蛋白质合成过程及相关数量关系
[过程体验]
二肽的形成
(1)过程①的名称是脱水缩合，场所是核糖体。 (2)物质②的名称是二肽。
(3)结构③的名称是肽键，其结构简式为—NH—CO—(或—CO—NH—)。 (4)脱去的H2O中H的来源：一个来自氨基，一个来自羧基。
(5)多个氨基酸发生该反应，产物名称为多肽，如5个氨基酸发生该反应，产物名称为五肽。
[系统认知]
蛋白质形成过程中的相关数量关系 (1)肽键数与氨基酸数的关系：
肽键数＝失去水分子数＝氨基酸数－肽链数。 (2)蛋白质中游离氨基或羧基数目的计算： ①至少含有的游离氨基或羧基数＝肽链数。
②游离氨基或羧基数目＝肽链数＋R基中含有的氨基或羧基数。 (3)蛋白质相对分子质量的计算：
①公式：蛋白质相对分子质量＝氨基酸数目×氨基酸平均相对分子质量－脱去水分子数×18
②示例：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1条链状多肽或m条链状多肽
形成肽链数 1 m 形成肽键数 n－1 n－m 脱去水分子数 n－1 n－m 蛋白质相对分子质量 na－18(n－1) na－18(n－m) (4)若为环状多肽，则可将公式中的肽链数视为零，再进行相关计算。环状多肽主链中无氨基和羧基，环状多肽中氨基或羧基数目取决于构成环状多肽氨基酸R基团中的氨基和羧基的数目，由图示可知：
肽键数＝脱去水分子数＝氨基酸数。
(5)二硫键(—S—S—)的形成，每形成一个二硫键，脱去2个H，相对分子质量减少2。
[题点全练]
1．下面为牛胰岛素结构图，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.牛胰岛素为五十一肽，其中含有50个肽键 B．牛胰岛素中至少有2个—NH2和2个—COOH C．牛胰岛素水解产物含有20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
解析：选B 该牛胰岛素含51个氨基酸，含有肽键数为51－2＝49；牛胰岛素含两条链，至少含2个游离的—NH2和2个游离的—COOH；构成生物体蛋白质的氨基酸最多有20种，牛胰岛素水解得到51个氨基酸，不一定是20种；牛胰岛素形成时，51个氨基酸脱水的同时还减少了6个H，故减少的相对分子质量为49×18＋6＝888。
2．已知20种氨基酸的平均相对分子质量是128，现有一蛋白质分子由3条肽链组成，在肽链形成空间结构时，产生4个二硫键(—SH＋—SH→—S—S—＋2H)，共有肽键97个，此蛋白质分子的相对分子质量最接近于( )
A．11 046 C．12 800
B．11 060 D．12 280
解析：选A 蛋白质是由氨基酸脱水缩合形成的，因此计算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－失去的水分子数×水的相对分子质量＝(97＋3)×128－97×18＝11 054。由于在肽链形成空间结构时，生成4个二硫键，失去2×4＝8个H，所以蛋白质的相对分子质量＝11 054－8＝11 046。
“三法速解”蛋白质计算题
[例1] 经分析某条多肽链中有O原子p个，N原子q个，它彻底水解后，只得到下列四种氨基酸。分析推算可知，1分子该多肽水解得到的赖氨酸个数为( )
巧用“原子守恒”解答多肽中各原子数的计算题
A．p－q C．p－q＋1
B．q－p D．q－p＋1
[解析] 根据观察可知，四种氨基酸的R基中都不含O原子，只有赖氨酸的R基中含有1个N原子。O原子数＝各氨基酸中的O原子总数－脱去水分子数，由于R基中都不含O原子，所以O原子数＝氨基酸数＋1，N原子数＝各氨基酸中的N原子总数＝氨基酸数＋R基中的N原子数，故根据O原子数计算出肽链中的氨基酸数为p－1，因此多肽中含有的赖氨酸数＝N原子数－氨基酸数＝q－(p－1)＝q－p＋1。
[答案] D
[技法点拨]
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，要失去部分氢、氧原子，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)若已知多肽链的分子式，则此多肽链中：
①含2个氨基的氨基酸数＝N原子数－肽键数－1。 ②含2个羧基的氨基酸数为：[应用体验]
1．(2017·江西四市联考)经测定，某多肽链分子式是C21HxOyN4S2，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5 C．该多肽形成过程中至少需要4种tRNA
D．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原子之和为3＋4＋3＋6＝16，与题目中该多肽链的分子式不符。根据该多肽链中碳原子和硫原子的数目，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。
2．(2017·潍坊月考)一条肽链的分子式为C22H34O13N6，其水解产物中只含有下列3种氨基酸。下列叙述错误的是( )
O原子数－肽键数－2
。
2
A．合成1个C22H34O13N6分子将产生5个水分子
B．在细胞中合成1个C22H34O13N6分子至少需要3种tRNA C．1个C22H34O13N6分子完全水解后可以产生3个谷氨酸 D．1个C22H34O13N6分子中存在1个游离的氨基和3个游离的羧基
解析：选D 由题意可知，分子式为C22H34O13N6的肽链中含有6个氨基酸，合成该多肽链时形成5个肽键，产生5分子水；由题意可知，该肽链水解产生了3种氨基酸，由于在翻译过程中一种氨基酸可以由一种或多种tRNA来转运，则合成该肽链时至少需要三种tRNA；三种氨基酸中只有谷氨酸含2个羧基，所以谷氨酸个数为(13－5－2)/2＝3个；该肽
链中有3个谷氨酸，谷氨酸R基中含有羧基，因此该肽链中游离的羧基是1＋3＝4(个)。
妙用“排列组合”解答形成多肽种类的计算题
[例2] (2016·崇明二模)一条由39个氨基酸形成的环状多肽，其中有4个谷氨酸(R基为－CH2－CH2－COOH)，决定谷氨酸的密码子有2种。下列选项正确的是( )
A．该多肽合成过程中至少可以形成38个肽键 B．该多肽的合成至少有37种tRNA参与 C．该多肽最多有39个氮原子 D.该多肽至少有4个游离的羧基
[解析] 环状肽中，氨基酸数等于肽键数，A错误；39个氨基酸中有4个谷氨酸，而决定谷氨酸的密码子有2种，即4个谷氨酸最多有2种tRNA，其余35个氨基酸最多有35种tRNA转运，所以该多肽的合成最多有37种tRNA参与，B错误；多肽的氮原子数＝原氨基酸数＋R基中的N原子数，所以该多肽最少有39个氮原子，C错误；环状肽中游离的羧基数＝R基中的羧基数，谷氨酸的R基团中含有游离的羧基，所以该多肽至少有4个游离的羧基，D正确。
[答案] D [技法点拨]
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臵)，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种氨基酸形成四肽化合物为例)
□—□—□—□—? 1 2 3 4 ?
(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号位臵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号位臵安放氨基酸的情况有20种，2号位臵安放的氨基酸只能在剩余的19种中选择……即(20×19×18×17)种]。
[应用体验]
3．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．6
B．2 C．4 D．8
解析：选C 二肽的第一个位臵上的氨基酸有两种选择(a或b)，第二个位臵上的氨基