第二章 第二-四節(jié) 氨基酸離解 性質(zhì) 合成及應(yīng)用 2013

1、2.2 氨基酸的離解行為v1、 兩性離子v有機(jī)鹽v氨基酸是結(jié)晶固體 ，通常200-350分解 或者融化，有機(jī)溶劑中不溶解，存在晶格 v質(zhì)子化的氨基、離解狀態(tài)的羧基v兩性離子或雙極性離子 v氨基酸可以看作有機(jī)鹽。氨基酸中，羧基離解出質(zhì)子與氨基質(zhì)子化在同一個分子里形成內(nèi)鹽(inner salt)的結(jié)構(gòu)。H RCOOCH3Nv在溶液中氨基酸有兩種可能存在途徑RCHCOOHNH3NH3CHRCOOHNH3CHRCOOHNH2CHRCOO2、等電點isoelectric pointv在溶液中，某一特定pH值時，氨基酸中正負(fù)電荷相等，靜電荷為零，此pH值成為氨基酸的等電點。246810120.00.20.

2、40.60.81.01.21.41.61.82.0pIpKa1pKa2pHn(OH-)/mol-氨基酸的酸堿性氨基酸的酸堿性 -氨基酸為兩性化合物，能與酸或堿生成鹽，例如：甘氨酸鹽酸鹽的滴定曲線圖為：+HClH3NCH2CO2H3NCH2CO2H Cl甘氨酸鹽酸鹽H3NCH2CO2+NaOHH2NCH2CO2Na甘氨酸鈉圖1 甘氨酸鹽酸鹽的滴定曲線 甘氨酸鹽酸鹽是一種二元酸，其中CO2H和NH3+上的氫都可以電離，因此，甘氨酸鹽酸鹽溶液用堿滴定時，得到兩個pKa值： pKa 1=2.34，pKa2=9.60。當(dāng)堿開始滴加時，堿從H3N+CH2CO2H中接受一個H+，由于羧酸RCO2H的pKa值

3、約為5，而鹽酸鹽 RNH3+ 的pKa約為9，因此，堿先從CO2H接受一個H+，再從NH3+接受另一個H+，甘氨酸鹽酸鹽的電離平衡可表示為：HCOCHNHCOCHNHH2232231KCOCHNHCONCHHH2232222KH3N+CH2CO2-H2NCH2CO2-+Ka2H3N+CH2CO2HKa1H+ H3N+CH2CO2-H+246810120.00.51.01.52.0pIpKa1pKa2pHn(OH-)/mol等電點等電點堿量繼續(xù)增加，即從NH3+上接受 H+， 到 堿 為 1 . 5 m o l 時 ，H3N+CH2CO2-的一半被中和，這 時 ， H3N+C H2C O2- H

4、2NCH2CO2-，pH值正好=pKa2堿量=0.5mol時，H3N+CH2CO2H的一半被中和，這時，H3N+CH2CO2H H3N+CH2CO2-，pH值正好=pKa1堿達(dá)到2.0摩爾時，甘氨酸全部轉(zhuǎn)變?yōu)樗墓曹棄A，H2NCH2CO2-堿量為1.0mol時，兩性離子的濃度H3N+CH2CO2-達(dá)到極大，由于分子的凈電荷為零，稱為等電點。氨基酸在等電點的溶解度達(dá)到極小值圖1 甘氨酸鹽酸鹽的滴定曲線 在 滴 定 過 程 中 ， 堿 的 量 逐 漸 增 加 ， 到 0 . 5 摩 爾 時 ，H3N+CH2CO2H的一半被中和，這時， H3N+CH2CO2H H3N+CH2CO2-，溶液的pH值正

5、好等于pKa1；堿的量為1.0摩爾時，溶液中甘氨酸兩性離子的濃度H3N+CH2CO2-達(dá)到極大值，由于分子的凈電荷為零，故稱為等電點。氨基酸在等電點的溶解度達(dá)到極小值。堿的量繼續(xù)增加，即從NH3+上接受質(zhì)子，到堿為1.5摩爾時，H3N+CH2CO2-的一半被中和，這時， H3N+CH2CO2- H2NCH2CO2-，溶液的 pH值正好等于pKa2；堿達(dá)到2.0摩爾時，甘氨酸全部轉(zhuǎn)變?yōu)樗墓曹棄A，H2NCH2CO2-。-氨基酸的溶解度和pK值見表 2表2 -氨基酸的溶解度和pK值氨基酸溶解度，25g/100mL H2OpK1pK2pK3pI甘氨酸，glycine丙氨酸，alanine纈氨酸，va

6、line亮氨酸，leucine異亮氨酸，isoleucine脯氨酸，proline苯丙氨酸，phenylalanine酪氨酸，tyrocine色氨酸，tryptophan絲氨酸，serine蘇氨酸，threonine天冬氨酸，aspartic acid谷氨酸，glutamic天冬酰胺，asparagine谷酰胺，glutamine半胱氨酸，cystein蛋氨酸，methionine賴氨酸，lysine精氨酸，arginine組氨酸，histidine 25 16.7 8.9 2.4 4.1 3.4 162 3.0 1.1 3.5 3.7 5.0 很大 0.54 0.86 0.04 很大 15

7、4.22.342.342.322.362.362.281.991.832.832.022.172.212.091.882.192.201.962.182.171.82 9.60 9.69 9.62 9.60 9.60 9.2110.60 9.13 9.39 8.80 9.13 9.15 9.10 3.65 4.25 9.11 8.18 8.96 9.04 6.00 9.60 9.6710.0710.2810.5312.48 9.17 5.97 6.00 5.96 5.98 6.02 5.74 6.30 5.48 5.89 5.41 5.65 2.77 3.22 5.68 5.60 5.66 5

8、.07 9.7410.76 7.59R的結(jié)構(gòu)氨基酸名稱縮寫pIHCH3CH(CH3)2CH2CH(CH3)2CH(CH3)CH2CH3甘氨酸，glycine丙氨酸，alanine纈氨酸，valine亮氨酸，leucine異亮氨酸，isoleucineGlyAlaValLeuIle 5.97 6.00 5.96 5.98 6.02脯氨酸，prolinePro 5.74 CH2C6H5苯丙氨酸，phenylalaninePhe 6.30 酪氨酸，tyrocine色氨酸，tryptophanTyrTrp 5.48 5.89CH2OHCH(OH)CH3CH2CO2HCH2CH2CO2HCH2CONH2

9、CH2CH2CONH2CH2SHCH2CH2SCH3CH2CH2CH2CH2NH2CH2CH2CH2NHC(NH)NH2絲氨酸，serine蘇氨酸，threonine天冬氨酸，aspartic acid谷氨酸，glutamic天冬酰胺，asparagine谷酰胺，glutamine半胱氨酸，cystein蛋氨酸，methionine賴氨酸，lysine精氨酸，arginineSerThrAspGluAsnGlnCysMetLysArg 5.41 5.65 2.77 3.22 5.68 5.60 5.66 5.07 9.7410.76組氨酸，histidineHis 7.59CH2NHNCH2N

10、HCH2OHNHCO2H 從表可見：只含有一個氨基和一個羧基其只含有一個氨基和一個羧基其 p pK K1 1和和p pK K2 2值大致相近，其值大致相近，其 pHpH值與值與( p( pK K1 1 + p + pK K2 2)/2)/2相近，都略偏酸性相近，都略偏酸性。 在天冬氨酸和谷氨酸中，還有第二個羧基，其 pK值分別為： 在賴氨酸中還有第二個氨基，離羧基較遠(yuǎn)的氨基可能堿性較強(qiáng)，其兩性離子的結(jié)構(gòu)可能為：精氨酸含有強(qiáng)堿性的胍基NHC(=NH)NH2，其兩性離子的結(jié)構(gòu)應(yīng)為： 酪氨酸中酚羥基的pKa值為10.07，半胱氨酸中巰基的pKa值為10.28，組氨酸中咪唑環(huán)的pKa 值為6.00。

11、CNH2NHCH2CH2CH2CHCO2NH2NH2pKa2=3.65HO2CCH2CHCO2HNH3pKa1=1.88pKa3=9.67H3NCH2CH2CH2CHCO2NH2（1 1）烷基化反應(yīng)）烷基化反應(yīng)N很好的親核試劑很好的親核試劑親核取代反應(yīng)反應(yīng)親核取代反應(yīng)反應(yīng)1-氨基參與的反應(yīng)氨基參與的反應(yīng)2.3 氨基酸化學(xué)反應(yīng) 用途用途：是鑒定多肽是鑒定多肽N-N-端氨基酸的重要方法端氨基酸的重要方法2，4-二硝基氟苯生成生成席夫堿席夫堿的反應(yīng)的反應(yīng)用途用途：是多種酶促反應(yīng)的中間過程。HOCH2CHNH2COOH+CH2OPO3-CCH2OHO+H+2CH2OPO3-CCH2OHN+HHOCH2

12、CHCOOH+ H2O席夫堿主要是指含有亞胺或甲亞胺特性基團(tuán)（席夫堿主要是指含有亞胺或甲亞胺特性基團(tuán)（RC=NRC=N）的一類有機(jī)化合物，通常希夫堿是由胺和活性羰基縮合而的一類有機(jī)化合物，通常希夫堿是由胺和活性羰基縮合而成。成。 （2 2）?；磻?yīng)）酰化反應(yīng)用途用途：用于保護(hù)氨基以及肽鏈的氨基端測定等用于保護(hù)氨基以及肽鏈的氨基端測定等。R1CXO+ H2NCHCOO-R2X=-Cl, OH,-OCOROH-CHCOO-R2R1C HNO多肽合成多肽合成（3 3）與甲醛發(fā)生羥甲基化反應(yīng)）與甲醛發(fā)生羥甲基化反應(yīng)pK2 H+COO-CH2NH2COO-CH2NH3+COO-CH2NHCH2OHHCH

13、O用途用途：可以用來直接測定氨基酸的濃度?？梢杂脕碇苯訙y定氨基酸的濃度。即氨基酸的甲醛滴定即氨基酸的甲醛滴定用途用途：范斯來克法定量測定氨基酸的基本反應(yīng)范斯來克法定量測定氨基酸的基本反應(yīng)。NH2R-CH-COOH + HNO2 OHR-CH-COOH + N2 + H2O（5 5）脫氨基和轉(zhuǎn)氨基反應(yīng)）脫氨基和轉(zhuǎn)氨基反應(yīng)用途用途：酶催化的反應(yīng)。酶催化的反應(yīng)。RCHCOO-NH3+RCHCOO-O+NH4+CHCOO-NH3+CH2CH2COO-+CH3COCOO-CH3CCOO-NH3+CCOO-CH2CH2COO-O產(chǎn)物：酮酸產(chǎn)物：酮酸 游離氨游離氨 氨基酸與堿作用生成相應(yīng)的鹽。氨氨基酸與堿作

14、用生成相應(yīng)的鹽。氨基酸的堿金屬鹽能溶于水基酸的堿金屬鹽能溶于水, ,而重金屬鹽而重金屬鹽則不溶于水則不溶于水。（1 1）成鹽反應(yīng)）成鹽反應(yīng)1 1（2 2）形成酯的反應(yīng)）形成酯的反應(yīng)用途用途：是合成氨基酸?；苌锏闹匾虚g體是合成氨基酸酰基衍生物的重要中間體。R2OH+RCHCOO-NH3+ H2ORCHCOOR2NH2.HCl（3 3）脫羧基）脫羧基3側(cè)鏈基團(tuán)的化學(xué)性質(zhì)側(cè)鏈基團(tuán)的化學(xué)性質(zhì)(1) (1) 巰基（巰基（-SH-SH）的性質(zhì)）的性質(zhì)硫原子發(fā)生親和取代反應(yīng)硫原子發(fā)生親和取代反應(yīng)-OOCCHCH2SHNH3+CH2OCClO-OOCCHCH2SNH3+OCCH2OCH2ClCH2-OO

15、CCHCH2SNH3+ICH2CNH2OCH2CNH2O-OOCCHCH2SNH3+作用：作用：與金屬離子的螯合性質(zhì)可用于體內(nèi)解毒與金屬離子的螯合性質(zhì)可用于體內(nèi)解毒。-OOCCHCH2SHNH3+COO-HO-Hg+-OOCCHCH2SNH3+Hg+COO-作用：作用：氧化還原反應(yīng)可使蛋白質(zhì)分子中二硫鍵形成或端裂氧化還原反應(yīng)可使蛋白質(zhì)分子中二硫鍵形成或端裂。-OOCCHCH2SHNH3+-OOCCHCH2SHNH3+-OOCCHNH3+CH2SSCH2NH3+CH-OOC胱氨酸胱氨酸作用：作用：可用于可用于比色法定量測定半胱氨酸的含量。H3NCHCH2S-COO-+SSNO2NO2CO2HCO

16、2H+COO-H3NCHCH2SCO2HNO2-S-NO2COO-HS-+硝基苯甲酸二硫化合物硝基苯甲酸二硫化合物(DTNB(DTNB)（2）羥基的性質(zhì)羥基的性質(zhì)作用：可用于修飾蛋白質(zhì)。作用：可用于修飾蛋白質(zhì)。-OOCCHCH2OHNH3+FPOCH(CH3)2OOCH(CH3)2+-OOCCHCH2ONH3+POCH(CH3)2OOCH(CH3)2二異丙基氟磷酸二異丙基氟磷酸酯酯（3）咪唑基的性質(zhì)咪唑基的性質(zhì)組氨酸含有咪唑基，它的組氨酸含有咪唑基，它的p pK K2 2值為值為6.06.0，在生理條件下具有緩沖作用。在生理條件下具有緩沖作用。組氨酸中的咪唑基能夠發(fā)生多種化學(xué)反組氨酸中的咪唑基

17、能夠發(fā)生多種化學(xué)反應(yīng)?？梢耘c應(yīng)?？梢耘cATPATP發(fā)生磷?；磻?yīng)，形成磷發(fā)生磷?；磻?yīng)，形成磷酸組氨酸，從而使酶活化。酸組氨酸，從而使酶活化。組氨酸的咪唑基也能發(fā)生烷基化反應(yīng)。組氨酸的咪唑基也能發(fā)生烷基化反應(yīng)。生成烷基咪唑衍生物，并引起酶活性的生成烷基咪唑衍生物，并引起酶活性的降低或喪失降低或喪失（4 4）甲硫基的性質(zhì)）甲硫基的性質(zhì)H2NCH(CH2)SCH3COO-+ CH3I弱堿H2NCH(CH2)SCH3COO-CH32.4 氨基酸的合成與應(yīng)用 v目前氨基酸的合成方法有目前氨基酸的合成方法有5種：種：v（1）直接發(fā)酵法；）直接發(fā)酵法；v（2）添加前體發(fā)酵法；）添加前體發(fā)酵法；v（3）酶法

18、；）酶法；v（4）化學(xué)合成法化學(xué)合成法；v（5）蛋白質(zhì)水解提取法。）蛋白質(zhì)水解提取法。v通常將直接發(fā)酵法和添加前體發(fā)酵法統(tǒng)稱通常將直接發(fā)酵法和添加前體發(fā)酵法統(tǒng)稱為發(fā)酵法。為發(fā)酵法。 1、- 鹵代酸的氨化鹵代酸的氨化此法有副產(chǎn)物仲胺此法有副產(chǎn)物仲胺和叔胺生成，不易純化和叔胺生成，不易純化 RCHCOOH + NH3XRCHCOOH + HXNH2常用蓋伯瑞爾法代替常用蓋伯瑞爾法代替 CNHOOX CHRCOORCNOOCHRCOOR+H3OCOOHCOOHCHRCOOHNH2+ROH+2由丙二酸酯法合成由丙二酸酯法合成 CH2COOC2H5COOC2H5Br2CCl4CHCOOC2H5COOC2

19、H5BrCNKCOOCNCOOCHCOOC2H5COOC2H5C2H5ONaPhCH2Br(1)(2)CNCOOCCOOC2H5COOC2H5CH2PhH3OCO2(1)(2)CNCOOCHCH2PhCOOHNH2NH2CCOOCHCH2PhCOOHNH2NHNH+ 3、斯瑞克（、斯瑞克（Strecker）法）法 醛在氨存在下加氫氰酸生成醛在氨存在下加氫氰酸生成-氨基腈，后氨基腈，后者水解生成者水解生成-氨基酸氨基酸 例如例如C6H5CH2CHONH3, HCNC6H5CH2CHCNNaOH, H2OH3O(1)(2)NH2C6H5CH2CHCO2NH3苯丙氨酸74%應(yīng)用應(yīng)用1 1、醫(yī)藥工業(yè)、

20、醫(yī)藥工業(yè)v（1 1）氨基酸輸液）氨基酸輸液v（2 2）必需氨基酸：蘇氨酸、纈氨酸、亮氨酸、）必需氨基酸：蘇氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、賴氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋異亮氨酸、賴氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸氨酸v（3 3）半必需氨基酸：精氨酸、組氨酸是幼兒）半必需氨基酸：精氨酸、組氨酸是幼兒所必需的。所必需的。治療藥劑治療藥劑v（1 1）精氨酸：對治療高氨血癥、肝機(jī)能）精氨酸：對治療高氨血癥、肝機(jī)能障礙等疾病頗有效果；障礙等疾病頗有效果；v（2 2）天冬氨酸：鉀鎂鹽可用于恢復(fù)疲勞；）天冬氨酸：鉀鎂鹽可用于恢復(fù)疲勞；治療低鉀癥心臟病、肝病、糖尿病等。治療低鉀癥心臟病、肝病、糖尿病等。v（3 3

21、）半胱氨酸：能促進(jìn)毛發(fā)的生長，可）半胱氨酸：能促進(jìn)毛發(fā)的生長，可用于治療禿發(fā)癥；甲酯鹽酸鹽可用于治療用于治療禿發(fā)癥；甲酯鹽酸鹽可用于治療支氣管炎等；支氣管炎等；v（4 4）組氨酸：可擴(kuò)張血管，降低血壓，）組氨酸：可擴(kuò)張血管，降低血壓，用于心絞痛，心功能不全等疾病的治療。用于心絞痛，心功能不全等疾病的治療。2 2、化學(xué)工業(yè)、化學(xué)工業(yè)v（1 1）維生素）維生素B B6 6: :可采用丙氨酸或天冬氨酸為原料合成?？刹捎帽彼峄蛱於彼釣樵虾铣?。v（2 2）葉酸：需要用谷氨酸為原料合成。）葉酸：需要用谷氨酸為原料合成。v（3 3）氨基酸表面活性劑：?；劝彼徕c、十六烷基）氨基酸表面活性劑：酰基谷氨酸鈉、十六烷基-L-L-賴氨酰賴氨酰-L-L-賴氨酸甲酯二鹽酸、月桂酰賴氨酸甲酯二鹽酸、月桂酰-L-L-精氨酸精氨酸乙酯鹽酸等具有較強(qiáng)的抗菌殺菌活性，且無刺激性。乙酯鹽酸等具有較強(qiáng)的抗菌殺菌活性，且無刺激性。v（4 4）聚合氨基酸：聚谷氨酸甲酯可用于作為合成皮）聚合氨基酸：聚谷氨酸甲酯可用于作為合成皮革的表面處理劑；聚天冬氨酸或聚谷氨酸的二烷基革的表面處理劑；聚天冬氨酸或聚谷氨酸的二烷基酯與磷酸高級烷基酯結(jié)合得到化合物可作為可塑劑，酯與磷酸高級烷基酯結(jié)合得到化合物可作為