1、高中生物必修一 蛋白质的计算题归析（灵璧中学 ） 1.有关蛋白质相对分子质量的计算例 1 组成生物体某蛋白质的 20 种氨基酸的平均相对分子质量为 128，一条含有 100 个肽键的多肽链的分子量为多少？解析：在解答这类问题时，必须明确的基本关系式是：蛋白质的相对分子质量氨基酸数氨基酸的平均相对分子质量?脱水数18（水的相对分子质量）本题中含有 100 个肽键的多肽链中氨基酸数为：1001101，肽键数为 100，脱水数也为 100，则依上述关系式，蛋白质分子量101128?1001811128。变式 1：组成生物体某蛋白质的 20 种氨基酸的平均相对分子质量为 128，则由 100 个氨基酸
2、构成的含2 条多肽链的蛋白质，其分子量为 （ ）A. 12800 B. 11018 C. 11036 D. 8800 解析：对照关系式，要求蛋白质分子量，还应知道脱水数。由于题中蛋白质包含 2 条多肽链，所以，脱水数100?2 98，所以，蛋白质的分子量 128100?189811036，答案为 C。变式 2：全世界每年有成千上万人由于吃毒蘑菇而身亡，其中鹅膏草碱就是一种毒菇的毒素，它是一种环状八肽。若 20 种氨基酸的平均分子量为 128，则鹅膏草碱的分子量约为( )A 1024 B. 898C 880 D. 862解析：所谓环肽即指由首尾相接的氨基酸组成的环状的多肽，其特点是肽键数与氨基酸
3、数相同。所以，鹅膏草碱的分子量=8 128?8 18=880，答案为 C。2.有关蛋白质中氨基酸数、肽链数、肽键数、脱水数的计算在解答这类问题时，必须明确的基本知识是蛋白质中氨基酸数、肽链数、肽键数、脱水数的数量关系。基本关系式有：个氨基酸脱水缩合形成一条多肽链，则肽键数(?1)个；个氨基酸脱水缩合形成条多肽链，则肽键数(?)个；无论蛋白质中有多少条肽链，始终有：脱水数肽键数氨基酸数?肽链数例 2 氨基酸分子缩合形成含 2 条肽链的蛋白质分子时，相对分子量减少了 900，由此可知， 此蛋白质分子中含有的氨基酸数和肽键数分别是（ ）A. 52、52 B. 50、50C. 52、50 D. 50、
4、49解析：氨基酸分子形成蛋白质时相对分子质量减少的原因是在此过程中脱去了水，据此可知，肽键数脱水数9001850，依上述关系式，氨基酸数肽键数肽链数50252，答案为 C。变式 1： 若某蛋白质的分子量为 11935，在合成这个蛋白质分子的过程中脱水量为 1908，假设氨基酸的平均分子量为 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：据脱水量，可求出脱水数190818106，形成某蛋白质的氨基酸的分子质量之和11935190813843，则氨基酸总数13843127109，所以肽链数氨基酸数?脱水数=109?1063，答案为 C。变式 2
5、：现有一分子式为 C63H103O45N17S2 的多肽化合物，已知形成该化合物的氨基酸中有一个含2 个氨基，另一个含 3 个氨基，则该多肽化合物水解时最多消耗多少个水分子？解析：本题首先要搞清楚，多肽水解消耗水分子数=多肽形成时生成水分子数；其次，要知道，要使形成多肽时生成的水分子数最多，只有当氨基酸数最多和肽链数最少两个条件同时满足时才会发生。已知的 2 个氨基酸共有 5 个 N 原子，所以剩余的 12 个 N 原子最多可组成 12 个氨基酸（由于每个氨基酸分子至少含有一个NH2） ，即该多肽化合物最多可由 14 个氨基酸形成；肽链数最少即为 1 条，所以该化合物水解时最多消耗水分子数14
6、?113。变式 3：已知氨基酸的平均分子量为 128，测得某蛋白质的分子量为 5646，试判断该蛋白质的氨基酸数和肽链数依次是 ( )A . 51 和 1 B. 51 和 2 C. 44 和 1 D. 44 和 2解析：蛋白质的分子量确定后，氨基酸的数量与肽链的数量存在着必然的函数关系，如设氨基酸的数量与肽链的条数分别为和，则有128?18 （ ?）5646尽管 1 个方程包含 2 个未知数，但和必须都为符合题意的整数解，这样可解得：x=51， y=2，答案为 B。3有关蛋白质中至少含有氨基数和羧基数的计算例 3 某蛋白质分子含有 4 条肽链，共有 96 个肽键，则此蛋白质分子中至少含有COO
7、H 和NH2 的数目分别为 ( )A. 4、 100 B. 4、 4C. 100、100 D. 96、96解析：以一条由 n 个氨基酸组成的肽链为例：在未反应前，n 个氨基酸至少含有的COOH 和NH2的数目都为 n(因每个氨基酸至少含有 1 个COOH 和 1 个NH2)，由于肽链中包括(n?1) 个肽键，而形成1 个肽键分别消耗 1 个COOH 和 1 个NH2，所以共需消耗 (n?1) 个COOH 和 (n?1)个NH2 ，所以至少含有的COOH 和NH2 的数目都为 1，与氨基酸 R 基团中COOH 和NH2 的数目无关。本题中蛋白质包含 4 条肽链，所以至少含有COOH 和 NH2
8、的数目都为 4，答案为 B。变式： 一个蛋白质分子由四条肽链组成，364 个氨基酸形成，则这个蛋白质分子含有的COOH 和NH2 数目分别为 ( )A . 366、366 B. 362、362C . 4、 4 D. 无法判断解析：本题与上题的不同之外在于要求出COOH 和NH2 的确切数目，所以必须知道氨基酸 R基团中COOH 和NH2 的具体数目，本题无从知晓，所以无法判断，答案为 D。4有关蛋白质中氨基酸的种类和数量的计算例 4 今有一化合物，其分子式为 C55H70O19N10，已知将它完全水解后只得到下列四种氨基酸：该多肽是多少肽？该多肽进行水解后，需 个水分子，得到 个甘氨酸分子，
9、个丙氨酸分子。解析： 从该多肽水解后得到的 4 种氨基酸的结构式可以看出，每种氨基酸都仅含有一个 N 原子，而此多肽中共含有 10 个 N 原子，所以该多肽是由 10 个氨基酸缩合形成的，因而为 10 肽。 10 肽水解显然需要 9 个水分子。根据 4 种氨基酸的分子结构，可分别写出它们的分子式：甘氨酸为 C2H5O2N，丙氨酸为 C3H7O2N，苯丙氨酸为 C9H11O2N，谷氨酸为 C5H9O4N，由于该多肽形成时失去 9 个水分子，所以 10 个氨基酸中共有：C 原子 55 个，H 原子 88 个(70+2 9)，O 原子 28 个(19+19 1)，N 原子 10 个。设此多肽中这四种
10、氨基酸的数目分别为 a、b、c、d 个，则有2a+3b+9c+5d=55，5a+7b+11C+9d=88，2a+2b+2c+4d=28，a+b+c+d=10。解得，a=1，b=2，即该多肽水解后得到 1 个甘氨酸分子，2 个丙氨酸分子。例 1.某肽链由 51 个氨基酸组成，如果用肽酶把其分解成 1 个二肽、2 个五肽、3 个六肽、3 个七肽，则这些短肽的氨基总数的最小值、肽键总数、分解成这些小分子肽所需水分子总数依次是( )解析：据题意可知，短肽(包括二肽和多肽)的数目共有 9 个(1+2+3+3)。因为每条短肽至少有一个氨基( 不包括 R 基上的氨基)，故这些短肽氨基总数的最小值(即游离的氨
11、基数量至少)为 9 个; 由“ 肽键数=氨基酸数- 肽链数 ”，可得肽键总数是 42 个(51-9); 分解成这 9 个短肽，需要断裂 8 个肽键，由肽键数 =失去的水分子数知，形成这些短肽需要的水分子数量(即消耗的水分子数)是 8 个。警示：此题的关键是“分解成这些小分子肽所需的水分子总数” 中的“分解成”，往往误认为是“ 分解”从而导致出错。虽然是一字之差，结果却是大不相同。 答案：C例 2.有一条多肽链由 12 个氨基酸组成，分子式为 CxHyNzOwS(z12，w13)，这条多肽链经过水解后的产物中有 5 种氨基酸：半胱氨酸(C3H7NO2S)、丙氨酸(C3H6NO2)、天门冬氨酸(C
12、4H7N04)、赖氨酸(C6H14N202)、苯丙氨酸(C9H11NO2)。水解产物中天门冬氨酸的数目是 ( )A.y+12 个 B.z+12 个 C.w+13 个 D.(w-13)/2 个解析：据题干提供的 5 种氨基酸，可知天门冬氨酸中含有 4 个氧原子，而其他氨基酸中仅有 2 个氧原子，这说明天门冬氨酸中多的 2 个氧原子是存在于 R 基中的(因为一个氨基酸在不考虑 R 基中含氧原子时，仅羧基中含有 2 个氧原子)。因此我们可以根据脱水缩合反应前后的氧原子数守恒进行计算。设组成该多肽的天门冬氨酸为 n 个，则有：反应前氨基酸中的氧原子数 =212(组成每分子多肽的氨基酸数 )+2n(天门
13、冬氨酸数);反应后生成物中的氧原子数 =w(多肽中氧原子数)+11(脱下水中的氧原子数) 。所以，由“ =”得:n=(w-13)/2。点拨：根据其他元素在反应前后数量不变可以求出肽链中的另外几种氨基酸的数目。本题也可以根据反应前后各种原子个数不变，设 5 种氨基酸个数依次为 m、n、o、p 个，然后列方程组计算。总之利用物质守恒的思想是解决此类问题的关键。 答案：D例 3. 某条多肽的相对分子质量为 2778，若氨基酸的平均相对分子质量为 110，如考虑终止密码子，则编码该多肽的基因长度至少是( )A.75 对碱基 B.78 对碱基 C.90 对碱基 D.93 对碱基解析：本题考查了有关蛋白质
14、合成过程中与核酸相关问题的计算。DNA 基因的碱基数(至少)：mRNA 的碱基数(至少)：蛋白质中氨基酸的数目=6(若为碱基对数则为 3)：3：1，据题意，若求基因的长度首先应计算出氨基酸的个数(设为 n),则有 n110-(n-1)18=2778，推出 n=30，又因为题干中给出“考虑终止密码子”，所以密码子数为 n+1=31 个。综上，在仅考虑基因中的编码区编码该多肽的基因长度至少是 313=93 对碱基。 答案：D备注：把握中心法则及计算中的对应关系，同时注意看清是碱基数，还是碱基对数的比值，是否考虑终止密码，所求解的内容示意为“最多” 还是 “至少”等等。一定要避免数量关系不清楚而出错
15、。三、技能提升训练1. 如图表示一个由 153 个氨基酸残基构成的蛋白质分子。下列叙述正确的是( )A.该分子中含有 152 个肽键B.参与构成该分子的氨基酸中至少有 1 个酸性氨基酸和1 个碱性氨基酸C.该分子中有 1 个氨基酸残基含硫D.该分子彻底水解将产生 153 种氨基酸2. 全世界每年有成千上万人由于吃毒蘑菇而身亡，其中鹅膏草碱就是一种毒菇的毒素，它是一种环状八肽。若 20 种氨基酸的平均分子量为 128，则鹅膏草碱的分子量约为( )A. 1024 B. 898 C. 880 D. 8623. 有一多肽，其分子式是 C55H70O19N10，将其彻底水解后，只得到下列四种氨基酸：谷氨
16、酸(C2H5O4N)、丙氨酸(C3H7O2N)、谷氨酸(C5H9O4N) 和苯丙氨酸(C9H11O2N)。下列有关该多肽的叙述中，正确的是( )A.该多肽是九肽B. 该多肽在脱水缩合过程中一定是 4 种转运 RNA 参与转运相应的氨基酸C. 该多肽彻底水解可得到 3 个谷氨酸D.4 种氨基酸缩合成该多肽时，相对分子量减少了 1624. 1965 年我国科学家在世界上首次合成结晶牛胰岛素，它是由两条肽链共 51 氨基酸组成的具有生物活性的蛋白质，假若决定该牛胰岛素的基因(包括 3 个终止密码)中碱基 A 占 25%，那么按理论计算碱基 C 的数目是( )A. 81 个 B. 76 个 C. 153 个 D. 324 个5.胰岛素是一种蛋白质分子，它含有 2 条多肽链，A 链含有 21 个氨基酸，B 链含有 30 个氨基酸，2 条多肽链间通过 2 个二硫键(二硫键是由 2 个-SH 连接而成的)连接，在 A 链上也形成 1 个二硫键，如右图所示为结晶牛胰岛素的平面结构示意图，据此回答:(1)这 51 个氨基酸形成胰岛素后，分子质量比原来减少了 。 (2)胰岛素分子中含有肽键 个，肽键可表示为 。(3)从理论上分析，胰岛素分子至少有 个-NH2，至少有 个-COOH。参考答案：1.B 2.C 3.D 4.A 5. (1) 888;(2) 49 -CO-NH-;(3) 2 2
