蛋白质与核酸知识详解
一、蛋白质
（一）元素组成
基本元素为 C、H、O、N，部分蛋白质含 S 等元素（如胰岛素含 S）。
（二）基本单位——氨基酸
1. 种类：人体约有 21 种，由 R 基决定具体种类。
2. 结构通式：\begin{array}{l}\ce{H_2N - CH - COOH}\\\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;|\;\;\\\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;R\end{array}
3. 结构特点：每个氨基酸至少有一个 氨基（\ce{-NH_2}） 和一个 羧基（\ce{-COOH}），且连在 同一碳原子 上。这是判断是否为构成蛋白质氨基酸的关键（若氨基、羧基不连在同一碳上，则不是）。
4. 分类：
- 必需氨基酸：人体细胞不能合成，需从外界获取，共 8 种（如赖氨酸、色氨酸）。
- 非必需氨基酸：人体细胞能合成，共 13 种。
（三）多肽
1. 形成方式：氨基酸通过 脱水缩合 结合，遗传学上肽链合成过程称 翻译。
2. 合成场所：核糖体。
3. 二肽形成：一个氨基酸的羧基（\ce{-COOH}）与另一个氨基酸的氨基（\ce{-NH_2}）脱去一分子水，形成 肽键（\ce{-CO - NH -}）。
4. 相关计算：
- 失去水分子数 = 肽键数 = 氨基酸数 - 肽链数（n - m）。
- 相对分子质量 = na - 18(n - m)（a 为氨基酸平均相对分子质量）。
- 一条肽链至少含一个氨基和一个羧基（位于两端）；m 条肽链至少含 m 个氨基和 m 个羧基。
- 环状肽链：肽键数 = 氨基酸数 n；氨基数或羧基数取决于 R 基，若无特殊说明，至少为 0。
（四）蛋白质
1. 形成：由多肽链 盘曲折叠 形成。
2. 结构多样性原因：
- 直接原因：氨基酸种类、数目、排列顺序不同，肽链盘曲折叠方式及空间结构千差万别。
- 根本原因：DNA（基因）的多样性。
3. 多肽与蛋白质区别：蛋白质有 空间结构，多肽仅有一、二级结构；蛋白质可由 一条或多条肽链 形成。
4. 变性：高温、过酸、过碱等破坏蛋白质 空间结构，导致理化性质改变或生物活性丧失，但 肽键不断裂（如高温下鸡蛋蛋白质变性）。
（五）蛋白质功能
1. 构成细胞和生物体：如羽毛、肌肉中的 结构蛋白。
2. 催化作用：多数酶是蛋白质（少数酶化学本质是 RNA）。
3. 运输作用：血红蛋白运输氧气，细胞膜上 载体蛋白 运输物质。
4. 信息传递作用：胰岛素、生长激素等信号分子，糖蛋白 作为受体。
5. 防御（免疫）作用：如 抗体。
易错点总结：
- 判断氨基酸时忽略氨基和羧基连在同一碳原子上。
- 计算蛋白质相对分子质量时忘记减去脱去水的质量。
- 误认为蛋白质变性时肽键断裂。
二、核酸
（一）元素组成
C、H、O、N、P。
（二）基本单位——核苷酸
由 磷酸、五碳糖、含氮碱基 组成。
- 细胞中：有 2 种核酸（DNA 和 RNA），8 种核苷酸，5 种碱基（A、T、C、G、U）。
- 病毒中：有 1 种核酸（DNA 或 RNA），4 种核苷酸，4 种碱基。
（三）核酸功能
1. 是一切生物的 遗传物质，是细胞内 携带遗传信息 的物质。
2. 在生物体 遗传、变异和蛋白质生物合成 中起重要作用。
（四）核苷酸排列顺序与遗传信息关系
1. 遗传信息是基因中 脱氧核苷酸（碱基）的排列顺序。
2. DNA 分子多样性 源于组成 DNA 的碱基对 数量 和 排列顺序 不同。
（五）DNA 和 RNA 比较
1. 种类：DNA（脱氧核糖核酸）；RNA（核糖核酸）。
2. 存在部位：
- DNA：主要在 细胞核，少量在 线粒体、叶绿体（半自主性细胞器）。
- RNA：主要在 细胞质（mRNA 在核中合成后进入细胞质参与蛋白合成，tRNA、rRNA 也在细胞质核糖体等结构中）。
3. 基本组成单位：
- DNA：脱氧核苷酸（一分子磷酸、一分子脱氧核糖、一分子含氮碱基 A/T/C/G）。
- RNA：核糖核苷酸（一分子磷酸、一分子核糖、一分子含氮碱基 A/U/C/G）。
4. 碱基种类：DNA 特有的 T，RNA 特有的 U。
5. 五碳糖种类：DNA 含 脱氧核糖，RNA 含 核糖（脱氧核糖比核糖少一个氧原子）。
6. 核苷酸链数：DNA 一般为 双链（反向平行盘旋成双螺旋，稳定性高）；RNA 一般为 单链（结构灵活）。
7. 作用：DNA 是细胞生物的遗传物质，控制遗传、变异和蛋白质合成；RNA 参与蛋白质合成（如 mRNA 是翻译模板，tRNA 转运氨基酸，rRNA 是核糖体组成成分），某些病毒以 RNA 为遗传物质。
易错点总结：
- 混淆细胞和病毒中核酸、核苷酸、碱基的种类数目。
- 对 DNA 和 RNA 的结构特点及作用区分不清。
三、生物大分子以碳链为骨架
细胞中生物大分子有 多糖、蛋白质、核酸 三类。
1. 单体：这些生物大分子的基本组成单位。如多糖的单体是 单糖（葡萄糖是淀粉、糖原等多糖的单体）；蛋白质的单体是 氨基酸；核酸的单体是 核苷酸。
2. 多聚体：每一个单体都以若干个相连的 碳原子构成的碳链 为基本骨架，由许多单体连接成多聚体。碳元素因独特化学性质，能形成多样化学键，构成不同长度和结构的碳链，为生物大分子形成奠定基础。
四、检测生物组织中的化合物或结构
鉴定物质 鉴定试剂 颜色变化
还原糖 斐林试剂 水浴加热，出现砖红色沉淀
淀粉 碘液 变蓝
脂肪 苏丹Ⅲ染液（或苏丹Ⅳ染液） 染成橘黄色（或红色）
蛋白质 双缩脲试剂 变成紫色
DNA 甲基绿 绿色
CO₂ 澄清石灰水 变浑浊
酒精 酸性重铬酸钾溶液 橙色变为灰绿色
染色体 碱性染料（如龙胆紫溶液、醋酸洋红液） 深色
实验材料选取原则：应选择待测物质含量 高，且颜色 浅（或无色） 的生物组织。含量高则实验现象明显，便于观察和检测；颜色浅或无色可避免材料本身颜色对实验结果颜色反应的干扰。
考试重点
1. 蛋白质：氨基酸的结构特点、分类；脱水缩合过程及相关计算（肽键数、水分子数、相对分子质量等）；蛋白质结构多样性的原因（氨基酸种类、数目、排列顺序及空间结构）；蛋白质的功能（结构蛋白、催化、运输、信息传递、免疫）。
2. 核酸：核酸的元素组成、基本单位（核苷酸）；DNA 和 RNA 的区别（存在部位、碱基、五碳糖、链数、功能）；核酸的功能（遗传物质、携带遗传信息、与遗传变异及蛋白质合成的关系）。
3. 生物大分子：多糖、蛋白质、核酸以碳链为骨架；单体与多聚体的关系（如葡萄糖是多糖单体，氨基酸是蛋白质单体）。
4. 物质检测：还原糖（斐林试剂，砖红色沉淀）、淀粉（碘液，蓝色）、脂肪（苏丹Ⅲ/Ⅳ，橘黄/红色）、蛋白质（双缩脲试剂，紫色）、DNA（甲基绿，绿色）、CO₂（澄清石灰水，浑浊）、酒精（酸性重铬酸钾，橙色→灰绿色）、染色体（碱性染料，深色）的鉴定试剂及颜色变化。
考试易错点
1. 氨基酸结构：忽略“氨基和羧基连在同一碳原子上”的关键特点，误判氨基酸。
2. 脱水缩合计算：计算相对分子质量时忘记减去脱去水分子的质量；对环状肽链的肽键数、氨基/羧基数计算错误。
3. 核酸区分：混淆 DNA 和 RNA 的碱基、五碳糖及存在部位（如误将 RNA 主要存在部位记为细胞核）。
4. 物质检测：记错试剂与颜色反应（如将斐林试剂与双缩脲试剂的使用条件和现象混淆）。
考试题型与做题方法
1. 选择题：
- 方法：采用排除法，根据知识点逐一排除错误选项。如考查氨基酸结构，排除氨基和羧基不连在同一碳上的选项；考查核酸分布，排除 RNA 主要在细胞核的错误表述。
2. 填空题：
- 方法：精准记忆知识点。如填写物质检测的颜色变化，必须准确书写“砖红色沉淀”“紫色”等。
3. 简答题：
- 方法：分点作答，条理清晰。如回答蛋白质结构多样性原因，从氨基酸种类、数目、排列顺序及空间结构角度阐述；回答核酸功能，从遗传物质、信息传递、与蛋白质合成关系等方面说明。
生物学上层理念
1. 结构与功能相适应：蛋白质结构的多样性决定了其功能的多样性（如酶的催化功能与其特定空间结构相关）；DNA 的双螺旋结构使其稳定储存遗传信息。
2. 物质统一性：生物大分子（多糖、蛋白质、核酸）均以碳链为基本骨架，体现了生物界在物质组成上的统一性。
3. 实验探究：通过物质检测实验，理解生物分子的特性，如还原糖的鉴定基于其含醛基的特性，培养科学探究思维。
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