生物高考生物-重点实验和高考热点问题-讲座1-蛋白质的相关计算课件

在氨基酸形成蛋白质过程中存在着氨基酸数、肽键数、脱去水分子数、肽链条数等的数量对应关系；在DNA控制合成蛋白质的过程中存在着DNA的碱基数、RNA的碱基数及氨基酸数目之间的数量对应关系。这些数量关系的计算历年来都是高考的重点；如果掌握不牢固也是很多学生的失分点。下面我们就从这两个方面进行重点突破讲解。第一页第二页，共29页。一、氨基酸数、肽键数、肽链数、脱水水分子数和蛋白质相对分子量的相关计算【理论阐释】1.知识背景

氨基酸是组成蛋白质的基本单位。由两个氨基酸分子脱水缩合形成的化合物叫做二肽。其中，连接两个氨基酸分子的化学键(－NH－CO－)叫做肽键。由多个不同种类的氨基酸分子脱水缩合而成的化合物叫做多肽；多肽通常呈链状结构，叫做肽链。肽链进一步加工，则形成蛋白质。第二页第三页，共29页。氨基酸、多肽、肽键、肽链和蛋白质的关系可归纳成下图：第三页第四页，共29页。2.常见计算类型（1）多肽中氨基数和羧基数及N、H、O原子数的计算（2）氨基酸数、肽键数、失去（或需要）水分子数、及肽链条数的相关计算（3）蛋白质相对分子质量的计算第四页第五页，共29页。3.解题方法（1）多肽中氨基数和羧基数及N、H、O原子数的计算规律由脱水缩合过程知：每两个氨基酸分子脱去一个水分子形成一个肽键，每形成一个肽键就相应的破坏一个氨基和一个羧基。每形成一个水分子也会使原来的H和O原子数目发生相应变化。在形成的化合物中，有以下规律：第五页第六页，共29页。①一条多肽链中最少有一个游离的氨基和一个游离的羧基，由n条肽链组成的蛋白质中，最少有n个游离的氨基和n个游离的羧基。②氨基数＝肽链数＋R基上的氨基数＝各氨基酸中氨基总数－肽键数③羧基数＝肽链数＋R基上的羧基数＝各氨基酸中羧基总数－肽键数④N原子数＝肽键数＋肽链数＋R基上N原子数＝各氨基酸中N原子的总数⑤O原子数＝肽键数＋肽链数×2＋R基上的O原子数＝各氨基酸中O原子的总数－脱去水分子数⑥H原子数＝各氨基酸中H原子的总数－脱水分子数×2第六页第七页，共29页。（2）氨基酸数、肽键数、失去水分子数及肽链条数的相关计算规律①由氨基酸分子脱水缩合过程可知，若该蛋白质只有一条肽链，肽链形成过程中每形成一个肽键，就同时失去一分子水，即形成的肽键数=失去的水分子数=氨基酸数目-1；②m个氨基酸分子形成一个由n条肽链组成的蛋白质时，脱去的水分子数和形成的肽键数为m-n。蛋白质或多肽水解形成氨基酸时，需要的水分子数与其形成时失去的水分子数相等，即m-n。第七页第八页，共29页。（3）蛋白质相对分子质量的计算规律蛋白质的相对分子质量＝氨基酸的相对分子质量总和-失去的水分子的相对分子质量总和。即若氨基酸的平均相对分子质量为a，该蛋白质由m个氨基酸脱水缩合形成，共有n条肽链，则该蛋白质的相对分子质量为：m·a-(m-n)×18。综上所述，由氨基酸的脱水缩合过程可总结如下规律：（仅指直链多肽）第八页第九页，共29页。一条肽链（R基中N、O原子数分别为x、y）n条肽链氨基酸平均相对分子质量aa氨基酸(平均含H数目为b)数目mm肽键数目m-1m-n脱去水分子数目m-1m-n肽链(或蛋白质)的相对分子质量ma-18×(m-1)ma-18×(m-n)氨基数目至少一个（R基上还可能含有氨基）至少n个羧基数目至少一个（R基上还可能含有羧基）至少n个N原子数m+xO原子数m+1+yH原子数m·b－2×(m-1)第九页第十页，共29页。注意：①如果n个氨基酸形成若干个环状多肽，则蛋白质分子形成过程中肽键数目等于氨基酸数目，可表示为：失去水分子数＝肽键数＝氨基酸总数②环状肽Aa1、Aa2……、Aa6表示6种氨基酸，它们相互缩合形成的环状肽如图所示：第十页第十一页，共29页。由图示可知：肽键数=脱去水分子数=氨基酸总数环状肽主链中无氨基和羧基，环状肽中氨基或羧基数取决于构成环状肽的氨基酸R基团中的氨基或羧基的数目。第十一页第十二页，共29页。1．多肽中氨基数和羧基数及N、H、O原子数的计算【例1】（2009·上海高考）某蛋白质由m条肽链、n个氨基酸组成。该蛋白质至少含有氧原子的个数是

A．n-mB．n-2mC．n+mD．n+2m【典例导悟】第十二页第十三页，共29页。【解析】选C。本题考查脱水缩合后O原子数目的计算。可以用我们前面讲解的规律进行计算。方法一：由氨基酸的结构通式可知一个氨基酸至少有两个O原子，形成蛋白质缩合过程中要脱掉水，每个水分中都有一个O原子，可以用下列公式O原子数＝各氨基酸中O的总数－脱去水分子数，也就是2n-(n-m)=n+m。方法二：O原子数＝肽键数+肽链数×2+R基上的O原子数。肽键数等于氨基酸数减去肽链条数即（n-m）。肽链数是m。由于该题设问的是蛋白质至少含有的O原子的个数，所以，可以考虑R基上没有O原子。所以本题答案是（n-m）+m×2+0=n+m。第十三页第十四页，共29页。2．氨基酸、肽键数、失去(或需要）水分子数及肽链条数的相关计算【例2】(2011·淮安模拟）由m个氨基酸构成的一个蛋白质分子，含n条肽链，其中z条是环状多肽，这个蛋白质分子完全水解共需水分子个数为()A.m-n+zB.m-n-zC.m-z+nD.m+z+n【解析】选A。在形成蛋白质的过程中，脱水缩合形成的水分子数=氨基酸数目-肽链的条数。假如这n条肽链都是直链的话，则形成m-n个水分子；由于形成一个环肽比形成一条直链肽多形成一个水分子，而在n条肽链中有z条是环肽，故由m个氨基酸形成该蛋白质分子时共形成了m-n+z个水分子，因此该蛋白质水解形成氨基酸的时候就需消耗m-n+z个水分子。第十四页第十五页，共29页。3．蛋白质相对分子质量的计算【例3】（2011·中山模拟）20种氨基酸的平均相对分子质量为128，假若有一个多肽化合物，由10个氨基酸构成一个肽链，那么该多肽的相对分子质量和至少含有的氨基数目分别是()A．1280,11B．1262,1C．1118,1D．1100,9【解析】选C。由10个氨基酸组成的多肽共脱去9个水分子，形成9个肽键，至少含有1个氨基和羧基，则该多肽的相对分子质量为：10×128－9×18＝1118。第十五页第十六页，共29页。二、氨基酸数目与mRNA及DNA中碱基数量之间的计算蛋白质是生命性状的体现者，它是在DNA的控制下，经过转录、翻译过程形成的，蛋白质的氨基酸数目和DNA、RNA的碱基数目之间存在一定的规律，其过程如图：【理论阐释】1.知识背景第十六页第十七页，共29页。碱基与氨基酸之间的数量关系如下：(1)转录时，组成基因的两条链只有一条链能转录，另一条链则不能转录。因此．转录形成的RNA分子中碱基数目是基因中碱基数目的l／2。(2)翻译过程中，信使RNA中每3个碱基决定一个氨基酸，所以经翻译合成的蛋白质分子中的氨基酸数目是信使RNA碱基数目的1／3。第十七页第十八页，共29页。总之，在转录和翻译过程中，基因中的碱基数(指双链)、RNA分子中的碱基数、蛋白质分子中的氨基酸数之比为6：3：1。见下图第十八页第十九页，共29页。有关计算的关系式可总结为：

蛋白质中肽链数+肽键数=氨基酸数=1/3mRNA碱基数=1/6基因中碱基数。因基因中存有启动片段、终止片段等，实际上基因碱基数目和氨基酸数目的关系并不是很严格，因此一般命题中带有“至少”或“最多”字样。第十九页第二十页，共29页。2.常见计算类型以DNA的碱基数、RNA的碱基数、密码子数、反密码子数、氨基酸数中的任一种或几种为已知条件，计算其他数目。第二十页第二十一页，共29页。3.解题方法三者的关联计算，主要存在以下几种情况：（1）在题目不做任何说明的情况下，就按以下规律计算：DNA碱基数＝2×mRNA碱基数＝6×密码子数＝6×氨基酸数目（2）如果题目特别强调是真核生物的DNA，因为在转录后存在信息RNA的剪辑。要注意其DNA碱基数应该大于6×氨基酸数目，应根据题目具体情况具体解决。第二十一页第二十二页，共29页。（3）在真核生物中，其基因中有外显子和内含子之分，即氨基酸数与基因中的脱氧核苷酸数并不成一定的比例关系，题目中加了“至少”两字后做了限定，相当于不存在内含子的计算。（4）无论真核生物还是原核生物，都要注意终止密码子的存在，终止密码子不编码蛋白质，但占有DNA碱基数。（5）看清楚题目求的是氨基酸的种类还是氨基酸的个数。第二十二页第二十三页，共29页。【例1】(2011·三亚模拟）下面为两种不同的mRNA分子和两种以它们为模板合成的蛋白质分子：在每一种蛋白质分子中可能存在氨基酸的种数为【典例导悟】mRNA蛋白质……AGAGAGAGAGAGAGAGAGAGAGAGP……AAUCAAUCAAUCAAUCAAUCAAUCQ蛋白质P蛋白质QA14B13C24D23第二十三页第二十四页，共29页。【解析】选C。蛋白质P对应的mRNA只有两种密码子(AGA、GAG)，所以存在的氨基酸种类数为2。蛋白质Q对应的mRNA有四种密码子(AAU、CAA、UCA、AUC)，所以存在的氨基酸种类数为4。第二十四页第二十五页，共29页。【例2】（2011·南通模拟）由n个碱基组成的基因，控制合成由一条多肽链组成的蛋白质，氨基酸的平均相对分子质量为a，则该蛋白质的相对分子质量最大为()A.na/6 B.na/3-18(n/3-1)C.na-18(n-1) D.na/6-18(n/6-1)第二十五页第二十六页，共29页。【解析】选D。该基因共n个碱基，所以DNA单链有n/2个碱基，合成的mRNA最多有n/2个碱基，即最多有n/6个密码子，所以该基因控制合成的蛋白质中最多有n/6个氨基酸，含一条肽链的蛋白质脱去的水分数为n/6-1，则该蛋白质的相对分子质量最大为na/6-18(n/6-1)。第二十六页第二十七页，共29页。【例3】（2011·珠海模拟）氨基酸的平均相对分子质量为120，如有一个两条链的多肽，相对分子质量是12276，合成这个多肽的氨基酸的数目和指导它合成的DNA分子脱氧核苷酸数目依次是()A．144,864B．144,432