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蛋白质的相关计算
易错归因
对“氨基酸脱水缩合”过程中相关计算方法不熟悉
典型易错题
例1（2022·全国·高三专题练习）图甲是某蛋白质的肽链结构示意图（其中的数字为氨基酸序号，虚线表示二硫键），图乙是该肽链的部分放大图，请据图判断下列叙述正确的是（ ）
A．图乙所示结构中发生了脱水缩合反应的有①⑧
B．该蛋白质至少含有2个游离的羧基和2个游离的氨基
C．该蛋白质中至少含有个128个氧原子
D．形成该蛋白质的过程中相对分子质量减少2220
【答案】D
【解析】甲图为某蛋白质的肽链结构示意图，该蛋白质由124个氨基酸脱水缩合而成，分子中还含有3个二硫键；乙图为甲图中的部分肽链放大示意图，其中①表示氨基（-NH2）；②④⑥⑧表示R基（依次是-CH2-NH2、-CH3、-CH2-COOH，-CO-COOH）；③⑤⑦表示肽键（-CO-NH-）；⑨为肽键的一部分。图乙所示结构①是肽链一端的氨基、⑧是R基，二者均没有发生脱水缩合反应，A错误；图乙中的R基（图中的②④⑥⑧）中共含有1个氨基和2个羧基，因此该蛋白质至少含有游离的氨基数=肽链数+R基中含有的氨基数=1+1=2个、至少含有游离的羧基数=肽链数+R基中含有的羧基数=1+2=3个，B错误；由氨基数的结构通式可知，每分子氨基数至少含有2个氧原子，图乙中的R基（图中的②④⑥⑧）中共含有5个O原子，则该蛋白质至少含有的O原子数=各氨基酸中至少含有的氧原子总数-脱去水分子数=124×2+5-（124-1）=130个，C错误；由氨基数经脱水缩合形成该蛋白质分子过程中失去的水分子数=氨基酸数-肽链数=124-1=123个，形成3个二硫键要失去6个H，故相对分子质量减少了123×18+6=2220，D正确。故选D。
解题技巧
1．“氨基酸脱水缩合”过程中相关计算公式
假设氨基酸的平均相对分子质量为a，由n个氨基酸分别形成一条肽链或m条肽链时，肽键数、脱去水分子数和多肽的相对分子质量的计算。
肽链数目 氨基酸数目 肽键数目 脱去水分子数目 多肽的相对分子质量 游离的氨基数目 游离的羧基数目
1 n n-1 n-1 na-18（n-1） 至少1个 至少1个
m n n-m n-m na-18（n-m） 至少m个 至少m个
注意：①如肽链上出现二硫键（—S—S—）时，多肽相对分子质量的计算还要减去脱去的氢原子数，每形成一个二硫键，蛋白质的相对分子质量减少2。
②若为环状肽链，可将公式中肽链数视为0，再进行相关计算。
2．多肽中原子数的有关计算公式
每个肽键中含有一个氧原子，每条肽链至少含有一个游离的羧基（含有2个氧原子），因此蛋白质分子中至少含有氧原子数=肽键数+2×肽链数。
每个肽键中含有一个氮原子，每条肽链至少含有一个游离的氨基（含有1个氮原子），因此蛋白质分子中至少含有氮原子数=肽键数+肽链数。
同类题练习
1．（2022·天津和平·高三期末）如图是由n个氨基酸组成的某蛋白质的结构图，其中二硫键“—S—S—”是蛋白质中连接两条肽链的一种化学键（—SH+—SH→—S—S—+2H）。下列说法错误的是（ ）
A．合成该蛋白质时生成（n-2）个水分子
B．控制该蛋白质合成的基因的碱基数大于6n
C．该蛋白质至少含有（n+2）个氧原子
D．该蛋白质的水解产物增加了（2n-4）个氢原子
2．（2022·福建省福州华侨中学模拟预测）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
3．（2022·北京·高三专题练习）有关图中蛋白质的叙述，正确的是（ ）
A．此蛋白质共有2条肽链
B．共有95个肽键
C．此蛋白质的R基中共含有22个氨基
D．99个氨基酸形成此蛋白质时，共减少的相对分子质量为1764
4．（2022·江苏南通·模拟预测）催产素是由下丘脑神经细胞合成的九肽类激素，具有催产及使乳腺排乳的作用。下图为催产素结构简式，。据此判断下列有关叙述正确的是（　　）
A．催产素中含有九个肽键
B．催产素彻底水解后共得到8种氨基酸
C．催产素彻底水解需要九个水
D．形成催产素的过程中相对分子量减少了144
5．（2022·全国·高三专题练习）下图为某胰岛素分子及其局部放大示意图，若该胰岛素是由51个氨基酸分子脱水缩合形成的，下列有关此图的叙述，正确的是（ ）
A．人体内该分子的表达只能在胰岛B细胞内且在细胞质中游离的核糖体上合成
B．该胰岛素在合成过程中脱去的水分子数为50
C．该胰岛素分子中游离的氨基、羧基数至少是2、2
D．在局部放大图中能标志不同氨基酸的标号是①③⑤
6．（2022·河南·陈州高级中学高三阶段练习）有一种十六肽的化学式为CaHbNxOy，已知其彻底水解后得到3种氨基酸：甘氨酸（C2H5O2N）、丙氨酸（C3H7O2N）、谷氨酸（C5H9O4N）。编码此十六肽的基因所在的DNA分子是一个由z个脱氧核苷酸组成的环状双链DNA，下列有关说法中不正确的是（ ）
A．该十六肽水解可得（y－17）/2个谷氨酸
B．该十六肽虽然没有经过折叠加工，仍能与双缩脲试剂反应
C．该DNA初步水解成脱氧核苷酸的过程中破坏了z－2个磷酸二酯键
D．蛋白质彻底水解得到其对应的单体，核酸彻底水解得到的不是其对应的单体
7．（2022·全国·高三专题练习）一条肽链的分子式为C22H34O13N6，其水解后共产生了下列3种氨基酸：
据此判断，下列有关叙述错误的是（　　）
A．1个C22H34O13N6分子水解后可以产生3个谷氨酸
B．合成1个C22H34O13N6分子同时将产生5个水分子
C．1个C22H34O13N6分子中存在1个游离的氨基和2个游离的羧基
D．在细胞中合成一个C22H34O13N6分子至少需要3种tRNA
8．（2022·江苏·模拟预测）假如蛋白酶1作用于苯丙氨酸（C9H11NO2）羧基端的肽键，蛋白酶2作用于赖氨酸（C6H14N2O2）两侧的肽键。某四十九肽分别经酶1和酶2作用后的情况如图，下列叙述正确的是（　　）
A．此多肽中含2个赖氨酸
B．苯丙氨酸位于四十九肽的17、31、49位
C．短肽D、E与四十九肽的氧原子数相同，N原子数减少2个
D．适宜条件下酶1和酶2同时作用于此多肽，可形成5条短肽
9．（2022·全国·高三专题练习）一条多肽链，化学式为CxHyOpNqS，将它彻底水解后，只得到下列四种氨基酸，分析推算可知，水解得到的氨基酸个数为（ ）
A．p﹣1 B．q+1 C．q﹣1 D．p+1
10．（2021·广东·梅州市梅县区南口中学高三阶段练习）如图甲是血红蛋白的空间结构模式图，其含有两条α肽链，两条β肽链（α肽链和β肽链不同）。图乙表示β肽链一端的氨基酸排列顺序，请回答下列问题：
（1）①的名称________，写出③⑤⑦处肽键的结构式：__________________。
（2）图乙所示的一段肽链由___种氨基酸脱水缩合而成，氨基酸的结构通式为_________。图甲中肽链的第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）据两图可知一条β肽链至少含有_____个羧基，若两条β肽链完全相同，则一个血红蛋白分子至少含有_____个羧基。
（4）有一种蛋白质与图甲中蛋白质的氨基酸组成和排列顺序完全相同，但功能与图甲中的蛋白质不同，原因是___________________________________。
（5）图甲中肽链盘曲过程中形成了三个二硫键（由两个半胱氨酸上的—SH缩合而成，即—SH和HS—缩合成—S—S—）若组成图1中蛋白质由574个氨基酸组成，氨基酸平均分子量为100，则图1中蛋白质的分子量为_______。
同类题练习参考答案
1．D 【解析】该蛋白质含有2条链状肽链，合成时生成的水分子数目=氨基酸总数-链状肽链数=n-2，A正确；该蛋白质由n个氨基酸组成，指导该蛋白质合成的mRNA中含有终止密码子，而终止密码子不编码氨基酸，所以指导该蛋白质合成的mRNA中的碱基数一般大于3n，控制该蛋白质合成的基因的碱基数一般超过6n，B正确；由氨基酸的结构通式可知，每个氨基酸至少含有2个氧原子，则n个氨基酸至少含有的氧原子为2n个，脱掉的水分子数为n-2个，对应脱掉的氧原子数为n-2个，该蛋白质至少含有的氧原子数=各氨基酸中最少含有的氧原子总数一脱去水分子数=2n-（n-2）=n+2个，C正确；该蛋白质含有n-2个肽键，水解时需消耗n-2个分子的水（每分子水含有2个氢原子），破坏2个二硫键需要4个氢原子，所以该蛋白质的水解产物增加的氢原子数=2×（n-2）+4=2n个，D错误。故选D。
2．C 【解析】 ①由氨基酸的结构通式可知，每个氨基酸的主链上含有一个氨基（一个N原子），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；
②该肽链含有5个甲硫氨酸，在肽链中的位置为3、25、56、78、82，去掉该多肽中位置为3、25、56、78、82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；
③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）每个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；
④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），在去掉该多肽中位置为3、25、56、78、82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。
综上①④错误，故C符合题意。故选C。
3．C 【解析】此蛋白质含有的肽链数=羧基总数-R基上羧基数目=26-23=3条，A错误；此蛋白质中的肽键数=氨基酸总数-肽链数=99-3=96个，B错误；氨基总数=R基上氨基数目+肽链数，故此蛋白质的R基中共含有25-3=22个氨基，C正确；99个氨基酸形成此蛋白质的过程中，共减少分子质量=（99-3）×18=1728，D错误。故选C。
4．B 【解析】由图可知，催产素含有9个氨基酸，其中有两个Cys通过二硫键相连，所以含有8种氨基酸；两个氨基酸之间的化学键有9个，其中8个是肽键，1个是二硫键。催产素环状结构是由二硫键形成的，其为链状九肽，共有8个肽键，A错误；由图可知，催产素含有9个8种氨基酸，因此催产素彻底水解后共得到8种氨基酸，B正确；由于催产素中含有8个肽键，因此催产素彻底水解需要8个水，C错误；氨基酸脱水缩合形成催产素过程脱去的水分子数目是8，1个二硫键脱去2个H，因此相对分子量减少8×18+2=146，D错误。故选B。
5．D 【解析】由图可知，胰岛素由2条肽链组成，含有3个二硫键，51个氨基酸。右图放大部分显示，该区段①③⑤表示R基，②④表示肽键。胰岛素分子的化学本质是蛋白质，只能由胰岛B细胞合成并分泌，即人体内该分子的表达只能在胰岛B细胞内且在内质网上的核糖体上合成，A错误；该胰岛素含两条链，由51个氨基酸分子脱水缩合形成，因此该胰岛素在合成过程中脱去的水分子数为51-2=49，B错误；该胰岛素含两条链，由于①中含有氨基、⑤中含有羧基，所以该胰岛素分子中游离的氨基、羧基数至少是3、3，C错误； 氨基酸的种类由R基决定，在局部放大图中能标志不同氨基酸的是R基，即①③⑤，D正确。故选D。
6．C 【解析】比较该十六肽水解得到的三种氨基酸可知，只有谷氨酸的R基中含有氧原子（一个R基中含有2个氧原子），多肽中氧原子数量=肽键数量＋2（肽链两端游离的羧基中氧原子数量）＋R基中氧原子数量=16-1＋2＋2w=y（假设共有w个谷氨酸），则w=（y－17）/2，A正确；该十六肽虽然没有经过折叠加工，但含有15个肽键，所以能与双缩脲试剂反应，出现紫色，B正确；z个脱氧核苷酸形成链状双链DNA时，新形成z－2个磷酸二酯键，形成环状双链DNA时，新形成z个磷酸二酯键，C错误；蛋白质彻底水解得到的是氨基酸，核酸彻底水解得到的是磷酸、含氮碱基和五碳糖，核酸的单体是核苷酸，D正确。故选C。
7．C 【解析】图示3种氨基酸中都只含有一个N原子，根据分子式（C22H34O13N6）中的N原子数可知，该多肽是由6个氨基酸构成的，形成多肽时脱去5个H2O；3种氨基酸只有谷氨酸含有2个羧基即4个O原子，假设谷氨酸的数目为X，则根据O原子数计算，4X+2（6-X）-5=13，解得X=3，故谷氨酸数目为3个，据此分析。1个C22H34O13N6分子水解后可以产生3个谷氨酸，A正确；该多肽由6个氨基酸脱水缩合而成，故合成C22H34O13N6时产生5个水分子，B正确；甘氨酸、丙氨酸、谷氨酸都只有一个氨基，因此由这三种氨基酸形成的多肽链含有游离的氨基数=肽链数=1个，又由于其中谷氨酸的羧基是2个，且该化合物中含有3个谷氨酸，因此该化合物中的游离的羧基数=肽链数+ R基中的羧基数=1+3=4个，C错误；合成C22H34O13N6分子需要3种氨基酸，故需要3种tRNA，D正确。故选C。
8．C 【解析】根据题意和图示分析可知：蛋白酶1作用于苯丙氨酸（C9H11NO2）羧基端的肽键后，形成了三个短肽A、B、C，说明酶1作用位点是16-17、30-31、48-49，则位点16、30、48为苯丙氨酸；蛋白酶2作用于赖氨酸（C6H14N2O2）两侧的肽键后，形成的短肽D、E中，少了位点23，说明位点23为赖氨酸。根据以上分析已知，此多肽种只有一个赖氨酸，A错误；苯丙氨酸位于16、30、48位，B错误；已知赖氨酸的分子式为C6H14N2O2，而短肽D、E与四十九肽相比减少两个肽建和1个赖氨酸，即水解消耗了两个水并减少了一个赖氨酸，则氧原子数目不变、N原子数减少2个，C正确；适宜条件下酶1和酶2同时作用与此多肽，可得到短肽1-16、17-22、24-30、31-484个短肽和23位、49位两个氨基酸，D错误。故选C。
9．A 【解析】据图可知，图示4种氨基酸均只含有1个氨基和1个羧基，氨基酸连接时一个氨基酸的氨基和另一个氨基酸的羧基反应，生成一分子水，多肽中的O原子数目=氨基酸数目+1，根据多肽化学式CxHyOpNqS，可判断该多肽彻底水解，根据氧原子数可以计算，假设氨基酸个数为m，则p=2+（m-1），可得m=p-1。
故选A。
10．（1）氨基 —CO—NH—
（2）3 a
（3）3 8
（4）蛋白质的空间结构不同
（5）47134
【解析】图甲是血红蛋白的空间结构模式图，血红蛋白是由4条肽链组成的；图乙表示血红蛋白β肽链一端的氨基酸排列顺序，其中①是氨基，②④⑥⑧是R基，③⑤⑦是肽键，⑨是肽键的一部分。（1）图乙中①的结构式是-NH2，是氨基；③⑤⑦处肽键的结构通式是-CO-NH-。（2）图乙所示的一段肽链中的R基②④⑥⑧中，⑥和⑧相同，R基共有3种，因此图乙所示的一段肽链由3种氨基酸脱水缩合而成；氨基酸的结构通式为 ；图甲中肽链的第40位氨基酸是甲硫氨酸，它的R基是—CH2—CH2—S—CH3，根据构成蛋白质的氨基酸结构特点，氨基酸通式的分子式可写为C2H4O2N+R基，那么甲硫氨酸的分子式是C5H11O2NS，故选A。（3）图乙表示β肽链一端的氨基酸排列顺序，所示的该段肽链中的R基②④⑥⑧中共有2个羧基（分别位于⑥和⑧中各1个）、1个氨基（位于②），可推知一条β肽链至少含有的羧基数=肽链数（β肽链）+（β肽链）R基中含有的羧基数=1+2=3个；若两条β肽链完全相同，则一个血红蛋白分子至少含有的羧基数=（血红蛋白含有的）肽链数+（2条β肽链）R基中含有的羧基数=4+2×2=8个。
（4）蛋白质的结构决定功能，蛋白质的结构与构成蛋白质的氨基酸的种类、数目、排列顺序和蛋白质的空间结构千差万别有关。若有一种蛋白质与图甲中蛋白质的氨基酸组成和排列顺序完全相同，但功能与图甲中的蛋白质不同，原因是二者蛋白质（肽链）的空间结构不同。（5）图甲中肽链盘曲过程中形成了三个二硫键（由两个半胱氨酸上的-SH缩合而成，即-SH和HS-缩合成-S-S-），若组成图甲中蛋白质的氨基酸平均分子量为100，则蛋白质的分子量=氨基酸数目×氨基酸平均相对分子质量-脱去水分子数×18-形成三个二硫键时脱去的氢分子数=574×100-（574-4）×18-2×3=47134。
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