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ldquo细胞的分子组成rdquo

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一、精要速览

1.蛋白质的结构与功能

(1)在构成蛋白质的氨基酸中,都必有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上。氨基酸的分子式可表示为C2H4O2NR(R表示R基)。R基中可能含有S,在噬菌体侵染细菌的实验中,标记蛋白质就以S作为特征元素。

(2)肽键的结构可表示为—NH—CO—。肽键的断裂需要蛋白酶(如胃蛋白酶、胰蛋白酶等)、肽酶的催化作用。

(3)氨基酸脱水缩合的场所是核糖体,脱下的H2O中的H一个来自氨基,一个来自羧基,O来自羧基。二硫键的形成主要在内质网完成。

(4)蛋白质的变性≠肽键断裂。在重金属盐、高温、强酸、强碱和紫外线等理化因素的影响下,蛋白质的空间结构会发生变化,导致其生物活性丧失,但并没有破坏肽键,加入双缩脲试剂后仍可产生紫色络合物。在低温和盐析的条件下,蛋白质的空间结构不会遭到破坏。

2.蛋白质的相关计算

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条肽链或m条肽链,计算公式归纳如下:

(1)多肽一般呈链状,故又称肽链,它的两端分别含有一个游离的氨基和羧基;环状肽首尾相连,只有R基上才有游离的氨基和羧基。若形成的多肽是环状多肽,则其氨基酸数=肽键数=脱去水分子数。

(2)在蛋白质相对分子质量的计算中,若题中通过图示或其他形式告知蛋白质中含有二硫键,则需要考虑脱去氢的相对分子质量;每形成一个二硫键,脱去两个氢。

3.DNA与RNA的比较

(1)并非所有的RNA都具有翻译能力,如tRNA、rRNA虽参与翻译过程,但它们不能作为翻译模板。mRNA、tRNA、rRNA这三种RNA均可存在于原核细胞和真核细胞中。DNA和tRNA中都存在氢键。此外,还有少数酶的化学本质为RNA。(2)蛋白质和核酸的基本单位分别是氨基酸和核苷酸。蛋白质彻底水解后的产物即其基本单位——氨基酸,核酸彻底水解后的产物不是其基本单位——核苷酸,而是小分子物质——含氮碱基、五碳糖和磷酸。

(3)核酸分子多样性是由碱基种类、数目和排列顺序决定的。

4.糖类与脂质的比较

(1)糖类的分类标准是根据其能否水解分类的:不能水解的糖类为单糖;可水解为二个分子单糖的糖类为二糖;水解为三个分子的单糖为三糖。

(2)糖类如含有“醛基”或“酮基”,则该糖属于还原糖,如果糖、葡萄糖、麦芽糖。核糖、脱氧核糖、蔗糖、淀粉、糖原、纤维素等属于非还原糖。

(3)多糖的基本单位都是葡萄糖,但二糖并非都由葡萄糖形成,如蔗糖由葡萄糖和果糖形成,乳糖由葡萄糖和半乳糖形成。单糖不能水解,可直接被细胞吸收,但二糖、多糖必须水解成单糖才能被细胞吸收。

(4)脂质的组成元素一般为C、H、O,特殊的如磷脂,含有C、H、O、N、P元素。此外,不能把脂质与脂肪混淆,脂肪仅仅是脂质的一种。

(5)脂肪的含氢量高于糖类和蛋白质,因此,等量的脂肪和糖类、蛋白质相比,在氧化分解过程中消耗氧气最多,释放能量也最多。

5.糖类、脂肪和蛋白质的鉴定实验

(1)唯一需要加热——还原糖检测,且必须水浴加热,不能用酒精灯直接加热。若不加热,则无砖红色沉淀出现。唯一需要显微镜——脂肪检测(制成切片时)。

(2)混合后加入——斐林试剂;分别加入——双缩脲试剂(先加A液,后加B液,且B液不能过量)。

二、释疑解惑

1.有关能源物质的几种表述

(1)能源物质:糖类、脂肪、蛋白质、ATP等有机化合物都贮存大量能量,当其氧化分解(或水解)时,这些化学能就可以释放出来,因而它们都是能源物质。(2)主要能源物质:正常情况下,生物体所需能量的70%以上是靠分解糖类得到的,因而糖类是主要的能源物质。(3)主要储能物质:植物细胞内的储能物质是淀粉、脂肪;动物细胞内的储能物质是糖原、脂肪。(4)直接能源物质:生命活动所需能量由ATP水解提供,贮能物质所含能量只有转移到ATP中,才能用于各项生命活动。

2.核酸与ATP的关系(1)DNA中的“A”表示腺嘌呤脱氧核苷酸。RNA中的“A”表示腺嘌呤核糖核苷酸。(2)ATP中的“A”表示腺苷,其由腺嘌呤和核糖构成。ATP去掉两个磷酸基团后变为腺嘌呤核糖核苷酸,即RNA的基本组成单位之一(如图所示)。

3.斐林试剂与双缩脲试剂的比较

4.利用原子守恒计算蛋白质中各原子数

(1)N原子数=肽键数+肽链数+R基上的N原子数=各氨基酸中N原子总数。

(2)O原子数=肽键数+2×肽链数+R基上的O原子数=各氨基酸中O原子总数-脱去的水分子数。

(3)游离—NH2或—COOH数=肽链数×1+R基团中—NH2或—COOH数(环肽中主链上不再有游离氨基或羧基)。

5.推断四大类有机物的方法

(1)根据元素判断:①只含有C、H、O元素的可能是糖类、脂肪和固醇,然后根据糖类、脂肪和固醇的特点进一步确定物质。②含有C、H、O、N四种元素的最可能为蛋白质,若含有S元素,则一定为蛋白质。③含有P元素的为核酸或磷脂。

(2)根据提示词进行判断:如由“折叠”联想到多肽,“储能物质”联想到脂肪,“结构物质”联想到蛋白质,“遗传物质”联想到核酸,“能源物质”联想到糖类。

三、真题赏析

1.氨基酸的结构和种类

例1(海南卷)关于生物体内组成蛋白质的氦基酸的叙述,错误的是()A.分子量最大的氨基酸是甘氨酸B.有些氨基酸不能在人体细胞中合成C.氨基酸分子之间通过脱水缩合形成肽键D.不同氨基酸之间的差异是由R基引起的

答案:A解析:甘氨酸是分子量最小的氨基酸,A错误;氨基酸分为必需氨基酸和非必需氨基酸,必需氨基酸只能从食物中获取,人体内不能合成,B正确;氨基酸分子通过脱水缩合形成肽键,C正确;R基的不同决定了氨基酸之间的差异,D正确。

2.蛋白质的结构与功能

例2(江苏卷)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。两者结构简式如下图,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

答案:D

解析:两种激素都是由9个氨基酸构成的九肽类化合物,A错误;氨基酸之间脱水缩合形成的水分子中氢来自氨基和羧基,B错误;由于R基中可以有氨基,所以肽链中游离氨基的数目与参与构成肽链的氨基酸种类有关,C错误;催产素和加压素结构相似,但氨基酸的种类不完全相同,所以生理功能不同,D正确。

例3(天津卷)生物膜上不同类型的蛋白质行使不同的功能。下表中依据膜蛋白功能,对其类型判断错误的是()

选项

膜蛋白的位置、功能

膜蛋白的类型

A.

位于突出后膜,识别并结合神经递质

受体

B.

位于靶细胞膜,识别并结合激素

载体

C.

位于类囊体膜,催化ATP合成

D.

位于癌细胞膜,引起特异性免疫

抗原

答案:B

解析:位于突触后膜上的蛋白质,能识别并结合神经递质,这是神经递质的特异性受体,A正确;位于靶细胞膜上能识别并结合激素,这是相应激素的受体,B错误;位于类囊体膜上,而类囊体膜上可以进行水的光解和ATP的合成,所以该膜蛋白可以是合成ATP的有关酶,C正确;位于癌细胞膜上,引起特异性免疫反应,这是抗原的作用,D正确。

例4(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

答案:C

解析:抗原能和抗体特异性结合,病毒、细菌等病原体表面的蛋白质等物质,都可以作为引起免疫反应的抗原,可见,浆细胞产生的抗体可结合相应的病毒抗原,A正确;肌肉细胞中的某些蛋白质(如肌动蛋白等)参与肌肉收缩的过程,B正确;蛋白质结合Fe2+形成的血红蛋白参与O2的运输,C错误;染色体是细胞核的结构之一,染色体主要由DNA和蛋白质组成,D正确。

3.蛋白质的相关计算

例5(上海卷)一条由39个氨基酸形成的环状多肽,其中有4个谷氨酸(R基为一CH2一CH2一COOH),则该多肽(()

A.有38个肽键

B.可能没有游离氨基

C.至少有5个游离羧基

D.至多有36种氨基酸

答案:B

解析:一条由39个氨基酸形成的环状多肽,应用39个肽键,因为谷氨酸的R基上没有游离氨基,又不知其他的R基的情况,就可能没有游离氨基。至少有4个游离羧基,至多有35(39-4)种氨基酸。综上所述,B正确。

4.蛋白质相关知识的综合

例6(全国卷Ⅲ卷)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是__________。

(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氢基酸序列和_________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_____________。

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

解析:(1)生物体中组成蛋白质的基本单位是氨基酸,在细胞中合成蛋白质时,肽键是在核糖体上通过脱水缩合方式形成的。合成的蛋白质中有些是分泌蛋白,如胃蛋白酶;有的是胞内蛋白,如逆转录酶、酪氨酸酶等。分泌蛋白从合成至分泌到细胞外需要经过内质网和高尔基体,此过程中高尔基体的功能是对有一定空间结构的蛋白质进行再加工、分类和包装,然后形成囊泡分泌到细胞外。

(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空间结构。某些物理或化学因素可以破坏蛋白质的空间结构,使肽键暴露,暴露的肽键易与蛋白酶接触,从而使蛋白质易被蛋白酶水解。

(3)由于遗传密码具有简并性,不同的密码子有可能翻译出相同的氨基酸,所以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。

5.核酸的结构与功能

例7(新课标全国卷I)下列叙述错误的是()

A.DNA与ATP中所含元素的种类相同

B.一个tRNA分子中只有一个反密码子

C.T2噬菌体的核酸由脱氧核糖核苷酸组成

D.控制细菌性状的基因位于拟核和线粒体中的DNA上

答案:D

解析:DNA与ATP中所含元素都是C、H、O、N、P,A正确。一个tRNA分子有三个相邻的碱基,对应一个反密码子,B正确。T2噬菌体是DNA病毒,核酸只有DNA,由脱氧核酸核苷酸组成,C正确。细菌是原核生物,没有线粒体,D错误。

6.糖类的种类和作用

例8(江苏卷)下列关于糖类的叙述,正确的是()

A.单糖可以被进一步水解为更简单的化合物

B.构成淀粉、糖原和纤维素的单体均为果糖

C.细胞识别与糖蛋白中蛋白质有关,与糖链无关

D.糖类是大多数植物体干重中含量最多的化合物

答案:D

解析:单糖是不能再被水解的糖,A错误;淀粉、糖原和纤维素都是由葡萄糖聚合形成的多聚体,B错误;细胞识别依赖于细胞表面的糖蛋白,糖蛋白是由蛋白质和糖类组成的,C错误;植物通过光合作用将二氧化碳和水合成糖类等有机物,并且植物细胞壁的结构成分也有糖类,因此大多数植物体干重中含量最多的化合物是糖类,D正确。

7.脂质的种类和作用

例9(浙江4月选考)脂质在细胞中具有独特的生物学功能。下列叙述正确的是()

A.油脂可被苏丹Ⅲ染液染成紫色

B.磷脂主要参与生命活动的调节

C.胆固醇使动物细胞膜具有刚性

D.植物蜡是细胞内各种膜结构的组成成分

答案:C

解析:苏丹Ⅲ染液用于检验细胞中的油脂,油脂可被苏丹Ⅲ染液染成橙黄色,在显微镜的观察下呈现橙黄色的小液滴,A错误;磷脂是细胞内各种膜结构的重要成分,单位膜的基本骨架为脂双层,由磷脂参与构成,B错误;胆固醇安插在质膜的结构中,为质膜的结构提供稳定性,使细胞膜具有刚性,C正确;植物蜡对植物细胞起保护作用,不是膜结构的组成成分,D错误。

8.物质与结构的鉴定实验

例10(新课标全国卷Ⅰ)下列关于细胞结构与成分的叙述,错误的是()

A.细胞膜的完整性可用台盼蓝染色法进行检测

B.检测氨基酸的含量可用双缩脲试剂进行显色

C.若要观察处于细胞分裂中期的染色体可用醋酸洋红液染色

D.斐林试剂是含有Cu2+的碱性溶液,可被葡萄糖还原成砖红色

答案:B

解析:通常认为细胞膜丧失完整性,细胞即可被认为已经死亡。台盼蓝是检测细胞膜完整性最常用的生物染色试剂。健康的正常细胞能够排斥台盼蓝,而死亡的细胞,膜的完整性丧失,通透性增加,细胞可被台盼蓝染成蓝色,A正确;氨基酸不含肽键,而双缩脲试剂是用来检测蛋白质中的肽键,B错误;观察细胞分裂过程中的染色体,通常用醋酸洋红液或龙胆紫溶液或改良的苯酚品红溶液,C正确;斐林试剂是含有Cu2+的碱性溶液,可被葡萄糖在水浴加热下还原成砖红色,D正确。

小乜老师




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