2024年高中生物新教材同步学案 必修第一册 第二章 微专题一　与蛋白质的合成和水解过程相关的计算（含解析）

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与蛋白质的合成和水解过程相关的计算一、蛋白质的相对分子质量、氨基(羧基)数、肽键数和脱水数的计算1．链状肽可以用如下的模式图表示：(1)肽键数＝失去水分子数＝氨基酸数－肽链数。(2)蛋白质的相对分子质量＝氨基酸数×氨基酸的平均相对分子质量－脱去水分子数×18(若有p个二硫键生成，则还应减去2p)。(3)肽链中游离氨基或羧基的计算①至少含有的游离氨基或羧基数＝肽链数。②游离氨基或羧基数＝肽链数＋R基中含有的氨基数或羧基数。注：设氨基酸的平均相对分子质量为a，由n个氨基酸分别形成1条链状多肽或m条链状多肽。注意：若肽链间含有二硫键(—S—S—)，则蛋白质的相对分子质量＝na－18(n－m)－2k(k为二硫键的个数，n为氨基酸数，m为肽链数，a为氨基酸的平均相对分子质量)。2．如图表示的是环状肽，相关数量关系如下表：注意：(1)环状肽的主链中无氨基和羧基，环状肽中氨基或羧基数目取决于构成环状肽的氨基酸R基中的氨基和羧基数目。(2)若出现环状多肽，可将肽链条数看作0，再进行计算。例1　如图为牛胰岛素结构图，该物质中—S—S—是由两个—SH脱去两个H形成的。下列说法正确的是(　　)A．牛胰岛素含有50个肽键B．牛胰岛素中至少含有2个—NH2和2个—COOHC．牛胰岛素水解产物含有21种不同的氨基酸D．牛胰岛素形成时，减少的相对分子质量为882答案　B解析　由题图可知，牛胰岛素是由2条肽链组成的，含有的肽键数＝氨基酸的个数－肽链数＝51－2＝49，A错误；胰岛素含有2条肽链，每条肽链中至少含有1个—NH2和1个—COOH，因此牛胰岛素中至少含有2个—NH2和2个—COOH，B正确；构成蛋白质的氨基酸有21种，但每种蛋白质不一定都由21种氨基酸形成，因此牛胰岛素水解产物最多含有21种不同的氨基酸，C错误；氨基酸脱水缩合形成胰岛素的过程中脱去的水分子数目＝形成的肽键数＝49个，此过程中还形成3个二硫键(二硫键由两个—SH脱掉两个氢连接而成)，即脱去6个H，所以51个氨基酸脱水缩合形成胰岛素时，减少的相对分子质量为49×18＋6＝888，D错误。例2　如图表示某蛋白质(无环状肽)中氨基酸和相关基团的数目。下列有关叙述错误的是(　　)A．共有2条肽链B．共有124个肽键C．形成此蛋白质时，相对分子质量减少2 250D．R基中共含有15个氨基答案　C解析　该蛋白质中氨基酸总数是126，蛋白质的肽链数是2条，所以共含有的肽键数为126－2＝124(个)，失去水分子数＝肽键数＝126－2＝124(个)，相对分子质量减少18×124＝2 232，B正确，C错误；该蛋白质中游离的氨基总数是17，蛋白质的肽链数是2条，所以R基中共含17－2＝15(个)氨基，D正确。例3　如图为某蛋白质的结构示意图，其中“—S—S—”为由两个“—SH”(巯基)构成的二硫键，其作用是连接两相邻肽链。若该蛋白质分子共由m个氨基酸组成，则形成一个该蛋白质分子时生成的水分子数和减少的相对分子质量分别为(　　)A．(m－3)，18(m－3)＋4B．(m－4)，18(m－4)C．(m－2)，18(m－2)＋4D．m,18m答案　C解析　由题图可知，该蛋白质中含有两条链状肽和一条环状肽，且含有2个二硫键，因此失去的水分子数是(m－2)，减少的相对分子质量为18(m－2)＋4。二、蛋白质中各原子数的计算观察如图所示的三肽化合物计算依据：1．碳原子数、氮原子数在肽链形成前后均不变，而计算氢原子与氧原子的数目时要注意脱掉的氢原子与氧原子。2．游离的氨基中含一个氮原子，游离的羧基中含两个氧原子。计算公式：1．碳原子数＝R基中碳原子数＋氨基酸个数×2。2．氢原子数＝各氨基酸中氢原子的总数－脱去水分子数×2＝R基中氢原子数＋(氨基酸个数＋肽链数)×2。3．氧原子数＝各氨基酸中氧原子的总数－脱去水分子数＝R基上的氧原子数＋氨基酸个数＋肽链数。4．氮原子数＝各氨基酸中氮原子的总数＝R基上的氮原子数＋肽键数＋肽链数。特别提醒　由于R基上的碳原子数不好确定，且氢原子数较多，因此以氮原子数或氧原子数的计算为突破口，计算氨基酸的分子式或氨基酸个数最为简便。例4　某多肽化合物M可被水解成1个五肽、2个三肽、3个四肽、4个二肽，下列有关分析错误的是(　　)A．这些短肽中至少共含有10个氨基B．这些短肽中共含有21个肽键C．这些短肽中至少共含有62个氧原子D．多肽化合物M中共含有31个氨基酸答案　C解析　多肽化合物M水解后生成10条短肽，每条肽链上至少含有1个氨基，故这些短肽中至少共含有10个氨基，A正确；10个短肽中共含有31个氨基酸，因此所含肽键数为氨基酸数－肽链条数＝31－10＝21(个)，B、D正确；每个氨基酸中至少含有2个氧原子，31个氨基酸至少含有62个氧原子，这些短肽中共含有21个肽键，需脱去21个水分子，则这些短肽中至少含有62－21＝41(个)氧原子，C错误。例5　某多肽长链分子式为C42H65N11O9，它彻底水解后只得到如图3种氨基酸，则此多肽中含有赖氨酸的个数为(　　)A．2个 B．3个 C．5个 D．8个答案　B解析　从题图中可以看出，这三种氨基酸中都含有一个羧基，故形成多肽时肽键数＝9－2＝7(个)，因此该多肽共含有8个氨基酸，由于只有赖氨酸含有两个氨基，其余都含有一个氨基，即赖氨酸分子中含有两个氮原子，因此赖氨酸的个数为11－8＝3(个)，故B正确。三、氨基酸的排列与多肽种类的计算1．假若有n种氨基酸(数量不限)形成一个三肽，那么形成三肽的种类有n3种。2．假若n种氨基酸(数量不限)形成一个m肽，则形成的多肽种类有nm种。3．假若有n种氨基酸形成一个三肽，且每种氨基酸只有一个，则形成三肽的种类有n(n－1)(n－2)种。例6　如果有足量的3种氨基酸，分别为甲、乙、丙，则它们能形成的三肽种类以及包含3种氨基酸的三肽种类最多是(　　)A．9种　9种 B．6种　3种C．27种　6种 D．3种　3种答案　C解析　由题意可知，足量的甲、乙、丙3种氨基酸，它们能形成的三肽的种类由氨基酸的种类、排列顺序决定，即3×3×3＝33＝27(种)；由甲、乙、丙3种氨基酸形成的含有3种氨基酸的三肽的种类只由氨基酸的排列顺序决定，即3×2×1＝6(种)。1．多个氨基酸分子脱水缩合成含2条肽链的蛋白质时，相对分子质量减少了900，由此可推测该蛋白质分子是由多少个氨基酸反应形成的及肽键数分别是(　　)A．52、50 B．50、50C．52、52 D．50、49答案　A解析　由题意“相对分子质量减少了900”可知，脱去水分子数为900÷18＝50(个)，肽键数＝脱去的水分子数＝50，而总共形成了2条肽链，氨基酸数＝肽键数＋肽链数＝52。综上，答案选A。2．由m个氨基酸构成的一个蛋白质分子，含n个多肽，其中z个是环状多肽。该蛋白质分子形成过程中脱去的水分子数为(　　)A．m－z＋n B．m－n－zC．m－n＋z D．m＋z＋n答案　C解析　m个氨基酸形成的含有n条肽链的蛋白质中，脱去的水分子数等于m－n；由于每形成一条环状肽，又多脱掉一个水分子，因此氨基酸形成蛋白质的过程中脱掉的水分子数为m－n＋z。3．某蛋白质由574个氨基酸、4条肽链组成，分子式是C3 032H4 816O872N780S8Fe4，那么它的R基上氨基数目最多有(　　)A．205个 B．206个C．207个 D．217个答案　B解析　蛋白质由574个氨基酸、4条肽链组成，分子式中N原子数是780个，分子中的氮原子数＝氨基酸的个数(肽键数＋肽链数)＋R基上的氨基数，那么它的R基上的氮原子数＝分子中的氮原子数－氨基酸的个数(肽键数＋肽链数)＝780－574＝206(个)，则R基中氨基数目最多有206个。4.某五十肽中有丙氨酸(R基为—CH3)4个，现脱掉其中的丙氨酸(相应位置如图所示)，得到4条多肽链和5个氨基酸(脱下的氨基酸均以游离态正常存在)。下列有关叙述错误的是(　　)A．新生成的4条多肽链至少含有4个游离的羧基B．该五十肽水解得到的几种有机物比原五十肽增加了8个氧原子C．若将得到的5个氨基酸缩合成五肽，则有5种不同的氨基酸序列D．若将新生成的4条多肽链重新连接成一条长链，则将脱去4个H2O答案　D解析　若不考虑R基中的羧基，则4条多肽链至少含有4个羧基，A正确；五十肽水解得到1个丙氨酸需打开2个肽键，每个肽键需1个水分子，得到的有机物比原五十肽增加了2个氧原子，题中脱出4个丙氨酸，比原五十肽应该增加了8个氧原子，B正确；得到的5个氨基酸中有4个是丙氨酸，则将得到的5个氨基酸缩合成五肽，应有5种不同的氨基酸序列，C正确；将新生成的4条多肽链重新连接成一条长链，将脱去3个H2O，D错误。5．有一条多肽链，分子式为CxHyOpNqS，将它彻底水解后，只得到下列四种氨基酸，据分析推算可知，该多肽的肽键个数为(　　)A．q－2 B．p－2 C．q＋2 D．p＋2答案　B解析　根据所给的氨基酸分子式可知，每个氨基酸只有2个氧原子，因此根据氧原子个数可求出组成该多肽的氨基酸总数。假设氨基酸个数为M，则根据氧原子守恒可知：M×2－(M－1)＝p，求出M＝p－1，肽键数等于氨基酸个数－肽链数，故该多肽的肽键个数为p－2。6．已知某条肽链由88个氨基酸缩合而成，其中共有氨基6个，甲硫氨酸5个，且在肽链中的位置为3、25、56、78、82，甲硫氨酸的分子式为C5H11O2NS。下列叙述错误的是(　　)①合成该多肽的氨基酸共有N原子数目94个②若去掉该多肽中的甲硫氨酸，肽键数目会减少10个③若去掉该多肽中的甲硫氨酸，氨基和羧基均分别增加5个④若去掉该多肽中的甲硫氨酸，形成的短肽中O原子数目减少1个A．① B．①②④ C．①④ D．②③答案　C解析　肽链中共有氨基6个，其中有5个应位于R基上，则由88个氨基酸合成的该多肽中含有的N原子数目＝氨基酸数目＋R基中的氨基数＝88＋5＝93个，①错误；该肽链含有5个甲硫氨酸，在肽链中的位置为3、25、56、78、82，去掉该多肽中的每个甲硫氨酸需减少2个肽键，所以去掉该多肽中的甲硫氨酸，减少的肽键数目＝5×2＝10(个)，②正确；由于甲硫氨酸的分子式为C5H11O2NS，R基中没有游离的氨基和羧基，所以去掉该多肽中的甲硫氨酸，中间的5个(分别位于第3、25、56、78、82位)肽键断裂后都形成一个游离的氨基和一个游离的羧基，因此形成的几个多肽中氨基和羧基均分别增加5个，③正确；由甲硫氨酸的分子式为C5H11O2NS可知，甲硫氨酸的R基中没有游离的羧基(没有氧原子)，在去掉该多肽中的每个甲硫氨酸时，甲硫氨酸两侧的肽键一个加一个氧原子，另一个减少一个氧原子，氧原子数目没有改变，④错误。故选C。肽链数目氨基酸数肽键数目脱去水分子数氨基数目羧基数目多肽(蛋白质)的相对分子质量1条nn－1n－1至少1个至少1个na－18(n－1)m条nn－mn－m至少m个至少m个na－18(n－m)项目氨基酸的平均相对分子质量氨基酸数肽键数目脱水数氨基最少数目羧基最少数目一条环肽annn00m条环肽annn00