W和V模型解決脫去特定氨基酸的相關(guān)計(jì)算總結(jié)

張 瑞

(北京市海淀區(qū)網(wǎng)易有道信息技術(shù)（北京）有限公司 北京 100193)

在高中生物必修一中的蛋白質(zhì)的相關(guān)計(jì)算是學(xué)生的攔路虎。根據(jù)筆者的授課經(jīng)歷，部分學(xué)生不理解脫水縮合的原理和規(guī)律，覺得蛋白質(zhì)的相關(guān)計(jì)算太難就跟聽天書一樣。該類學(xué)生在遇到蛋白質(zhì)的相關(guān)計(jì)算就叫苦不迭，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)隨意選或隨意填的現(xiàn)象，更甚至不愿意做就直接空白跳過。還有一部分學(xué)生能理解脫水縮合的原理和規(guī)律，也知道蛋白質(zhì)計(jì)算的相關(guān)公式，比如蛋白質(zhì)的相對(duì)分子量=氨基酸的數(shù)目*氨基酸的平均分子質(zhì)量-脫去水的相對(duì)分子質(zhì)量，也能利用相關(guān)方法解決一部分題目，比如一條肽鏈中至少有1個(gè)游離的氨基和羧基等。但在平時(shí)的月考期中期末考試中，蛋白質(zhì)的相關(guān)計(jì)算除了常規(guī)題目，還會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)常規(guī)蛋白質(zhì)計(jì)算的變式題目，這些變式題目為了拉開學(xué)生的層次會(huì)提升一個(gè)難度，比如遇到脫去某種特殊氨基酸后，去計(jì)算消耗的水分子數(shù)目，或者增加的氨基或羧基數(shù)目，再或者增加的氧原子或者氫原子數(shù)目。那么，再利用常規(guī)的蛋白質(zhì)計(jì)算公式解決該類型題目的道路就行不通了。那些視蛋白質(zhì)的相關(guān)計(jì)算為大敵的學(xué)生直接跳過相關(guān)題目，他們就錯(cuò)失該部分分?jǐn)?shù)。筆者在授課過程中也發(fā)現(xiàn)能理解脫水縮合的原理和規(guī)律的學(xué)生經(jīng)常采用畫圖和數(shù)數(shù)的方式解決此類型題目，雖然最終有時(shí)也能算對(duì)，但是需要花費(fèi)一定的時(shí)間，不能快速解題，但是部分時(shí)候也會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)數(shù)或者漏數(shù)導(dǎo)致不能得出正確結(jié)果，白白浪費(fèi)時(shí)間。針對(duì)以上學(xué)生經(jīng)常出現(xiàn)的兩種情況，筆者根據(jù)此類題目反映出的規(guī)律總結(jié)出”W”和“V”模型，以期此模型不但可以幫助學(xué)生樹立能掌握蛋白質(zhì)的相關(guān)計(jì)算的信心，減輕學(xué)生的記憶負(fù)擔(dān)，同時(shí)可幫助快速方便解決脫去特定氨基酸計(jì)算原子或者基團(tuán)的題目[2][3][4]。

一、“W”和“V”模型

所謂“W”和“V”模型，即為根據(jù)脫去的氨基酸的位置來確定模型的種類，進(jìn)而根據(jù)模型種類來進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。

1.W模型：脫去的氨基酸在肽鏈的中間位置，因?yàn)榇税被崆昂筮B接氨基酸，則脫去一個(gè)氨基酸即形成一個(gè)W。

（1）脫去這個(gè)氨基酸之后，即形成一個(gè)W，那么就會(huì)斷裂2個(gè)肽鍵，需要消耗2分子的H2O，增加2個(gè)氨基和2個(gè)羧基，增加的氫原子或氧原子數(shù)目即為消耗水分子中的氫原子或氧原子數(shù)目。

（2）總結(jié)：對(duì)于總體而言，脫去中間位置的一個(gè)氨基酸=形成1個(gè)W=斷裂2個(gè)肽鍵=消耗2分子水=2個(gè)氨基和2個(gè)羧基=4個(gè)H原子和2個(gè)O原子。

2.V模型：脫去的氨基酸在肽鏈的首位或者末尾，再或者只涉及肽鍵斷裂（不涉及氨基酸的脫去），因?yàn)榍懊孢B接氨基酸，即脫去一個(gè)氨基酸即形成一個(gè)V，或斷一個(gè)肽鍵形成一個(gè)V。

（1）那么脫去這個(gè)氨基酸后或者斷裂該肽鍵，即形成一個(gè)V，那么就會(huì)斷裂1個(gè)肽鍵，需要消耗1分子的H2O，增加1個(gè)氨基或1個(gè)羧基，增加的氫原子或氧原子數(shù)目即為消耗水分子中的氫原子或氧原子數(shù)目。

（2）總結(jié)：對(duì)于總體而言而言，脫去首位或末尾位置一個(gè)氨基酸=1個(gè)V=斷裂1個(gè)肽鍵=消耗1分子水=1個(gè)氨基或個(gè)羧基（視脫去是氨基酸的氮端還是碳端來定）=2個(gè)H原子和1個(gè)O原子

3.W和V模型同時(shí)出現(xiàn)：相鄰位置的兩個(gè)氨基酸同時(shí)脫去。

那么脫去這兩個(gè)氨基酸，相當(dāng)于形成1個(gè)W和1個(gè)V，則可根據(jù)W模型和V模型進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。

二、直接問原子數(shù)目、肽鍵、氨基或羧基數(shù)目變化等題目

典型例題：

1.某蛋白酶能專一性水解賴氨酸（C6H14N2O2）兩側(cè)的肽鍵，某四十九肽經(jīng)該蛋白酶作用后的情況如圖所示，圖中的短肽E加上短肽F的元素組成與四十九肽的元素組成相比，原子數(shù)相等的是（ ）。

A.C B.H C.O D.N

解析：首先觀察脫去氨基酸（23號(hào)）的位置：位于中間位置，即為一個(gè)W，則根據(jù)公式，脫去中間位置一個(gè)氨基酸=1個(gè)W=斷裂2個(gè)肽鍵=消耗2分子水，則整體增加4個(gè)氫原子，2個(gè)氧原子，現(xiàn)在脫去23號(hào)氨基酸后，比較新形成的短肽之和與四十九肽的元素，根據(jù)賴氨酸的分子式：C6H14N2O2，可知：C少6個(gè)，H少10個(gè)，N少2個(gè)，O保持不變，C選項(xiàng)正確。

2.如圖表示是四十一肽中含有4個(gè)丙氨酸，現(xiàn)去掉其中的丙氨酸，得到4條長短不一的肽鏈，這些肽鏈中肽鍵總數(shù)為（ ）。

A.33 B.34 C.32 D.31

解析：首先觀察脫去氨基酸（6、17、27、41號(hào)）的位置：其中3個(gè)氨基酸（6、17、27號(hào)）位于中間位置，即為3個(gè)W則根據(jù)公式，對(duì)于整體而言，脫去中間位置一個(gè)氨基酸=1個(gè)W=斷裂2個(gè)肽鍵=消耗2分子水=2個(gè)氨基和2個(gè)羧基，1個(gè)氨基酸（41號(hào)）位于末尾，即為1個(gè)V，脫去首位或末尾位置一個(gè)氨基酸=1個(gè)V=斷裂1個(gè)肽鍵=消耗1分子水=1個(gè)氨基或個(gè)羧基，則斷裂的肽鍵數(shù)目=3*2+1=7個(gè)，其中四十一肽含有40個(gè)肽鍵，則這4條長短不一的肽鏈中的肽鍵數(shù)目=40-7=33個(gè)，則A正確。

3.某五十肽中有2個(gè)丙氨酸，現(xiàn)脫掉其中的丙氨酸（相應(yīng)位置如圖）得到幾種不同有機(jī)產(chǎn)物，其中脫下的氨基酸均以游離態(tài)正常存在。以下關(guān)于這一過程產(chǎn)生的所有有機(jī)物中的原子、基團(tuán)或肽鍵數(shù)量的陳述是錯(cuò)誤的（ ）。

A.肽鍵數(shù)目減少4個(gè)

B.氧原子數(shù)目增加2個(gè)

C.氨基和羧基分別增加4個(gè)

D.氫原子數(shù)目增加8個(gè)

解析：首先觀察脫去氨基酸（21、49號(hào)）的位置：2個(gè)氨基酸位于中間位置，即為2個(gè)W，則根據(jù)公式，對(duì)于整體而言，脫去中間位置一個(gè)氨基酸=1個(gè)W=斷裂2個(gè)肽鍵=消耗2分子水=2個(gè)氨基和2個(gè)羧基，則斷裂4個(gè)肽鍵，消耗4分子水，增加4個(gè)氨基和4個(gè)羧基，增加8個(gè)氫原子和4個(gè)氧原子，則ACD正確，B錯(cuò)誤。

三、結(jié)合蛋白質(zhì)的其他相關(guān)計(jì)算綜合考查

例1：下圖表示含兩條肽鏈的某蛋白質(zhì)，若將第70、165號(hào)氨基酸兩側(cè)的肽鍵斷開，則下列有關(guān)敘述，錯(cuò)誤的是（ ）。

A.斷開前有199個(gè)肽鍵

B.斷開后氫原子數(shù)比原來多8個(gè)

C.斷開后羧基數(shù)比原來多2個(gè)

D.斷開后相對(duì)分子質(zhì)量增加72

解析：首先利用常規(guī)計(jì)算公式：形成肽鍵數(shù)目=氨基酸數(shù)目-肽鏈數(shù)，在70和165的氨基酸側(cè)鏈有1個(gè)肽鍵形成，那么肽鍵數(shù)目=200-2+1=199，A正確；再觀察脫去特定氨基酸（70和165）的位置，兩個(gè)氨基酸均位于中間位置，即為2個(gè)W，利用公式，脫去中間位置一個(gè)氨基酸=1個(gè)W=斷裂2個(gè)肽鍵=消耗2分子水=2個(gè)氨基和2個(gè)羧基，那么脫去70和165號(hào)氨基酸，則會(huì)需要4分子水，增加的相對(duì)分子量為4*18=72，斷開后氫原子的數(shù)量比之前多8個(gè)，氧原子比之前多4個(gè)，會(huì)形成多形成4個(gè)氨基和4個(gè)羧基，則BD對(duì)，C錯(cuò)。

例2：已知肽鏈由88個(gè)氨基酸縮合而成，包括6個(gè)游離氨基和5個(gè)甲硫氨酸（肽鏈中的位置是3、25、56、78、88），甲硫氨酸分子式為C5H11O2NS，以下敘述正確的是（ ）。

A.如果多肽中的甲硫氨酸被除去，0原子的數(shù)量就會(huì)減少1個(gè)

B.如果除去多肽中的甲硫氨酸，肽鍵的數(shù)量將減少10個(gè)

C.由多肽合成的氨基酸的N原子總數(shù)為94個(gè)

D.如果除去多肽中的甲硫氨酸，氨基和羧基分別增加5個(gè)

解析：首先觀察脫去氨基酸（3、25、56、78、88號(hào)）的位置：其中4個(gè)氨基酸（3、25、56、78、88號(hào)）位于中間位置，1個(gè)氨基酸位于末尾位置（88號(hào)），即為4個(gè)W和1個(gè)V，則根據(jù)公式，對(duì)于整體而言，脫去中間位置一個(gè)氨基酸=1個(gè)W=斷裂2個(gè)肽鍵=消耗2分子水=2個(gè)氨基和2個(gè)羧基，脫去首位或末尾位置一個(gè)氨基酸=1個(gè)V=斷裂1個(gè)肽鍵=消耗1分子水=1個(gè)氨基或個(gè)羧基，則可知，斷裂的肽鍵數(shù)目=消耗的水分子數(shù)目=4*2+1=9，減少5個(gè)甲硫氨酸，少5*2個(gè)O，則總體少1個(gè)O，少5個(gè)氨基或羧基，則增加的氨基或羧基數(shù)目=4*2+1-5=4，也就是氨基有可能是4，羧基也有可能是4，則A正確，B錯(cuò)誤，D錯(cuò)誤；該肽鏈由88個(gè)氨基酸脫水縮合而成，游離的氨基有6個(gè)，則可以推斷R上的氨基為5個(gè)，則含有氨基的數(shù)目為88+5=93，則C錯(cuò)誤。

例3：下圖為某二十肽，其中含天門各氨酸4個(gè)，分別位于第5、6、15、20位；酶X專門作用于天門冬氨酸羧基端的肽鍵，肽酶Y專門作用于天門冬氨酸氨基端的肽鍵，下列相關(guān)敘述正確的是（ ）。

A.該二十肽中含有20個(gè)肽鍵

B.該二十肽至少含有4個(gè)游離的羧基

C.經(jīng)肽酶Y完全作用后產(chǎn)生的多肽中氧原子數(shù)目比二十肽多4個(gè)

D.由肽酶X的完全作用產(chǎn)生的多肽中氮原子的數(shù)量比二十肽少1個(gè)

解析：該題涉及不同酶的作用位點(diǎn)不同，所以需要拆開單獨(dú)來看。酶X作用于天冬氨酸羧基端的肽鍵，則此酶會(huì)作用后形成的產(chǎn)物有：1-5，6，7-14，15-20，整體會(huì)斷3個(gè)肽鍵，產(chǎn)生3條多肽鏈，其中6號(hào)氨基酸會(huì)脫離出來，處于游離狀態(tài)，相對(duì)于整體而言，經(jīng)肽酶X完全作用后產(chǎn)生的多肽中氮原子數(shù)目比二十肽少1個(gè)，則D正確；肽酶Y專門作用于天門冬氨酸氨基端的肽鍵，則此酶作用后形成的產(chǎn)物有：1-4，5，6-14，15-19，20，整體會(huì)形成1個(gè)W和2個(gè)V，則斷裂4個(gè)肽鍵，消耗4個(gè)水分子，總體增加4個(gè)氧原子，但是隨著5號(hào)和20號(hào)天冬氨酸的脫去，失去8個(gè)氧原子，則經(jīng)肽酶Y完全作用后產(chǎn)生的多肽中氧原子數(shù)目比二十肽少4個(gè)，C錯(cuò)誤；選項(xiàng)A和B，可根據(jù)常規(guī)蛋白質(zhì)的相關(guān)計(jì)算公式，肽鍵數(shù)目=氨基酸數(shù)目-肽鏈數(shù)=20-1=19，游離的氨基或羧基=肽鏈數(shù)目+R上氨基/羧基=1+4=5，則AB錯(cuò)誤。

四、結(jié)束語

部分學(xué)生不太理解脫水縮合的原理和規(guī)律，對(duì)W和V模型只是簡單的記憶，也能解決上面出現(xiàn)的兩種類型題目。但是如果想熟練運(yùn)用W和V模型，最好建立在理解脫水縮合的原理和規(guī)律的基礎(chǔ)上。這樣更容易理解W和V模型，知道原理的來源和原因，知其所以然，并且自然而然地內(nèi)化到自己的知識(shí)體系和儲(chǔ)備中，運(yùn)用到平時(shí)做題中，從而提高做題速率和節(jié)省做題時(shí)間。誠然，利用W和V模型解決不了蛋白質(zhì)相關(guān)計(jì)算的全部題目，這也是筆者需要進(jìn)一步根據(jù)題目反映的規(guī)律再次總結(jié)蛋白質(zhì)其他相關(guān)計(jì)算的模型。題目在考試中都會(huì)千變?nèi)f化，但是萬變不離其宗，都有其知識(shí)點(diǎn)和題源，在平時(shí)學(xué)習(xí)中，深刻理解出題意圖，就可以快速運(yùn)用方法和技巧解決題目，并且做到舉一反三，避免題海戰(zhàn)術(shù)。