ACID AMIN, PEPTID VÀ PROTID

Chơng 29
ACID AMIN, PEPTID Và PROTID
Mục tiêu
1. Gọi đợc tên và xác định đợc cấu hình của acid amin.
2. Trình bày đợc hóa tính của acid amin.
3. Năm đợc các kiểu cấu tạo của protid.
1. Acid amin
1.1.Định nghĩa
Acid amin là những hợp chất tạp chức, có hai nhóm định chức khác nhau là:
chức amin (NH
2
) và chức acid (COOH).
Có 2 loại acid amin:

H
2
N-R-COOH: R là gốc hydrocarbon no, cha no, vòng không thơm, dị vòng

H
2
N-Ar-COOH: Ar là gốc hydrocarbon thơm
1.2. Cấu tạo
1.2.1. Các acid amin thiên nhiên: là những

-aminoacid
Công thức chung:
H
2
NCH COOH
R

Trong đó gốc R

Alkyl (mạch hở hay nhánh)

Cycloalkyl, Ar -, gốc dị vòng

Chứa hoặc không chứa một số nhóm chức ( -SH, -OH)
(Những nhóm chức này thờng ở đầu mạch của gốc R)
Số nhóm chức của mỗi loại có thể một hoặc hai nhóm:

Acid monoamino monocarboxylic (1 nhóm NH
2
và 1 nhóm COOH)

Acid monoamino dicarboxylic (1 nhóm NH
2
và

2 nhóm COOH)

Acid diamino monocarboxylic (2 nhóm NH
2
và

1 nhóm COOH)

Acid diamino dicarboxylic (2 nhóm NH
2
và

2 nhóm COOH)
Những acid amin có số chức acid nhiều hơn chức amin thì gọi là acid amino
acid và ngợc lại thì gọi là acid amino base.

62
1.2.2. Cấu hình của acid amin
Trừ glycin, các acid amin đều có ít nhất một nguyên tử carbon không đối
xứng. Các acid amin thu đợc từ protid bằng phơng pháp thủy phân acid hoặc
base đều có tính quang hoạt. Các acid amin thiên nhiên là những

-aminoacid và
có cấu hình giống nhau thuộc dãy L so với (-)-L- aldehyd glyceric và C

* có cấu
hình (S).




L -Aldehyd glycericL -Aminoacid
COOH
R
H
2
NH
CHO
CH
2
OH

HO H
1.3. Danh pháp
1.3.1. Đọc tên và vị trí nhóm amino và tên acid tơng ứng

Tên và vị trí nhóm amino + Tên acid tơng ứng
1.3.2. Tên riêng và dùng các chữ cái đầu để ký hiệu tên acid
Ví dụ: H
2
N-CH
2
-COOH H
2
N-CH
2
-CH
2
-COOH 2-H
2
N-C
6
H
4
-COOH
Aminoetanoic 3-Aminopropanoic 2-Aminobenzoic.
Acid aminoacetic
Acid

-Aminopropionic
Acid o-aminobenzoic
Glycin, Glycocol, Gly

-Alanin, Ala
Acid Anthranilic
Bảng 29.1: 20 acid amin phổ biến
Công thức cấu tạo Danh pháp Ký hiệu pK
1
pK
2
Pk
3

H
_
CH

COOH
NH
2

Glycin

Gly

2.35 9.78 -
CH
3

_
CH

COOH
NH
2

L (+)-Alanin

Ala 2.35 9.87 -
CH
3
NH
2
CH
3
CH
_
CH

COOH

L (+)-Valin

Val 2.29 9.72 -

L (-)-Leucin

Leu 2.33 9.74 -
CH
2
CH
_

CH

COOH
CH
3
NH
2
CH
3

L (+)-Isoleucin

Ile 2.32 9.76 -
SCH
2
CH
2

_
CH

COOH
NH
2
CH
3

L (-)-Methionin

Met 2.17 9.72 -

NH
_
COOH

L (-)-Prolin

Pro 1.95 10.6 -
CH
3
NH
2
CH
3
CHCH
2

_
CH

COOH

63
CH
2

_
CH

COOH
NH

2
_

L(-)-Phenylalanin

Phe 2.58 9.24 -
CH
2

_
CH

COOH
NH
2
_
N
H

L(- )-Tryptophan

Try 2.43 9.44 -
CH
2

_
CH

COOH
HO

NH
2
_

L (- )-Serin

Ser 2.19 9.44 -
CH
_
CH

COOH
NH
2
CH
3
OH

L (+ )-Threonin Thr 2.09 9.10 -
NH
2
HS
_
CH
2

_
CH

COOH

L (- )-Cystein

Cys 1.86 8.35 10.34
CH
2

_
CH

COOH
HO
NH
2

L (- )-Tyrosin

Tyr 2.20 9.11 10.0
CH
2

_
CH

COOH
H
2
N
_
C

O
NH
2

Asparagin

Asn 2.02 8.80 -
CH
2
CH
2

_
CH

COOH
H
2
N
_
C
O NH
2

Glutamin

Gln 2.17 9.13 -
NH
2
O

HO
_
C
CH
2

_
CH

COOH

AcidL(-)- Aspartic

Asp 1.99 3.90 10.00
CH
2
CH
2

_
CH

COOH
HO
_
C
O NH
2

AcidL(+)- Glutamic

Glu 2.13 4.32 9.95
NH
2
CH
2
CH
2
CH
2
CH
2

_
CH

COOH
H
2
N

L (+)-Lysin

Lys 2.16 9.20 10.80
H
2
NC (CH
2
)
3

CH COOH
NH
2
O

Arginin

Arg 1.82 8.99 13.20
N
H
N
NH
2
CH
2

_
CH

COOH

L (-)-Histidin

His 1.81

6.05 9.15

1.4. Tính chất lý học của acid amin
Acid amin là các chất hữu cơ kết tinh không màu, nhiều chất có vị ngọt.
1.4.1. Phân tử acid amin là ion lỡng cực (muối nội phân tử)

Có nhiệt độ nóng chảy cao và bị phân hủy.

Acid amin dễ tan trong nớc, không bay hơi, khó tan trong dung môi hữu cơ.

Hằng số acid và base của nhóm acid -COOH và base -NH
2
rất nhỏ.

64
Ví dụ: Đối với glycin có K
a
= 1,6.10
-10
và K
b
= 2,5.10
-12
.
Phần lớn acid carboxylic có K
a


10
-5
và các amin không vòng có K
b


10

-4
.

Acid amin có dạng ion lỡng cực (muối nội phân tử) có công thức cấu tạo



Acid amin daùng ion lửụừng cửùc
-
+
H
3
NCH COO
R
Trong công thức trên ion amoni NH
3
+

có tính acid và ion

-COO
-
có tính base.
Hằng số K
a
của glycin chính là lực acid của ion NH
3
+
và hằng số K
b

của
glycin chính là lực base của ion -COO
-
. Giá trị K
a
và K
b
đợc tính theo phơng
trình phân ly của ion lỡng cực trong dung dịch nớc.
H
3
NCH COO
R
+
-
H
2
NCH COO
R
+
-
+H
2
O
H
3
O
+
Acid
Base

Base
Acid
[H
3
O
+
][H
2
N-CHR-COO
-
]
[H
3
N-CHR-COO
-
]
+
Ka=

H
3
NCH COO
R
+
-
H
3
NCH COOH
R
+

+ H
2
O
HO
-
Acid
Base
Base
Acid
[HO
-
][H
2
N-CHR-COOH ]
[ H
3
N-CHR-COO
-
]
+
K
b
=
+
+


Trong dung dịch nớc, lực acid và base của base liên hợp (ví dụ CH
3
COOH

và CH
3
COO
-
hoặc CH
3
NH
3
và CH
3
NH
2
) có mối liên hệ K
a
.K
b
= 10
-14

Xuất phát từ giá trị K
a
của glycin 1,6. 10
-10
, tính đợc gíá trị K
b
của chức
amin tự do NH
2
. Cũng tơng tự từ giá trị K
b

của glycin, tính đợc giá trị K
a
của
acid tự do -COOH. Khi kiềm hóa dung dịch acid amin (ion lỡng cực), ion I sẽ
chuyển thành ion II.
Một base mạnh (HO
-
) đã lấy proton khỏi ion amoni và chuyển thành một
base yếu là amin NH
2
.



II
H
3
NCH COO
R
I
+
H
2
NCH COO
R

+ H
2
O + HO
Acid rất mạnh

Base rất mạnh
Acid rất yếu Base rất yếu


Khi acid hóa dung dịch acid amin, ion I chuyển thành ion III; acid mạnh
H
3
O
+
nhờng proton cho ion carboxylat và hình thành acid carboxylic rất yếu.

+ H
2
O
H
3
NCH
R
COO
+
-
+ H
3
O
+
H
3
NCH
R
COOH

+

Base rất mạnh Acid rất mạnh Acid rất mạnh Base rất yếu B


65
Nh vậy trong những acid amin đơn giản:

COOH không phải là chức acid mà là nhóm NH
3
+


NH
2
không phải là một base mà là -COO
-

Ion II và III có chức -NH
2
và -COOH tự do tồn tại ở trạng thái cân bằng với
ion I, phản ứng của acid amin là phản ứng của chức amin -NH
2

và chức acid -
COOH.
Acid amin có tính chất lỡng tính. Tính lỡng tính của acid amin đợc biểu
diễn bằng đờng cong chuẩn độ.
Thí dụ: Trờng hợp glycin

-
-
pH
+
H
2
N CH
2
CO
2
0
0,5
1,0 1,5 2,0
1
2
3
4
5
6
7
8

9
10
11
12
13
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
.
.
.
H
3
N CH
2
CO
2
+
H
3

N CH
2
CO
2
H
pK
1
=
2,35
pK
=9,78
2
pH = 6,07
Lợng NaOH, mol
H
3
+
N
CH
2
COO

có:
2
P
I
2,35 + 9,78
=6=
;
1

pK = pKa)
2
(pK = pKb
,05
Đờng cong chuẩn độ NH
3
CH
2
COOH
+
1.4.2. Điểm đẳng điện của acid amin
Khi đặt dung dịch acid amin vào trong một điện trờng, có các trờng hợp sau:




Catod (cửùc aõm)
II
HO
-
HO
-
H
+
-
Anod (cửùc dửụng)
H
+
H
2

NCH COOH
R
H
3
NCH COO
R
Dung dũch acid amin
Base lieõn hụùp
Acid lieõn hụùpù
-
+
H
3
NCH COO
R
IIII
+

Nếu dung dịch là kiềm mạnh thì nồng độ ion II lớn hơn ion III, acid amin
chuyển dịch về phía anod (cực dơng của điện trờng).

Nếu dung dịch là acid mạnh thì nồng độ của ion III lớn hơn ion II, acid
amin chuyển dịch về phía catod (cực âm của điện trờng).

Nếu nồng độ của ion II và III bằng nhau thì không có sự chuyển dịch nào
về hai cực của điện trờng.
Giá trị pH (nồng độ ion H
+
) không làm chuyển dịch acid amin về các điện cực
gọi là điểm đẳng điện của acid amin. Tại giá trị này nồng độ của ion âm II bằng

nồng độ của ion dơng III và độ hòa tan vào nớc của acid amin là nhỏ nhất.

66
Ví dụ: Acid monoaminocarboxylic
-
OOC-CHR-NH
3
+
có lực acid lớn hơn một ít
so với lực base (glycin có K
a
=1,6.10
-10
và K
b
= 2,5.10
-12
). Nếu hòa tan acid vào nớc
thì nồng độ ion II (H
2
N-CHR-COO
-
) lớn hơn ion III (HOOC-CHR-NH
3
+
). Có thể
hạn chế sự ion hóa của ion amoni -NH
3
+

thành

-NH
2

bằng cách thêm vào một

ít
acid

(H
+
) để đạt đến độ đẳng điện. Nghĩa là để cho nồng độ của II và III bằng
nhau thì giá trị điểm đẳng điện lệch về phía acid. Điểm đẳng điện của glycin có
pH = 6,1.
Điểm đẳng điện đợc ký hiệu là P
I
.
Công thức tính giá trị P
I
khi biết pK
a
= -log K
a
và pK
b
= - logK
b
.

P
I
=
2
pK
a
+pK
b
Điểm đẳng điện là tính đặc trng cho mỗi acid amin.
Bảng 29-2 trình bày điểm đẳng điện và chiều quay của một số acid amin.
Bảng 29.2: Giá trị điểm đẳng điện của một số acid amin
Acid
t

C
P
I
Acid
t

C
P
I

Glycin 292 6,10 L(-)-Methionin 280 5,74
L(+)-Alanin 297 6,00 L(-)-Tryptophan 289 5,89
L(+)-Valin 315 5,96 L(-)-Prolin 215 6,30
L(-)Leucin 337 6,02 L(-)-Hydroxyprolin 270 5,83

L(+)-iso-Leucin 280 5,98 L(-)-Acid Aspartic 251 2,77
L(-)-Phenylalanin 278 5,48 L(-)-Asparagin 227 -
L(-)-Tyrosin 343 5.66 L(+)-Acid Glutamic 248 3,22
L(-)-Serin 228 5,68 L(+)-Glutamin - -
L(-)-Cystein - 5,05 L(+)-Arginin 227 10,76
L(-)-Cystin 260 4,80 L(+)-Lysin 224 9,74
L(-)-Threonin 257 - L(-)-Histidin 277 7,59
1.5. Tổng hợp các acid amin
1.5.1. Từ

-halogenoacid
Perkin-Duppa (1858) đã tổng hợp glycin:
- NH
4
X
CH
2
COONa
X
CH
2
COONa
NH
2
CH
2
COOH
NH
2
+ 2 NH

3


67