2021高三统考人教生物一轮（经典版）学案：必修1第1单元　第3讲　生命活动的主要承担者-蛋白质

第3讲　生命活动的主要承担者——　蛋白质

[考纲明细]　蛋白质的结构和功能(Ⅱ)

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1．至少含有一个氨基和一个羧基的化合物，都是构成蛋白质的氨基酸。(必修1 P21—正文)(×)

2．各种氨基酸之间的区别在于R基的不同。(必修1 P21—正文)(√)

3．必需氨基酸是人体细胞不能合成的，必须从外界环境中直接获取。(必修1 P21—与生活的联系)(√)

4．一个氨基酸分子的羧基和同一氨基酸分子的氨基相连接，同时脱去一分子水，这种结合方式叫做脱水缩合。(必修1 P22—正文)(×)

5．脱水缩合形成的蛋白质中含有n个肽键就称为n肽。(必修1 P22—正文)(×)

6．多肽通常呈链状结构，为肽链，也可称为多肽链，具有空间结构。(必修1 P22—正文)(×)

7．细胞中蛋白质种类繁多的原因是蛋白质分子的结构多样性。(必修1 P23—正文)(√)

8．在鸡蛋清中加入一些食盐，会看到白色絮状物，这个过程中蛋白质结构也发生变化。(必修1 P23—与生活的联系)(×)

9．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。(必修1 P23—与生活的联系)(√)

10．蛋白质中氨基酸的排列顺序是由细胞核中贮存的遗传信息决定的。(必修1 P23—知识链接)(√)

11．有些蛋白质起信息传递作用，能够调节机体的生命活动，如酶。(必修1 P23—图2—7)(×)

12．一切生命活动都离不开蛋白质，蛋白质是生命活动的主要承担者。(必修1 P24—正文)(√)

13．包括胰岛素在内的所有蛋白质，每种蛋白质都含有20种氨基酸。(必修1 P25—科学史话)(×)

(2017·海南高考)有关蛋白质结构与功能的叙述，错误的是(　　)

A．蛋白质的生物活性与蛋白质的空间结构有关

B．数量相同的5种氨基酸可以组成不同的多肽链

C．将抗体溶于NaCl溶液中会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

答案　C

解析　蛋白质的功能主要取决于组成其的氨基酸数目、种类、排列顺序及其形成的空间结构，氨基酸序列相同的多肽链可折叠成不同的空间结构，A、D正确；数量相同的5种氨基酸可以有多种组合方式形成不同的多肽链，B正确；抗体的化学本质是蛋白质，因此将抗体溶于一定浓度的NaCl溶液中会造成盐析，但不会使其生物活性丧失，C错误。

知识自主梳理

一　蛋白质的基本单位——氨基酸。

1．氨基酸组成元素：主要是C、H、O、N，有的还含有S元素。

2．氨基酸种类(约为20种)

(1)必需氨基酸：8种(婴儿9种)，人体细胞不能合成的，必须从外界环境中直接获取的氨基酸。

(2)非必需氨基酸：12种，人体细胞能合成的氨基酸。

3．氨基酸结构

(1)氨基酸的结构通式：CH2NHRCOOH。

(2)氨基酸的结构特点：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)各种氨基酸之间的区别在于R基不同。

二　氨基酸脱水缩合过程

1．概念：一个氨基酸分子的氨基和另一个氨基酸分子的羧基相连接，同时脱去一分子水的过程。

2．过程a的名称：脱水缩合。场所：核糖体。脱去的水中，氢来自氨基和羧基，氧来自羧基。

3．结构b的名称：肽键，结构简式为—CO—NH—。

4．化合物c的名称：二肽。

三　蛋白质形成过程

氨基酸二肽→三肽…→多肽(肽链)蛋白质

四　结构多样性原因和功能多样性

1．结构多样性原因

(1)氨基酸

(2)肽链的盘曲、折叠方式及其形成的空间结构千差万别。

下列物质中，属于构成蛋白质的氨基酸的打“√”，不属于的打“×”。

1．游离的氨基和羧基：一条肽链上至少有一个游离的—NH2和一个游离的—COOH，并分别位于肽链两端。

2．形成肽链时R基中的—NH2和—COOH不参与脱水缩合。

3．肽链无空间结构。

1．蛋白质结构多样性根本原因：控制蛋白质合成的基因具有多样性。

2．蛋白质的结构与功能相适应。蛋白质的空间结构发生改变后，其特定功能也会发生改变。

2.功能多样性

(1)功能蛋白

(2)结构蛋白：如肌肉。

考点题型突破

考点1 蛋白质的组成、结构和功能

题型一 氨基酸的种类与结构

1．下图是四种构成蛋白质的氨基酸的结构式，有关叙述错误的是(　　)

A．构成上述氨基酸分子的基本元素是C、H、O、N

B．上述四种氨基酸的R基依次是—H、—CH2OH、—CH3、—CH2—COOH

C．R基中可以有氨基或羧基

D．含有氨基和羧基的化合物都是构成生物体蛋白质的氨基酸

答案　D

2．(2019·邯郸模拟)层粘连蛋白是一种大型的糖蛋白，由一条重链(α)和两条轻链(β1、β2)经二硫键交联而成，外形呈十字形。若将层粘连蛋白彻底水解，不可能产生的物质是(　　)

A.

B．

C．

D．

答案　D

解析　糖蛋白由蛋白质和多糖组成，多糖彻底水解得到葡萄糖，蛋白质彻底水解得到氨基酸。选项D中—NH2和—COOH未连在同一个碳原子上，不是组成蛋白质的氨基酸。

 “两看法”判断组成蛋白质的氨基酸

题型二 蛋白质的合成、结构与功能

3．(2020·哈三中期中)如图所示为某细胞中某多肽的结构简式，R1、R2和R3是3个不同的化学基团。下列有关分析，不正确的是(　　)

A．该多肽中的肽键数是2

B．该多肽是由3个氨基酸脱去3分子水缩合形成的

C．该多肽至少含有一个氨基和一个羧基

D．该化合物能与双缩脲试剂发生紫色反应

答案　B

解析　肽键结构简式为—CO—NH—，故该多肽的肽键数是2，由3个氨基酸脱去2分子水形成的，A正确，B错误；肽链两端含有一个氨基和一个羧基，R基上可能含有氨基或羧基，由于不确定R基中是否含有氨基或羧基，所以该多肽(一条肽链)至少含一个氨基和一个羧基，C正确；双缩脲试剂可与肽键发生紫色反应，D正确。

4．(2020·长郡中学月考)如图表示蛋白质的结构层次示意图，据图分析，下列说法错误的是(　　)

A．a一定含有的元素是C、H、O、N，N元素主要存在于肽键中

B．图中c代表的化学键是—CO—NH—，数目可能等于b的数目

C．①②为脱水缩合过程，发生的场所是核糖体

D．蛋白质多样性与b的种类、数目、排列顺序和②过程有关，加热时不会发生④过程

答案　C

解析　a一定含有的元素是C、H、O、N，N元素主要存在于肽键中，另外氨基中也含有N，A正确；图中c代表的化学键是—CO—NH—，环状多肽中肽键数目等于b氨基酸的数目，B正确；①为脱水缩合过程，发生的场所是核糖体，②表示蛋白质的加工，发生在内质网及高尔基体中，C错误；蛋白质多样性与b氨基酸的种类、数目、排列顺序和②肽链的加工形成的空间结构有关，加热时不会发生④过程，即不会破坏蛋白质的肽键，D正确。

5．(2019·山东曲阜期中)下列生理活动与蛋白质功能无关的是(　　)

A．氨基酸被运输进入细胞内

B．细胞质中的氨基酸被运输到核糖体上

C．葡萄糖在细胞内氧化分解

D．激素被靶细胞识别

答案　B

解析　氨基酸通过主动运输的方式进入细胞内，需要载体蛋白的运输作用，A不符合题意；细胞质中的氨基酸被tRNA运输到核糖体上，与蛋白质无关，B符合题意；葡萄糖在细胞内氧化分解是酶促反应，呼吸酶的本质是蛋白质，因此细胞内葡萄糖氧化分解与蛋白质的催化作用有关，C不符合题意；与细胞间的识别作用有关的物质是糖蛋白，因此激素被靶细胞的识别与蛋白质有关，D不符合题意。

(1)导致蛋白质结构多样性的原因有四个，只要具备其中的一点，这两个蛋白质分子的结构就不同。

(2)由于基因的选择性表达，同一生物的不同细胞中蛋白质的种类和数量会出现差异。

(3)盐析、变性、水解、氧化分解

盐析：只改变蛋白质的溶解度，蛋白质的空间结构未变，蛋白质仍然具有活性。

变性：高温、强酸、强碱等可改变蛋白质的空间结构，使蛋白质永久失活。蛋白质失活断开的并非肽键。

水解：蛋白质多肽氨基酸；水解过程断开肽键。

氧化分解：产物为CO2、H2O、尿素。

(4)从不同角度分析蛋白质多样性

考点2 　　蛋白质的相关计算

题型一 多肽形成过程中有关数量的计算

1．如图表示一个由100个氨基酸构成的蛋白质分子，下列叙述不正确的是(　　)

A．该分子中含有98个肽键

B．该蛋白质中至少含有2个—NH2

C．氨基酸脱水缩合形成该蛋白质时相对分子质量减少了1782

D．参与构成该蛋白质分子的氨基酸中至少有100个氨基

答案　C

解析　该蛋白质分子中有两条肽链，含有的肽键数＝氨基酸数－肽链数，所以共有100－2＝98个肽键，A正确；两条肽链至少含有两个—NH2，B正确；氨基酸脱水缩合成该蛋白质时失去98个水分子，形成二硫键脱去2个氢原子，相对分子质量减少了98×18＋2×1＝1766，C错误；参与构成该蛋白质分子的氨基酸中至少有100个氨基，D正确。

2．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2  B．798、12和10

C．799、1和1  D．799、11和9

答案　B

解析　800个氨基酸合成的含有2条肽链的蛋白质共有肽键为800－2＝798个。氨基酸800个，其中氨基总数为810个，羧基总数为808个，则R基上的氨基为810－800＝10个，R基上的羧基为808－800＝8个，所以蛋白质的氨基数目＝肽链数＋R基上的氨基数＝2＋10＝12个，羧基数目＝肽链数＋R基上的羧基数＝2＋8＝10个。

(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)

注：氨基酸平均相对分子质量为a。

(2)蛋白质中游离氨基或羧基数目的计算

氨基数＝肽链数＋R基上的氨基数＝各氨基酸中氨基的总数－肽键数。

羧基数＝肽链数＋R基上的羧基数＝各氨基酸中羧基的总数－肽键数。

(3)环状肽分析

①环状肽中游离氨基或羧基数目＝R基中氨基或羧基数目。

②肽键数＝脱去水分子数＝氨基酸数。

③环状多肽的相对分子质量＝氨基酸数目×氨基酸平均相对分子质量－氨基酸数目×18。

(4)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。

题型二 利用原子守恒法进行蛋白质计算

3．(2020·长郡中学月考)某蛋白质分子含有N条肽链，已知它共由M个氨基酸组成，则此蛋白质中至少含有的氧原子数与氮原子数共有(　　)

A．(M＋N)个  B．(2M－N)个

C．(2N＋M)个  D．(2M＋N)个

答案　D

解析　已知某蛋白质分子含有N条肽链，由M个氨基酸组成，则共形成M－N个肽键，每个肽键含有一个氧原子，每条肽链的末端含有一个羧基(两个氧原子)，该蛋白质至少含有M－N＋2N＝M＋N个氧原子；每个肽键含有一个氮原子，每条肽链的起始端含有一个氨基，所以蛋白质至少含有M－N＋N＝M个氮原子，因此蛋白质中至少含有的氧原子数与氮原子数共有的个数为M＋N＋M＝2M＋N。

4．有一条多肽链，分子式为CxHyOpNqS，将它彻底水解后，只得到下列4种氨基酸。分析推算可知，水解得到的氨基酸个数为(　　)

A．q＋1  B．p－1 

C．q－2  D．p＋1

答案　B

解析　计算氨基酸的个数常以氮原子数或氧原子数的计算为突破口。可依据“氧原子数＝各氨基酸中氧原子的总数－脱去的水分子数”进行计算，设氨基酸个数为m，R基中不含氧原子时，每个氨基酸中含2个氧原子，则有p＝2m－(m－1)，从而解得m＝p－1。

利用原子守恒法计算肽链中的原子数

(1)N原子数＝肽键数＋肽链数＋R基上的N原子数＝各氨基酸中N原子的总数。

(2)O原子数＝肽键数＋2×肽链数＋R基上的O原子数＝各氨基酸中O原子的总数－脱水数。

(3)H原子数＝各氨基酸中H原子的总数－2×脱水数。

(4)C原子数＝氨基酸的分子数×2＋R基上碳原子数。

题型三 多肽多样性的相关计算

5．(2019·大连双基测试)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

答案　D

解析　若3种氨基酸形成三肽，每种氨基酸的数目不限，则构成的三肽有33＝27(种)；若包含3种氨基酸的三肽，第一个位置的氨基酸有3种情况，第二个位置只能从剩余2种氨基酸中任选一种，第三个位置只能安放剩余的1种，共有3×2×1＝6(种)。

 多肽种类的计算

如有A、B、C三种氨基酸，由这三种氨基酸组成多肽的情况可分析如下：

题型四 结合基因表达进行蛋白质的相关计算

6．(2019·长沙模拟)氨基酸的平均相对分子质量为120，如有一个2条链的多肽，相对分子质量为12276，合成这个多肽的氨基酸的数目和指导它合成的DNA分子中的最少脱氧核苷酸数目依次为(　　)

A．144,864  B．144,432

C．120,720  D．120,360

答案　C

解析　在多肽合成时，氨基酸数－肽链条数＝肽键数＝脱去的水分子数。氨基酸数×120－(氨基酸数－肽链数)×18＝12276，代入后可求得氨基酸数＝120；在DNA指导蛋白质合成时，DNA分子中脱氧核苷酸数目∶氨基

酸数＝6∶1，所以DNA分子中脱氧核苷酸数目至少为120×6＝720。

 基因表达中，DNA中碱基排列顺序转录为mRNA中碱基排列顺序，进而翻译为蛋白质中氨基酸的排列顺序。其数量关系图解如下：

DNA(基因)mRNA蛋白质

碱基数　∶　碱基数　∶　氨基酸数

6  ∶　　3　  ∶　　1

由于mRNA中有终止密码子等原因，上述关系应理解为肽链上每连接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。

方向真题体验

1．(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

答案　C

解析　抗体可以与相应的抗原结合，进行体液免疫，A正确；肌肉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。

2．(2018·江苏高考)哺乳动物的催产素具有催产和排乳的作用，加压素具有升高血压和减少排尿的作用。两者结构简式如下图，各氨基酸残基用3个字母缩写表示。下列叙述正确的是(　　)

A．两种激素都是由八肽环和三肽侧链构成的多肽类化合物

B．氨基酸之间脱水缩合形成的水分子中氢全部来自氨基

C．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

D．两种激素间因2个氨基酸种类不同导致生理功能不同

答案　D

解析　由于各氨基酸残基用3个字母缩写表示，例如催产素中的Cys、Tyr等，所以两种激素都是由九个氨基酸分子脱水缩合形成的链状肽，A错误；氨基酸之间脱水缩合形成的水分子中的氢来自氨基和羧基，B错误；肽链中游离的氨基包括肽链末端的氨基和R基中的氨基，故肽链中游离氨基的数目与参与构成肽链的氨基酸种类有关，C错误；分析题中激素的结构简式可知，两种激素间有2个氨基酸种类不同(催产素为Ile和Leu，加压素为Phe和Arg)，故这两种激素生理功能不同是由这2个氨基酸种类不同导致的，D正确。

3．(2017·江苏高考)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

C．蛋白质变性是由于肽键的断裂造成的

D．变性蛋白质不能与双缩脲试剂发生反应

答案　A

解析　环状八肽由8个氨基酸脱水缩合形成，肽键数与氨基酸数相等，都是8个，A正确；蛋白质具有多样性，可能由1条多肽链构成，也可能由2条或2条以上多肽链构成，B错误；蛋白质变性是指蛋白质的空间结构被破坏，肽键没有断裂，C错误；变性蛋白质含有肽键，可与双缩脲试剂发生紫色反应，D错误。

4．(2018·全国卷Ⅲ)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____________________。

答案　(1)氨基酸　核糖体　胃蛋白酶　对蛋白质进行加工、分类和包装

(2)空间　变性蛋白质分子的空间结构变得伸展、松散，肽键暴露，易与蛋白酶接触，使蛋白质降解

(3)遗传密码具有简并性

解析　(3)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，改变后的密码子翻译的氨基酸还是原来的氨基酸，这是密码子的简并性，所以不会引起血红蛋白中氨基酸序列的改变。