數(shù)學和化學方法在蛋白質(zhì)計算中的應用

郭衛(wèi)華

【內(nèi)容摘要】高中生物涉及很多蛋白質(zhì)計算等問題，本文試圖舉例說明數(shù)學、化學方法在蛋白質(zhì)計算中的運用。

【關(guān)鍵詞】數(shù)學或化學方法?蛋白質(zhì)計算

一、數(shù)學歸納法是高中數(shù)學教學中最基本的方法，在高中生物教學中也隨處可見，用好此方法可化繁為簡，提高課堂效率

這個表格大部分的資料上都出現(xiàn)，然而針對N條肽鏈很多老師在教學過程中可能也沒有講透，或是學生理解起來很困難。本人在講述這個知識點的時候是這樣處理的：

先講一條肽鏈如：

讓學生找出脫水數(shù)、肽鍵數(shù)、氨基酸數(shù)、肽鏈數(shù)之間的關(guān)系。

學生們很快能準確的答出來：脫水數(shù)=肽鍵數(shù)=氨基酸數(shù)-肽鏈數(shù)。

設(shè)問：如果一個蛋白質(zhì)分子有2條肽鏈怎么辦呢？

假設(shè)第1條鏈上有氨基酸X個、肽鏈條數(shù)為1條，則有脫水數(shù)=肽鍵數(shù)=X-1;

第1條鏈上氨基酸X個，所以第2條鏈上含有的氨基酸數(shù)為M-X個、肽鏈條數(shù)還是1條，所以2鏈上就有脫水數(shù)=肽鍵數(shù)=

M-X-1;兩條鏈的蛋白質(zhì)則總共脫水就為X-1+M-X-1=M-2，M為氨基酸數(shù)、而2代表兩條肽鏈。說明同樣符合脫水數(shù)=肽鍵數(shù)=氨基酸數(shù)-肽鏈數(shù)。

由此類推有N條肽鏈構(gòu)成的蛋白質(zhì)同樣也是如此，通過數(shù)學歸納法這樣一講，絕大多數(shù)同學就能很輕松的掌握。

二、化學中原子守恒方法的運用，計算蛋白質(zhì)水解后能得到某種氨基酸的個數(shù)

例

現(xiàn)有一種“十五肽”，分子式為CxHyNzOdSe（z>15，d>16）。已知其徹底水解后得到下列幾種氨基酸：

將一個“十五肽”徹底水解，可生成???個半胱氨酸、???個天冬氨酸和???個賴氨酸。

解析：（1）硫原子守恒：硫原子在脫水縮合時不消耗，可知“十五肽”中硫原子個數(shù)為半胱氨酸個數(shù)，即形成該多肽消耗了e個半胱氨酸。

（2）氮原子守恒：設(shè)組成該多肽的賴氨酸為m個，其它的3種氨基酸總共有（15-m）個，由反應前后氮原子守恒（只有賴氨酸含有兩個氨基），可得：2×m+（15-m）=z，即m=z-15。

（3）氧原子守恒：設(shè)組成該多肽的天冬氨酸為n個，其它的3種氨基酸總共有（15-n）個，反應前氨基酸的氧原子數(shù)=2×（15-n

）（除天冬氨酸外其它三種氨基酸都是2個氧原子）+4×n（天冬氨酸數(shù)），反應后生成物中氧原子數(shù)=d（多肽中氧原子數(shù)）+14（脫去水中的氧原子數(shù)），根據(jù)反應前后氧原子守恒，可得：2×15+2×n=d+14。所以n=（d-16）/2。

變式：現(xiàn)有一多肽，化學式為C55H70O19N10，已知將它徹底水解后得到下列四種氨基酸：

根據(jù)該多肽的化學式推算，它在完全水解后可得到氨基酸共???個，其中丙氨酸???個。

解析：首先來看多肽總的化學式：根據(jù)氮原子有10個，而這幾種氨基酸的氮原子都是1個，那么徹底水解后共有10個氨基酸。

其次看特殊：因為一個谷氨酸分子有4個氧原子，而其他的都只有2個，而在10個氨基酸脫水縮合成肽鏈時，生成了9分子水，假設(shè)谷氨酸為X個，其它3種總共為10-X，根據(jù)氧原子守恒，可列出4×X+2×（10-X）=19+9，求出谷氨酸有4個。

再設(shè)甘氨酸、丙氨酸、苯丙氨酸的個數(shù)分別為a、b、c

最后根據(jù)4種氨基酸總個數(shù)為10，其中谷氨酸有4個，也就是說其它3種總共6個，可得，a+b+c=6，

根據(jù)碳原子守恒：因為脫水縮合碳不會減少所以有2a+3b+9c+5×4=55，

根據(jù)氫原子守恒：還要加上9個水分子中的氫，5a+7b+11c+9×4=70+2×9

解得a=1，b=2，c=3，即丙氨酸為2個。此題是碳、氫、氧和氮原子守恒的綜合運用。

隨著高考對學生能力要求的不斷提高，高考中解題方式的數(shù)學化、化學化也越來越明顯。因此在教學中尤其是高考前復習課中，幫助學生歸納一些常見的生物計算類型及總結(jié)相應的解題方法是很有必要的，同時又充分發(fā)揮學生學習的主觀能動性和積極性，做到“教學相長”，才能在生物課堂的有效教學中取得更大的成績。

【參考文獻】

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[3]曹恩華.數(shù)學方法在生物學解題中的應用例析[J].科學教育，2005（1）：35-36.

（作者單位：廣東北江中學）