2020-2021年高考生物一轮复习知识点讲解专题1-3 生命活动的主要承担者——蛋白质

2020-2021年高考生物一轮复习知识点讲解专题1-3 生命活动的主要承担者——蛋白质

‎2020-2021年高考生物一轮复习知识点讲解专题1-2 细胞中的元素和化合物 细胞中的无机物 ‎【考情分析】‎ 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。‎ ‎【核心素养分析】‎ ‎1.生命观念：蛋白质结构的多样性决定功能的多样性。‎ ‎2.科学思维：蛋白质的合成及计算；模型与建模：建立蛋白质的结构模型。‎ ‎3.社会责任：结合蛋白质与人体健康方面的关系，形成关注科学发展的意识。‎ ‎【重点知识梳理】‎ 知识点一 蛋白质的结构、功能及相关计算 ‎1．组成蛋白质的氨基酸及其种类 ‎【知识巧记】“8种”必需氨基酸 甲(甲硫氨酸)来(赖氨酸)写(缬氨酸)一(异亮氨酸)本(苯丙氨酸)亮(亮氨酸)色(色氨酸)书(苏氨酸)。‎ ‎2．蛋白质的合成及其结构、功能多样性 ‎(1)二肽的形成过程 ‎①过程a：脱水缩合，物质b：二肽，结构c：肽键。‎ ‎②H2O中H来源于氨基和羧基；O来源于羧基。‎ ‎(2)蛋白质的结构层次 氨基酸多肽蛋白质 ‎【特别提醒】蛋白质的盐析、变性和水解 ‎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：是由于高温、过酸、过碱、重金属盐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，蛋白质丧失了生物活性，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。‎ ‎3．蛋白质分子多样性的原因 ‎(1)氨基酸：①种类不同；②数目成百上千；③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。‎ ‎4．蛋白质的功能(连线)‎ ‎【知识拓展】 ‎ ‎1．有关蛋白质结构的计算规律 ‎(1)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：‎ 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)‎ ‎【特别提醒】‎ ‎①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(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)利用原子守恒法计算肽链中的原子数：氨基酸的结构通式是解答此类题目的突破口。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。‎ ‎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]。‎ 知识点二 观察DNA和RNA在细胞中的分布 ‎1．实验原理 ‎(1)甲基绿和吡罗红对DNA和RNA的亲和力不同 ‎(2)盐酸 ‎2．实验步骤 ‎3．实验结论 ‎【知识拓展】 ‎ ‎1．实验原理 ‎(1)甲基绿和吡罗红对DNA和RNA的亲和力不同 ‎(2)盐酸 ‎2．实验步骤 ‎3．实验结论 ‎【特别提醒】‎ 实验中各种处理的目的 处理 目的 取材前漱口 防止食物残渣的影响 质量分数为0.9%的NaCl溶液 保持口腔上皮细胞的正常形态 酒精灯烘干载玻片 快速杀死并固定细胞 质量分数为8%的盐酸 ‎①能改变细胞膜的通透性，加速染色剂进入细胞；②使染色质中的DNA与蛋白质分离，有利于DNA与染色剂结合 蒸馏水冲洗涂片 洗去盐酸，防止影响染色效果 用吡罗红甲基绿染色 使DNA和RNA着色，需现配现用 ‎【典型题分析】‎ 高频考点一 考查组成蛋白质的氨基酸 例1．(2018·高考江苏卷)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】分析结构简式可知，两种激素中的环状肽都是由6个氨基酸构成的，故为六肽环，A项错误；氨基酸之间脱水缩合产生的水分子中的氢来自氨基和羧基，B项错误；有些氨基酸的R基可能含有游离的氨基，C项错误；分析结构简式，两种激素间有2个氨基酸种类不同，故生理功能不同与这2个氨基酸种类不同有关，D项正确。‎ ‎【变式探究】(2020·河南省实验中学模拟)下列关于氨基酸结构的叙述，错误的是(　　)‎ 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C6H13O2N D．半胱氨酸和甲硫氨酸均含有S，S一定位于R基中 ‎【答案】A　‎ ‎【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都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，A项错误。 ‎ 高频考点二 考查蛋白质的结构和功能 例2.(2018·高考全国卷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】浆细胞产生的特异性抗体可与相应抗原结合而发挥免疫功能，A项正确；肌细胞中的肌球蛋白、肌动蛋白等参与肌肉收缩，B项正确；参与O2运输的血红蛋白中有Fe2＋，而没有Mg2＋，C项错误；染色体主要由蛋白质和DNA组成，所以细胞核中某些蛋白质是染色体的重要组成成分，D项正确。‎ ‎【变式探究】(2018·高考全国卷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　蛋白质变性使肽键暴露，暴露的肽键易与蛋白酶接触，使蛋白质降解 ‎(3)遗传密码具有简并性 ‎【解析】(1)氨基酸是生物体中组成蛋白质的基本单位；氨基酸在核糖体上脱水缩合形成多肽，连接多肽的化学键即为肽键；胃蛋白酶属于分泌蛋白；高尔基体在分泌蛋白形成过程中的作用是对来自内质网的分泌蛋白进行加工、分类和包装。(2)蛋白质中正确的氨基酸序列和空间结构决定了其生物学功能；蛋白质变性是空间结构遭到了破坏，失去了生物活性。变性蛋白质的肽键暴露出来，暴露的肽键易与蛋白酶接触，使蛋白质降解。(3)编码血红蛋白多肽链的mRNA序列中一个碱基被替换，但其未引起血红蛋白中氨基酸序列改变，说明突变前后mRNA上相应密码子对应同一种氨基酸，即遗传密码具有简并性。‎ ‎【归纳总结】几种常见蛋白质的分布和功能 名称 分布 功能 绝大多数酶 细胞内或细胞外 降低化学反应的活化能(催化作用)‎ 载体蛋白 细胞膜 运输某些物质，如离子、氨基酸等 通道蛋白 细胞膜 运输水、K＋、Na＋等 糖蛋白 细胞膜外表面 保护、润滑、识别等 核孔复合体 核膜 核质之间物质交换、信息交流 某些激素(如生长激 素、促甲状腺激素、胰 岛素、胰高血糖素等)‎ 内环境中 传递信息、调节生命活动 抗体 内环境中 消灭抗原 血红蛋白 红细胞内 主要运输氧气和部分二氧化碳 高频考点三、考查多肽或蛋白质的结构 例3．(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】据图可知，两种激素都是由九个氨基酸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分别来自一个氨基酸的氨基和另一个氨基酸的羧基，B错误；肽链中游离的氨基数目与参与构成肽链的氨基酸的种类有关，C错误；根据分析可知，两种激素在两个氨基酸种类上不同，进而导致两者的功能不同，D正确。 ‎ ‎【变式探究】(2020·甘肃兰州二中模拟)如图是某一多肽链的分子结构式，据图分析下列叙述错误的是(　　)‎ A．①是氨基，⑤是羧基 ‎ B．该多肽链中只有一个肽键，是④ ‎ C．该多肽链中的R基有②③⑥ ‎ D．该多肽链形成时失去了两分子水 ‎ ‎【答案】B ‎【解析】分析题图，图中①为氨基，⑤为羧基，A项正确。该多肽链中共有两个肽键，B项错误。该多肽链中的R基有三个，为图中②③⑥，C项正确。该多肽链中有两个肽键，形成时失去了两分子水，D项正确。‎ 高频考点四 考查蛋白质结构的相关计算 例4．(2020·山西临汾一中模拟)胰腺合成的胰蛋白酶原进入小肠后，在肠激酶作用下形成有活性的胰蛋白酶，该激活过程如图所示(图中数据表示氨基酸位置)，下列分析不正确的是 (　　)‎ A．胰蛋白酶原是一条由229个氨基酸组成的多肽 B．胰蛋白酶比胰蛋白酶原少了6个肽键 C．肠激酶激活胰蛋白酶的过程可避免胰蛋白酶破坏自身细胞 D．激活过程是在内质网和高尔基体中进行的 ‎【答案】D　‎ ‎【解析】胰蛋白酶原含有229个氨基酸，共228个肽键，胰蛋白酶含有223个氨基酸，共222个肽键，因此胰蛋白酶比胰蛋白酶原少了6个肽键。该激活过程是在小肠腔内进行的，不需要内质网和高尔基体的参与，D错误。 ‎ ‎【变式探究】(2020·河北衡水中学二调)如图是某蛋白质分子的结构示意图，图中“▲、★、■、●”等表示不同种类的氨基酸。图中A链由21个氨基酸组成，B链由19个氨基酸组成；图中“—S—S—”是在蛋白质加工过程中由两个“—SH”脱下2个H形成的。下列有关叙述中，错误的是(　　)‎ A．该蛋白质多样性的原因之一是氨基酸的排列顺序 B．该蛋白质分子中含有两个羧基和两个氨基 C．图中肽链中肽键是在核糖体中形成的 D．形成该蛋白质分子时相对分子质量减少了686‎ ‎【答案】B　‎ ‎【解析】蛋白质结构多样性的原因是组成蛋白质的氨基酸的种类、数目、排列顺序不同，以及肽链盘曲、折叠方式及其形成的空间结构千差万别，可见，该蛋白质多样性的原因之一是氨基酸的排列顺序，A正确；一条肽链中至少有一个游离的氨基和一个游离的羧基，该蛋白质分子含两条肽链，所以至少含有两个羧基和两个氨基，B错误；核糖体是蛋白质的合成场所，所以图中肽链中肽键是在核糖体中形成的，C正确；形成该蛋白质分子时，共产生了(21－1)＋(19－1)＝38个水分子，又由于蛋白质加工过程中有两个“—SH”脱下2个H形成—S—S—，所以相对分子质量减少了38×18＋2＝686，D正确。 ‎ ‎【方法技巧】　‎ ‎(1)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。‎ ‎(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。‎