人教版高中生物必修一学案：第2章组成细胞的分子微专题一

微专题一与蛋白质的合成和水解过程相关的计算
一、蛋白质的相对分子质量、氨基酸数、肽链数、肽键数和失去水分子数的关系
1.肽键数＝失去水分子数＝氨基酸数－肽链数（对于环肽来说，肽键数＝氨基酸数＝失去水分子数）。
2.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－脱去水分子数×18（若有P个二硫键生成，则还应减去2P）
肽链数目
氨基酸数
肽键数目
脱去水分子数
多肽（蛋白质）的相对分子质量
1条
N
N－1
N－1
AN－18×（N－1）
M条
N
N－M
N－M
AN－18×（N－M）
注：设氨基酸的平均相对分子质量为A。
例1（2019·合肥高一检测）下面为牛胰岛素结构图，该物质中—S—S—是由两个—SH脱去两个H形成的，下列说法正确的是（）
A.牛胰岛素为五十一肽，其中含有50个肽键
B.牛胰岛素中至少有2个—NH2和2个—COOH
C.牛胰岛素水解产物含有20种不同的氨基酸
D.牛胰岛素形成时，减少的相对分子质量为882
答案B
解析该牛胰岛素含有51个氨基酸，其中含有肽键数为51－2＝49（个）；牛胰岛素含有两条肽链，至少含有2个—NH2和2个—COOH；牛胰岛素水解可得到51个氨基酸，最多有20种氨基酸，但并非一定是20种；牛胰岛素形成时，51个氨基酸脱水缩合的同时还减少了6个H，故减少的相对分子质量为49×18＋6＝888。
例22条肽链分别由360个氨基酸和380个氨基酸组成，若氨基酸的平均相对分子质量为A，则2条肽链之间相差的肽键数和相差的相对分子质量分别是（）
A.19和19A
B.19和19A－19×18
C.20和20A
D.20和20A－20×18
答案D
解析360个氨基酸脱水缩合形成1条肽链时，形成的肽键数是360－1＝359（个），380个氨基酸脱水缩合形成1条肽链时，形成的肽键数是380－1＝379（个），二者肽键数相差379－359＝20（个）；两条肽链相对分子质量相差（380A－379×18）－（360A－359×18）＝20A－20×18。
二、蛋白质中游离氨基或羧基的计算
可将肽链看作“C”与“—CO—NH—”交替连接构成的基本骨架，在“C”上连接着—R和—H，在肽链的两端分别是游离的“—NH2”和“—COOH”，如图所示：
1.至少含有的游离氨基或羧基数＝肽链数。
2.游离氨基或羧基数＝肽链数＋R基中含有的氨基或羧基数。
3.环状肽中游离氨基或羧基数取决于构成环状肽的氨基酸R基中的氨基或羧基数。
例3（2019·大同高一检测）现有氨基酸800个，其中氨基总数为810个，羧基总数为808个，则由这些氨基酸合成的含有2条肽链的蛋白质共有肽键、氨基和羧基的数目依次分别为（）
A.798、2和2 B.798、12和10
C.799、1和1 D.799、11和90
答案B
解析氨基酸800个，其中氨基总数为810个，羧基总数为808个，则R基上游离的氨基为810－800＝10（个），游离的羧基为808－800＝8（个）。这些氨基酸合成的含有2条肽链的蛋白质共有肽键数为800－2＝798（个），所以总的氨基数目为10＋2＝12（个），总的羧基数目为8＋2＝10（个）。
例4某链状多肽由22个氨基酸缩合而成。在某种情况下该多肽被水解成1个四肽，2个三肽，2个六肽，则这些短肽的游离氨基总数的最小值、肽键总数及水解成这些短肽所需的水分子总数分别为（）
A.6、18、22B.5、18、17C.17、17、22D.5、17、4
答案D
解析该多肽被水解成5条短肽，故至少有5个游离的氨基；肽键总数＝氨基酸总数－肽链数＝22－5＝17；该多肽被水解为5个短肽时有4个肽键断裂，即需要4个水分子。
三、链状多肽中各原子数的计算
1.氧原子数＝肽键数＋2×肽链数＋R基上的氧原子数＝各氨基酸中氧原子的总数－脱去的水分子数。
2.氮原子数＝肽链数＋肽键数＋R基上的氮原子数＝各氨基酸中氮原子的总数。
3.含2个氨基的氨基酸数＝氮原子数－肽键数－肽链数。
4.含2个羧基的氨基酸数＝（氧原子数－肽键数－2×肽链数）／2。
提醒：由于R基上的碳原子数不好确定，且氢原子数较多，因此以氮原子数或氧原子数的计算为突破口，计算氨基酸的分子式或氨基酸个数最为简便。
例5（2019·江苏泰州联考）某三十九肽中共有甘氨酸（甘氨酸结构式如图1）4个，现用某种水解酶去除其中的甘氨酸，得到4条长短不等的多肽（如图2），如将原来多肽与4条多肽总的原子数或结构数进行比较时，会出现下列4种情况中的（）
①肽键数目减少7个②C原子数目减少8个③氨基和羧基分别增加3个④O原子数目减少1个
A.1种B.2种C.3种D.4种
答案D
解析该三十九肽中含有肽键数目为38个，去掉甘氨酸后的肽键数目为6＋8＋7＋10＝31，①正确；C原子减少数目为甘氨酸数×2＝4×2＝8，②正确；该三十九肽中原来含有的氨基和羧基数目各至少为1个，用水解酶去掉甘氨酸后有4条多肽链，氨基和羧基至少各有4个，③正确；根据甘氨酸的位置可知，去除4个甘氨酸后将导致7个肽键断裂，故水解需要7个水分子，同时脱去4个甘氨酸，所以O原子数目减少1个，④正确。
方法技巧蛋白质形成过程中各元素的变化总结
（1）数目变化的元素：H、O，因脱去H2O而减少，还有一部分H因形成二硫键而减少。
（2）数目不变的元素：C、N、S，因此可根据N原子数推测蛋白质（多肽）中氨基酸数。
例6经分析某条多肽链中有O原子P个，N原子Q个，它彻底水解后，只得到下列四种氨基酸。分析推算可知，1分子该多肽水解得到的赖氨酸个数为（）
半胱氨酸丙氨酸
赖氨酸苯丙氨酸
A.P－Q B.Q－P
C.P－Q＋1 D.Q－P＋1
答案D
解析分析四种氨基酸的特点可知，赖氨酸含有两个氮原子，根据氧原子数目进行计算，氧原子数＝氨基酸数＋肽链条数＋R基上氧原子数，分析这四种氨基酸R基可知，四种氨基酸的R基上均无氧原子，该多肽所含氨基酸数为（P－1）个，氮原子数＝氨基酸数＋R基上的氮原子数，四种氨基酸中只有赖氨酸的R基上有一个氮原子。因此该多肽含有的赖氨酸数＝Q－（P－1）＝Q－P＋1，D项正确。
1.某蛋白质由M条肽链、N个氨基酸组成。该蛋白质中氧原子的个数至少是（）
A.N－MB.N－2MC.N＋MD.N＋2M
答案C
解析一个氨基酸分子中至少有2个氧原子，N个氨基酸形成M条肽链的过程中要脱掉N－M个水分子，所以氧原子的个数至少是2N－（N－M）＝N＋M（个）。
2.（2019·江苏启东中学月考）分析一条多肽链E和一条多肽链F得到如表所示结果（单位：个）。
原子或基团
C
H
O
N
游离氨基
游离羧基
多肽链E
201
348
62
53
3
2
多肽链F
182
294
55
54
6
1
推测组成两条多肽链的氨基酸数目最可能是（）
选项
A
B
C
D
多肽链E
199
53
50
51
多肽链F
181
54
48
49
答案D
解析氨基酸数目＝肽键数＋肽链数，据表分析应通过N计算氨基酸数目，N存在于肽键及游离的氨基中，且每一条肽链至少有一个游离的氨基，因而多肽链E中肽键数是53－3＝50（个），氨基酸数是50＋1＝51（个），多肽链F中氨基酸数目是54－6＋1＝49（个），D正确。
3.某直链多肽的分子式为C22H34O13N6，其水解后共产生下列3种氨基酸，下列相关叙述正确的是（）
甘氨酸丙氨酸
谷氨酸
A.合成1分子该物质将产生6个水分子
B.合成1分子该物质需要1个谷氨酸和1个丙氨酸
C.该多肽分子中含有1个氨基和1个羧基
D.每个该多肽分子水解后可以产生3个谷氨酸
答案D
解析题中3种氨基酸都只含有1个氮原子，而题中多肽含有6个氮原子，说明该多肽是由6个氨基酸脱去5个水分子合成的；由于甘氨酸、丙氨酸中都含有1个羧基，而每个谷氨酸中含有2个羧基，合成有机物后R基上还有2个氧原子，氧原子数＝肽键数＋2×肽链数＋R基上的氧原子数，即13＝5＋2＋2×谷氨酸数，故每个该多肽分子水解后可以产生3个谷氨酸；该多肽分子含有1个游离氨基和4个游离羧基。
4.（2018·湖南雅礼中学高一上期末）设氨基酸的平均相对分子质量为128，现有一条化学式为CXHYOZN18S3的链状多肽，已知该多肽有1个游离的羧基和4个游离的氨基，则该多肽的相对分子质量为（）
A.1586B.1668C.1914D.2200
答案B
解析该多肽有4个游离的氨基，说明R基中含有3个氮原子，即该多肽由15个氨基酸组成，因此该链状多肽的相对分子质量＝15×128－18×（15－1）＝1668。
5.（2018·广东佛山一中期末）如图表示某种蛋白质中相关基团或氨基酸的数目，下列相关叙述正确的是（）
A.该蛋白质中含有两条肽链
B.该蛋白质中共有126个肽键
C.该蛋白质的R基上共含17个氨基
D.形成该蛋白质时共脱掉125个水分子
答案A
解析据图可知，该蛋白质中游离羧基的总数为17个，R基上的羧基数目为15个，则肽链末端游离的羧基数目为17－15＝2（个），进而确定含有两条肽链，A正确；该蛋白质共有126－2＝124（个）肽键，形成该蛋白质时共脱掉124个水分子，B、D错误；该蛋白质中游离氨基的总数为17个，则R基上的氨基数为17－2＝15（个），C错误。
6.（2018·河北定州第二次月考）某五十肽中有丙氨酸（R基为—CH3）4个，现脱掉其中的丙氨酸（相应位置如图所示），得到4条肽链和5个氨基酸（脱下的氨基酸均以游离态正常存在，且第50位的氨基酸的R基没有O）。下列有关叙述错误的是（）
A.该五十肽水解得到的4条肽链比原五十肽减少了2个氧原子
B.若将得到的5个氨基酸脱水缩合成五肽，则有5种不同的氨基酸序列
C.新生成的4条肽链一共比原来的五十肽少了8个肽键
D.新生成的4条肽链含有4个游离的氨基和4个游离的羧基
答案D
解析据图分析可知，每脱掉1个丙氨酸需要破坏2个肽键，脱掉4个丙氨酸共破坏了8个肽键，有8分子水参与，故该五十肽水解得到的几种有机物比原五十肽增加了8个氧原子，而4个丙氨酸中共有8个氧原子，且最后一个氨基酸中有2个氧原子（存在于—COOH中，R基中没有），故生成的4条肽链比原五十肽减少了2个氧原子，A正确；得到的5个氨基酸中有4个是丙氨酸，故这5个氨基酸可缩合成五肽，可有5种不同的氨基酸序列，B正确；每脱掉1个丙氨酸需要破坏2个肽键，脱掉4个丙氨酸共破坏了8个肽键，所以新生成的4条肽链一共比原五十肽少了8个肽键，C正确；每条肽链中至少含有1个游离的氨基和1个游离的羧基，故新生成的4条肽链至少有4个游离的氨基和4个游离的羧基，D错误。