1-5蛋白质的相关计算

2013年高考总复习—生物蛋白质的相关计算1-5蛋白质的相关计算在氨基酸形成蛋白质过程中存在着氨基酸数、肽键数、脱去水分子数、肽链条数等的数量对应关系；在DNA控制合成蛋白质的过程中存在着DNA的碱基、RNA的碱基及氨基酸数目之间的数量对应关系。这些数量关系的计算历年来都是高考的重点；如果掌握不牢固也是很多学生的失分点。下面我们就从这两个方面进行重点突破讲解。一、氨基酸、肽键、肽链、水分子、蛋白质相对分子量的相关计算【理论阐释】1.知识背景氨基酸是组成蛋白质的基本单位。由两个氨基酸分子缩合形成的化合物叫做二肽。其中，连接两个氨基酸分子的化学键(－NH－CO－)叫做肽键。由多个不同种类的氨基酸分子缩合而成的化合物叫做多肽；多肽通常呈链状结构，叫做肽链。肽链进一步加工，则形成蛋白质。氨基酸、多肽、肽键、肽链和蛋白质的关系可归纳成下图：2.常见计算类型（1）多肽中氨基数和羧基数及N、H、O原子数的计算（2）氨基酸、肽键数、失去水分子数、及肽链条数的相关计算（3）蛋白质相对分子质量的计算3.解题方法（1）多肽中氨基数和羧基数及N、H、O原子数的计算规律由脱水缩合过程知：每两个氨基酸分子脱去一个水分子形成一个肽键，每形成一个肽键就相应的破坏一个氨基和一个羧基。每形成一个水分子也会使原来的H和O原子数目发生相应变化。在形成的化合物中，有以下规律：①一条多肽链中最少有一个游离的氨基和一个游离的羧基，由n条肽链组成的蛋白质中，最少有n个游离的氨基和n个游离的羧基。②氨基数＝肽链数＋R基上的氨基数＝各氨基酸中氨基总数－肽键数③羧基数＝肽链数＋R基上的羧基数＝各氨基酸中羧基总数－肽键数④N原子数＝肽键数＋肽链数＋R基上N原子数＝各氨基酸中N的总数⑤O原子数＝肽键数＋肽链数×2＋R基上的O原子数＝各氨基酸中O的总数－脱去水分子数⑥H原子数＝各氨基酸中H的总数－脱水数×2（2）氨基酸、肽键数、失去水分子数及肽链条数的相关计算规律①由氨基酸分子脱水缩合过程可知，若该蛋白质只有一条肽链，肽链形成过程中每形成一个肽键，就同时失去一分子水，即形成的肽键数=失去的水分子数=氨基酸数目-1；②m个氨基酸分子形成一个由n条肽链组成的蛋白质时，脱去的水分子数和形成的肽键数为m-n。蛋白质或多肽水解形成氨基酸时，需要的水分子数与其形成时失去的水分子数相等，即m-n。（3）蛋白质相对分子质量的计算规律蛋白质的相对分子质量＝氨基酸的相对分子质量总和-失去的水分子的相对分子质量总和。即若氨基酸的平均相对子质量为a，该蛋白质由m个氨基酸缩合形成，共有n条肽链，则该蛋白质的相对分子质量为：m·a-(m-n)×18。综上所述，由氨基酸的脱水缩合过程可总结如下规律：（仅指直链多肽）一条肽链（R基中N、O原子数分别为x、y）n条肽链氨基酸平均相对分子质量aa氨基酸(平均含H数目为b)数目mm肽键数目m-1m-n脱去水分子数目m-1m-n肽链(或蛋白质)的相对分子质量ma-18×(m-1)ma-18×(m-n)氨基数目至少一个（R基上还可能含有氨基）至少n个羧基数目至少一个（R基上还可能含有羧基）至少n个N原子数m+xO原子数m+1+yH原子数m·b－2×(m-1)注意：①如果n个氨基酸形成若干个环状多肽，则蛋白质分子形成过程中肽键数目等于氨基酸数目，可表示为：失去水分子数＝肽键数＝氨基酸总数②环状肽Aa1、Aa2……、Aa6表示6种氨基酸，它们相互缩合形成的环状肽如图所示：由图示可知：肽键数=脱去水分子数=氨基酸总数环状肽主链中无氨基和羧基，环状肽中氨基或羧基数取决于构成环状肽的氨基酸R基团中的氨基和羧基的数目。1．多肽中氨基数和羧基数及N、H、O原子数的计算【例1】（2009·上海高考）某蛋白质由m条肽链、n个氨基酸组成。该蛋白质至少含有氧原子的个数是A．n-mB．n-2mC．n+mD．n+2m【典例导悟】【解析】选C。本题考查脱水缩合后O原子数目的计算。可以用我们前面讲解的规律进行计算。方法一：由氨基酸的结构通式可知一个氨基酸至少有两个O，形成蛋白质缩合过程中要脱掉水，每个水分中都有一个O原子，可以用下列公式O原子数＝各氨基酸中O的总数－脱去水分子数，也就是2n-(n-m)=n+m。方法二：O原子数＝肽键数+肽链数×2+R基上的O原子数。肽键数等于氨基酸数减去肽链条数即（n-m）。肽链数是m。由于该题设问的是蛋白质至少含有的O原子的个数，所以，可以考虑R基上没有O原子。所以本题答案是（n-m）+m×2+0=n+m。2．氨基酸、肽键数、失去水分子数及肽链条数的相关计算【例2】某22肽被水解成1个4肽,2个3肽,2个6肽，则这些短肽的氨基总数的最小值及肽键总数依次是A.618B.518C.517D.617【解析】选C。本题考查蛋白质的合成过程中氨基酸、肽键、氨基数目的计算。氨基酸通过脱水缩合形成多肽，每一条多肽链上至少含有一个游离的氨基和一个游离的羧基；含有的肽键数＝氨基酸总数-1,根据题目给出的条件可知：5个多肽至少含有5个游离的氨基和17个肽键。3．蛋白质相对分子质量的计算【例3】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个氨基酸构成的含2条多肽链的蛋白质，其分子量为A.12800B.11018C.11036D.8800【解析】选C。本题考查蛋白质相对分子量的计算。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，根据前面蛋白质相对分子量的计算公式知：蛋白质的分子量=128×100-18×98=11036，答案为C。二、氨基酸数目与mRNA及DNA中碱基数量之间的计算蛋白质是生命性状的体现者，它是在DNA的控制下，经过转录、翻译过程形成的，蛋白质的氨基酸数目和DNA、RNA的碱基数目之间存在一定的规律，其过程如图：【理论阐释】1.知识背景碱基与氨基酸之间的数量关系如下：(1)转录时，组成基因的两条链只有一条链能转录，另一条链则不能转录。因此．转录形成的RNA分子中碱基数目是基因中碱基数目的l／2。(2)翻译过程中，信使RNA中每3个碱基决定一个氨基酸，所以经翻译合成的蛋白质分子中的氨基酸数目是信使RNA碱基数目的1／3。总之，在转录和翻译过程中，基因中的碱基数(指双链)、RNA分子中的碱基数、蛋白质分子中的氨基酸数之比为6：3：1。见下图有关计算的关系式可总结为：蛋白质中肽链数+肽键数=氨基酸数=1/3mRNA碱基数=1/6基因中碱基数。因基因中存有启动片段、终止片段等，实际上基因碱基数目和氨基酸数目的关系并不是很严格，因此一般命题中带有“至少”或“最多”字样。2.常见计算类型以DNA的碱基数、RNA的碱基数、密码子数、反密码子数、氨基酸数中的任一种或几种为已知条件，计算其他数目。3.解题方法三者的关联计算，主要存在以下几种情况：（1）在题目不做任何说明的情况下，就按以下规律计算：DNA碱基数＝2×mRNA碱基数＝6×密码子数＝6×氨基酸数目（2）如果题目特别强调是真核生物的DNA，因为在转录后存在信息RNA的剪辑。要注意其DNA碱基数应该大于6×氨基酸数目，应根据题目具体情况具体解决。（3）在真核生物中，其基因中有外显子和内含子之分，即氨基酸与基因中的脱氧核苷酸数并不成一定的比例关系，题目中加了“至少”两字后做了限定，相当于不存在内含子的计算。（4）无论真核生物还是原核生物，都要注意终止密码子的存在，终止密码子不编码蛋白质，但占有DNA碱基数。（5）看清楚题目求的是氨基酸的种类还是氨基酸的个数。【例1】(2010·汕头模拟）已知AUG、GUG为起始密码，UAA、UGA、UAG为终止密码。某信使RNA的碱基排列顺序如下：A—U—U—C—G—A—U—G—A—C……(40个碱基)……C—U—C—U—A—G—A—U—C—U。此信使RNA控制合成的蛋白质含氨基酸的个数为：A.20个B.17个C.16个D.15个【典例导悟】【解析】选C。处理有关翻译的问题，首先要找到“起始码（AUG、GUG）”和“终止码（UAA、UAG、UGA）”。起始码有相应的氨基酸，终止码不对应氨基酸。本题碱基序列中，从开始数，6、7、8三个碱基即“AUG”就是起始密码；倒数7、6、5三碱基即“UAG”就是终止密码。从正数6号碱基到倒数8号碱基，正好40+5+3=48个碱基。48÷3=16（个）【例2】（2010·徐州模拟）已知AUG、CUG为起始密码子，UAA、UGA、UAG为终止密码子。假设编码某多肽分子的基因中一条链的碱基排列顺序为ACCACGACT……AGGAACTTCGAT(其中“……”表示省略了214个碱基，并且不含有编码终止密码的序列)，若以此链为模板转录，最终形成的多肽分子中肽键的数目最多是A．74B．75C．77D．78【解析】选A。首先写出起始密码子和终止密码子所对应的基因中的碱基排列顺序，分别为：TAC、GAC和ATT、ACT、ATC，然后在基因的起始端和末尾寻找与之对应的碱基排列顺序，结果可以判断出下列基因片段可以转录出密码子：GACT……AGGAACT。其中尾端ACT转录形成的是终止密码子，不编码氨基酸，能编码氨基酸的碱基数量为214+8=222。编码的氨基酸数量最多为74个。【例3】水蛭素是由65个氨基酸组成的蛋白质，控制该蛋白质合成的基因碱基数至少应是A.390B.195C.65D.260【解析】选A。在DNA的模板链上3个相邻的碱基编码一个氨基酸，水蛭素是由65个氨基酸组成的蛋白质，则mRNA上的碱基共有195个。可推知DNA上的碱基数为195×2=390个。