第2章組成細胞的分子

考綱內容及能力要求考向定位1．蛋白質、核酸的結構和功能（簡述）Ⅱ2．糖類、脂類的種類和作用

Ⅱ3．水和無機鹽的作用Ⅰ4．觀察DNA和RNA在細胞中的分布Ⅰ5．檢測生物組織中還原糖、脂肪和蛋白質Ⅱ1．生物體的基本特征及相互關系2．生命系統的各個層次的相互關系3．使用高倍顯微鏡觀察比較不同細胞的異同點4．實驗設計遵循原理的應用及如何安排最佳實驗步驟第二節生命活動的主要承擔者——蛋白質基礎梳理

氨基酸的結構和種類基礎梳理1.結構：組成蛋白質的氨基酸結構特點：每個氨基酸至少有一個_________和一個__________，且連在同一個__________上，不同的氨基酸的_________不同。即通過_________判斷氨基酸的種類。2.種類：構成蛋白質的氨基酸有20種，20種氨基酸的不同之處是R基的不同。即20種氨基酸就有20種不同的________________________________________。其中有8種必需氨基酸，記憶口訣：甲攜來一本亮色書，分別是甲硫氨酸、纈氨酸、賴氨酸、異亮氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、色氨酸、蘇氨酸。R基氨基羧基碳原子R基R基

探究思考：多肽與蛋白質有何區別？蛋白質的空間結構在哪里形成？

答案：多肽多呈鏈狀結構，往往無生物活性而蛋白質具有一定的空間結構，有生物活性。蛋白質的空間結構是在內質網中形成的。易錯提示：1.蛋白質初步水解的產物是多肽，徹底水解的產物是氨基酸，氧化分解的終產物有CO2、H2O和尿素。2.必需氨基酸（essentialaminoacid）：人體（或其他脊椎動物）必不可少，而機體內又不能合成的，必須從食物中補充的氨基酸，稱必需氨基酸。對成人來說，這類氨基酸有8種，包括賴氨酸、甲硫氨酸（又叫蛋氨酸）、亮氨酸、異亮氨酸、蘇氨酸、纈氨酸、色氨酸和苯丙氨酸。對嬰兒來說，有9種，由于組氨酸也是必需氨基酸。

8種諧音記憶：兩（亮異亮）冊（色）書（蘇）本（苯丙）攜（纈）家（甲）來（賴）兒童9種（多出組氨酸）歸納整合

組成蛋白質的基本單位——氨基酸1.基本組成元素：C、H、O、N，有的還含有P、S等。2.結構通式（1）結構通式及不同表達形式RH2NHCOOHCH—NH2氨基NH

—C—OH—COOH羧基H

RH2NHCOOHC—C—OHH

HNH

—CRH（2）特點①氨基酸分子中至少有一個—NH2、一個—COOH，因為R基中可能有—NH2、—COOH；②都有一個—NH2和一個—COOH連在同一個碳原子上，否則不是構成生物體蛋白質的氨基酸；③根據氨基酸結構通式可解決肽鏈中所含氨基和羧基的數目問題，但一般限定于計算其最小值，因為R基所含的氨基和羧基數目一般不能確定。跟蹤訓練1.(2008年天津卷)下列關于蛋白質和氨基酸的敘述，正確的是（）A.具有生物催化作用的酶都是由氨基酸組成的B.高等動物能合成生命活動所需要的20種氨基酸C.細胞中氨基酸種類和數量相同的蛋白質是一種蛋白質D.在胚胎發育過程中，基因選擇性表達，細胞會產生新的蛋白質

解析：考查蛋白質的相關知識。構成蛋白質的基本單位是氨基酸，人體所必須的氨基酸共有20種，其中有8種是人體不能合成的，必須從食物中獲得，稱為必需氨基酸。酶的主要成分是蛋白質，還有少量的RNA。蛋白質具有多樣性，其原因是構成蛋白質的氨基酸種類、排列順序、數量以及肽鏈的空間結構不同。在細胞分化過程中，基因選擇性表達，形成不同的mRNA和不同的蛋白質。答案：D2.（2009年汕頭二模）同為組成生物體蛋白質的氨基酸，酪氨酸幾乎不溶于水，而精氨酸易溶于水，這種差異的產生，取決于（）A.兩者R基組成的不同B.兩者的結構完全不同C.酪氨酸的氨基多D.精氨酸的羧基多解析：氨基酸的通式基本是一致的，不同氨基酸其R基不同。答案：A蛋白質的結構和功能基礎梳理1.蛋白質分子是由許多氨基酸通過__________連接起來的高分子化合物。縮合反應方程式是：CH2N—RH—C—OH+H—NH—COHR—COOHCH2N—RH—C—NH—COHR—COOH+H2O肽鍵縮合反應在化學上稱為縮聚反應，在細胞內進行的場所是__________。2.蛋白質分子結構具有多樣性就決定了蛋白質分子具有多種重要的生理功能，蛋白質的功能主要有下列五點：（1）組成細胞的__________：如細胞膜中的蛋白質，染色體中的蛋白質；（2）__________功能：如細胞膜上的載體蛋白、運輸氧氣的血紅蛋白等；（3）__________功能：如催化各種生化反應的酶等；核糖體結構成分運輸催化（4）__________功能：如生長激素、胰島素等激素；（5）__________功能：如B淋巴細胞受到抗原刺激后產生的抗體是蛋白質，具有與特異性的抗原結合，從而達到清除抗原的目的。因此，一切生命活動都離不開蛋白質，蛋白質是生命活動的__________。主要承擔者調節免疫

探究思考：蛋白質的多樣性與生物多樣性有什么關系？

答案：生物多樣性包括遺傳物質的多樣性、物種多樣性和生態系統多樣性；遺傳物質的多樣性決定蛋白質的多樣性，蛋白質的多樣性決定物種的多樣性，物種的多樣性組成生態系統的多樣性。知識鏈接：

蛋白質多樣性與生物多樣性的關系生物多樣性遺傳物質多樣性決定蛋白質結構多樣性決定蛋白質功能多樣性決定生物種群多樣性組成生態系統多樣性易錯提示：1.肽鍵的正確寫法為“—NH—CO—”或“—CO—NH—”，而“CO—NH”是錯誤的。2.蛋白質結構多樣性的原因是氨基酸的種類、數目和排列次序的不同，空間結構千變萬化是肽鏈方面。歸納整合一、氨基酸縮合成蛋白質1.氨基酸經脫水縮合形成蛋白質。在脫水縮合過程中一個氨基酸的非R基上羧基和另一個氨基酸非R基上的氨基分別脫下—OH和—H結合形成H2O，同時形成一個肽鍵。2.肽鍵的不同表達形式—NH—CO—或—CO—NH—或—N——CHO

二、蛋白質的結構和功能及其多樣性1.蛋白質的分子結構(1)形成：氨基酸多肽（肽鏈）蛋白質(2)蛋白質與多肽的關系：每個蛋白質分子可以由1條肽鏈組成，也可由幾條肽鏈通過一定的化學鍵（肯定不是肽鍵）連接而成。但多肽只有折疊成特定的空間結構進而構成蛋白質時，才能執行特定的生理功能。脫水縮合折疊2.蛋白質的多樣性(1)蛋白質結構的多樣性①氨基酸的種類不同，構成的肽鏈不同————————○—○—○—○—○—○—②氨基酸的數目不同，構成的肽鏈不同———————————③氨基酸的排列次序不同，構成的肽鏈不同——○—○——○——○——○——○—④肽鏈的數目和空間結構不同，構成的蛋白質不同兩個蛋白質分子結構不同，則這兩個蛋白質不是同種蛋白質。但并不是以上這四點同時具備才能確定兩個蛋白質分子結構不同，而是只要具備以上其中的一點，這兩個蛋白質的分子結構就不同了。(2)蛋白質功能的多樣性蛋白質結構的多樣性決定了蛋白質功能的多樣性。蛋白質據功能分為結構蛋白和功能蛋白兩大類，前者如人和動物的肌肉，后者如具有催化作用的絕大多數酶、具有免疫功能的抗體等。

肽鍵數目脫去水分子數多肽鏈相對分子質量氨基數目羥基數目一條肽鏈m-1m-1am-18(m-1)至少1個至少1個N條肽鏈m-nm-nam-18(m-n)至少n個至少n個三、關于蛋白質形成過程的有關計算1.蛋白質分子量的計算必記公式：肽鍵數＝脫水縮合產生的水分子數蛋白質的相對分子質量＝氨基酸相對分子質量的總和－失去的水分子的相對分子質量的總和如果氨基酸平均分子量為a，氨基酸數目為m,即相關計算公式：（1）脫水數=肽鍵數=氨基酸數—肽鏈數（2）氨基數=肽鏈數+R基上的氨基數=各氨基酸中氨基的總數—肽鍵數（3）羧基數=肽鏈數+R基上的羧基數=各氨基酸中羧基的總數—肽鍵數（4）N原子數=肽鍵數+肽鏈數+R基上的N原子數=各氨基酸中N原子的總數（5）O原子數=肽鍵數+2×肽鏈數+R基上的O原子數=各氨基酸中O原子的總數—脫水數（6）H原子數=各氨基酸中H原子的總數—2×脫水數一個氨基酸中的各原子的數目計算：C原子數＝R基團中的C原子數＋2，H原子數＝R基團中的H原子數＋4，O原子數＝R基團中的O原子數＋2，N原子數＝R基團中的N原子數＋12.氨基酸與相應DNA及RNA片段中堿基數目之間的關系注：（1）對真核生物而言，上式中的DNA片段相當于基因結構中的外顯子。（2）蛋白質相對分子質量的計算中若通過圖示或其他形式告知蛋白質中有二硫鍵形成時，要考慮脫去氫的質量。氨基酸數mRNA核糖核苷酸數DNA脫氧核苷酸數m3m6m3、物質進出細胞所通過的膜的層數或磷脂雙分子層數活細胞代謝時需不斷的與外界環境進行物質交換，即從外界環境獲得氧氣和營養物質，同時，把自身代謝產生的二氧化碳、水等代謝終產物和對細胞有害物質派出體外。細胞代謝是在專門細胞器或細胞質基質中進行的，從結構上看，內質網、高爾基體、液泡膜、線粒體、葉綠體都是由膜結構構成的。前三者為單層膜，后二者是雙層膜。每層膜都與細胞膜一樣的，都含有兩層磷脂分子。因此，計算某物質代謝中進入細胞所通過的膜的層數或磷脂雙分子層數，一定要弄清物質在體內的運行路線，結合各部分結構和相應功能便可作答。注意物質進入毛細血管，穿過毛細血管壁和氧氣或二氧化碳穿過肺泡壁時都要經過兩層細胞膜。氨基酸脫水縮合形成多肽過程中規律總結氨基酸數肽鍵數脫去水分子數氨基酸平均相對分子量蛋白質相對分子量DNA中堿基數mRNA中堿基數氨基數目羧基數目一條肽鏈nn-1n-1aan-18(n-1)至少6n至少3n至少1個至少1個m條肽鏈nn-mn-maan-18(n-m)至少6n至少3n至少m個至少m個四、蛋白質的常見種類、激素與蛋白質1.生物體內蛋白質的常見種類有：酶——如各種消化酶；某些激素也是蛋白質——如胰島素、生長激素和促激素；抗體——免疫球蛋白；載體——生物膜進行主動運輸的工具；受體——如突觸后膜上接受神經遞質刺激的物質等。2.激素與蛋白質（1）生物體內的激素多數屬于蛋白質類激素，但也有不屬于此類的，按其化學本質分類如下：蛋白質類（含多肽類）：胰島素、生長激素、促激素、抗利尿激素、胰高血糖素等；氨基酸類：甲狀腺激素、腎上腺素等；類固醇類：性激素、醛固酮等；其他：生長素（吲哚乙酸）、乙烯等。（2）蛋白質的主要理化性質①酸堿兩性（分子內存在－NH2和－COOH）；②鹽析（可以從濃的無機鹽溶液中沉淀出來）加輕金屬鹽析出的蛋白質仍能溶于水，并不影響蛋白質的性質；③變性和凝固（一定的理化因素，如過酸過堿等，使其變性凝固）；在酸、堿、重金屬鹽、酒精、甲醛、苯酚、紫外光照射、加熱等作用下，蛋白質性質發生改變而凝結析出。④水解反應（在酸、堿或酶的作用下最終生成氨基酸）；蛋白質在酸、堿或酶作用下水解，最終產物為氨基酸（天然蛋白質水解產物全部是ɑ—氨基酸）⑤顯色反應（如蛋白質與硝酸作用顯黃色）。蛋白質與許多試劑可發生顏色反應如分子中含有苯環的蛋白質遇濃硝酸呈黃色。⑥溶于水時形成蛋白質溶液具有膠體性質⑦灼燒時產生燒焦羽毛的氣體跟蹤訓練1.（2009年天津卷）下列過程中，涉及肽鍵數量變化的是（）A.洋蔥根尖細胞染色體的復制B.用纖維素酶處理植物細胞C.小腸上皮細胞吸收氨基酸D.蛋清中加入NaCl使蛋白質析出

解析：洋蔥根尖細胞染色體復制過程中發生蛋白質的合成，涉及肽鍵數量的變化；用纖維素酶處理植物細胞，只是使細胞壁中的纖維素水解；小腸上皮細胞吸收氨基酸是一個主動運輸的過程，不發生蛋白質的合成；蛋清中加入NaCl是使蛋白質析出，不發生蛋白質的合成。答案：A2.（2009年福建卷）下列關于組成細胞化合物的敘述，不正確的是（）A.蛋白質肽鏈的盤曲和折疊被解開時，其特定功能并未發生改變B.RNA與DNA的分子結構相似，由四種核苷酸組成，可以儲存遺傳信息C.DNA分子堿基的特定排列順序，構成了DNA分子的特異性D.膽固醇是構成細胞膜的重要成分，在人體內參與血液中脂質的運輸

解析：肽鏈的盤曲和折疊構成具有一定空間結構的蛋白質，不同結構的蛋白質，具有不同的功能，因此蛋白質肽鏈的盤曲和折疊被解開時，其功能肯定發生改變；RNA與DNA的分子結構相似，由四種核糖核苷酸組成，可以儲存遺傳信息；DNA分子堿基的特定排列順序，構成了DNA分子的特異性；膽固醇是構成細胞膜的重要成分，在人體內參與血液中脂質的運輸。答案：A熱點聚焦

蛋白質的有關計算

（2009年上海卷）某蛋白質由m條肽鏈、n個氨基酸組成。該蛋白質至少有氧原子的個數是（）A.n-mB.n-2mC.n+mD.n+2m

解析：每條肽鏈主鏈上的氧原子數比氨基酸多一個。由氨基酸的結構通式可知一個氨基酸至少有兩個O，形成蛋白質縮合過程中要脫掉水，故該蛋白質至少有氧原子的個數為2n-(n-m)=n+m。答案：C

名師點睛：氨基酸縮合成多肽時，涉及到一些有機化學知識，掌握起來有一定的難度，應先了解幾個問題：第一，一個碳原子可與其他的非金屬元素形成四個共價鍵，一個氮原子可與其他的非金屬元素形成三個共價鍵。第二，掌握氨基、羧基及肽鍵的寫法，特別是肽鍵的寫法（—NH—CO—）。第三，掌握氨基酸的通式，能夠找出R基團。第四，氨基酸縮合成一條多肽鏈時，形成肽鍵的數目總比氨基酸的數目少一個。失去的水分子數也比氨基酸的數目少一個。第五，有些氨基酸的R基團上也有氨基或羧基，分析時不能漏掉。熱點訓練（2009年韶關二模）有一多肽，分子式為C55H70O19N10，將它徹底水解后，得到下列四種氨基酸：谷氨酸（C5H9NO4）、甘氨酸（C2H5NO2）、丙氨酸（C3H7NO2）、苯丙氨酸（C9H11NO2）。控制該多肽形成的基因中至少含有堿基對（）A.10B.30C.60D.無法確定解析：從四種氨基酸：谷氨酸（C5H9NO4）、甘氨酸（C2H5NO2）、丙氨酸（C3H7NO2）、苯丙氨酸（C9H11NO2）可知，各個氨基酸只含有一個N，可以推斷N只存于氨基，R基沒有。因此分子式為C55H70O19N10的多肽中10個N均來自氨基，故此多肽是由10個氨基酸通過脫水縮合反應而來。控制該多肽形成的基因中至少含有堿基對為10×6/2=30。答案：B組成元素C、H、O、N（P、S）導致氨基酸種類：20種必需氨基酸：8種非必需氨基酸：12種通式：特點：至少有一個－NH2和一個－COOH

連在同一個C原子上脫水縮合多肽組成蛋白質的氨基酸不同氨基酸的數目不同氨基酸排列順序不同多肽的空間結構不同折疊盤旋蛋白質結構多樣性功能多樣性構成生物體，如結構蛋白運輸作用，如血紅蛋白催化作用，如酶調節作用，如胰島素免疫作用，如抗體導致導致課時作業

1.（2009年茂名一模）下圖表示有關蛋白質分子的簡要概念圖，下列對圖示分析正確的是（）A．A中肯定含有S元素B．①過程發生所需模板和運輸B的工具都是RNAC．多肽中B的數目等于C的數目D．蛋白質結構和功能的多樣性是細胞多樣性的根本原因

解析：蛋白質的必有組成元素為C、H、O、N，只有個別氨基酸才含有S、Fe等元素，故A錯誤；①過程為翻譯，需要mRNA為模板，B為氨基酸，轉運B的是轉運RNA,故B正確；肽鍵數=氨基酸數-肽鏈數，故C錯誤；根本原因是遺傳物質(基因)的多樣性，故D錯誤。答案：B2.（2009年成都模擬）已知天冬酰胺的R基為（－C2H4ON），現有分子式為C63H103O45N17S2的多肽，其中含有2個天冬酰胺。在上述多肽中肽鍵最多有（）A．17個B．16個C．15個D．14個

解析：減去Ｒ基中的兩個Ｎ原子，剩下的15個N原子最多可以分在15個氨基酸中，而15個氨基酸在結合成一條肽鏈的情況下形成的肽鍵最多，共14個。答案：D3.（2009年深圳一模）蛋白質具有而糖類不具有的功能是（

）A．調節細胞代謝B．構成細胞膜C．構成遺傳物質D．主要能源物質解析：細胞膜(磷脂、蛋白質、少量的糖類

),遺傳物質（核酸中含有核糖或脫氧核糖）,主要能源物質(糖類)，蛋白質可以作為某些激素調節細胞代謝，而糖（參與細胞代謝）不具有此功能。答案：A4.下列哪項不是蛋白質在人體內的主要生理功能（）A．調節作用B．免疫作用C．運輸作用D．遺傳作用胞內蛋白質含量高