生物化学教案（多媒体） - 图文

生物化学说课教案

姓 名：敖恩宝力格（Aoen Bolige） 毕业院校：日本岩手大学 学科专业：植物生物技术 试讲语言：蒙语，汉语 所需时间：20分

题 目 氨基酸的酸碱性质 教学目标 教学重点 教学难点 教学方式 教学内容 （1）理解氨基酸的离子状态与溶液pH值的关系 （2）理解等电点的含义及计算方法 （3）为以后学好蛋白质的性质打基础 氨基酸的离子状态与溶液pH值的关系； 等电点的含义及计算方法 测定氨基酸解离常数和等电点的原理 利用多媒体 一． 氨基酸的两性解离 1． 氨基酸的两性离子形式 2． 酸碱环境与氨基酸的离子状态 二． 等电点 1． 等电点的定义 2． 等电点的计算 （1）酸碱滴定法 （2）用pK值计算等电点 三． 总结 教学过程 一． 氨基酸的两性解离 1． 氨基酸的两性离子形式 事实： 氨基酸晶体熔点很高，一般在200度以上，普通有机物如二苯胺熔点只有53度。 氨基酸使水的介电常数增高，一般有机物如乙醇，丙酮等使水的介电常数降低。 结论： 氨基酸在结晶形态或在水溶液中，以两性离子形式存在。所谓两性离子是指在同一个氨基酸分子上带有能放出质子的—N+H3正离子和能接受质子的—COO—负离子。因此，氨基酸是两性电解质。 非解离形式 两性解离形式 2． 酸碱环境与氨基酸的离子状态 两端氨基和羧基在溶液中解离，在不同的pH条件下，两性离子的状态也随之发生变化。当两性离子氨基酸溶解于水时，其氨基，羧基和可解离R基团均能解离。但解离度与溶液的pH有关，向氨基酸溶液加酸时，其两性离子的—COO—负离子接受质子，自身成为正离子（H3+ NCHRCOOH），在电场中向阴极移动。加入碱时，其两性离子的—N+H3基正离子放出质子（与OH-结合成水），其自身成为负离子（H2NCHRCOO—），在电场中向阳极移动。当调节氨基酸的pH，使氨基酸分子上的—N+H3和—COO—的浓度完全相等时，即氨基酸所带净电荷为零，在电场中既不向阴极移动也不向阳极移动，此时氨基酸所处溶液的pH值称为该氨基酸的等电点。 酸性溶液 晶体或水溶液 碱性环境 二． 等电点（pI） 1． 等电点含义 使氨基酸两性离子的净电荷为零时的pH称为该氨基酸的等电点（pI，Isolectric point）。处于等电点的氨基酸解离为正负离子的趋势是相同的。由于静电原因，在等电点时，氨基酸的溶解度最小，容易沉淀。利用这一性质可以分离氨基酸。例如谷氨酸的生产，就是将微生物发酵的pH值调节到3.22 （谷氨酸的等电点）而使谷氨酸沉淀析出。利用各种氨基酸等电点的不同，可以通过电泳法，离子交换法等在实验室工业生产上进行混合氨基酸的分离和制备。 2． 等电点的计算 氨基酸的等电点除用酸碱滴定方法来测外，还可按氨基酸的可解离基团的解离常数pK值计算。现分别以丙氨酸，组氨酸为例介绍用酸碱滴定法测定和从pK值计算的两种方法。 (1)酸碱滴定法 氨基酸的水溶液既可被酸滴定，又可被碱滴定，应该具有两性电离的性质，现以丙氨酸为例来说明氨基酸两性电离的特点。下图是丙氨酸的电离酸碱滴定曲线，从左向右是用NaOH滴定的曲线，溶液的pH由小到大逐渐升高。曲线中从左向右第一个拐点是氨基酸的羧基解离50%的状态，这一点所对应的pH值是羧基解离常数pK1；第二个拐点是氨基酸的等电点，此时，丙氨酸以两性离子形式存在，正离子和负离子数目相等，净电荷为零；第三个拐点是氨基酸的氨基解离50%的状态，这一点所对应的pH值是羧基解离常数pK1。 (2)用pK值计算等电点 现以丙氨酸为例介绍从pK值计算pI 丙氨酸侧链不含解离基团，它在酸性溶液中，以H3+NCHCH3COOH的形式存在，可以看作是一个二元弱酸，具有两个可解离的H+，即—COOH上的H+和—N+H3上的H+，它的分步解离如下： K1 + H+ K2 + H+ Ala+ + ±[Ala] [H]Ala± Ala± Ala- 根据质量作用定律，并以方括号表示浓度，则得 + [Ala-] [H]K1= [Ala]+ K2= [Ala] ±± [Ala] K2 + ±[Ala] [H] [Ala+] = K1 [Ala-] = [H+] 在上列公式中，K1和K2分别代表—COOH和—N+H3 的表观解离常数。 根据等电点的条件是净电荷为零，换句话说，这时氨基酸的带正电荷的离子数目等于带负电荷的离子数目。即 当到达等电点时，[Ala+]=[Ala-] 所以 + ±[Ala] [H]± [Ala] K2 K1 +2 = [H+] 即 K1K2=[H] 方程两边取负对数， -lg[H+]2 =-lgK1-lgK2 因为，-lg[H+] =pH, -lgK1=pK1, -lgK2=pK2 所以，2pH=pK1+pK2 令pI为等电点时的pH，则pI=(pK1+pK2)/2 因为丙氨酸的pK1=2.34, pK2=9.69 即得丙氨酸的等电点pI=(2.34+9.69)/2=6.02 由此可见，氨基酸的等电点pI值相当于两性离子两边的pK值的算术平均值。 这是对于侧链上没有解离基团的氨基酸的计算情况。侧链上有解离基团的氨基酸的pI如何计算呢？下面以组氨酸为例来说明。 组氨酸有3个可解离基团，即?-COOH，?-N+H3和侧链基团咪唑基，pKa值分别是1.82，6.0和9.17。它的分步解离如下： 净电荷为＋2 净电荷为＋1 净电荷为 0 净电荷为－1 pK1 pK2 pK3 两性离子 因为，pI值决定于两性离子两边的pK值的算术平均值 所以，pI = (pK2+ pK3)/2 pI = (6.0 + 9.17)/2 = 7.59 三． 总结 1．氨基酸氨基和羧基在溶液中解离，在不同的pH条件下，两性离子的状态也随之发生变化 ①若溶液PHpI，解离成阴离子 ③若溶液PH=pI，成为两性离子 2．等电点的计算 ①若R上没有解离基团，pI=1/2（pK1+pK2） ②若R上有解离基团,其pI值相当于两性离子两边的pK值的算术平均值 课后思考 理解氨基酸的离子状态与溶液pH值的关系 理解等电点的含义及计算方法

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