高中生物一起學(xué)

蛋白質(zhì)與核酸知識(shí)詳解

一、蛋白質(zhì)

（一）元素組成

基本元素為 C、H、O、N，部分蛋白質(zhì)含 S 等元素（如胰島素含 S）。

（二）基本單位——氨基酸

1.?種類：人體約有 21 種，由 R 基決定具體種類。

2.?結(jié)構(gòu)通式：\begin{array}{l}\ce{H_2N - CH - COOH}\\\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;|\;\;\\\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;R\end{array}

3.?結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：每個(gè)氨基酸至少有一個(gè) 氨基（\ce{-NH_2}） 和一個(gè) 羧基（\ce{-COOH}），且連在 同一碳原子 上。這是判斷是否為構(gòu)成蛋白質(zhì)氨基酸的關(guān)鍵（若氨基、羧基不連在同一碳上，則不是）。

4.?分類：

- 必需氨基酸：人體細(xì)胞不能合成，需從外界獲取，共 8 種（如賴氨酸、色氨酸）。

- 非必需氨基酸：人體細(xì)胞能合成，共 13 種。

（三）多肽

1.?形成方式：氨基酸通過 脫水縮合 結(jié)合，遺傳學(xué)上肽鏈合成過程稱 翻譯。

2.?合成場(chǎng)所：核糖體。

3.?二肽形成：一個(gè)氨基酸的羧基（\ce{-COOH}）與另一個(gè)氨基酸的氨基（\ce{-NH_2}）脫去一分子水，形成 肽鍵（\ce{-CO - NH -}）。

4.?相關(guān)計(jì)算：

- 失去水分子數(shù) = 肽鍵數(shù) = 氨基酸數(shù) - 肽鏈數(shù)（n - m）。

- 相對(duì)分子質(zhì)量 = na - 18(n - m)（a 為氨基酸平均相對(duì)分子質(zhì)量）。

- 一條肽鏈至少含一個(gè)氨基和一個(gè)羧基（位于兩端）；m 條肽鏈至少含 m 個(gè)氨基和 m 個(gè)羧基。

- 環(huán)狀肽鏈：肽鍵數(shù) = 氨基酸數(shù) n；氨基數(shù)或羧基數(shù)取決于 R 基，若無特殊說明，至少為 0。

（四）蛋白質(zhì)

1.?形成：由多肽鏈 盤曲折疊 形成。

2.?結(jié)構(gòu)多樣性原因：

- 直接原因：氨基酸種類、數(shù)目、排列順序不同，肽鏈盤曲折疊方式及空間結(jié)構(gòu)千差萬別。

- 根本原因：DNA（基因）的多樣性。

3.?多肽與蛋白質(zhì)區(qū)別：蛋白質(zhì)有 空間結(jié)構(gòu)，多肽僅有一、二級(jí)結(jié)構(gòu)；蛋白質(zhì)可由 一條或多條肽鏈 形成。

4.?變性：高溫、過酸、過堿等破壞蛋白質(zhì) 空間結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致理化性質(zhì)改變或生物活性喪失，但 肽鍵不斷裂（如高溫下雞蛋蛋白質(zhì)變性）。

（五）蛋白質(zhì)功能

1.?構(gòu)成細(xì)胞和生物體：如羽毛、肌肉中的 結(jié)構(gòu)蛋白。

2.?催化作用：多數(shù)酶是蛋白質(zhì)（少數(shù)酶化學(xué)本質(zhì)是 RNA）。

3.?運(yùn)輸作用：血紅蛋白運(yùn)輸氧氣，細(xì)胞膜上 載體蛋白 運(yùn)輸物質(zhì)。

4.?信息傳遞作用：胰島素、生長(zhǎng)激素等信號(hào)分子，糖蛋白 作為受體。

5.?防御（免疫）作用：如 抗體。

易錯(cuò)點(diǎn)總結(jié)：

- 判斷氨基酸時(shí)忽略氨基和羧基連在同一碳原子上。

- 計(jì)算蛋白質(zhì)相對(duì)分子質(zhì)量時(shí)忘記減去脫去水的質(zhì)量。

- 誤認(rèn)為蛋白質(zhì)變性時(shí)肽鍵斷裂。

二、核酸

（一）元素組成

C、H、O、N、P。

（二）基本單位——核苷酸

由 磷酸、五碳糖、含氮堿基 組成。

- 細(xì)胞中：有 2 種核酸（DNA 和 RNA），8 種核苷酸，5 種堿基（A、T、C、G、U）。

- 病毒中：有 1 種核酸（DNA 或 RNA），4 種核苷酸，4 種堿基。

（三）核酸功能

1.?是一切生物的 遺傳物質(zhì)，是細(xì)胞內(nèi) 攜帶遺傳信息 的物質(zhì)。

2.?在生物體 遺傳、變異和蛋白質(zhì)生物合成 中起重要作用。

（四）核苷酸排列順序與遺傳信息關(guān)系

1.?遺傳信息是基因中 脫氧核苷酸（堿基）的排列順序。

2.?DNA 分子多樣性 源于組成 DNA 的堿基對(duì) 數(shù)量 和 排列順序 不同。

（五）DNA 和 RNA 比較

1.?種類：DNA（脫氧核糖核酸）；RNA（核糖核酸）。

2.?存在部位：

- DNA：主要在 細(xì)胞核，少量在 線粒體、葉綠體（半自主性細(xì)胞器）。

- RNA：主要在 細(xì)胞質(zhì)（mRNA 在核中合成后進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)參與蛋白合成，tRNA、rRNA 也在細(xì)胞質(zhì)核糖體等結(jié)構(gòu)中）。

3.?基本組成單位：

- DNA：脫氧核苷酸（一分子磷酸、一分子脫氧核糖、一分子含氮堿基 A/T/C/G）。

- RNA：核糖核苷酸（一分子磷酸、一分子核糖、一分子含氮堿基 A/U/C/G）。

4.?堿基種類：DNA 特有的 T，RNA 特有的 U。

5.?五碳糖種類：DNA 含 脫氧核糖，RNA 含 核糖（脫氧核糖比核糖少一個(gè)氧原子）。

6.?核苷酸鏈數(shù)：DNA 一般為 雙鏈（反向平行盤旋成雙螺旋，穩(wěn)定性高）；RNA 一般為 單鏈（結(jié)構(gòu)靈活）。

7.?作用：DNA 是細(xì)胞生物的遺傳物質(zhì)，控制遺傳、變異和蛋白質(zhì)合成；RNA 參與蛋白質(zhì)合成（如 mRNA 是翻譯模板，tRNA 轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸，rRNA 是核糖體組成成分），某些病毒以 RNA 為遺傳物質(zhì)。

易錯(cuò)點(diǎn)總結(jié)：

- 混淆細(xì)胞和病毒中核酸、核苷酸、堿基的種類數(shù)目。

- 對(duì) DNA 和 RNA 的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及作用區(qū)分不清。

三、生物大分子以碳鏈為骨架

細(xì)胞中生物大分子有 多糖、蛋白質(zhì)、核酸 三類。

1.?單體：這些生物大分子的基本組成單位。如多糖的單體是 單糖（葡萄糖是淀粉、糖原等多糖的單體）；蛋白質(zhì)的單體是 氨基酸；核酸的單體是 核苷酸。

2.?多聚體：每一個(gè)單體都以若干個(gè)相連的 碳原子構(gòu)成的碳鏈 為基本骨架，由許多單體連接成多聚體。碳元素因獨(dú)特化學(xué)性質(zhì)，能形成多樣化學(xué)鍵，構(gòu)成不同長(zhǎng)度和結(jié)構(gòu)的碳鏈，為生物大分子形成奠定基礎(chǔ)。

四、檢測(cè)生物組織中的化合物或結(jié)構(gòu)

鑒定物質(zhì) 鑒定試劑 顏色變化

還原糖 斐林試劑 水浴加熱，出現(xiàn)磚紅色沉淀

淀粉 碘液 變藍(lán)

脂肪 蘇丹Ⅲ染液（或蘇丹Ⅳ染液） 染成橘黃色（或紅色）

蛋白質(zhì) 雙縮脲試劑 變成紫色

DNA 甲基綠 綠色

CO? 澄清石灰水 變渾濁

酒精 酸性重鉻酸鉀溶液 橙色變?yōu)榛揖G色

染色體 堿性染料（如龍膽紫溶液、醋酸洋紅液） 深色

實(shí)驗(yàn)材料選取原則：應(yīng)選擇待測(cè)物質(zhì)含量 高，且顏色 淺（或無色） 的生物組織。含量高則實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，便于觀察和檢測(cè)；顏色淺或無色可避免材料本身顏色對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顏色反應(yīng)的干擾。

考試重點(diǎn)

1.?蛋白質(zhì)：氨基酸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、分類；脫水縮合過程及相關(guān)計(jì)算（肽鍵數(shù)、水分子數(shù)、相對(duì)分子質(zhì)量等）；蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)多樣性的原因（氨基酸種類、數(shù)目、排列順序及空間結(jié)構(gòu)）；蛋白質(zhì)的功能（結(jié)構(gòu)蛋白、催化、運(yùn)輸、信息傳遞、免疫）。

2.?核酸：核酸的元素組成、基本單位（核苷酸）；DNA 和 RNA 的區(qū)別（存在部位、堿基、五碳糖、鏈數(shù)、功能）；核酸的功能（遺傳物質(zhì)、攜帶遺傳信息、與遺傳變異及蛋白質(zhì)合成的關(guān)系）。

3.?生物大分子：多糖、蛋白質(zhì)、核酸以碳鏈為骨架；單體與多聚體的關(guān)系（如葡萄糖是多糖單體，氨基酸是蛋白質(zhì)單體）。

4.?物質(zhì)檢測(cè)：還原糖（斐林試劑，磚紅色沉淀）、淀粉（碘液，藍(lán)色）、脂肪（蘇丹Ⅲ/Ⅳ，橘黃/紅色）、蛋白質(zhì)（雙縮脲試劑，紫色）、DNA（甲基綠，綠色）、CO?（澄清石灰水，渾濁）、酒精（酸性重鉻酸鉀，橙色→灰綠色）、染色體（堿性染料，深色）的鑒定試劑及顏色變化。

考試易錯(cuò)點(diǎn)

1.?氨基酸結(jié)構(gòu)：忽略“氨基和羧基連在同一碳原子上”的關(guān)鍵特點(diǎn)，誤判氨基酸。

2.?脫水縮合計(jì)算：計(jì)算相對(duì)分子質(zhì)量時(shí)忘記減去脫去水分子的質(zhì)量；對(duì)環(huán)狀肽鏈的肽鍵數(shù)、氨基/羧基數(shù)計(jì)算錯(cuò)誤。

3.?核酸區(qū)分：混淆 DNA 和 RNA 的堿基、五碳糖及存在部位（如誤將 RNA 主要存在部位記為細(xì)胞核）。

4.?物質(zhì)檢測(cè)：記錯(cuò)試劑與顏色反應(yīng)（如將斐林試劑與雙縮脲試劑的使用條件和現(xiàn)象混淆）。

考試題型與做題方法

1.?選擇題：

- 方法：采用排除法，根據(jù)知識(shí)點(diǎn)逐一排除錯(cuò)誤選項(xiàng)。如考查氨基酸結(jié)構(gòu)，排除氨基和羧基不連在同一碳上的選項(xiàng)；考查核酸分布，排除 RNA 主要在細(xì)胞核的錯(cuò)誤表述。

2.?填空題：

- 方法：精準(zhǔn)記憶知識(shí)點(diǎn)。如填寫物質(zhì)檢測(cè)的顏色變化，必須準(zhǔn)確書寫“磚紅色沉淀”“紫色”等。

3.?簡(jiǎn)答題：

- 方法：分點(diǎn)作答，條理清晰。如回答蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)多樣性原因，從氨基酸種類、數(shù)目、排列順序及空間結(jié)構(gòu)角度闡述；回答核酸功能，從遺傳物質(zhì)、信息傳遞、與蛋白質(zhì)合成關(guān)系等方面說明。

生物學(xué)上層理念

1.?結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)：蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的多樣性決定了其功能的多樣性（如酶的催化功能與其特定空間結(jié)構(gòu)相關(guān)）；DNA 的雙螺旋結(jié)構(gòu)使其穩(wěn)定儲(chǔ)存遺傳信息。

2.?物質(zhì)統(tǒng)一性：生物大分子（多糖、蛋白質(zhì)、核酸）均以碳鏈為基本骨架，體現(xiàn)了生物界在物質(zhì)組成上的統(tǒng)一性。

3.?實(shí)驗(yàn)探究：通過物質(zhì)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，理解生物分子的特性，如還原糖的鑒定基于其含醛基的特性，培養(yǎng)科學(xué)探究思維。

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