第3讲　蛋白质是生命活动的主要承担者

(本讲对应学生用书P13)第3讲蛋白质是生命活动的主要承担者课标考情——知考向核心素养——提考能阐明蛋白质由氨基酸分子组成，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生命观念通过学习蛋白质的结构和功能，明确蛋白质在细胞生命活动中的重要性

科学思维归纳总结蛋白质的形成过程，分析蛋白质功能多样性的原因，培养科学思维的能力

社会责任结合一些与蛋白质结构和功能异常的疾病，了解蛋白质在个体发育中的重要性

目录1自主学习·巩固基础2重难探究·素养达标3典题演练·破解高考课后提能演练4［自主学习］

组成蛋白质的氨基酸的结构及种类组成蛋白质的氨基酸结构及种类C、H、O、N同一个R非必需氨基酸必需氨基酸

谐音法巧记8种必需氨基酸一（异亮氨酸）家（甲硫氨酸）人来（赖氨酸）写（缬氨酸）两（亮氨酸）三（色氨酸）本（苯丙氨酸）书（苏氨酸）［自主检测］热图导析：分析下列氨基酸结构并回答问题。（1）比较上述三种氨基酸，写出氨基酸的结构通式：

。

谷氨酸赖氨酸甲硫氨酸略（2）氨基酸理化性质的不同取决于

的不同，图中三种氨基酸的R基依次是

。

（3）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

部位。

R基—（CH2）2—COOH、—（CH2）4—NH2、—（CH2）2—S—CH3①谷氨酸赖氨酸甲硫氨酸［自主学习］1.二肽的形成（1）过程①的名称是

，发生场所是

。

（2）物质②的名称是

。

（3）结构③的名称是

。

（4）脱去的H2O中H的来源：

。

（5）多个氨基酸发生该反应，产物名称为

。

蛋白质的结构及其多样性脱水缩合核糖体二肽肽键一个来自氨基，一个来自羧基多肽

蛋白质形成的四个“一”2.蛋白质的结构多样性和功能多样性种类数目排列顺序空间胰岛素催化运输免疫［自主检测］1.深挖教材。蛋白酶可以使肽键断裂，从而将蛋白质水解成多肽或氨基酸。从蛋白质的空间结构的角度分析，为什么煮熟的鸡蛋更容易被消化？

________________________________________________________________

。

高温使蛋白质分子的空间结构变得伸展、松散，蛋白酶更容易与肽键结合起水解作用2.热图导析。图甲表示有关蛋白质分子的简要概念图；图乙中的①②③分别表示生物体内的三个生理过程，其中Q分别代表三种物质。请分析回答下列问题。（1）真核细胞中进行图甲中②过程的场所有哪些？

。（2）图乙中①②③分别体现了蛋白质的哪种功能？

。内质网、高尔基体催化功能、运输功能、免疫功能［深度讲解］1.蛋白质结构多样性与功能多样性的关系蛋白质的结构和功能2.常考蛋白质的分布和功能［考向预测］（一）氨基酸的结构分析与判断（素养目标：科学思维）1.（2024年广东肇庆期中）谷胱甘肽几乎存在于人体每一个细胞中，具有保持正常的免疫功能、抗氧化、解毒等作用。下图是谷胱甘肽的结构简式，下列叙述正确的是

（）A.上图最左边的氨基酸的R基是一个羧基，该多肽中含有2个肽键、2个游离的羧基B.形成该多肽时，脱去了2分子水，其中的氧来自羧基，氢来自氨基C.谷胱甘肽彻底水解后可得到3种氨基酸，水解产物不能与双缩脲试剂发生紫色反应D.高温、低温、X射线、强酸等均会破坏蛋白质的空间结构，使其变性C【解析】据图可知，该多肽中含有2个肽键、2个游离的羧基（-COOH），左边的氨基酸的R基是-CH2-CH2-COOH，A错误；该多肽中含有2个肽键，形成该多肽时，脱去了2分子水，其中的氧来自羧基，氢来自氨基和羧基，B错误；谷胱甘肽由三个氨基酸组成，R基分别为-CH2-CH2-COOH、-CH2-SH、-H，故谷胱甘肽水解后能产生3种氨基酸，氨基酸不能与双缩脲试剂发生紫色反应，C正确；高温、X射线、强酸等均会破坏蛋白质的空间结构，使其变性，但低温不会使其变性，D错误。（二）考查蛋白质分子的结构和功能（素养目标：科学思维）2.（2024年广东广州一模）大肠杆菌伴侣蛋白是由GroEL和GroES组成的复合物（见下图），GroEL分成上下两环，每环含7个亚基，构成中空的圆筒，每一个亚基结合一个ATP；GroES是由7个亚基构成的类似帽子的结构，待多肽链进入空筒后即盖上，多肽链在筒内进行折叠，待ATP水解后，GroES打开，多肽链被释放。下列相关叙述错误的是

（）A.大肠杆菌伴侣蛋白是在核糖体上合成的B.GroEL催化ATP合成，GroES催化ATP水解C.多肽链在筒内进行折叠形成一定的空间结构D.伴侣蛋白使蛋白质的折叠互不干扰，高效有序B【解析】大肠杆菌的蛋白质是在核糖体上合成的，A正确；由题图无法得知GroEL催化ATP合成，GroES催化ATP水解，B错误；由题干可知，多肽链在筒内进行折叠形成一定的空间结构，C正确；GroES是由7个亚基构成的类似帽子的结构，待多肽链进入空筒后即盖上，多肽链在筒内进行折叠，待ATP水解后，GroES打开，多肽链被释放，故伴侣蛋白使蛋白质的折叠互不干扰，高效有序，D正确。［深度讲解］1.蛋白质相对分子质量、氨基酸数目、肽链数、肽键数和脱去水分子数的关系（1）肽键数=脱去水分子数=氨基酸数目-肽链数（不考虑环状肽）。（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）多肽形成过程中的相关数量计算方法注：氨基酸平均相对分子质量为a。肽链数氨基酸数目肽键数脱去水分子数多肽链相对分子质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（3）环状肽如图所示：根据图示可知：肽键数=脱去的水分子数=氨基酸数（由于环状肽首尾氨基酸彼此相连，故形成一个环状肽时，比形成一条直链肽要多生成一个水分子）。（4）在计算多肽相对分子质量时，还要考虑一些其他化学变化过程，如二硫键（—S—S—）的形成，每形成一个二硫键，脱去2个H，故相对分子质量减少2。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数或羧基数=肽链数。（2）游离氨基数或羧基数=肽链数+R基中含有的氨基数或羧基数。3.蛋白质中原子数的计算在一个氨基酸中，不考虑R基，至少含有2个C原子、2个O原子、4个H原子，通常以N原子或O原子为突破口。（1）C原子数=氨基酸数目×2+R基上的C原子数。（2）H原子数=各氨基酸中H原子的总数-脱去的水分子数×2。（3）O原子数=各氨基酸中O原子的总数-脱去的水分子数=肽键数+肽链数×2+R基上的O原子数。（4）N原子数=各氨基酸中N原子的总数=肽键数+肽链数+R基上的N原子数。［考向预测］（一）利用氨基酸的结构特点进行相关计算（素养目标：科学思维）1.（2024年湖南邵阳阶段练习）下图是西双版纳热带雨林中一种蜘蛛所吐的胶原蛋白的结构，该胶原蛋白是由二硫键（—S—S—）和酰胺键（—CO—NH—）将两条链状肽和环肽连接起来形成的含有998个氨基酸残基的蛋白质，下列相关叙述正确的是

（）A.该蛋白质至少有2个游离的氨基、2个羧基，氨基和羧基可用NH2和COOH表示B.形成该蛋白质的过程中脱去了997个水分子C.该蛋白质功能由其空间结构决定，加热、加酸、加酒精、加氯化钠都能使其变性失活D.推测该胶原蛋白不能用来制作人体外科手术缝合线，因为该胶原蛋白不是人体细胞合成的

B【解析】氨基和羧基可分别用-NH2和-COOH表示，A错误；设环状肽含有M个氨基酸，形成一个酰胺键（-CO-NH-）脱去一分子水，所以形成该胶原蛋白过程中脱去水分子数目=（998-M-2）（形成两条直链肽脱去的水分子）+M（形成环肽脱去的水分子）+1（环肽与直链肽相连处脱去一个水分子）=997，B正确；加氯化钠一般不会使蛋白质变性失活，C错误；因为有些动物的胶原蛋白是可以用来作人体外科手术缝合线的，故不能推测该胶原蛋白是否能用来作人体外科手术缝合线，D错误。（二）考查蛋白质合成过程的相关计算（素养目标：科学思维）2.（2024年广东清远期末）已知某蛋白质的相关数据如下：①形成该蛋白质的氨基酸数为126；②游离的氨基数为17；③R基上的氨基数为15；④二硫键的数目为1。下列推论错误的是

（）A.该蛋白质含有2条肽链B.形成该蛋白质的过程共脱去124个水分子C.该蛋白质共含有141个氮原子D.形成该蛋白质的过程中相对分子质量减少了2234C【解析】肽链数=游离的氨基数-R基上的氨基数=2，A正确；脱去的水分子数=氨基酸数-肽链数=124，B正确；由于R基上的氮原子个数不确定，因此无法得出该蛋白质所含的氮原子个数，C错误；形成该蛋白质的过程脱去124个分子水和2个H，相对分子质量减少了124×18+2=2

234，D正确。1.（2022年湖南卷）胶原蛋白是细胞外基质的主要成分之一，其非必需氨基酸含量比蛋清蛋白高。下列叙述正确的是

（）A.胶原蛋白的氮元素主要存在于氨基中B.皮肤表面涂抹的胶原蛋白可被直接吸收C.胶原蛋白的形成与内质网和高尔基体有关D.胶原蛋白比蛋清蛋白的营养价值高C

【解析】蛋白质的氮元素主要存在于—CO—NH—中，A错误；胶原蛋白为生物大分子物质，涂抹于皮肤表面不能被直接吸收，B错误；内质网是蛋白质的合成、加工场所和运输通道，高尔基体主要是对来自内质网的蛋白质进行加工、分类和包装，胶原蛋白的形成与核糖体、内质网、高尔基体有关，C正确；由题干可知，胶原蛋白非必需氨基酸含量比蛋清蛋白高，而人体需要从食物中获取必需氨基酸，非必需氨基酸自身可以合成，衡量蛋白质营养价值的高低主要取决于所含必需氨基酸的种类、数量及组成比例，因此并不能说明胶原蛋白比蛋清蛋白的营养价值高，D错误。2.（2024年全国卷）大豆是我国重要的粮食作物。下列叙述错误的是

（）A.大豆油含有不饱和脂肪酸，熔点较低，室温时呈液态B.大豆的蛋白质、脂肪和淀粉可在人体内分解产生能量C.大豆中的蛋白质含有人体细胞不能合成的必需氨基酸D.大豆中的脂肪和磷脂均含有碳、氢、氧、磷4种元素D【解析】植物脂肪大多含有不饱和脂肪酸，在室温下呈液态，动物脂肪大多含有饱和脂肪酸，在室温下呈固态，A正确；蛋白质、脂肪和淀粉可在人体内分解产生能量，B正确；必需氨基酸是人体细胞不能合成，必须从外界获取的氨基酸，因此大豆中的蛋白质含有人体细胞不能合成的必需氨基酸，C正确；脂肪的组成元素只有C、H、O，D错误。3.（2021年湖南卷）某些蛋白质在蛋白激酶和蛋白磷酸酶的作用下，可在特定氨基酸位点发生磷酸化和去磷酸化，参与细胞信号传递，如图所示。下列叙述错误的是

（）A.这些蛋白质磷酸化和去磷酸化过程体现了蛋白质结构与功能相适应的观点B.这些蛋白质特定磷酸化位点的氨基酸缺失，不影响细胞信号传递C.作为能量“货币”的ATP能参与细胞信号传递D.蛋白质磷酸化和去磷酸化反应受温度的影响B【解析】通过蛋白质磷酸化和去磷酸化改变蛋白质的空间结构，进而实现细胞信号的传递，体现出蛋白质结构与功能相适应的观点，A正确；如果这些蛋白质特定磷酸化位点的氨基酸缺失，将会使该位点无法磷酸化，进而影响细胞信号的传递，B错误；根据题干信息可知，进行细胞信号传递的蛋白质需要磷酸化才能起作用，而ATP为其提供了磷酸基团和能量，从而参与细胞信号传递，C正确；温度会影响蛋白激酶和蛋白磷酸酶的活性，进而影响蛋白质磷酸化和去磷酸化反应，D正确。4.（2023年海南卷）科学家将编码天然蜘蛛丝蛋白的基因导入家蚕，使其表达出一种特殊的复合纤维蛋白，该复合纤维蛋白的韧性优于天然蚕丝蛋白。下列有关该复合纤维蛋白的叙述，正确的是

（）A.该蛋白的基本组成单位与天然蜘蛛丝蛋白的不同B.该蛋白的肽链由氨基酸通过肽键连接而成C.该蛋白彻底水解的产物可与双缩脲试剂发生作用，产生紫色反应D.高温可改变该蛋白的化学组成，从而改变其韧性B【解析】该蛋白的基本组成单位是氨基酸，与天然蜘蛛丝蛋白的相同，A错误；氨基酸是组成蛋白质的基本单位，该蛋白的肽链由氨基酸经过脱水缩合反应通过肽键连接而成，B正确；该蛋白彻底水解的产物为氨基酸，不能与双缩脲试剂发生作用产生紫色反应，C错误；高温可改变该蛋白的空间结构，从而改变其韧性，但不会改变其化学组成，D错误。A组基础巩固练1.（2024年广东揭阳期末）最新动物实验研究发现，低异亮氨酸饮食的小鼠寿命更长，变瘦后能保持体重稳定。下列说法正确的是

（）A.组成人体蛋白质的异亮氨酸可从食物中获取，也可在细胞内合成B.可利用放射性同位素15N标记异亮氨酸并追踪其运行和变化规律C.与其他氨基酸脱水缩合形成肽链时，异亮氨酸脱去的是羧基或氨基D.对于超重和肥胖人群来说，可适量减少异亮氨酸的摄入以维持健康（本讲对应学生用书P320~321）D【解析】组成人体蛋白质的异亮氨酸是必需氨基酸，只能从食物中获取，不能在细胞内合成，A错误；15N不具有放射性，是稳定同位素，B错误；与其他氨基酸脱水缩合形成肽链时，异亮氨酸脱去的是羧基中的—OH或氨基中的—H，C错误；由题“低异亮氨酸饮食的小鼠寿命更长，变瘦后能保持体重稳定”，故对于超重和肥胖人群来说，可适量减少异亮氨酸的摄入以维持健康，D正确。2.有的同学喜欢赖床，为多睡十分钟以不吃早餐作为代价，然而青少年阶段是生长发育的黄金时期，保证营养的全面摄入是健康成长的基础。下列有关描述错误的是

（）A.蛋白质是生命活动的主要承担者，为满足生命活动所需，每日应摄入足量的蛋白类食品B.人体细胞中含量最多的化合物是水，水是生命之源，因此起床后只需大量喝水饱腹即可C.早餐中白粥或面包等食品中含有淀粉，经消化分解，能为机体提供葡萄糖，保证能量的供应D.脂质也是重要的有机化合物，在饮食中应有适量的摄入，长期零油脂的饮食不利于身体健康B3.（2024年广东湛江二模）系统素是一条多肽链（十八肽）。植物被昆虫食害后，体内系统素从受伤害处传至未受伤害处，激活蛋白酶抑制剂基因的表达，促进防御蛋白质的合成。下列说法错误的是

（）A.系统素由18个氨基酸通过脱水缩合形成B.推测系统素是一种信号传递分子C.促进蛋白酶抑制剂基因的表达有助于植物防御能力的提高D.高温处理后的系统素不会与双缩脲试剂发生颜色反应D【解析】系统素为十八肽，则由18个氨基酸通过脱水缩合形成，A正确；植物被昆虫食害后，体内系统素从受伤害处传至未受伤害处，激活蛋白酶抑制剂基因的表达，促进防御蛋白质的合成，由此可推测系统素是一种信号传递分子，B正确；促进蛋白酶抑制剂基因的表达，促进防御蛋白质的合成，这有助于植物防御能力的提高，C正确；高温处理一般不会影响系统素的肽键结构，故高温处理后的系统素会与双缩脲试剂发生颜色反应，D错误。4.（2024年河北衡水模拟预测）纯天然胶原蛋白手术缝合线具有吸收完全、抗拉强度高、生物相容性好、促进细胞生长等特征。下列叙述正确的是

（）A.胶原蛋白的氧元素主要存在于羧基中B.胶原蛋白可被缝合处的细胞直接吸收C.高温处理的缝合线更容易被吸收D.可通过15N的放射性研究胶原蛋白的吸收路径C【解析】胶原蛋白的氧元素主要存在于-CO-NH-结构中，A错误；胶原蛋白被分解为氨基酸后可被缝合处的细胞直接吸收，B错误；高温处理的缝合线空间结构变得伸展、松散，更容易被水解，更容易被吸收，C正确；15N为稳定性同位素，无放射性，D错误。5.人体内有数万种不同的蛋白质，承担多种多样的功能。下列不属于蛋白质功能的是（）A.催化绝大多数化学反应B.肌肉、毛发的构成C.参与抵御病菌和病毒的入侵D.红细胞中氧气的跨膜运输DB组能力提升练6.（2024年重庆阶段练习）胶原是哺乳动物体内含量最多的一类蛋白质，约占蛋白质总量的1/4。它由三条肽链拧成，肽链间有二硫键，部分区域呈螺旋形。如图是前胶原在两种前胶原酶的作用下形成胶原的示意图。下列选项错误的是

（）A.胶原至少含有3个游离的—COOHB.N-前胶原酶作用位点为端肽氨基端的肽键C.肽链间二硫键最可能在光面内质网中形成D.体内胶原用双缩脲试剂处理，无需加热即会有紫色出现【解析】1条肽链至少含1个游离的羧基，胶原含3条肽链，至少含有3个游离的羧基（-COOH），A正确；由图可知，图示左侧为氨基端，右侧为羧基端，N-前胶原酶作用位点为端肽氨基端的肽键，B正确；肽链间二硫键最可能在粗面内质网中形成，C错误；蛋白质与双缩脲试剂发生紫色反应，体内胶原是蛋白质，用双缩脲试剂处理，无需加热即会有紫色出现，D正确。C7.如图的①②③分别表示生物体内的三个生理过程，其中Q分别代表三种物质，下列叙述正确的是

（）A.①一定发生在细胞内B.②必须依赖腺苷三磷酸C.③只能位于细胞膜上D.Q中可能含有硫元素D【解析】图中Q物质具有多种功能，①过程中L与Q结合后可变成其他物质，这里的Q是具有催化作用的酶，消化酶催化的水解反应在消化道（细胞外）起作用，A错误；②过程的Q是起运输作用的载体，载体参与的协助扩散不需要消耗能量，B错误；③过程中的L与Q结合后，L随后被消灭，这里的Q应为起免疫作用的抗体，抗体存在于内环境中，C错误；蛋白质的元素组成是C、H、O、N，有的还含有S、Fe等元素，D正确。8.请仔细观察下列结构式，有关叙述正确的是（）①③⑤②④A.上述结构全部属于组成蛋白质的氨基酸B.若形成的是链状四肽，则应该具有3个肽键、2个游离的氨基、2个游离的羧基C.若形成的是环状四肽，应该有4个肽键、2个游离的氨基、1个游离的羧基D.若上述①②③三种物质，每种仅能有一个，则形成的三肽种类最多能有27种C【解析】题图中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，A错误；若①②③⑤形成链状四肽，应该有3个肽键、3个游离的氨基、2个游离的羧基，B错误；若①②③⑤形成环状四肽，应该有4个肽键、2个游离的氨基、1个游离的羧基，C正确；①②③三种物质，每种仅有一个，形成的三肽种类是6种，D错误。C组压轴培优练9.甲图表示有关蛋白质分子的简要概念图；乙图表示某三十九肽中共有丙氨酸（R基为-CH3）4个，现去掉其中的丙氨酸得到4条长短不等的多肽。据图回答下列问题：（1）甲图中A的基本元素组成为

；在人体内可以合成的B属于

；可构成人体蛋白质的B结构通式为

；①由B形成蛋白质的过程是

。

（2）蛋白质的结构具有多样性，从蛋白质自身分析，是因为肽链中氨基酸的

不同，以及肽链盘曲折叠形成的空间结构千变万化。

C、H、O、N非必需氨基酸脱水缩合种类、数目、排列顺序（3）乙图中，三十九肽被水解后肽键减少

个。这些多肽和三十九肽相比，C原子