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第4 讲 细胞中的蛋白质和核酸
1.细胞中的蛋白质的结构和作用。
2.细胞中的核酸的结构和作用。
考点一 细胞中的蛋白质的结构和作用
考点要求
考题统计
考情分析
糖类的种类和作用
2022，湖南，选T2, 2 分
2021，海南，选T5, 3 分
2021，辽宁，选T1, 3 分
本专题知识难度较低、基础性强。考查学生对细
胞整体性的认识,或结合一些情景信息或表格信息
设置题目，考查学生的应变能力、获取信息和综
合分析能力。相关考题难度中等偏低。
脂质的种类和作用
2021，广东，选T5,2 分
1
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1.基本组成单位：氨基酸
(1)结构
R 基的意义：决定氨基酸的 种类 和理化
性质
组成生物体的氨基酸的种类约为21 种
仅在含硒的蛋白质存在第21 种氨基酸(硒
代半胱氨酸)。
P 二67，密码子表，UGA 是终止密码，但在特殊情况下可编码硒代半胱氨酸。
巧记 “8 种”必需氨基酸：甲来写一本亮色书【甲(甲硫氨酸)来(赖氨酸)写(缬氨酸)一
(异亮氨酸)本(苯丙氨酸)亮(亮氨酸)色(色氨酸)书(苏氨酸)】
人体的必须氨基酸的来源：只能来自食物；非必需氨基酸来自于食物和自身细胞合成。
【教材拾遗】
①教材中的隐性知识 ①源于必修1 P21“与生活的联系”：必需氨基酸成人有8 种，
巧记为甲(甲硫氨酸)来(赖氨酸)写(缬氨酸)一(异亮氨酸)本(苯丙氨酸)亮(亮氨酸)色(色氨
酸)书(苏氨酸)。婴儿多1 种：组氨酸。
②源于必修1 P24“科学史话”：世界上第一个人工合成蛋白质的诞生：1965 年我国科
学家完成了结晶牛胰岛素的全部合成，这是世界上第一个人工合成并具有生物活性的蛋白
质。
③源于必修1 P38“自我检测·思维拓展”：1969 年，人们在坠落于澳大利亚启逊镇的
陨石中发现了氨基酸，这些氨基酸不是来自地球。由此你可以作出的推测是在陨石中发现
了氨基酸，且非地球所有，这说明宇宙中很可能还存在与地球生物类似的生命形式。理由
氨基酸是组成蛋白质的基本单位，而蛋白质又是生命活动的主要承担者。
【知识拓展】
氨基酸知识拓展：
a.作为肽或者蛋白质的基本单位(主要功能)。
b.某些氨基酸可作为神经递质。(谷氨酸、甘氨酸)
①氨基酸的功能 c.氨基酸→糖类(非糖物质转化)
d.氨基酸氧化分解供能。(作为能源物质)
e.酪氨酸→黑色素(衰老细胞，酪氨酸酶活性下降，黑色素减少)
f.色氨酸→吲哚乙酸(IAA)
②氨基酸的运输 a.细胞膜上载体蛋白（跨膜运输）
b.细胞质基质、线粒体和叶绿体中的tRNA
(2)氨基酸的脱水缩合：二肽的形成过程
a.过程①名称：脱水缩合 ；场所：核糖体。
b.物质②：二肽 。
c.结构③含：肽键 ，其结构简式为：-NH-CO-。
d.H2O 中H 的来源：一个来自氨基一个来自羧基；O 来源于羧基 。
通常核糖体合成的多肽没有活性，需要盘曲、折叠（在内质网、高尔基体上完成）形成一
定空间的蛋白质，才能发挥作用。
C、H、O、N
氨基
羧基
同
2
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(3)脱水缩合的场所
参与脱水缩合的分别是两个氨基酸中与中心碳原子相连的氨基和羧基，而不是R 基中的氨
基和羧基
一条肽链上至少有一个游离的氨基和一个游离的羧基，分别位于肽链的两端；其余的氨基
和羧基在R 基上.
多肽的命名看氨基酸的个数
判断：〖含有两个肽键的化合物叫二肽.( × )〗
（4）氨基酸的运输工具：tRNA
判断：〖细胞膜、细胞质基质中负责转运氨基酸的载体都是蛋白质.( )〗
2.蛋白质的结构层次
（1）肽链中的氨基酸之间能够形成氢键等，从而使得肽链能盘曲、形成具有一
定空间结构的蛋白质。
（2）有些蛋白质分子含有两条或多条肽链，它们通过一定的化学键，
如：二硫键相互结合在一起。
3.蛋白质的特点：
（1）高分子化合物
（2）多样性
不同蛋白质有不同的氨基酸序列（排列顺序），
直接由mRNA 上的碱基决定，最终是由DNA 中的碱基
序列（脱氧核苷酸序列）决定。
（3）易变性
① 过酸 、 过碱 、重金属盐或 温度 过高，会使蛋白质的空间结构遭到破坏，使酶永久
失活，但肽键并未断裂，依然能和双缩脲试剂发生紫色反应；低温不会破坏蛋白质的空间
结构，只是抑制其功能；（P 一84）
酒精、加热、紫外线方法消毒、杀菌的原理是使细菌和病毒的蛋白质变性。
思考：脑啡肽只有皮下注射才有效，而不能口服，主要原因是如果口服此药物，在消化道
内药物被消化液分解，会失去药效.
②盐析不破坏空间结构，是降低了蛋白质的溶解度，使蛋白质凝聚而从溶液中析出，是物
理变化，可复原。（P 一32）
水解：在蛋白酶作用下，肽键断裂，蛋白质分解为短肽和氨基酸。水解和脱水缩合的过
程是相反的。
③肽键的断裂需要蛋白酶或肽酶水解。
④蛋白质和双缩脲试剂反应呈紫色。是蛋白质中的肽键与双缩脲试剂的反应，不是蛋白质
的空间的反应；并且需要肽键的数量最少为2 个
〖细胞内蛋白质发生水解时，通常需要另一种蛋白质的参与.( √ )〗
〖蛋白质的基本性质不仅与碳骨架有关，也与功能基团有关.( √ )〗
【教材拾遗】
(1)(源于必修1 P21“与生活的联系”)长期以玉米为主食的人容易因赖氨酸缺乏而导致疾
病，请分析原因：赖氨酸为必需氨基酸，人体不能合成，只能从食物中摄取才能保证正常
生命活动，玉米中不含赖氨酸，因此长期以玉米为主食的人容易因赖氨酸缺乏而患病。
(2)(源于必修1 P21“正文”)请叙述氨基酸的结构特点：每种氨基酸分子至少都含有一个
氨基和一个羧基，并且都有一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上，这个碳原子还连
接一个氢原子和一个侧链基团。
(3)(源于必修1 P22 图2－6)胰岛素在核糖体上合成后还不具有降低血糖的生物学活性，
请从蛋白质的结构方面分析原因：核糖体上合成的多肽需经内质网、高尔基体加工后才具
备一定的空间结构，从而成为有活性的蛋白质。
3
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(4)(源于必修1 P23“与生活的联系”)熟鸡蛋更容易消化的原因是高温使蛋白质分子的空
间结构变得伸展、松散，容易被蛋白酶水解。
(5)(源于必修1 P23“与生活的联系”)蛋白质变性后还可用双缩脲试剂检测吗？请说明理
由。能。因为高温破坏了肽链盘曲、折叠形成的空间结构，没有破坏氨基酸之间的肽键。
4.蛋白质的结构和功能：
【特别提醒】
①蛋白质的水解：完全水
解（各种氨基酸混合物）
部分水解（各种氨基酸和肽段的混合物）
需要多种酶协同作用才能使蛋白质完全水解
②蛋白质的盐析：加入某种无机盐，是使物质溶解度降低而析出的过程。
③蛋白质的变性：破坏蛋白质的空间结构，但不破坏肽键，因此依然能用双缩脲试剂检测
应用：临床工作中常用酒精、加热、紫外线等来消毒杀菌
蛋白质分子在物理或化学因素的影响下，原有的空间构象发生改变，从而使菌体
和病毒的蛋白质变性而失去其致病性和繁殖能力。
【归纳总结】
1.环状肽和链状肽的区别
2.几种常见蛋白质的分布和功能
4
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5.根据氮原子估算多肽链中氨基酸数
蛋白质中的氮原子数目在一定程度上可反映出蛋白质中的氨基酸数目。
蛋白质中的氮原子质量在一定程度上可反映出蛋白质中质量。
蛋白质中的含氮量通常占其总质量的16%左右(12%~19%),因此，通过测定物质中的含氮
量便可估算出物质中的总蛋白质含量(假设测定物质中的氮全来自蛋白质)，即: 蛋白质
含量=含氮量/16%。——凯氏定氮法。
6.蛋白质的相关计算
（1）图解
（2）示例：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 条链状多肽或
m 条链状多肽
【
特
别提醒】
①计算多肽的相对分子质量时，除了考虑水分的减少外，还要考虑其他化学变化过程，如
肽链上出现一个二硫键(—S—S—)时，要再减去2(即两个氢原子)，若无特殊说明，不考
虑二硫键。
②若为环状多肽，则可将相对分子质量计算公式na－18(n－m)中的肽链数(m)视为零，再
进行相关计算
③元素守恒定律其相关数量关系如下：
(1) 碳原子数＝氨基酸的分子数×2＋R 基上的碳原子数。
(2) 氢原子数＝各氨基酸中氢原子的总数－脱去的水分子数×2。
(3) 氧原子数＝各氨基酸中氧原子的总数－脱去的水分子数。
(4) 氮原子数＝肽链数＋肽键数＋R 基上的氮原子数＝各氨基酸中氮原子的总数。
(5) 由于R 基上的碳原子数不好确定，且氢原子数较多，因此以氮原子数或氧原子数的
计算为突破口，计算氨基酸的分子式或氨基酸个数最为简便。
例1.下列四种化合物中，哪种是构成蛋白质的氨基酸( )
A. CH3—CH2—COOH
B. R—CH2—NH2
C.
D.
答案：D
解析：至少有一个氨基和羧基并且至少有一个氨基和羧基链接在一个碳原子上。
例2.（2018 年全国卷，Ⅲ卷，T30）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
形成肽链数
形成肽键数
脱去水分子数
蛋白质相对分子质量
1
n－1
n－1
na－18(n－1)
m
n－m
n－m
na－18(n－m)
5
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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氨基酸序列和_________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
例3.（双选）下列有关蛋白质结构与功能的叙述，正确的有( )
A.蛋白质的生物活性与蛋白质的空间结构有关
B.蛋白质变性是由于肽键的断裂造成的
C.将抗体溶于NaCl 溶液中会造成其生物活性的丧失
D.蛋白质是生物体主要的能源物质
E.人体内含有多种多样的蛋白质，每种蛋白质都是在细胞内发挥作用
F.有的血浆蛋白可特异性地与抗原结合
G.某种肽酶可水解肽链末端的肽键，则其可将多肽链分解为若干短肽
答案：AF
解析：
例
4：某50 肽中
有丙
氨酸(R 基为—
CH3)4 个，现脱掉其中的丙氨酸(相应位置如图所示)，得到4 条多肽链和5 个氨基酸(脱下
的氨基酸均以游离态正常存在)。下列有关叙述错误的是（ ）
A.该50 肽水解得到的几种有机物比原50 肽增加了8 个氧原子
B.若将得到的5 个氨基酸缩合成5 肽，则有5 种不同的氨基酸序列
C.若将新生成的4 条多肽链重新连接成一条长链，则将脱去4 个H2O
D.新生成的4 条多肽链至少含有4 个游离的羧基
答案：C
解析:据图分析可知，每脱掉1 个丙氨酸需要破坏2 个肽键，脱掉4 个丙氨酸共破坏了8 个
肽键，即有8 分子水参与，故该50 肽水解得到的几种有机物比原50 肽增加了8 个氧原子，
A 项正确；
得到的5 个氨基酸，其中有4 个是丙氨酸，故这5 个氨基酸缩合成5 肽，可有5 种不同的氨
基酸序列，B 项正确；
若这4 条多肽链重新连接成一条长链，则需要形成3 个肽键，脱去3 分子水，C 项错误；
每条肽链中至少有1 个游离的氨基和1 个游离的羧基，故新生成的4 条多肽链至少含有4
个游离的羧基，D 项正确。
例5.现有足量的甘氨酸、丙氨酸、谷氨酸3 种氨基酸，它们能形成的三肽种类以及包含3
种氨基酸的三肽种类分别最多有( )
A. 9 种，9 种
B. 6 种，3 种
C. 18 种，6 种
D. 27 种，6 种
答案：D
解析:足量的3 种氨基酸构成的三肽有33＝27 种。对于包含3 种氨基酸的三肽种类的理解，
可借用示意图“□—□—□”来分析，即第一个位置的氨基酸有3 种情况，第二个位置只
能从另2 种氨基酸中任选1 种，第三个位置只能安放剩余的1 种，即3×2×1＝6 种。
考点二 细胞中核酸的结构和功能
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1．结构层次
（1）一个DNA 分子（线性）
①游离2 个磷酸，绝大多数磷酸基团与2 脱氧核糖相连。
②一条链中相连的两个碱基之间脱氧核糖-磷酸-脱氧核糖相连,
两条链中相连的两个碱基之间靠氢键相连，GC 碱基对相对含量
越多，DNA 的结构越稳定。
③DNA 的基本骨架是磷酸-脱氧核糖交替排列。
（2）一个RNA 分子
一般情况下，细胞的RNA 由一条核糖核苷酸链构成→单链RNA
通过链内互补的碱基之间的氢键而形成一定的空间结构。
DNA 和RNA 在碱基组成上的区别：可用放射性同位素标记法示踪二者的合成过
程和分布
(3)核苷三磷酸与RNA 的关系
(4)脱氧核苷三磷酸与DNA 的关系
2.核酸的功能与分布
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（1）功能:脱氧核苷酸(碱基)排列储存着生物的遗传信息，核酸是细胞内携带遗传信息的
物质，在生物体的遗传、遗传和蛋白质的生物合成中具有极其重要的作用。
（2）分布
【教材拾遗】
源于必修1 P34“问题探讨”：DNA 能够提供犯罪嫌疑人的信息的原因是DNA 是遗传物质，
而每个人的遗传物质有所区别。DNA 鉴定技术还可以应用在研究人类起源、不同类群生物
的亲缘关系等方面。
3.核酸、DNA、RNA、蛋白质的水解产物比较
核酸
DNA
RNA
蛋
白
质
基本单
位
核苷酸
脱氧核苷酸
核糖核苷酸
氨
基
酸
初步水
解
核苷酸
4 种脱氧核苷酸
4 种核糖核苷酸
多肽
彻底水
解
五碳糖、碱基（5
种）、磷酸
脱氧核糖、碱基
（4 种）、磷酸
核糖、碱基（4 种）、
磷酸
氨
基
酸
4.DNA、RNA 和蛋白质三者之间的关系
5.DNA 多样性、蛋白质多样性和生物多样性的关系
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6.核DNA、mNRA、蛋白质的“相同”与“不同”
例1：判断，1.大肠杆菌细胞内单体c 的结构可用e 表示，e 的种类约有20 种（
√ ）
2.a、b 是生物体内遗传信息的携带者，C 是生命活动的主要承担者（ × ）
3.A、B 的多样性由d 中的n 充分体现，C 的多样性由e 中的R 充分体现（ × ）
4.物质A 是该生物的主要遗传物质（ × ）
5.若某种生物的核酸只由4 种d 组成，则该生物一定不是细胞生物（ √ ）
例2.如图甲是组成乙或丙的基本单位（单体）。下列相关叙述错误的是（ ）
A. 如果甲中的m 是U，则甲一定是丙的基本单位
B. 如果甲中的m 是G，则甲一定是乙的基本单位
C. 如果甲中的a 是脱氧核糖，则甲物质聚合成的大分子物质可以分布于线粒体和叶绿体
中
D. 如果甲中的a 是核糖，则甲物质聚合成的大分子物质可以分布于细胞核和细胞质中
E. 核酸控制蛋白质的合成，蛋白质可能参与基因表达的过程
F. DNA、RNA、ATP 和某些酶的组成中都有糖类
G.高温变性后的蛋白质能与双缩脲试剂发生紫色反应
H.若ATP 断裂两个高能磷酸键，脱去两个磷酸基团，可形成b，则a 为核糖
答案：B
解析：B.如果甲中的m 是G，则甲可能是乙的基本单位,B 错误。
考点三 生物大分子以碳链为骨架
1. 基本骨架：
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DNA：磷酸-脱氧核糖交替排列作为DNA 的基本骨架
生物大分子：碳链作为生物大分子的基本骨架
细胞膜：磷脂双分子层作为细胞膜(生物膜)的基本骨架
细胞：细胞骨架作为细胞的基本骨架
2.核酸与蛋白质的复合体
【教材拾遗】
源于必修1 P38“复习与提高”：多糖和核酸都是由许多单体组成的多聚体，试从组成二
者单体种类的角度分析核酸是遗传信息的携带者，而多糖不是的原因：构成多糖的基本单
位是葡萄糖，无论多少个葡萄糖构成多糖，它的顺序没有什么变化。而核酸是由核苷酸连
接而成的长链，核酸分子中4 种脱氧核苷酸(或核糖核苷酸)在数量、排列顺序上就会千差
万别，从而能够承担起携带遗传信息的功能。
以碳链为基本骨架的小分子单体能构成许多不同的多聚体，模式图如下。下列有关说法正
确的是( )
A.若图中多聚体为DNA，则构成其的脱氧核糖的组成元素为C、H、O、N、P
B.若图中多聚体为多糖，则构成它的单体一定是葡萄糖
C.若图中S1、S2、S3、S4……为同一种单体，则该多聚体可以表示淀粉
D.若图中单体表示氨基酸，则形成此长链时所有氨基和羧基都参与脱水缩合
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答案：C
解析：A.若图中多聚体为DNA，则构成其的脱氧核糖的组成元素为C、H、O。
B.若图中多聚体为多糖，则构成它的单体是单糖
C.若图中S1、S2、S3、S4……为同一种单体，则该多聚体可以表示淀粉
D.若图中单体表示氨基酸，R 基的氨基和羧基不参与脱水缩合
1.(2022·湖南，1)胶原蛋白是细胞外基质的主要成分之一，其非必需氨基酸含量比蛋清蛋白
高。下列叙述正确的是
A.胶原蛋白的氮元素主要存在于氨基中
B.皮肤表面涂抹的胶原蛋白可被直接吸收
C.胶原蛋白的形成与内质网和高尔基体有关
D.胶原蛋白比蛋清蛋白的营养价值高
答案：C.
解析：蛋白质的氮元素主要存在于肽键中，A 错误；
胶原蛋白为生物大分子物质，涂抹于皮肤表面不能被直接吸收，B 错误；
由题干信息可知，胶原蛋白非必需氨基酸含量比蛋清蛋白高，而人体需要从食物中获取必
需氨基酸，非必需氨基酸自身可以合成，因此并不能说明胶原蛋白比蛋清蛋白的营养价值
高，D 错误。
2.(2021·辽宁，1)蛋白质是生命活动的主要承担者。下列有关叙述错误的是( )
A.叶绿体中存在催化ATP 合成的蛋白质
B.胰岛B 细胞能分泌调节血糖的蛋白质
C.唾液腺细胞能分泌水解淀粉的蛋白质
D.线粒体膜上存在运输葡萄糖的蛋白质
答案：D.
解析：叶绿体类囊体薄膜是进行光合作用的场所，能合成ATP，则存在催化ATP 合成的酶，
其化学本质是蛋白质，A 正确；
胰岛B 细胞能分泌胰岛素，降低血糖，胰岛素的化学本质是蛋白质，B 正确；
唾液腺细胞能分泌唾液淀粉酶，唾液淀粉酶属于分泌蛋白，能水解淀粉，C 正确；
葡萄糖分解的场所在细胞质基质，线粒体膜上不存在运输葡萄糖的蛋白质，D 错误。
3.(2021·全国甲，1)已知①酶、②抗体、③激素、④糖原、⑤脂肪、⑥核酸都是人体内有重
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.③④⑤都是生物大分子，都以碳链为骨架
C.①②⑥都是由含氮的单体连接成的多聚体
D.④⑤⑥都是人体细胞内的主要能源物质
答案：C.
解析：酶的化学本质是蛋白质或RNA，抗体的化学本质是蛋白质，激素的化学本质是有机
物，如蛋白质、氨基酸的衍生物、脂质等，只有蛋白质才是由氨基酸通过肽键连接而成的
A 错误；
糖原是生物大分子，脂肪不是生物大分子，且激素不一定是大分子物质，如甲状腺激素是
含碘的氨基酸衍生物，B 错误；
酶的化学本质是蛋白质或RNA，抗体的化学本质是蛋白质，蛋白质是由氨基酸连接而成的
多聚体，核酸是由核苷酸连接而成的多聚体，氨基酸和核苷酸都含有氮元素，C 正确；
人体主要的能源物质是糖类，核酸是生物的遗传物质，脂肪是机体主要的储能物质，D 错
误。
4.(2020·北京，2)蛋白质和DNA 是两类重要的生物大分子，下列对两者共性的概括，不正确
的是( )
A.组成元素含有C、H、O、N
B.由相应的基本结构单位构成
C.具有相同的空间结构
D.体内合成时需要模板、能量和酶
答案：C.
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解析：C.具有不同的空间结构
5.(2020·天津，2)组成下列多聚体的单体的种类最多的是( )
A.血红蛋白
B.DNA
C.淀粉
D.纤维素
答案：C.
解析：组成蛋白质的单体是氨基酸，约有20 种；组成DNA 的单体是脱氧核苷酸，有4 种；
组成淀粉和纤维素的单体都是葡萄糖，只有1 种。
12
