蛋白质中氨基酸数

蛋白质中氨基酸数、氨基数、羧基数、肽链数、肽键数、脱水数、分子量等各因素之间的数量关系是高考的必考点，为生物计算题型的命题提供了很好的素材，因此，对蛋白质中有关数量的计算题应重点关注。

现对此归类如下：
题型1 有关蛋白质相对分子质量的计算
在解答这类问题时，必须明确的基本关系式是：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－脱水数×18（水的相对分子质量）【例1】组成生物体某蛋白质的20种氨基酸的平均相对分子质量为128，一条含有100个肽键的多肽链的分子量为多少
【解析】本题中含有100个肽键的多肽链中氨基酸数为：100＋1＝101，肽键数为100，脱水数也为100，则依上述关系式，蛋白质分子量＝101×128－100×18＝11128。

题型2 有关蛋白质中氨基酸数、肽链数、肽键数、脱水数的计算在解答这类问题时，必须明确的基本知识是蛋白质中氨基酸数、肽链数、肽键数、脱水数的数量关系。

基本关系式有：
ｎ个氨基酸脱水缩合形成一条多肽链，则肽键数＝(ｎ－1)个；
ｎ个氨基酸脱水缩合形成ｍ条多肽链，则肽键数＝(ｎ－ｍ)个；
无论蛋白质中有多少条肽链，始终有：脱水数＝肽键数＝氨基酸数肽链数
【例2】若某蛋白质的分子量为11935，在合成这个蛋白质分子的过程中脱水量为1908，假设氨基酸的平均分子量为127，则组成该蛋白质分子的肽链有（）
条 B. 2条
条条
【答案】C
【解析】据脱水量，可求出脱水数＝1908÷18＝106，形成某蛋白质的氨基酸的分子质量之和＝11935＋1908＝13843，则氨基酸总数＝13843÷127＝109，所以肽链数＝氨基酸数脱水数=109－106＝3。

变式：现有一分子式为C63H103O45N17S2的多肽化合物，已知形成该化合物的氨基酸中有一个含2个氨基，另一个含3个氨基，则该多肽化合物水解时最多消耗多少个水分子
【解析】本题首先要搞清楚，多肽水解消耗水分子数=多肽形成时生成水分子数；其次，要知道，要使形成多肽时生成的水分子数最多，只有当氨基酸数最多和肽链数最少两个条件同时满足时才会发生。

已知的2个氨基酸共有5个N原子，所以剩余的12个N原子最多可组成12个氨基酸（由于每个氨基酸分子至少含有一个－NH2），即该多肽化合物最多可由14个氨基酸形成；肽链数最少即为1条，所以该化合物水解时最多消耗水分子数＝14－1＝13。

答案:13.
题型3 有关蛋白质中至少含有氨基数和羧基数的计算
【例3】某蛋白质分子含有4条肽链，共有96个肽键，则此蛋白质分子中至少含有－COOH和－NH2的数目分别为( )
A. 4、100
B. 4、 4
C. 1
00、100 D. 96、96
【答案】B
【解析】以一条由n个氨基酸组成的肽链为例：在未反应前，n个氨基酸至少含有的－COOH和－NH2的数目都为n(因每个氨基酸至少含有1个－COOH和1个－NH2)，由于肽链中包括(n－1)个肽键，而形成1个肽键分别消耗1个－COOH 和1个－NH2，所以共需消耗(n－1) 个－COOH和(n－1)个－NH2 ，所以至少含有的－COOH和－NH2的数目都为1，与氨基酸R基团中－COOH和－NH2 的数目无关。

本题中蛋白质包含4条肽链，所以至少含有－COOH和－NH2的数目都为4。

题型4 有关蛋白质中氨基酸的种类和数量的计算
【例4】今有一化合物，其分子式为C55H70O19N10，已知将它完全水解后只得到下列四种氨基酸：
⑴该多肽是多少肽
⑵该多肽进行水解后，需个水分子，得
到个甘氨酸分子，个丙氨酸分子。

【答案】(1)10 (2)9 1 2
【解析】⑴从该多肽水解后得到的4种氨基酸的结构式可以看出，每种氨基酸都仅含有一个N原子，而此多肽中共含有10个N原子，所以该多肽是由10个氨基酸缩合形成的，因而为10肽。

⑵10肽水解显然需要9个水分子。

根据4种氨基酸的分子结构，可分别写出它们的分子式：甘氨酸为C2H5O2N，丙氨酸为C3H7O2N，苯丙氨酸为C9H11O2N，谷氨酸为C5H9O4N，由于该多肽形成时失去9个水分子，所以10个氨基酸中共有：C原子55个，H原子88个(70+2×9)，O原子28个(19+19 ×1)，N原子10个。

设此多肽中这四种氨基酸的数目分别为a、b、c、d个，则有2a+3b+9c+5d=55，5a+7b+11C+9d=88，2a+2b+2c+4d=28，a+b+c+d=10。

解得，a=1，b=2，即该多肽水解后得到1个甘氨酸分子，2个丙氨酸分子。

变式：有一条多肽链由12个氨基酸组成，分子式为CxHyNzOwS(z>12，w>13)，这条多肽链经过水解后的产物中有5种氨基酸：半胱氨酸(C3H7NO2S)、丙氨酸(C3H6NO2)、天门冬氨酸(C4H7NO4)、赖氨酸(C6H14N2O2)、苯丙氨酸(C9H11NO2)。

问：水解产物中天门冬氨酸的数目是( )
A．y+12个 B．z+12个 C．w+13
个 D．(w-13)/2个
【答案】D
【解析】由于在半胱氨酸、丙氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸中都只含有1个O 原子，分子“—COOH”，而天门冬氨酸中含有2个O原子。

设天门冬氨酸的个数为x个，则该十二肽由12个氨基酸脱水缩合形成过程中，利用O原子平衡建立关系式：（12-x）×2+4 x-11=w，因此x=(w-13)/2个。

该“十二肽”分子彻底水解后有 (w-13)/2个天门冬氨酸。

题型5 有关蛋白质中氨基酸分子式的计算
【例5】（分子式C10H17O6N3S）是存在于动植物和微生物细胞中的一个重要三肽，它是由谷氨酸（C3H9O4N）、甘氨酸（C2H5O2N）和半胱氨酸缩合而成，则半胱氨酸可能的分子式为
A．C3H3NS B．C3H5ONS C．C3H7O2NS D．C3H3O2NS
【答案】C
【解析】此题学生往往直接用三肽（谷胱甘肽 C10H17O6N3S)中各个原子的数量减去谷氨酸、甘氨酸中各个原子数，得到半胱氨酸的分子式C3H5ONS。

其中，忽略了一关键环节，即这三个氨基酸形成三肽时脱去的两个水的分子量。

本题首先根据三个氨基酸形成三肽(C10H17O6N3S)时，脱去两分子水(H2O)，推出三个氨基酸所含有的C、H、O、N、S原子总个数是C=10、H=17+4=21、O=6+2=8、N=3、S=1。

因此，半胱氨酸中C、H、O、N、S原子个数就可以根据三个氨基酸中的原子总个数减去已知谷氨酸(C5H9O4N)、甘氨酸(C2H5O2N)的各原子个数而计算出来：C=10-5-2=3、H=21-9-5=7、O=8-4-2=2、N=3-1-1=1、S=1，故分子式为
C3H7O2NS。

题型6 有关蛋白质种类的计算
【例6】如果有足量的三种氨基酸，分别为A、B、C，则它们能形成的三肽种类以及包含三种氨基酸的三肽种类分别最多有（）
A．9种，9种 B．6种，3种 C．18种，6
种 D．27种，6种
【答案】D
【解析】这道题属于数学上排列组合的一类题。

多肽的不同取决于构成多肽的氨基酸的种类、数量、排列次序。

三肽由三个氨基酸形成，若此三肽只含有一种氨基酸，可构成三肽种类有AAA、BBB、CCC三种。

若三肽均含有三种氨基酸，可构成三肽种类有ABC、ACB、BAC、BCA、CBA、CAB六种。

若只含有两种氨基酸，如A和B，可构成三肽种类有ABB、BAB、BBA、BAA、ABA、AAB六种；同理，B
和C、A和C，分别构成三肽种类都有六种。

因此，A、B、C，则它们能形成的三肽种类最多有3+6+6×3=27种，包含三种氨基酸的三肽种类最多有6种。

题型7 氨基酸中的各原子的数目计算
【例7】谷氨酸的R基为—C3H5O2，一分子谷氨酸含有的C、H、O、N 原子数依次是（）
A．5、9、4、1 B．4、8、5、1 C．5、8、4、1 D．4、9、4、1
【答案】A
【解析】构成蛋白质的氨基酸分子的通式特点为：一个碳原子上至少同时结合一个羧基、一个氨基、一个氢。

氨基酸中C原子数＝R基团中的C原子数＋2，H原子数＝R基团中的H原子数＋4，O原子数＝R基团中的O原子数＋2，N原子数＝R基团中的N原子数＋1。

甘氨酸
题型8 利用化学平衡计算氨基酸数目
【例8】称取某多肽415g，在小肠液的作用下完全水解得到氨基酸505g。

经分析知道组成此多肽的氨基酸平均相对分子质量为100，此多肽由甘氨酸、丙氨酸、半胱氨酸3种氨基酸组成，每摩尔此多肽含有S元素51mol。

3种氨基酸的分子结构式如下：
组成一分子的此多肽需氨基酸个数是多少？
【答案】101个
【解析】由题意可知，415g此多肽完全水解需要水505g-415g=90g，即形成415g此种多肽需要脱去90g水。

415g此多肽形成时，需要氨基酸505／100＝5．05（mol），脱水90／18＝5(mol)，所以在形成此多肽时需要的氨基酸摩尔数与合成时脱去的水分子摩尔数之比为：5．05／5=1．01。

设该肽链上的氨基酸残基数目为n，则该肽链上的氨基酸残基数目与在形成该肽链时脱去的水分子数之比：n／（n-1）。

得n／（n-1）=1．01，解此方程得n=101。

所以此多肽为101肽。

（本文已在《中学生理化报》2012-2013学年1-13期上发表，严禁抄袭，否则追究版权责任）。