3.2　課后習題詳解

1寫出下列氨基酸的單字母和三字母的縮寫符號：精氨酸、天冬氨酸、谷氨酰氨、谷氨酸、苯丙氨酸、色氨酸和酪氨酸。

答：精氨酸：R，Arg；天冬氨酸：D，Asp；谷氨酰胺：Q，Gln；谷氨酸：E，Glu；苯丙氨酸：F，Phe；色氨酸：W，Trp；酪氨酸：Y，Tyr。

2計算賴氨酸的ε-NH₃＋20%被解離時的溶液pH。

答：

由pH＝pK_a＋lg[質子受體]/[質子供體]；pK_a查表可得。

pK_a＝10.53

所以

pH＝10.53＋lg（20/80）＝9.92

故賴氨酸的ε-NH₃＋20%被解離時的溶液pH為9.9。

3計算谷氨酸的γ-COOH三分之二被解離時的溶液pH。

答：

由pH＝pKa＋lg[質子受體]/[質子供體]；

pKa＝4.25

所以

pH＝4.25＋lg（2/1）＝4.55

故谷氨酸的γ-COOH三分之二被解離時的溶液pH為4.6。

4計算下列物質0.3mol/L溶液的pH：

（1）亮氨酸鹽酸鹽；

（2）亮氨酸鈉鹽；

（3）等電亮氨酸。

答：

（1）pH＝pK＋lg（L0/L＋），設L0為x，則

－lgx＝2.36＋lg[x/（0.3－x）]

解得

－lgx＝1.46

（2）pH＝pK＋lg（L－/L0），設L－為x，則

－lgx＝9.60＋lg[x/（0.3－x）]

解得

－lgx＝11.5

（3）pH＝pI＝1/2（pK_a1＋pK_a2）＝1/2（2.36＋9.60）＝5.98。

5根據教材中氨基酸的pK_a值，計算下列氨基酸的pI值：丙氨酸、半胱氨酸、谷氨酸和精氨酸。

答：

已知

pI＝1/2（pK_a1＋pK_a2）

所以

pI（Ala）＝1/2（2.34＋9.69）＝6.02

pI（Cys）＝1/2（1.71＋8.33）＝5.02

pI（Glu）＝1/2（2.19＋4.25）＝3.22

pI（Arg）＝1/2（9.04＋12.48）＝10.76

6向1L1mol/L的處于等電點的甘氨酸溶液加入0.3molHCl，問所得溶液的pH是多少？如果加入0.3molNaOH以代替HCl時，pH將是多少？

答：

（1）pH＝2.34＋lg（A0/A＋）＝2.34＋lg（0.7/0.3）＝2.71。

（2）pH＝2.34＋lg（A－/A0）＝9.60＋lg（0.3/0.7）＝9.23。

7將丙氨酸溶液（400ml）調節到pH8.0，然后向該溶液中加入過量的甲醛，當所得溶液用堿反滴定至pH8.0時，消耗0.2mol/LNaOH溶液250mL。問起始溶液中丙氨酸的含量為多少克？

答：丙氨酸經過量甲醛處理后釋放的H摩爾數與丙氨酸摩爾數相同，并且與滴定用的NaOH等摩爾反應，消耗的NaOH為0.05mol，即丙氨酸也為0.05mol，丙氨酸的分子量為89g/mol，所以起始溶液中丙氨酸的含量為4.45g。

8計算0.25mol/L的組氨酸溶液在pH6.4時各種離子形式的濃度（mol/L）。

答：設His0濃度為x，His＋濃度為y，His2＋濃度為z，His－濃度為w，則可得方程組：

6.4＝1.82＋lg（y/z）

解得

y＝38019z①

6.4＝6.0＋lg（x/y）

解得

x＝2.51y②

6.4＝9.17＋lg（w/x）

解得

w＝0.0017x③

x＋y＋z＋w＝0.25④

聯立①、②、③、④可解得

x＝0.179

y＝0.071

z＝1.79×10－4

w＝2.8×10－4

所以各種離子濃度分別為：His2＋為1.79×10－4mol/L；His＋為0.071mol/L；His0為0.179mol/L；His－為2.8×10－4 mol/L。

9說明用含一個結晶水的固體組氨酸鹽酸鹽（相對分子質量＝209.6；咪唑基pK_a＝6.0）和1mol/LKOH配制1L pH6.5的0.2mol/L組氨酸鹽緩沖液的方法。

答（1）1L 0.2mol/L的組氨酸鹽緩沖液需組氨酸鹽的質量為

1L×0.2mol/L×209.6g/mol＝41.92g

（2）設緩沖液中His0的濃度為x，則根據

pH＝pK＋lg（H0/H＋）＝6.0＋lg[x/（0.2－x）]＝6.5

可得

x＝0.152mol/L

物質的量

n＝0.152mol/L×1L＝0.152mol。

（3）在pH6.5時His成兼性離子形式存在，－COOH完全解離，共0.2molHis，需要消耗0.2molKOH，所以，共需加入KOH

0.352mol（0.2＋0.152＝0.352）

即需要加入

1mol/L KOH為352ml。

（4）所以配置方法為：取組氨酸鹽酸鹽41.92g（0.2mol），加入352mL lmol/L KOH，用水稀釋至1L。

10為什么氨基酸的茚三酮反應液能用測壓法定量氨基酸？

答：茚三酮在弱酸性溶液中與α-氨基酸共熱，引起氨基酸氧化脫氨脫羧反應：

茚三酮＋α-氨基酸→還原茚三酮＋NH₃＋CO₂＋RCHO＋H＋

其中，反應定量釋放的CO₂可用測壓法測量，從而計算出參加反應的氨基酸量。

11L-亮氨酸溶液（3.0g/50m1 6mol/LHCl）在20cm旋光管中測得的旋光度為＋1.81°。計算L-亮氨酸在6mol/LHCl中的比旋（[α]）。

答：根據（其中l以dm為單位，c以g/mL為單位）可得

[α]＝＋1.81/（2×0.06）＝＋15.1°

所以L-亮氨酸在6mol/LHCl中的比旋[α]＝＋15.1°。

12標出異亮氨酸的4個光學異構體的（R，S）構型名稱。

答：（1）（2S′3S）－（＋）－異亮氨酸

（2）（2S′3R）－（－）－異亮氨酸

（3）（2R′3R）－（－）－異亮氨酸

（4）（2R′3S）－（＋）－異亮氨酸

13甘氨酸在溶劑A中的溶解度為在溶劑B中的4倍，苯丙氨酸在溶劑A中的溶解度僅為在溶劑B中的兩倍。利用在溶劑A和B之間的逆流分溶方法將甘氨酸和苯丙氨酸分開。在起始溶液中甘氨酸含量為100mg，苯丙氨酸為81mg。

試回答下列問題：

（1）利用由4個分溶管組成的逆流分溶系統時，甘氨酸和苯丙氨酸各在哪一號分溶管中含量最高？

（2）在這樣的管中每種氨基酸各為多少毫克？

答：（1）根據逆流分溶原理，可得：

對于Gly：Kd＝C_A/C_B＝4＝q（動相）/p（靜相）且p＋q＝1＝（1/5＋4/5）

4個分溶管分溶3次：（1/5＋4/5）3＝1/125＋2/125＋48/125＋64/125

對于Phe：Kd＝C_A/C_B＝2＝q（動相）/p（靜相）且p＋q＝1＝（1/3＋2/3）

4個分溶管分溶3次：（1/3＋2/3）3＝1/27＋6/27＋12/27＋8/27

故利用4個分溶管組成的分溶系統中，甘氨酸和苯丙氨酸各在4管和3管中含量最高。

（2）根據（1）中計算可知：

第4管：Gly：64/125×100＝51.2mg；Phe：8/27×81＝24mg

第3管：Gly：48/125×100＝38.4mg；Phe：12/27×81＝36mg

14指出在正丁醇：醋酸：水的系統中進行紙層析時，下列混合物中氨基酸的相對遷移率（假定水相的pH為4.5）：

（1）Ile，Lys；

（2）Phe，Ser；

（3）Ala，Val，Leu；

（4）Pro，Val；

（5）Glu，Asp；

（6）Tyr，Ala，Ser，His。

答：根據圖3-3可得結果：

（1）Ile＞lys；

（2）Phe＞Ser；

（3）Leu＞Val＞Ala；

（4）Val＞Pro；

（5）Glu＞Asp；

（6）Tyr＞Ala＞Ser≌His。

圖3-3　氨基酸紙層析圖

15將含有天冬氨酸（pI＝2.98）、甘氨酸（pI＝5.97）、蘇氨酸（pI＝6.53）、亮氨酸（pI＝5.98）和賴氨酸（pI＝9.74）的pH3.0檸檬酸緩沖液，加到預先同樣緩沖液平衡過的Dowex-50強陽離交換樹脂中，隨后用該緩沖液洗脫此柱，并分部收集洗出液，這5種氨基酸將按什么次序洗脫下來？

答：（1）氨基酸與樹脂的親和力主要取決于：①氨基酸之間的靜電吸引；②氨基酸側鏈與樹脂基質之間的相互疏水作用。

（2）在pH3.0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堿性氨基酸（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。考慮到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。