1 強基礎(chǔ)·增分策略
一、蛋白質(zhì)的功能和基本單位1.蛋白質(zhì)的功能
2.氨基酸的結(jié)構(gòu)和種類
旁欄邊角(必修1 P28“問題探討”)用膠原蛋白制成的手術(shù)縫合線可以不用拆線,其原理是什么?提示:作為手術(shù)縫合線的膠原蛋白被分解為可以被人體吸收的氨基酸。
易錯辨析(1)組成人體蛋白質(zhì)的21種氨基酸之間的區(qū)別在于R基的不同。(　√　)(2)具有氨基和羧基的化合物,都是構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸。(　×　)(3)氨基酸的空間結(jié)構(gòu)和種類決定蛋白質(zhì)的功能。(　×　)(4)氨基酸遇雙縮脲試劑呈現(xiàn)紫色反應(yīng)。(　×　)
二、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)及其多樣性1.蛋白質(zhì)的合成(1)多肽的形成過程
①肽的名稱確定:一條多肽鏈由幾個氨基酸縮合而成就稱為　幾肽　。?②H2O中各元素的來源:H來自　—COOH和—NH2　,O來自 —COOH 。③一條肽鏈上氨基數(shù)目或羧基數(shù)目的確定:一條肽鏈上至少有一個游離的氨基和一個游離的羧基,分別位于肽鏈的　兩端　;其余的氨基(或羧基)在　R基　上。?
(2)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)層次
2.蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)多樣性
旁欄邊角1.(必修1 P32“與社會的聯(lián)系”)熟雞蛋更容易消化的原因是____________。?提示:高溫使蛋白質(zhì)分子的空間結(jié)構(gòu)變得伸展、松散,容易被蛋白酶水解2.(必修1 P32圖2-13)人正常血紅蛋白的空間結(jié)構(gòu)呈球狀,由它參與組成的紅細胞呈兩面凹的圓盤狀,如果血紅蛋白某一處的谷氨酸被纈氨酸取代,就可能形成異常的血紅蛋白。由它參與組成的紅細胞就會扭曲成鐮刀狀,運輸氧的能力會大大削弱。結(jié)合鐮狀細胞貧血的致病原理說明蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系。提示:每一種蛋白質(zhì)分子都有與它所承擔功能相適應(yīng)的獨特結(jié)構(gòu),如果氨基酸序列改變或蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)改變,就可能會影響其功能。
易錯辨析(1)一個氨基酸分子的羧基和同一個氨基酸分子的氨基相連接,同時脫去一分子水,這種結(jié)合方式叫作脫水縮合。(必修1 P30正文)(　×　)(2)胰島素中不同肽鏈之間通過肽鍵連接。(必修1 P30正文)(　×　)(3)高溫處理過的蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)被破壞,功能喪失,但仍能與雙縮脲試劑發(fā)生紫色反應(yīng)。(必修1 P32與社會的聯(lián)系)(　√　)
2 提能力·精準突破
考向1 圍繞氨基酸種類與結(jié)構(gòu),考查理解能力 1.硒代半胱氨酸是近年來發(fā)現(xiàn)的構(gòu)成人體蛋白質(zhì)的第21種氨基酸,其結(jié)構(gòu)與半胱氨酸類似,只是其中的硫原子被硒取代。下列相關(guān)敘述錯誤的是(　　)A.硒代半胱氨酸的硒元素位于氨基酸的R基上B.硒代半胱氨酸能與雙縮脲試劑在常溫下發(fā)生紫色反應(yīng)C.發(fā)生脫水縮合時,水中的氫既可來自硒代半胱氨酸的氨基也可來自其羧基D.構(gòu)成硒代半胱氨酸的基本元素是C、H、O、N
答案:B解析:雙縮脲試劑鑒定的是蛋白質(zhì)(多肽)中的肽鍵,硒代半胱氨酸沒有肽鍵,不能與雙縮脲試劑發(fā)生紫色反應(yīng),B項錯誤。
2.如圖是5種不同的物質(zhì),下列有關(guān)敘述正確的是(　　)
A.5種物質(zhì)都不能與雙縮脲試劑發(fā)生紫色反應(yīng)B.5種物質(zhì)中均含有游離的氨基和羧基,均為構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸C.圖中所有的氨基酸各1分子合成的1條多肽鏈中含有4個肽鍵D.圖中所有氨基酸各1分子合成的1條多肽鏈中含有1個游離羧基和1個游離氨基
答案:A解析:蛋白質(zhì)或者多肽可與雙縮脲試劑發(fā)生紫色反應(yīng),①~⑤均不屬于蛋白質(zhì)或多肽,A項正確;②的氨基和羧基沒有連接在同一個碳原子上,不屬于構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸,B項錯誤;氨基酸的結(jié)構(gòu)特點是至少含有一個氨基和一個羧基,且都有一個氨基和羧基連接在同一個碳原子上,圖中只有①③④⑤屬于構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸,合成的1條多肽鏈中含有3個肽鍵,C項錯誤;⑤的R基中含有羧基,圖中所有氨基酸各1分子合成的1條多肽鏈中含有2個游離羧基和1個游離氨基,D項錯誤。
考向2 結(jié)合蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能,考查結(jié)構(gòu)與功能觀3.(2022十堰期末)蠶和蜘蛛吐出的細而堅韌的絲、雄孔雀求偶季節(jié)展示的華麗的羽毛、羚羊濃密的毛和堅硬的角,這些看似完全不同的物質(zhì),卻是由同一類蛋白質(zhì)構(gòu)成的。下列有關(guān)蛋白質(zhì)的敘述,錯誤的是(　　)A.不同生物體中的蛋白質(zhì)具有特殊的生物學(xué)功能,取決于其特定的結(jié)構(gòu)B.常溫下生物體中蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,但會隨著溫度的升高而發(fā)生改變C.蛋白質(zhì)具有催化、充當主要能源物質(zhì)等功能,是生命活動的主要承擔者D.不同種多肽形成的蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)不同答案:C
解析:蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)多樣性決定蛋白質(zhì)功能的多樣性,A項正確;高溫會破壞蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu),導(dǎo)致蛋白質(zhì)永久變性失活,B項正確;蛋白質(zhì)的功能:結(jié)構(gòu)蛋白、催化功能、運輸功能、調(diào)節(jié)功能、免疫功能,沒有充當主要能源物質(zhì)的功能,C項錯誤;不同種多肽形成的蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)不同,D項正確。
4.(2022秦皇島三模改編)研究人員在實驗室中研究蛋白質(zhì)的折疊時發(fā)現(xiàn),尿素可以使蛋白質(zhì)去折疊(或變性),成為失去自然構(gòu)象的松散肽鏈,當去掉尿素時,蛋白質(zhì)又可以自發(fā)地重新折疊(或復(fù)性)成原來的構(gòu)象,如圖所示。下列敘述錯誤的是(　　)
A.蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與組成該蛋白質(zhì)的氨基酸的種類、數(shù)目和排列順序有關(guān)B.去除尿素后,變性的蛋白質(zhì)恢復(fù)它們原來的構(gòu)象,功能也可能隨之恢復(fù)C.暴露在高濃度尿素溶液中的變性的蛋白質(zhì)能與雙縮脲試劑發(fā)生顏色反應(yīng)D.當?shù)鞍踪|(zhì)和細胞內(nèi)的其他分子發(fā)生相互作用時,其構(gòu)象不會發(fā)生變化
答案:D解析:蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)多樣性與構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸的種類、數(shù)目、排列順序和肽鏈盤曲、折疊方式及形成的空間結(jié)構(gòu)相關(guān),A項正確;分析題圖可知,高濃度尿素可以使蛋白質(zhì)變性,去除尿素后,蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)恢復(fù),結(jié)構(gòu)決定功能,所以蛋白質(zhì)功能也可能隨之恢復(fù),B項正確;暴露在高濃度尿素溶液中的變性的蛋白質(zhì)只是空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,肽鍵并未斷裂,所以能與雙縮脲試劑發(fā)生紫色反應(yīng),C項正確;當?shù)鞍踪|(zhì)和細胞內(nèi)的其他分子發(fā)生相互作用時,其構(gòu)象可能會發(fā)生變化,D項錯誤。
拓展提升蛋白質(zhì)的變性和水解辨析
1.蛋白質(zhì)中游離氨基或羧基數(shù)目的計算(1)至少含有的游離氨基或羧基數(shù)=肽鏈數(shù)。(2)游離氨基或羧基數(shù)目=肽鏈數(shù)+R基中含有的氨基或羧基數(shù)。
2.蛋白質(zhì)相對分子質(zhì)量、氨基酸數(shù)、肽鏈數(shù)、肽鍵數(shù)和失去水分子數(shù)的關(guān)系(1)肽鍵數(shù)=失去水分子數(shù)=氨基酸數(shù)-肽鏈數(shù)。(2)蛋白質(zhì)相對分子質(zhì)量=氨基酸數(shù)目×氨基酸平均相對分子質(zhì)量-脫去水分子數(shù)×18(不考慮形成二硫鍵)。
注:假設(shè)氨基酸平均相對分子質(zhì)量為a。
提醒:①環(huán)狀肽特點是肽鍵數(shù)與氨基酸數(shù)相同,即肽鍵的數(shù)目=脫去的水分子的數(shù)目=氨基酸的數(shù)目。②如果形成二硫鍵,需考慮每形成一個二硫鍵需去掉兩個H。
3.利用原子守恒計算肽鏈中原子數(shù)氨基酸的結(jié)構(gòu)通式是解答相關(guān)題目的突破口。在一個氨基酸中,若不考慮R基,至少含有2個碳原子、2個氧原子、4個氫原子和1個氮原子。在脫水縮合形成多肽時,要失去部分氫原子和氧原子,但是碳原子、氮原子的數(shù)目不會減少。多肽中的相關(guān)數(shù)量關(guān)系如下:①碳原子數(shù)=氨基酸的個數(shù)×2+R基上的碳原子數(shù)。②氫原子數(shù)=各氨基酸中氫原子的總數(shù)-脫去的水分子數(shù)×2。③氧原子數(shù)=各氨基酸中氧原子的總數(shù)-脫去的水分子數(shù)。④氮原子數(shù)=肽鏈數(shù)+肽鍵數(shù)+R基上的氮原子數(shù)=各氨基酸中氮原子的總數(shù)。提醒:由于R基上的碳原子數(shù)不容易確定,且氫原子數(shù)較多,因此以氮原子數(shù)或氧原子數(shù)為突破口,計算氨基酸的分子式或氨基酸個數(shù)最為簡便。
考向1 考查氨基酸脫水縮合基本規(guī)律相關(guān)計算1.“—S—S—”是由兩個氨基酸上的“—SH”脫去兩個H形成的,它是蛋白質(zhì)中連接兩條肽鏈的化學(xué)鍵。由198個氨基酸組成的某蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)如圖所示,下列有關(guān)敘述正確的是(　　)
A.形成該蛋白質(zhì)的過程中分子量減少了3 532B.該蛋白質(zhì)至少含有3個游離的氨基C.在核糖體上即可合成該蛋白質(zhì)D.該蛋白質(zhì)的功能由氨基酸數(shù)量、排列順序決定
答案:A解析:該蛋白質(zhì)合成時脫去水分子數(shù)目=氨基酸數(shù)-(鏈狀)肽鏈數(shù)=198-2 =196(個),因形成一個二硫鍵脫去2個氫原子,所以生成一個該蛋白質(zhì)分子時減少的相對分子質(zhì)量=196×18+2×2=3 532,A項正確;該蛋白質(zhì)由3條肽鏈組成,其中有2條鏈狀肽鏈和1條環(huán)狀肽鏈,而每條鏈狀肽鏈至少含有1個游離的氨基,因此該蛋白質(zhì)分子至少含有2個游離的氨基,B項錯誤;核糖體合成后必須進行加工才能得到該蛋白質(zhì),C項錯誤;該蛋白質(zhì)的功能由蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定,蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與氨基酸的種類、數(shù)量、排列順序及肽鏈盤曲折疊的方式有關(guān),D項錯誤。
2.(2022湖北模擬)短桿菌肽S是從短桿芽孢桿菌中提取的環(huán)狀十肽類抗生素。短桿菌肽S主要破壞細胞膜,也破壞真核細胞的線粒體膜,因而它可以抑制其他微生物的生長繁殖。下列關(guān)于短桿菌肽S的敘述,正確的是(　　)A.短桿菌肽S的合成需要細胞質(zhì)基質(zhì)或者線粒體提供ATPB.合成1分子短桿菌肽S的過程需要消耗10分子水C.短桿菌肽S至少含有1個游離的氨基和1個游離的羧基D.短桿菌肽S可能改變膜的通透性,使胞內(nèi)物質(zhì)外溢而導(dǎo)致細胞死亡答案:D
解析:短桿芽孢桿菌屬于原核生物,其細胞內(nèi)沒有線粒體,A項錯誤;短桿菌肽S是環(huán)狀十肽類抗生素,合成1分子短桿菌肽S的脫水縮合過程中會產(chǎn)生10分子水,B項錯誤;短桿菌肽S是環(huán)狀十肽類抗生素,所以其主鏈上沒有游離的氨基和游離的羧基,C項錯誤;短桿菌肽S主要破壞細胞膜,也破壞真核細胞的線粒體膜,可能是其能改變膜的通透性,使胞內(nèi)物質(zhì)外溢而導(dǎo)致細胞死亡,D項正確。
考向2 利用“原子守恒”計算蛋白質(zhì)(多肽)中的原子數(shù)3.(2022廣州月考)如圖所示,一分子的胰島素原切去C肽(圖中箭頭表示切點)后,可轉(zhuǎn)變成由A、B兩條肽鏈構(gòu)成的有活性的胰島素(圖中數(shù)字表示氨基酸序號)。下列說法正確的是(　　)
A.胰島素分子具有50個肽鍵,合成它的過程中共脫去50分子水B.胰島素分子含有一個游離的氨基和一個游離的羧基C.胰島素與血紅蛋白的結(jié)構(gòu)區(qū)別僅僅在于氨基酸的種類、數(shù)量以及肽鏈的空間結(jié)構(gòu)不同D.切去C肽不需要破壞二硫鍵
答案:D解析:每個胰島素分子由51個氨基酸組成,其具有的肽鍵數(shù)=氨基酸數(shù)-肽鏈數(shù)=51-2=49(個),合成它的過程中共脫去水分子數(shù)=氨基酸數(shù)-肽鏈數(shù)=51-2=49(個),A項錯誤;胰島素分子含有兩條肽鏈,所以胰島素分子至少含有2個游離的氨基和2個游離的羧基,B項錯誤;胰島素與血紅蛋白的結(jié)構(gòu)區(qū)別在于氨基酸的種類、數(shù)量、排列順序以及肽鏈的空間結(jié)構(gòu)不同,C項錯誤;由題圖可知,C肽及C肽與A、B兩條肽鏈間均沒有二硫鍵,所以切去C肽不需要破壞二硫鍵,D項正確。
3 練高考·衍生訓(xùn)練
角度1 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能1.(2022湖南高考)洗滌劑中的堿性蛋白酶受到其他成分的影響而改變構(gòu)象,部分解折疊后可被正常堿性蛋白酶特異性識別并降解(自溶)失活。此外,加熱也能使堿性蛋白酶失活,如圖所示。下列敘述錯誤的是(　　)
A.堿性蛋白酶在一定條件下可發(fā)生自溶失活B.加熱導(dǎo)致堿性蛋白酶構(gòu)象改變是不可逆的C.添加酶穩(wěn)定劑可提高加堿性蛋白酶洗滌劑的去污效果D.添加堿性蛋白酶可降低洗滌劑使用量,減少環(huán)境污染
答案:B解析:堿性蛋白酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì),根據(jù)題干可知,當堿性蛋白酶受到其他成分的影響或在加熱等條件下部分解折疊后,可被正常堿性蛋白酶特異性識別并自溶失活,A項正確;根據(jù)題圖可知,加熱引起蛋白質(zhì)部分解折疊后,可以通過降溫恢復(fù)天然狀態(tài),說明堿性蛋白酶構(gòu)象的改變在一定情況下是可逆的,B項錯誤;添加酶穩(wěn)定劑可以減少堿性蛋白酶失活,可以提高洗滌劑的去污效果,C項正確;添加堿性蛋白酶能提高洗滌劑的去污能力,可以減少洗滌劑的用量,從而減少環(huán)境污染,D項正確。
角度衍生(1)[2021遼寧高考]葉綠體中存在催化ATP合成的蛋白質(zhì)。(　√　)(2)[2021遼寧高考]線粒體膜上存在運輸葡萄糖的蛋白質(zhì)。(　×　)(3)[2020全國高考Ⅰ卷]高溫可破壞病原體蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu),煮沸處理餐具可殺死病原體。(　√　)(4)[2018全國高考Ⅱ卷]蛋白質(zhì)結(jié)合Mg2+形成的血紅蛋白參與O2運輸。(　×　)
角度2 考查與蛋白質(zhì)有關(guān)的計算2.(2018江蘇高考)哺乳動物的催產(chǎn)素具有催產(chǎn)和排乳的作用,加壓素具有升高血壓和減少排尿的作用。兩者結(jié)構(gòu)簡式如圖,各氨基酸殘基用3個字母縮寫表示。下列敘述正確的是(　　)
A.兩種激素都是由八肽環(huán)和三肽側(cè)鏈構(gòu)成的多肽類化合物B.氨基酸之間脫水縮合形成的水分子中氫全部來自氨基C.肽鏈中游離氨基的數(shù)目與參與構(gòu)成肽鏈的氨基酸種類無關(guān)D.兩種激素間因2個氨基酸種類不同導(dǎo)致生理功能不同

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