其中a、b、c分别代表不同的细胞器，图乙表示该过程中部分结构的膜面积变化。下列相关叙述中，错误的是()A.图甲中的a、b、c分别是核糖体、内质网和高尔基体B.图甲中构成分泌蛋白的物质X最多有20种，b的产物没有生物活性D.图甲、图乙所示变化都能体现生物膜具有流动性解析在分泌蛋白合成和分泌过程中，内质网膜以出芽的形式形成囊泡并与高尔基体膜融合，高尔基体膜以出芽的形式形成囊泡并与细胞膜融合，因此该过程中内质网膜减少，高尔基体膜基本不变，细胞膜增加，高尔基体与内质网和细胞膜之间有相互转换，C错误。答案C“三看法”解读分泌蛋白的合成、加工、运输(注：分泌蛋白包括消化酶、抗体、细胞因子、蛋白质类激素等)生物膜系统的结构和功能【典例】图1为细胞的生物膜系统概念图，图2表示的是多种生物膜及其膜上发生的物质变化。下列相关叙述中，错误的是()图1图2B.图2中所示的生物膜A、C均与图1中的e对应，B与图1中f对应合作用的光反应D.图2中的D应为细胞膜，图中的ATP主要由图1中的d提供[慧眼识图获取信息](1)析图1(2)析图2①A膜可实现葡萄糖→纤维素，则A为高尔基体膜；②B膜可合成性激素，应为内质网膜；③C膜可加工肽链，应为内质网膜；④D膜可主动运输K＋，应为细胞膜。答案B【对点小练】(2017·天星教育大联考)下列关于生物膜系统的叙述，正确的是()C.胰岛素的合成与内质网有关，性激素的合成与内质网无关解析不是所有的生物膜上都有糖蛋白，A错误；叶绿体的内膜上不发生能量转换，B错误；性激素属于固醇，固醇属于脂质，脂质的合成与内质网有关，C错误；抗体分泌过程中，囊泡与高尔基体膜、细胞膜的融合体现了生物膜的流动性，D正确。答案D生物膜间的“联系”三层面易错·防范清零[易错清零]易错点1不同生物及同一生物不同细胞中蛋白质不同的原因点拨(1)不同生物蛋白质不同的根本原因是DNA(基因或遗传信息)的特异性。(2)同一生物不同细胞蛋白质不同的直接原因是mRNA不同，根本原因是“基因的选择性表达”。易错点2对高温使蛋白质变性理解不透点拨高温使蛋白质变性的原因不是破坏了氨基酸之间的肽键，而是破坏了肽键盘曲折叠形成的空间结构。易错点3误认为脱去水的相对分子质量，就是氨基酸合成多肽时减少的相对分子质量。点拨计算蛋白质相对分子质量时，要考虑“二硫键”的形成，每形成一个二硫键，脱去2个H，相对分子质量减少2。易错点4忽视环肽的“首尾相接”问题点拨若为环状多肽，则可将公式中的肽链数视为零，再进行相关计算。环状多肽主链中无游离氨基和羧基，环状肽中氨基和羧基数目取决于构成环状肽氨基酸R基团中的氨基和羧基的数目，由图示可知：肽键数＝脱去水分子数＝氨基酸数。易错点5混淆氨基酸“种类”与“数目”点拨氨基酸数目≠氨基酸种类：蛋白质分子含有多个氨基酸，构成生物体蛋白质的氨基酸种类约有20种；确认氨基酸种类必须依据R基，凡R基相同时无论数目多少，均应视作“同一种”氨基酸。[纠错小练]1.(2018·河南商丘名校联考，7)如图为有关蛋白质分子的概念图，下列对图示分析不正确的是()B.①过程发生所需模板和运输A的工具都是RNA解析多肽链不同，氨基酸的种类、数目不同，氨基酸的种类最多有20种，A错误；①氨基酸脱水缩合过程发生所需模板是mRNA，运输A氨基酸的工具是tRNA，B正确；环状多肽中B肽键的数目等于A氨基酸的数目，C正确；蛋白质结构和功能的多样性是细胞多样性的直接原因，D正确。答案A2.(2018·河南平顶山市名校入学质检，8)图示某胰岛素分子及其局部放大示意图，若该胰岛素由51个氨基酸分子脱水缩合形成的，下列有关此图的叙述中，正确的是()B.该胰岛素在合成过程中，相对分子质量比合成前减少了882，形成的肽键数为49素分子中游离的氨基、羧基数至少是2、2①③和⑤解析胰岛素分子的化学本质是蛋白质，只能由胰岛B细胞合成并分泌，即人体内该分子的表达只能在胰岛B细胞内且在内质网上的核糖体上合成，A错误；该胰岛素含两条链，由51个氨基酸分子脱水缩合形成，所以在合成过程中，形成的肽键数为49和3个二硫键，相对分子质量比合成前减少了18×49＋1×6＝888，B错误；由于①中也含有氨基、⑤中也含有羧基，所以该胰岛素分子中游离的氨基、羧基数至少是3、3，C错误。答案D3.(2017·山东临沂一模，2)下列对细胞中蛋白质和核酸的叙述，错误的是()D.都能控制生物的性状，与生物体的表现型密切相关解析能催化细胞内的生物化学反应的是酶，大多数酶是蛋白质，少数是RNA，A正确；蛋白质和核酸都是生物大分子，都是以碳链为基本骨架构成的多聚体，B正确；温度过高，蛋白质和DNA均可能发生变性失活，C正确；控制生物性状的是基因，基因是有遗传效应的核酸片段，蛋白质是生物性状的主要承担者，D错误。答案D随堂·真题&预测1.(2015·全国卷Ⅰ，5)人或动物PrP基因编码一种蛋白(PrPc)，该蛋白无致病性。PrPc的空间结构改变后成为PrPsc(朊粒)，就具有了致病性。PrPsc可以诱导更多的PrPc转变为PrPsc，实现朊粒的增殖，可以引起疯牛病。据此判断，下列叙述正确的是()c转变为PrPsc的过程属于遗传信息的翻译过程解析根据题干信息知，朊粒为蛋白质，不可能整合到宿主的基因组中，A错误；由题干可知，朊粒的增殖是通过诱导更多的PrPc的空间结构改变实现的，而肺炎双球菌的增殖方式为二分裂，B错误；蛋白质功能发生变化的一个重要原因是空间结构发生改变，C正确；遗传信息的翻译过程是指在核糖体上以mRNA为模板合成蛋白质的过程，而PrPc转变为PrPsc的过程是空间结构的改变，D错误。答案C2.(2015·福建卷，1)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组成人体内蛋白质的氨基酸有20种，但并不是每种蛋白质都含有20种氨基酸，A错误；有的蛋白质在细胞外发挥作用，例如人体内的消化酶，B错误；每种蛋白质都具有一定的空间结构，C正确；酶能催化生物化学反应，绝大多数酶是蛋白质，但是蛋白质不一定是酶，例如某些激素、抗体等，D错误。答案C3.(2015·海南卷，11)关于蛋白质的叙述，错误的是()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.(2019·高考预测)下列关于蛋白质和核酸的叙述，正确的是()解析高温会破坏蛋白质的空间结构；绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA；真核生物的遗传信息储存于细胞核中的染色体上和线粒体或叶绿体中。答案Ceq\a\vs4\al(课后·分层训练)(时间：15分钟满分：50分)1.(2017·福建福州一检，3)下列选项描述的物质不一定是蛋白质的是()解析承担生命活动的物质很多，蛋白质是主要的承担者，A正确；人体内能降低血糖的激素是胰岛素，其本质为蛋白质，B正确；细胞内具有催化功能的物质是酶，而酶的本质是蛋白质或RNA，C错误；细胞膜上能转运钾离子的是载体蛋白，D正确。答案C2.(2017·安徽蚌埠一检)下列关于蛋白质的叙述，正确的是()B.蛋白质是生命活动的主要承担者，一般是细胞内含量最多的有机物C.所有蛋白质都在核糖体上合成，然后经内质网和高尔基体加工才具有一定的功能解析肺炎双球菌具有细胞结构，有完整的独立代谢能力，其细胞中含有核糖体，能合成自身的蛋白质，A错误；细胞中的蛋白质都是在核糖体上合成的，但不是所有蛋白质都要经过内质网和高尔基体的加工，C错误；生物多样性的根本原因是基因的多样性，D错误。答案B3.(2017·山东邹城期中)如图表示某种蛋白质中相关基团的数目，据图可知该蛋白质()解析由题图可知，蛋白质中游离的羧基总数是17，R基上的羧基是15，所以该蛋白质的肽链数是17－15＝2条，A正确；由题图可知，蛋白质中氨基酸总数是126，该蛋白质的肽链数是2条，所以共含有的肽键数为126－2＝124个，B错误；由题图可知，蛋白质中游离的氨基总数是16，该蛋白质的肽链数是2条，所以R基中共含16－2＝14个氨基，C错误；由题图可知，该蛋白质含有126个氨基酸，形成2条肽链，失去水分子数＝肽键数，肽键数是126－2＝124个，D错误。答案A4.(2017·山东淄博期中)如图表示一个由153个氨基酸残基构成的蛋白质分子。下列叙述正确的是()B.参与构成该分子的氨基酸中至少有1个氨基酸含2个羧基，1个氨基酸含2个氨基解析图示蛋白质分子由1条肽链构成，多肽链的两个氨基酸R基上的—NH2和—COOH脱水缩合形成一个肽键，故该蛋白质共153个肽键，A错误；该蛋白质含有的1个二硫键，是2个—SH脱氢形成的，故该分子中有2个氨基酸残基含硫，C错误；该分子彻底水解最多产生20种氨基酸，D错误。答案B5.(2017·福建名校一考，15)下列有关生物体内特殊蛋白质的叙述正确的是()B.抗体主要分布在血清中，其化学本质为糖蛋白质是蛋白质，只对细胞内的化学反应具有催化作用D.突触后膜上的蛋白质受体能够识别神经递质，识别后即被降解，不再识别其他神经递质解析细胞膜上的载体蛋白对以协助扩散或主动运输出入细胞的某些物质具有运输作用，A正确；抗体主要分布在血清中，其化学本质为球蛋白，不是糖蛋白，B错误；酶中绝大多数是蛋白质，少数是RNA，既可以在细胞内起催化作用，也可以在细胞外起催化作用，C错误；突触后膜上的蛋白质受体可以多次识别神经递质，而神经递质与受体结合后即被降解，不能再识别受体，D错误。答案A6.(2017·宁夏一模)HSP是机体细胞受高温刺激后合成的一类热休克蛋白。该蛋白可