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蛋白質的相關計算
易錯歸因
對“氨基酸脫水縮合”過程中相關計算方法不熟悉
典型易錯題
例1（2022·全國·高三專題練習）圖甲是某蛋白質的肽鏈結構示意圖（其中的數字為氨基酸序號，虛線表示二硫鍵），圖乙是該肽鏈的部分放大圖，請據圖判斷下列敘述正確的是（ ）
A．圖乙所示結構中發生了脫水縮合反應的有①⑧
B．該蛋白質至少含有2個游離的羧基和2個游離的氨基
C．該蛋白質中至少含有個128個氧原子
D．形成該蛋白質的過程中相對分子質量減少2220
【答案】D
【解析】甲圖為某蛋白質的肽鏈結構示意圖，該蛋白質由124個氨基酸脫水縮合而成，分子中還含有3個二硫鍵；乙圖為甲圖中的部分肽鏈放大示意圖，其中①表示氨基（-NH2）；②④⑥⑧表示R基（依次是-CH2-NH2、-CH3、-CH2-COOH，-CO-COOH）；③⑤⑦表示肽鍵（-CO-NH-）；⑨為肽鍵的一部分。圖乙所示結構①是肽鏈一端的氨基、⑧是R基，二者均沒有發生脫水縮合反應，A錯誤；圖乙中的R基（圖中的②④⑥⑧）中共含有1個氨基和2個羧基，因此該蛋白質至少含有游離的氨基數=肽鏈數+R基中含有的氨基數=1+1=2個、至少含有游離的羧基數=肽鏈數+R基中含有的羧基數=1+2=3個，B錯誤；由氨基數的結構通式可知，每分子氨基數至少含有2個氧原子，圖乙中的R基（圖中的②④⑥⑧）中共含有5個O原子，則該蛋白質至少含有的O原子數=各氨基酸中至少含有的氧原子總數-脫去水分子數=124×2+5-（124-1）=130個，C錯誤；由氨基數經脫水縮合形成該蛋白質分子過程中失去的水分子數=氨基酸數-肽鏈數=124-1=123個，形成3個二硫鍵要失去6個H，故相對分子質量減少了123×18+6=2220，D正確。故選D。
解題技巧
1．“氨基酸脫水縮合”過程中相關計算公式
假設氨基酸的平均相對分子質量為a，由n個氨基酸分別形成一條肽鏈或m條肽鏈時，肽鍵數、脫去水分子數和多肽的相對分子質量的計算。
肽鏈數目 氨基酸數目 肽鍵數目 脫去水分子數目 多肽的相對分子質量 游離的氨基數目 游離的羧基數目
1 n n-1 n-1 na-18（n-1） 至少1個 至少1個
m n n-m n-m na-18（n-m） 至少m個 至少m個
注意：①如肽鏈上出現二硫鍵（—S—S—）時，多肽相對分子質量的計算還要減去脫去的氫原子數，每形成一個二硫鍵，蛋白質的相對分子質量減少2。
②若為環狀肽鏈，可將公式中肽鏈數視為0，再進行相關計算。
2．多肽中原子數的有關計算公式
每個肽鍵中含有一個氧原子，每條肽鏈至少含有一個游離的羧基（含有2個氧原子），因此蛋白質分子中至少含有氧原子數=肽鍵數+2×肽鏈數。
每個肽鍵中含有一個氮原子，每條肽鏈至少含有一個游離的氨基（含有1個氮原子），因此蛋白質分子中至少含有氮原子數=肽鍵數+肽鏈數。
同類題練習
1．（2022·天津和平·高三期末）如圖是由n個氨基酸組成的某蛋白質的結構圖，其中二硫鍵“—S—S—”是蛋白質中連接兩條肽鏈的一種化學鍵（—SH+—SH→—S—S—+2H）。下列說法錯誤的是（ ）
A．合成該蛋白質時生成（n-2）個水分子
B．控制該蛋白質合成的基因的堿基數大于6n
C．該蛋白質至少含有（n+2）個氧原子
D．該蛋白質的水解產物增加了（2n-4）個氫原子
2．（2022·福建省福州華僑中學模擬預測）已知某條肽鏈由88個氨基酸縮合而成，其中共有氨基6個，甲硫氨酸5個，且在肽鏈中的位置為3、25、56、78、82，甲硫氨酸的分子式為C5H11O2NS。下列敘述錯誤的是（ ）
①合成該多肽的氨基酸共有N原子數目94個
②若去掉該多肽中的甲硫氨酸，肽鍵數目會減少10個
③若去掉該多肽中的甲硫氨酸，氨基和羧基均分別增加5個
④若去掉該多肽中的甲硫氨酸，形成的短肽中O原子數目減少1個
A．① B．①②④
C．①④ D．②③
3．（2022·北京·高三專題練習）有關圖中蛋白質的敘述，正確的是（ ）
A．此蛋白質共有2條肽鏈
B．共有95個肽鍵
C．此蛋白質的R基中共含有22個氨基
D．99個氨基酸形成此蛋白質時，共減少的相對分子質量為1764
4．（2022·江蘇南通·模擬預測）催產素是由下丘腦神經細胞合成的九肽類激素，具有催產及使乳腺排乳的作用。下圖為催產素結構簡式，。據此判斷下列有關敘述正確的是（　　）
A．催產素中含有九個肽鍵
B．催產素徹底水解后共得到8種氨基酸
C．催產素徹底水解需要九個水
D．形成催產素的過程中相對分子量減少了144
5．（2022·全國·高三專題練習）下圖為某胰島素分子及其局部放大示意圖，若該胰島素是由51個氨基酸分子脫水縮合形成的，下列有關此圖的敘述，正確的是（ ）
A．人體內該分子的表達只能在胰島B細胞內且在細胞質中游離的核糖體上合成
B．該胰島素在合成過程中脫去的水分子數為50
C．該胰島素分子中游離的氨基、羧基數至少是2、2
D．在局部放大圖中能標志不同氨基酸的標號是①③⑤
6．（2022·河南·陳州高級中學高三階段練習）有一種十六肽的化學式為CaHbNxOy，已知其徹底水解后得到3種氨基酸：甘氨酸（C2H5O2N）、丙氨酸（C3H7O2N）、谷氨酸（C5H9O4N）。編碼此十六肽的基因所在的DNA分子是一個由z個脫氧核苷酸組成的環狀雙鏈DNA，下列有關說法中不正確的是（ ）
A．該十六肽水解可得（y－17）/2個谷氨酸
B．該十六肽雖然沒有經過折疊加工，仍能與雙縮脲試劑反應
C．該DNA初步水解成脫氧核苷酸的過程中破壞了z－2個磷酸二酯鍵
D．蛋白質徹底水解得到其對應的單體，核酸徹底水解得到的不是其對應的單體
7．（2022·全國·高三專題練習）一條肽鏈的分子式為C22H34O13N6，其水解后共產生了下列3種氨基酸：
據此判斷，下列有關敘述錯誤的是（　　）
A．1個C22H34O13N6分子水解后可以產生3個谷氨酸
B．合成1個C22H34O13N6分子同時將產生5個水分子
C．1個C22H34O13N6分子中存在1個游離的氨基和2個游離的羧基
D．在細胞中合成一個C22H34O13N6分子至少需要3種tRNA
8．（2022·江蘇·模擬預測）假如蛋白酶1作用于苯丙氨酸（C9H11NO2）羧基端的肽鍵，蛋白酶2作用于賴氨酸（C6H14N2O2）兩側的肽鍵。某四十九肽分別經酶1和酶2作用后的情況如圖，下列敘述正確的是（　　）
A．此多肽中含2個賴氨酸
B．苯丙氨酸位于四十九肽的17、31、49位
C．短肽D、E與四十九肽的氧原子數相同，N原子數減少2個
D．適宜條件下酶1和酶2同時作用于此多肽，可形成5條短肽
9．（2022·全國·高三專題練習）一條多肽鏈，化學式為CxHyOpNqS，將它徹底水解后，只得到下列四種氨基酸，分析推算可知，水解得到的氨基酸個數為（ ）
A．p﹣1 B．q+1 C．q﹣1 D．p+1
10．（2021·廣東·梅州市梅縣區南口中學高三階段練習）如圖甲是血紅蛋白的空間結構模式圖，其含有兩條α肽鏈，兩條β肽鏈（α肽鏈和β肽鏈不同）。圖乙表示β肽鏈一端的氨基酸排列順序，請回答下列問題：
（1）①的名稱________，寫出③⑤⑦處肽鍵的結構式：__________________。
（2）圖乙所示的一段肽鏈由___種氨基酸脫水縮合而成，氨基酸的結構通式為_________。圖甲中肽鏈的第40位氨基酸是甲硫氨酸，它的R基是—CH2—CH2—S—CH3，那么它的分子式是（ ）
a、C5H11O2NS b、C3H7NS c、C4H11O2S d、C5H10O2NS
（3）據兩圖可知一條β肽鏈至少含有_____個羧基，若兩條β肽鏈完全相同，則一個血紅蛋白分子至少含有_____個羧基。
（4）有一種蛋白質與圖甲中蛋白質的氨基酸組成和排列順序完全相同，但功能與圖甲中的蛋白質不同，原因是___________________________________。
（5）圖甲中肽鏈盤曲過程中形成了三個二硫鍵（由兩個半胱氨酸上的—SH縮合而成，即—SH和HS—縮合成—S—S—）若組成圖1中蛋白質由574個氨基酸組成，氨基酸平均分子量為100，則圖1中蛋白質的分子量為_______。
同類題練習參考答案
1．D 【解析】該蛋白質含有2條鏈狀肽鏈，合成時生成的水分子數目=氨基酸總數-鏈狀肽鏈數=n-2，A正確；該蛋白質由n個氨基酸組成，指導該蛋白質合成的mRNA中含有終止密碼子，而終止密碼子不編碼氨基酸，所以指導該蛋白質合成的mRNA中的堿基數一般大于3n，控制該蛋白質合成的基因的堿基數一般超過6n，B正確；由氨基酸的結構通式可知，每個氨基酸至少含有2個氧原子，則n個氨基酸至少含有的氧原子為2n個，脫掉的水分子數為n-2個，對應脫掉的氧原子數為n-2個，該蛋白質至少含有的氧原子數=各氨基酸中最少含有的氧原子總數一脫去水分子數=2n-（n-2）=n+2個，C正確；該蛋白質含有n-2個肽鍵，水解時需消耗n-2個分子的水（每分子水含有2個氫原子），破壞2個二硫鍵需要4個氫原子，所以該蛋白質的水解產物增加的氫原子數=2×（n-2）+4=2n個，D錯誤。故選D。
2．C 【解析】 ①由氨基酸的結構通式可知，每個氨基酸的主鏈上含有一個氨基（一個N原子），則由88個氨基酸合成的該多肽中含有的N原子數目=氨基酸數目+R基中的氨基數=88+5=93個，①錯誤；
②該肽鏈含有5個甲硫氨酸，在肽鏈中的位置為3、25、56、78、82，去掉該多肽中位置為3、25、56、78、82的每個甲硫氨酸需減少2個肽鍵，所以去掉該多肽中的甲硫氨酸，減少的肽鍵數目=5×2=10個，②正確；
③由于甲硫氨酸的分子式為C5H11O2NS，R基中沒有游離的氨基和羧基，所以去掉該多肽中的甲硫氨酸，中間的5個（分別位于第3、25、56、78、82位）每個肽鍵斷裂后都形成一個游離的氨基和一個游離的羧基，因此形成的幾個多肽中氨基和羧基均分別增加5個，③正確；
④由甲硫氨酸的分子式為C5H11O2NS，可知甲硫氨酸的R基中沒有游離的羧基（沒有氧原子），在去掉該多肽中位置為3、25、56、78、82的每個甲硫氨酸時，甲硫氨酸兩側的肽鍵一個加一個氧原子，另一個減少一個氧原子，氧原子數目沒有改變，④錯誤。
綜上①④錯誤，故C符合題意。故選C。
3．C 【解析】此蛋白質含有的肽鏈數=羧基總數-R基上羧基數目=26-23=3條，A錯誤；此蛋白質中的肽鍵數=氨基酸總數-肽鏈數=99-3=96個，B錯誤；氨基總數=R基上氨基數目+肽鏈數，故此蛋白質的R基中共含有25-3=22個氨基，C正確；99個氨基酸形成此蛋白質的過程中，共減少分子質量=（99-3）×18=1728，D錯誤。故選C。
4．B 【解析】由圖可知，催產素含有9個氨基酸，其中有兩個Cys通過二硫鍵相連，所以含有8種氨基酸；兩個氨基酸之間的化學鍵有9個，其中8個是肽鍵，1個是二硫鍵。催產素環狀結構是由二硫鍵形成的，其為鏈狀九肽，共有8個肽鍵，A錯誤；由圖可知，催產素含有9個8種氨基酸，因此催產素徹底水解后共得到8種氨基酸，B正確；由于催產素中含有8個肽鍵，因此催產素徹底水解需要8個水，C錯誤；氨基酸脫水縮合形成催產素過程脫去的水分子數目是8，1個二硫鍵脫去2個H，因此相對分子量減少8×18+2=146，D錯誤。故選B。
5．D 【解析】由圖可知，胰島素由2條肽鏈組成，含有3個二硫鍵，51個氨基酸。右圖放大部分顯示，該區段①③⑤表示R基，②④表示肽鍵。胰島素分子的化學本質是蛋白質，只能由胰島B細胞合成并分泌，即人體內該分子的表達只能在胰島B細胞內且在內質網上的核糖體上合成，A錯誤；該胰島素含兩條鏈，由51個氨基酸分子脫水縮合形成，因此該胰島素在合成過程中脫去的水分子數為51-2=49，B錯誤；該胰島素含兩條鏈，由于①中含有氨基、⑤中含有羧基，所以該胰島素分子中游離的氨基、羧基數至少是3、3，C錯誤； 氨基酸的種類由R基決定，在局部放大圖中能標志不同氨基酸的是R基，即①③⑤，D正確。故選D。
6．C 【解析】比較該十六肽水解得到的三種氨基酸可知，只有谷氨酸的R基中含有氧原子（一個R基中含有2個氧原子），多肽中氧原子數量=肽鍵數量＋2（肽鏈兩端游離的羧基中氧原子數量）＋R基中氧原子數量=16-1＋2＋2w=y（假設共有w個谷氨酸），則w=（y－17）/2，A正確；該十六肽雖然沒有經過折疊加工，但含有15個肽鍵，所以能與雙縮脲試劑反應，出現紫色，B正確；z個脫氧核苷酸形成鏈狀雙鏈DNA時，新形成z－2個磷酸二酯鍵，形成環狀雙鏈DNA時，新形成z個磷酸二酯鍵，C錯誤；蛋白質徹底水解得到的是氨基酸，核酸徹底水解得到的是磷酸、含氮堿基和五碳糖，核酸的單體是核苷酸，D正確。故選C。
7．C 【解析】圖示3種氨基酸中都只含有一個N原子，根據分子式（C22H34O13N6）中的N原子數可知，該多肽是由6個氨基酸構成的，形成多肽時脫去5個H2O；3種氨基酸只有谷氨酸含有2個羧基即4個O原子，假設谷氨酸的數目為X，則根據O原子數計算，4X+2（6-X）-5=13，解得X=3，故谷氨酸數目為3個，據此分析。1個C22H34O13N6分子水解后可以產生3個谷氨酸，A正確；該多肽由6個氨基酸脫水縮合而成，故合成C22H34O13N6時產生5個水分子，B正確；甘氨酸、丙氨酸、谷氨酸都只有一個氨基，因此由這三種氨基酸形成的多肽鏈含有游離的氨基數=肽鏈數=1個，又由于其中谷氨酸的羧基是2個，且該化合物中含有3個谷氨酸，因此該化合物中的游離的羧基數=肽鏈數+ R基中的羧基數=1+3=4個，C錯誤；合成C22H34O13N6分子需要3種氨基酸，故需要3種tRNA，D正確。故選C。
8．C 【解析】根據題意和圖示分析可知：蛋白酶1作用于苯丙氨酸（C9H11NO2）羧基端的肽鍵后，形成了三個短肽A、B、C，說明酶1作用位點是16-17、30-31、48-49，則位點16、30、48為苯丙氨酸；蛋白酶2作用于賴氨酸（C6H14N2O2）兩側的肽鍵后，形成的短肽D、E中，少了位點23，說明位點23為賴氨酸。根據以上分析已知，此多肽種只有一個賴氨酸，A錯誤；苯丙氨酸位于16、30、48位，B錯誤；已知賴氨酸的分子式為C6H14N2O2，而短肽D、E與四十九肽相比減少兩個肽建和1個賴氨酸，即水解消耗了兩個水并減少了一個賴氨酸，則氧原子數目不變、N原子數減少2個，C正確；適宜條件下酶1和酶2同時作用與此多肽，可得到短肽1-16、17-22、24-30、31-484個短肽和23位、49位兩個氨基酸，D錯誤。故選C。
9．A 【解析】據圖可知，圖示4種氨基酸均只含有1個氨基和1個羧基，氨基酸連接時一個氨基酸的氨基和另一個氨基酸的羧基反應，生成一分子水，多肽中的O原子數目=氨基酸數目+1，根據多肽化學式CxHyOpNqS，可判斷該多肽徹底水解，根據氧原子數可以計算，假設氨基酸個數為m，則p=2+（m-1），可得m=p-1。
故選A。
10．（1）氨基 —CO—NH—
（2）3 a
（3）3 8
（4）蛋白質的空間結構不同
（5）47134
【解析】圖甲是血紅蛋白的空間結構模式圖，血紅蛋白是由4條肽鏈組成的；圖乙表示血紅蛋白β肽鏈一端的氨基酸排列順序，其中①是氨基，②④⑥⑧是R基，③⑤⑦是肽鍵，⑨是肽鍵的一部分。（1）圖乙中①的結構式是-NH2，是氨基；③⑤⑦處肽鍵的結構通式是-CO-NH-。（2）圖乙所示的一段肽鏈中的R基②④⑥⑧中，⑥和⑧相同，R基共有3種，因此圖乙所示的一段肽鏈由3種氨基酸脫水縮合而成；氨基酸的結構通式為 ；圖甲中肽鏈的第40位氨基酸是甲硫氨酸，它的R基是—CH2—CH2—S—CH3，根據構成蛋白質的氨基酸結構特點，氨基酸通式的分子式可寫為C2H4O2N+R基，那么甲硫氨酸的分子式是C5H11O2NS，故選A。（3）圖乙表示β肽鏈一端的氨基酸排列順序，所示的該段肽鏈中的R基②④⑥⑧中共有2個羧基（分別位于⑥和⑧中各1個）、1個氨基（位于②），可推知一條β肽鏈至少含有的羧基數=肽鏈數（β肽鏈）+（β肽鏈）R基中含有的羧基數=1+2=3個；若兩條β肽鏈完全相同，則一個血紅蛋白分子至少含有的羧基數=（血紅蛋白含有的）肽鏈數+（2條β肽鏈）R基中含有的羧基數=4+2×2=8個。
（4）蛋白質的結構決定功能，蛋白質的結構與構成蛋白質的氨基酸的種類、數目、排列順序和蛋白質的空間結構千差萬別有關。若有一種蛋白質與圖甲中蛋白質的氨基酸組成和排列順序完全相同，但功能與圖甲中的蛋白質不同，原因是二者蛋白質（肽鏈）的空間結構不同。（5）圖甲中肽鏈盤曲過程中形成了三個二硫鍵（由兩個半胱氨酸上的-SH縮合而成，即-SH和HS-縮合成-S-S-），若組成圖甲中蛋白質的氨基酸平均分子量為100，則蛋白質的分子量=氨基酸數目×氨基酸平均相對分子質量-脫去水分子數×18-形成三個二硫鍵時脫去的氫分子數=574×100-（574-4）×18-2×3=47134。
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