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专题5生物活动的物质基础第二单元氨基酸蛋白质核酸目标与素养：1.知道常见氨基酸的组成、结构和性质。(宏观辨识与微观探析)2.了解蛋白质的组成、结构和性质。(宏观辨识与微观探析)自主预习探新知一、氨基酸1．结构氨基酸的官能团为氨基()和羧基(—COOH)。—NH22．常见的氨基酸俗名结构简式系统命名甘氨酸H2N—CH2—COOH_________丙氨酸________________α氨基丙酸谷氨酸____________________苯丙氨酸_______________氨基乙酸2氨基1，5戊二酸α氨基苯丙酸(1)从蛋白质水解得到的氨基酸最常见的大约有20种，除甘氨酸外，其余都是手性分子，且都是L型。(2)通常情况下，氨基酸的英文缩写取其英文名称的前三个字母，氨基酸的中文缩写则将其俗名中的氨酸省略，如亮氨酸的中文缩写为亮。3．氨基酸的化学性质(1)两性(—NH2表现性，—COOH表现性)①氨基酸中的氨基与羧基相互作用形成的两性离子为。②氨基酸在酸、碱性不同条件下的存在形态。③当溶液中氨基酸主要以两性离子的形态存在时，在水中的溶解度最小，可形成晶体析出，利用此性质可控制溶液的pH分离氨基酸。同理也可分离多肽和蛋白质分子。碱酸(2)分子间脱水反应——成肽反应羧基和氨基可以发生像酯化反应那样的脱水反应，形成肽键。组成肽的氨基酸单元称为氨基酸残基，二肽分子中含2个氨基酸残基，三肽分子中含有3个氨基酸残基，通常把有氨基的一端写在左边，叫N端，把有羧基的一端叫C端，写在右边。一般用氨基酸的缩写从左向右排列来表示肽分子的结构。如两个丙氨酸脱去一分子水形成的二肽分子的结构简式可写为。二肽是由几个氨基酸分子形成的？多肽分子和其所含的肽键数目有什么关系？[提示]二肽是由2个氨基酸分子形成的。n个氨基酸分子脱去(n－1)个水分子，形成n肽，其中含有(n－1)个肽键。二、蛋白质1．蛋白质的组成蛋白质是由通过等相互连接而形成的一类具有特定结构和一定生物学功能的生物大分子。2．蛋白质的结构(1)蛋白质和多肽都是由构成的有机化合物，它们之间没有严格的界限。一般认为多肽中包含4～50个氨基酸残基，蛋白质中包含50个以上的氨基酸残基。氨基酸肽键氨基酸(2)蛋白质数目众多，结构复杂，科学家们将蛋白质的结构层次分为四级进行研究。氨基酸残基在蛋白质肽链中的排列顺序称为蛋白质的。美国科学家鲍林和科里研究发现肽链中氨基酸残基亚氨基(—NH—)上的氢原子与羰基上的氧原子之间形成氢键而使肽链在空间上形成α螺旋结构或β折叠结构，称为。在二级结构的基础上，肽链还按照一定的空间结构进一步形成更复杂的三级结构和四级结构。(3)蛋白质的性质不仅取决于多肽链氨基酸的、及，还与其有关。一级结构二级结构种类数目排列顺序特定的空间结构3．性质蛋白质与氨基酸一样，也是两性分子，既能与酸反应，也能与碱反应。除此以外，蛋白质还具有以下性质：(1)水解：蛋白质在酸、碱或酶的作用下能水解，水解的最终产物是多种，天然蛋白质水解的最终产物都是，如下所示：蛋白质水解缩聚多肽水解缩合二肽水解缩合α氨基酸。(2)溶解性：许多蛋白质在水中有一定的溶解性，溶于水形成。氨基酸α氨基酸胶体(3)盐析：向蛋白质溶液中加入溶液，能够破坏蛋白质溶解形成的结构而降低蛋白质的溶解性，使蛋白质转变为沉淀析出。盐析作用析出的蛋白质，仍然具有，加水后仍能。(4)变性：蛋白质遇到等物质时会产生沉淀，且加水不能重新溶解，蛋白质失去原来的活性。其他条件如、或加热等也能使蛋白质变性。浓的无机盐胶体原来的活性溶解重金属盐、强酸、强碱、甲醛、酒精紫外线X射线(5)颜色反应：主要用于检验蛋白质的存在。①含苯环的蛋白质遇浓硝酸显；②蛋白质遇双缩脲试剂加热至沸腾显；③蛋白质遇茚三酮试剂加热至沸腾显。黄色紫玫瑰色蓝色4．酶(1)酶的含义酶具有生理活性，对于许多有机化学反应和生物体内进行的复杂化学反应都具有很强的作用。(2)酶的催化作用的特点①；②效率高；③。微点拨：(1)酶本身所具有的性质可以结合蛋白质的性质来掌握，高温可使酶变性失去催化活性。(2)酶的催化作用有不同于工业催化剂的特点。催化条件温和高度专一三、核酸1．核酸的化学组成核酸可以水解得到，核苷酸由磷酸、、组成。核苷酸戊糖碱基2．RNA和DNARNA和DNA中所含的糖都是5个碳原子的核糖，它们均以环状结构存在于核酸中。RNA中的戊糖是核糖；DNA中的戊糖是2脱氧核糖，其差别仅在于比核糖的2号碳原子上少了一个氧原子。核酸中的碱基是含氮原子的碱性环状化合物，分为两类：嘧啶碱和嘌呤碱，核酸水解得到的碱基有腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)、尿嘧啶(U)和胸腺嘧啶(T)五种；RNA和DNA水解都能得到腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶三种碱基。RNA除上面三种碱基外还能得到尿嘧啶；DNA水解除能得到上述三种碱基外，还能得到胸腺嘧啶。3．DNA的双螺旋结构DNA主要存在于细胞核中，是遗传信息的储存和携带者，形成DNA双螺旋结构的原因是两条DNA单链上的碱基之间严格遵循碱基互补配对规律，即腺嘌呤(A)与胸腺嘧啶(T)结合，鸟嘌呤(G)与胞嘧啶(C)结合。1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)所有蛋白质遇浓HNO3均变黄。()(2)核酸是具有遗传信息的蛋白质。()(3)DNA是生物体遗传信息的载体，蛋白质合成的模板。()(4)RNA可以根据DNA提供的信息，控制蛋白质合成。()[答案](1)×(2)×(3)√(4)√2．关于生物体内氨基酸的叙述错误的是()A．构成蛋白质的α氨基酸的结构通式是B．人体内所有氨基酸均可以互相转化C．两个氨基酸通过脱水缩合形成二肽D．人体内氨基酸分解代谢的最终产物是水、二氧化碳和尿素B[生物体内的蛋白质的基本组成单位是各种α氨基酸，α氨基酸的通式为；人体内氨基酸分解代谢的最终产物是水、二氧化碳和尿素；两个氨基酸脱水缩合可形成二肽；在人体内能够通过转氨基作用形成的只有12种非必需氨基酸，还有8种必需氨基酸必须从食物中摄取，因此“人体内所有氨基酸均可以相互转化”的说法是错误的。]核心突破攻重难1.两分子间缩合氨基酸的缩合反应2．分子间或分子内缩合成环3．缩聚成多肽或蛋白质氨基酸的缩合机理，脱去一分子水后形成肽键()。当多肽或蛋白质水解时断裂肽键上的“C—N”键。【典例】根据最近的美国《农业研究》杂志报道，美国科学家已经发现半胱氨酸能够增强人对艾滋病病毒感染的免疫力，对控制艾滋病病毒的蔓延有效。已知半胱氨酸的结构简式为。下列关于半胱氨酸的说法中不正确的是()C[A项，半胱氨酸中含有—COOH，与Mg反应生成H2；B项，半胱氨酸具有酸性能与NH3反应生成铵盐；C项，半胱氨酸与甘氨酸分子间脱水能生成2种二肽；D项，半胱氨酸分子中—NH2和另一分子中的—COOH之间脱水生成1种二肽。]A．半胱氨酸能与Mg作用放出H2B．半胱氨酸可以形成结构简式为的盐C．半胱氨酸与甘氨酸只能分子间脱水生成1种二肽D．半胱氨酸两分子间只能生成1种二肽1．某物质的球棍模型如图所示，下列关于该物质的说法不正确的是()A．该物质的结构简式为B．该物质可以发生加成反应C．该物质既可以与强酸反应也可以与强碱反应D．该物质可以聚合成高分子物质A[根据球棍模型结合各种元素原子成键结构特点，可知该物质的结构简式应为，其苯环上可以发生加成反应，属于氨基酸，可以发生缩合聚合反应，也具有两性，故B、C、D说法正确，A项错误。]1.蛋白质的水解(1)在酸、碱或酶的作用下，肽键断裂，碳原子连接羟基，氮原子连接氢原子。(2)肽链中，n肽完全水解生成(n＋1)个氨基酸分子。蛋白质的性质2．盐析、变性和渗析的比较盐析变性渗析原理根据盐溶液对蛋白质溶解度的影响，加入无机盐，使蛋白质从溶液中析出一定条件下，使蛋白质凝聚失去原有的生理活性根据分散质粒子直径大小，利用半透膜分离胶粒与小分子和离子条件浓的盐溶液：如(NH4)2SO4、Na2SO4、NaCl等加热、紫外线、X射线、重金属盐、强酸、强碱、乙酸、乙醇、丙酮等胶体、半透膜、水变化物理变化化学变化物理变化特点可逆，蛋白质仍保持原有活性不可逆，蛋白质失去原有活性可逆，需多次换水用途分离提纯蛋白质消毒、灭菌，如给果树除虫使用波尔多液及保存动物标本等除杂，如除去淀粉溶液中的NaCl杂质等(1)蛋白质的分离与提纯①常用盐析法分离提纯蛋白质，因为盐析是可逆的。②可用渗析法除去蛋白质溶液(属于胶体)中的杂质离子，因为蛋白质属于高分子化合物，不能透过半透膜，而离子可以通过。(2)蛋白质的颜色反应不是所有的蛋白质都能发生颜色反应，只有结构中含有苯环的才能遇浓硝酸呈黄色。(3)蛋白质的检验方法加浓硝酸溶液显黄色或灼烧有烧焦羽毛气味。(4)有机物的水解能水解的有机物有卤代烃、酯、低聚糖和多糖、油脂、蛋白质、多肽等。2．2008年诺贝尔化学奖获得者之一钱永健在发现和研究绿色荧光蛋白(GFP)如何发光等方面做出了突出的贡献，下列对GFP的叙述合理的是()A．GFP在硫酸铵或硫酸铜溶液中发生盐析，盐析是可逆过程B．GFP在酸、碱、酶作用下发生水解，水解的最终产物氨基酸只能与碱反应C．GFP在乙醇中会凝结、变性，变性是不可逆过程D．GFP与水的液态混合物可用盐析法分离，盐析法属于化学分离方法C[GFP是蛋白质，CuSO4是重金属盐，会使GFP变性，变性是不可逆的，选项A错误；GFP的水解最终产物氨基酸既能与碱反应又能与酸反应，选项B错误；乙醇会使蛋白质GFP变性，选项C正确；盐析法是物理方法，选项D错误。]当堂达标提素养1．氨基酸不能发生的反应是()A．酯化反应B．中和反应C．成肽反应D．水解反应[答案]D2．(2019·全国Ⅱ卷)“春蚕到死丝方尽，蜡炬成灰泪始干”是唐代诗人李商隐的著名诗句，下列关于该诗句中所涉及物质的说法错误的是()A．蚕丝的主要成分是蛋白质B．蚕丝属于天然高分子材料C．“蜡炬成灰”过程中发生了氧化反应D．古代的蜡是高级脂肪酸酯，属于高分子聚合物[答案]DD[常见的氨基酸均为无色晶体，一般能溶于水而难溶于乙醇、乙醚；氨基酸是两性化合物，能与酸、碱反应生成盐；氨基酸分子间能发生成肽反应，但氨基酸不能发生水解反应；天然蛋白质水解的最终产物是多种α氨基酸。]3．关于氨基酸的下列叙述，不正确的是()A．常见的氨基酸都是晶体，一般能溶于水B．氨基酸都不能发生水解反应C．氨基酸是两性化合物，能与酸、碱反应生成盐D．天然蛋白质水解最终可以得到α氨基酸、β氨基酸等多种氨基酸C[阮病毒就是一个蛋白质颗粒，A项不正确；核酸是由C、H、O、N、P等元素组成的有机高分子物质，B项不正确；核酸分为核糖核酸(RNA)和脱氧核糖核酸(DNA)两大类，其中脱氧核苷酸是DNA的基本单位，D项不正确。]4．下列有关核酸的叙述中，正确的是()A．一切生物都有核酸存在B．核酸是由C、H、O、N、P等元素组成的小分子有机物C．核酸是生物的遗传物质D．组成核酸的基本单位是脱氧核苷酸5．在澄清的蛋白质溶液中加入以下几种物质：(1)加入大量饱和食盐水，现象为____________________，此过程叫做________。(2)加入甲醛溶液，现象为_________________________________，此过程称为蛋白质的________。(3)加入浓硝酸并微热，现象为____________________，这是由于浓硝酸与蛋白质发生了________反应的缘故。(4)加热煮沸，现象为_________________________________，此过程称为蛋白质的________。[答案](1)产生白色沉淀盐析(2)产生白色沉淀变性(3)蛋白质变为黄色颜色(4)产生白色沉淀变性