例析蛋白質的合成過程及其相關計算的典型例題

韓喜建

(安徽省臨泉第一中學 236400)

蛋白質的合成過程及其計算是高中生物必修二基因指導蛋白質合成的重點和難點內容，尤其是計算部分，對基礎知識點理解不到位、找不到計算思路、缺乏解題技巧造成解題效率低下都是當前高中階段學生面臨的普遍問題.本文從蛋白質的合成過程及其計算的典型例題出發，總結歸納了相關題型的解題技巧和解題思路，希望能給學生帶來啟示.

1 氨基酸數、肽鍵數和脫去水分數的計算

通常，氨基酸在核糖體內脫水縮合成多肽，形成肽鏈時，肽鍵數、脫去水子數與氨基酸數滿足表1所列數據.

表1

需要引起學生注意的是，除了表1中的大多數情況，還存在形成環狀肽的特殊情形：若形成的是環狀多肽，則其形成的肽鍵數等于氨基酸數.這是因為環狀肽的首位氨基酸相連成環，所以，環狀肽在形成過程中比直鏈鈦要多生成一個H2O，多形成一個肽鍵.換句話說，多肽形成過程中形成的肽鍵數不一定等于氨基酸數減1.

例1在下列5種氨基酸中，有部分是構成人體的氨基酸，若將它們脫水縮合，使其形成一種多肽A，則A中含有的氨基、羧基和肽鍵的數目依次是( ).

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正確.構成人體蛋白質的氨基酸必須是α—氨基酸，根據結構簡式可知，②不屬于氨基酸，③不是α—氨基酸，將剩余的①、④、⑤脫水縮合成三肽，據此分析即可.因此，根據分析可得氨基酸脫水縮合時的化學方程式為：

再根據三肽的結構可知，氨基數目為2，羧基為2，肽鍵數目為2，故C符合題意，C正確.

反思本題主要考點在人體氨基酸這一記憶點，人體蛋白質是由α—氨基酸脫水縮合反應生成的，除了這一考點外，本題還涉及氨基酸的判斷，氨基、羧基、肽鍵的判斷等，屬于基本知識，基礎題型，難度不大.學生在解題時要靈活把握基礎知識點，做到無疏無漏.

2 蛋白質相對分子質量及多肽鏈中各原子數目的計算

蛋白質的相對分子質量和多肽鏈中各個原子數目計算也是蛋白質合成及其相關題型中常設及的考點，其滿足表2所列關系式(假設氨基酸的平均相對分子質量為a).

表2

氨基酸在脫水縮合形成多肽結構時，會失去水分子，換言之，其H和O原子的數目會減少，而C原子和N原子的數目不會減少.根據這一規律，可以得出蛋白質中含有N、O、C、H原子數的計算公式為：

(1)N原子數=肽鍵數+肽鏈數+R基上的N原子數=各氨基酸中N原子總數；

(2)O原子數=肽鍵數+2×肽鏈數+R基上的O原子數=各氨基酸中O原子總數-脫去水分子數；

(3)C原子數=2×氨基酸分子數+R基上的C原子數；

(4)H原子數=各氨基酸中H的總數- 2×脫去水分子數.

學生要注意的是，在蛋白質形成過程中，減少的H原子不只來自羧基和氨基，若肽鏈中的氨基酸含有“—SH”(硫基)時，每兩個“—SH”會在形成“—S—S”(二硫鍵)過程中脫掉兩個H原子，故蛋白質形成過程中減少的H原子可能來自羧基、氨基和硫基.

例2某49肽中有丙氨酸(R基為—CH3)4個，現脫掉其中的丙氨酸(相應位置如圖1所示)，下列有關敘述錯誤的是( ).

圖1

A．新生成的4條多肽鏈至少含有4個游離的羧基

B．水解后得到的多肽可以和雙縮脲試劑反應出現紫色

C．若將新生成的4條多肽鏈重新連接成一條長鏈，則將脫去3分子H2O

D．水解得到的多肽鏈比原49肽減少了2個氧原子，減少了12個碳原子

解析通過分析圖1和題目的已知條件可知該49肽是由49個氨基酸脫水縮合而成的，因此在脫水縮合的過程中會脫去48個水分子，形成48個肽鍵.若根據題意，將圖示位置的4個丙氨酸去掉，則原1條單直鏈將變成4條肽鏈，也就是4種氨基酸，此時肽鍵數目將減少7個，這過程需要消耗7個水分子.由此，再來分析以下4個選項.A選項：每條肽鏈的末端都帶有一個游離的羧基，因此新生成的4條多肽鏈至少含有4個游離的羧基，A正確；B選項：雙縮脲試劑可以和肽鍵反應出現紫色，水解后得到的多肽仍然含有肽鍵，所以仍然可以使雙縮脲試劑呈現紫色，B正確；C選項：4條多肽鏈脫水縮合形成3個肽鍵，將脫去3個水分子，C正確；D選項：原49肽水解后脫掉其中的4個丙氨酸(C3H7O2N)，得到4條多肽鏈，該過程中需要消耗7分子H2O，故水解得到的多肽鏈比原49肽減少的氧原子數為4×2-7=1個，減少的碳原子數為4×3=12個，D錯誤.

反思本題主要考查的是氨基酸在脫水縮合過程中的反應及其相關計算，需要學生理解氨基酸在脫水縮合時產生的變化，需要明確本題中脫去丙氨酸反應與氨基酸脫水縮合反應相反.再結合題目的已知條件和提示信息進行準確分析和計算，難度稍大，對學生的綜合能力要求較高.

3 蛋白質中游離氨基和羧基數目的計算

通常，蛋白質中游離的氨基數=肽鏈數+R基上的氨基數=各氨基酸中氨基總數-肽鍵數；游離的羧基數=肽鏈數+R基上的羧基數-各氨基酸中羧基總數-肽鍵數.學生在實際計算時可以根據上面的兩個公式，快速求解出答案，提高解題效率.

例3一個由39個氨基酸形成的環狀多肽，其中有4個谷氨酸(R基為-CH2-CH2-COOH)，則該多肽( ).

A.可能沒有游離氨基

B.至多有36種氨基酸

C.至少有5個游離羧基

D.有38個肽鍵

解析D正確.在之前的生物學習過程中，已經清楚掌握構成蛋白質的基本單位是氨基酸.而分析氨基酸的原子結構可以知道，每個氨基酸分子至少都含有一個氨基和一個羧基，一個H原子和一個R基.另外，氨基酸形成多肽鏈，是一個脫水縮合的過程，這一過程在細胞的核糖體中發生，它是一個氨基酸分子的羧基部分和另一個氨基酸分子的氨基部分連接形成一條完整的直肽鏈并脫去一分子水的過程.基于上述知識點，再來分析下面四個選項.A選項：一個由39個氨基酸形成的環狀多肽至少含有的游離的氨基數=鏈狀肽鏈數=0個，A正確；B選項：一個由39個氨基酸形成的環狀多肽，至多有21種氨基酸，B錯誤；C選項：谷氨酸的R基為—CH2—CH2—COOH，每分子谷氨酸的R基中含有一個游離的羧基，則一個由39個氨基酸形成的環狀多肽，其中有4個谷氨酸，則該環狀多肽分子中至少含有的游離的羧基數=鏈狀肽鏈數+4個谷氨酸的R基中的羧基數=0+4=4個，C錯誤；D選項：一個由39個氨基酸形成的環狀多肽含有的肽鍵數=氨基酸數=39個，D錯誤.

反思本題主要考查蛋白質合成過程中，肽鍵數、肽鏈數以及游離氨基酸和羧基的變化數，屬于蛋白質的合成過程中基礎知識點的相關計算.學生需要把握氨基酸脫水縮合的過程，根據公式靈活計算.如果學生在實際考察過程中難以記憶公式，則需根據氨基酸脫水縮合反應的實質，做好關鍵物質的推導公式，確保解題正確.

總的來說，高中生物涉及到蛋白質的合成及其計算的類型大體就是以上三種，除了上述三種之外，還偶爾涉及多肽種類的計算(n種氨基酸形成一個三肽，那形成的三肽種類為n3種；n種氨基酸形成一個m肽，則形成的m肽得到種類有nm種)，學生在實際解題過程中，要靈活把握各個命題的特點，準確選擇對應的公式和解題技巧，從而縮短解題時間，提高自己的解題效率.