逍遥学能 2014-06-18 10:40
【名师导读】蛋白质是生命活动的主要承担者，对生物体的结构和功能具有十分重要的意义。蛋白质的形成过程是：由许多个氨基酸分子通过脱水缩合互相连接而成多肽，因多肽通常呈链状结构，又称肽链。一个蛋白质分子可以含有一条或几条肽链，肽链通过一定的化学键连接在一起，形成具有一定空间结构的蛋白质。蛋白质中氨基酸数、氨基数、羧基数、肽链数、肽键数、脱水数、分子量等各因素之间的数量关系是高考的必考点，因此，对蛋白质中有关数量的计算题应重点关注。本文结合教学实践,对有关蛋白质计算题的作归类例析。
【归类分析】
题型1 有关蛋白质中氨基酸分子式的计算
【典例1】（分子式C10H17O6N3S）是存在于动植物和微生物细胞中的一个重要三肽，它是由谷氨酸（C3H9O4N）、甘氨酸（C2H5O2N）和半胱氨酸缩合而成，则半胱氨酸可能的分子式为
A．C3H3NS B．C3H5ONS C．C3H7O2NS D．C3H3O2NS
【解析】 此题学生往往直接用三肽（谷胱甘肽 C10H17O6N3S)中各个原子的数量减去谷氨酸、甘氨酸中各个原子数，得到半胱氨酸的分子式C3H5ONS。其中，忽略了一关键环节，即这三个氨基酸形成三肽时脱去的两个水的分子量。本题首先根据三个氨基酸形成三肽(C10H17O6N3S)时，脱去两分子水(H2O)，推出三个氨基酸所含有的C、H、O、N、S原子总个数是C=10、H=17+4=21、O=6+2=8、N=3、S=1。因此，半胱氨酸中C、H、O、N、S原子个数就可以根据三个氨基酸中的原子总个数减去已知谷氨酸(C5H9O4N)、甘氨酸(C2H5O2N)的各原子个数而计算出来：C=10-5-2=3、H=21-9-5=7、O=8-4-2=2、N=3-1-1=1、S=1，故分子式为C3H7O2NS。
【答案】C
【点拨】掌握氨基酸分子的结构通式以及脱水缩合反应的过程是解决此类计算题的关键。
题型2 有关蛋白质中肽键数及脱下水分子数的计算
【典例2】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，则这些短肽的氨基酸总数的最小值、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】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“分解这些小分子肽所需的水分子数”从而导致出现问题的。虽然是一字之差，结果却是大不相同。从题中已知，短肽（包括二肽和多肽）的数目是1+2+3+3=9条，故游离的氨基数量至少是9个，肽键总数是51-9=42个，51个氨基酸分解这些短肽所需要的水分子数量是51-9=42个。若分解成这9个短肽，则需要的水分子数量是9个。
【答案】C
【点拨】m个氨基酸分子脱水缩合成n条多肽链时,要脱下(m-n)个水分子,同时形成(m-n)个肽键,可用公式表示为:脱下的水分子数=肽键数目=氨基酸数-肽链数。
题型3 有关蛋白质中游离的氨基或羧基数目的计算
【典例3】一个蛋白质分子有三条肽链构成，共有366个氨基酸，则这个蛋白质分子至少含有的氨基和羧基数目分别是
A．366和366 B．365和363 C．363和363 D．3和3
【解析】D 对于一条肽链来说，“至少”应有的氨基和羧基数都是一个。若有n个氨基酸分子缩合成m条肽链，则可形成（n－m）个肽键，脱去（n－m）个水分子，至少有氨基和羧基分别为m个。
【答案】D
【点拨】蛋白质中含有的游离氨基或羧基数目=肽链条数+R基中含有的氨基或羧基数。蛋白质中至少有－NH2和－COOH各m个。
题型4 有关蛋白质种类的计算
【典例4】如果有足量的三种氨基酸，分别为A、B、C，则它们能形成的三肽种类以及包含三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】这道题属于数学上排列组合的一类题。多肽的不同取决于构成多肽的氨基酸的种类、数量、排列次序。三肽由三个氨基酸形成，若此三肽只含有一种氨基酸，可构成三肽种类有AAA、BBB、CCC三种。若三肽均含有三种氨基酸，可构成三肽种类有ABC、ACB、BAC、BCA、CBA、CAB六种。若只含有两种氨基酸，如A和B，可构成三肽种类有ABB、BAB、BBA、BAA、ABA、AAB六种；同理，B和C、A和C，分别构成三肽种类都有六种。因此，A、B、C，则它们能形成的三肽种类最多有3+6+6×3=27种，包含三种氨基酸的三肽种类最多有6种。
【答案】D
题型5 氨基酸中的各原子的数目计算
【典例4】谷氨酸的R基为―C3H5O2，一分子谷氨酸含有的C、H、O、N原子数依次是（ ）
A．5、9、4、1 B．4、8、5、1 C．5、8、4、1 D．4、9、4、1
【解析】构成蛋白质的氨基酸分子的通式特点为：一个碳原子上至少同时结合一个羧基、一个氨基、一个氢。则谷氨酸的结构式可写成右图所示的式子。
【答案】A
【点拨】氨基酸中C原子数＝R基团中的C原子数＋2，H原子数＝R基团中的H原子数＋4，O原子数＝R基团中的O原子数＋2，N原子数＝R基团中的N原子数＋1。
题型5 利用化学平衡计算氨基酸数目
【典例5】称取某多肽415g，在小肠液的作用下完全水解得到氨基酸505g。经分析知道组成此多肽的氨基酸平均相对分子质量为100，此多肽由甘氨酸、丙氨酸、半胱氨酸3种氨基酸组成，每摩尔此多肽含有S元素51mol。3种氨基酸的分子结构式如下：
组成一分子的此多肽需氨基酸个数是多少？
【解析】由题意可知，415g此多肽完全水解需要水505g-415g=90g，即形成415g此种多肽需要脱去90g水。415g此多肽形成时，需要氨基酸505／100＝5．05（mol），脱水90／18＝5(mol)，所以在形成此多肽时需要的氨基酸摩尔数与合成时脱去的水分子摩尔数之比为：5．05／5=1．01。设该肽链上的氨基酸残基数目为n，则该肽链上的氨基酸残基数目与在形成该肽链时脱去的水分子数之比：n／（n-1）。得n／（n-1）=1．01，解此方程得n=101。所以此多肽为101肽。
【答案】101个
【点拨】在求解氨基酸数目时，理解化学平衡在蛋白质中的氨基酸数目计算中的应用是关键。
题型6 水解产物中个别氨基酸的个数
【典例6】有一条多肽链由12个氨基酸组成，分子式为CxHyNzOwS(z>12，w>13)，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(C4H7N04)、赖氨酸(C6H14N202)、苯丙氨酸(C9H11NO2)。问：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】由于在半胱氨酸、丙氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸中都只含有1个O原子，分子“―COOH”，而天门冬氨酸中含有2个O原子。设天门冬氨酸的个数为x个，则该十二肽由12个氨基酸脱水缩合形成过程中，利用O原子平衡建立关系式：（12-x）×2+4 x-11=w，因此x=(w-13)/2个。该“十二肽”分子彻底水解后有 (w-13)/2个天门冬氨酸。
【答案】D
【点拨】利用氨基酸脱水缩合前后某些特定原子数目的守恒，这是解决此类计算题的突破口。