W和V模型解决脱去特定氨基酸的相关计算总结

张 瑞

(北京市海淀区网易有道信息技术（北京）有限公司 北京 100193)

在高中生物必修一中的蛋白质的相关计算是学生的拦路虎。根据笔者的授课经历，部分学生不理解脱水缩合的原理和规律，觉得蛋白质的相关计算太难就跟听天书一样。该类学生在遇到蛋白质的相关计算就叫苦不迭，有时会出现随意选或随意填的现象，更甚至不愿意做就直接空白跳过。还有一部分学生能理解脱水缩合的原理和规律，也知道蛋白质计算的相关公式，比如蛋白质的相对分子量=氨基酸的数目*氨基酸的平均分子质量-脱去水的相对分子质量，也能利用相关方法解决一部分题目，比如一条肽链中至少有1个游离的氨基和羧基等。但在平时的月考期中期末考试中，蛋白质的相关计算除了常规题目，还会经常出现常规蛋白质计算的变式题目，这些变式题目为了拉开学生的层次会提升一个难度，比如遇到脱去某种特殊氨基酸后，去计算消耗的水分子数目，或者增加的氨基或羧基数目，再或者增加的氧原子或者氢原子数目。那么，再利用常规的蛋白质计算公式解决该类型题目的道路就行不通了。那些视蛋白质的相关计算为大敌的学生直接跳过相关题目，他们就错失该部分分数。笔者在授课过程中也发现能理解脱水缩合的原理和规律的学生经常采用画图和数数的方式解决此类型题目，虽然最终有时也能算对，但是需要花费一定的时间，不能快速解题，但是部分时候也会出现错数或者漏数导致不能得出正确结果，白白浪费时间。针对以上学生经常出现的两种情况，笔者根据此类题目反映出的规律总结出”W”和“V”模型，以期此模型不但可以帮助学生树立能掌握蛋白质的相关计算的信心，减轻学生的记忆负担，同时可帮助快速方便解决脱去特定氨基酸计算原子或者基团的题目[2][3][4]。

一、“W”和“V”模型

所谓“W”和“V”模型，即为根据脱去的氨基酸的位置来确定模型的种类，进而根据模型种类来进行相关计算。

1.W模型：脱去的氨基酸在肽链的中间位置，因为此氨基酸前后连接氨基酸，则脱去一个氨基酸即形成一个W。

（1）脱去这个氨基酸之后，即形成一个W，那么就会断裂2个肽键，需要消耗2分子的H2O，增加2个氨基和2个羧基，增加的氢原子或氧原子数目即为消耗水分子中的氢原子或氧原子数目。

（2）总结：对于总体而言，脱去中间位置的一个氨基酸=形成1个W=断裂2个肽键=消耗2分子水=2个氨基和2个羧基=4个H原子和2个O原子。

2.V模型：脱去的氨基酸在肽链的首位或者末尾，再或者只涉及肽键断裂（不涉及氨基酸的脱去），因为前面连接氨基酸，即脱去一个氨基酸即形成一个V，或断一个肽键形成一个V。

（1）那么脱去这个氨基酸后或者断裂该肽键，即形成一个V，那么就会断裂1个肽键，需要消耗1分子的H2O，增加1个氨基或1个羧基，增加的氢原子或氧原子数目即为消耗水分子中的氢原子或氧原子数目。

（2）总结：对于总体而言而言，脱去首位或末尾位置一个氨基酸=1个V=断裂1个肽键=消耗1分子水=1个氨基或个羧基（视脱去是氨基酸的氮端还是碳端来定）=2个H原子和1个O原子

3.W和V模型同时出现：相邻位置的两个氨基酸同时脱去。

那么脱去这两个氨基酸，相当于形成1个W和1个V，则可根据W模型和V模型进行相关计算。

二、直接问原子数目、肽键、氨基或羧基数目变化等题目

典型例题：

1.某蛋白酶能专一性水解赖氨酸（C6H14N2O2）两侧的肽键，某四十九肽经该蛋白酶作用后的情况如图所示，图中的短肽E加上短肽F的元素组成与四十九肽的元素组成相比，原子数相等的是（ ）。

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

解析：首先观察脱去氨基酸（23号）的位置：位于中间位置，即为一个W，则根据公式，脱去中间位置一个氨基酸=1个W=断裂2个肽键=消耗2分子水，则整体增加4个氢原子，2个氧原子，现在脱去23号氨基酸后，比较新形成的短肽之和与四十九肽的元素，根据赖氨酸的分子式：C6H14N2O2，可知：C少6个，H少10个，N少2个，O保持不变，C选项正确。

2.如图表示是四十一肽中含有4个丙氨酸，现去掉其中的丙氨酸，得到4条长短不一的肽链，这些肽链中肽键总数为（ ）。

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

解析：首先观察脱去氨基酸（6、17、27、41号）的位置：其中3个氨基酸（6、17、27号）位于中间位置，即为3个W则根据公式，对于整体而言，脱去中间位置一个氨基酸=1个W=断裂2个肽键=消耗2分子水=2个氨基和2个羧基，1个氨基酸（41号）位于末尾，即为1个V，脱去首位或末尾位置一个氨基酸=1个V=断裂1个肽键=消耗1分子水=1个氨基或个羧基，则断裂的肽键数目=3*2+1=7个，其中四十一肽含有40个肽键，则这4条长短不一的肽链中的肽键数目=40-7=33个，则A正确。

3.某五十肽中有2个丙氨酸，现脱掉其中的丙氨酸（相应位置如图）得到几种不同有机产物，其中脱下的氨基酸均以游离态正常存在。以下关于这一过程产生的所有有机物中的原子、基团或肽键数量的陈述是错误的（ ）。

A.肽键数目减少4个

B.氧原子数目增加2个

C.氨基和羧基分别增加4个

D.氢原子数目增加8个

解析：首先观察脱去氨基酸（21、49号）的位置：2个氨基酸位于中间位置，即为2个W，则根据公式，对于整体而言，脱去中间位置一个氨基酸=1个W=断裂2个肽键=消耗2分子水=2个氨基和2个羧基，则断裂4个肽键，消耗4分子水，增加4个氨基和4个羧基，增加8个氢原子和4个氧原子，则ACD正确，B错误。

三、结合蛋白质的其他相关计算综合考查

例1：下图表示含两条肽链的某蛋白质，若将第70、165号氨基酸两侧的肽键断开，则下列有关叙述，错误的是（ ）。

A.断开前有199个肽键

B.断开后氢原子数比原来多8个

C.断开后羧基数比原来多2个

D.断开后相对分子质量增加72

解析：首先利用常规计算公式：形成肽键数目=氨基酸数目-肽链数，在70和165的氨基酸侧链有1个肽键形成，那么肽键数目=200-2+1=199，A正确；再观察脱去特定氨基酸（70和165）的位置，两个氨基酸均位于中间位置，即为2个W，利用公式，脱去中间位置一个氨基酸=1个W=断裂2个肽键=消耗2分子水=2个氨基和2个羧基，那么脱去70和165号氨基酸，则会需要4分子水，增加的相对分子量为4*18=72，断开后氢原子的数量比之前多8个，氧原子比之前多4个，会形成多形成4个氨基和4个羧基，则BD对，C错。

例2：已知肽链由88个氨基酸缩合而成，包括6个游离氨基和5个甲硫氨酸（肽链中的位置是3、25、56、78、88），甲硫氨酸分子式为C5H11O2NS，以下叙述正确的是（ ）。

A.如果多肽中的甲硫氨酸被除去，0原子的数量就会减少1个

B.如果除去多肽中的甲硫氨酸，肽键的数量将减少10个

C.由多肽合成的氨基酸的N原子总数为94个

D.如果除去多肽中的甲硫氨酸，氨基和羧基分别增加5个

解析：首先观察脱去氨基酸（3、25、56、78、88号）的位置：其中4个氨基酸（3、25、56、78、88号）位于中间位置，1个氨基酸位于末尾位置（88号），即为4个W和1个V，则根据公式，对于整体而言，脱去中间位置一个氨基酸=1个W=断裂2个肽键=消耗2分子水=2个氨基和2个羧基，脱去首位或末尾位置一个氨基酸=1个V=断裂1个肽键=消耗1分子水=1个氨基或个羧基，则可知，断裂的肽键数目=消耗的水分子数目=4*2+1=9，减少5个甲硫氨酸，少5*2个O，则总体少1个O，少5个氨基或羧基，则增加的氨基或羧基数目=4*2+1-5=4，也就是氨基有可能是4，羧基也有可能是4，则A正确，B错误，D错误；该肽链由88个氨基酸脱水缩合而成，游离的氨基有6个，则可以推断R上的氨基为5个，则含有氨基的数目为88+5=93，则C错误。

例3：下图为某二十肽，其中含天门各氨酸4个，分别位于第5、6、15、20位；酶X专门作用于天门冬氨酸羧基端的肽键，肽酶Y专门作用于天门冬氨酸氨基端的肽键，下列相关叙述正确的是（ ）。

A.该二十肽中含有20个肽键

B.该二十肽至少含有4个游离的羧基

C.经肽酶Y完全作用后产生的多肽中氧原子数目比二十肽多4个

D.由肽酶X的完全作用产生的多肽中氮原子的数量比二十肽少1个

解析：该题涉及不同酶的作用位点不同，所以需要拆开单独来看。酶X作用于天冬氨酸羧基端的肽键，则此酶会作用后形成的产物有：1-5，6，7-14，15-20，整体会断3个肽键，产生3条多肽链，其中6号氨基酸会脱离出来，处于游离状态，相对于整体而言，经肽酶X完全作用后产生的多肽中氮原子数目比二十肽少1个，则D正确；肽酶Y专门作用于天门冬氨酸氨基端的肽键，则此酶作用后形成的产物有：1-4，5，6-14，15-19，20，整体会形成1个W和2个V，则断裂4个肽键，消耗4个水分子，总体增加4个氧原子，但是随着5号和20号天冬氨酸的脱去，失去8个氧原子，则经肽酶Y完全作用后产生的多肽中氧原子数目比二十肽少4个，C错误；选项A和B，可根据常规蛋白质的相关计算公式，肽键数目=氨基酸数目-肽链数=20-1=19，游离的氨基或羧基=肽链数目+R上氨基/羧基=1+4=5，则AB错误。

四、结束语

部分学生不太理解脱水缩合的原理和规律，对W和V模型只是简单的记忆，也能解决上面出现的两种类型题目。但是如果想熟练运用W和V模型，最好建立在理解脱水缩合的原理和规律的基础上。这样更容易理解W和V模型，知道原理的来源和原因，知其所以然，并且自然而然地内化到自己的知识体系和储备中，运用到平时做题中，从而提高做题速率和节省做题时间。诚然，利用W和V模型解决不了蛋白质相关计算的全部题目，这也是笔者需要进一步根据题目反映的规律再次总结蛋白质其他相关计算的模型。题目在考试中都会千变万化，但是万变不离其宗，都有其知识点和题源，在平时学习中，深刻理解出题意图，就可以快速运用方法和技巧解决题目，并且做到举一反三，避免题海战术。