資源簡介

第1單元 走近細胞及組成細胞的分子
第3課　蛋白質和核酸
[復習目標]　1.通過對蛋白質、核酸功能的理解，認同蛋白質是生命活動的主要承擔者，核酸是遺傳信息的攜帶者。(生命觀念)　2.通過對氨基酸結構、蛋白質結構及其多樣性和DNA、RNA結構和功能的分析，培養分析和處理信息的能力。(科學思維)　3.結合蛋白質、核酸的結構及其功能，評價市場上蛋白質制品、核酸制品的營養價值。(社會責任)
考點一　蛋白質的結構和功能
1．蛋白質的功能
蛋白質是生命活動的主要承擔者。
2．蛋白質的基本組成單位——氨基酸
3．蛋白質的結構
4．蛋白質分子結構多樣性的原因
(1)氨基酸：種類不同；數目成千上萬；排列順序千變萬化。
(2)肽鏈的盤曲、折疊方式及其形成的空間結構千差萬別。
[教材深挖]
(1)(必修1 P30正文，拓展)蛋白質分子中，不同氨基酸之間可能通過哪些化學鍵相連接？請舉例說明。
提示：一條肽鏈中相鄰氨基酸通過肽鍵相連接，不同肽鏈之間的氨基酸可通過氫鍵或二硫鍵相連接。
(2)(必修1 P32與社會的聯系)熟雞蛋更容易消化的原因是高溫使蛋白質分子的空間結構變得伸展、松散，容易被蛋白酶水解。
(3)(必修1 P32與社會的聯系)蛋白質變性后能(填“能”或“不能”)用雙縮脲試劑檢測，理由是蛋白質變性后空間結構改變，但沒有破壞氨基酸之間的肽鍵。
[易錯辨析]
1．細胞核中的遺傳信息，往往要表達成蛋白質才能起作用。(√)
2．二肽是由兩個氨基酸分子脫水縮合形成的化合物，含有2個肽鍵。(×)
3．組成蛋白質的氨基酸之間可按不同的方式脫水縮合。(×)
4．由于氨基酸之間能夠形成氫鍵等，這些氫鍵使得肽鏈能盤曲、折疊。(√)
5．如果氨基酸序列改變或蛋白質的空間結構改變，就可能會影響其功能。(√)
6．引起囊性纖維化、阿爾茨海默病、帕金森病的蛋白質發生改變的直接原因是細胞內肽鏈氨基酸順序發生了改變。(×)
1．蛋白質的鹽析、變性和水解辨析
(1)鹽析：是由溶解度的變化引起的，蛋白質的空間結構沒有發生變化。
(2)變性：是由高溫、過酸、過堿、重金屬鹽、酒精、紫外線及X 射線照射、超聲波等因素導致的，蛋白質的空間結構發生了不可逆的變化，肽鏈變得松散，蛋白質喪失了生物活性，但是肽鍵一般不斷裂。
(3)水解：在蛋白酶作用下，肽鍵斷裂，蛋白質分解為短肽進而徹底水解為氨基酸。
2．利用蛋白質的結構圖解理解有關蛋白質結構的計算規律
結合示意圖可得出如下規律(假設氨基酸的平均相對分子質量為a，由n個氨基酸分別形成1條肽鏈或m條肽鏈時)：
形成肽鏈數 形成肽鍵數 脫去水分子數 蛋白質相對分子質量
1 n－1 n－1 na－18(n－1)
m n－m n－m na－18(n－m)
提醒：①若為環狀多肽，則可將公式中的肽鏈數視為零，再進行相關計算。
環狀多肽中氨基或羧基數目取決于構成環狀多肽氨基酸R基中的氨基和羧基的數目，由圖示可知：肽鍵數＝脫去水分子數＝氨基酸數。
②在計算蛋白質相對分子質量時，還要考慮是否存在特殊的變化，如二硫鍵(－S－S－)的形成，每形成一個二硫鍵，脫去2個H，相對分子質量減少2。
命題點1　圍繞組成蛋白質的氨基酸考查復雜情境信息的問題解決能力
1．(2022·湖北卷)氨基酸在人體內分解代謝時，可以通過脫去羧基生成CO2和含有氨基的有機物(有機胺)，有些有機胺能引起較強的生理效應。組氨酸脫去羧基后的產物組胺，可舒張血管；酪氨酸脫去羧基后的產物酪胺，可收縮血管；天冬氨酸脫去羧基后的產物β－丙氨酸是輔酶A的成分之一。下列敘述正確的是(　　)
A．人體內氨基酸的主要分解代謝途徑是脫去羧基生成有機胺
B．有的氨基酸脫去羧基后的產物可作為生物合成的原料
C．組胺分泌過多可導致血壓上升
D．酪胺分泌過多可導致血壓下降
解析：選B。人體內氨基酸的主要分解代謝途徑是經過脫氨基作用，含氮部分轉化成尿素，不含氮部分氧化分解產生二氧化碳和水，A錯誤；有的氨基酸脫去羧基后的產物可作為生物合成的原料，如天冬氨酸脫去羧基后的產物β－丙氨酸是輔酶A的成分之一，B正確；組胺可舒張血管，組胺分泌過多可導致血壓下降，C錯誤；酪胺可收縮血管，酪胺分泌過多可導致血壓上升，D錯誤。
命題點2　圍繞蛋白質的結構和功能考查生命觀念及科學探究
2．(2022·湖南卷)膠原蛋白是細胞外基質的主要成分之一，其非必需氨基酸含量比蛋清蛋白高。下列敘述正確的是(　　)
A．膠原蛋白的氮元素主要存在于氨基中
B．皮膚表面涂抹的膠原蛋白可被直接吸收
C．膠原蛋白的形成與內質網和高爾基體有關
D．膠原蛋白比蛋清蛋白的營養價值高
解析：選C。蛋白質的氮元素主要存在于肽鍵中，A錯誤；膠原蛋白為生物大分子物質，涂抹于皮膚表面不能被直接吸收，B錯誤；內質網是蛋白質的合成、加工場所和運輸通道，高爾基體主要是對來自內質網的蛋白質進行加工、分類和包裝，膠原蛋白的形成與核糖體、內質網、高爾基體有關，C正確；由題意可知，膠原蛋白非必需氨基酸含量比蛋清蛋白高，而人體需要從食物中獲取必需氨基酸，因此并不能說明膠原蛋白比蛋清蛋白的營養價值高，D錯誤。
3．(2023·北京海淀模擬)為分析細胞中肽鏈合成過程中肽鏈的延伸方向，研究人員用含3H的亮氨酸標記合成中的蛋白質(氨基酸序列已知)。適宜時間后從細胞中分離出合成完成的此蛋白質的肽鏈，用蛋白酶處理肽鏈，獲得6 種肽段，檢測不同肽段3H的相對摻入量(肽段的放射性強度占這一肽段所有亮氨酸均被標記后的放射強度的百分比)。用3H的相對摻入量對N端至C端排序的肽段作圖，結果如圖所示。關于此實驗分析不正確的是(　　)
A．3H標記的亮氨酸會同時摻入多條正在合成的肽鏈中
B．亮氨酸在肽鏈中分布不均，故不能直接比較各肽段的放射性強度
C．帶3H標記的完整肽鏈被蛋白酶處理后得到的六個肽段可能不都具有放射性
D．離N端近的肽段上3H相對摻入量低，可推測肽鏈合成從C端開始
解析：選D。縱軸表示3H的相對含量，由圖可知，3H標記的亮氨酸同時摻入多條正在合成的肽鏈中，A正確；由圖可知，3H的相對摻入量亮氨酸在肽鏈中分布不均，故不能直接比較各肽段的放射性強度，B正確；由于六個肽段的3H的相對摻入量沒有達到100%，故帶3H標記的完整肽鏈被蛋白酶處理后得到的六個肽段可能不都具有放射性，C正確；由圖可知，N端比C端的肽段上3H相對摻入量更少，可推測肽鏈合成從N端開始，D錯誤。
命題點3　圍繞蛋白質結構的相關計算考查科學思維
4．我國合成了一種具有鎮痛作用而又不會像嗎啡那樣使病人上癮的藥物腦啡肽(圖甲)，它的結構簡式如下。下列說法錯誤的是(　　)
甲
乙
A．圖甲化合物叫五肽，該化合物完全水解可形成4種氨基酸
B．某條多肽鏈的相對分子質量為2778，若氨基酸的平均相對分子質量為110，組成該多肽的氨基酸數是30個
C．圖乙中，三十九肽被水解后肽鍵數量減少8個，這些肽鏈和三十九肽相比，氨基一定增加3個
D．若乙蛋白質是抗體，說明蛋白質具有免疫功能；若為激素，說明蛋白質具有調節功能
解析：選C。圖甲所示化合物含有5個、4種氨基酸，叫五肽，完全水解可形成4種氨基酸，A正確。設組成該多肽的氨基酸數為x，則110x－(x－1)×18＝2778，求得x等于30，B正確。由題意可知，被除去氨基酸的位置是8、18、27、39位，因此去掉4個氨基酸得到4條長短不等的多肽需要水解7個肽鍵，即肽鍵數減少7個；三十九肽至少含有1個游離的氨基和1個游離的羧基，四條短肽至少含有4個游離的氨基和4個游離的羧基，氨基和羧基數可能增加3個，C錯誤。蛋白質有多種功能，當它是抗體時，能與抗原結合發揮免疫功能；當它是激素時，能與靶細胞結合發揮調節功能，D正確。
5．有一條由12個氨基酸組成，分子式為CXHYOWNZS(Z＞12，W＞13)的多肽，這條多肽鏈經過水解后的產物中有5種氨基酸：半胱氨酸(C3H7O2NS)、丙氨酸(C3H7O2N)、天冬氨酸(C4H7O4N)、賴氨酸(C6H14O2N2)、苯丙氨酸(C9H11O2N)。水解產物中天冬氨酸的數目是(　　)
A．(Y＋12)個　 B．(Z＋12)個
C．(W－13)個 D．(W－13)/2個
解析：選D。由題意可知，天冬氨酸(C4H7O4N)中含有2個羧基，4個氧原子，設該化合物中天冬氨酸(C4H7O4N)的個數是x個，根據題干信息可知脫去12－1＝11個水，根據氧原子守恒，2×(12－x)＋4x－11＝W，解得：x＝(W－13)/2，D符合題意。
[技法提煉]　利用原子守恒法計算肽鏈中的原子數
在一個氨基酸中，若不考慮R基，則含有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、氧原子，但是碳原子、氮原子的數目不會減少。其相關數量關系如下：
①碳原子數＝氨基酸的分子數×2＋R基上的碳原子數。
②氫原子數＝各氨基酸中氫原子的總數－脫去的水分子數×2。
③氧原子數＝各氨基酸中氧原子的總數－脫去的水分子數。
④氮原子數＝肽鏈數＋肽鍵數＋R基上的氮原子數＝各氨基酸中氮原子的總數。
⑤由于R基上的碳原子數不好確定，且氫原子數較多，因此以氮原子數或氧原子數的計算為突破口，計算氨基酸的分子式或氨基酸個數最為簡便。
⑥若已知多肽鏈的分子式，則此多肽鏈中：
a．含2個氨基的氨基酸數＝N原子數－肽鍵數－1。
b．含2個羧基的氨基酸數＝。
考點二　核酸的結構和功能
1．核酸的結構層次
2．DNA和RNA的組成成分比較
(1)相同成分：含氮堿基A、G、C和磷酸。
(2)不同成分
3．核酸分子的多樣性和特異性
(1)多樣性：組成DNA分子的脫氧核苷酸雖然只有4種，但如果數量不限，在連成長鏈時，排列順序是極其多樣的，所以DNA分子具有多樣性。
(2)特異性：每個DNA分子的4種脫氧核苷酸的比例和排列順序是特定的，其代表了特定的遺傳信息。
4．核酸的功能與分布
[教材深挖]
(必修1 P36拓展應用)核酸保健品不會真的保健，其原因是核酸在消化道內被徹底消化后才能被吸收，且構成人體核酸的原料一般是不缺乏的。
5．生物大分子以碳鏈為骨架
[教材深挖]
(必修1 P38復習與提高)多糖和核酸都是由許多單體組成的多聚體，試從組成二者單體種類的角度分析核酸是遺傳信息的攜帶者，而多糖不是的原因：構成多糖的基本單位是葡萄糖，無論多少個葡萄糖構成多糖，它的順序沒有什么變化。而核酸是由核苷酸連接而成的長鏈，核酸分子中4種脫氧核苷酸(或核糖核苷酸)在數量、排列順序上就會千差萬別，從而能夠承擔起攜帶遺傳信息的功能。
[易錯辨析]
1．DNA分子一條鏈中的兩個相鄰堿基通過“—磷酸—脫氧核糖—磷酸—”相連。(×)
2．核苷酸是生物體內攜帶遺傳信息的物質，核苷酸種類不同取決于堿基的不同。(×)
3．DNA是真核生物儲存、傳遞遺傳信息的生物大分子，原核生物和病毒的遺傳信息儲存在RNA中。(×)
4．碳原子與碳原子或其他原子通過共價鍵連接形成穩定的結構。(√)
5．脂肪是生物大分子，其單體是甘油和脂肪酸。(×)
1．歸納核酸的功能
2．有機分子的“水解”和“氧化分解”的區別
物質 初步水解產物 徹底水解產物 氧化分解產物
由水解酶參與 由呼吸酶參與
淀粉 麥芽糖 葡萄糖(單體) CO2＋H2O
脂肪 甘油＋脂肪酸 甘油＋脂肪酸 CO2＋H2O
蛋白質 多肽 氨基酸(單體) CO2＋H2O＋尿素
核酸 核苷酸(單體) 磷酸＋五碳糖＋堿基 尿酸等
命題點1　圍繞核酸的結構與功能考查生命觀念
1．下列有關核酸的敘述中，正確的是(　　)
①人體中含A、C、T這3種堿基的核苷酸共有5種　②DNA分布在細胞核內，RNA分布在細胞質中　③老鼠細胞質中的遺傳物質是RNA　④把DNA的一條單鏈中的T換成U就是一條RNA鏈了　⑤原核細胞中既有DNA，又有RNA　⑥鑒定物種可以選擇DNA、RNA、核苷酸
A．①⑤　　　　　　B．①②④⑤
C．①②⑤⑥ D．①②③⑤
解析：選A。人體中含A、C、T堿基的核苷酸有5種，①正確；DNA主要分布在細胞核內，RNA主要分布在細胞質中，②錯誤；老鼠細胞質中的核酸有DNA和RNA，遺傳物質是DNA，③錯誤；DNA鏈與RNA鏈的區別不僅有堿基種類不同，五碳糖也不同，④錯誤；原核細胞中既有DNA，又有RNA，⑤正確；應選擇具有特異性的物質進行物種鑒定，如DNA、RNA等，但不能選擇核苷酸，不同生物的核苷酸相同，⑥錯誤，綜上所述，A正確。
2．(2022·石家莊模擬)下圖中甲是組成乙或丙的基本單位(單體)。下列相關敘述不正確的是(　　)
　　　甲　　　　　　乙　　　　丙　
A．如果甲中的m是U，則甲一定是丙的基本單位
B．如果甲中的m是G，則甲一定是乙的基本單位
C．如果甲中的a是脫氧核糖，則甲物質聚合成的大分子物質可以分布于線粒體和葉綠體中
D．如果甲中的a是核糖，則甲物質聚合成的大分子物質可以分布于細胞核和細胞質中
解析：選B。甲是核苷酸，是乙和丙的基本單位，乙是DNA，丙是tRNA。如果甲中的m是G，則甲可能是脫氧核苷酸，也可能是核糖核苷酸，是DNA或RNA的基本單位，B錯誤。
[技法提煉]　判斷DNA和RNA的三種方法
命題點2　圍繞核酸與蛋白質間的內在關系考查生命觀念
3．圖中甲、乙、丙表示生物大分子，①②③表示生理過程。下列分析錯誤的是(　　)
A．a、b、c共有的元素為C、H、O、N
B．a與b的區別只是含有的五碳糖不同
C．通過②③過程核酸控制蛋白質的合成
D．同一生物不同細胞中的丙有差異
解析：選B。根據圖示可判斷，甲代表DNA，乙代表RNA，丙代表蛋白質，①代表DNA的復制，②代表轉錄，③代表翻譯，單體a、b、c分別代表脫氧核苷酸、核糖核苷酸、氨基酸。核酸的組成元素是C、H、O、N、P，氨基酸的主要組成元素是C、H、O、N，A正確；a與b的區別除了五碳糖不同，堿基種類上也有差別，B錯誤；通過轉錄和翻譯可合成蛋白質，進而控制生物性狀，C正確；由于基因的選擇性表達，同一生物不同細胞中合成的蛋白質有差異，D正確。
4．(2022·河北秦皇島期末)核酸通常與蛋白質結合以“核酸—蛋白質”復合體的形式存在。以下敘述錯誤的是(　　)
A．T2噬菌體、HIV和煙草花葉病毒都可以看作是“核酸—蛋白質”復合體
B．紫外線、酒精消殺病毒時，分別破壞復合體中的核酸和蛋白質
C．原核細胞中的“核酸—蛋白質”復合體就是“核糖體RNA—蛋白質”復合體
D．真核細胞內遺傳信息傳遞過程中，可出現核酸與相應的酶形成的復合體
解析：選C。T2噬菌體是由DNA和蛋白質構成的、HIV和煙草花葉病毒是由RNA和蛋白質構成的，都可以看作是“核酸—蛋白質”復合體，A正確；紫外線、酒精消殺病毒時，能破壞大分子的空間結構，即分別破壞復合體中的核酸和蛋白質，B正確；原核細胞中的“核酸—蛋白質”復合體不僅僅是“核糖體RNA—蛋白質”復合體，如DNA復制時，DNA聚合酶與DNA結合形成“DNA—蛋白質”復合體，C錯誤；真核細胞內遺傳信息傳遞過程中，可出現DNA聚合酶與DNA結合形成“DNA—蛋白質”復合體等，D正確。
[歸納總結]　常見核酸蛋白質復合體
命題點3　細胞中有機物的推斷
5．(2022·沈陽市模擬)根據元素的組成可以推斷細胞中化合物的種類，觀察如圖，有關分析正確的是(　　)
A．若a中還含有S元素，其可能是氨基酸，人體細胞中的氨基酸都必需從食物中獲得的
B．若b是植物細胞中的一種多糖，則它一定是能源物質
C．若c能攜帶遺傳信息，則其一定為DNA
D．若c為脂質，它存在于所有活細胞中
解析：選D。人體細胞中的必需氨基酸必須從食物中獲得，而非必需氨基酸能在體內合成，A錯誤；若b是植物細胞中的一種多糖，其可能為纖維素或淀粉，但纖維素不是能源物質，B錯誤；若c能攜帶遺傳信息，其可能是DNA或者RNA，C錯誤；細胞膜的成分主要是磷脂和蛋白質，若c為脂質，組成元素為C、H、O、N、P，則為磷脂，活細胞都有細胞膜，因此它一定存在于所有活細胞中，D正確。
6．生命科學研究中常用“建模”的方法表示微觀物質的結構，圖中甲、乙、丙分別表示植物細胞中常見的三種大分子有機物，每種有機物都有其特定的基本組成單位。則與圖中甲、乙、丙對應完全吻合的是哪一組(　　)
A．DNA、RNA、纖維素
B．多肽、RNA、淀粉
C．DNA、蛋白質、糖原
D．核酸、多肽、糖原
解析：選B。根據圖示，甲的基本組成單位有7種，乙的基本組成單位有4種，丙的基本組成單位只有1種。對比蛋白質、DNA或RNA、多糖的基本組成單位的種類可知，甲是多肽，乙是DNA或RNA，丙是多糖。由于甲、乙、丙三種物質來自植物細胞，所以丙是纖維素或淀粉，結合選項內容，A、C、D錯誤，B正確。
[方法技巧]　組成細胞有機分子的判斷
（1）根據元素組成確定化合物的名稱
(2)根據化合物的組成單位確定化合物的名稱
圖1　－○－○－○－○－○－○－○－○－○－○－
圖2　－△－□－△－◇－◇－○－△－□－◇－△－
①圖1表示由相同單體構成的生物大分子，可表示淀粉、纖維素和糖原，都是由葡萄糖構成的。
②圖2表示由不同單體構成的生物大分子，可表示核酸和多肽的結構組成。
[真題演練]
1．(2022·浙江1月選考)膜蛋白的種類和功能復雜多樣，下列敘述正確的是(　　)
A．質膜內、外側的蛋白質呈對稱分布
B．溫度變化會影響膜蛋白的運動速度
C．葉綠體內膜上存在與水分解有關的酶
D．神經元質膜上存在與K＋、Na＋主動轉運有關的通道蛋白
解析：選B。蛋白質分子以不同的方式鑲嵌在磷脂雙分子層中，在膜內外兩側分布不對稱，A錯誤；由于蛋白質分子和磷脂分子是可以運動的，因此生物膜具有一定的流動性，溫度可以影響生物膜的流動性，所以溫度變化會影響膜蛋白的運動速度，B正確；水的分解是在葉綠體類囊體薄膜上，C錯誤；神經元質膜上存在與K＋、Na＋主動轉運有關的載體蛋白，而通道蛋白參與的是協助擴散的物質跨膜運輸方式，D錯誤。
2．(2021·遼寧卷)蛋白質是生命活動的主要承擔者。下列有關敘述錯誤的是(　　)
A．葉綠體中存在催化ATP合成的蛋白質
B．胰島B細胞能分泌調節血糖的蛋白質
C．唾液腺細胞能分泌水解淀粉的蛋白質
D．線粒體膜上存在運輸葡萄糖的蛋白質
解析：選D。葉綠體類囊體薄膜是進行光合作用的場所，能合成ATP，則存在催化ATP合成的酶，其本質是蛋白質，A正確；胰島B細胞能分泌胰島素，降低血糖，胰島素的化學本質是蛋白質，B正確；唾液腺細胞能分泌唾液淀粉酶，唾液淀粉酶屬于分泌蛋白，能水解淀粉，C正確；葡萄糖分解的場所在細胞質基質，線粒體膜上不存在運輸葡萄糖的蛋白質，D錯誤。
3．(2021·海南卷)研究發現，人體內某種酶的主要作用是切割、分解細胞膜上的“廢物蛋白”。下列有關敘述錯誤的是(　　)
A．該酶的空間結構由氨基酸的種類決定
B．該酶的合成需要mRNA、tRNA和rRNA參與
C．“廢物蛋白”被該酶切割過程中發生肽鍵斷裂
D．“廢物蛋白”分解產生的氨基酸可被重新利用
解析：選A。根據題意可知：該酶的化學本質為蛋白質，蛋白質空間結構具有多樣性的原因是氨基酸的種類、數目、排列順序和肽鏈盤曲折疊形成的空間結構不同造成的，A錯誤；該酶的化學本質為蛋白質，因此該酶的合成需要mRNA、tRNA和rRNA參與，B正確；“廢物蛋白”被該酶切割的過程中會發生分解，肽鍵斷裂，C正確；氨基酸是蛋白質的基本單位，因此“廢物蛋白”分解產生的氨基酸可被重新利用，D正確。
4．(2021·江蘇卷)核酸和蛋白質都是重要的生物大分子，下列相關敘述錯誤的是(　　)
A．組成元素都有C、H、O、N
B．細胞內合成新的分子時都需要模板
C．在細胞質和細胞核中都有分布
D．高溫變性后降溫都能緩慢復性
解析：選D。核酸的組成元素為C、H、O、N、P，蛋白質的組成元素為C、H、O、N，故組成元素都有C、H、O、N，A正確；核酸和蛋白質的合成都需要模板，合成DNA以DNA分子的兩條鏈為模板，合成RNA以DNA的一條鏈為模板，合成蛋白質以mRNA為模板，B正確；核酸和蛋白質在細胞質和細胞核中都有分布，DNA主要分布在細胞核中，RNA主要分布在細胞質中，C正確；DNA經高溫變性后降溫能緩慢復性，蛋白質經高溫變性后，降溫不能復性，D錯誤。
[長句特訓]
阿爾茨海默病是一種多發于老年人群的神經系統退行性疾病，可導致老年性癡呆。此病的重要病理特征之一是β淀粉樣蛋白(Aβ)在大腦聚集沉積形成斑塊。
圖1
設問形式1　事實判斷類命題
(1)Aβ由淀粉樣前體蛋白(一種膜蛋白)水解形成，如圖1所示。由圖1可知，淀粉樣前體蛋白先后經過______________的催化作用，切斷氨基酸之間的__________(化學鍵)而形成Aβ，每經此過程生成1分子Aβ需要__________分子水。
設問形式2　原因解釋類命題
(2)Aβ的空間結構如圖2。許多證據表明，Aβ在健康人的大腦中有營養神經的作用。但在遺傳因素和環境因素的共同作用下，Aβ產生量過多，可形成不同的Aβ聚集體(圖3為含12個Aβ的聚集體)，產生神經毒性并最終使患者出現認知功能障礙和記憶衰退的癥狀。
圖2　　　　　圖3
用結構與功能相適應的觀點對上述現象進行解釋：_____________________。
設問形式3　開放思維類命題
(3)綜上所述，請你提出治療阿爾茨海默病的一種思路。_________________________。
解析：(1)由圖1可知，淀粉樣前體蛋白先后經過β-分泌酶和γ-分泌酶的催化作用，切斷氨基酸之間的肽鍵而形成Aβ。每經此過程生成1分子Aβ需要切斷2分子肽鍵，需要2分子水。(2)結合題文和題圖，根據結構決定功能，Aβ的空間結構如圖2時，其在大腦中有營養神經的作用；在遺傳因素和環境因素的共同作用下，Aβ產生量過多，如圖3為含12個Aβ的聚集體，會產生神經毒性，最終使患者出現認知功能障礙和記憶衰退的癥狀。(3)根據阿爾茨海默病的重要病理特征之一是β淀粉樣蛋白(Aβ)在大腦聚集沉積形成斑塊，結合題圖，可知治療阿爾茨海默病的思路是防止Aβ聚集，具體思路為：開發抑制β-分泌酶和/或γ-分泌酶活性的藥物；開發促進Aβ水解或清除的藥物；開發抑制Aβ錯誤空間結構的藥物；開發抑制Aβ聚集的藥物等。
答案：(1)β-分泌酶和γ-分泌酶　肽鍵　2
(2)Aβ結構如圖2時有營養神經作用，如圖3聚集體中的結構且發生聚集時有神經毒性
(3)開發抑制β-分泌酶和/或γ-分泌酶活性的藥物；開發促進Aβ水解或清除的藥物；開發抑制Aβ錯誤空間結構的藥物；開發抑制Aβ聚集的藥物等
第3課　蛋白質和核酸
[基礎練透]
1．(2022·廣州模擬)人體第21種氨基酸硒代半胱氨酸是蛋白質中硒的主要存在形式，體內硒含量很少，合成硒代半胱氨酸的原料需不斷從食物中獲取。下列敘述不正確的是(　　)
A．硒元素屬于微量元素
B．硒代半胱氨酸是非必需氨基酸
C．人體的蛋白質均含有硒
D．硒位于硒代半胱氨酸的R基中
解析：選C。由題意可知，人體內硒含量很少，硒元素屬于微量元素，A正確；由題意可知，合成硒代半胱氨酸的原料需不斷從食物中獲取，人體細胞能夠合成硒代半胱氨酸，因此硒代半胱氨酸是非必需氨基酸，B正確；并不是所有的蛋白質都含有硒，C錯誤；氨基酸的不同在于R基的不同，硒位于硒代半胱氨酸的R基中，D正確。
2．(2022·湖南模擬)短桿菌肽S是從短桿芽孢桿菌中提取的環狀十肽類抗生素。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的合成需要細胞質基質或者線粒體提供ATP
B．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，使胞內物質外溢而導致細胞死亡
解析：選D。短桿菌肽S是從短桿芽孢桿菌中提取的環狀十肽類抗生素，而短桿芽孢桿菌為原核生物，其細胞中不含線粒體，因此，短桿菌肽S的合成需要的ATP不能來自線粒體，A錯誤；短桿菌肽S為環狀十肽，其合成過程產生了10分子水，B錯誤；短桿菌肽S為環狀十肽，其中含有10個肽鍵，因此，若不考慮R基中的氨基和羧基，則該十肽中不含有游離的氨基和游離的羧基，C錯誤；短桿菌肽S主要破壞細胞膜，據此可推測，短桿菌肽S起作用的機理可能是改變膜的通透性，使胞內物質外溢而導致細胞死亡，D正確。
3．跨膜蛋白是一類貫穿生物膜兩側的蛋白質。生物膜中存在多種跨膜蛋白，其功能往往與物質運輸和信息傳遞有關。下列說法錯誤的是(　　)
A．載體通常是跨膜蛋白，運輸物質時其結構會發生改變
B．受體都是跨膜蛋白，能將細胞外信號分子傳入細胞內
C．離子通道蛋白都是跨膜蛋白，發揮作用時不與所運輸的物質結合
D．Na＋－K＋泵是跨膜蛋白，既有運輸功能，同時也有ATP酶活性
解析：選B。載體蛋白主要分布在細胞膜上，可以協助物質進出細胞，運輸物質時其結構會發生改變，A正確；受體通常分布在膜表面而非跨膜蛋白，與信號分子結合后可改變細胞的生理狀態，不能夠將信息分子轉移到細胞內，B錯誤；離子通道蛋白都是跨膜蛋白，通道蛋白只容許與自身通道的直徑和形狀相適配、大小和電荷相適宜的分子或離子通過，被轉運物質不需要與通道蛋白結合，C正確；Na＋－K＋泵是普遍存在于動物細胞表面的一種載體蛋白，它具有ATP酶活性，能將Na＋排出細胞外，同時將K＋運進細胞內，維持細胞內外Na＋和K＋的濃度差，D正確。
4．(2022·遼寧模擬預測)血紅蛋白是一種寡聚蛋白，具有別構效應，當它未與氧氣結合時，處于緊密型構象狀態，不易與氧氣結合；當氧氣與1個亞基結合后，會引起該亞基構象改變，這個亞基構象改變會引起其他3個亞基的構象改變，使整個血紅蛋白的結構變得松弛，易與氧氣結合。下列敘述正確的是(　　)
A．別構效應能大大提高血紅蛋白的氧合速率
B．血紅蛋白是由肽鍵將4個亞基相互連接而成的寡聚蛋白
C．別構效應導致血紅蛋白結構變得松弛而發生變性
D．構成血紅蛋白的氨基酸中含有鐵元素
解析：選A。由題干可知，別構效應可以使血紅蛋白易與氧氣結合，提高氧合速率，A正確；氨基酸通過脫水縮合形成肽鍵，連接成肽鏈，血紅蛋白具有4條多肽鏈，每一條多肽鏈都有1個亞基，亞基之間通過氫鍵或二硫鍵等連接，B錯誤；別構效應改變了蛋白質的空間結構，但沒有破壞蛋白質的空間結構，而變性是在理化因素作用下破壞了蛋白質特定的空間構象，從而導致其理化性質改變，生物活性喪失使之失去相應的功能，C錯誤；鐵元素是血紅蛋白的組成成分，但在構成血紅蛋白的氨基酸中不含有鐵元素，鐵元素沒有在氨基酸上，D錯誤。
5．(2022·湖南模擬)近期，科學家解析了兩種癢覺受體的結構，MRGPRX2可與某些帶正電的化合物結合，而MRGPRX4可與某些帶負電的化合物結合，引起這種差異的原因不可能是這兩種受體的(　　)
A．氨基酸的排序不同
B．肽鏈的空間結構不同
C．氨基酸的數目不同
D．肽鍵的空間結構不同
解析：選D。氨基酸排列順序不同是蛋白質分子多樣性的原因之一，A不符合題意；組成蛋白質的多肽鏈的空間結構不同是蛋白質分子多樣性的原因之一，B不符合題意；組成蛋白質的氨基酸的數目不同是蛋白質分子多樣性的原因，C不符合題意；組成肽鏈的氨基酸之間都是通過肽鍵相連，肽鍵的結構相同，D符合題意。
6．(2022·大連市一模)核酸是遺傳信息的攜帶者，同時也具有催化、運輸等功能。下列有關敘述正確的是(　　)
A．T2噬菌體的遺傳信息的攜帶者是脫氧核苷酸
B．少數RNA能降低某些細胞代謝所需的活化能
C．mRNA和tRNA都具有運輸氨基酸的功能
D．酵母菌通過擬核區的環狀DNA控制代謝過程
解析：選B。T2噬菌體的遺傳信息的攜帶者是DNA，脫氧核苷酸是DNA的基本單位，A錯誤；少數RNA有催化作用，稱為核酶，能降低某些細胞代謝所需的活化能，B正確；mRNA是翻譯的模板，tRNA是氨基酸的搬運工具，只有tRNA具有運輸氨基酸的功能，C錯誤；酵母菌是真核生物，具有細胞核，擬核區是原核生物的結構，D錯誤。
7.(多選)如圖表示在某細胞內發生的一系列生物大分子的合成過程，其中A、B、C、D分別表示生物大分子，D是細胞內的儲能物質，b、c、d表示組成對應大分子的單體，下列敘述正確的是(　　)
A．大分子A和B的元素組成一定相同，B和C的元素組成一般不同，C和D的元素組成一定不同
B．B、C具有多樣性是因為b、c種類多樣
C．在植物細胞內和在動物細胞內D代表不同物質，但d代表同一物質
D．b、c、d合成B、C、D的過程都會產生水，而B、C、D分解成b、c、d的過程都會消耗水
解析：選ACD。由分析可知，D是細胞內儲能大分子，所以是淀粉或糖原，d代表葡萄糖，C起催化作用，所以是酶，化學本質是蛋白質，c代表氨基酸，B指導合成蛋白質，所以是mRNA，b為核糖核苷酸，A指導mRNA合成，所以是DNA，大分子A和B的元素組成為C、H、O、N、P；C的元素組成至少為C、H、O、N；D的組成元素為C、H、O，A正確；導致RNA多樣性的原因是構成RNA的核糖核苷酸的數目和排列順序不同，導致蛋白質多樣性的原因是構成蛋白質的氨基酸種類、數目和排列順序不同以及肽鏈盤曲折疊的空間結構不同，B錯誤；在植物細胞內和在動物細胞內D代表不同物質，前者是淀粉，后者是糖原，但d代表同一物質葡萄糖，C正確；b、c、d合成B、C、D的過程脫水縮合都會產生水，而B、C、D分解是水解過程，故形成b、c、d的過程都會消耗水，D正確。
8．如圖甲表示由1分子磷酸、1分子堿基和1分子a構成的化合物b，圖乙是人體中某種抗體的示意圖。請回答下列問題：
甲　　　　　　　　　乙
(1)若圖甲中a為脫氧核糖，則化合物b構成的物質主要分布在生物細胞的____________中；乳酸菌內含有的堿基m共有________種。
(2)構成圖乙中抗體的氨基酸的種類不同，這取決于______________。
(3)抗體經高溫處理后與雙縮脲試劑混合______(填“會”或“不會”)產生紫色反應，理由是_____________________________。
(4)假設控制某種蛋白質合成的基因剛轉錄出來的mRNA含有900個堿基，而翻譯后從核糖體上脫離下來的多肽鏈只由76個氨基酸組成，這說明_______________________________________________________________________________________________________________________________。
解析：(1)若圖甲中a為脫氧核糖，則化合物b是脫氧核苷酸，構成的物質是DNA，主要分布在生物細胞的細胞核或擬核；乳酸菌內含有DNA和RNA兩種核酸，共含有堿基m5種，即A、T、G、C、U。(2)氨基酸的種類不同取決于(氨基酸的)R基(或R基的不同)。(3)高溫破壞了蛋白質的空間結構，不會破壞肽鍵，雙縮脲試劑鑒定的是含有2個或2個以上肽鍵的化合物，故抗體經高溫處理后與雙縮脲試劑混合還會發生紫色反應。(4)假設控制某種蛋白質合成的基因剛轉錄出來的mRNA全長有900個堿基，而翻譯后從核糖體脫離下來的多肽鏈只由76個氨基酸組成，這說明剛轉錄出來的mRNA需要加工成熟才能作為翻譯的模板。
答案：(1)細胞核或擬核　5　(2)(氨基酸)R基(或R基的不同)　(3)會　高溫只是破壞了蛋白質的空間結構，并不會使肽鍵斷裂　(4)剛轉錄出來的mRNA需要加工成熟，才能作為翻譯的模板
[能力提升]
9．(2022·山東模擬預測)SREBP蛋白裂解激活蛋白(S蛋白)可協助SREBP前體從內質網轉運到高爾基體。該前體在高爾基體中經酶切后，產生具有轉錄調節活性的N端結構域，隨后轉運到細胞核，激活下游膽固醇合成途徑相關基因的表達。白樺酯醇能特異性結合S蛋白并抑制其活化。下列說法錯誤的是(　　)
A．S蛋白活化后，空間結構發生變化
B．S蛋白可促進膽固醇合成酶在細胞核內的合成
C．白樺酯醇可減少N端結構域的產生，降低血液中膽固醇的含量
D．SREBP前體從內質網轉運到高爾基體需要消耗代謝產生的能量
解析：選B。蛋白質的功能取決于其空間結構，S蛋白活化后，功能發生改變，則空間結構發生改變，A正確；S蛋白可以促進膽固醇合成酶的合成，但膽固醇合成酶是在細胞質中的核糖體上合成的，B錯誤；白樺酯醇通過抑制S蛋白活性，可以減少N端結構域的產生，使膽固醇合成途徑相關的基因不能表達，從而降低血液膽固醇含量，C正確；SREBP前體從內質網轉運到高爾基體通過囊泡運輸，該過程消耗能量，D正確。
10．(2022·湖南模擬)FtsZ蛋白是一種廣泛存在于細菌細胞質中的骨架蛋白，與哺乳動物細胞中的微管蛋白類似。在細菌二分裂過程中，FtsZ蛋白先招募其他15種分裂蛋白形成分裂蛋白復合物，再促進細菌完成二分裂。下列說法錯誤的是(　　)
A．FtsZ蛋白與其他15種分裂蛋白的單體都以碳鏈為骨架
B．FtsZ蛋白在細菌中廣泛存在，因此可作為抗菌藥物研發的新靶標
C．FtsZ蛋白的功能由氨基酸的種類、數目和排列順序三方面決定
D．研發針對于細菌的FtsZ蛋白抑制劑時，應考慮其對動物微管蛋白的抑制作用
解析：選C。蛋白質等生物大分子及其單體都以碳鏈為骨架，故FtsZ蛋白與其他15種分裂蛋白的單體都以碳鏈為骨架，A正確；FtsZ蛋白在細菌中廣泛存在，通過抑制該蛋白的合成或破壞其空間結構從而抑制細菌二分裂，因此可作為抗菌藥物研發的新靶標，B正確；細菌雖沒有內質網和高爾基體，但其蛋白質也有一定的空間結構，因此FtsZ蛋白的功能與氨基酸的種類、數目、排列順序以及多肽鏈的空間結構有關，C錯誤；FtsZ蛋白與哺乳動物細胞中的微管蛋白類似，因此在研發針對于細菌的FtsZ蛋白抑制劑時，應考慮其對動物微管蛋白的抑制作用，D正確。
11．(多選)(2022·山東百師聯盟聯考)科學研究發現，細胞內普遍存在被稱為分子伴侶的一類蛋白質，該類蛋白質能夠識別并結合不完整折疊或裝配的蛋白質，幫助這些多肽正確折疊、轉運或防止它們聚集，其本身不參與最終產物的形成(如圖)，在生物體內發揮著重要的功能。下列關于分子伴侶的敘述錯誤的是(　　)
A．分子伴侶是由一種基因控制的在核糖體上合成的蛋白質
B．分子伴侶在內質網中調節蛋白質的正確折疊和裝配，并參與蛋白質的合成
C．分子伴侶具有特定的結構，能識別異常折疊的蛋白質，不識別正常折疊的蛋白質
D．分子伴侶具有降解異常蛋白質，防止它們聚集的作用
解析：選AB。分子伴侶是一類蛋白質，不是由一種基因控制合成的，A錯誤；分子伴侶能識別并結合不完整折疊或裝配的蛋白質，調整這些多肽折疊、轉運或防止它們聚集，該過程發生在內質網中，但其本身不參與蛋白質的合成，B錯誤；分子伴侶具有特定的結構，能識別異常折疊的蛋白質，正常折疊的蛋白質沒有識別位點，C正確；結合圖示可知，分子伴侶具有降解異常蛋白質，防止它們聚集的作用，進而影響細胞代謝，D正確。
12．(2022·河北衡水預測)高賴氨酸血癥是由于A基因突變引起的氨基酸代謝紊亂疾病，會導致患者生長發育遲緩，科研人員對其發病機理進行了相關研究。
圖1
圖2
圖3
(1)據圖1分析，谷氨酸是人體必需氨基酸還是非必需氨基酸？請做出判斷，并說明理由：_____________________________________。
(2)A基因表達的A蛋白包括LKR和SDH兩個功能區，請據圖推測LKR區的作用：___________________________。
(3)為研究高賴氨酸血癥發病機理，科研人員用顯微觀察顯示，患病小鼠會出現線粒體異常增大現象，實驗測定了SDH異常小鼠相關生化指標，結果如圖2和圖3所示。結合顯微觀察，依據實驗結果推測高賴氨酸血癥發病機理：_____________________________。
(4)綜合賴氨酸代謝途徑和上述研究，若最終研究結果與上述推測一致，請你為高賴氨酸血癥提供兩種治療思路：___________________________。
解析：(1)據圖1分析，谷氨酸能在人體內利用SDH和酵母氨酸合成，人體細胞能夠利用已有物質進行合成的氨基酸是非必需氨基酸。(2)分析圖1示意圖，A基因表達的A蛋白包括LKR和SDH兩個催化功能區，其中LKR催化賴氨酸與α-酮戊二酸形成酵母氨酸，該產物在SDH催化下被分解，A基因突變可導致LKR或SDH功能受損，但均會引起血漿中賴氨酸濃度增高。(3)結合圖示信息及實驗結果分析，線粒體內酵母氨酸積累，改變線粒體形態(結構)，從而影響線粒體的功能，導致線粒體耗氧量下降。欲確定此推測，還需要測定LKR異常小鼠的相關生化指標。為進一步證明細胞中線粒體的形態功能變化的原因，將LKR和SDH分別在線粒體異常的小鼠細胞中表達，進行線粒體形態恢復實驗。若實驗結果為LKR不能恢復異常線粒體為正常形態，而SDH可以將異常線粒體恢復到正常形態，則說明線粒體異常僅由SDH異常導致。故推測出高賴氨酸血癥發病機理是：SDH異常導致線粒體內酵母氨酸積累，使線粒體異常增大，導致線粒體功能受損，耗氧量下降，從而出現代謝紊亂。(4)綜合賴氨酸代謝途徑和上述研究，若最終研究結果與上述推測一致，可通過將正常的SDH基因導入患者線粒體；減少賴氨酸的攝取；特異性抑制線粒體上運輸賴氨酸的載體的功能；抑制LKR活性等方法治療高賴氨酸血癥。
答案：(1)谷氨酸是非必需氨基酸，因為人體細胞能夠利用已有物質進行合成　(2)催化賴氨酸與α-酮戊二酸形成酵母氨酸　(3)SDH異常導致線粒體內酵母氨酸積累，使線粒體異常增大，導致線粒體功能受損，耗氧量下降，從而出現代謝紊亂　(4)將正常的SDH基因導入患者線粒體；減少賴氨酸的攝取；特異性抑制線粒體上運輸賴氨酸的載體的功能；抑制LKR活性

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