第二四節(jié)氨基酸的離解性質(zhì)合成及應(yīng)用課件

在溶液中氨基酸有兩種可能存在途徑在溶液中氨基酸有兩種可能存在途徑12、等電點(diǎn)

isoelectricpoint在溶液中，某一特定pH值時(shí)，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(diǎn)。2、等電點(diǎn)

isoelectricpoint在溶液中，某一2α-氨基酸的酸堿性α-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：圖1甘氨酸鹽酸鹽的滴定曲線α-氨基酸的酸堿性甘氨酸鹽酸鹽的滴定曲線圖為：圖1甘氨酸鹽3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(shí)，得到兩個(gè)pKa值：pKa1=2.34，pKa2=9.60。當(dāng)堿開(kāi)始滴加時(shí)，堿從H3N+CH2CO2H中接受一個(gè)H+，由于羧酸RCO2H的pKa值約為5，而鹽酸鹽RNH3+的pKa約為9，因此，堿先從－CO2H接受一個(gè)H+，再?gòu)模璑H3+接受另一個(gè)H+，甘氨酸鹽酸鹽的電離平衡可表示為：甘氨酸鹽酸鹽是一種二元酸，其中－CO2H和－NH3+上4等電點(diǎn)堿量繼續(xù)增加，即從－NH3+上接受H+，到堿為1.5mol時(shí)，[H3N+CH2CO2-]的一半被中和，這時(shí)，[H3N+CH2CO2-]?[H2NCH2CO2-]，pH值正好=pKa2堿量=0.5mol時(shí)，H3N+CH2CO2H的一半被中和，這時(shí)，[H3N+CH2CO2H]?[H3N+CH2CO2-]，pH值正好=pKa1堿達(dá)到2.0摩爾時(shí)，甘氨酸全部轉(zhuǎn)變?yōu)樗墓曹棄A，H2NCH2CO2-堿量為1.0mol時(shí)，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(diǎn)。氨基酸在等電點(diǎn)的溶解度達(dá)到極小值圖1甘氨酸鹽酸鹽的滴定曲線等電點(diǎn)堿量繼續(xù)增加，即從－NH3+上接受H+，到堿為1.5m5在滴定過(guò)程中，堿的量逐漸增加，到0.5摩爾時(shí)，H3N+CH2CO2H的一半被中和，這時(shí)，[H3N+CH2CO2H]?[H3N+CH2CO2-]，溶液的pH值正好等于pKa1；堿的量為1.0摩爾時(shí)，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(diǎn)。氨基酸在等電點(diǎn)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(shí)，[H3N+CH2CO2-]的一半被中和，這時(shí)，[H3N+CH2CO2-]?[H2NCH2CO2-]，溶液的pH值正好等于pKa2；堿達(dá)到2.0摩爾時(shí)，甘氨酸全部轉(zhuǎn)變?yōu)樗墓曹棄A，H2NCH2CO2-。α-氨基酸的溶解度和pK值見(jiàn)表2在滴定過(guò)程中，堿的量逐漸增加，到0.5摩爾時(shí)，H3N+CH26表2α-氨基酸的溶解度和pK值氨基酸溶解度，25℃g/100mLH2OpK1pK2pK3pI甘氨酸，glycine丙氨酸，alanine纈氨酸，valine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，asparticacid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，histidine2516.78.92.44.13.41623.01.13.53.75.0很大0.540.860.04－很大154.22.342.342.322.362.362.281.991.832.832.022.172.212.091.882.192.201.962.182.171.829.609.699.629.609.609.2110.609.139.398.809.139.159.103.654.259.118.188.969.046.009.609.6710.0710.2810.5312.489.175.976.005.965.986.025.746.305.485.895.415.652.773.225.685.605.665.079.7410.767.59表2α-氨基酸的溶解度和pK值氨基酸溶解度，25℃p7R的結(jié)構(gòu)氨基酸名稱縮寫(xiě)pI－H－CH3－CH(CH3)2－CH2CH(CH3)2－CH(CH3)CH2CH3甘氨酸，glycine丙氨酸，alanine纈氨酸，valine亮氨酸，leucine異亮氨酸，isoleucineGlyAlaValLeuIle5.976.005.965.986.02脯氨酸，prolinePro5.74－CH2C6H5苯丙氨酸，phenylalaninePhe

6.30酪氨酸，tyrocine色氨酸，tryptophanTyrTrp5.485.89－CH2OH－CH(OH)CH3－CH2CO2H－CH2CH2CO2H－CH2CONH2－CH2CH2CONH2－CH2SH－CH2CH2SCH3－CH2CH2CH2CH2NH2－CH2CH2CH2NHC(＝NH)NH2絲氨酸，serine蘇氨酸，threonine天冬氨酸，asparticacid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，arginineSerThrAspGluAsnGlnCysMetLysArg5.415.65

2.773.225.685.605.665.079.7410.76組氨酸，histidineHis

7.59R的結(jié)構(gòu)氨基酸名稱縮寫(xiě)pI－H甘氨酸，glycineGly8從表可見(jiàn)：只含有一個(gè)氨基和一個(gè)羧基其pK1和pK2值大致相近，其pH值與(pK1+pK2)/2相近，都略偏酸性。在天冬氨酸和谷氨酸中，還有第二個(gè)羧基，其pK值分別為：在賴氨酸中還有第二個(gè)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。從表可見(jiàn)：只含有一個(gè)氨基和一個(gè)羧基其pK1和pK29（1）烷基化反應(yīng)N很好的親核試劑親核取代反應(yīng)反應(yīng)1．

-氨基參與的反應(yīng)2.3氨基酸化學(xué)反應(yīng)

（1）烷基化反應(yīng)N很好的親核試劑親核取代反應(yīng)反應(yīng)1．-氨基10用途：是鑒定多肽N-端氨基酸的重要方法2，4-二硝基氟苯用途：是鑒定多肽N-端氨基酸的重要方法2，4-二硝基氟苯11生成席夫堿的反應(yīng)用途：是多種酶促反應(yīng)的中間過(guò)程。生成席夫堿的反應(yīng)用途：是多種酶促反應(yīng)的中間過(guò)程。12席夫堿主要是指含有亞胺或甲亞胺特性基團(tuán)（－RC=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成。席夫堿主要是指含有亞胺或甲亞胺特性基團(tuán)（－RC=N－）的一類13（2）?；磻?yīng)用途：用于保護(hù)氨基以及肽鏈的氨基端測(cè)定等。（2）?；磻?yīng)用途：用于保護(hù)氨基以及肽鏈的氨基端測(cè)定等。14多肽合成多肽合成15（3）與甲醛發(fā)生羥甲基化反應(yīng)用途：可以用來(lái)直接測(cè)定氨基酸的濃度。即氨基酸的甲醛滴定（3）與甲醛發(fā)生羥甲基化反應(yīng)用途：可以用來(lái)直接測(cè)定氨基酸的濃16（4）與亞硝酸反應(yīng)用途：范斯來(lái)克法定量測(cè)定氨基酸的基本反應(yīng)。（4）與亞硝酸反應(yīng)用途：范斯來(lái)克法定量測(cè)定氨基酸的基本反應(yīng)。17（5）脫氨基和轉(zhuǎn)氨基反應(yīng)用途：酶催化的反應(yīng)。產(chǎn)物：酮酸游離氨（5）脫氨基和轉(zhuǎn)氨基反應(yīng)用途：酶催化的反應(yīng)。產(chǎn)物：酮酸游離18

氨基酸與堿作用生成相應(yīng)的鹽。氨基酸的堿金屬鹽能溶于水,而重金屬鹽則不溶于水。2．

-羧基參與的反應(yīng)（1）成鹽反應(yīng)氨基酸與堿作用生成相應(yīng)的鹽。氨基酸的堿金屬鹽能溶于191（2）形成酯的反應(yīng)用途：是合成氨基酸酰基衍生物的重要中間體。1（2）形成酯的反應(yīng)用途：是合成氨基酸?；苌锏闹匾虚g體20（3）脫羧基（3）脫羧基213．側(cè)鏈基團(tuán)的化學(xué)性質(zhì)(1)巰基（-SH）的性質(zhì)硫原子發(fā)生親和取代反應(yīng)3．側(cè)鏈基團(tuán)的化學(xué)性質(zhì)(1)巰基（-SH）的性質(zhì)硫原子發(fā)生22作用：與金屬離子的螯合性質(zhì)可用于體內(nèi)解毒。作用：與金屬離子的螯合性質(zhì)可用于體內(nèi)解毒。23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。胱氨酸作用：氧化還原反應(yīng)可使蛋白質(zhì)分子中二硫鍵形成或端裂。胱氨酸24作用：可用于比色法定量測(cè)定半胱氨酸的含量。硝基苯甲酸二硫化合物(DTNB)作用：可用于比色法定量測(cè)定半胱氨酸的含量。硝基苯甲酸二硫化合25（2）羥基的性質(zhì)作用：可用于修飾蛋白質(zhì)。二異丙基氟磷酸酯（2）羥基的性質(zhì)作用：可用于修飾蛋白質(zhì)。二異丙基氟磷酸酯26（3）咪唑基的性質(zhì)組氨酸含有咪唑基，它的pK2值為6.0，在生理?xiàng)l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)反應(yīng)。可以與ATP發(fā)生磷?；磻?yīng)，形成磷酸組氨酸，從而使酶活化。組氨酸的咪唑基也能發(fā)生烷基化反應(yīng)。生成烷基咪唑衍生物，并引起酶活性的降低或喪失（3）咪唑基的性質(zhì)組氨酸含有咪唑基，它的pK2值為6.0，在27（4）甲硫基的性質(zhì)（4）甲硫基的性質(zhì)282.4氨基酸的合成與應(yīng)用

目前氨基酸的合成方法有5種：（1）直接發(fā)酵法；（2）添加前體發(fā)酵法；（3）酶法；（4）化學(xué)合成法；（5）蛋白質(zhì)水解提取法。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。2.4氨基酸的合成與應(yīng)用目前氨基酸的合成方法有5種：29

1、α-鹵代酸的氨化——此法有副產(chǎn)物仲胺和叔胺生成，不易純化

常用蓋伯瑞爾法代替1、α-鹵代酸的氨化——此法有副產(chǎn)物仲胺和叔胺生成，302．由丙二酸酯法合成

2．由丙二酸酯法合成313、斯瑞克（Strecker）法

醛在氨存在下加氫氰酸生成α-氨基腈，后者水解生成α-氨基酸例如3、斯瑞克（Strecker）法醛在氨存在下加32應(yīng)用1、醫(yī)藥工業(yè)（1）氨基酸輸液（2）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、蛋氨酸（3）半必需氨基酸：精氨酸、組氨酸是幼兒所必需的。應(yīng)用1、醫(yī)藥工業(yè)33治療藥劑（1）精氨酸：對(duì)治療高氨血癥、肝機(jī)能障礙等疾病頗有效果；（2）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。（3）半胱氨酸：能促進(jìn)毛發(fā)的生長(zhǎng)，可用于治療禿發(fā)癥；甲酯鹽酸鹽可用于治療支氣管炎等；（4）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