大专生物化学课件-氨基酸的性质和制备.ppt

项目一 氨基酸,生物化学实用技术 章宇宁,在同一个碳原子上连接有氨基和羧基的有机物 结构通式：,问题一：氨基酸是什么？,作业一：写出氨基酸的结构通式,共同点：除脯氨酸外，均为-氨基酸，即同一碳原子上有羧基、氨基与氢。 不同点：侧链R基团不同。 例外：脯氨酸：严格来说是亚氨基酸,问题一：氨基酸是什么？,各种生物体中出现的氨基酸约有180种 符合通式的、人工合成的氨基酸更多 直接参与组成蛋白质的天然氨基酸只有20种，称为蛋白质氨基酸，又称为基本氨基酸或编码氨基酸 由20种基本氨基酸经过修饰得到的氨基酸称为非编码蛋白质氨基酸，又称为修饰氨基酸或稀有氨基酸,问题二：氨基酸的分类？,问题二：氨基酸的分类？,20种氨基酸的发现年代表,天冬酰氨 1806 Vauquelin 天冬门芽 甘氨酸 1820 Braconnot 明胶 亮氨酸 1820 Braconnot 羊毛、肌肉 酪氨酸 1849 Bopp 奶酪 丝氨酸 1865 Cramer 蚕丝 谷氨酸 1866 Ritthausen 面筋 天冬氨酸 1868 Ritthausen 蚕豆 苯丙氨酸 1881 Schultze 羽扇豆芽 丙氨酸 1881 Weyl 丝心蛋白 赖氨酸 1889 Drechsel 珊瑚 精氨酸 1895 Hedin 牛角 组氨酸 1896 Kossel,Hedin 奶酪 胱氨酸 1899 Morner 牛角 缬氨酸 1901 Fischer 奶酪 脯氨酸 1901 Fischer 奶酪 色氨酸 1901 Hopkins 奶酪 异亮氨酸 1904 Erhlich 纤维蛋白 甲硫氨酸 1922 Mueller 奶酪 苏氨酸 1935 McCoy et al 奶酪,基本氨基酸的分类方法一： 按侧链结构分类 脂肪族氨基酸(15种) 芳香族氨基酸(3种) 杂环氨基酸(2种),问题二：氨基酸的分类？,芳香族氨基酸(3种),杂环氨基酸（2种）,基本氨基酸的分类方法二： 按侧链R基团极性分类 非极性(疏水)氨基酸(9种) 极性不带电荷氨基酸(6种) 极性带正电荷氨基酸(碱性氨基酸)(3种) 极性带负电荷氨基酸(酸性氨基酸)(2种),问题二：氨基酸的分类？,非极性(疏水)氨基酸（9种）,极性不带电荷氨基酸 (6种),极性带正电荷氨基酸（3种）,极性带负电荷氨基酸（2种）,问题二：氨基酸的分类？,基本氨基酸的分类方法三： 按人体能否合成分类 必需氨基酸：机体不能自身合成，必须由食物供给的氨基酸 人体必需氨基酸有八种： Met Trp Lys Val Ile Leu Phe Thr “假 设 来 借 一 两 本 书”,作业二：必需氨基酸的定义是什么？八种必需氨基酸的名字分别是什么？,基本氨基酸的分类方法三： 按人体能否合成分类 半必需氨基酸： 人体可合成，但合成量不足，如精氨酸及组氨酸。 非必需氨基酸： 可自身合成且能满足需要的氨基酸（10种）,问题二：氨基酸的分类？,修饰氨基酸： 由基本氨基酸经酶催化，通过化学修饰转化而来,问题二：氨基酸的分类？,非蛋白质氨基酸： 某些氨基酸的中间代谢产物，具有一定的生理功能,问题二：氨基酸的分类？,中文名称：牛磺酸 英文名称Taurine 学名：2-氨基乙磺酸 牛磺酸颗粒 分子式(Formula)：NH2CH2CH2SO3H 分子量(Molecular Weight)： 125.15 牛磺酸（Taurine）又称2-氨基乙磺酸，最早由牛黄中分离出来，故得名。纯品为无色或白色斜状晶体，无臭，化学性质稳定，溶于乙醚等有机溶剂，是一种含硫的非蛋白氨基酸，在体内以游离状态存在，不参与体内蛋白的生物合成。 牛磺酸虽然不参与蛋白质合成，但它却与胱氨酸、半胱氨酸的代谢密切相关。人体合成牛磺酸的半胱氨酸亚硫酸羧酶（CSAD）活性较低，主要依靠摄取食物中的牛磺酸来满足机体需要。,氨基酸的衍生物,物理性质 吸收光谱性质 两性解离性质与等电点 化学反应,问题三：氨基酸的性质？,物理性质 -氨基酸为无色晶体，熔点较高。不同氨基酸结晶形态不同。 一般情况下，大多数氨基酸溶解于水而不溶于有机溶剂(除半胱氨酸和酪氨酸外，其他氨基酸一般均能溶于水、稀酸、稀碱；除脯氨酸外，其他氨基酸一般均不能溶于有机溶剂)。,问题三：氨基酸的性质？,紫外吸收光谱性质 构成蛋白质的20种氨基酸在可见光区都没有光吸收，但在远紫外区(220nm)均有光吸收。 在近紫外区(220-300nm)只有酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸有吸收光的能力,问题三：氨基酸的性质？,紫外吸收 光谱性质,问题三：氨基酸的性质？,两性解离性质及等电点,问题三：氨基酸的性质？,两性解离性质及等电点 氨基酸的等电点(pI)：氨基酸的净电荷为零时所处溶液的pH值。 意义：氨基酸处于等电点时，其溶解度最小，最易沉淀。此性质常用于分离制备特定的氨基酸。,问题三：氨基酸的性质？,作业三：“氨基酸的等电点”的定义是什么？写出氨基酸两性电离的通式。,两性解离性质及等电点 补充：pI的计算 pK值（解离常数）： 指某种解离基团有一半 被解离时的pH值 pI=(pK1+pK2)/2,问题三：氨基酸的性质？,化学反应1：与茚三酮的显色反应 -氨基酸与水合茚三酮溶液共热，引起氨基酸氧化脱氨、脱羧，水合茚三酮与反应产物（氨、还原型茚三酮）生成蓝紫色产物（脯氨酸Pro和羟脯氨酸Hyp呈黄色） 反应受溶液pH值影响。产物色深与溶液中氨基浓度成正比。 该反应可用于定性和定量检测氨基酸,问题三：氨基酸的性质？,化学反应1：与茚三酮的显色反应,问题三：氨基酸的性质？,化学反应2：与甲醛反应 反应： 氨基酸与甲醛反应生成羟甲基、二羟甲基氨基酸，同时释放H+。,问题三：氨基酸的性质？,化学反应2：与甲醛反应 应用：可促进氨基酸两性离子中-NH3+解离，从而使滴定终点pH值下降23个单位。使用此法后，可以用NaOH滴定氨基酸中的羧基氢离子，以测定氨基酸的浓度。 此方法被称为“甲醛滴定法”,问题三：氨基酸的性质？,是构成生物体蛋白质的基本单位 直接参与生物体内的新陈代谢和其他生理活动 人工合成激素、肽、氨基酸衍生物等的重要原料,问题四：氨基酸的作用？,定性鉴别溶液中是否含有氨基酸/样品是不是氨基酸 茚三酮显色法,问题五：氨基酸的鉴别？,定性鉴别溶液中是否含有某种氨基酸/样品是不是某种氨基酸 薄层色谱法 结晶法 需要已知样品作为对照,问题五：氨基酸的鉴别？,定性鉴别溶液中是否含有某种氨基酸/样品是不是某种氨基酸 利用某些氨基酸的特殊反应、特殊性质，如： 脯氨酸，羟脯氨酸与茚三酮反应呈黄色 酪氨酸，色氨酸，苯丙氨酸在280nm左右有光吸收 其他化学反应,问题五：氨基酸的鉴别？,米伦反应：酪氨酸与米伦试剂（硝酸汞溶于含有少量亚硝酸的硝酸中）反应即生成白色沉淀，加热后变成红色。含有酪氨酸的蛋白质也有此反应； 坂口反应：在碱性溶液中，胍基与含有萘酚及次溴酸盐的试剂反应，生成红色物质。这是对于精氨酸专一性较强、灵敏度较高的一个反应； Pauly反应：组氨酸的咪唑基在碱性条件下，可与重氮化的对氨基苯磺酸偶联产生红色物质。酪氨酸也有此反应； 醛类反应：在硫酸存在下，色氨酸与对二甲氨基苯甲醛反应产生紫红色化合物，此反应用于鉴定色氨酸； 铅黑反应：胱氨酸和半胱氨酸被强碱破坏后，能放出硫化氢，与醋酸铅反应生成黑色的硫化铅沉淀。,氨基酸特殊基团的反应,测定溶液中氨基酸浓度： 茚三酮显色分光法 甲醛滴定法 高效液相色谱 氨基酸自动分析仪,问题六：氨基酸含量的测定？,问题七：如何分离氨基酸？,沉淀分离法 溶解度法 等电点法 特殊试剂沉淀法 有机溶剂沉淀法 吸附法 活性炭法 离子交换树脂法,膜分离法 萃取法 结晶法 电泳法,沉淀分离法,（1）溶解度法 ：依据不同氨基酸在水中或其他溶剂中的溶解度差异而进行分离的方法。 胱氨酸/酪氨酸，酪氨酸易溶于热水。 （2）等电点法：根据氨基酸的等电点不同，在等电点时，氨基酸分子的净电荷为零，有利于氨基酸分子的彼此吸引而形成结晶体沉淀下来。 通过调节溶液的pH值，可以分离等电点差异较大的氨基酸,沉淀分离法,（3）有机溶剂法：是利用某种有机溶剂使需要提取的物质在溶液中的溶解度降低而形成沉淀。,沉淀分离法,（4）特殊试剂沉淀法 ：采用某些有机或无机试剂与相应氨基酸形成不溶性衍生物的分离方法。 精氨酸与苯甲醛生成沉淀，盐酸去除苯甲醛 是最早应用于混合氨基酸分离的方法之一。某些氨基酸可以与一些有机化合物或无机化合物结合，形成结晶性衍生物沉淀，达到与其它氨基酸分离的目的，但是，特殊沉淀法的沉淀剂回收困难，排放废液中参杂有沉淀剂，加重了污染，残留在氨基酸产品中的沉淀剂还会影响纯度。,精氨酸与苯甲醛在碱性和低温条件下, 可缩合成溶解度很小的苯亚甲基精氨酸, 将沉淀用盐酸水解除去苯甲醛,即可得精氨酸 盐酸盐； 亮氨酸与邻- 二甲苯- 4 - 磺酸反应, 生成亮氨酸的磺酸盐,后者与氨水反应, 得到亮氨酸。 组氨酸与氯化汞作用,生成组氨酸汞盐的沉淀, 再经硫化氢的处理就可得组氨酸,亮氨酸与邻- 二甲苯- 4 - 磺酸反应,生成亮氨酸的磺酸盐,后者与氨水反应,得到亮氨酸。,沉淀法具有简单、方便、经济和浓缩倍数高的优点，广泛应用于氨基酸工业提取中。 目前较成熟的工艺有:苯甲醛缩合提取精氨酸;邻-二甲苯-4-磺酸沉淀提取亮氨酸;氯化汞沉淀提取组氨酸;从生产半胱氨酸的废母液中回收胱氨酸;此外目前国内味精厂也都采用等电点沉淀法提取谷氨酸。,吸附法,（3）活性炭法 ：利用吸附剂（活性炭）对不同氨基酸吸附力的差异进行分离的方法。 活性炭吸附苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸 （4）离子交换法：利用离子交换剂对不同氨基酸吸附能力的差异进行分离的方法。,利用离子交换树脂对不同的氨基酸吸附能力的差异对氨基酸合物进行分组或实现单一成分的分离。离子交换法是氨基酸工业中应用最广泛的分离与纯化方法之一。,吸附法-离子交换法,吸附法-离子交换法,氨基酸是一种两性电解质，在酸溶液中，氨基酸以阳离子状态存在，因而能被阳离子交换树脂交换吸附;在碱性溶液中，氨基酸能以阴离子的状态存在，因而能被阴离子交换树脂吸附。根据氨基酸分子中既有氨基又有羧基的两性电离特性，分子中侧链基团(R)的性质和等电点的范围，调节氨基酸混合液的PH值，选择恰当的离子交换树脂，配合相应的交换基团，可以从混合氨基酸中分离出酸性、碱性和中性氨基酸。,缺点：只有当欲被分离的混合氨基酸之间的等电点相差较大时才能较好地分开 氨基酸离子在树脂中的扩散速度较慢，因此一方面要求料液的流速较低。另一方面对于氨基酸浓度较高的料液在上离子交换柱前还要进行稀释，这就必然导致所需的设备太大; 此外，离子交换法由于本身的生产原理决定了生产过程难以连续化。 正是这些缺点，离子交换法用于混合氨基酸的分离并没有在大规模的生产中推广。,膜过滤法可以实现混合溶液的分离是因为在膜和溶液的界面处存在以下机理: 亲水性等原因所引起的选择性透过; 筛分效应- 待分离物质分子的直径大于膜孔的直径,将被截留,反之则透过; 电荷效应(Donnan 效应) - 若膜表面带与待分离物质同种电荷,则会产生静电排斥作用,反之则会产生吸引作用。,膜分离法,膜分离法,国外膜分离工艺已应用于乳制品工业。采用反渗透浓缩乳清，使用超滤法从乳清中制备浓缩蛋白质，使用微米膜分离乳清中的蛋白质，去除脱脂乳中的细菌，使用纳滤膜去除乳清中的矿物质。近些年，又开始研究膜过滤分离蛋白质、肽和氨基酸的可行性。在人体的新陈代谢过程中存在大量生物膜渗透现象。研究氨基酸的膜分离不仅可以找出有效的生物分离技术，而且有助于加深对这些新陈代谢过程的了解。,氨基酸不溶于普通有机溶剂,因此采用通常的溶剂萃取法不能奏效,必须采用反应萃取法,即选择适当的反应萃取剂,其解离出来的离子与氨基酸解离出来的离子发生反应,生成可以溶于有机相的萃取配合物,从而使氨基酸从水相进入有机相。,萃取法,萃取法,近年来,采用溶剂萃取法分离氨基酸的研究报道很多