例析蛋白质的合成过程及其相关计算的典型例题

韩喜建

(安徽省临泉第一中学 236400)

蛋白质的合成过程及其计算是高中生物必修二基因指导蛋白质合成的重点和难点内容，尤其是计算部分，对基础知识点理解不到位、找不到计算思路、缺乏解题技巧造成解题效率低下都是当前高中阶段学生面临的普遍问题.本文从蛋白质的合成过程及其计算的典型例题出发，总结归纳了相关题型的解题技巧和解题思路，希望能给学生带来启示.

1 氨基酸数、肽键数和脱去水分数的计算

通常，氨基酸在核糖体内脱水缩合成多肽，形成肽链时，肽键数、脱去水子数与氨基酸数满足表1所列数据.

表1

需要引起学生注意的是，除了表1中的大多数情况，还存在形成环状肽的特殊情形：若形成的是环状多肽，则其形成的肽键数等于氨基酸数.这是因为环状肽的首位氨基酸相连成环，所以，环状肽在形成过程中比直链钛要多生成一个H2O，多形成一个肽键.换句话说，多肽形成过程中形成的肽键数不一定等于氨基酸数减1.

例1在下列5种氨基酸中，有部分是构成人体的氨基酸，若将它们脱水缩合，使其形成一种多肽A，则A中含有的氨基、羧基和肽键的数目依次是( ).

①NH2—CH2—COOH

②NH2—CH2—CH2OH

A．7、5、4 B．4、4、2 C．2、2、2 D．3、2、3

解析C正确.构成人体蛋白质的氨基酸必须是α—氨基酸，根据结构简式可知，②不属于氨基酸，③不是α—氨基酸，将剩余的①、④、⑤脱水缩合成三肽，据此分析即可.因此，根据分析可得氨基酸脱水缩合时的化学方程式为：

再根据三肽的结构可知，氨基数目为2，羧基为2，肽键数目为2，故C符合题意，C正确.

反思本题主要考点在人体氨基酸这一记忆点，人体蛋白质是由α—氨基酸脱水缩合反应生成的，除了这一考点外，本题还涉及氨基酸的判断，氨基、羧基、肽键的判断等，属于基本知识，基础题型，难度不大.学生在解题时要灵活把握基础知识点，做到无疏无漏.

2 蛋白质相对分子质量及多肽链中各原子数目的计算

蛋白质的相对分子质量和多肽链中各个原子数目计算也是蛋白质合成及其相关题型中常设及的考点，其满足表2所列关系式(假设氨基酸的平均相对分子质量为a).

表2

氨基酸在脱水缩合形成多肽结构时，会失去水分子，换言之，其H和O原子的数目会减少，而C原子和N原子的数目不会减少.根据这一规律，可以得出蛋白质中含有N、O、C、H原子数的计算公式为：

(1)N原子数=肽键数+肽链数+R基上的N原子数=各氨基酸中N原子总数；

(2)O原子数=肽键数+2×肽链数+R基上的O原子数=各氨基酸中O原子总数-脱去水分子数；

(3)C原子数=2×氨基酸分子数+R基上的C原子数；

(4)H原子数=各氨基酸中H的总数- 2×脱去水分子数.

学生要注意的是，在蛋白质形成过程中，减少的H原子不只来自羧基和氨基，若肽链中的氨基酸含有“—SH”(硫基)时，每两个“—SH”会在形成“—S—S”(二硫键)过程中脱掉两个H原子，故蛋白质形成过程中减少的H原子可能来自羧基、氨基和硫基.

例2某49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1所示)，下列有关叙述错误的是( ).

图1

A．新生成的4条多肽链至少含有4个游离的羧基

B．水解后得到的多肽可以和双缩脲试剂反应出现紫色

C．若将新生成的4条多肽链重新连接成一条长链，则将脱去3分子H2O

D．水解得到的多肽链比原49肽减少了2个氧原子，减少了12个碳原子

解析通过分析图1和题目的已知条件可知该49肽是由49个氨基酸脱水缩合而成的，因此在脱水缩合的过程中会脱去48个水分子，形成48个肽键.若根据题意，将图示位置的4个丙氨酸去掉，则原1条单直链将变成4条肽链，也就是4种氨基酸，此时肽键数目将减少7个，这过程需要消耗7个水分子.由此，再来分析以下4个选项.A选项：每条肽链的末端都带有一个游离的羧基，因此新生成的4条多肽链至少含有4个游离的羧基，A正确；B选项：双缩脲试剂可以和肽键反应出现紫色，水解后得到的多肽仍然含有肽键，所以仍然可以使双缩脲试剂呈现紫色，B正确；C选项：4条多肽链脱水缩合形成3个肽键，将脱去3个水分子，C正确；D选项：原49肽水解后脱掉其中的4个丙氨酸(C3H7O2N)，得到4条多肽链，该过程中需要消耗7分子H2O，故水解得到的多肽链比原49肽减少的氧原子数为4×2-7=1个，减少的碳原子数为4×3=12个，D错误.

反思本题主要考查的是氨基酸在脱水缩合过程中的反应及其相关计算，需要学生理解氨基酸在脱水缩合时产生的变化，需要明确本题中脱去丙氨酸反应与氨基酸脱水缩合反应相反.再结合题目的已知条件和提示信息进行准确分析和计算，难度稍大，对学生的综合能力要求较高.

3 蛋白质中游离氨基和羧基数目的计算

通常，蛋白质中游离的氨基数=肽链数+R基上的氨基数=各氨基酸中氨基总数-肽键数；游离的羧基数=肽链数+R基上的羧基数-各氨基酸中羧基总数-肽键数.学生在实际计算时可以根据上面的两个公式，快速求解出答案，提高解题效率.

例3一个由39个氨基酸形成的环状多肽，其中有4个谷氨酸(R基为-CH2-CH2-COOH)，则该多肽( ).

A.可能没有游离氨基

B.至多有36种氨基酸

C.至少有5个游离羧基

D.有38个肽键

解析D正确.在之前的生物学习过程中，已经清楚掌握构成蛋白质的基本单位是氨基酸.而分析氨基酸的原子结构可以知道，每个氨基酸分子至少都含有一个氨基和一个羧基，一个H原子和一个R基.另外，氨基酸形成多肽链，是一个脱水缩合的过程，这一过程在细胞的核糖体中发生，它是一个氨基酸分子的羧基部分和另一个氨基酸分子的氨基部分连接形成一条完整的直肽链并脱去一分子水的过程.基于上述知识点，再来分析下面四个选项.A选项：一个由39个氨基酸形成的环状多肽至少含有的游离的氨基数=链状肽链数=0个，A正确；B选项：一个由39个氨基酸形成的环状多肽，至多有21种氨基酸，B错误；C选项：谷氨酸的R基为—CH2—CH2—COOH，每分子谷氨酸的R基中含有一个游离的羧基，则一个由39个氨基酸形成的环状多肽，其中有4个谷氨酸，则该环状多肽分子中至少含有的游离的羧基数=链状肽链数+4个谷氨酸的R基中的羧基数=0+4=4个，C错误；D选项：一个由39个氨基酸形成的环状多肽含有的肽键数=氨基酸数=39个，D错误.

反思本题主要考查蛋白质合成过程中，肽键数、肽链数以及游离氨基酸和羧基的变化数，属于蛋白质的合成过程中基础知识点的相关计算.学生需要把握氨基酸脱水缩合的过程，根据公式灵活计算.如果学生在实际考察过程中难以记忆公式，则需根据氨基酸脱水缩合反应的实质，做好关键物质的推导公式，确保解题正确.

总的来说，高中生物涉及到蛋白质的合成及其计算的类型大体就是以上三种，除了上述三种之外，还偶尔涉及多肽种类的计算(n种氨基酸形成一个三肽，那形成的三肽种类为n3种；n种氨基酸形成一个m肽，则形成的m肽得到种类有nm种)，学生在实际解题过程中，要灵活把握各个命题的特点，准确选择对应的公式和解题技巧，从而缩短解题时间，提高自己的解题效率.