有机化学--氨基酸

第22章氨基酸

§1 .氨基酸的结构、命名和分类

1、蛋白质水解所得的氨基酸除个别例子外，都是α—氨基酸或其衍生物（脯氨酸）。

用酸或酶使蛋白质水解时，得到α—氨基酸，除甘氨酸以外，都是旋光的，并且都属于L型。

D型α—氨基酸也存在于自然界，例如存在于某些抗生素中。

2、天然产氨基酸多用习惯名称，即按其来源或性质命名。例如门冬氨基酸最初是由天门冬的幼苗中发现的；甘氨酸是因为具有甜味而得名。天然产的氨基酸目前知道的已超过一百种。但在生物体内作为合成蛋白质原料的只有二十种，这二十种氨基酸象无机符号一样，都有国际通用的符号来表示，

^{如甘氨酸：Gly（甘）}

^{门冬氨酸：Asp（门）}

3、氨基酸可分为链状、芳香族、杂环氨基酸。如：

根据R的不同可分为六种（R为烃基、含羟基、含氨基、含硫，含羧基，还有结构比较特殊的脯氨酸）

§2.氨基酸的性质

1、氨基酸的酸碱性

氨基酸分子中的氨基是碱性的，而羧基则是酸性的但它们的酸碱解离常数比起一般的_羧基_-COOH和氨基-NH₂来都低的很。

例如：甘氨酸：Ka=1.6×10^-10，Kb=2.5×10^-12

大多数的羧酸：Ka=10^-5

这说明氨基酸在一般情况下不是以游离态的羧基和氨基存在的，而是以内盐的形式存在（内盐：偶极离子），

H₃N^{+ _}CHRCOO _-_。

如果把测得氨基酸的Ka值看成是代表甘氨酸中铵离子的酸度：

Ka _{~ -NH3+}

把测得甘氨酸的Kb值看成是代表甘氨酸中羧酸根离子的碱度：

Kb ～-COO^-

则其酸碱度与其测得的相符合。因为在水溶液中一个共轭酸和它的共轭碱的关系式是： Ka×Kb=10^-14

那么，-NH₃₊的共轭碱是_-NH2

-COO^-的共轭酸是-COOH_。

根据上式可以算出甘氨酸_-NH2 的Kb=6.3×10^-5，同样-COOH的Ka=4×10^-3。前者对一个脂肪胺来说,后者对一个有强吸电子基（-NH₃₊）的羧酸来说，其酸碱度是合理的数值（有强吸电子基时，酸性增强）。

总之，在简单氨基酸如甘氨酸中，它的酸性基是-NH₃₊而不是-COOH，它的碱性基团是-COO^-而不_-NH2 。

氨基酸中有两性基团，所以既能和酸反应，也能和碱反应，它是两性化合物，在强酸性溶液中，以正离子形式存在，在强碱性溶液中以负离子形式存在。

含有一个游离_-NH2 或-COOH基团的离子Ⅱ和Ⅲ，与偶极离子Ⅰ处于平衡状态。

2、氨基酸的等电性：（isoelectric point）

当氨基酸的溶液置于电场中时，所发生的变化取决于溶液的酸碱度。

在相当碱性的溶液中，阴离子Ⅱ超过阳离子Ⅲ，因此氨基酸向阳极迁移；在相当酸性的溶液中，阳离子Ⅲ是过量的，因此，氨基酸向阴极迁移，如果Ⅱ和Ⅲ完全相等，那么，没有净迁移。在这样的条件下，任何一个分子作为正离子和作为负离子存在的机会是完全相等的，向一个电极方向的任何微小移动，马上就被一个相等的朝另一个电极的方向移动所抵消。当一个特定的氨基酸在电场的影响下不发生迁移时，这个氨基酸所在溶液的氢离子浓度叫做氨基酸的等电点,通常pI表示。净电荷为零的氨基酸所在的溶液的pH值为pI。

氨基酸的pI值主要由其羧酸和氨基的电离常数来决定的，假如以pK₁代表-COOH基的电离常数，pK₂代表-NH₃⁺基团电离常数，则pI和它们的关系可用下式表示：

在等电点时，氨基酸的溶解度最小，因而用调节等电点的方法可以从氨基酸的混合物中分离出某些氨基酸。

中性氨基酸pI =5.5~6.3 ，酸性氨基酸pI =2.8~3.2 ，碱性氨基酸pI =7.6~10.6。一般来说，氨基酸含氨基，pI值较高，含羧基多者pH值较低。当氨基酸中氨基多于一个时，当净电荷为零时，氨基酸溶液碱性强于氨基与羧基相等的溶液的pH值，故溶液pH值较高，pI值高。同理，氨基酸羧基多时，pI值较值小。