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高一生物蛋白質計算問題歸類解析

一、氨基酸中各原子數量的計算 R
氨基酸的結構通式為： |
H2N－CH－C00H
因此，只要知道R基中的各種原子數，就可以求出氨基酸分子中各原子的數量。如某氨基酸的R基為-C5 H 7 O4N，則該氨基酸中的C原子數=2+5=7；H原子數=4+7=11；O原子數=2+4=6；N原子數=1+1=2。
例1、蛋氨酸的R基是-CH2-CH2-S-CH3，它的分子式是（ ）
A、C5H11O2NS B、C3H7S C、C4H11O2S D、C5H10O2N
二、生物體內構成蛋白質的氨基酸：
（1）－NH2和—COOH數目：都至少含有一個一NH2和一個—COOH，但并非只有一個—NH2和一個—COOH，
（2）?—NH2?和—COOH位置：都有一個—NH2和一個-COOH，連在同一個碳原子上，但并非所有的--NH2和—COOH都連在同一個碳原子上。
例2、下列物質中，有的屬于構成人體的氨基酸，有的不是，若將其中構成人體的氨基酸脫水縮合形成化合物，則其中含有的氨基，羧基和肽鍵的數目分別是(????)
①?H2N—CH2—COOH ②?H2N— CH—CH2—COOH ③H2N— CH—(CH2)4—NH2
④?H2N—CH2—CH2OH? | |
⑤?H2N—CH—CH2—COOH COOH COOH
A、3、3、2??????B、4、3、3????C、2、2、2?????D、3、4、2
三、已知氨基酸的R基，求氨基酸形成的肽鏈中的原子數。
（考慮失去水分子H2O，并知道OH來自—COOH，H來自—NH2）在縮合反應中，前一個氨基酸的羧基與后一個氨基酸的氨基形成肽鍵，失去一分子水，少了兩個氫原子和一個氧原子，而氮原子等沒有減少。（注意：不是R基上的—COOH、—NH2）
例3、兩個氨基酸縮合成二肽產生一個水分子，這個水分子中的氫來自（ ）
氨基 B、R基 C、氨基和羧基 D、羧基
四、有關蛋白質相對分子質量的計算
在解答這類問題時，必須明確的基本關系式是：蛋白質的相對分子質量＝氨基酸數×氨基酸的平均相對分子質量?脫水數×18（水的相對分子質量）=氨基酸數×氨基酸的平均相對分子質量?（氨基酸數?肽鏈數）×18（有時也要考慮因其他化學鍵的形成而導致相對分子質量的減少，如形成二硫鍵(再減去2倍的二硫鍵數)。
例4：組成生物體某蛋白質的20種氨基酸的平均相對分子質量為128，一條含有100個肽鍵的多肽鏈的分子量為多少？
解析：本題中含有100個肽鍵的多肽鏈中氨基酸數為：100＋1＝101，肽鍵數為100，脫水數也為100，則依上述關系式，蛋白質分子量＝101×128?100×18＝11128。
變式1：組成生物體某蛋白質的20種氨基酸的平均相對分子質量為128，則由100個氨基酸構成的含2條多肽鏈的蛋白質，其分子量為　 （　）
A.　12800　 　B.　　11018　C.　11036　　 D.　　8800　
變式2：全世界每年有成千上萬人由于吃毒蘑菇而身亡，鵝膏草堿是一種毒菇的毒素，它是一種環狀八肽。若20種氨基酸的平均分子量為128，鵝膏草堿的分子量約為 ( )
A． 1024 B. 898 C． 880 D. 862
解析：所謂環肽即指由首尾相接的氨基酸組成的環狀的多肽，其特點是肽鍵數與氨基酸數相同。所以，鵝膏草堿的分子量=8 ×128?8 ×18=880，答案為C。
五、有關蛋白質中氨基酸數、肽鏈數、肽鍵數、脫水數的計算
無論蛋白質中有多少條肽鏈，都有脫水數=水解需要水分子數＝肽鍵數＝氨基酸數?肽鏈數
例6．某22肽被水解成1個4肽，2個3肽，2個6肽，則這些短肽的氨基總數的最小值及肽鍵總數依次是 （ ）
A、6 18 B、5 18 C、5 17 D、6 17
解析：每條短肽至少有一個氨基（不包括R基上的氨基），共有5個短肽，所以這些短肽氨基總數的最小值是5個；肽鏈的肽鍵數為n－1,所以肽鍵數為（4－1）＋2×（3－1）＋2×（6－1）=17。
例7、氨基酸分子縮合形成含2條肽鏈的蛋白質分子時，相對分子量減少了900，由此可知， 此蛋白質分子中含有的氨基酸數和肽鍵數分別是 （　）
A.　　52、52　　B.　50、50 C.　 52、50　　D.　　50、49
解析：氨基酸分子形成蛋白質時相對分子質量減少的原因是在此過程中脫去了水，據此可知，肽鍵數＝脫水數＝900÷18＝50，依上述關系式，氨基酸數＝肽鍵數＋肽鏈數＝50＋2＝52，答案為C。
變式1：　若某蛋白質的分子量為11935，在合成這個蛋白質分子的過程中脫水量為1908，假設氨基酸的平均分子量為127，則組成該蛋白質分子的肽鏈有 （　）
　 1條　 B.　 2條　C.　 3條　 D.　 4條
六、有關蛋白質中至少含有氨基數和羧基數的計算
每個構成生物體的氨基酸至少含有一個氨基和一個羧基，在縮合反應中，前一個氨基酸的羧基與后一個氨基酸的氨基形成肽鍵，氨基酸脫水縮合形成多肽時，參與形成肽鍵的氨基和羧基不再稱為游離的氨基和羧基，故任一多肽鏈至少含有1個游離的氨基（肽鏈前端）和1個游離的羧基（肽鏈末端）。且R基中的氨基或羧基不參與反應，因此，蛋白質分子中游離的氨基或羧基數就等于肽鏈數+R基中的氨基或羧基數。
例8、某蛋白質分子含有4條肽鏈，共有96個肽鍵，則此蛋白質分子中至少含有－COOH和－NH2的數目分別為　 ( )
A. 4、 100 B. 4、 4 C. 100、100 D. 96、96
解析：以一條由n個氨基酸組成的肽鏈為例：在未反應前，n個氨基酸至少含有的－COOH和－NH2的數目都為n(因每個氨基酸至少含有1個－COOH和 1個－NH2)，由于肽鏈中包括(n?1)個肽鍵，而形成1個肽鍵分別消耗1個－COOH和 1個－NH2，所以共需消耗(n?1) 個－COOH和 (n?1)個－NH2 ，所以一條肽鏈至少含有的－COOH和－NH2的數目都為1，與氨基酸R基團中－COOH和－NH2 的數目無關。本題中蛋白質包含4條肽鏈，所以至少含有－COOH和－NH2的數目都為4，答案為B。
變式： 一個蛋白質分子由四條肽鏈組成，364個氨基酸形成，則這個蛋白質分子含有的－COOH和－NH2 數目分別為 ( )
A . 366、366 B. 362、362C . 4、 4 D. 無法判斷
解析：本題與上題的不同之外在于要求出－COOH和－NH2 的確切數目，所以必須知道氨基酸R基團中－COOH和－NH2 的具體數目，本題無從知曉，所以無法判斷，答案為D。
例9、某蛋白質的四條肽鏈中共有570個肽鍵，則它水解后含有氨基酸___個，那么它含的氨基和羧基的數目至少分別是______個。 （ ）
A、571、1和1 B、570、4和4 C、574、4和4 D、574、1和1
例10、現有1000個氨基酸，其中氨基有1020個，羧基有1050個，由此合成的4條多肽鏈中共有肽腱、氨基、羧基的數目是 ( )
A、900　1016　1046 　B、999 1 1　　C、996　24　54　　D、996　1016　1046
七、有關蛋白質中氨基酸的種類和數量的計算
要計算多肽中的氨基酸數，應該尋找各氨基酸的共性。要計算其中某種氨基酸的數目，必須找到該種氨基酸與其它氨基酸不同的特點，而這一特點要在R基中來尋找（不同的氨基酸就是因為R基的不同）。
用氮原子判斷，各氨基酸的共性：排除R基中的氮原子，每個氨基酸一個氮原子。氮基酸數=多肽總的氮原子數—R基中氮原子數。“多肽總的氮原子數”即“組成多肽所有氨基酸的氮原子數”，減去R基中的氮原子后，每一個氨基酸一個氮原子。
用氧原子判斷，各氨基酸的共性：排除R基中的氧原子，每個氨基酸兩個氧原子。氮基酸數=(多肽總的氧原子數+失去水分子數—R基中氧原子數)/2，“多肽總的氧原子+失去水分子數”即“組成多肽所有氨基酸的氮原子數”，減去R基中的氧原子后，每一個氨基酸有兩個氧原子。
例11、今有一化合物，其分子式為C55H70O19N10，已知將它完全水解后只得到下列四種氨基酸：

（1）該多肽是多少肽？ （2）該多肽進行水解后，需 個水分子。
（3）該多肽進行水解后，得到 個谷氨酸。
解析：（1）從該多肽水解后得到的4種氨基酸的結構式可以看出，每種氨基酸都僅含有一個N原子，而此多肽中共含有10個N原子，所以該多肽是由10個氨基酸縮合形成的，因而為10肽。（不知道有多少谷氨酸，即R基中含多少O，所以C、H、O、N數目最少原則，）（2）10肽水解顯然需要9個水分子。（3）該化合物為10肽，有9個肽鍵，則肽鍵含9個O，加上肽鏈末端的羧基(-COOH)中的兩個O，共11個O。其余的為谷氨酸為C5H9O4N的R基上的O。19—11=8。谷氨酸的個數為8∕2=4
例12、有一條多肽鏈，分子式為CxHyOpNqS，，將它徹底水解后，只得到下列四種氨基酸。分析推算可知，水解得到的氨基酸個數為
A．q+1 B．p-1 C．q-2 D．p+1
解析：設該多肽氨基酸數為n。用氮原子判斷，n=q-R基中氮原子數，只有賴氨酸R基中有一個氮原子，但賴氨酸的數目無法知道，R基中氮原子數也就無法知道。用氮原子無法判斷。
用氧原子判斷，這四種氨基酸的R基中都沒有氧原子，形成該多肽失去水分子數為n-1，n=[p+(n-1)-0]/2，可推知n=p-1。　　參考答案：B。

八、已知氨基酸種類，求形成多肽的種類
蛋白質分子的多樣性除了氨基酸的種類、數量、蛋白質空間結構外，更多的是因為氨基酸排列次序的多樣性。這涉及數學中的排列組合：
假若有n種氨基酸，由這n種氨基酸組成多肽的情況，可分如下兩種情形分析。每種氨基酸數目無限的情況下，可形成m肽的種類為nm種；（2）每種氨基酸數目只有一種的情況下，可形成m肽的種類為n×（n－1）×（n－2）……×1種

m
例13：現有A、B、C、D、E5種AA，讓它們足量混合能夠形成五肽多少種？包含這5種AA的五肽有多少種？
第一個氨基酸
第二個氨基酸
第三個氨基酸
第四個氨基酸
第五個氨基酸
可以重復時
5
5
5
5
5
不能重復時
5
4
3
2
1
①在某反應容器中給足量的A、B、C、D、E5種氨基酸，則該容器內可能生成的五肽種類為5×5×5×5×5=30125種（可能五肽里只有一種氨基酸，也可能多種）；②包含A、B、C、D、E5種氨基酸（各一）組成的五肽的種類為5×4×3×2×1=120種
例14、若以三種氨基酸為原料，可以合成不同結構的三肽物質有（ ）種。
A.6種 B.9種 C.27種 D.無數種
解析：由三個氨基酸縮合而成的化合物叫三肽，形成三肽化合物的三個氨基酸可以是同種，也可以是不同種的氨基酸。由于題設條件是“三種氨基酸”，數量不定，所以合成不同結構的三肽物質的種數應是P33=27。如果將題設條件改為“以三個不同種類的氨基酸為原料”，則合成不同結構的三肽物質的種數便是3×2×1=6種。本題答案為C。
九、已知蛋白質的分子式，求形成蛋白質的氨基酸的最多個數或最多失去的水分子數（肽鍵數），分子式中原子最少原則
變式1：已知氨基酸的平均分子量為128，測得某蛋白質的分子量為5646，試判斷該蛋白質的氨基酸數和肽鏈數依次是 ( )
A、51和1 B、51和2 C、44和1 D、44和2
解析：蛋白質的分子量確定后，氨基酸的數量與肽鏈的數量存在著必然的函數關系，如設氨基酸的數量與肽鏈的條數分別為ｘ和ｙ，則有128ｘ?18（ｘ?ｙ）＝5646。盡管1個方程包含2個未知數，但ｘ和ｙ必須都為符合題意的整數解，這樣可解得：x=51，y=2，答案為B。
例15、兩條肽鏈分別由360個氨基酸和380個氨基酸組成，若每個氨基酸的平均相對分子質量為a，則兩肽鏈之間相差的肽鍵數和相對分子質量分別是(??????)
A、19和19a?????B、19和19a-19×18?? ?C、20和20a?????D、20和20a-20×18
例16、通常情況下，分子式C63H103O65N17S2的多肽化合物中最多含有肽鍵（ ）
A、63個 B、62個 C、17個 D、16個
例17、分析多肽E和多肽F得到以下結果(單位：個)：
元素或基團
C
H
0
N
氨基
羧基
多肽E
201
348
62
53
3
2
多肽F
182
294
45
54
6
1
多肽E和多肽F中氨基酸的數目最可能是（ ）
A、199和181 B、340和281 C、58和53 D、51和49
變式2：現有一分子式為C63H103O45N17S2的多肽化合物，已知形成該化合物的氨基酸中有一個含2個氨基，另一個含3個氨基，則該多肽化合物水解時最多消耗多少個水分子？
解析：本題首先要搞清楚，多肽水解消耗水分子數=多肽形成時生成水分子數；其次，要知道，要使形成多肽時生成的水分子數最多，只有當氨基酸數最多和肽鏈數最少兩個條件同時滿足時才會發生。已知的2個氨基酸共有5個N原子，所以剩余的12個N原子最多可組成12個氨基酸（由于每個氨基酸分子至少含有一個－NH2），即該多肽化合物最多可由14個氨基酸形成；肽鏈數最少即為1條，所以該化合物水解時最多消耗水分子數＝14?1＝13。
附：羊體內有a種氨基酸，m種蛋白質；狼體內有b種氨基酸，n種蛋白質。狼吃了羊，則，狼體內有氨基酸和蛋白質的數目是 （ ）
A、a和m B、b和n C、a+b和m+n D、無法計算

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