2020-2021年高考生物一轮复习考点讲解与练习：生命活动的主要承担者—蛋白质

2020-2021年高考生物一轮复习考点讲解与练习：生命活动的主要承担者—蛋白质

2020-2021 年高考生物一轮复习考点讲解与练习：生命活动的主要承担者—蛋白质 [考纲展示] 蛋白质的结构和功能(Ⅱ) 【核心概念及重要结论】 1.各种氨基酸理化性质不同的原因在于 R 基不同。 2．评价蛋白质食品营养价值的主要依据是必需氨基酸的种类和含量。 3．判断是否是构成生物体的氨基酸的依据是氨基酸的结构特点，即至少含有一个氨基和一个羧基，且 都有一个氨基和一个羧基连在同一个碳原子上。 4．蛋白质种类多样性的原因是蛋白质分子结构的多样性；蛋白质结构多样性又由构成蛋白质的氨基酸 种类、数目、排列顺序以及蛋白质空间结构多样性决定；蛋白质具有多样性的根本原因是 DNA 多样性。 5．高温使蛋白质发生变性的原因是高温使蛋白质分子的空间结构变得伸展、松散、易被蛋白酶水解。 蛋白质盐析是由于蛋白质在氯化钠溶液中的溶解度降低，导致蛋白质析出。盐析时，蛋白质的结构没 有发生变化。 6.蛋白质是生命活动的主要承担着，一切生命活动都离不开蛋白质。 【考点速览】 考点一： 蛋白质的结构和功能 1．组成蛋白质的氨基酸及其种类 2．蛋白质的结构及其多样性 (1)多肽的形成及过程： ①过程 a 名称：脱水缩合；场所：核糖体。 ②物质 b：二肽。多个氨基酸发生 a 过程形成的产物被称为多肽。 ③结构 c：肽键，其结构简式为—NH—CO—(或—CO—NH—)。 ④H2O 中 H 原子的来源：H 来自相邻氨基酸的氨基(—NH2)和羧基(—COOH)；O 来源于羧基(—COOH)。 ⑤由 n 个氨基酸形成的一条肽链上至少有 1 个游离的氨基和 1 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)蛋白质的结构层次： 氨基酸 ―――→ 脱水缩合多肽―――――→ 盘曲、折叠 蛋白质 (3)蛋白质结构多样性的原因： 3．区别蛋白质的三种变化 (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，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。 4．蛋白质的功能(连线) 实例 蛋白质功能 ①肌肉、毛发等 a．免疫功能 ②绝大多数酶 b．信息传递和调节 ③血红蛋白 c．催化作用 ④胰岛素 d．运输功能 ⑤抗体 e．构成细胞和生物体 【重点突破】 一、几种常见蛋白质的种类、分布和功 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 二、 蛋白质的合成及相关计算 1．利用图解总结与蛋白质有关的计算方法 (1)氨基数和羧基数的计算。 ①氨基数＝肽链数＋R 基中的氨基数＝氨基酸中所有的氨基数－肽键数。 ②羧基数＝肽链数＋R 基中的羧基数＝氨基酸中所有的羧基数－肽键数。 (2)肽键数、脱去水分子数和蛋白质相对分子质量的计算。 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 氨基 数目 羧基 数目 多肽相对 分子质量 1 n－1 n－1 至少 1 个 至少 1 个 an－18(n－1) m n－m n－m 至少 m 个 至少 m 个 an－18(n－m) 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＝肽键数＋2×肽链数＋R 基上的氧原子数。 (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。 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。 （5）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。 （6）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。 【真题训练】 1．(2017·海南高考)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 [蛋白质种类多样性取决于构成蛋白质的氨基酸的种类、数目、排列顺序和肽链条数以及蛋白质的 空间结构；蛋白质的生物活性与蛋白质的空间结构有关，蛋白质的空间结构发生改变时其生物活性也 发生改变，A 正确；数量相同的 5 种氨基酸种类可能不同，排列顺序也可能不同，因此可以组成不同 的多肽链，B 正确；抗体的化学本质是免疫球蛋白，蛋白质遇强酸、强碱、高温会变性失活，而在 NaCl 溶液中会发生盐析现象，生物活性并不改变，C 错误；氨基酸序列相同的多肽链折叠方式可不同，形成 的蛋白质空间结构也不同，D 正确。] 2．(2015·全国卷Ⅰ)人或动物 PrP 基因编码一种蛋白(PrPc)，该蛋白无致病性。PrPc 的空间结构改变后成 为 PrPsc(朊粒)，就具有了致病性。PrPsc 可以诱导更多的 PrPc 转变为 PrPsc，实现朊粒的增殖，可以引起 疯牛病。据此判断，下列叙述正确的是( ) A．朊粒侵入机体后可整合到宿主的基因组中 B．朊粒的增殖方式与肺炎双球菌的增殖方式相同 C．蛋白质空间结构的改变可以使其功能发生变化 D．PrPc 转变为 PrPsc 的过程属于遗传信息的翻译过程 C [首先要理解 PrPc 与 PrPsc 的关系：PrPc 本身无致病性，但其空间结构改变后，就成为具有致病性的 PrPsc。朊粒是蛋白质，所以不会整合到宿主的基因组中，A 项错误。朊粒属于有毒的蛋白质，它是基 因表达出的 PrPc 经诱导后改变相关结构形成的。肺炎双球菌的增殖方式为二分裂，B 项错误。蛋白质 的功能取决于其空间结构，蛋白质的空间结构改变会引起其功能发生改变，C 项正确。翻译是以 mRNA 为模板合成蛋白质的过程。由题意可知，PrPc 转变为 PrPsc 是已有的蛋白质空间结构改变的过程，不属 于遗传信息的翻译过程，D 项错误。] 3．(2015·海南高考)关于蛋白质的叙述，错误的是 ( ) A．rRNA 能参与蛋白质的生物合成 B．DNA 和蛋白质是染色体的组成成分 C．人体血浆中含有浆细胞分泌的蛋白质 D．核糖体上合成的蛋白质不能在细胞核中发挥作用 D [rRNA 是核糖体的组成成分，核糖体是蛋白质合成的场所，A 正确；DNA 和蛋白质是染色体的组 成成分，B 正确；人体血浆中含有浆细胞分泌的抗体，抗体属于蛋白质，C 正确；核糖体上合成的蛋白 质可通过核孔进入细胞核，在细胞核中发挥作用，D 错误。] 4．(2017·江苏高考)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 [A 对：环状八肽的分子中含有 8 个肽键。 B 错：蛋白质是由肽链盘曲折叠形成的，可能只由 1 条肽链构成，也可能由多条肽链构成。 C 错、D 错：蛋白质变性是由空间结构发生改变造成的，肽键并没有断裂，变性蛋白质仍有肽键，可与 双缩脲试剂发生紫色反应。] 5．(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 D [据图可知，两种激素都是由九个氨基酸脱水缩合形成的肽状肽，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于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。] 6．(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 [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的过程，B 项正确；参与氧气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。] 7．(2018·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_______________。 (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____________________。 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。 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 【专题训练】 1．层粘连蛋白是一种大型的糖蛋白，由一条重链(α)和两条轻链(β1、β2)经二硫键交联而成。若将层粘 连蛋白彻底水解，不可能产生的物质是 ( ) A． B． C． D． D [层粘连蛋白是一种大型的糖蛋白，所以彻底水解产物有糖类和氨基酸，可能获得葡萄糖；B、C 所 示氨基酸结构符合组成蛋白质的氨基酸结构特点，故可能会产生；D 中所示氨基酸不符合组成蛋白质 的氨基酸的结构特点，其中的氨基和羧基没有连接在同一个碳原子上。] 2．如图为氨基酸分子的结构通式，下列叙述正确的是( ) A．结构④在生物体内约有 20 种 B．氨基酸脱水缩合产生水，水中的氢来自于②和③ C．结构④中含有的氨基或羧基全部都参与脱水缩合 D．生物体内 n 个氨基酸形成 1 条多肽链需要 n 种密码子 A [①为氨基，③为羧基，④为侧链基团(R 基)。构成人体的氨基酸约有 20 种，A 项正确。氨基酸脱 水缩合产生水，水中的氢来自①③，B 项错误。R 基中的氨基或羧基不参与脱水缩合，C 项错误。生物 体内 n 个氨基酸形成 1 条多肽链需要 n 个密码子而不是需要 n 种密码子，D 项错误。] 3．下列有关蛋白质的叙述中，正确的是( ) A．若某蛋白质中含有 N 条多肽链，则其含有 N 个氨基 B．生物膜上的蛋白质有的能运输物质，有的能起催化作用，有的能与神经递质结合 C．蔗糖酶能催化蔗糖水解为葡萄糖和果糖，并产生 ATP D．蛋白质功能的多样性决定其结构的多样性 B [若某蛋白质中含有 N 条多肽链，则其至少含有 N 个氨基，A 项错误；生物膜上的蛋白质，载体蛋 白能运输物质，信号转导过程中的信号传递蛋白的胞外部分接受信号分子、胞内部分具有催化作用， 突触后膜上的受体蛋白能与神经递质结合，B 项正确；蔗糖酶能催化蔗糖水解为葡萄糖和果糖，但没有 产生 ATP，C 项错误；蛋白质结构的多样性决定其功能的多样性，D 项错误。] 4．在人体血浆中，有多种不同功能的蛋白质，这些蛋白质的功能不包括 A．催化蛋白质水解为多肽 B．与抗原特异性相结合 C．刺激 B 细胞增殖和分化 D．降低血糖浓度 A [人体血浆属于内环境，内环境中不存在催化蛋白质水解的酶；血浆中有抗体，能与抗原发生特异 性结合；血浆中有抗原，某些抗原是蛋白质，能刺激 B 细胞增殖分化；血浆中有胰岛素，其本质为蛋 白质，能降低血糖浓度。] 5．下列有关蛋白质结构、功能多样性的说法正确的是( ) A．蛋白质结构的多样性与构成蛋白质的氨基酸的种类、数目和空间结构有关 B．已知某化合物具有催化功能，可以推断此物质为蛋白质 C．有些蛋白质具有防御功能，如抗体；有些蛋白质具有传递信息的功能，如受体。抗体与受体都具有 专一性 D．蛋白质空间结构改变，不会影响其生物活性 C [蛋白质多样性与肽链的空间结构有关，与氨基酸的空间结构无关；具有催化功能的是酶，绝大多 数酶是蛋白质，少部分是 RNA；蛋白质具有防御、信息传递等功能，而抗体只能与特异性抗原相结合， 受体只能与特定的信号分子结合，它们都具有专一性；蛋白质空间结构改变会影响其生物活性。] 6．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 B [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。] 7．如图表示胰岛素分子中的一条多肽链，其中有 3 个甘氨酸(R 基：—H)分别位于第 8、20、23 位。下 列叙述正确的是 ( ) A．该多肽含有一个游离的羧基，位于第 1 位 B．用特殊水解酶除去 3 个甘氨酸，形成的产物比原多肽多 5 个氧原子 C．用特殊水解酶除去 3 个甘氨酸，形成的产物中有 4 条多肽 D．该多肽释放到细胞外之前需要经过两种细胞器的加工 D [该多肽至少含有一个游离的羧基，位于第 1 位或第 30 位，A 错误；除去 3 个甘氨酸需要加上 6 个 H2O 分子，破坏 6 个肽键，形成的产物中氧原子的数目比原多肽多 6 个氧原子，B 错误；除去 3 个甘 氨酸后，形成的肽有 4 种，分别是一分子二肽、两分子七肽、一分子十一肽，七肽和十一肽是多肽， 二肽不是多肽，C 错误；多肽释放到细胞外之前，需要经过内质网和高尔基体的加工，D 正确。] 8．如图为某蛋白质的结构示意图，其中“—S—S—”为由两个“—SH”(巯基)构成的二硫键，其作用是连 接两个相邻肽链。若该蛋白质分子共由 m 个氨基酸组成，则形成一个该蛋白质分子时生成的水分子数 和减少的相对分子质量分别为( ) A．m,18m B．(m－4)，18(m－4) C．(m－3)，18(m－3)＋4 D．(m－2)，18(m－2)＋4 D [题图中有三条肽链，中间一条为环状肽，故形成一个该蛋白质分子时生成的水分子数为(m－2)， 由于有 2 个二硫键，而形成一个二硫键失去 2 个“H”，故减少的相对分子质量为 18(m－2)＋4。]