本帖最后由 asuka2013 于 2013-1-6 09:02 編輯
氨基酸、多肽鏈的等電點的計算（解題示例） 本帖例題內容摘自：網上的發的王鏡巖 主編，生物化學（上），高教出版社，2002，第三版的課后習題解答。謝謝解答者！我大致看了一下，把有錯的地方給改過來了，連同樓上我摘錄的張來群 等，生物化學習題集，科學出版社，2002，第一章的Lys-Lys-Lys的等電點計算，還有我自己寫的“酒石酸緩沖溶液的配置（附錄緩沖溶液的配制方法小結）”應對生物化學考研試題足夠了，如果愿意，今天晚上把本帖這幾段看20分鐘，明天考到了10分+拿到手應該沒有什么問題，注意考生物化學與分子生物學要帶上計算器和刻度尺！有時候準考證上不寫出來，如果明天考試時不許用就交到講臺上即可。
（一） 氨基酸解離的pH計算的解題方法： 基本方法是用Henderson-Hasselbalch方程，pH=pKa+lg[共軛堿]/[共軛酸]，[文字]表示物質的摩爾濃度，pKa表示解離常數，大致知道： pKa（coo-）=3.2-3.6， pKa（NH+）=8.0-10.6, 記個大致數字即可，Lg是以10為底的對數。具體就兩點： 1.題設中是哪個基團解離就用那個基團的pK，其他深的東西這里不講，講多了反而亂。 2.如果分不清共軛酸堿，那么更簡單的規則：[共軛堿]/[共軛酸]=[質子受體]/[質子供體，請看例1的說明，注意分子和分母的對象（質子受體與質子供體）必須是一對共軛酸堿，也就是說兩者除了相差1個或多個氫離子外其余部分沒有兩樣！最簡單的規則：缺質子的在分子，或者缺質子的在上面。 例1。計算賴氨酸的ε-NH3+20%被解離時的溶液PH。[9.9]（pKb = 10.53） （原題錄入有錯，我根據課本原題修正了，這題的解答也有錯，我重寫了解答） 解：ε-NH+20%被解離， NH3+解離為NH2 + H+， NH3+和NH2+兩者中誰的正電荷少，也就是丟掉的H+誰就在分子位置，ε-NH3+20%就是說有20%的ε-NH3+成為了ε-NH2，還剩下80%的ε-NH3+。 那么根據Henderson-Hasselbalch方程： pH=pKa+lg[共軛堿]/]/[ pH=[質子受體]/[質子供體] pH=10.53+lg[ε-NH2]/[ε-NH3+] pH = 10.53 + lg(0.25) pH = 10.53 -0.6020 pH =9.928 以上是我重寫的解答。 網上原來的解答： “pH = pKa + lg20% pH = 10.53 + lg20% = 9.83”，lg20%不對！ 例2.酒石酸緩沖溶液的配置（附錄緩沖溶液的配制方法小結） 250mmol/LPH=3.0和50mmol/LPH=4.5的酒石酸溶液怎么配制？ （本題包括緩沖溶液的配制方法小結全部是由我直接解答） 解：酒石酸是二元酸，但是解離時基本上只考慮一級解離即可，也是用Henderson-Hasselbalch方程， 1）PH=3的250mmol/L的酒石酸緩沖溶液的配制方法： d-酒石酸，pKa1=3.04；pKa2=4.37.
pH=pKa1+lg[C(HA-)/C(H2A)] 3=3.04+lg[C(HA-)/C(H2A)] lg[C(HA-)/C(H2A)]=-0.04 [C(H2A)/C(HA-)]=10^(0.04)=1.0964， 這也就是說只要是同樣摩爾濃度的酒石酸溶液和酒石酸鈉溶液 按等體積混溶就成為PH=3，你既然要250mmol/L的酒石酸緩沖溶液，那就先配出250mmol/L的酒石酸溶液和250mmol/L的酒石酸鈉溶液等體積混溶均勻即可成為PH=3的250mmol/L的酒石酸緩沖溶液。 2）250mmol/L的PH=4.5的酒石酸緩沖溶液的配制方法： pH=pKa1+lg[C(HA-)/C(H2A)] 4.5=3.04+lg[C(HA-)/C(H2A)] lg[C(HA-)/C(H2A)]=1.46 [C(HA-)/C(H2A)]=28.8403 也就是[C(HA-)/C(H2A)]=29/1，即配制時取（酒石酸鈉的物質的量(摩爾數)）/（酒石酸的物質的量(摩爾數)）=29/1. 補充一點：緩沖溶液的配制方法小結：
1.用Henderson-Hasselbalch方程，pH=pKa+lg[C(HA-)/C(H2A)]，
算出共軛堿(HA-)與共軛酸(H2A)的物質的量的比例（摩爾數比例）。
2.對于多元弱酸，用Henderson-Hasselbalch方程，共軛酸變為共軛堿永遠只取一級電離，也就是共軛堿(HA-)永遠只帶一個負電荷，因為二級解離要在一級解離的基礎上，一般不必考慮。
3.對于多元弱酸，用Henderson-Hasselbalch方程，pKa永遠取pKa1。
4.配制時比較簡單的完整操作辦法：將共軛堿(HA-)與共軛酸(H2A)的物質的量的總量定為1摩爾，并且共軛堿(HA-)與共軛酸(H2A)的物質的量的比例加以換算，是固體則換算成質量，是液體按其占有摩爾比換算成體積。
舉例：以第三題為例
“250mmol/L的PH=4.5的酒石酸緩沖溶液的配制方法：
pH=pKa1+lg[C(HA-)/C(H2A)]
4.5=3.04+lg[C(HA-)/C(H2A)]
lg[C(HA-)/C(H2A)]=1.46
[C(HA-)/C(H2A)]=28.8403
也就是[C(HA-)/C(H2A)]=29/1，即配制時取（酒石酸鈉的物質的量）/（酒石酸的物質的量）=29/1.”物質的量單位為“摩爾”。
酒石酸鈉的物質的量(摩爾數)+酒石酸的物質的量(摩爾數)=1mol溶質，
這1mol溶質中酒石酸鈉的物質的量(摩爾數)是29/30mol，用29/30mol X “酒石酸鈉的分子量”=所要的酒石酸鈉的質量。
酒石酸是液體，我們用在1mol 溶質中: 酒石酸的物質的量(摩爾數)-----也就是：1/30mol/“酒石酸溶液的摩爾濃度”=酒石酸所需的體積。“酒石酸溶液的摩爾濃度"是指你們實驗室的現貨酒石酸溶液的摩爾濃度，當然要比最終緩沖溶液濃度大，不然還要先濃縮。
這樣，1mol溶質中酒石酸鈉和酒石酸就湊齊了，先把兩者都放進1L的燒杯中，然后向里注蒸餾水直到總體積到達1L或略少，攪拌均勻，測定PH，可往里面加極少量的酒石酸鈉或酒石酸把PH值跳到4.5. 如此，你就有了1L的1mol/L的PH=4.5酒石酸緩沖溶液，然后再稀釋到250mmol/L，稀釋過程不影響pH值。除非無限稀釋，因為那時就要考慮的水的pKa了。 當然，按250mmol溶質算酒石酸鈉和酒石酸的用量，然后加蒸餾水定容至1L，不再稀釋也可以。 （二）氨基酸和多肽的等電點的計算方法： 1.無論是一個氨基酸，還是N個氨基酸組成的多肽鏈的等電點計算，就是找氨基酸或者肽鏈的正電荷和負電荷正好相等的pH。 2.只要給定pH任何的可電離的基團的 pKa大，那么該可電離的基團就必須要交出一個正電荷，也就是氫離子。 3.根據而“（二）2”寫出氨基酸或者多肽的解離方程，找出凈電荷為零的分子形式，有關的pKa值，題目都會給出。凈電荷為零的分子形式的pH值，即正電荷的pKa值+正電荷的pKa值的二分子之一就是等電點值。無論是多肽還是氨基酸都是如此。 4.一般.不使用enderson-Hasselbalch方程，即pH=pKa+lg[共軛堿]/[共軛酸，[共軛堿。 例3。計算谷氨酸的γ-COOH三分之二被解離時的溶液pH。[4.6] 解：γ-COOH三分之二被解離時，質子受體(γ-COO-) 占 2/3，質子供體(γ-COOH)占 1/3. 那么根據Henderson-Hasselbalch方程： pKa = 4.25 pH=pKa+lg[共軛堿]/[共軛酸] pH=pKa+[質子受體]/[質子受體] pH=pKa+[質子受體(γ-COO-)]/[質子供體(γ-COOH)] pH = pKa + lg[(2/3)/( 1/3)] pH =4.25 +lg2 pH =4.25+0.30 pH =4.55 以上本題題解由我重新作出。原來的網上答案如下： “pH = pKa + lg2/3% pH = 4.25 + 0.176 = 4.426”，網上原來的答案不對！ 例4. 將含有天冬氨酸(pI=2.98)、甘氨酸(pI=5.97)、亮氨酸(pI=6.53)和賴氨酸(pI=5.98)的檸檬酸緩沖液，加到預先同樣緩沖液平衡過的強陽離交換樹脂中，隨后用愛緩沖液析脫此柱，并分別收集洗出液，這5種氨基酸將按什么次序洗脫下來？[Asp, Thr, Gly, Leu, Lys] 解：在pH3左右，氨基酸與陽離子交換樹脂之間的靜電吸引的大小次序是減刑氨基酸(A2+)>中性氨基酸(A+)>酸性氨基酸(A0)。因此氨基酸的洗出順序大體上是酸性氨基酸、中性氨基酸，最后是堿性氨基酸，由于氨基酸和樹脂之間還存在疏水相互作用，所以其洗脫順序為：Asp, Thr, Gly, Leu, Lys。（這題直接從網上摘來，我看沒有錯也就編輯，謝謝解答者） 例5。根據氨基酸的pKa值（請自行查閱生物化學教材），計算下列氨基酸的pI值：丙氨酸、半胱氨酸、谷氨酸和精氨酸。[pI:6.02;5.02;3.22;10.76] 解：寫出解離方程，找出凈電荷為零的分子形式，有關的pKa值，題目都會給出， pI = 1/2（pKa1+ pKa2） pI(Ala) = 1/2（2.34+9.69）= 6.02 pI(Cys) = 1/2（1.71+10.78）= 5.02 pI(Glu) = 1/2（2.19+4.25）= 3.22 pI(Ala) = 1/2（9.04+12.48）= 10.76 （這題直接從網上摘來，我看沒有錯也就編輯，謝謝解答者） 具體方法見：王鏡巖 主編，生物化學（上），高教出版社，2002，第三版133-135頁。 例6.三個lys連在一起，即三肽Lys-Lys-Lys的等電點如何計算？
解：這題不是我原創的，是張來群 等，生物化學習題集，科學出版社，2004，第二版，第4-5頁上的。多肽Lys-Lys-Lys分子中有三個側鏈可解離基團，等電點時側鏈帶正電，羧基帶負電，由正負電荷相等每個側鏈集團帶1/3個正電荷(也就是[-NH2]/[-NH3+])
等電點：pH=pK3+lg([-NH2]/[-NH3+])
=10.53+lg([2/3]/[1/3])
=10.53+0.3
=10.83
Lys-Lys-Lys多肽的等電點比任何一個pK數值都高。 例7. 計算多肽的等電點：丙氨酰丙氨酰賴氨酰丙氨酰（末端--COOH pK=3.58，末端NH3+ pK=8.01，ε-NH3+ pK=10.58）。 本題與解答摘自：陳俊輝 等，生物化學習題解析，科學出版社，2001，第二版，p48,p76,p77。 感謝原作者！為了說明清楚，我在原解答中加了一些說明文字。 解：Ala-Ala-Lys-Ala的解離情況如下所示： (+Ala)-Ala-(Lys+)-Ala<--pH=3.58--->+Ala-Ala-(Lys+)-(Ala-)<---pH=8.01-----> Ala-Ala-(Lys+)-(Ala-)<------pH=10.58--->Ala-Ala-Lys-(Ala-) 對于Ala-Ala-(Lys+)-(Ala-)，也就是溶液pH范圍是：8.01<pH<10.58之間的時候，靜電荷正好為零，為什么？因為此時Lys ε-NH3+的pK=10.58，相對于溶液pH范圍8.01<pH<10.5，此時Lysε-NH3+的pK大約溶液pH，此時Lysε-NH3+拒絕丟掉H+，所以Lys ε-NH3+保持不變，凈帶了一個正電荷；與此同時，而相對于溶液pH范圍8.01<pH<10.5，末端---NH3+ （位于Ala，位于哪個具體氨基酸不影響結果)pK=8.01，小于此時的溶液pH范圍的下限，所以它只能交出一個H+，變成了---NH2，不帶電了。可那個負電荷又從哪里來？別忘了末端--COOH（位于Ala，位于哪個具體氨基酸不影響結果) pK=3.58，也小于此時的溶液pH范圍的下限，也不得不交出一個H+，此時--COOH電離為--COO- ，也就是凈帶了一個負電荷。為了清楚，帶電荷的氨基酸殘基劃有括號且帶有的電荷一律在氨基酸殘基的右側。 所以，等電點形式的兩性離子為：Ala-Ala-(Lys+)-(Ala-)，那么多肽的等電點就是正好跨過多肽的等電點的兩個帶電基團的pK值的一般，正好跨過多肽的等電點的兩個帶電基團分別是 末端NH3+ pK=8.01，ε-NH3+ pK=10.58， 所以多肽鏈的等電點pI=（8.01+10.58）/2=9.3. | 
發表于 2013-1-5 18:27
收藏
分享
支持
反對
樓主
