2022版高考生物一轮复习第1单元细胞及其分子组成第3课蛋白质和核酸学案人教版

这是一份2022版高考生物一轮复习第1单元细胞及其分子组成第3课蛋白质和核酸学案人教版，共12页。学案主要包含了蛋白质的结构及功能，核酸的结构和功能，生物大分子以碳链为骨架等内容，欢迎下载使用。

一、蛋白质的结构及功能
1．蛋白质的功能(连线)
eq \x(实例) eq \x(蛋白质功能)
①肌肉、头发等 a．免疫功能
②绝大多数酶 b．调节功能
③血红蛋白 c．催化作用
④胰岛素 d．运输功能
⑤抗体 e．构成细胞和生物体
提示：①—e ②—c ③—d ④—b ⑤—a
2．氨基酸及其种类
3．蛋白质的合成及其结构
(1)二肽的形成
①过程a是脱水缩合；场所是核糖体。
②物质b的名称为二肽。
③箭头所指的化学键的名称为肽键。
④H2O中H 的来源：一个来自氨基，一个来自羧基，O来源于羧基。
(2)蛋白质的结构层次
氨基酸eq \(――――→,\s\up10(脱水缩合))多肽eq \(―――――→,\s\up10(盘曲、折叠))蛋白质
(3)蛋白质的结构多样性
4．蛋白质的变性：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。
二、核酸的结构和功能
1．核酸的结构层次
2．核酸的功能
(1)细胞内携带遗传信息的物质。
(2)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。
3．核酸的分布
(1)DNA：主要分布在细胞核中，叶绿体和线粒体中也有少量分布。
(2)RNA：主要分布在细胞质中。
三、生物大分子以碳链为骨架
下列有关生物大分子的描述，正确的是②④。
①多糖的基本单位是葡萄糖 ②多聚体是由若干个单体连接而成的 ③纤维素和淀粉的单体都是麦芽糖 ④蛋白质的单体是氨基酸 ⑤核酸的单体是脱氧核苷酸
1．氨基酸是组成蛋白质的基本单位
(1)肽链中的肽键是在核糖体中形成的。(√)
(2)氨基酸之间脱水缩合形成的水分子中的氢全部来自氨基。(×)
(3)肽链中游离氨基的数目与参与构成肽链的氨基酸种类无关。(×)
2．蛋白质是生命活动的主要承担者
(1)蛋白质控制和决定着细胞及整个生物体的遗传特性。(×)
(2)细胞膜、细胞质基质中负责转运氨基酸的载体都是蛋白质。(×)
(3)细胞内蛋白质发生水解时，通常需要另一种蛋白质的参与。(√)
3．核酸是由核苷酸连接而成的长链
(1)构成DNA和RNA的核苷酸共有5种。(×)
(2)DNA的两条脱氧核苷酸链之间通过磷酸二酯键连接。(×)
(3)DNA和RNA的碱基组成不完全相同。(√)
4．核酸是生物体内储存遗传信息的物质
(1)真核生物以DNA为遗传物质，部分原核生物以RNA为遗传物质。(×)
(2)只有细胞内的核酸才是携带遗传信息的物质。(×)
(3)分子大小相同，碱基含量相同的核酸分子所携带的遗传信息一定相同。(×)
蛋白质的结构和功能
某核糖核酸酶是由124个氨基酸组成的一条多肽链，含有四对二硫键，空间构象为球状分子。将天然核糖核酸酶在8 ml/L脲中用β­巯基乙醇处理，则分子内的四对二硫键断裂，分子变成一条松散的肽链，此时酶活性完全丧失。但用透析法除去β­巯基乙醇和脲后，此酶经氧化又自发地折叠成原有的天然构象，同时酶活性又恢复。
(1)组成核糖核酸酶的元素一定有哪些？可能还会有哪些？
答案：一定有C、H、O、N，可能还会有S、Se等。
(2)组成核糖核酸酶的基本单位是什么？其结构有何特点？
答案：组成核糖核酸酶的基本单位是氨基酸。结构特点是每种氨基酸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。
(3)核糖核酸酶的复杂结构是如何形成的？
答案：氨基酸的种类、数目、排列顺序不同，以及肽链盘曲、折叠方式不同，形成的复杂的空间结构也不同，从而形成了核糖核酸酶的复杂结构。
(4)根据题中信息，请分析食用熟鸡蛋比生鸡蛋更易于人体消化吸收的原因。
答案：高温破坏了蛋白质分子的空间结构，使其变得伸展、松散，容易被蛋白酶水解。
1．与氨基酸、蛋白质有关的巧记方法
(1)“谐音法”巧记八种必需氨基酸
甲(甲硫氨酸)携(缬氨酸)来(赖氨酸)一(异亮氨酸)本(苯丙氨酸)亮(亮氨酸)色(色氨酸)书(苏氨酸)。
(2)“一、二、三、四、五”巧记蛋白质的结构与功能
eq \x(一个)eq \(――――→,\s\up10(结构式))氨基酸的结构通式
|
eq \x(二个)eq \(――→,\s\up10(标准))eq \a\vs4\al(组成蛋白质的氨基酸必须同时具备的标,准有两个：一是数量标准，二是位置标准)
|
eq \x(三个)eq \(――→,\s\up10(关系))eq \a\al(蛋白质分子合成过程的三个数量关系：脱,去水分子数＝肽键数＝氨基酸数－肽链数)
|
eq \x(四个)eq \(――→,\s\up10(原因))eq \a\al(蛋白质分子结构多样性的原因有四个：氨基,酸的种类、数目、排列顺序不同，蛋白质的,空间结构不同)
|
eq \x(五个)eq \(――→,\s\up10(功能))eq \a\al(蛋白质分子有五个功能：细胞和生物体结,构的组成物质、催化功能、免疫功能、运输,功能和调节功能)
2．蛋白质功能多样性的原因分析
(1)直接原因：氨基酸的种类、数目、排列顺序及多肽链盘曲、折叠形成的空间结构多样eq \(――→,\s\up10(形成))结构多样性eq \(――→,\s\up10(决定))功能多样性。
(2)根本原因：遗传物质中千变万化的碱基排列顺序eq \(――→,\s\up10(形成))遗传信息的多样性eq \(――→,\s\up10(决定))蛋白质的多样性。
(3)进化原因：千变万化的环境条件→通过自然选择保留适应环境的个体及个体内的蛋白质→个体多样性和蛋白质的多样性。
3．区别蛋白质的三种变化
(1)盐析：是由溶解度的变化引起的，蛋白质的空间结构没有发生变化。
(2)变性：是由高温、过酸、过碱、重金属等因素导致的，蛋白质的空间结构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。
(3)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。
考向1| 组成蛋白质分子的氨基酸的种类和特点
1．(2021·河南开封模拟)下面是三种化合物的结构简式，下列有关三种化合物的叙述，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
B 解析：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，A正确；题图中三种氨基酸的共同点应为至少都含有一个氨基、一个羧基，B错误；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，C正确；三种化合物两两结合形成的物质中游离的氨基数均为1，D正确。
【方法规律】“二看法”判断组成蛋白质的氨基酸
(1)看数量
①方法：至少有一个—NH2和一个—COOH。
②举例：下列物质不属于构成蛋白质的氨基酸的原因

(2)看位置
①方法：必须有一个—NH2和一个—COOH连在同一个碳原子上。
②举例：下列物质不属于构成蛋白质的氨基酸的原因
考向2| 蛋白质分子结构和功能的分析
2．(2018·全国卷Ⅱ)下列关于人体中蛋白质功能的叙述，错误的是( )
A．浆细胞产生的抗体可结合相应的病毒抗原
B．肌细胞中的某些蛋白质参与肌肉收缩的过程
C．蛋白质结合Mg2＋形成的血红蛋白参与O2运输
D．细胞核中某些蛋白质是染色体的重要组成成分
C 解析：抗原能和特异性抗体相结合，病毒、细菌等病原体表面的蛋白质等物质都可以作为引起免疫反应的抗原，可见，浆细胞产生的抗体可结合相应的病毒抗原，A正确；肌细胞中的某些蛋白质(如肌动蛋白等)参与肌肉收缩的过程，B正确；蛋白质结合Fe2＋ 形成的血红蛋白参与O2的运输，C错误；染色体是细胞核的结构之一，染色体主要由DNA和蛋白质组成，D正确。
(1)细胞内核糖体上合成的多肽能不能直接行使正常的生理功能？不能。理由是蛋白质行使正常的生理功能需要特定的结构，需要经过加工才能形成特定的空间结构。
(2)研究发现某些蛋白质的氨基酸组成的种类、数目相同，但是功能不同，原因是氨基酸的排列顺序不同，形成的蛋白质的空间结构也可能不同。
蛋白质的相关计算与分析
1．组成蛋白质的氨基酸数、肽链数、肽键数、脱去水分子数和相对分子质量的关系
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：
特别提醒：①计算蛋白质(多肽)的相对分子质量时，除了考虑水分子的减少外，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。
2．组成蛋白质的元素的原子数计算
在一个氨基酸中，若不考虑R基，至少含有2个碳原子、2个氧原子、4个氢原子和1个氮原子。在脱水缩合形成多肽时，要失去部分氢、氧原子，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。
(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。
3．基因表达中氨基酸与相应DNA、mRNA中碱基之间的数量关系
DNA(基因)eq \(――→,\s\up10(转录))mRNAeq \(――→,\s\up10(翻译))蛋白质
碱基数 ∶ 碱基数 ∶氨基酸数
6 ∶ 3 ∶ 1
由于mRNA中有终止密码子等原因，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。
4．利用“排列组合”解答多肽种类的计算题
多肽的种类数可以借助下面的示意图(▭代表要安放的氨基酸的位置)，结合数学中“排列组合”的相关知识，推导出相关的计算规律(以21种氨基酸形成的四肽化合物为例)。
(1)若每种氨基酸数目不限，可形成肽类化合物的种类有214种(即1号位置安放氨基酸的情况有21种，2、3、4号也是如此，即21×21×21×21＝214种)。
(2)若每种氨基酸只有一个，可形成肽类化合物的种类有(21×20×19×18)种(即1号位置安放氨基酸的情况有21种，2号位置安放的氨基酸只能在剩余的20种中选择……)。
考向1| 组成蛋白质的氨基酸种类和数量的计算
1．蛋白水解酶分内切酶和外切酶2种，外切酶专门作用于肽链末端的肽键，内切酶则作用于肽链内部特定区域。若某蛋白内切酶作用于苯丙氨酸(C9H11NO2)两侧的肽键，某四十九肽经该内切酶作用后的情况如图所示，下列选项错误的是( )
A．形成短肽A、B、C共消耗2分子水
B．短肽A、B、C比四十九肽的氧原子数少1个
C．该四十九肽苯丙氨酸存在于第17、31、32号位上
D．若用蛋白外切酶处理该多肽，最终会得到49个氨基酸
A 解析：题图是某四十九肽经内切酶作用后的情况，其中内切酶作用于苯丙氨酸(C9H11NO2)两侧的肽键，经内切酶处理该多肽后，形成1—16、18—30、33—49三个片段，说明该四十九肽第17、31和32号位为苯丙氨酸，C正确；题中短肽的形成过程共需要断裂5个肽键，消耗5个水分子，A错误；断裂的5个肽键分别位于16号和17号之间、17号和18号之间、30号和31号之间、31号和32号之间、32号和33号之间，每个苯丙氨酸含有2个氧原子、每个水分子含有1个氧原子，短肽A、B、C比该四十九肽的氧原子数少2×3－5＝1个，B正确；外切酶专门作用于肽链末端的肽键，若该四十九肽用蛋白外切酶处理，最终可得到49个氨基酸，D正确。
考向2| 结合基因表达考查蛋白质的相关计算
2．经测定，某多肽链分子式是C21HxOyN4S2，其中含有一个二硫键。已知该多肽是由下列几种氨基酸中的几种作为原料合成的：苯丙氨酸(C9H11O2N)、天冬氨酸(C4H7O4N)、丙氨酸(C3H7O2N)、亮氨酸(C6H13O2N)、半胱氨酸(C3H7O2NS)。下列关于该多肽的叙述，不正确的是( )
A．该多肽水解后产生的氨基酸分别是苯丙氨酸、亮氨酸和半胱氨酸
B．该多肽中H原子数和O原子数分别是30和5
C．该多肽形成过程中至少需要3种tRNA
D．该多肽在核糖体上形成，形成过程中相对分子质量减少了54
D 解析：由题中信息可知，该肽链的分子式是C21HxOyN4S2，题干中的几种氨基酸中都只含有1个氨基，根据N原子数量可知，该多肽由4个氨基酸组成；根据S原子数量可知，该多肽中含有2个半胱氨酸；根据C原子守恒，半胱氨酸含有3个C，所以另两个氨基酸共含有C原子个数为21－3×2＝15(个)，可知为苯丙氨酸和亮氨酸。因此，该多肽由2个半胱氨酸、1个苯丙氨酸和1个亮氨酸经脱水缩合反应失去 3个水分子和2个氢原子形成，A正确；该多肽中H原子数＝2×7＋11＋13－3×2－2＝30(个)，O原子数＝2×2＋2＋2－3＝5(个)，B正确；由以上分析可知，该多肽中氨基酸的种类为 3种，形成过程至少需要3种tRNA转运，C正确；该多肽在核糖体上形成时的脱水数为3个，另外由于形成一个二硫键失去2个氢原子，所以该过程中相对分子质量减少3×18＋2＝56，D错误。
核酸的结构和功能

核酸与人体的新陈代谢、免疫功能的调节、生老病死和健康长寿有着极其密切的关系，而且起着重要的、决定性的作用。如果把个体的一生比作一出大戏，那么核酸就是这一部大戏的编剧，蛋白质则是这一出大戏的演员。
(1)核酸的基本组成单位是什么，由哪些小分子物质组成？核苷酸的排列顺序与遗传信息有什么关系？造成核酸分子多样性的原因是什么？
答案：核酸的基本组成单位是核苷酸，由磷酸、五碳糖和含氮碱基组成。核苷酸或碱基的排列顺序就代表遗传信息。核酸分子的多样性是由碱基数目和排列顺序决定的。
(2)核酸的种类有哪些？各自分布在哪里？发挥什么生理功能？
答案：DNA和RNA。真核生物DNA分布在细胞核、叶绿体、线粒体中；原核生物DNA分布在拟核和质粒中。真核生物RNA主要分布在细胞质中，细胞核中也会有少量RNA；原核生物RNA分布在细胞质中。核酸是细胞内携带遗传信息的物质，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。
(3)DNA初步水解和彻底水解的产物分别是什么？
答案：DNA初步水解产物是脱氧核糖核苷酸，彻底水解产物是磷酸、脱氧核糖和A、T、G、C四种含氮碱基。
1．“一、二、三、四、五”巧记DNA的结构
(1)一：一种双螺旋结构。
(2)二：二条脱氧核苷酸长链。
(3)三：三种小分子，磷酸、碱基和脱氧核糖。
(4)四：四种单体，腺嘌呤脱氧核苷酸、鸟嘌呤脱氧核苷酸、胸腺嘧啶脱氧核苷酸、胞嘧啶脱氧核苷酸。
(5)五：五种元素(C、H、O、N、P)。
2．比较DNA和RNA的差异
3.比较不同生物核酸的核苷酸种类和碱基种类
考向1| 核酸的组成和结构
1．(2020·福建泉州模拟)某同学制作的核酸分子局部模型如图所示，下列有关叙述正确的是( )
A．图中①可能是胸腺嘧啶
B．图中②含有C、H、O、N等元素
C．图中①②③表示一个核苷酸模型
D．此模型可表示RNA分子的局部结构
D 解析：题图中含有尿嘧啶，表示的是RNA分子的局部结构模型，胸腺嘧啶是DNA特有的碱基，图中①不可能是胸腺嘧啶，A错误，D正确；图中②为五碳糖，其元素组成是C、H、O，B错误；根据核苷酸的结构特点，磷酸基团连接在5号碳原子上，①②③不能构成一个核苷酸模型，C错误。
【方法规律】“三看法”判断DNA和RNA
考向2| 核酸的功能及与蛋白质的关系
2．(2019·江苏卷)下列关于细胞内蛋白质和核酸的叙述，正确的是( )
A．核酸和蛋白质的组成元素相同
B．核酸的合成需要相应蛋白质的参与
C．蛋白质的分解都需要核酸的直接参与
D．高温会破坏蛋白质和核酸分子中的肽键
B 解析：核酸的组成元素是C、H、O、N、P，而蛋白质的主要组成元素是C、H、O、N，A错误；核酸包括DNA和RNA，二者的合成都需要相关酶的催化，而这些酶的化学本质是蛋白质，B正确；蛋白质的分解需要蛋白酶的参与，而蛋白酶的本质是蛋白质，因此蛋白质的分解不需要核酸的直接参与，C错误；高温会破坏蛋白质分子的空间结构，但是不会破坏肽键，且核酸分子中不含肽键，D错误。
命题生长点1 蛋白质和核酸的组成
下图表示不同化学元素所组成的化合物，分析回答相关问题：
(1)若①为某种大分子的组成单位，则①最可能是氨基酸；
(2)若②是细胞中重要的储能物质，则②可能是脂肪；
(3)若③为细胞内能储存遗传信息的大分子物质，则③一定是DNA；
(4)若④主要是在动物肝脏和肌肉中合成的储能物质，则④是糖原。
命题生长点2 蛋白质和核酸的功能
m1、m2分别是有机物M1、M2的基本组成单位。下列说法正确的是(A)
A．M1具有物质运输、催化、调节、免疫等多种功能
B．m1和m2之间的区别主要是五碳糖和碱基的种类不同
C．在HIV体内，将M2彻底水解，得到5种碱基，2种五碳糖
D．M1、M2共有的元素为C、H、O、N、P
命题生长点3 蛋白质和核酸的多样性
单体的排列顺序不同是许多生物大分子具有差异性的原因之一，你能说出此观点的具体例子吗？
答案：细胞膜上不同载体蛋白之间的差异；mRNA、rRNA和tRNA之间的差异；同一条染色体上不同基因之间的差异。
判断化合物种类的技巧
(1)根据“元素组成＋功能”推断有机物的种类
(2)根据“特征元素”推断化合物的种类
DNA、RNA和蛋白质水解产物的比较
课程标准要求
学业质量水平
1.1.6 阐明蛋白质通常由21种氨基酸分子组成，它的功能取决于氨基酸序列及其形成的空间结构，细胞的功能主要由蛋白质完成
1.1.7 概述核酸由核苷酸聚合而成，是储存与传递遗传信息的生物大分子
1.基于对蛋白质和核酸功能的说明，认同蛋白质是生命活动的主要承担者、核酸是遗传信息的携带者，并通过蛋白质和核酸结构和功能之间的关系，认同结构与功能相适应的观点。(生命观念)
2.通过推导氨基酸的结构通式、脱水缩合的过程以及DNA和RNA的结构，培养分析和处理信息的能力，并尝试构建蛋白质和DNA的结构模型。(科学思维)
3.结合蛋白质与人体健康方面的关系，形成崇尚健康文明的生活方式，成为健康中国的促进者和实践者。(社会责任)
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
1
n－1
n－1
na－18(n－1)
m
n－m
n－m
na－18(n－m)
分类
DNA
RNA
组成单位
成分
五碳糖
脱氧核糖
核糖
碱基
T(胸腺嘧啶)
U(尿嘧啶)
A(腺嘌呤)、C(胞嘧啶)、G(鸟嘌呤)
磷酸
磷酸
结构
一般是双链
一般是单链
比较项目
病毒
细胞生物
核酸种类
DNA或RNA
DNA和RNA
五碳糖种类
1种：核糖或脱氧核糖
2种：核糖和脱氧核糖
碱基种类
4种：A、G、C、T或A、G、C、U
5种：A、G、C、T、U
核苷酸种类
4种
8种
学习探索情境
生物体内的大分子，如蛋白质、核酸，是通过单体间的共价结合而形成的相对分子质量较大的聚合物。构成生物大分子的单体有一种的，也有多种的。若以蛋白质的氨基酸单体为例，就有21种，而这些单体之间的排列顺序对于整个蛋白质分子的性能常起着决定性的作用。已经发现，置换一个分子中的一个单体有可能改变整个分子的性能，从而造成生物功能上的巨大变化，甚至可能影响生物个体的生存。
项目
DNA
RNA
蛋白质
初步水解产物
4种脱氧核苷酸
4种核糖核苷酸
多肽
彻底水解产物
脱氧核糖、含氮碱基和磷酸
核糖、含氮碱基和磷酸
氨基酸