高中生物：蛋白质的相关计算问题归纳

高中生物中涉及的有关蛋白质的计算问题，实质是对氨基酸及蛋白质结构的认识和理解的问题。因此，我们先整理一下相关的基础知识。1.基础知识1.1.生物体中组成蛋白质的氨基酸约有20种（人类有21种，新人教版）。这些氨基酸有着类似的结构：即每种氨基酸都至少含有一个氨基（—NH2）和一个羧基（—COOH），且都有一个氨基（—NH2）和一个羧基（—COOH）连在同一个碳原子上，这个碳原子还连接一个氢原子（—H）和一个R基（—R）。20种氨基酸在结构上的差异就是R基不同。R基中可能含有另外的氨基或羧基。氨基酸中都含有C、H、O、N四种元素，有些氨基酸中还有S。氨基酸分子可以表述成这样的分子通式：C2H4O2N—R。即氨基酸分子至少含2个C，5个H（最简单的氨基酸是甘氨酸，其R基是H），2个O，1个N。S只可能在R基中。1.2.氨基酸之间通过脱水缩合，形成肽键（—CO—NH—）相互连接为肽链。脱水缩合：在核糖体上相关酶的作用下，一个氨基酸的羧基脱去“—OH（一个H和O）”，相邻的另一氨基酸的氨基脱去一个氢原子（—H），脱下的三个原子结合为1分子水（H2O）。剩余的羧基残基（—CO—）与氨基残基（—NH—）结合成肽键（—CO—NH—）。每2个相邻的氨基酸之间都可发生1次脱水缩合，形成1个肽键。通过这些肽键将许多个氨基酸结合成新的化合物（多肽）。位于多肽（肽链）两端的氨基和羧基不发生脱水缩合，不形成肽键，保留为氨基或羧基。因此，1条肽链至少含1个氨基和1个羧基。1条肽链中的肽键数=脱水数=氨基酸数－1。蛋白质或肽链水解时发生的变化与此相反。每断裂1个肽键，消耗1个H2O分子，肽键中氨基残基与羧基残基变回氨基和羧基。1.3.肽链能盘曲、折叠，形成一定的空间结构。一个蛋白质分子可能包含1或多条肽链。每条肽链都要形成一定的空间结构，肽链之间通过一定的化学键（氢键、分子间作用力等）结合在一起，形成更加复杂的空间结构。有些蛋白质还与其他物质（如血红蛋白中的Fe）结合在一起，共同构建蛋白质的特定的空间结构。因此，每一种蛋白质都有着特定的空间结构。1.4.蛋白质结构和功能都具有多样性和特异性的特点。蛋白质结构的多样性和特异性既与组成蛋白质的氨基酸的种类、数量和连接顺序相关，也与肽链盘曲、折叠成的空间结构有关。蛋白质结构的多样性决定了其功能的多样性。2.相关计算2.1.常规计算根据上述对蛋白质结构的描述，我们可以总结出蛋白质结构中如下一些规律：（若氨基酸平均相对分子质量为a）肽链数氨基酸数肽键数脱水数相对分子质量氨基数羧基数1mm－1m－1ma－(m－1)×18至少1个至少1个nmm－nm－nma－(m－n)×18至少n个至少n个即：⑴蛋白质中肽键数=脱水数=氨基酸数－肽链数=m－n

⑵蛋白质相对分子质量=氨基酸总质量－脱水总质量

=氨基酸数×氨基酸相对分子质量－脱水数×水的相对分子质量

=ma－(m－n)×18

⑶蛋白质中氨基或羧基数=末端氨基/羧基数+R基中氨基/羧基数

=肽链数+R基中氨基/羧基数（1条肽链有1个末端氨基和1个末端羧基，R基中氨基、羧基数量不确定。故用至少n个——肽链数表示。）若为环肽，即链状多肽的末端氨基和末端羧基形成1个新的肽键，使之变为环状。可以将肽链数视为零，上面总结的规律仍符合。有时候还要考虑其他化学变化的影响，如二硫键形成造成的脱氢、R基中氨基和羧基形成肽键等。【例1】：若某蛋白质的相对分子质量为11935,在合成这个蛋白质的过程中脱去水的相对分子质量为1908,假设氨基酸的平均相对分子质量为127,则组成该蛋白质分子的肽链有（）A.1条B.2条C.3条D.4条【解析】：蛋白质相对分子质量=氨基酸的数目×氨基酸平均相对分子质量－脱去水的相对分子质量氨基酸的数目=（蛋白质相对分子质量+脱去水的相对分子质量）/氨基酸平均相对分子质量=(11935+1908)/127=109肽键数=脱去水分子数目=脱去水的相对分子质量/水的相对分子质量=1908/18=106肽链数=氨基酸数目-肽键数=109-106=3。选择答案C。以上是蛋白质相关计算的第一类，也是常见的形式。除此之外，还有蛋白质中某些原子（C、H、O、N、S）数量的计算、某些特殊氨基酸数量的计算、及氨基酸连接顺序多样性的计算等。下面一一讨论。2.2.蛋白质中某些原子数量的计算：⑴S：组成蛋白质的20种氨基酸中甲硫氨酸和半胱氨酸中各有1个S。蛋白质中S原子数是甲硫氨酸、半胱氨酸的和。⑵C：蛋白质的全部氨基酸的C的和。脱水缩合不影响C的数。⑶H：蛋白质的全部氨基酸的H的和－脱去水中的H（脱水数×2）－二硫键数×2

蛋白质中H在5个地方：末端羧基；末端氨基；中心C连接的H；肽键；R基中

=末端羧基数×1+末端氨基数×2+氨基酸总数×1+肽键数×1+全部R基中的H总数

=肽链数×1+肽链数×2+氨基酸总数×1+（氨基酸总数—肽链数）×1+全部R基中的H总数

=肽链数×2+氨基酸总数×2+全部R基中的H总数【例2】：1个十肽中至少含H原子数多少？【解析】：十肽是由10个氨基酸组成的1条肽链，最简单的氨基酸是甘氨酸，其R基是H。因此，十肽至少含H原子：1×2+10×2+1×10=32⑷O：蛋白质的全部氨基酸的O的和－脱去水中的O（脱水数）

蛋白质中O在3个地方：末端羧基；肽键；R基中

=末端羧基数×2+肽键数×1+全部R基中的O总数

=肽链数×2+（氨基酸总数—肽链数）×1+全部R基中的O总数

=肽链数+氨基酸总数+全部R基中的O总数=肽链数×2+肽键数+全部R基中的O总数⑸N：蛋白质的全部氨基酸的N的和。脱水缩合不影响N的数。

蛋白质中N在3个地方：末端氨基；肽键；R基中

=末端氨基数×1+肽键数×1+全部R基中的N总数

=肽链数×1+（氨基酸总数—肽链数）×1+全部R基中的N总数

=氨基酸总数+全部R基中的N总数=肽链数+肽键数+全部R基中的N总数【例3】：某三十九肽中共有丙氨酸（R基为—CH3）4个，现去掉其中的丙氨酸得到4条长短不等的多肽（如图）。下列说法错误是（

）A．该过程减少8个肽键B．这些肽链比三十九肽增加了3个氨基和3个羧基C．碳原子减少12个D．氧原子数目减少1个【解析】根据图解，三十九肽是一条多肽链，故有39个氨基酸，38个肽键，该多肽中丙氨酸的位置是第8、18、27、39，根据丙氨酸的位置可知去除4个丙氨酸后将导致7个肽键断裂，A项错误；原三十九肽至少有一个氨基和一个羧基，而水解形成的4条短肽至少有4个氨基和4个羧基，所以氨基和羧基分别增加3个，B项正确；一个丙氨酸含有3个碳原子，去除4个丙氨酸形成短肽后C原子减少12个，C项正确；7个肽键断裂（水解）需要7个水分子（7个O），同时脱去了4个丙氨酸（8个O），所以O原子数目减少1个，D项正确。选择答案A。2.3.蛋白质中某些特殊氨基酸数量的计算：氨基酸的分子通式是：C2H4O2N—R。由于R基中C原子数不确定，H原子较多，其他原子（N、O、S等）无或较少，因此常以蛋白质中N、O、S等的数量特别是R基中N、O、S等的数量为突破口来推算某些特殊氨基酸的数量。蛋白质中N原子的位置及数量：①末端氨基×1、②肽键×1、③R基中的氨基×1。蛋白质中O原子的位置及数量：①末端羧基×2、②肽键×1、③R基中的羧基×2。蛋白质中S原子的位置及数量：R基中的S原子×1。⑴R基中含氨基的氨基酸数=蛋白质中N原子数－氨基酸数=N原子数－肽键数－肽链数⑵R基中含羧基的氨基酸数=（蛋白质中O原子数－肽键数－2×肽链数）/2⑶R基中含S的氨基酸数=蛋白质中S原子数【例4】经测定，某多肽链分子式是C21HxOyN4S2，其中含有一个二硫键（—S—S—）。已知该多肽是由下列几种氨基酸中的几种作为原料合成的：苯丙氨酸（C9H11O2N）、天冬氨酸（C4H7O4N）、丙氨酸（C3H7O2N）、亮氨酸（C6H13O2N）、半胱氨酸（C3H7O2NS）。下列关于该多肽的叙述，不正确的是A.该多肽水解后产生的氨基酸分别是苯丙氨酸、亮氨酸和半胱氨酸B.该多肽中H原子数和O原子数分别是30和5C.该多肽形成过程中至少需要3种tRNAD.该多肽在核糖体上形成，形成过程中相对分子量减少了54【解析】由分子式C21HxOyN4S2可知此多肽中含S原子2个、N原子4个，推出此多肽是由4个氨基酸组成四肽，其中含S的氨基酸——半胱氨酸（C3H7O2NS）2个。在根据C原子数推算出另外两个氨基酸中C原子数的和是15（21－2×3=15），则另外两个氨基酸必为苯丙氨酸（C9H11O2N）和亮氨酸（C6H13O2N）（15=9+6）。该多肽由苯丙氨酸、亮氨酸和半胱氨酸组成的，多肽水解后产生的氨基酸分别是半胱氨酸、丙氨酸和亮氨酸，A正确；该多肽由2个半胱氨酸、1个苯丙氨酸和1个亮氨酸经脱水缩合失去3分子水和2个氢原子形成，该多肽中H原子数=2×7+11+13-3×2-2=30个、O原子数=2×2+2+2-3=5个，B正确；该多肽由2个半胱氨酸、1个苯丙氨酸和1个亮氨酸组成，氨基酸的种类为3种，形成过程至少需要3种tRNA，C正确；该多肽形成时的脱水数为3个，另外由于形成一个二硫键失去2个氢原子，所以该过程中相对分子质量减少3×18+2=56，D错误。故选择答案D。【例5】：某多肽链为199肽，其分子式为CxHyNAOBS2(A>199、B>200)，并且由下列5种氨基酸组成。那么这条多肽链彻底水解后得到的赖氨酸、天冬氨酸分子的个数分别是A.A－199；(B－200)/2B.A－200；B－200C.A－199；(B－199)/2D.A－200；(B－200)/2【解析】：如图显示了5种氨基酸的结构式，从中可以看出出以下几个特点：⑴只有半胱氨酸含S，数量1；⑵只有赖氨酸有2个氨基，2个N；⑶只有天冬氨酸有2个羧基，4个O。除R基之外，此199肽至少有N原子199个，至少有O原子（198+1×2）=200个。我们可以依据N原子数推算赖氨酸数，依据O原子数推算天冬氨酸数。因此，这条多肽链彻底水解后得到的赖氨酸分子的个数=A－199；天冬氨酸分子的个数=（B－200）/2。选择答案A。2.4.氨基酸连接顺序（多肽或蛋白质）多样性的计算：蛋白质或多肽是由氨基酸为基本组成单位构成的多聚体。氨基酸的种类、数量、连接顺序都会影响蛋白质的结构。若氨基酸数量相同，则蛋白质结构受氨基酸的种类、连接顺序影响；若氨基酸种类、数量都相同，则受连接顺序影响。【例6】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【解析】用“□―□―□”表示三肽，若3种氨基酸足量，每1位置都有3种可能，三肽的种类为3×3×3=27种；若形成包含3种氨基酸的三肽，3个位置可能性依次为3、2、1，这样的三肽种类是3×2×1=6种。选择答案D。【例7】一个由20种、500个氨基酸组成的蛋白质，它的氨基酸的排列顺序可能是：A.20500种B.50020种C.10000种D.2020种【解析】500个氨基酸组成的蛋白质，每个位置的氨基酸都有20种可能性，因此它的排列顺序可能是50020种。选择答案B。2.5.还有一类计算是讨论DNA（基因）、mRNA中核苷酸（碱基）数与蛋白质中氨基酸数。这类计算要依据中心法则原理，理解DNA（基因）中核苷酸（碱基）数、mRNA中核苷酸（碱基）数与蛋白质中氨基酸数之间有3对（6个）∶3个∶1个的数量关系（不考虑基因中的非编码序列、不考虑mRNA中的起始密码与终止密码等）。氨基酸数量与密码子数量相关，氨基酸种类与tRNA种类相关。1种氨基酸可能对应不止1种密码子，也可能由不止1种tRNA运输。【例8】现代生物工程能够实现在已知蛋白质的氨基酸序列后，再人工合成基因。现已知人体生长激素共含190个肽键（单链），假设与其对应的mRNA序列中有A和U共313个，则合成的生长激素基因中G至少有（）A.130个B.260个C.313个D.无法确定【解析】人的生长激素含190个肽键，则生长激素是由191个氨基酸组成。根据中心法则，则其对应的mRNA和其基因中有碱基573个和1146个；又由于碱基互补配对的关系可知，mRNA中的（G+C）/全部碱基与D