W和V模型解決脫去特定氨基酸的相關計算總結

張 瑞

(北京市海淀區網易有道信息技術（北京）有限公司 北京 100193)

在高中生物必修一中的蛋白質的相關計算是學生的攔路虎。根據筆者的授課經歷，部分學生不理解脫水縮合的原理和規律，覺得蛋白質的相關計算太難就跟聽天書一樣。該類學生在遇到蛋白質的相關計算就叫苦不迭，有時會出現隨意選或隨意填的現象，更甚至不愿意做就直接空白跳過。還有一部分學生能理解脫水縮合的原理和規律，也知道蛋白質計算的相關公式，比如蛋白質的相對分子量=氨基酸的數目*氨基酸的平均分子質量-脫去水的相對分子質量，也能利用相關方法解決一部分題目，比如一條肽鏈中至少有1個游離的氨基和羧基等。但在平時的月考期中期末考試中，蛋白質的相關計算除了常規題目，還會經常出現常規蛋白質計算的變式題目，這些變式題目為了拉開學生的層次會提升一個難度，比如遇到脫去某種特殊氨基酸后，去計算消耗的水分子數目，或者增加的氨基或羧基數目，再或者增加的氧原子或者氫原子數目。那么，再利用常規的蛋白質計算公式解決該類型題目的道路就行不通了。那些視蛋白質的相關計算為大敵的學生直接跳過相關題目，他們就錯失該部分分數。筆者在授課過程中也發現能理解脫水縮合的原理和規律的學生經常采用畫圖和數數的方式解決此類型題目，雖然最終有時也能算對，但是需要花費一定的時間，不能快速解題，但是部分時候也會出現錯數或者漏數導致不能得出正確結果，白白浪費時間。針對以上學生經常出現的兩種情況，筆者根據此類題目反映出的規律總結出”W”和“V”模型，以期此模型不但可以幫助學生樹立能掌握蛋白質的相關計算的信心，減輕學生的記憶負擔，同時可幫助快速方便解決脫去特定氨基酸計算原子或者基團的題目[2][3][4]。

一、“W”和“V”模型

所謂“W”和“V”模型，即為根據脫去的氨基酸的位置來確定模型的種類，進而根據模型種類來進行相關計算。

1.W模型：脫去的氨基酸在肽鏈的中間位置，因為此氨基酸前后連接氨基酸，則脫去一個氨基酸即形成一個W。

（1）脫去這個氨基酸之后，即形成一個W，那么就會斷裂2個肽鍵，需要消耗2分子的H2O，增加2個氨基和2個羧基，增加的氫原子或氧原子數目即為消耗水分子中的氫原子或氧原子數目。

（2）總結：對于總體而言，脫去中間位置的一個氨基酸=形成1個W=斷裂2個肽鍵=消耗2分子水=2個氨基和2個羧基=4個H原子和2個O原子。

2.V模型：脫去的氨基酸在肽鏈的首位或者末尾，再或者只涉及肽鍵斷裂（不涉及氨基酸的脫去），因為前面連接氨基酸，即脫去一個氨基酸即形成一個V，或斷一個肽鍵形成一個V。

（1）那么脫去這個氨基酸后或者斷裂該肽鍵，即形成一個V，那么就會斷裂1個肽鍵，需要消耗1分子的H2O，增加1個氨基或1個羧基，增加的氫原子或氧原子數目即為消耗水分子中的氫原子或氧原子數目。

（2）總結：對于總體而言而言，脫去首位或末尾位置一個氨基酸=1個V=斷裂1個肽鍵=消耗1分子水=1個氨基或個羧基（視脫去是氨基酸的氮端還是碳端來定）=2個H原子和1個O原子

3.W和V模型同時出現：相鄰位置的兩個氨基酸同時脫去。

那么脫去這兩個氨基酸，相當于形成1個W和1個V，則可根據W模型和V模型進行相關計算。

二、直接問原子數目、肽鍵、氨基或羧基數目變化等題目

典型例題：

1.某蛋白酶能專一性水解賴氨酸（C6H14N2O2）兩側的肽鍵，某四十九肽經該蛋白酶作用后的情況如圖所示，圖中的短肽E加上短肽F的元素組成與四十九肽的元素組成相比，原子數相等的是（ ）。

A.C B.H C.O D.N

解析：首先觀察脫去氨基酸（23號）的位置：位于中間位置，即為一個W，則根據公式，脫去中間位置一個氨基酸=1個W=斷裂2個肽鍵=消耗2分子水，則整體增加4個氫原子，2個氧原子，現在脫去23號氨基酸后，比較新形成的短肽之和與四十九肽的元素，根據賴氨酸的分子式：C6H14N2O2，可知：C少6個，H少10個，N少2個，O保持不變，C選項正確。

2.如圖表示是四十一肽中含有4個丙氨酸，現去掉其中的丙氨酸，得到4條長短不一的肽鏈，這些肽鏈中肽鍵總數為（ ）。

A.33 B.34 C.32 D.31

解析：首先觀察脫去氨基酸（6、17、27、41號）的位置：其中3個氨基酸（6、17、27號）位于中間位置，即為3個W則根據公式，對于整體而言，脫去中間位置一個氨基酸=1個W=斷裂2個肽鍵=消耗2分子水=2個氨基和2個羧基，1個氨基酸（41號）位于末尾，即為1個V，脫去首位或末尾位置一個氨基酸=1個V=斷裂1個肽鍵=消耗1分子水=1個氨基或個羧基，則斷裂的肽鍵數目=3*2+1=7個，其中四十一肽含有40個肽鍵，則這4條長短不一的肽鏈中的肽鍵數目=40-7=33個，則A正確。

3.某五十肽中有2個丙氨酸，現脫掉其中的丙氨酸（相應位置如圖）得到幾種不同有機產物，其中脫下的氨基酸均以游離態正常存在。以下關于這一過程產生的所有有機物中的原子、基團或肽鍵數量的陳述是錯誤的（ ）。

A.肽鍵數目減少4個

B.氧原子數目增加2個

C.氨基和羧基分別增加4個

D.氫原子數目增加8個

解析：首先觀察脫去氨基酸（21、49號）的位置：2個氨基酸位于中間位置，即為2個W，則根據公式，對于整體而言，脫去中間位置一個氨基酸=1個W=斷裂2個肽鍵=消耗2分子水=2個氨基和2個羧基，則斷裂4個肽鍵，消耗4分子水，增加4個氨基和4個羧基，增加8個氫原子和4個氧原子，則ACD正確，B錯誤。

三、結合蛋白質的其他相關計算綜合考查

例1：下圖表示含兩條肽鏈的某蛋白質，若將第70、165號氨基酸兩側的肽鍵斷開，則下列有關敘述，錯誤的是（ ）。

A.斷開前有199個肽鍵

B.斷開后氫原子數比原來多8個

C.斷開后羧基數比原來多2個

D.斷開后相對分子質量增加72

解析：首先利用常規計算公式：形成肽鍵數目=氨基酸數目-肽鏈數，在70和165的氨基酸側鏈有1個肽鍵形成，那么肽鍵數目=200-2+1=199，A正確；再觀察脫去特定氨基酸（70和165）的位置，兩個氨基酸均位于中間位置，即為2個W，利用公式，脫去中間位置一個氨基酸=1個W=斷裂2個肽鍵=消耗2分子水=2個氨基和2個羧基，那么脫去70和165號氨基酸，則會需要4分子水，增加的相對分子量為4*18=72，斷開后氫原子的數量比之前多8個，氧原子比之前多4個，會形成多形成4個氨基和4個羧基，則BD對，C錯。

例2：已知肽鏈由88個氨基酸縮合而成，包括6個游離氨基和5個甲硫氨酸（肽鏈中的位置是3、25、56、78、88），甲硫氨酸分子式為C5H11O2NS，以下敘述正確的是（ ）。

A.如果多肽中的甲硫氨酸被除去，0原子的數量就會減少1個

B.如果除去多肽中的甲硫氨酸，肽鍵的數量將減少10個

C.由多肽合成的氨基酸的N原子總數為94個

D.如果除去多肽中的甲硫氨酸，氨基和羧基分別增加5個

解析：首先觀察脫去氨基酸（3、25、56、78、88號）的位置：其中4個氨基酸（3、25、56、78、88號）位于中間位置，1個氨基酸位于末尾位置（88號），即為4個W和1個V，則根據公式，對于整體而言，脫去中間位置一個氨基酸=1個W=斷裂2個肽鍵=消耗2分子水=2個氨基和2個羧基，脫去首位或末尾位置一個氨基酸=1個V=斷裂1個肽鍵=消耗1分子水=1個氨基或個羧基，則可知，斷裂的肽鍵數目=消耗的水分子數目=4*2+1=9，減少5個甲硫氨酸，少5*2個O，則總體少1個O，少5個氨基或羧基，則增加的氨基或羧基數目=4*2+1-5=4，也就是氨基有可能是4，羧基也有可能是4，則A正確，B錯誤，D錯誤；該肽鏈由88個氨基酸脫水縮合而成，游離的氨基有6個，則可以推斷R上的氨基為5個，則含有氨基的數目為88+5=93，則C錯誤。

例3：下圖為某二十肽，其中含天門各氨酸4個，分別位于第5、6、15、20位；酶X專門作用于天門冬氨酸羧基端的肽鍵，肽酶Y專門作用于天門冬氨酸氨基端的肽鍵，下列相關敘述正確的是（ ）。

A.該二十肽中含有20個肽鍵

B.該二十肽至少含有4個游離的羧基

C.經肽酶Y完全作用后產生的多肽中氧原子數目比二十肽多4個

D.由肽酶X的完全作用產生的多肽中氮原子的數量比二十肽少1個

解析：該題涉及不同酶的作用位點不同，所以需要拆開單獨來看。酶X作用于天冬氨酸羧基端的肽鍵，則此酶會作用后形成的產物有：1-5，6，7-14，15-20，整體會斷3個肽鍵，產生3條多肽鏈，其中6號氨基酸會脫離出來，處于游離狀態，相對于整體而言，經肽酶X完全作用后產生的多肽中氮原子數目比二十肽少1個，則D正確；肽酶Y專門作用于天門冬氨酸氨基端的肽鍵，則此酶作用后形成的產物有：1-4，5，6-14，15-19，20，整體會形成1個W和2個V，則斷裂4個肽鍵，消耗4個水分子，總體增加4個氧原子，但是隨著5號和20號天冬氨酸的脫去，失去8個氧原子，則經肽酶Y完全作用后產生的多肽中氧原子數目比二十肽少4個，C錯誤；選項A和B，可根據常規蛋白質的相關計算公式，肽鍵數目=氨基酸數目-肽鏈數=20-1=19，游離的氨基或羧基=肽鏈數目+R上氨基/羧基=1+4=5，則AB錯誤。

四、結束語

部分學生不太理解脫水縮合的原理和規律，對W和V模型只是簡單的記憶，也能解決上面出現的兩種類型題目。但是如果想熟練運用W和V模型，最好建立在理解脫水縮合的原理和規律的基礎上。這樣更容易理解W和V模型，知道原理的來源和原因，知其所以然，并且自然而然地內化到自己的知識體系和儲備中，運用到平時做題中，從而提高做題速率和節省做題時間。誠然，利用W和V模型解決不了蛋白質相關計算的全部題目，這也是筆者需要進一步根據題目反映的規律再次總結蛋白質其他相關計算的模型。題目在考試中都會千變萬化，但是萬變不離其宗，都有其知識點和題源，在平時學習中，深刻理解出題意圖，就可以快速運用方法和技巧解決題目，并且做到舉一反三，避免題海戰術。