高中生物《高中全程学习方略》2025版第2章　第4节　蛋白质是生命活动的主要承担者含答案

高中生物《高中全程学习方略》2025版第2章第4节蛋白质是生命活动的主要承担者含答案第4节蛋白质是生命活动的主要承担者【学习目标】1.生命观念:结合对蛋白质结构多样性决定功能多样性的分析,形成结构与功能观。2.科学思维:通过推导氨基酸的结构和脱水缩合过程,培养归纳与推理能力。3.社会责任:基于蛋白质功能的认识,关注与人体健康的关系,培养健康的生活方式。【思维导图】必备知识·认知导学一、蛋白质的功能1.蛋白质是生命活动的主要承担者。2.功能的多样性:具有参与组成细胞结构、催化、运输、信息传递、免疫等重要功能。二、蛋白质的基本组成单位——氨基酸1.结构通式:。2.结构特点:(1)数量上:至少含有一个氨基和一个羧基。(2)位置上:都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上。三、蛋白质的结构及其多样性1.氨基酸的脱水缩合:(1)此生理过程的名称是脱水缩合。(2)写出字母代表的结构或名称:a.肽键,b.二肽。(3)产物H2O中原子的来源。H2.蛋白质结构多样性的原因:取决于氨基酸的种类、数目、排列顺序和肽链的空间结构。3.结构与功能的适应:(1)每一种蛋白质分子都有与它所承担功能相适应的独特结构。(2)蛋白质变性:指蛋白质在某些物理和化学因素作用下其特定的空间构象被破坏,从而导致其理化性质的改变和生物活性丧失的现象。【教材深一度】类比法巧记氨基酸的结构把氨基酸比喻成人,R基代表人脸,羧基和氨基代表两只手,H代表双腿,躯干代表中心碳原子。【明辨是非】(画“√”或“×”)(1)具有氨基和羧基的化合物都是构成生物体蛋白质的氨基酸。(×)分析:构成蛋白质的氨基酸都有一个氨基和一个羧基连在同一个碳原子上。(2)不同氨基酸之间的差异是由R基引起的。(√)(3)胰岛素中不同肽链之间通过肽键连接。(×)分析:胰岛素的不同肽链之间的化学键不是肽键,而是二硫键。(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。(×)分析:蛋白质的空间结构被破坏,其特定功能会改变。(5)评价蛋白质食品的营养价值主要依据其必需氨基酸的种类和含量。(√)(6)氨基酸仅通过脱水缩合的方式就可以形成蛋白质。(×)分析:氨基酸通过脱水缩合的方式形成肽链。关键能力·探究导思任务一组成蛋白质的氨基酸【情境探究】(图形情境)下图是组成生物体蛋白质的4种氨基酸。探究:(1)这四种氨基酸的R基分别是-H、-CH(CH3)2、-CH3、-CH2CH(CH3)2。(2)观察以上四种氨基酸,每种氨基酸都只含有一个氨基和一个羧基。若有多余的氨基或羧基,其位置在R基上。(3)某物质水解后得到如图所示的产物,根据生物学知识判断它是不是构成生物体蛋白质的氨基酸,并说明判断依据。提示:该化合物是构成生物体蛋白质的氨基酸。根据氨基酸分子的结构通式,化合物中至少含有一个氨基和一个羧基,并且连在同一个碳原子上,才是构成蛋白质的氨基酸。【归纳提升】1.氨基酸结构通式的分析:2.“两看法”判断组成蛋白质的氨基酸:[特别提醒](1)氨基酸通式中的中心碳原子的一变三不变:R基可变,氨基、羧基和氢原子不变。(2)氨基酸的理化性质不同主要与R基不同有关。【学以致用】1.(2024·西安高一检测)下列化合物中,属于组成蛋白质的氨基酸的是()①②③④A.①②③④ B.①②③ C.①② D.②④【解析】选B。由题干信息可知,①②③④四种化合物,①②③都有连接在同一个碳原子上的氨基和羧基,是组成蛋白质的氨基酸,④的氨基和羧基不连接在同一个碳原子上,不是组成蛋白质的氨基酸。【补偿训练】某氨基酸分子中含有两个氨基,其中一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上,则另一个氨基()A.在羧基上B.和羧基连接在同一个碳原子上C.在R基上D.在氨基上【解析】选C。组成蛋白质的氨基酸至少含有一个氨基和一个羧基,且连接在同一个碳原子上,其他的氨基、羧基都位于R基上。2.缬氨酸的R基为—C3H7,则一分子缬氨酸含有的C、H、O、N原子数依次为()A.2、4、2、1 B.5、8、2、1C.5、9、4、1 D.5、11、2、1【解析】选D。组成蛋白质的氨基酸至少含有一个氨基和一个羧基,且都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上,分子式为C2H4O2NR。根据题意知,缬氨酸的R基为—C3H7,因此缬氨酸的结构简式为C5H11O2N,因此一分子缬氨酸含有的C、H、O、N原子数依次为5、11、2、1。任务二蛋白质的结构及其多样性【情境探究】(图形情境)下面是蛋白质形成的结构图解。探究:(1)氨基酸脱水缩合形成二肽,写出二肽的结构通式,并用箭头标出肽键的位置。提示:(2)形成的肽链中如果有游离的氨基和羧基,它们存在于肽链的两端或R基中。(3)假设氨基酸的平均相对分子质量为a,则n个氨基酸分子形成m条肽链时,所形成肽链的相对分子质量是na-18(n-m)。【归纳提升】1.蛋白质结构多样性与功能多样性的关系:(1)空间结构的形成,依靠的是氢键和二硫键。(2)空间结构指的是肽链盘曲、折叠形成的空间结构,氨基酸无空间结构。2.“两看”法分析多肽:3.厘清蛋白质的变性和水解的区别:(1)变性:是由高温、过酸、过碱、重金属盐等因素导致的蛋白质的空间构象发生了不可逆的变化,肽链变得松散,丧失了生物活性,但是肽键一般不断裂。(2)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。[特别提醒](1)构成蛋白质的氨基酸种类相同时,蛋白质不一定相同,可能排列顺序不同或数目不同或形成的蛋白质空间结构不同。(2)功能不同的蛋白质,氨基酸的种类、数目和排列顺序可能相同,但是空间结构不同。【学以致用】1.(2023·黄冈高一检测)如图为人胰岛素分子结构示意图。不同物种的胰岛素功能大体相同,但在氨基酸序列组成上有细微差异,例如:相比于人胰岛素,牛胰岛素两条肽链中只有三个氨基酸位点发生了替换。下列有关说法正确的是()A.胰岛素分子至少有4个游离的—NH2B.牛胰岛素与人胰岛素的空间结构相似C.不同物种胰岛素分子中的肽键、二硫键数目不同D.不同物种的胰岛素基因的碱基序列相同【解析】选B。一条肽链至少含有一个游离的—NH2,胰岛素含有2条肽链,至少有2个游离的—NH2,A错误;结构决定功能,据题意可知,不同物种的胰岛素功能大体相同,推测不同物种的胰岛素结构大体相同,因此牛胰岛素与人胰岛素的空间结构相似,B正确;相比于人胰岛素,牛胰岛素两条肽链中只有三个氨基酸位点发生了替换,推测牛和人的胰岛素基因的碱基序列不相同,但分子中的肽键、二硫键数目相同,C、D错误。【借题发挥】图中-S-S-形成时,连接的基团在氨基酸中的位置是哪儿?提示:R基。2.脑啡肽的结构简式如图。请根据此化合物的结构分析回答:(1)该化合物有____个氨基和____个羧基。

(2)该化合物是由____个氨基酸失去____分子水而形成的,这样的反应叫作________________,该化合物叫____肽。在形成时,相对分子质量减少了____。

(3)脑啡肽水解后可产生____种氨基酸,氨基酸种类不同的原因是________________。

(4)其基本组成单位的结构通式为________________。

【解析】(1)据图可知,该化合物有1个游离的氨基和1个游离的羧基。(2)该化合物中有4个肽键,它是由5个氨基酸通过脱水缩合而形成的,所以叫作五肽。在形成该多肽时,共脱去4个水分子,相对分子质量减少了4×18=72。(3)不同氨基酸的差别在于R基的不同,从脑啡肽结构简式上可以看出,左起第二个氨基酸的R基和第三个氨基酸的R基相同,所以其水解后可产生4种氨基酸。(4)蛋白质的基本组成单位是氨基酸,氨基酸的结构通式为。答案:(1)11(2)54脱水缩合五72(3)4R基不同(4)【补偿训练】如图为胰岛素部分肽链示意图。该部分肽链所含氨基酸的R基种类、游离的羧基数、此部分肽链形成时的脱水数依次是()A.3、0、3 B.4、0、3C.3、1、3 D.4、1、3【解析】选D。根据图示可以看出该结构含有3个肽键,因此由4个氨基酸构成,根据R基的不同可以观察到4个氨基酸种类均不相同,所以R基的种类有4种,游离的羧基只有1个,形成了3个肽键因此脱水数为3,D正确。学科素养·创新导练【命题情境】阿尔茨海默病的治疗阿尔茨海默病是一种多发于老年人群的神经系统退行性疾病,可导致老年性痴呆。此病的重要病理特征之一是β淀粉样蛋白(Aβ)在大脑聚集沉积形成斑块。【命题设计】(1)Aβ含有39~43个氨基酸,请写出氨基酸分子的结构通式

__。

(2)Aβ由淀粉样前体蛋白水解形成,如图1。请描述淀粉样前体蛋白形成Aβ的过程:淀粉样前体蛋白经过β-分泌酶和γ-分泌酶的催化作用,切断氨基酸之间的肽键而最终形成Aβ。(3)Aβ的空间结构如图2。许多证据表明,Aβ在健康人的大脑中有营养神经的作用。但在遗传因素和环境因素的共同作用下,Aβ产生量过多,可形成不同的Aβ聚集体(图3为含12个Aβ的聚集体),产生神经毒性并最终使患者出现认知功能障碍和记忆衰退的症状。请你提出治疗阿尔茨海默病的一种思路。根据阿尔茨海默病的重要病理特征之一是β淀粉样蛋白(Aβ)在大脑聚集沉积形成斑块,结合题图,可知治疗阿尔茨海默病的思路是防止Aβ聚集,具体思路为:开发抑制β-分泌酶和γ-分泌酶活性的药物,开发促进Aβ水解或清除的药物,开发抑制Aβ错误空间结构的药物,开发抑制Aβ聚集的药物等。案例解码·思维导引【案例】2021年诺贝尔生理学或医学奖颁给了戴维·朱利叶斯和阿登·帕塔普蒂安这两位伟大的科学家。在朱利叶斯的研究中,他发现红辣椒和薄荷醇能激活神经系统中对热和冷产生反应的感觉受体(一种离子通道蛋白质)。请回答下列问题:(1)构成感觉受体①的单体是__________,它的结构通式是____________。

(2)加热会使蛋白质变性,在变性过程中肽键是否因此而断裂呢?请设计一个证明“蛋白质在加热变性后肽键没有断裂”的实验。材料和用具:0.01g·mL-1的CuSO4溶液、0.1g·m①实验原理:蛋白质中的肽键与__________试剂发生作用,产生______________反应②。如果加变性的蛋白质与该试剂反应仍呈紫色,即可证明肽键没有断裂。

②方法步骤:a.取两支试管,分别编号A、B,向两支试管中加入等量的鸡蛋清稀释液。然后______________________________________________③。

b.冷却后,先向两支试管中分别加入1mL0.1g·mL-1的NaOH溶液,摇匀;再向两支试管中分别加入4滴0.01g·mL-c.观察试管里的颜色变化。③结果及结论:______________________________________________,蛋白质在加热变性后肽键没有断裂④。

答案:(1)氨基酸(2)①双缩脲紫色②对A(B)试管用酒精灯加热,B(A)试管不用加热③A、B试管都出现紫色先思考再答题思考①:感觉受体的形成方式是什么?该过程产生的水中的氢的来源是什么?【思考点拨】思考①:氨基酸通过脱水缩合的方式形成肽链,此过程形成的水(H2O)中的氢(H)来源于氨基(-NH2)和羧基(-COOH)。思考②:双缩脲试剂的组成成分有哪些?使用时的注意点是什么?【思考点拨】思考②:0.01g·mL-1的CuSO4溶液和0.1g·mL-1的NaOH溶液。使用时应先加0.1g·mL-思考③:本实验的自变量是什么?无关变量有哪些?在pH和所加试剂方面该如何控制无关变量?【思考点拨】思考③:自变量是加热与否,无关变量有pH、所加试剂的量和浓度等;为排除无关变量对实验结果的干扰,应保持各组实验的无关变量相同且适宜。思考④:本实验的因变量是什么?如何观测?【思考点拨】思考④:因变量为肽键断裂情况;本实验通过观察如果加热变性的蛋白质与双缩脲试剂反应仍呈紫色,即可证明肽键没有断裂。课时巩固训练,请使用“课时过程性评价六”第5节核酸是遗传信息的携带者【学习目标】1.生命观念:运用结构与功能观,阐明核苷酸的结构与功能相适应。2.科学思维:理解核苷酸的组成,构建核苷酸的结构模型,学会用实物构建物理模型的科学思维。3.科学思维:通过对核苷酸的排列顺序与遗传信息的关系及生物大分子以碳链作为基本骨架的学习,形成归纳与概括的科学思维。【思维导图】必备知识·认知导学一、核酸的种类及其分布1.DNA:主要分布在细胞核中,少量存在于线粒体、叶绿体内。2.RNA:主要分布在细胞质中。二、核酸是由核苷酸连接而成的长链1.核酸的结构层次:写出图中各字母代表的名称:a.磷酸b.五碳糖 c.含氮碱基d.核苷酸 e.DNA f.RNA2.DNA与RNA的区别:(1)化学组成:若图中d构成e,则b表示脱氧核糖,c表示A、T、G、C四种碱基;若图中d构成f,则b表示核糖,c表示A、U、G、C四种碱基。(2)链数:一般情况下,在生物体的细胞中,DNA由两条脱氧核苷酸链构成,RNA由一条核糖核苷酸链构成。3.组成元素:C、H、O、N、P。4.核酸的多样性及功能:(1)多样性的原因:核苷酸数目不同和排列顺序多样。(2)功能:①核酸是细胞内携带遗传信息的物质。②核酸在生物体的遗传、变异和蛋白质的生物合成中具有极其重要的作用。三、生物大分子以碳链为骨架1.单体:生物大分子是由许多基本单位连接而成的,这些基本单位称为单体。单体(基本单位)多聚体(生物大分子)单糖多糖氨基酸蛋白质核苷酸核酸2.多聚体:每一个单体都以若干个相连的碳原子构成的碳链为基本骨架,由许多单体连接成多聚体。3.细胞是由化学元素和化合物构成的:(1)以碳链为骨架的多糖、蛋白质、核酸等生物大分子构成细胞的基本框架。(2)糖类和脂质提供了生命活动的重要能源。(3)水和无机盐与其他物质一起,共同承担着构建细胞、参与细胞生命活动等重要功能。【教材深一度】(P34问题探讨)DNA指纹可用来进行个人识别及亲子鉴定。将DNA指纹同人体核DNA的酶切片段杂交,获得了由多个位点上的等位基因组成的长度不等的杂交带图纹,这种图纹极少有两个人完全相同。【明辨是非】(画“√”或“×”)(1)构成DNA的脱氧核苷酸有4种,构成RNA的核糖核苷酸有4种。(√)(2)DNA中遗传信息的多样性主要取决于脱氧核苷酸的种类。(×)分析:DNA中遗传信息的多样性主要取决于脱氧核苷酸的数目和排列顺序。(3)构成生物大分子的单体在排列顺序上都具有多样性。(×)分析:构成生物大分子的单体在排列顺序上并不都具有多样性。如纤维素、淀粉和糖原都是由葡萄糖一种单体连接而成的。(4)由基本单位葡萄糖组成的生物大分子都是植物细胞壁的主要成分。(×)分析:葡萄糖组成的生物大分子有淀粉、纤维素和糖原,并不都是细胞壁的组成成分。(5)多聚体最终水解的产物一定是单体。(×)分析:多聚体最终水解的产物不一定是单体。如核酸最终水解产物是组成核酸的小分子物质。(6)生物大分子并不都以碳链为骨架。(×)分析:生物大分子都以碳链为骨架。关键能力·探究导思任务一核酸的种类、结构和功能【情境探究】(图形情境)下图是DNA和RNA两种核酸的结构图。探究:(1)核酸由C、H、O、N、P元素组成,N存在于含氮碱基中,P存在于磷酸中。(2)组成蛋白质的氨基酸的种类是由R基决定的,组成核酸的核苷酸的种类是由五碳糖的类型和碱基的类型决定的。(3)细胞中的碱基A、T、U、C能形成6种核苷酸。(4)组成核酸的小分子物质有几类?它们是如何连接形成核苷酸的,尝试写出核苷酸的结构式。提示:3类,分别为磷酸、五碳糖和含氮碱基。【归纳提升】1.DNA和RNA的比较:项目DNARNA中文名称脱氧核糖核酸核糖核酸元素组成C、H、O、N、P基本单位五碳糖脱氧核糖核糖含氮碱基共有A、G、C特有T特有U一般结构两条脱氧核苷酸链一条核糖核苷酸链存在部位主要在细胞核主要在细胞质2.不同生物体中核酸、遗传物质、碱基和核苷酸种类的分析:生物类别核酸种类遗传物质碱基种类核苷酸种类原核生物DNA和RNADNAA、G、C、T、U8种真核生物DNA和RNADNAA、G、C、T、U8种DNA病毒DNADNAA、G、C、T4种RNA病毒RNARNAA、G、C、U4种[特别提醒](1)真、原核细胞内均有两种核酸,不要认为真核细胞两种核酸,而原核细胞只有一种核酸。(2)核酸分子中,五碳糖∶磷酸∶含氮碱基∶核苷酸=1∶1∶1∶1。(3)构成DNA的脱氧核苷酸有4种,构成RNA的核糖核苷酸有4种。脱氧核苷酸和核糖核苷酸的区别不只是五碳糖不同,碱基也不同。【学以致用】1.(2024·衡水高一期中)下列关于DNA与RNA的叙述,正确的是()A.二者都含有A、C、G和磷酸B.二者一般都是由两条链构成C.原核细胞中不含RNAD.不同生物的DNA不同与核苷酸的种类和数量有关【解析】选A。DNA(碱基组成是A、T、G、C)和RNA(碱基组成是A、U、G、C)的相同点是二者都含有A、C、G和磷酸,A正确;DNA一般是双链结构,RNA一般是单链结构,B错误;原核细胞属于细胞生物,细胞生物都含有DNA和RNA,C错误;不同生物的DNA核苷酸种类通常都有4种,DNA的不同与核苷酸的数量及排列顺序有关,D错误。2.核酸甲和乙是某生物体内的两种核酸,这两种核酸的基本组成单位如图所示。已知核酸甲不能与蛋白质形成稳定的复合物,核酸乙具有运输功能。下列叙述正确的是()A.核酸甲在行使其功能时,不会与蛋白质形成复合物B.核酸乙主要分布在细胞核中C.与合成核酸乙的单体相比,核酸甲的单体的2'位置的碳原子上少一个氧原子D.生物体内核酸甲功能的多样性与核苷酸的种类、排序、数量及连接方式均有关【解析】选C。核酸甲为DNA,在转录过程中与蛋白质形成复合物,A错误;核酸乙为RNA,RNA主要分布在细胞质中,B错误;用于合成核酸甲的单体是脱氧核糖核苷酸,脱氧核糖的2'位置的碳原子上原有的羟基脱去一个氧,C正确;核酸甲是DNA,生物体内核酸甲功能多样性与核苷酸的排序、数量有关,与连接方式无关,D错误。3.(2024·桂林高一期中)如图所示化合物b由1分子磷酸、1分子m和1分子a构成,下列叙述正确的是()A.若m为腺嘌呤,则b为腺嘌呤脱氧核苷酸B.在禽流感病毒、幽门螺旋杆菌体内b均为4种C.若a为核糖,则a和磷酸交替排列构成了DNA的基本骨架D.若a为脱氧核糖,则由b构成的核酸一般为双螺旋结构【解析】选D。若m为腺嘌呤,则b为腺嘌呤脱氧核苷酸或腺嘌呤核糖核苷酸,A错误;在禽流感病毒(只含有RNA一种核酸)、幽门螺旋杆菌(含有DNA和RNA两种核酸)体内b依次是4种、8种,B错误;若a为核糖,化合物b表示核糖核苷酸,则a和磷酸交替排列构成了RNA的基本骨架,C错误;若a为脱氧核糖,则由b构成的核酸是DNA,DNA一般为双螺旋结构,D正确。【补偿训练】下列说法正确的是()A.叶肉细胞中碱基、核苷酸、五碳糖的种类分别是5种、8种和2种B.大肠杆菌细胞中含有碱基A、T、G、C的核苷酸共4种C.组成核酸的基本单位是核糖核苷酸D.人类免疫缺陷病毒中含有4种碱基,分别为A、T、C、G【解析】选A。叶肉细胞中含两种核酸,所以叶肉细胞中碱基、核苷酸、五碳糖的种类分别是5种、8种和2种,A正确;大肠杆菌细胞中既含有DNA,又含有RNA,故含有碱基A、T、G、C的核苷酸共7种,B错误;组成核酸的基本单位是核苷酸,C错误;人类免疫缺陷病毒的遗传物质为RNA,含有的碱基为A、U、C、G,D错误。任务二生物大分子以碳链为骨架【情境探究】(图形情境)如图为生物大分子的部分结构示意图,数字代表单体。探究:(1)若单体是葡萄糖,在植物体内的生物大分子为淀粉或纤维素;若单体是核苷酸,该生物大分子为核酸,其功能是携带遗传信息,在生物体的遗传、变异和蛋白质的生物合成中具有极其重要的作用。(2)若上图表示人体中多肽分子的片段,则理论上该片段最多有__214种排列方式,若2号氨基酸脱落为游离氨基酸,需要2个水分子参与反应。

(3)核酸和多糖都是由单体组成的多聚体,尝试从二者的分子组成角度分析,为什么核酸能储存遗传信息而多糖不能?提示:每种核酸都由四种核苷酸组成,可通过核苷酸的排列顺序储存大量遗传信息,而淀粉、糖原和纤维素等多糖的单体均为葡萄糖,排列顺序不具有多样性,无法储存大量遗传信息。【归纳提升】生物大分子的连接方式判断(1)若该图为一段肽链结构模式图,则1表示中心碳原子,2表示“”结构,在人体中,3的种类最多可达21种。(2)若该图为一条核苷酸链结构模式图,则1表示五碳糖,2表示磷酸,3表示含氮碱基。[特别提醒](1)脂肪不属于生物大分子是因为脂肪类化合物是由甘油和脂肪酸结合而成的,而且脂肪的相对分子质量与蛋白质、核酸、多糖相比小很多。(2)“水解产物”≠“氧化分解产物”。氧化分解产物是指在生物体的细胞内,各种有机物经过氧化分解,最后形成的各种小分子物质。水解产物是在消化道内,营养物质经过消化酶的作用,水解成的小分子物质。【学以致用】1.(2024·洛阳高一期中)下列关于生物大分子的叙述,正确的是()A.在构成细胞的化合物中,糖类、蛋白质、核酸都是生物大分子B.生物体内参与信息传递的信息分子都是蛋白质C.生物大分子是由许多单体连接形成的多聚体,以碳链为基本骨架D.生物大分子都能为细胞的生命活动提供能量【解析】选C。在构成细胞的化合物中,多糖、蛋白质、核酸都是生物大分子,糖类包括单糖、二糖和多糖,单糖和二糖不是大分子,A错误;性激素也是信息分子,其化学本质是固醇,B错误;每一个单体都以若干个相连的碳原子构成的碳链为基本骨架,生物大分子是由许多单体连接形成的多聚体,也以碳链为基本骨架,如多糖由多个葡萄糖等单糖构成,蛋白质是由多个氨基酸构成的,C正确;生物大分子中的核酸不能为细胞的生命活动提供能量,D错误。2.生命科学常用图示表示微观物质的结构,图1~3分别表示植物细胞中常见的三种有机物,则图1~3可分别表示()A.多肽、RNA、淀粉 B.DNA、RNA、纤维素C.DNA、蛋白质、糖原 D.蛋白质、核酸、糖原【解析