【正文】 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 3. 兩性解離和等電點(diǎn) ? 從結(jié)構(gòu)上看，氨基酸分子中含有 羧基（ COOH)和 氨基（ NH2） ? 從物理化學(xué)性質(zhì)上看，氨基酸具有鹽的某些屬性：白色晶體、熔點(diǎn)很高（ 200℃ 以上分解），不同程度溶于水，水溶液具有較高的介電常數(shù)；不同一般的羧酸和胺； ? 氨基酸在 結(jié)晶形態(tài)或水溶液中 ，并不是以游離的羧基或氨基形式存在； ? 氨基酸以 解離成兩性離子，氨基以質(zhì)子化（ NH3+)形式存在，羧基以離解狀態(tài)（ COO）存在。 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 氨基酸的酸堿性質(zhì) 氨基酸在水溶液中或在晶體狀態(tài)時(shí)主要時(shí)以 兩性離子 的形式存在 。 氨基酸的理化性質(zhì) 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 氨基酸的兼性離子（凈電荷 0） 陽(yáng)離子 （凈電荷 +1） 質(zhì)子受體 陰離子 （凈電荷 1） 質(zhì)子供體 CHNH 2CO O RpH=pI +OH pHpI +H+ +OH +H+ pHpI CHNH 2C O O HRCHNH 3 +C O O RCH COO HRNH 3 +水溶液中形式 氨基酸的理化性質(zhì) 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 氨基酸的理化性質(zhì) 氨基酸的可解離基團(tuán)的 pK值：氨基酸的每一功能基因可被酸堿所滴定，可根據(jù)氨基酸的 滴定曲線 來(lái)推算 pK值。 氨基酸的酸堿性質(zhì)兩個(gè)重要概念 氨基酸的等電點(diǎn) pI 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 ?等電點(diǎn) (isoelectric point, pI) :在某一 pH的溶液中，氨基酸解離成陽(yáng)離子和陰離子的趨勢(shì)及程度相等，成為兼性離子，呈電中性。此時(shí)溶液的 pH值 稱為該氨基酸的 等電點(diǎn) 。 等電點(diǎn)的定義 重要知識(shí)點(diǎn)！ ?在等電點(diǎn)時(shí)，氨基酸既不向正極也不向負(fù)極移動(dòng)，即氨基酸處于兩性離子狀態(tài)； ?氨基酸是兩性電解質(zhì)，其解離程度取決于所處溶液的酸堿度，在不同的 pH條件下，兩性離子的狀態(tài)也隨之發(fā)生變化。 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 ? 由甘氨酸（ Gly）的兩性解離和滴定曲線可以看出，在 ， Gly具有緩沖能力。 pK1和 pK2分別代表 α碳上 COOH和NH3+的解離常數(shù)負(fù)對(duì)數(shù)。 曲線的轉(zhuǎn)折點(diǎn) pK1=， 在此 pH條件下，有一半發(fā)生電離?？梢詫?1mol/甘氨酸溶于水時(shí)，溶液的 pH約為 6 ，用標(biāo)準(zhǔn)鹽酸溶液進(jìn)行滴定，得到滴定曲線 A。 曲線的轉(zhuǎn)折點(diǎn) pK2=，另一半電離。用標(biāo)準(zhǔn) NaOH溶液滴定 ,得到曲線 B。 等電點(diǎn)的確定 pI=1/2（ pK1+pK2） =(+)/2= 圖 13 甘氨酸的酸堿滴定曲線 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 pI=1/2（ pK1+pKR）＝ 1/2 (+)= ?pK pKR代表分別代表兩性離子兩邊的解離常數(shù)pK值； ?谷氨酸的等電點(diǎn)計(jì)算 谷氨酸的滴定曲線 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 Titration curve for histidine 組氨酸的滴定曲線 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 pI= （ pK1+pK2） 1 2 ?側(cè)鏈沒(méi)有可解離基團(tuán)的中性氨基酸，其等電點(diǎn)是它的 pK1和pK2的算術(shù)平均值： 堿性氨基酸： pI= （ pK2+pKR） 1 2 酸性氨基酸： pI= （ pK1+pKR） 1 2 天冬氨酸 Asp和谷氨酸 Glu 組氨酸 His、精氨酸 Arg、賴氨酸 lys 等電點(diǎn)計(jì)算公式 (pK1 、 pK2和 pKR分別代表 aC上 COOH、 NH3+以及側(cè)鏈基團(tuán) 的解離常數(shù)負(fù)對(duì)數(shù)，通過(guò)測(cè)定滴定曲線的實(shí)驗(yàn)方法求得。 ?對(duì)于側(cè)鏈含有可解離基團(tuán)的氨基酸，其 pI值也決定于兩性離子兩邊的 pK’值的算術(shù)平均值。 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 蛋白質(zhì)的 pK和 pI值 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 ? 所帶凈電荷為零，氨基酸主要是兩性離子形式 。 ● 氨基酸的電解（或解離）處于動(dòng)態(tài)平衡； ● 易沉淀（失去靜電斥力）。 等電點(diǎn)時(shí)氨基酸的特性 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 ● 混合氨基酸的分離或制備； ● 判斷在某一 pH值下氨基酸的帶電性。 pH ＞ pI時(shí)，氨基酸帶凈負(fù)電荷，在電場(chǎng)中將向正極移動(dòng)； pH ＜ pI時(shí)，氨基酸帶凈正電荷，在電場(chǎng)中將向負(fù)極移動(dòng)； pH = pI時(shí)，氨基酸所帶凈電荷為零，在電場(chǎng)中在原點(diǎn)不動(dòng)。 當(dāng) ΔpH = pH – pI, 則 |ΔpH |越大，氨基酸所帶電量越高。 氨基酸等電點(diǎn)特征的 應(yīng)用 知識(shí)延伸 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 (一 )氨基酸的制備 制備氨基酸有 4種途徑 ： 從蛋白質(zhì)水解液中分離提取； 應(yīng)用發(fā)酵法生產(chǎn) ； 應(yīng)用酶的催化反應(yīng)生成氨基酸 ； 有機(jī)合成法 。 適宜于中 小規(guī)模的生產(chǎn) 可大規(guī)模 生產(chǎn) 氨基酸的制備和應(yīng)用狀況 知識(shí)延伸 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 （二）氨基酸的用途 ?蛋白質(zhì)的基本組成 ?對(duì)生物體具有其他特殊的生理作用； ?參與許多代謝作用，不少已用來(lái)治療疾病； ?用于食品強(qiáng)化劑、調(diào)味劑、著色劑、甜味劑和增味劑 ?用于飼料添加劑； ?調(diào)節(jié)皮膚 pH值和保護(hù)皮膚的功能 氨基酸的制備和應(yīng)用狀況 知識(shí)延伸 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 α氨基酸的重要化學(xué)反應(yīng) 氨基酸既含有氨基，又含有羧基，其性質(zhì)集中地表現(xiàn)在這兩個(gè)官能團(tuán)上 。 R— CH— COOH NH2 酯化 ?；? 脫羧 疊氮化 與亞硝酸反應(yīng) 與醛酮反應(yīng) 烴基化反應(yīng) 成鹽 知識(shí)延伸 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 ?氨基酸分子的氨基、羧基和一些側(cè)鏈活性官能團(tuán)發(fā)生多種化學(xué)反應(yīng)： ? ?氨基 參與的反應(yīng) ? ?羧基 參與的反應(yīng) ? ?氨基和羧基 共同參與的反應(yīng) ? 不同側(cè)鏈基團(tuán)性質(zhì) 決定的化學(xué)反應(yīng) 知識(shí)延伸 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 1） ?氨基參與的反應(yīng) ? 與甲醛發(fā)生羥甲基化反應(yīng) ? 與亞硝酸反應(yīng) ? ?；磻?yīng) ? 烴基化反應(yīng) ? 生成西佛堿的反應(yīng) ? 脫氨基和轉(zhuǎn)氨基反應(yīng) 知識(shí)延伸 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 例 （ nitrous acid reaction) ?在標(biāo)準(zhǔn)條件下測(cè)定生成的氮?dú)怏w積，可對(duì)氨基酸進(jìn)行定量分析（范斯來(lái)克 Van Slyke氨基氮測(cè)定法 ） 。 HNO2+H2NCHCOOH→HOCHCOOH+N2↑+H2O R R ?蛋白質(zhì)水解程度的測(cè)定。 重氮化反應(yīng)，得到 ?羥基酸， 定量地放出 N2氣 知識(shí)延伸 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 例 2， 4－二硝基氟苯反應(yīng)（ Sanger反應(yīng)） 應(yīng)用： DNFB用于測(cè)定蛋白質(zhì)肽鏈 N末端氨基酸。 知識(shí)延伸 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 ? 成鹽 反應(yīng) ? 形成酯 的反應(yīng) ? 形成酰鹵 的反應(yīng) ? 疊氮化 反應(yīng) ? 脫羧 反應(yīng) ?羧基參與的反應(yīng) 知識(shí)延伸 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 例 Ba(OH)2共熱失去羧基形成相應(yīng)的胺 知識(shí)延伸 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 例 知識(shí)延伸 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 ? 與茚三酮反應(yīng) :氨基酸與茚三酮水合物共熱，可生成藍(lán)紫色化合物，其最大的吸收峰在 570 nm處。由于最大吸收峰值與氨基酸的含量存在正比例關(guān)系，因此，可作為 氨基酸的含量定量分析 ； ? 成肽反應(yīng)： 一個(gè)氨基酸的羧基可與另一個(gè)氨基酸的氨基反應(yīng)成肽。 3） α氨基和羧基共同參與的反應(yīng) 知識(shí)延伸 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 例 (ninhydrin reaction) （無(wú)色） 藍(lán)紫色 化合物 加熱 （ 1）利用生成的藍(lán)紫色（比色法），此反應(yīng)用于氨基酸的定性和定量分析。 （ 2)通過(guò)測(cè)定反應(yīng)中釋放出的二氧化碳的量可以計(jì)算氨基酸的量 （ 3）脯氨酸和羥脯氨酸與茚三酮反應(yīng)不釋放氨，直接生成黃色化合物 。 知識(shí)延伸 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 HOH 例 2 成肽反應(yīng) (peptide reaction) 肽鍵 知識(shí)延伸 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 肽鏈的異構(gòu)體 ? 由兩種氨基酸組成的如 A和 B形成的二肽，有 兩種異構(gòu)體 ； ? 有三種氨基酸組成的三肽，有 六種異構(gòu)體 ； ? 四肽有 24個(gè)異構(gòu)體 ； ? 五肽有 120種 異構(gòu)體，以此類推， ? n個(gè)氨基酸的異構(gòu)體，從理論上就有 1 2 3 4…… n個(gè)異構(gòu)體。 ? 即它們的結(jié)構(gòu)不同，性質(zhì)相似，但卻也不盡相同。 知識(shí)延伸 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 4）不同側(cè)鏈基團(tuán)性質(zhì)決定的化學(xué)反應(yīng) ? 巰基 的性質(zhì) ? 羥基 的性質(zhì) ? 咪唑基 的性質(zhì) ? 甲硫基 的性質(zhì) ? 芳香環(huán) 的性質(zhì) 知識(shí)延伸 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 例 （ Edman degradation） 應(yīng)用：●用于測(cè)定蛋白質(zhì)肽鏈 N末端氨基酸排列順序； ● 蛋白質(zhì)氨基酸自動(dòng)測(cè)序儀。 知識(shí)延伸 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 例 應(yīng)用： 采用熒光光度法測(cè)定氨基酸含量 產(chǎn)物的激發(fā)波長(zhǎng)為： λx＝ 390nm，發(fā)射波長(zhǎng)為： λM＝ 475nm 讀取發(fā)射光的 εM（熒光強(qiáng)度）即可測(cè)定 氨基酸含量。 知識(shí)延伸 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 指示 : 刪除樣本文檔圖標(biāo) ,并替換為工作文檔圖標(biāo)，如下 : ? 在 Word 中創(chuàng)建文檔 . ? 返回 PowerPoint ? 在“插入”菜單中選擇“對(duì)象 ...” ? 單擊“從文件創(chuàng)建” ? 定位“文件”框中的文件名 ? 確認(rèn)選中“顯示為圖標(biāo)”。 ? 單擊“確定” ? 選擇圖標(biāo) ? 從“幻燈片放映”菜單中選擇“動(dòng)作設(shè)置” ? 單擊“對(duì)象動(dòng)作”，并選擇“編輯” ? 單擊“確定” 第二節(jié) 多肽 (peptide) 一、多肽的結(jié)構(gòu) 二、肽鍵 三、多肽的性質(zhì) 四、天然存在的重要多肽 五、多肽的合成 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 赫爾曼 埃米爾 費(fèi)歇爾 Hermann Emil Fischer (1852 1919) 1902年 ,Hermann Emil Fischer 提出了蛋白質(zhì)的多肽結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)。認(rèn)為蛋白