2022届高三生物一轮复习 第3讲　生命活动的主要承担者——蛋白质(新高考 共50页)

第3讲 生命活动的主要承担者—— 蛋白质 【内容要求】 1.1.6 阐明蛋白质通常由20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 【素养解读】 1.生命观念:从结构和功能相适应这一视角说明 蛋白质是细胞的重要组成成分,蛋白质的结构决 定其功能,蛋白质的结构与功能具有多样性。 2.科学思维:能运用归纳与概括、演绎与推理等 方法探讨蛋白质的结构和功能,并在不同情境中 做出正确判断。 基础·自主诊断 素养·全面提升 1.组成蛋白质的氨基酸及其种类 C、H、O、N 氨基 羧基 同一个碳原子上 非必需 必需 2.多肽与蛋白质的结构及其多样性 (1)元素组成(主要):a.       。  (2)基本单位:b.      。  (3)①过程有水产生的原因是             。  (4)肽键可表示为          。直链多肽中b的数目与c的数目的关 系是                         。  (5)d表示的是       。  C、H、O、N 氨基酸 氨基酸脱水缩合形成多肽 —CO—NH— 直链多肽中c肽键的数目=a氨基酸的数目-肽链的数目 功能多样性 3.蛋白质的功能 功能 名称 分布     作用  绝大多数酶 细胞内或细胞外 运输某些物质如离子、氨基酸等     蛋白  细胞膜 调节生命活动 某些激素(如胰岛素) 内环境中 免疫作用      内环境中 主要运输O2和部分CO2 血红蛋白       保护、润滑、识别等作用 糖蛋白(受体蛋白)等        构成细胞和生物体的成分 结构蛋白 细胞膜、肌纤维等 催化 载体 抗体 红细胞内 细胞膜表面 正误辨析 (1)具有氨基和羧基的物质就是构成蛋白质的氨基酸。 (  ) (2)人体内不同氨基酸之间的差异是由DNA决定的。 (  ) (3)组成蛋白质的氨基酸之间可按不同的方式脱水缩合。 (  ) × [解析]构成蛋白质的氨基酸至少有一个氨基和一个羧基,且它们连接在同一个 碳原子上,故具有氨基和羧基的物质不一定是构成蛋白质的氨基酸。 × [解析]DNA控制蛋白质的合成,而不是控制氨基酸的合成。 × [解析]组成蛋白质的氨基酸之间脱水缩合的方式相同。 (4)血红蛋白中不同肽链之间通过肽键连接。 (  ) (5)蛋白质中肽链的盘曲和折叠被解开时,其特定功能并未发生改变。 (  ) (6)蛋白质结构具有多样性的原因是构成蛋白质的氨基酸的种类、数目、排列 顺序和空间结构不同,只要有其中一项不同,蛋白质的结构就不同。 (  ) × [解析]蛋白质的不同肽链间可通过二硫键等化学键连接,不一定是肽键。 × [解析]蛋白质的空间结构被破坏,其特定的功能会改变。 × [解析]蛋白质结构具有多样性的原因是氨基酸的种类、数目和排列顺序不同,肽链 盘曲、折叠方式及其形成的空间结构不同,因此,蛋白质分子的结构是极其多样的。 (7)蛋白质在核糖体上合成后已具有正常生理功能。 (  ) (8)人体内含有多种多样的蛋白质,每种蛋白质都含有20种氨基酸。 (  ) × [解析]多数蛋白质在核糖体上合成后还需经过加工才具有正常生理功能。 × [解析]并不是每种蛋白质都一定含有20种氨基酸。 教材拓展 [必修1 P23] 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 白色固体状态,导致蛋白质出现这两种情况的原因是否相同?试进行分析。 [答案]不同,在食盐作用下蛋白质溶解度降低,析出蛋白质,但蛋白质本身的结 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。 1.蛋白质的结构层次及其多样性 (1)氨基酸的脱水缩合 ①过程:一个氨基酸分子的氨基(—NH2)和 另一个氨基酸分子的羧基(—COOH)相连接, 同时脱去一分子水。 ②二肽形成示例,如图1-3-3所示。 ③肽键:连接两个氨基酸分子的化学键可表示 为—CO—NH—。 图1-3-3 (2)蛋白质的结构层次 ①肽的名称确定:一条多肽链由几个氨基酸分子构成就称为几肽,含三个及三个 以上氨基酸分子的可称为多肽。 ②H2O中各元素的来源:H来自—COOH和—NH2,O来自—COOH。 ③一条肽链上氨基数或羧基数的确定:一条肽链上至少有一个游离的氨基和一 个游离的羧基,分别位于肽链的两端;其余的氨基(或羧基)在R基上。 2.蛋白质的结构多样性决定其功能多样性 生命观念  识结构 明功能 1.[2019·湖南永州一模] 下列有关生物蛋白质的叙述,不正确的是 (  ) A.蛋白质单体中至少有一个—NH2(氨基)和一个—COOH(羧基)连在同一个碳 原子上 B.蛋白质中结构最简单的氨基酸是甘氨酸,组氨酸是婴儿必需的氨基酸 C.蛋白酶在强酸中变性的原因是该蛋白质的空间结构受到破坏,肽键被水解 D.天然蛋白质中的—CO—NH—在核糖体上形成 C [解析] 蛋白质的单体是氨基酸,组成蛋白质的氨基酸至少有一个氨基和一个 羧基连接在同一个碳原子上,A正确; 甘氨酸的R基是—H,分子量最小,该氨基酸结构最简单,组氨酸是婴儿体细胞 不能合成的,B正确; 蛋白酶的本质是蛋白质,其在强酸中空间结构受到破坏,但是肽键未被水解, C错误; 氨基酸脱水缩合形成肽键(—CO—NH—)的过程发生在核糖体中,D正确。 2.下列生理过程中,蛋白质没有直接参与的是 (  ) A.线粒体基质中的CO2进入细胞质基质的过程 B.有丝分裂间期DNA进行半保留复制的过程 C.受精作用过程中精子与卵细胞的识别过程 D.免疫系统清除侵入内环境的病原体的过程 A [解析] CO2跨膜运输的方式是自由扩散,不需要载体蛋白的协助,A符合题意; DNA复制需要解旋酶和DNA聚合酶的催化,B不符合题意; 受精作用过程中精子与卵细胞的识别需要糖蛋白的参与,C不符合题意; 免疫系统清除侵入内环境的病原体需要抗体的参与,D不符合题意。 ■题后归纳 蛋白质结构的3点提醒 (1)不要将氨基写为NH2或—NH3; 不要将羧基写为                     或COOH; 也不要将肽键写为CO—NH或                  。 (2)氨基酸数目≠氨基酸种类:组成蛋白质分子的氨基酸数目可能成百上千,但构 成生物体蛋白质的氨基酸种类约有20种。 (3)多肽≠蛋白质:在核糖体上经脱水缩合形成的多肽往往没有生物活性,由一条 或多条肽链通过一定化学键(如二硫键等)盘曲、折叠形成具有复杂空间结构 的蛋白质后,才能行使特定功能。 科学思维  重理解 拓思维 3. HSP是机体细胞受高温刺激后合成的一类热休克蛋白。该蛋白可发挥如图1-3-6 所示的作用,以保护机体细胞 不受破坏。图中HSP所起的作用是 (  ) A.促进肽键的形成   B.抑制氨基酸脱水缩合 C.促使肽链形成空间结构  D.维持蛋白质结构稳定性 C 图1-3-6 [解析] 分析图示可知,HSP能促进多肽链转变成蛋白质,即促使肽链形成空间结 构,C项正确。 4. 清华大学教授颜宁率领平均年龄不足30岁的团队,对葡萄糖转运膜蛋白的研 究取得举世瞩目的成果。葡萄糖转运膜蛋白能转运葡萄糖进入细胞,下列相关 推断错误的是 (  ) A.糖尿病的发生可能与该蛋白的结构改变有关 B.胰岛素的作用可以使该蛋白的转运速度加快 C.线粒体膜上不存在该蛋白 D.癌细胞膜上该蛋白的含量比正常细胞要少 D [解析] 糖尿病的发生可能是患者体内葡萄糖转运膜蛋白缺少或者其空间结构 发生改变,从而无法转运葡萄糖,A 正确; 胰岛素的作用可以使葡萄糖转运膜蛋白的转运速度加快,B 正确; 线粒体不能直接分解利用葡萄糖,说明线粒体膜上不存在葡萄糖转运膜蛋 白,C 正确; 癌细胞代谢旺盛,故可推测其膜上该蛋白的含量比正常细胞多,D错误。 素养·全面提升 1.蛋白质中游离氨基数或羧基数的计算 (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。 2.蛋白质相对分子质量、氨基酸数、肽链数、肽键数和脱去的水分子数的关系 (1)肽键数=脱去的水分子数=氨基酸数-肽链数。 (2)蛋白质相对分子质量=氨基酸数×氨基酸平均相对分子质量-脱去的水分子数 ×18。 肽链数 氨基酸数 肽键数 脱去的水分子数 多肽链相对分子质量 氨基数 羧基数 1条 m m-1 m-1 ma-18(m-1) 至少1个 至少1个 n条 m m-n m-n ma-18(m-n) 至少n个 至少n个 注:氨基酸的平均相对分子质量为a。 3.环状肽的结构与计算(环状肽如图1-3-7所示) (1)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脱去一个水分子)。 (2)在蛋白质相对分子质量的计算中,若通过图示或其他 形式告知蛋白质中含有二硫键时,要考虑脱去的H的质量, 每形成一个二硫键,脱去2个H。 图1-3-7 科学思维  重理解 拓思维 角度一 直链肽的相关计算 1.某五十肽中有丙氨酸(R基为—CH3)2个,现脱掉其中的丙氨酸(相应位置如图 1-3-8所示)得到几种不同的有机产物,其中脱下的氨基酸均以游离态正常存在, 下列有关该过程产生的全部有机物中原子、基团或 肽键数目的叙述,错误的是 (  ) A.肽键数目减少4个        B.氨基和羧基分别增加4个 C.氢原子数目增加8个    D.氧原子数目增加2个 D 图1-3-8 [解析] 题述五十肽脱掉其中的2个丙氨酸(位于肽链中间),在丙氨酸的两侧各断 裂一个肽键,因此肽键数目减少4个,A正确; 由于断裂四个肽键,故脱掉丙氨酸后增加4个氨基和4个羧基,B正确; 脱掉丙氨酸的过程需要4个水分子参与水解,所以氢原子数目增加8个,氧原子 数目增加4个,C正确,D错误。 角度二 环状肽的相关计算 2.某蛋白质的结构如图1-3-9所示,其中—S—S—表示连接两条相邻肽链的二硫 键,若该蛋白质由m个氨基酸构成,则每分子蛋白质在形成时生成的水分子数和 减少的相对分子质量分别为(  ) A.m个、18m                B.(m-4)个、18(m-4) C.(m-3)个、18(m-3)+4 D.(m-2)个、18(m-2)+4 D 图1-3-9 [解析] 该蛋白质由一条环肽和两条肽链构成,脱去的水分子数等于肽键数,即(m- 2)个。该蛋白质中有两个二硫键,每形成一个二硫键,需脱去2个H,所以共脱去4 个H,故减少的相对分子质量应为18(m-2)+4,D正确。 真题·新题 五年真题 1.[2021·浙江] 质膜的流动镶嵌模型如图所示。下 列叙述正确的是（   ）
 A.磷脂和糖脂分子形成的脂双层是完全对称的  B.胆固醇镶嵌或贯穿在膜中利于增强膜的流动性 C.物质进出细胞方式中的被动转运过程与膜蛋白 无关  D.有些膜蛋白能识别并接受来自细胞内外的化学 信号
 C [解析] A磷脂分子形成脂双层， 糖脂在质膜外侧，不对称 B胆固醇埋入在质膜中，增强膜 的刚性，使膜坚固 C物质进出细胞方式中的被动转 运中的易化扩散（协助扩散）过 程需要膜蛋白 D贯穿质膜的某些膜蛋白可以识 别并接受来自细胞内和外的化学 信号 五年真题 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] 蛋白质的功能包括组成 细胞和生物体的结构(如组成 肌肉的某些蛋白质)、免疫(如 抗体)、运输(如血红蛋白)、调 节(如蛋白质类激素)、催化(如 大多数酶)等,A、B、D项正确。 血红蛋白是由蛋白质结合Fe2+ 形成的,是具有运输O2功能的蛋 白质,C项错误。 3.[2018·江苏卷] 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。两者结构简式如图1-3-10,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 D 图1-3-10 [解析] 两种激素都是由六肽环和三肽侧链构成的多肽类化合物,A项错误。 氨基酸之间脱水缩合形成的水分子中氢分别来自羧基和氨基,B项错误。 肽链中游离氨基的数目取决于参与构成肽链的氨基酸种类,C项错误。 由题干和图可知,两种激素间因2个氨基酸种类不同导致生理功能不同,D项 正确。 4.[2017·海南卷] 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 C [解析] 蛋白质的空间结构决定了它的 理化性质以及生物活性,A项正确。 氨基酸数量、种类相同,若排列顺序 不同,形成的肽链也就不同,B项正确。 蛋白质在NaCl溶液中结构不变,生物 活性不变,C项错误。 氨基酸序列相同的多肽链折叠方式不 同,会形成不同的空间结构, D项正确。 5.[2017·江苏卷] 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 A [解析] 环状肽分子中肽键数与氨基酸数一致,A项正确。 蛋白质可由1条多肽链构成,B项错误。 蛋白质变性是其特定的空间构象改变,肽键没有断裂,仍能与双缩脲试剂发生 反应,C、D项错误。 新题精选 1.[2019·济南模拟] 下列关于人体细胞 中蛋白质的叙述,正确的是(  ) A.C、H、O、N、Fe、S等元素可构 成人体细胞中的蛋白质 B.组成蛋白质的氨基酸之间可按不同 的方式脱水缩合 C.参与氨基酸转运的载体都是蛋白质 D.高尔基体是蛋白质合成、加工和运 输的场所 A [解析] 蛋白质的基本组成元素是C、H、O、 N,有的含有S、Fe等元素,A正确; 组成蛋白质的氨基酸之间都以相同的方式 脱水缩合,B错误; 翻译过程中转运氨基酸的载体是tRNA,C 错误; 细胞内蛋白质合成的场所是核糖体,动物 细胞中,高尔基体可加工和转运蛋白质,D 错误。 2.[2019·北京怀柔区模拟] 下列有关生物膜上 蛋白质的叙述,正确的是 (  ) A.细胞膜控制物质运输时必须需要载体蛋白 的协助 B.类囊体膜上没有行使催化功能的蛋白质 C.线粒体的双层膜上没有转运葡萄糖的载体 D.垂体细胞膜上有识别促甲状腺激素的受体 C [解析] 细胞膜控制物质运输时 载体蛋白不是必须的,如自由 扩散过程不需要载体蛋白的协 助,A错误; 类囊体膜上有行使催化功能的 蛋白质,如ATP合成酶,B错误; 2.[2019·北京怀柔区模拟] 下列有关生物膜上 蛋白质的叙述,正确的是 (  ) A.细胞膜控制物质运输时必须需要载体蛋白 的协助 B.类囊体膜上没有行使催化功能的蛋白质 C.线粒体的双层膜上没有转运葡萄糖的载体 D.垂体细胞膜上有识别促甲状腺激素的受体 C 葡萄糖在细胞质基质分解为 丙酮酸后才能进入线粒体,线 粒体的双层膜上没有转运葡 萄糖的载体,C正确; 垂体细胞膜上有识别促甲状 腺激素释放激素的受体,促甲 状腺激素的靶器官是甲状 腺,D错误。 3.[2019·青岛三模] 科学家使用巯基乙醇和尿素处理牛胰核糖核酸酶(牛细胞中 的一种蛋白质),可以将该酶折叠转变成无任何活性的无规则卷曲结构。若通过 透析的方法除去尿素和巯基乙醇,再将没有活性的酶转移到生理缓冲溶液中,一 段时间以后,发现该酶活性得以恢复。下列叙述不正确的是 (  ) A.该酶空间结构的形成与肽链的盘曲、折叠方式等有关 B.这个实验说明环境因素能影响蛋白质的空间结构从而影响其功能 C.用强酸强碱等处理该酶也能导致其蛋白质结构的改变 D.巯基乙醇和尿素的处理破坏了该酶中的肽键导致其变性 D [解析] 胰核糖核酸酶的化学本质是蛋白质,其空间结构的形成与肽链的盘曲、 折叠方式等有关,A正确; 该实验说明环境因素能影响蛋白质的空间结构从而影响其功能,B正确; 由于胰核糖核酸酶的化学本质属于蛋白质,因此受到强酸强碱的处理会使其变 性失活,空间结构发生改变,C正确; 巯基乙醇和尿素的处理改变了胰核糖核酸酶的空间结构,D错误。 1.核心概念 (1)P21有8种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,这些 氨基酸叫作必需氨基酸。 (2)P22一个氨基酸分子的羧基(—COOH)和另一个氨基酸分子的氨基(—NH2) 相连接,同时脱去一分子水的过程,这种结合方式叫作脱水缩合。 2.重点易错语句 (1)P21组成生物体蛋白质的氨基酸分子至少都含有一个氨基(—NH2)和一个羧 基(—COOH),并且都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上。 (2)P22许多蛋白质含有几条肽链,这些肽链不呈直线,也不在同一个平面上,形成 更为复杂的空间结构。 (3)P23形成肽链的氨基酸的种类、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,是蛋白质结构具有多样性的直接原因。 (4)P24一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。 3.边角知识 (1)P21以玉米为主食的人群,特别是儿童应该额外补充赖氨酸。 (2)P22进入人体消化道的蛋白质食物,要经过胃蛋白酶、胰蛋白酶、肠肽酶的 作用才能分解为氨基酸。 (3)P25我国科学家在1965年完成了结晶牛胰岛素的全部合成。 B1.如图是三种化合物的结构简式,下列有关这三种化合物的叙述,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中游离氨基数相同 [解析] 三种化合物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之一应为“至少都含有一个 氨基、一个羧基”,B错误; 双缩脲试剂与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都是1,D正确。 2.胰岛素的A、B两条肽链是由一个基因编码的。下列 有关胰岛素的叙述,正确的是(  ) A.胰岛素基因的两条DNA单链分别编码A、B两条肽链 B.沸水浴加热之后,构成胰岛素的肽链充分伸展并断裂 C.胰岛素的功能取决于氨基酸的序列,与空间结构无关 D.核糖体合成的多肽链需经蛋白酶的作用形成胰岛素 D [解析] 胰岛素基因中, 只有一条DNA链具有 转录意义,A项错误; 高温仅破坏蛋白质的 空间结构,不能破坏肽 键,B项错误; 胰岛素的功能不仅取决于氨基酸的序列,还与空间结构有关,C项错误; 核糖体上合成的一条多肽链需在蛋白酶的作用下,水解为两条不同的多肽链, 再经加工形成胰岛素,D项正确。