關(guān)于氨基酸螯合物的幾個問題

1、天 科 創(chuàng) 新 成 就 非 凡廣州天科科技有限公司GUANGZHOU TANKE INDUSTRY CO.,LTD有機微量元素（關(guān)于微量元素氨基酸螯合物的幾個問題） 滕 冰 提綱1.“螯合率”問題2.鑒定方法3.關(guān)于摩爾比和配位體4.關(guān)于溶解度5.舉例（氨基酸螯合物和血紅素合成調(diào)控）CH MCHNH2NH2O=CC=O O ORR0 MCHNH2O=C OR+微量元素氨基酸螯合物內(nèi)絡(luò)鹽(II) mol 比 AA: M = 2 : 1微量元素氨基酸螯合物絡(luò)陽離子 mol 比 AA: M = 1 : 1 HSO4R=H 甘AA (CH2)2-NH2 賴AA(CH2)2-S-CH3 蛋AACH3 丙

2、AA (CH2)2-COOH 谷AAM = 金屬微量元素離子R = 螯環(huán)外基團 = 配位鍵=離子鍵微量元素氨基酸螯合物結(jié)構(gòu)一般描述在螯合物的實際應(yīng)用中，人們經(jīng)常把“螯合率”看作一種反應(yīng)得率。事實上，“螯合率”概念的提出是不正確的，（絡(luò)合物化學(xué)中沒有“螯合率”概念）因為在不考慮螯合物穩(wěn)定程度的情況下，配位體螯合金屬離子的反應(yīng)很容易發(fā)生，只要是混合配位體和金屬離子的溶液就可以實現(xiàn)螯合。但是，衡量螯合是否很“徹底”，則應(yīng)以螯合物的穩(wěn)定常數(shù)來表示。1.關(guān)于螯合率螯合物穩(wěn)定常數(shù)的是有條件的，也稱為條件穩(wěn)定常數(shù)。例如，一個螯合物在中性pH時穩(wěn)定常數(shù)很大，但在酸性和堿性受到了H和OH-濃度的影響，會解離成了

3、配位體和金屬離子或生成了羥合絡(luò)離子和配位體。絡(luò)合物化學(xué)中研究穩(wěn)定常數(shù)測定的方法很多，基本上都是研究絡(luò)合逐級配位過程中的金屬離子、配位體濃度變化，再計算出穩(wěn)定常數(shù)。而不是將產(chǎn)物逐級分解，研究分解過程的各個組分的濃度變化。人們往往出于經(jīng)濟觀點認為氨基酸比微量元素價格高，在螯合物產(chǎn)品中如有過剩的金屬離子則有“抽條”之嫌。事實上氨基酸和微量元素任何一者過量許多都是不合理的，而且生產(chǎn)廠家做到氨基酸稍稍過量是完全可以的，不存在成本問題。螯合物的穩(wěn)定常數(shù)是螯合物的理化常數(shù)，測定方法不同其常數(shù)將有所不同，但是決不以人的意志為轉(zhuǎn)移。2甘氨酸Fe2+ 甘氨酸螯合鐵內(nèi)絡(luò)鹽分子式如下：例如（以甘氨酸螯合鐵為例）： O

4、OH2CC NH2C CH2ONH2OFeFe2+ + 2 CH2(NH2)COOH=CH2(NH2)COOH有兩個配位原子即 COOH上 羥基氧和 NH2上氮原子， Fe2+的配位數(shù)一般為4、6，甘氨酸螯合鐵中鐵有可配位的空電子軌道，一般認為此時空軌道是與H2O配位（如下圖）。由于螯合反應(yīng)是分步進行的，故習(xí)慣上把未知具體配位情況的鐵-氨基酸螯合物的結(jié)構(gòu)描述為 即： Gly+FeSO4 Gly-Fe SO42+2-實際上這種產(chǎn)品多半是以甘氨酸：鐵的摩爾比1：1，由于未移去質(zhì)子氫，具有可溶性。但這只是一種化學(xué)反應(yīng)中的一種過渡形態(tài)，在溶液環(huán)境中Fe2+與配位體甘氨酸的摩爾比會由1：1 自發(fā)反應(yīng)到2

5、：1或3：1的穩(wěn)定狀態(tài)，此時，部分鐵解離出來以離子形態(tài)存在，這過程是符合配位化學(xué)的原理，而不是以人們的想象而定義。穩(wěn)定常數(shù)和不穩(wěn)定常數(shù)仍以Fe2+ 和CH2(NH2)COOH的絡(luò)合反應(yīng)為例2+ Fe(CH2(NH2)COOH)3 Fe2+3CH2(NH2)COOHFe2+ CH2(NH2)COOH3Fe(CH2(NH2)COOH)32+相應(yīng)于這個化學(xué)反應(yīng)平衡和分步不穩(wěn)定常數(shù)，平衡常數(shù)有“活度平衡常數(shù)和濃度平衡常數(shù)”即在一定溫度下只有離子強度（）恒定的條件下，濃度平衡常數(shù)才是常數(shù)。KFe(CH2(NH2)COOH)32+Fe2+ CH2(NH2)COOH3Fe(CH2(NH2)COOH)32+

6、Fe2+ + 3CH2(NH2)COOHFe2+和CH2(NH2)COOH3分別表示平衡時的Fe2+和CH2(NH2)COOH的摩爾濃度，常數(shù)K稱為絡(luò)離子的離解常數(shù)，數(shù)值越大越不穩(wěn)定，這個常數(shù)稱為絡(luò)離子的不穩(wěn)定常數(shù),即K不穩(wěn)，絡(luò)離子可在水中解離如Fe(CH2(NH2)COOH)32+的解離可分三步，分別有K1、K2、K3、3個不穩(wěn)定常數(shù)，其乘積K不穩(wěn)例如在水中相應(yīng)的平衡常數(shù)為K穩(wěn)Fe(CH2(NH2)COOH)2+Fe2+ CH2(NH2)COOHFe2+CH2(NH2)COOH Fe(CH2(NH2)COOH)2+ 即生成配合物時也有相應(yīng)的穩(wěn)定常數(shù)K1、K2、K3其乘積K穩(wěn)，若以Fe2+表示

7、金屬離子，CH2(NH2)COOH 表示配位體，在溶液中的分步絡(luò)合反應(yīng)和相應(yīng)的分步穩(wěn)定常數(shù)表述如下：K1Fe(CH2(NH2)COOH)2+ CH2(NH2)COOH Fe(CH2(NH2)COOH)22+ Fe(CH2(NH2)COOH)32+CH2(NH2)COOH Fe(CH2(NH2)COOH)22+Fe(CH2(NH2)COOH)22+ CH2(NH2)COOH Fe(CH2(NH2)COOH)32+Fe(CH2(NH2)COOH)22+CH2(NH2)COOH Fe(CH2(NH2)COOH)2+K2K3即1K1， 2K1K2 =K1K2K3 由上述可知，人們?nèi)菀装选胺磻?yīng)得率”認作

8、“螯合率”，并把螯合率作為質(zhì)量象征.事實上在進行螯合反應(yīng)時只要提高配位體(如氨基酸)的用量可實現(xiàn)完全的螯合。需要說明的是由于螯合工藝的不同，產(chǎn)物的理化性質(zhì)也不同，主要表現(xiàn)在溶解度不同、結(jié)晶形態(tài)不同及產(chǎn)品穩(wěn)定性的不同。 在自然界中（如在飼料中），在動物消化道中微量金屬元素離子與氨基酸類物質(zhì)形成1：1（M/M）的螯合物是很普通的事，也由于1：1（M/M）的不穩(wěn)定螯合物（H+和強配位體的影響）金屬離子可以與其他非氨基酸配合物（如植酸、草酸、磷酸）形成穩(wěn)定而“無效” 的螯合物不容易被動物吸收利用。2關(guān)于穩(wěn)定常數(shù)(表1) 從表1的數(shù)據(jù)可以看到微量元素氨基酸螯合物的穩(wěn)定常數(shù)（LogK1 或LogK1.K2

9、 ）都在1036或10310，而有機酸的穩(wěn)定常數(shù)102，EDTA的穩(wěn)定常數(shù)（ LogK1 ）都1013，螯合物的穩(wěn)定常數(shù)過低和過高都會影響動物的吸收和利用，同時我們也看到同一種氨基酸（配位體）與不同金屬元素形成的螯合物穩(wěn)定常數(shù)亦有差別；金屬元素與氨基酸的摩爾比（MM2）時穩(wěn)定常數(shù)增大很多。 我們和客戶都可以從價格和穩(wěn)定性兩方面來選用，這一點既適用于單體的螯合物產(chǎn)品也適應(yīng)與各種有機礦精。動物實驗表明:螯合物(內(nèi)絡(luò)鹽和某些絡(luò)陽離子)在單胃動物胃中的不溶性,有利于螯合物保持穩(wěn)定性,然而在胃中不易溶解的螯合物可在小腸中溶解吸收。常見過渡元素與氨基酸的螯合物的穩(wěn)定常數(shù)一般在11048,螯合物的產(chǎn)品質(zhì)量可

10、以根據(jù)標準所規(guī)定的定性和定量指標來衡量。氨基酸螯合物的定性方法的原理就是根據(jù)螯合物的穩(wěn)定常數(shù)與顯色試劑顯色原理來區(qū)分金屬離子或金屬離子與氨基酸的混合物。2.鑒定方法a. 客戶往往很關(guān)心你的產(chǎn)品是不是螯合物?（混合物）b.用簡單的化學(xué)、鑒定和定性，(顏色反應(yīng)、顯微鏡鏡檢)結(jié)合定量鑒定分析來鑒別c.理化分析方法（紅外光譜、示差測熱、X射線衍射）蛋氨酸的紅外光譜-NH3+-COOH-COOH蛋氨酸螯合鋅的紅外光譜-COO-NH2煙酸的紅外光譜煙酸螯合鉻的紅外光譜舉例:例1蛋氨酸鉻與無機鉻、無機鉻蛋氨酸用甲醇提取后觀察提取液顏色，蛋氨酸鉻為紅紫色，無機鉻和無機鉻蛋氨酸為深綠色（Cr3的顏色）例2甘氨酸

11、鐵與硫酸亞鐵、硫酸亞鐵甘氨酸在鏡檢時可以觀察到各個化合物結(jié)晶的不同，用甲醇提取上述樣品，可以觀察到不同的顏色反應(yīng)（見表2） 表2鄰菲羅啉試劑溴酚藍試劑吡啶試劑KOH試劑1:1Gly-Fe提取液橙紅藍紫色藍色天藍渾濁2:1Gly-Fe提取液淺粉橙紅淺棕黃色藍色天藍渾濁FeSO4提取液橙紅沉淀橙色，沉淀藍紫色、酒紅沉淀灰綠渾濁FeSO4 +Gly提取液橙紅沉淀橙色，沉淀藍紫色、酒紅沉淀灰綠渾濁空白（甲醇）0.1ml無色透明黃綠色藍色天藍渾濁3.關(guān)于摩爾比和配位體3.1摩爾比(1:1)的螯合物產(chǎn)品在國外普遍應(yīng)用(溶解度、價格、工藝方式)3.2在溶液中進行螯合反應(yīng)時控制摩爾比的辦法:物料的摩爾比、物理

12、條件、結(jié)晶方法3.3不同的配位體、不同的摩爾比、配位的方式?jīng)Q定了其穩(wěn)定常數(shù)、溶解度，在生物體系中上述問題也發(fā)生（但應(yīng)區(qū)別于“蛋白鹽”）3.4摩爾比高的螯合物相對于低的穩(wěn)定,對于飼料和生物體如何衡量穩(wěn)定和效果的關(guān)系，可通過動物試驗、生物學(xué)效價研究和生產(chǎn)實踐來評價4. 有關(guān)溶解度的問題4.1動物利用微量元素的基本過程:口服溶解吸收代謝沉積4.2由于用量較低，在飼料中、水體中、動物消化道中螯合物受到溶劑、pH、配位場的影響，相對而言溶解度都是較大的4.3溶解度與穩(wěn)定度有互相影響在生物體中配位體的含量絕對大于微量元素，微量元素在發(fā)揮生物化學(xué)作用的過程中是不斷地與各種配位體絡(luò)合，其交換的過程也決定了絡(luò)合

13、物的體內(nèi)運轉(zhuǎn)、利用的效率。摩爾比高的螯合物相對于低的穩(wěn)定,這只是化學(xué)穩(wěn)定性，在飼料的生產(chǎn)過程其性質(zhì)有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量，在生物體內(nèi)如何衡量穩(wěn)定和效果的關(guān)系，可通過動物試驗、生物學(xué)效價研究和生產(chǎn)實踐來評價。制備和應(yīng)用螯合物時選擇配位體的原則不外乎以下幾點：（以氨基酸為例）配位體的化學(xué)性質(zhì)（分子量、溶解度、等電點）營養(yǎng)學(xué)意義和價值（必需氨基酸、氨基酸的保護）經(jīng)濟指標（成本、價格、）5.舉例（氨基酸螯合物和血紅素合成調(diào)控）血紅素在高等動物生命科學(xué)中扮演著極其重要的角色（氧的利用、電子傳遞）血紅素的合成是可以調(diào)控的（ALA合成酶、EPO）在人類，運動員是否有發(fā)展?jié)摿ζ溲t素的合成能力是一個考核的指標，在

14、國際的重大競技體育競賽規(guī)則中已經(jīng)禁止使用基因工程生產(chǎn)的EPO 血紅蛋白的合成與調(diào)節(jié)組成：珠蛋白 : 22血紅素 :（Mb、細胞色素、過氧化物酶的輔基）血紅素的主要:合成部位 骨髓的幼紅細胞和網(wǎng)織紅細胞血紅素是含鐵的卟啉化合物，卟啉由四個吡咯環(huán)組成，鐵原子位于卟啉環(huán)的中央.血紅素的結(jié)構(gòu)血紅素的合成1.合成的過程 原料:琥珀酰輔酶A 甘氨酸 Fe2+(1) -氨基-酮戊酸(ALA)的生成(線粒體內(nèi))限速酶血紅素合成的特點合成的部位:主要是骨髓和肝臟原料:琥珀酰輔酶A,甘氨酸,Fe+等小分子, 中間產(chǎn)物的轉(zhuǎn)變主要是吡咯環(huán)側(cè)鏈的脫羧和脫氫反應(yīng)過程:線粒體、胞液2.合成的調(diào)節(jié)ALA合酶:限速酶 受血紅素的別構(gòu)抑制調(diào)節(jié) 血紅素阻抑ALA合酶的合成反饋抑制ALA脫水酶與亞鐵螯合酶:對重金屬的抑制非常敏感 鉛中毒貧血 我們從上述的過程可以看出：AL