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考点3 蛋白质的结构和功能
一、组成人体蛋白质的氨基酸及其种类
1.
元素组成：主要是
，有的含有S、Fe 等元素。
2.
结构通式
3.
结构特点
①氨基和羧基的数目：每种氨基酸都至少含有
和
。
②连接位点：构成生物体蛋白质的氨基酸都有一个—NH2和一个—COOH 连在
上。若有
多余的氨基或羧基，则位于
上。
③不同氨基酸的R 基不同，R 基决定氨基酸的
和
。
4.
种类
①组成蛋白质的氨基酸约有
种，它们的区别在于
的不同。
②根据人体细胞能否合成，可分为
和
。
必需氨基酸：人体细胞
(能/不能)合成，必须从外界环境中直接获取的氨基酸，成人有
种，它们是赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、甲硫（蛋）氨酸、苏氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸，婴儿有
种，比成人多的一种是组氨酸。
非必需氨基酸：人体细胞
(能/不能)合成，也能从外界环境中获取的氨基酸，有
种。
二、蛋白质的结构及其多样性
1.
（1）氨基酸→肽链
①方式：
1
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②场所：
（2）肽链→蛋白质
①方式：
②场所：
2. 蛋白质多样性的原因
氨基酸的
、
和
不同，以及肽链的
方式及其形成的
不
同。
3. 蛋白质的功能
（1）构成细胞和生物体结构的重要物质，称为
，如肌肉、羽毛、头发等。
（2）绝大多数酶是
，有
作用。
（3）有些蛋白质具有
功能，如血红蛋白，能够运输氧。
（4）有些蛋白质能够
机体的生命活动，如胰岛素能够调节血糖平衡，起
作用。
（5）有些蛋白质有
，如抗体是蛋白质，可以帮助人体抵御病菌和病毒等抗原的侵害。
蛋白质是生命活动的主要承担者，其在细胞内的有机物中含量最高。
蛋白质变性、盐析和变质的区别
本质
生物活性
因素
备注
变
性
一级结构未改变，即 肽键
未破坏 ；非共价键被破坏
活性一般会丧失，
如蛋白质类酶失活
化学因素： 强酸
、 强碱
、 重金属离子
等；
物理因素： 高温
、 紫外线照射
等
能与双缩
脲试剂发
生紫色反
应
盐
析
蛋白质在中性盐溶液中 溶
解度 改变
不会失活
盐溶液的种类及浓度、温度等
变
质
一级结构改变，
肽键断
裂
失活
腐生微生物、蛋白酶
1. 蛋白质形成过程中的数量分析
Ⅰ. 多肽种类的计算
（1）有三种氨基酸，且每种氨基酸数目无限的情况下，形成二肽或三肽的种类：
①形成二肽的种类：
（每个位置有3 种可能性，故32=9 种）
②形成三肽的种类：
（每个位置有3 种可能性，故33=27 种）
（2）有三种氨基酸，且每种氨基酸只有一个的情况下，形成二肽或三肽的种类：
①形成二肽的种类：
（由于每种氨基酸只有一个，所以第1 个位置有3 种可能性，第2 个位置就只有2 种可能性，故
2
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3×2=6 种）
②形成三肽的种类：
（由于每种氨基酸只有一个，所以第1 个位置有3 种可能性，第2 个位置就只有2 种可能性，第3
个位置就只有1 种可能性，故3×2×1=6 种）
Ⅱ. 蛋白质形成过程的相关计算
（1）链状肽：氨基酸数＝肽键数＋肽链数；脱去的水分子数＝肽键数。
环状肽：氨基酸数＝肽键数＝脱去的水分子数。
（2）每条肽链中至少含有1 个游离的—NH2和1 个游离的—COOH，分别位于肽链的两端。
游离氨基数或羧基数=肽链数+R 基中的氨基数或羧基数。
（3）蛋白质相对分子质量＝氨基酸数×氨基酸的平均相对分子质量－水分子数×18－二硫键数×2。
Ⅲ. 蛋白质中原子数的相关计算
-NH2（肽链数） -COOH×2（肽链数×2）
N 原子数= -CO-NH- O 原子数= -CO-NH-
-R 中N 数 -R 中O 数
C 原子数=氨基酸分子数×2+R 基上的碳原子数。
H 原子数=各氨基酸中的H 原子数-脱去的水分子数×2。
Ⅳ. 氨基酸数目与碱基数的计算
（1）DNA 基因的碱基数（至少）：mRNA 的碱基数（至少）：氨基酸的数目=6:3:1。
（2）肽键数（脱去的水分子数）+肽链数=氨基酸数=DNA 基因碱基数/6=mRNA 碱基数/3。
（3）解题时需注意是“碱基数”还是“碱基对数”，二者关系为：碱基数=碱基对数/2。
2. 利用“结构与功能观”分析蛋白质结构与功能的关系
（1）蛋白质的功能与结构关系密切。在强酸、强碱、重金属盐等因素影响下，蛋白质的空间结构遭到不
可逆破坏而发生变性失活时，其功能也丧失。此过程中破坏的主要是氢键和二硫键，并不改变肽链结构。
（2）蛋白质中氨基酸的排列顺序发生变化时会影响其高级结构，使其丧失正常功能，如氨基酸替换引起
的镰状细胞贫血。
（3）功能相同的蛋白质结构不一定相同。
【典例1】 （2023 春•洛阳月考）蛋白质是生命活动的主要承担者，下列关于蛋白质功能及举例错误的是
（ ）
A．免疫——抗体可以帮助人体抵御病菌和病毒等抗原的侵害
B．调节——胰岛素可以降低血糖含量，调节机体的血糖平衡
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C．催化——绝大多数的酶是蛋白质，可以催化细胞中的化学反应
D．运输——只有细胞膜上的蛋白质才具有运输功能
【典例2】 （2023•重庆模拟）从某些动物组织中提取的胶原蛋白，可以用来制作手术缝合线。手术后过
一段时间，这种缝合线就可以被人体组织吸收，从而避免拆线的痛苦。下列关于胶原蛋白的说法，正确的
是（ ）
A．在核糖体上合成胶原蛋白时，产生的水分子中的氢来自氨基和羧基
B．人体内的胶原蛋白与食物中的胶原蛋白的氨基酸种类、数目和排列顺序相同
C．胶原蛋白的组成单体是氨基酸，在核糖体上通过脱水缩合形成多肽就具有了生物活性
D．高温加热后的胶原蛋白遇双缩脲试剂不会发生颜色反应
【典例3】 （2023•湖北模拟）引起“疯牛病”的朊病毒是一类仅由蛋白质构成的感染性因子，其成分为
SC 型PrP 蛋白。朊病毒的SC 型PrP 进入生物体后，会导致机体正常的C 型PrP 蛋白转变成SC 型PrP，后
者可诱导更多的C 型PrP 转变成SC 型PrP，从而实现朊病毒的增殖。已知C 型PrP 与SC 型PrP 的氨基酸
序列完全相同，但后者具有感染性。下列相关叙述错误的是（ ）
A．培养病毒的实质是将病毒接种在活细胞中使其完成增殖
B．朊病毒诱导C 型PrP 转变成SC 型PrP 属于翻译过程
C．C 型PrP 与SC 型PrP 的差异与氨基酸种类和数量没有关系
D．上述实例说明蛋白质空间结构的改变可使其功能发生变化
【典例4】 （2022 秋•铜梁区期末）现有氨基酸100 个，其中氨基总数为110 个，羧基总数为102 个，则由
这些氨基酸合成的含有2 条肽链的蛋白质中，含有氧原子的数目是（ ）
A．110
B．106
C．100
D．104
【变式1】 （2023•湖北）球状蛋白分子空间结构为外圆中空，氨基酸侧链极性基团分布在分子的外侧，
而非极性基团分布在内侧。蛋白质变性后，会出现生物活性丧失及一系列理化性质的变化。下列叙述错误
的是（ ）
A．蛋白质变性可导致部分肽键断裂
B．球状蛋白多数可溶于水，不溶于乙醇
C．加热变性的蛋白质不能恢复原有的结构和性质
D．变性后生物活性丧失是因为原有空间结构破坏
【变式2】 （2023•长沙县校级模拟）科研人员利用不同算法，可依据蛋白质结构预测其功能。下列有关
说法错误的是（ ）
A．将未知蛋白质与已知蛋白质的氨基酸序列进行对比分析可以预测蛋白质的功能
B．通过三维结构对比可以判断两个蛋白质是否有相似的功能
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C．核苷酸序列发生突变，其编码的蛋白质功能就会发生改变
D．可根据蛋白质结构相似程度判断物种间亲缘关系的远近
【变式3】 （2023•莱芜区校级模拟）泛素是一类真核细胞内广泛存在的小分子蛋白质，它可以与目标蛋
白中赖氨酸的ε 氨基结合，对目标蛋白形成多聚泛素化标记，然后引导其进入蛋白酶体（含有大量水解
酶）。当必需氨基酸匮乏时，肝细胞中E3 泛素连接酶Ubr1 会失活，不能催化脂滴保护蛋白Plin2 的多聚
泛素化降解。下列叙述错误的是（ ）
A．泛素化标记的蛋白质水解会产生小的多肽或氨基酸
B．泛素与目标蛋白赖氨酸的ε 氨基结合可能由E3 泛素连接酶催化完成
C．Ubr1 可能是必需氨基酸受体，能与必需氨基酸结合并被激活
D．对肝细胞Plin2 中赖氨酸的ε 氨基进行保护会减轻脂肪肝
【变式4】 （2023•开福区校级模拟）人的血红蛋白是由一个珠蛋白分子结合4 个血红素构成的，珠蛋白分
子包括4 条链：2 条α 链，每条链由141 个氨基酸构成；2 条R 链，每条链由146 个氨基酸组成。每条链中
含有一个血红素，每个血红素中心有一个亚铁离子，每个亚铁离子能携带一个氧分子。但亚铁离子与一氧
化碳的亲和力更高，即使在分压很低的情况下，一氧化碳也能取代氧与血红蛋白结合。下列叙述正确的是
（ ）
A．血红蛋白的合成由附着型核糖体完成
B．血红蛋白的α 链在合成过程中，至少产生145 个水分子
C．只要环境中存在氧气，血红蛋白就能运输氧
D．每个血红蛋白最多携带4 个氧分子
【变式5】 （2023•沙坪坝区校级模拟）肽聚糖是细菌细胞壁的主要成分，其结构（如图）主要有聚糖、
四肽尾及肽桥三部分组成。聚糖是以N﹣乙酰葡糖胺和N﹣乙酰胞壁酸为双糖单位脱水缩合而成，二糖单
位内部的β﹣1，4﹣糖苷键很容易被溶菌酶水解。四肽尾是在细胞质基质中向N﹣乙酰胞壁酸上逐步添加
四个氨基酸而形成的，该过程易被环丝氨酸抑制。肽桥将两个相邻肽尾相连进而形成多片层肽聚糖。肽桥
形成于细胞膜外，形成过程易被青霉素阻断。下列说法正确的是（ ）
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A．组成肽聚糖的元素有C、H、O、N、P
B．据图分析，连接两个相邻肽尾的肽桥可能是肽键
C．环丝氨酸、青霉素仅作用于分裂旺盛的细菌，溶菌酶仅作用于休眠的细菌
D．四肽尾的合成需要mRNA 提供模板
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考点4 细胞中有机化合物的鉴定及综合
1、可溶性还原糖的检测和观察
（1）实验原理：还原糖(葡萄糖、果糖、麦芽糖等)＋
试剂
色沉淀
（2）试剂：斐林试剂（甲液：
，乙液：
）
（3）实验步骤
（4）反应实质：还原糖中的醛基（—CHO）在加热的条件下能将Cu(OH)2的Cu2+还原成Cu+，从而生成砖
红色沉淀Cu2O。
2、脂肪的检测和观察
（1）实验原理：脂肪＋
──────→
色(染色后要用
洗掉浮色)。
（2）实验步骤
3、蛋白质的检测和观察
（1）实验原理：蛋白质(多肽)＋
试剂→
色
（2）试剂：双缩脲试剂（A 液：
；B 液：
。）
（3）实验步骤
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（4）反应实质：一般含有
肽键的化合物与
反应而生成紫色络合
物。
双缩脲试剂中A 液的作用是创造碱性环境，B 液不可过量；先加A 液，再加B 液。
可以用斐林试剂和蒸馏水来检测蛋白质，原因是斐林试剂的甲液与双缩脲试剂的A 液相同，而斐林试剂的乙液可通过蒸馏水
稀释5 倍后成为双缩脲试剂的B 液，从而完成蛋白质的检测。
考法1 检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质
1. 斐林试剂和双缩脲试剂的比较
2. 生物组织中有机成分鉴定的注意事项
（1）材料选择（要求组织颜色浅或近白色，目的是避免材料颜色对反应后颜色造成干扰）
①苹果、梨匀浆可用作还原糖待检样品。
西瓜不能作为还原糖检测材料，因为西瓜汁呈红色，会掩盖实验现象；
甘蔗不能作为还原糖检测材料，因为甘蔗中的蔗糖是非还原糖。
②马铃薯匀浆可用作淀粉待检样品。
③花生种子、花生种子匀浆可用作脂肪待检样品。
④豆浆、鲜肝提取液、蛋清可用作蛋白质待检样品。若用蛋清需要稀释。
（2）易忽略斐林试剂本身的颜色：非还原糖（如蔗糖）+斐林试剂水浴加热后的现象不是无色，而是呈现
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斐林试剂本身的颜色——蓝色[Cu(OH)2]。
（3）物质鉴定实验一般可预留部分样液作对照实验。若需进一步设计对照实验，对照组应加入成分已知
的物质，如酶是蛋白质的实验验证
对照组 实验组
（4）各有机物鉴定实验的差异
需要加热——还原糖鉴定需要水浴加热
需要显微镜——脂肪鉴定是唯一用到显微镜的有机物鉴定实验。
【典例1】 （2023 春•洛阳月考）关于检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质实验的叙述，正确的是（
）
A．鉴定还原糖的斐林试剂与鉴定蛋白质的双缩脲试剂的成分完全不同
B．在新鲜的梨汁中加入斐林试剂，混匀后在加热条件下由无色变成砖红色
C．加热后的豆浆中蛋白质已经发生变性，遇双缩脲试剂不会出现紫色反应
D．用苏丹Ⅲ染液对花生子叶切片染色后可滴加体积分数为50%的酒精洗去浮色
【变式1】 （2023 春•河南月考）某实验小组学生用不同试剂检测甲，乙和丙三种物质，实验结果如表
（Y 表示有颜色变化，N 表示无颜色变化）。下列相关叙述中正确的是（ ）
斐林试剂
双缩脲试剂
苏丹Ⅲ染液
甲
Y
N
N
乙
N
Y
N
丙
N
N
Y
A．一般来说，活细胞中含量最多的有机物、细胞干重中最多的物质均为乙
B．斐林试剂在鉴定时需水浴加热，产生砖红色沉淀说明甲为葡萄糖
C．若实验室缺少双缩脲试剂A 液，可通过斐林试剂甲液经清水稀释配制
D．物质丙为脂肪，在用苏丹Ⅲ染液进行检测时需用95%的酒精洗去浮色
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【变式2】 （2023•沙坪坝区校级模拟）使用染色剂染色是生物学实验常用的方法，某同学对有关实验做
了如下表归纳，下列说法错误的是（ ）
实验
观察对象
染色剂
实验结果
①
花生子叶细胞的脂肪颗粒
苏丹Ⅲ
脂肪颗粒被染成橘黄色
②
梨汁中的还原糖
斐林试剂
水浴加热后出现砖红色沉淀
③
活细胞
台盼蓝
活细胞呈蓝色
④
洋葱根尖分生组织细胞的
有丝分裂
龙胆紫
间期细胞不着色，分裂期细胞
染色体着色
A．上述实验结果的归纳，正确的有①②
B．实验③利用了细胞膜的选择透过性
C．实验④中盐酸和酒精混合液主要起固定作用
D．检测花生子叶切片中的脂肪时，需用体积分数为50%的酒精洗去浮色
考法2 细胞中有机物的综合
1. 生物大分子
（1）生物大分子以碳链为骨架。
高中阶段四大“骨架”或“支架”：
生物大分子的骨架——碳链
生物膜的基本支架——磷脂双分子层
细胞骨架——蛋白质纤维组成的网架结构
DNA 的基本骨架——脱氧核糖和磷酸交替连接排列在外侧构成基本骨架
（2）生物大分子具有方向性
蛋白质分子有N 端到C 端的方向性，单链核酸分子有5’到3’端的方向性，多糖链具有从非还原端到还原端
的方向性。
（3）生物大分子的结构包括一级结构和高级结构。
（4）生物大分子的官能团可被修饰。例如，蛋白质的糖基化或硫酸化、DNA 的甲基化等。
2. 有机物的水解产物和氧化产物的比较
项目
DNA
RNA
蛋白质
淀粉
脂肪
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基本单位
脱氧核苷酸
核糖核苷酸
氨基酸
葡萄糖
甘油、脂肪酸
初步
水解产物
4 种
脱氧核苷酸
4 种
核糖核苷酸
多肽
麦芽糖
甘油
脂肪酸
彻底
水解产物
脱氧核糖
磷酸
A、T、C、G
核糖
磷酸
A、U、C、G
氨基酸
葡萄糖
甘油
脂肪酸
代谢终产物
（氧化分解）
CO2、H2O、尿素、磷酸盐
CO2、H2O、尿素
CO2、H2O
CO2、H2O
水解与代谢的区别：
代谢是在生物体的细胞内，各种有机物经过氧化分解，最终形成各种小分子物质的一种化学反应。
水解是蛋白质、核酸、多糖、脂肪等物质经过酶的作用，与水生产小分子物质的一种化学反应。
3. 细胞中的能源物质与能量供应顺序
（1）辨析几类能源物质
糖类
主要能源物质
正常情况下，细胞生命活动的能量主要来自糖类，其中葡萄糖是主要能源物
质，被称为“生命的燃料”
脂肪
良好的储能物质
含C、H 多，O 少，彻底氧化分解消耗O2多，放能多，生成的水多。
淀粉
植物特有的储能物质
糖原
动物特有的储能物质
ATP
直接能源物质
有机物中的能量必须转移到ATP 等物质中才能被生命活动所利用，被称为
能量“货币”
太阳能
最终能量来源
联系
1. 人体内的能源物质供能的一般顺序：糖类→脂肪→蛋白质
2. 生物体内的有机物之间不是孤立存在的，而是彼此之间相互联系、相互转化。
3. 能源物质为生命活动供能的过程
【典例1】 （2023 春•渝中区校级期中）下列关于生物体中有机物的叙述，正确的是（ ）
A．糖类都是以碳链为骨架的生物大分子
B．脂肪分子以碳链为骨架，但不是多聚体
C．具有运输功能的有机物只有蛋白质
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D．染色体（质）和核糖体的组成成分相同
【典例2】 （2023 春•新洲区校级期末）细胞中许多分子和结构都有着各自的“骨架”或“支架”，这些
“骨架”或“支架”不仅起到支撑作用，还对生命活动的正常进行有着重要影响。下列有关说法中错误的
是（ ）
A．蛋白质是由许多基本组成单位连接而成的大分子，以碳链为骨架
B．DNA 双螺旋结构中的基本骨架决定了DNA 分子的特异性和多样性
C．真核细胞中的细胞骨架由蛋白质构成，与细胞分裂和物质运输有关
D．磷脂双分子层构成了线粒体膜和叶绿体膜的基本支架
【典例3】 （2022 秋•安丘市期中）如图中A、B 代表元素，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ是生物大分子，X、Y、Z、P
分别为构成生物大分子的基本单位，V 是某类有机物分子。下列叙述正确的是（ ）
A．血糖含量低时，Ⅰ均能分解为葡萄糖进入血液
B．Y 和Z 的组成单位差异体现在五碳糖不同
C．每个P 中，都只含有一个“﹣NH2，”和一个“﹣COOH”
D．Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ均以碳链为基本骨架
【变式1】 （2022 秋•历下区校级期末）将下列有关内容依次填入图中各框中，其中包含关系正确的选项
是（ ）
选项
①
②
③
④
⑤
A
生物大分子
蛋白质
核酸
脱氧核糖核苷酸
核糖核苷酸
B
脂质
脂肪
胆固醇
性激素
维生素D
C
糖类
二糖
单糖
葡萄糖
乳糖
D
无机物
无机盐
水
自由水
结合水
A．A
B．B
C．C
D．D
【变式2】 （2022 秋•荆州区校级期末）已知①酶、②抗体、③激素、④糖原、⑤脂肪、⑥核酸都是
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人体内有重要作用的物质。下列说法正确的是（ ）
A．①②③都是由氨基酸通过肽键连接而成的
B．④⑤⑥都是由单体聚合而成的生物大分子
C．①②⑥都是由含氮的单体连接成的多聚体
D．④⑤⑥都是人体细胞内的重要能源物质
【变式3】 （2022 秋•邢台期末）细胞内的大分子具有重要的功能。请参照表中内容完成表。
生物大分子名称
糖原
纤维素
DNA
（1）
功能
（2）
植物细胞壁的成
分之一
遗传信息的携带
者
具有催化、运
输、调节等功能
元素组成
C、H、O
C、H、O
（3）
（4）
基本组成单位
葡萄糖
（5）
（6）
氨基酸
基本骨架
（7）
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