蛋白质的各种计算方法

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蛋白质相关计算的三种解题策略

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的解题策略。如下表:

题目类型解题策略

有关蛋白质的相对分子质量、氨基

酸数、氨基数、羧基数、肽链数、肽键

列方程求解

数、脱水数的计算

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

1

[方法依据] 可将肽链看作“C”与“—CO—NH—”交替连接构成的基本骨架,在“C”上连接着R 基和H,在肽链的两端分别是游离的“—NH2”和“—COOH”,如下图所示:

[妙法指津] 结合上面的示意图,可以得出如下规律:

(1)缩合时脱去的水分子数=肽键数=氨基酸数-肽链数。

(2)蛋白质中氨(羧)基数=肽链数+R基上的氨(羧)基数=各氨基酸中氨(羧)基的总数-肽键数。

注意如果不考虑R基上的氨(羧)基数,一条多肽链中,至少含有一个游离氨(羧)基;若蛋白质分子由多条肽链构成,则至少含有的氨(羧)基数等于肽链数。

(3)蛋白质的相对分子质量=氨基酸总相对分子质量(氨基酸个数×氨基酸平均相对分子质量)-失水量(18×脱去的水分子数)。

注意有时还要考虑其他化学变化过程,如肽链上出现二硫键(—S—S—)时,要再减去2(即两个H)。(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。

[典例剖析] 已知氨基酸的平均相对分子质量为128,测得某蛋白质的相对分子质量为5 646,则组成该蛋白质的氨基酸数、肽链数以及至少游离的氨基数分别为( )

A.51、1、51 B.51、2、2 C.51、2、51 D.44、2、2

解析解题时可采用“列方程求解”的方法。设氨基酸数为n,肽链数为x,则n×128=5 646+(n-x)×18,化简得110n+18x=5 646。当x=1时,n≈51.16;当x=2时,n=51。因此只有B、C项的数值符合氨基酸数和肽链数。又知两条肽链上至少游离着2个氨基,故B项正确。

答案B

2.多肽中各原子数的计算

[方法依据] 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。而脱水缩合形成多肽时,要失去部分水分子,但是碳原子、氮原子的数目不会减少。

[妙法指津] (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。

[典例剖析] 某多肽链为199肽,其分子式为C x H y N a O b S2(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-200

C.a-199、(b-199)/2 D.a-200、(b-200)/2

解析由题意知该多肽为199肽,则它是由199个氨基酸组成的;又知该多肽分子式为C x H y N a O b S2,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d个天冬氨酸,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

3.多肽种类的计算

[方法依据] 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)

[妙法指津] (1)若每种氨基酸数目无限(允许重复)的情况下,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(不允许重复)的情况下,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]。

[典例剖析] 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“妙法指律中的(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外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“妙法指律中的(2)”计算,即3×2×1=6种。

答案D

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