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第2章组成细胞的分子第2节生命活动的主要承担者——蛋白质【高考目标定位】蛋白质的结构和功能【考纲知识梳理】一、蛋白质是生命活动的主要承担者1、元素组成以C、H、O和N为主，个别还含有S、Fe等。2、基本单位氨基酸是构成蛋白质的基本单位。生物体中构成蛋白质的氨基酸常见的有20多种，分为必须氨基酸与非必需氨基酸。具有共同的结构特点即至少含有一个氨基和羧基并且连在同一碳原子上。结构同时为：其中-R根据不同氨基酸种类而不同。二、蛋白质的结构及其多样性1、蛋白质的结构层次2、蛋白质的形成方式蛋白质是由多个氨基酸通过缩合反应即一个氨基酸分子的羧基和另一个氨基酸分子的氨基相连，同时脱掉一分子水，连接氨基酸分子的化学键叫肽键。3、蛋白质结构的多样性（1）氨基酸方面：氨基酸的数目、氨基酸的种类、氨基酸的排列顺序（2）肽链方面：肽链的空间结构不同以上四方面构成蛋白质结构多样性的原因。三、蛋白质的功能1、结构功能：头发、肌肉；2、催化功能：酶；3、运输功能：血红蛋白；4、调节功能：胰岛素、生长激素；5、免疫功能：抗体【要点名师精解】一、有关蛋白质的相关计算1、蛋白质是由氨基酸脱水缩合而来的（1）一条完整的肽链上至少含有一个游离的氨基和一个游离的羧基，分别位于肽链两端。（2）水中的H来源于羧基和氨基，O只来源于羧基。2、相关计算（1）基本公式：肽键数=脱掉水分数=m-n，m为构成蛋白质的氨基酸数，n为肽链数。（2）氨基酸、肽键、失去水分子数及多肽的相对分子质量氨基酸平均相对分子质量氨基酸数目肽键数目脱去水分子数多肽相对分子质量按基数目羧基数目1条肽键amm－1m－1Ma－18（m－1）至少一个至少一个N条肽键amm－nm－nMa－18（m－n）至少n个至少n个【例1】由m个氨基酸构成的一个蛋白质分子，含n条肽链，其中z条是环状多肽，这个蛋白质分子完全水解共需水分子个数为()A.m-n+zB.m-n-zC.m-z+nD.m+z+n【解析】在形成蛋白质的过程中，脱水缩合形成的水分子数=氨基酸数目-肽链的条数。假如这n条肽链都是直链的话，则形成m-n个水分子；由于形成一个环肽比形成一条直链肽多形成一个水分子，而在n条肽链中有z条是环肽，故由m个氨基酸形成该蛋白质分子时共形成了m-n+z个水分子，因此该蛋白质水解形成氨基酸的时候就需消耗m-n+z个水分子。【答案】A【例2】现有1000个氨基酸，其中氨基有1020个，羧基有1050个，则由此合成的4条肽链中共有肽键、氨基和羧基的数目是（）A.99610161046B.99644C.9962454D.9962050【解析】根据基本公式m-n，可计算肽键为1000-4=996个，不考虑R集团一个氨基酸至少有一个氨基和一个羧基，则可判断R集团含有20个氨基和50个羧基，不考虑R集团，一条肽链至少有一个氨基和一个羧基，考虑R集团可得出共有24个氨基和54个羧基。【答案】C二、蛋白质的结构多样性与功能多样性1、蛋白质的结构多样性（1）氨基酸的种类不同，构成的肽链不同。（2）氨基酸的数目不同，构成的肽链不同。（3）氨基酸的排列顺序不同，构成的肽链不同。（4）肽链的数目和空间结构不同，构成的蛋白质不同。两个蛋白质分子结构不同，则这两个蛋白质不是同种蛋白质。但并不是以上这四点同时具备才能确定两个蛋白质分子结构不同，而是只要具备以上其中的一点，这两个蛋白质的分子结构就不同。2、蛋白质功能的多样性蛋白质结构的多样性决定功能的多样性。蛋白质据功能分为：结构蛋白和功能蛋白两大类，前者如人和动物的肌肉。后者如具有催化作用的绝大多数酶，具有免疫功能的抗体等。【例3】生物体内的蛋白质千差万别，其原因不可能是（)A．组成肽键的化学元素不同B．组成蛋白质的氨基酸种类和数量不同Ｃ．氨基酸的排列顺序不同D．蛋白质的空间结构不同【解析】蛋白质种类多种多样的原因有四个方面：一是在生物体中组成蛋白质的氨基酸种类不同；二是数目成百上千；三是氨基酸形成肽链时，不同种类氨基酸的排列顺序千变万化；四是多肽链的盘曲、折叠方式及其形成的空间结构千差万别。在题目给出的选项中，组成肽键，（－NH－CO－）的化学元素是相同的。【答案】A【感悟高考真题】（2009·上海高考）某蛋白质由m条肽链、n个氨基酸组成。该蛋白质至少有氧原子的个数是A.n-mB.n-2mC.n+mD.n+2m【解析】由氨基酸的结构通式可知一个氨基酸至少有两个O，形成蛋白质缩合过程中要脱掉水，2n-(n-m)=n+m。【答案】C（2009·福建高考）下列关于组成细胞化合物的叙述，不正确．．．的是A.蛋白质肽链的盘曲和折叠被解开时，其特定功能并未发生改变B.RNA与DNA的分子结构相似，由四种核苷酸组成，可以储存遗传信息C.DNA分子碱基的特定排列顺序，构成了DNA分子的特异性D.胆固醇是构成细胞膜的重要成分，在人体内参与血液中脂质的运输【解析】肽链的盘曲和折叠构成具有一定空间结构的蛋白质，不同结构的蛋白质，具有不同的功能，因此蛋白质肽链的盘曲和折叠被解开时，其功能肯定发生改变；RNA与DNA的分子结构相似，由四种核糖核苷酸组成，可以储存遗传信息；DNA分子碱基的特定排列顺序，构成了DNA分子的特异性；胆固醇是构成细胞膜的重要成分，在人体内参与血液中脂质的运输。所以A不正确。【答案】A(2008·天津高考)下列关于蛋白质和氨基酸的叙述，正确的是（）A、具有生物催化作用的酶都是由氨基酸组成的B、高等动物能合成生命活动所需要的20种氨基酸C、细胞中氨基酸种类和数量相同的蛋白质是一种蛋白质D、在胚胎发育过程中，基因选择性表达，细胞会产生新的蛋白质【解析】考查蛋白质的相关知识。构成蛋白质的基本单位是氨基酸，人体所必需的氨基酸共有20种，其中有8种是人体不能合成的，必需从食物中获得，称为必需氨基酸。酶的主要成分是蛋白质，还有少量的RNA。蛋白质具有多样性，其原因是构成蛋白质的氨基酸种类、排列顺序、数量以及肽链的空间结构不同。在细胞分化过程中，基因选择性表达，形成不同的mRNA和不同的蛋白质。【答案】D【考点精题精练】1、组成蛋白质的氨基酸之间的肽键结构式是（B）A.NH—COB.—NH—CO—C.—NH2—COOH—D.NH2—COOH解析蛋白质是由氨基酸组成的。一个氨基酸分子的氨基（—NH2）和另一个氨基酸分子的羧基（—COOH），经脱水缩合形成肽键（—NH—CO—或—CO—NH—），从而将氨基酸连接起来，形成多肽。2、下列不属于植物体内蛋白质功能的是（C）A.构成细胞膜的主要成分B.催化细胞内化学反应的酶C.供给细胞代谢的主要能源物质D.根细胞吸收矿质元素的载体解析糖类是细胞的主要能源物质，蛋白质可参与细胞结构的构成、催化细胞内的化学反应、矿质元素的运载等。3、某22肽被水解成1个4肽，2个3肽，2个6肽，则这些短肽的氨基总数的最小值及肽键总数依次是（C）A.618B.518C.517D.617解析每个短肽都至少有一个氨基和一个羧基，因此这些短肽的氨基总数最小值为5。这些短肽内肽键总数为22-5=17。4、下列关于氨基酸和蛋白质的叙述，正确的是（C）A.如果有足量的三种氨基酸，则它们能形成多肽的种类最多是27种B.氨基酸之间的不同，是由基因的碱基排列次序决定的C.碳元素是构成生物体的基本元素，可形成链式或环式结构，在一个十七肽化合物中，最多含有肽键17个D.人体中的氨基酸都是通过消化吸收直接获得的5、下图是表示蛋白质分子结构的一部分，图中A，B，C，D标出了分子中不同位置的键，当蛋白质发生水解反应时，断裂的键是B由下列氨基酸缩合成一条分子式为C27H42O15N10的肽链，则该肽链中含有①号氨基酸的数目是A．1个B．2个C．3个D．4个【解析】三种氨基酸中各有一个氨基，由分子式可知，应由10个氨基酸缩合而成的，从各自的分子式看，只有①号氨基酸的-R基中多了一个羧基，也即多了2个氧原子，再考虑到缩合反应失失去的9个水分子，所以所有的氨基酸共有氧为24个，-R基中的氧应有4个，因此①号氨基酸应为2个【答案】B6、（2010·上海市奉贤区高三二模）下列叙述错误的是（A）A．一条由n个氨基酸组成的肽链中含有的羧基数目和氧原子数目至少为1和nB．通常情况下，分子式为C63H103O45N17S2的多肽化合物中最多含有16个肽键C．n条由m个氨基酸组成的肽链中，完全水解共需要（m-n）个水分子D．两个氨基酸脱水缩合过程中失去的水中的氢来源于氨基和羧基中的氢7、下列有关激素和氨基酸的叙述，正确的是(C)①胰岛AA.①②B.③④C.①③D.8、如图依次为丙氨酸、丝氨酸和天门冬氨酸的结构式。由这三种氨基酸脱水缩合所形成的三肽中，含有的氨基、羧基和肽键的数目是（D）A.1、1、3B.3、3、2C.1、1、2D.1、2、29、（2010·浙江省金华十校高三高考模拟）下列有关蛋白质叙述正确的是A（）A．蛋白质热变性时肽键数不改变B．蔗糖酶能使蔗糖水解为葡萄糖和果糖，并产生ATPC．RNA聚合酶催化的底物是RNAD．癌细胞快速增殖过程中能大量合成黏连蛋白10、（2010·上海市奉贤区高三二模）科学家从牛的胰脏中分离出一条由76个氨基酸组成的多肽链（Ub）。研究发现Ub在细胞自我监测和去除某些“不适用蛋白质”的机制中扮演着重要角色。如果某个蛋白质被贴上Ub这个标签，就会被运送到细胞内的蛋白酶体处被水解掉，其过程如下图所示：若它在小肠中被水解，则是下列哪种物质不可能产生（D）11、某41肽被水解成2个8肽，2个6肽，1个4肽，3个3肽，则这些短肽的肽键总数是（C）A.31B.32C.33D.3412、蛋白质是细胞中重要的有机化合物。以下关于蛋白质的说法，正确的是（C）①所有的酶都是蛋白质②大多数抗体是蛋白质④部分激素是蛋白质⑤生物膜上的载体都是蛋白质A.①②⑤B.C.④⑤D.13、下列与蛋白质功能无直接关系的是（CA.效应TB.C.矿质元素在导管中向上运输D.细胞呼吸过程中ATP14、下列不属于植物体内蛋白质功能的是CA．构成细胞膜的主要成分B．催化细胞内化学反应的酶C．供给细胞代谢的主要能源物质D．根细胞吸收矿质元素的载体15、蛋白质是细胞中重要的有机化合物，以下关于蛋白质的说法正确的是C①所有的酶都是蛋白质②大多数抗体是蛋白质③所有的抗原都是蛋白质④部分激素是蛋白质⑤生物膜上的载体都是蛋白质A．①②⑤B．②③④⑤C．④⑤D．②⑤二、非选择题1这条肽链中的肽键数是，构成肽链的氨基酸数目是，合成肽链的细胞器是，在合成肽链时决定肽链的氨基酸种类和顺序的是。答案：23核糖体信使RNA（mRNA2、下列结构式是某种食物蛋白质被人体胃蛋白酶分解后的末端部分：（1）这部分结构式中有个肽键，它的氨基酸序列是由决定的。（2）左端第一个氨基酸的R基是，左端第三个氨基酸的结构特点是具有，其中一个位于R基团上。（3）胃蛋白酶需要的适宜条件是。(4)人体细胞吸收氨基酸的方式是。氨基酸转化成糖类的过程是。答案（1）3基因上的碱基对排列顺序（2）—（CH2）4—NH2两个羧基（3）pH为1.8左右，温度为37℃左右（4）主动运输氨基酸通过脱氨基分解成含氮和不含氮部分，其中不含氮部分转化成糖类