2022届高考生物一轮复习新人教版必修1第1单元细胞的分子组成第2讲生命活动的主要承担者-蛋白质学案

第2讲生命活动的主要承担者——蛋白质考情研读·备考定位考点展示核心素养概述蛋白质的结构和功能。1.生命观念——通过对氨基酸的结构和脱水缩合过程的分析，建立起生命的物质性观点。2．理性思维——通过对蛋白质形成过程的相关计算，培养逻辑思维能力和学科间知识的综合应用能力。3．社会责任——从氨基酸种类的角度明确氨基酸与人体健康的关系。考点一蛋白质的结构与功能自主回顾·素养储备基础梳理1．组成蛋白质的氨基酸及其种类巧学妙记：(1)氨基酸结构通式氨基酸中有个碳，伸出四手向外连，下面连着氢原子，上面顶着R基团，左手拽的是氨基，右手还把羧基牵。(2)八种必需氨基酸一(异亮氨酸)家(甲硫氨酸)来(赖氨酸)写(缬氨酸)两(亮氨酸)三(色氨酸)本(苯丙氨酸)书(苏氨酸)。2．氨基酸脱水缩合过程(1)过程①名称：脱水缩合；场所：核糖体。(2)物质②名称：二肽。(3)结构③名称：肽键；其结构简式为：—NH—CO—(或—CO—NH—)。(4)H2O中H的来源：一个来自氨基，一个来自羧基。(5)多个氨基酸发生该反应，产物名称为：多肽。3．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eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(种类不同,数目成百上千,排列顺序千变万化))②肽链的盘曲、折叠方式及其形成的空间结构千差万别。巧学妙记：蛋白质形成的四个“一”eq\x(一个)eq\o(→,\s\up7(至少))eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(组成蛋白质的氨基酸至少含,一个—NH2和一个—COOH))↓eq\x(一个)eq\o(→,\s\up7(关键))肽键↓eq\x(一个)eq\o(→,\s\up7(过程))脱水缩合↓eq\x(一个)eq\o(→,\s\up7(场所))核糖体(2)功能多样性①功能蛋白eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(催化：绝大多数酶,运输：血红蛋白、载体蛋白,调节：蛋白质类激素,免疫：抗体))②结构蛋白：如肌肉。思维辨析易错整合，判断正误。(1)具有氨基和羧基的化合物，不一定都是构成蛋白质的氨基酸(√)(2)细胞中氨基酸种类和数量相同的蛋白质是同一种蛋白质(×)(3)脱水缩合形成的多肽中含有几个肽键就称为几肽(×)(4)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(√)(5)每种氨基酸分子都含有一个氨基和一个羧基，且都连在同一个碳原子上(×)(6)血红蛋白中不同肽链之间通过肽键连接(×)(7)不同氨基酸之间的差异是由R基引起的(√)(8)组成蛋白质的氨基酸可按不同的方式脱水缩合(×)(9)蛋白质是生物体主要的能源物质(×)延伸探究1．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。[提示]赖氨酸是人体必需的氨基酸，在人体不能合成，必须从食物中获得，而玉米等谷类食物中缺少赖氨酸。2．人和牛羊等动物的蛋白质结构不同，但人体却可以通过摄食牛羊肉中的蛋白质合成自身的蛋白质，请分析原因。[提示]组成人体和牛羊等动物的蛋白质的氨基酸的种类都是相同的，人体摄食牛羊肉中的蛋白质后消化为氨基酸并吸收，以此为原料在人体细胞中合成自身的蛋白质。3．(必修1第23页“与生活的联系”改编)在鸡蛋清中加入食盐会出现白色絮状物，高温加热后鸡蛋清会呈现白色固态状，导致蛋白质出现这两种情况的原理相同吗？请说明理由。[提示]不同。在食盐的作用下析出蛋白质，蛋白质本身的结构没有改变，仍维持原有的生物活性；高温加热后蛋白质的空间结构发生了改变，丧失了原有的生物活性。4．分析下列氨基酸结构并回答问题：(1)元素组成：除C、H、O、N外，有的还有S等。(2)比较上述三种氨基酸，写出氨基酸共有的结构：(3)氨基酸理化性质的不同取决于R基的不同，图中三种氨基酸的R基依次是—(CH2)2—COOH、—(CH2)4—NH2、—CH2—SH。(4)在分泌蛋白的合成、加工、运输和分泌过程中，用含35S标记的氨基酸作为原料，则35S存在于图示①～④中的①部位。剖析难点·考点突破重难精讲1．蛋白质的结构层次及其多样性2．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、淋巴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、肌纤维等构成细胞和生物体的成分■有关蛋白质需要注意的几点(1)氨基、羧基和肽键的书写误区：不要将氨基错写为NH2或—NH3；不要将羧基误写为或COOH；也不要将肽键误写为CO—NH或。正确的书写应为—NH2、—COOH、—CO—NH—。(2)蛋白质变性的误区：高温使蛋白质变性的原因不是破坏了氨基酸之间的肽键，而是破坏了肽链盘曲折叠形成的空间结构。(3)由于基因的选择性表达，同一生物的不同细胞中蛋白质种类和数量会出现差异。(4)不同蛋白质的合成场所：真核细胞胞内蛋白在游离核糖体上合成，分泌蛋白则在附着于内质网上的核糖体中合成。(5)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约有20种。(6)R基团中不一定有C原子，如甘氨酸中R基团为H原子；S元素一定在R基团中。(7)多肽≠蛋白质：在核糖体上合成的是多肽，而不是蛋白质，多肽必须经过加工后，才能形成具有一定空间结构和特定功能的蛋白质。(8)高温、过酸、过碱、重金属盐，都会使蛋白质的空间结构发生不可逆的变化，但低温不会。精准命题突破点氨基酸的种类与结构〔典例剖析〕例1(2021·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(D)A. B．C． 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。┃┃技巧方法►“两看法”判断组成蛋白质的氨基酸〔对应训练〕1．(2020·河北衡水金卷)下列关于氨基酸结构的叙述，错误的是(A)A．每个氨基酸至少含有一个氨基和一个羧基，并且都连接在同一个碳原子上B．生物体组成蛋白质的氨基酸约有20种，其结构上的不同在于R基的不同C．亮氨酸的R基为—C4H9，则它的分子式为C6H13O2ND．半胱氨酸和甲硫氨酸均含有S，S一定位于R基中[解析]组成蛋白质的氨基酸至少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，而不是全部的氨基和羧基连接在同一个碳原子上，如果还有氨基和羧基，一定是在R基上；生物体内组成蛋白质的氨基酸约有20种，其结构是一个中心碳原子连接一个氨基、一个羧基、一个氢原子和一个侧链基团(R基)，各种氨基酸结构上的不同在于R基的不同；亮氨酸的R基为—C4H9，写出氨基酸的结构通式并将R基换成—C4H9，统计各原子的个数，即可写出亮氨酸的分子式(C6H13O2N)；半胱氨酸和甲硫氨酸均含有S，从氨基酸的结构通式可以看出，若氨基酸含有除C、H、O、N外的其他元素，则其他元素一定位于R基中。突破点蛋白质的合成、结构与功能〔典例剖析〕例2(2021·陕西西安中学模拟)催产素和抗利尿激素都是由下丘脑神经细胞合成的九肽类激素，前者具有催产及使乳腺排乳的作用。下图为催产素结构组成，若将异亮氨酸(Ile)和亮氨酸(Leu)分别替换为苯丙氨酸(Phe)和精氨酸(Arg)，则为抗利尿激素的结构组成。据此判断下列有关叙述，正确的是(B)A．催产素中含有九个肽键B．催产素彻底水解后共得到8种氨基酸C．催产素和抗利尿激素结构相似，控制二者合成的基因结构相同D．抗利尿激素合成后由下丘脑细胞直接释放到血液中发挥作用[解析]催产素的环状结构是由二硫键形成的，其为链状九肽，共含有8个肽键，A错误；由结构组成可知，催产素中含有8种氨基酸，B正确；组成催产素和抗利尿激素的氨基酸种类并不完全相同，故控制二者合成的基因结构也不相同，C错误；抗利尿激素经下丘脑神经细胞合成后，经垂体释放到血液中，D错误。┃┃总结归纳►(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eq\o(→,\s\up7(蛋白酶))多肽eq\o(→,\s\up7(肽酶))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分析角度具体分析蛋白质本身氨基酸的数量、种类、排列顺序及多肽链盘曲、折叠形成的空间结构多样→结构多样性→功能多样性遗传物质千变万化的碱基排列顺序→遗传信息的多样性→蛋白质的多样性生物进化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→个体的多样性和蛋白质的多样性〔对应训练〕2．(2020·山东曲阜期中)下列生理活动与蛋白质功能无关的是(B)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[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。考点二蛋白质合成过程及相关计算自主回顾·素养储备基础梳理利用形成蛋白质的结构图解完成相应的计算规律1．图解2．氨基酸缩合与相关计算(注：氨基酸的平均分子质量为a)(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个思维辨析易错整合，判断正误。(1)一条肽链中只含有一个游离的氨基和一个游离的羧基(×)(2)某种蛋白酶是由129个氨基酸脱水缩合形成的链状蛋白质，该蛋白酶分子结构中至少含有129个氨基和129个羧基(×)(3)在形成肽链的过程中形成的肽键数目一定等于氨基酸数减去1(×)(4)某甜味肽的分子式为C3H16O5N2，则该甜味肽可能是二肽(√)(5)环状肽中一定不含游离的氨基和羧基(×)延伸探究1．环状肽链中的氨基和羧基，如图(1)环状肽中氨基或羧基数目取决于什么？(2)环状肽中肽键数、脱去水分子数、氨基酸数之间的关系？[提示](1)取决于构成环状肽氨基酸R基中氨基或羧基的数目。(2)肽键数＝脱去水分子数＝氨基酸数。2．下图表示，一分子的胰岛素原切去C肽(图中箭头表示切点)可转变成一个分子的胰岛素(图中数字表示氨基酸序号)。(注：—S—S—是由2个—SH脱去2个—H形成的。)据图回答下列问题。(1)图中胰岛素的肽链是在核糖体上通过什么作用形成的？胰岛素原进入高尔基体后，需经什么酶的作用切去C肽？(2)图中51个氨基酸形成胰岛素后，相对分子质量比原来51个氨基酸的总相对分子质量减少了多少？(3)胰岛素原断链生成了没有活性的C肽和有活性的胰岛素，二者结构不同的直接原因是什么？此过程说明了什么问题？[提示](1)脱水缩合。蛋白水解酶。(2)18×(51－2)＋1×6＝888。(3)构成蛋白质的氨基酸的种类、数量、排列顺序不同，肽链的盘曲、折叠方式及其形成的空间结构千差万别。具有复杂空间结构的蛋白质才能行使特定功能。剖析难点·考点突破重难精讲1．依据氨基酸的结构通式的两种计算(1)依据：氨基酸的结构通式可以简写为，氨基酸分子式中各原子数等于R基中各原子数分别加上结构通式中C、H、O、N原子数。(2)两种计算类型①已知氨基酸分子式，推测R基的组成：如某氨基酸分子式为C6H14O2N2，则R基为—C4H10N。②已知R基，写出氨基酸的分子式：丙氨酸的R基为—CH3，则丙氨酸的分子式为C3H7O2N。2．利用“排列组合”解答多肽种类的计算题多肽的不同取决于氨基酸的数目、种类和排列顺序。对于氨基酸数目相同的多肽来说，则取决于氨基酸的种类和排列顺序。可以借助右面的示意图(▭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20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204种(即1号位置安放氨基酸的情况有20种，2、3、4号也是如此，即20×20×20×20＝204种)。(2)若每种氨基酸只有一个，可形成肽类化合物的种类有(20×19×18×17)种[即1号位置安放氨基酸的情况有20种，2号位置安放的氨基酸只能在剩余的19种中选择，即(20×19×18×17)种]。3．多肽中除去氨基酸的有关计算(1)若除去多肽内部的一个氨基酸，需水解掉两个肽键；若去除多肽一端的一个氨基酸，需水解掉1个肽键即可。(2)每水解1个肽键，则需要1分子水参与，肽键数减少1个，生成物与原多肽相比氧原子增加1个，氢原子增加2个，氨基增加1个，羧基增加1个。■(1)在计算蛋白质相对分子质量时，还要考虑是否存在特殊的变化，如二硫键(—S—S—)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。(2)如果没有特殊指明是环肽，题目中出现的肽链都认为是非环状的。(3)氨基酸数目≠氨基酸种类，氨基酸的种类大约20种。精准命题突破点考查氨基酸脱水缩合相关计算〔典例剖析〕例3肽链在核糖体上合成后，进一步形成蛋白质时往往要进行加工，在加工时常常要切去一部分氨基酸，再构成蛋白质。现有一条含100个氨基酸的肽链，其中含游离的氨基14个，加工时共切去氨基酸16个，则加工后多肽链所含的游离氨基至少还有(B)A．0个 B．1个C．14个 D．15个[解析]根据题意分析可知，一条含100个氨基酸的肽链中含游离的氨基14个，可知R基上含有13个游离的氨基，加工时共切去氨基酸16个，如果R基含有游离氨基的氨基酸都被切除，则剩余的游离的氨基数目最少，即为1个，所以加工后多肽链所含的游离氨基至少还有1个。〔对应训练〕3．(2020·潍坊一模)如图表示一个由三条多肽链形成的蛋白质分子，共含271个氨基酸，图中每条虚线表示由两个R基中的巯基(—SH)脱氢形成一个二硫键(—S—S—)。下列相关叙述错误的是(B)A．组成该分子的氨基酸最多有20种B．氨基酸合成该分子后相对分子质量减少了4824C．该分子至少含有3个游离的氨基D．该物质遇到双缩脲试剂会发生紫色反应[解析]氨基酸形成蛋白质的过程中，相对分子质量减少的部分即为缩合时失去的水分子的相对分子质量及形成二硫键(—S—S—)时脱去氢的相对分子质量之和：(271－3)×18＋2×4＝4832。突破点蛋白质中的相关计算〔典例剖析〕例4(2021·石嘴山模拟)经测定，某多肽链分子式是C21HxOyN4S2，其中含有一个二硫键(—S—S—)。已知该多肽是由下列氨基酸中的其中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，错误的是(A)A．该多肽水解后产生的氨基酸分别是苯丙氨酸、亮氨酸和天冬氨酸B．该多肽中H原子数和O原子数分别是30和5C．该多肽形成过程中至少需要3种tRNAD．该多肽在核糖体上形成，形成过程中相对分子质量减少了56[解析]多肽链分子式是C21HxOyN4S2，含有2个硫，所以水解产物中有2个半胱氨酸。题中每个氨基酸中都只有1个N，所以该多肽由三种氨基酸组成。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15个C，可知为苯丙氨酸和亮氨酸。该多肽水解后产生的氨基酸分别是半胱氨酸、苯丙氨酸和亮氨酸；该多肽形成过程中脱去3分子水和形成一个二硫键脱去2个氢，所以多肽中氧为8－3＝5(个)，氢为38－6－2＝30(个)；该多肽由3种氨基酸组成，形成过程中至少需要3种tRNA；该多肽形成时脱去3分子水和2个氢，相对分子质量减少18×3＋2＝56。┃┃技巧方法►1．利用原子守恒法计算肽链中的原子数在一个氨基酸中，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。氨基酸在脱水缩合形成多肽时，要失去部分水分子，但是碳原子、氮原子的数目不会减少。(1)碳原子数＝氨基酸分子数×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＝肽键数＋肽链数×2＋R基上的氧原子数＝各氨基酸中氧原子的总数－脱去的水分子数；(4)氮原子数＝肽键数＋肽链数＋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为突破口，计算氨基酸的分子式或氨基酸个数最为简便。2．基因表达中蛋白质的相关计算基因表达中，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：eq\a\vs4\al(DNA基因\o(→,\s\up7(转录))mRNA\o(→,\s\up7(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。〔对应训练〕4．(2021·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(C)A．144,864 B．144,432C．120,720 D．120,360[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。课末总结知识导图·思维缕析学科素养·核心释疑在生物体内，某些重要化合物的元素组成和功能关系如图所示。其中a、b、c代表小分子，甲、乙、丙是生物大分子。据图分析：(1)甲的功能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有重要作用。(2)a和b在化学组成上的区别为五碳糖和含氮碱基(T和U)的不同。(3)c的共同特点是每种氨基酸都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在同一个碳原子上。(4)一个a是由一分子含氮的碱基、一分子五碳糖和一分子磷酸组成的。(5)丙多样性的直接原因是组成蛋白质的氨基酸的种类、数目、排列顺序不同，肽链的盘曲、折叠方式及其形成的空间结构千差万别。(6)丙的功能是构成细胞和生物体结构的重要物质，具有催化、运输、免疫、信息传递等功能。探究高考·明确考向1．(2018·江苏生物，5)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(D)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[解析]A错：分析题中激素的结构简式可知，激素中的环状肽都是由6个氨基酸构成的，故为六肽环。B错：氨基酸脱水缩合形成的水分子中的氢分别来自氨基和羧基。C错：肽链中游离氨基的数目与构成肽链的氨基酸R基上的氨基数目有关。D对：分析题中激素的结构