2019-2020年高三生物一轮复习 专题培优课 解答蛋白质计算题的三把“金钥匙” 新人教版 5页

2019-2020年高三生物一轮复习专题培优课解答蛋白质计算题的三把“金钥匙”新人教版与蛋白质相关的计算题，题型较多，难度较大。但总体上可分为三种类型，且每类题型都有相应解题策略。如下表：题目类型解题策略蛋白质(或多肽)中原子数计算用原子守恒解答多肽种类计算用数学中“排列组合”解答基因表达中氨基酸与DNA、RNA中碱基数的关系用比例关系解答一、多肽中各原子数的计算氨基酸的结构通式是解答此类题目的突破口。在一个氨基酸中，若不考虑R基，至少含有2个碳原子、2个氧原子、4个氢原子和1个氮原子。在脱水缩合形成多肽时，要失去部分H、O原子，但是碳原子、氮原子的数目不会减少。其相关数量关系如下：(1)碳原子数＝氨基酸的分子数×2＋R基上的碳原子数。(2)氢原子数＝各氨基酸中氢原子的总数－脱去的水分子数×2。(3)氧原子数＝各氨基酸中氧原子的总数－脱去的水分子数。(4)氮原子数＝肽链数＋肽键数＋R基上的氮原子数＝各氨基酸中氮原子的总数。(5)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。(6)含2个氨基的氨基酸数＝N原子数－肽键数－1。(7)含2个羧基的氨基酸数为：。[例1]　某多肽链为199肽，其分子式为CxHyNaObS2(a＞199、b＞200)，并且由下列5种氨基酸组成。那么该多肽彻底水解后将会分别得到赖氨酸、天冬氨酸的个数为(　　) A．a－199、(b－200)/2　　　　　B．a－200、b－200C．a－199、(b－199)/2D．a－200、(b－200)/2[解析]　从题意知该多肽为199肽，则它是由199个氨基酸组成的；又知该多肽分子式为CxHyNaObS2，其中N有a个，则可知组成该多肽的199个氨基酸共有a个氨基；又知组成该多肽的5种氨基酸中只有赖氨酸含有2个氨基，所以赖氨酸个数为a－199。由于组成该多肽的5种氨基酸中只有天冬氨酸含有2个羧基，设该多肽共含有天冬氨酸为d个，反应前199个氨基酸中氧原子共有4d＋(199－d)×2，形成199肽时脱去198个水分子，每个水分子含一个氧原子，所以该多肽分子中尚存在氧原子数为b＝4d＋(199－d)×2－198＝2d＋200，d＝(b－200)/2。[答案]　A二、多肽种类的计算多肽的不同取决于氨基酸的数目、种类和排列顺序。对于氨基酸数目相同的多肽来说，则取决于氨基酸的种类和排列顺序。可以借助下面的示意图(▭代表要安放的氨基酸的位置)，结合数学中“排列组合”的相关知识，推导出相关的计算规律。(以20种氨基酸形成的四肽化合物为例)(1)若每种氨基酸数目无限，可形成肽类化合物的种类有204种(即1号位置安放氨基酸的情况有20种，2、3、4号也是如此，即20×20×20×20＝204种)。(2)若每种氨基酸只有一个，可形成肽类化合物的种类有(20×19×18×17)种[即1号位置安放氨基酸的情况有20种，2号位置安放的氨基酸只能在剩余的19种中选择……即(20×19×18×17)种]。[例2]　现有足量的甘氨酸、丙氨酸、谷氨酸3种氨基酸，它们能形成的三肽种类以及包含3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[解析]　由上述“规律(1)”很容易计算出足量的3种氨基酸构成的三肽有33＝27种。对于包含3种氨基酸的三肽种类的理解，可借用示意图“□—□—□”来分析，即第一个位置的氨基酸有3种情况，第二个位置只能从另2种氨基酸中任选1种，第三个位置只能安放剩余的1种，虽然这3种氨基酸足量，但是仍需按“规律(2)”计算，即3×2×1＝6种。[答案]　D三、氨基酸数与相应DNA、RNA片段中碱基数的计算基因表达中，DNA控制mRNA的合成，mRNA指导蛋白质的合成。DNA中碱基排列顺序转录为mRNA中碱基排列顺序，进而翻译为蛋白质中氨基酸的排列顺序。其数量关系图解如下： DNA(基因)mRNA蛋白质　碱基数　∶　碱基数　∶氨基酸数6　　∶　　3　　∶　　1由于mRNA中有终止密码子等原因，上述关系应理解为每合成1个氨基酸至少需要mRNA上的3个碱基和DNA(基因)上的6个碱基。[例3]　氨基酸的平均相对分子质量为120，如有一个两条链的多肽，相对分子质量是12276，合成这个多肽的氨基酸的数目和指导它合成的DNA分子脱氧核苷酸数目至少依次是(　　)A．144,864　　　　　　　　B．144,432C．120,720D．120,360[解析]　多肽的相对分子质量＝氨基酸的数目×氨基酸平均相对分子质量－(氨基酸的数目－肽链条数)×18，把相应数字代入上式可得：氨基酸的数目＝120，再根据基因控制蛋白质合成过程中：DNA分子中脱氧核苷酸数∶相应mRNA分子核糖核苷酸数∶指导合成的蛋白质上氨基酸数＝6∶3∶1，可知DNA分子中脱氧核苷酸数目＝6×120＝720。[答案]　C1．已知天冬酰胺的R基为—C2H4ON，现有分子式为C63H103O18N17S2的多肽，其中含有2个天冬酰胺。在上述多肽中最多有肽键(　　)A．17个B．16个C．15个D．14个解析：选D　多肽C63H103O18N17S2中有17个N，因含有两个天冬酰胺(R基为—C2H4ON)，故该多肽由15个氨基酸脱水缩合而成，形成的肽键数目为14。2．某条多肽的相对分子质量为2778，若氨基酸的平均相对分子质量为110，如考虑终止密码子，则编码该多肽的基因长度至少是(　　)A．75对碱基　　　　　　　　B．78对碱基C．90对碱基D．93对碱基解析：选D　设多肽是由m个氨基酸构成的，蛋白质的相对分子质量＝110m－18(m－1)＝2778，则m等于30。那么控制该多肽的密码子有31个(终止密码子不编码氨基酸)，则控制该多肽合成的基因至少有93对碱基。3．(xx·济南模拟)某多肽的分子式为C42H65N11O9，它彻底水解后只得到以下3种氨基酸，则此多肽中含有的赖氨酸个数为(　　) A．2个B．3个C．5个D．8个解析：选B　假设甘氨酸、苯丙氨酸和赖氨酸的数目分别为a、b、c。由于这三种氨基酸都只含有一个羧基，该多肽的氧原子数＝肽键中的氧原子数＋游离的羧基中的氧原子数，即9＝肽键中的氧原子数＋2。因此，该多肽含有7个肽键，8个氨基酸，即a＋b＋c＝8。根据该多肽含有的氮原子数分析，可得a＋b＋2c＝11，可求出c＝3。4．现有氨基酸100个，其中氨基总数为102个，羧基总数为101个，则由这些氨基酸合成的含有2条肽链的蛋白质中，含有氧原子的数目是(　　)A．101B．102C．103D．104解析：选D　这个蛋白质分子中有98个肽键(每个肽键含有1个氧原子)，3个羧基(每个羧基含有2个氧原子)，故多肽中氧原子数目为98×1＋3×2＝104个。5．(xx·江西四市联考)经测定，某多肽链分子式是C21HxOyN4S2(—SH＋—SH→—S—S—＋2H)，其中含有一个二硫键(—S—S—)。已知该多肽是由下列氨基酸中的几种作为原料合成的：苯丙氨酸(C9H11O2N)、天冬氨酸(C4H7O4N)、丙氨酸(C3H7O2N)、亮氨酸(C6H13O2N)、半胱氨酸(C3H7O2NS)。下列有关该多肽的叙述，正确的是(　　)A．该多肽水解后产生的氨基酸分别是半胱氨酸、天冬氨酸、丙氨酸和亮氨酸B．该多肽中H原子数和O原子数分别是32和5C．该多肽形成过程中至少需要4种tRNAD．该多肽在核糖体上形成，形成过程中相对分子质量减少了56解析：选D　根据该多肽链中N的数目＝氨基端(1个)＋肽键中的N＋R基中的N(五种氨基酸中都没有)可推出，肽键中的N为3个，该多肽链由4个氨基酸组成；半胱氨酸、天冬氨酸、丙氨酸和亮氨酸的碳元素之和为3＋4＋3＋6＝16，与题目中该多肽链的分子式不符。根据该多肽链中碳元素和硫元素的数目，可确定组成该多肽链的氨基酸应该为一个苯丙氨酸(C9H11O2N)、一个亮氨酸(C6H13O2N)、两个半胱氨酸(C3H7O2NS)；该多肽中H原子数为11＋7＋13＋7－3×2－2＝30，O原子数为2＋2＋2＋2－3×1＝5。该多肽由3种氨基酸组成，其形成过程中至少需要3种tRNA。该多肽在核糖体上形成，形成过程中相对分子质量减少18×3(形成肽键时脱水)＋2(形成一个二硫键脱下2个H)＝56。 6．现有足量的a、b两种氨基酸，则这两种氨基酸脱水缩合可以形成二肽的种类数是(　　)A．6B．2C．4D．8解析：选C　二肽由两个氨基酸组成，这个问题实际上是求两种氨基酸在两个位置上的排列方式的种类。二肽的第一个位置上的氨基酸有两种选择(a或者b)，第二个位置上的氨基酸也有两种选择，所以种类数为2×2＝4，即有a－a、b－b、a－b、b－a4种，a－b中a提供羧基，b提供氨基形成肽键，b－a中b提供羧基，a提供氨基形成肽键，这是两种不同的二肽。此结果可以推而广之，n种氨基酸形成m肽的种类数为nm种。7．现有一种“十三肽”，分子式为C54H95N17O20，已知将它彻底水解后只得到下列氨基酸。(1)将该“十三肽”彻底水解后有________个丙氨酸，_______个赖氨酸，________个天冬氨酸。(2)和未水解的化合物相比，水解后哪几种元素的数目增加了？________。哪几种元素的数目减少了？________。解析：(1)“十三肽”是由13个氨基酸脱水缩合而生成的，所以“十三肽”的C、N数目为全部氨基酸中的C、N数之和。设水解后有x个丙氨酸，y个赖氨酸，z个天冬氨酸，依题意有：解方程组得x＝6，y＝4，z＝3。(2)水解时肽键打开，水分子中的—OH和肽键中的—CO—相连，水分子中的－H和肽键中的—NH—相连，因此和未水解的多肽相比，水解后H和O两种元素的数量增加了，其他元素的数目都没有减少。答案：(1)6　4　3　(2)H和O　无