氨基酸分子内含有氨基、羧基,因此,它们既具有氨基的性质,又具有羧基的性质。同时,由于这两种官能团在分子内的相互影响,因而氨基酸又表现出某些特殊的性质。
1.氨基酸的两性性质和等电点
由于氨基酸分子中既含有碱性的氨基,又含有酸性的羧基,因此,氨基酸能与酸生成铵盐,也能与碱成羧酸盐,具有两性性质。同时,还能在分子内形成内盐。
由于内盐分子既带正电荷,又带负电荷,同时具有两种离子的性质,所以又称其为偶极离子或两性离子。
氨基酸分子是偶极离子,在酸性溶液中发生碱式离解,氨基酸带正电荷;在碱性溶液中发生酸式离解,氨基酸带负电荷。存在如下平衡:
如果把氨基酸置于电场中,带正电荷的氨基酸在电场中向阴极移动,带负电荷的氨基酸在电场中向阳极移动。如果调解节溶液的pH,使酸式离解和碱式离解相等,氨基酸以偶极离子形式存在,所带净电荷为零,在电场中既不向阳极移动,也不向阴极移动,此时溶液的pH称为氨基酸的等电点,用pI表示。应当注意的是,氨基酸的pI不等于7。
对于中性氨基酸,一般羧基的离解略大于氨基的离解;在水溶液中,氨基酸的负离子多于氨基酸的正离子;在电场中,氨基酸向阳极移动。要使氨基酸在电场中不发生移动,需要加入适量的酸抑制羧基的电离,使氨基酸以偶极离子的形式存在,这时溶液的pI小于其本身的pH。所以,中性氨基酸的等电点都小于7,一般为5~6.3。酸性氨基酸在水溶液中主要是以负离子形式存在,调等电点时需加酸,酸性氨基酸的pI小于本身的pH,一般为2.8~3.2;碱性氨基酸在水溶液中主要以正离子形式存在,调等电点时需加碱,碱性氨基酸的pI大于本身的pH,一般为7.6~10.8。
氨基酸在等电点时的溶解度最小,因此可以通过调节溶液pH来分离等电点不同的氨混合物。
思考题13-2 已知某氨基酸在水溶液中的pH为6,试问其pI是大于6,等于6,还是小于6?
思考题13-3 已知某氨基酸的等电点为5,试问在pH=2和pH=8的水溶液中,该氨基酸分别以什么离子形式存在?_在电场中向哪极移动?
2.氨基酸中氨基的反应
(1)与亚硝酸的反应 大多数氨基酸中含有伯氨基,能与亚硝酸发生定量反应,生成羟基酸并放出氮气。
通过测定放出氮气的体积,可以计算氨基酸的含量。这种方法称为范斯莱克(VanSlyke)氨基测定法。
(2)与甲醛的反应 氨基酸分子中的氨基作为亲核试剂在甲醛的羰基上进行加成反应,生成N,N-二羟甲基氨基酸:
由于羟基是吸电子基,使氮原子上的电子云密度降低,氮失去了接受质子的能力,这样就可以用碱来滴定氨基酸中的羧基,间接测定氨基酸的含量。
(3)与2,4-二硝基氟苯的反应 α-氨基酸与2,4-二硝基氟苯(DNFB)在弱碱性溶液中反应,生成黄色的2,4-二硝基苯基氨基酸(N-DNP-氨基酸)。N-DNP-氨基酸可用于氨基酸的比色测定。(www.xing528.com)
DNFB是英国化学家桑格(Sanger)于1945年发现的,因此称为桑格试剂。桑格试剂是用来鉴定多肽或蛋白质N端的重要试剂。
(4)氧化脱氨的反应 氨基酸分子中的氨基能被双氧水或高锰酸钾等氧化剂氧化成酮酸,同时放出一分子氨气。
生物体内在酶的催化下,也可发生氧化脱氨反应,这是生物体内蛋白质分解代谢的重要反应之一。
3.氨基酸中羧基的反应
(1)与醇反应 氨基酸在无水乙醇中通入干的氯化氢,加热回流生成α-氨基酸酯。
α-氨基酸酯在醇溶液中又可与氨反应,生成氨基酸酰胺。
这是生物体内以谷氨酰胺和天冬酰胺形式储存氮素的一种主要方式。
(2)脱羧反应 将氨基酸缓慢加热或与氢氧化钡混合加热时,可发生脱羧生成伯胺。
在脱羧酶的作用下,生物体内氨基酸也能发生脱羧反应,如赖氨酸脱羧生成戊二胺(尸胺),鸟氨酸脱羧生成丁二胺(腐肉胺),这是蛋白质腐败变质的主要原因。
4.氨基酸中氨基和羧基共同参与的反应
(1)与水合茚三酮的反应 α-氨基酸与水合茚三酮在弱酸性溶液中加热,发生氧化、脱氨、脱羧等反应,最终生成蓝紫色物质。
这个反应非常灵敏,可用于α-氨基酸的定性定量分析,因为生成的蓝紫色溶液在570nm有强吸收,可测定α-氨基酸的含量。多肽和蛋白质也能发生此显色反应,但脯氨酸和羟脯氨酸与茚三酮反应则显黄色。
(2)配位反应 某些氨基酸能与某些金属离子(如Cu2+、Hg2+、Ag+等)形成配位键而生成稳定的配合物,有时可用来分离或鉴定氨基酸。如氨基酸与Cu2+能生成蓝色配位化合物结晶:
思考题13-4 写出下列反应的主要产物。
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