Tìm hiểu về amino acid

thực vật. Một vài amino acid có cấu hình D. Trừ một số trường hợp như βalanin (NH2CH2CH2COOH) và acid γ aminobutyric (NH2CH2 CH2CH2COOH), các amino acid trong thiên nhiên là các α –amino aciCác amino acid thường là các chất kết tinh trong tan trong nước, nhưng tan hạn chế trong các dung môi hữu cơ. Chúng là các chất lưỡng cực phản ứng với cả acid và base. Có khoảng 26 amino acid nhận được khi thủy phân các protein với acid, kiềm hoặc enzim. Tất cả có 170 amino acid được phát hiện trong thiên nhiên, hoặc ở dạng tự do hay liên kết với các chất khác( trừ protein). Các amino acid được tìm thấy trong các hệ tuần hoàn của động vật, như các chất trung gian trong quá trình chuyển hóa của các thành phần chất kháng sinh và trong d

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội

Viện kỹ thuật hóa học

Amino acid và ứng dụng

Amino acid

KHÁI QUÁT CHUNG VỀ

AMINO ACID

Các amino acid thường được viết dưới

dạng NH2CH(R) COOH

*Nếu R là một nhóm khác hydro, acid sẽ có nguyên tử cacbon bất đối và do đó có thể xuất hiện ở dạng quang

hoạt

• Các amino acid thường là các chất kết tinh trong tan trong nước, nhưng tan hạn chế trong các dung môi hữu cơ Chúng là các chất lưỡng cực phản ứng với cả acid và base

• Có khoảng 26 amino acid nhận được khi thủy phân các protein với acid, kiềm hoặc enzim Tất cả có 170 amino acid được phát hiện trong thiên nhiên, hoặc ở dạng tự do hay liên kết với các chất khác( trừ protein)

• Các amino acid được tìm thấy trong các hệ tuần hoàn của động vật, như các chất trung gian trong quá trình chuyển hóa của các thành phần chất kháng sinh và trong thực vật.

• Một vài amino acid có cấu hình D Trừ một số trường hợp như β-alanin (NH2CH2CH2COOH) và acid γ- aminobutyric (NH2CH2 CH2CH2COOH), các amino acid trong thiên nhiên là các α –amino acid

Ví dụ:

.

“ Amino acid được phân ra

3 nhóm

✘ Amino acids thiết yếu:

Các axit amin thiết yếu không thể được tạo ra bởi cơ thể. Do đó, chúng phải đến từ thực phẩm

✘ Amino acids không thiết yếu:

Amino acids không thiết yếu có nghĩa là cơ thể của chúng ta sản xuất một axit amin, ngay cả khi chúng ta không nhận được nó từ thực phẩm chúng ta ăn.

✘ Amino acids có điều kiện:

Axit amin có điều kiện thường không cần thiết, ngoại trừ thời gian bệnh tật và căng thẳng

Cấu trúc của các

amino acid và

phân loại

2

1 Các amino acid có mạch nhánh béo là glycin (tên gọi tắt :

Gly, G), alanin (Ala,A), valin (Val, V), leucin có mạch nhánh isobutyl và isoleucin

có mạch nhánh sec-butyl.

 

R= H R= CH3R= CH(CH3)CH2CH2CH3R= CH2CH(CH3)2

R= CH(CH3)2

 

Glycin(Gly) Alanin (Ala) Isoleucin(Ile) Leucin (Leu) Valin (Val)

 

2.1 phân loại và gọi tên các AMINO ACID

2 Hai amino acid có mạch nhánh chứa các nhóm alcohol

R= CH2OH R= CH2SH R=CH(OH)CH3R= CH2CH2SCH3

Serin (Ser) Cystein (Cys) Threonin (Thr) Methionin (Met)

3 Hai amino acid có chưa nhóm carboxylic là aspartat (Asp,

D) và glutamat (Glu,E)

R= CH2COO

-  R= CH2CONH2

 

R= CH2CH2COO

-  R=CH2CH2CONH2

Acid aspartic (Asp)  

Asparagin(Asn)  

Acid Glutamic (Glu)  

Glutamin (Glu)  

4 Hai nhóm amino acid có chứa nhóm nitơ base

 

Arginin (Arg)

     

Lysin(Lys)

5 Hai nhóm amino acid có chứa vòng benzen

Phenylalanin (Phe)  

    Tyrosin (Tyr)

6 Prolin (Pro, P), histidin (His, H) và trytophan (Trp, W) là các

amino acid dị vòng Histidin (His)

3 cấu hình của các

amino acid

Cacbon α của tất cả các amino acid thiên nhiên trừ glycin là bất đối xứng Do đó, 19 trong tổng số 20 amino acid tồn tại dưới dạng các đồng phân đối quang Có thể có hai dạng đồng phân đối quang nhưng thiên nhiên chỉ sử dụng một dạng cấu hình L để tổng hợp các protein.

L- Alanin

(S)-Alanin

  L-Serin

(S)- Serin L- Cystein

(R)- Cystein  

Trong công thức chiếu Fisher với nhóm acid carboxylic ở

trên và nhóm R ở dưới trục thẳng đứng, nếu nhóm amino ở

bên phải là một D-amino acid, nhóm amino ở bên trái sẽ là

một L-amino acid

Hai amino acid threonine và isoleucine có hai tâm lập thể, do

đó có thể có các dạng đồng phân lập thể dia Các công thức chiếu Ficher của hai chất này được đưa ra dưới đây và các dạng đồng phân lập thể dia chưa thấy xuất hiện trong các

protein.

 

Các tính chất acid-base

của các amino acid

• Các amino acid vừa có tính base vừa có tính acid nên có thể tạo muối với các acid vô cơ và kiềm Mỗi amino acid có một nhóm carboxyl và một nhóm amino mỗi nhóm có thể ở dạng acid hoặc base phụ thuộc vào pH của dung dịch trong đó amino acid được hòa tan

• Ở trạng thái rắn và trong dung dịch với pH trung tính , các amino acid tồn tại chủ yếu là các ion lưỡng cực do phản ứng acid base nội phân

tử môi trường acid (pH=1) nhóm carboxyl không bị ion hóa còn nhóm ami bị proton hóa.Trong môi trường kiềm (pH=11) nhóm carboxyl bị ion hóa còn nhóm amino khôn bị ion hóa.

✘ Một amino acid không thể tồn tại ở dạng một hợp chất không tích điện , bất kể pH nào của dung dịch Để có thể không tích điện, một amino acid cần phải mất proton từ một nhóm NH3+ với một pKakhoảng 9 trước khi mất proton từ một nhóm –COOH với một pKa

khoảng 2 Điều này rõ ràng là khong thể xảy ra: một acid yếu (base liên hợp mạnh) không thể có tính acid hơn một acid mạnh do nếu có một acid mạnh và một base mạnh thì một muối sẽ được tạo thành.

✘ Trạng thái ion hóa của một amino acid thay đổi theo pH phụ

thuộc vào cấu trúc của mạch nhánh.

dạng cation ion lưỡng cực dạng anion dạng acid dạng base

Điểm đẳng điện (ký hiệu là pI ) : Điểm đẳng điện của một amino acid là pH mà ở đó amino acid không có điện tích Các giá trị PI phụ thuộc vào cấu trúc amino acid

Hai amino acid có mạch nhánh acid có các điểm đẳng điện ở pH thấp hơn để ngăn sự tách proton của nhóm –CO2H mạch nhánh và các amino acid có mạch nhánh base có các điểm đẳng điện ở pH cao hơn để ngăn sự proton hóa của nhóm amino acid mạch nhánh.

Một amino acid sẽ dược tích điện dương nếu pH của dung dịch nhỏ hơn pI của amino acid (dung dịch acid) và sẽ tích điện âm nếu pH của dung dịch lớn hơn pI của amino acid (dung dịch base).

• Khi pH < pKa nhóm ion hóa sẽ tồn tại chủ yếu ở dạng acid liên hợp

• khi pH > pKa nhóm ion hóa sẽ tồn tại chủ yếu ở dạng base liên hợp

Tổng hợp phòng thí nghiệm các amino acid

Amin hóa trực tiếp một

α-haloacid

Tổng hợp Gabriel cải tiến từ

kali phthalimid

Tổng hợp Strecker Tổng hợp chọn lọc hóa lập

thể các α-amino acid

5.1 Amin hóa trực tiếp một α-haloacid

• Phương pháp này dựa trên phản ứng thế nucleophile vào sản phẩm

của phản ứng HVZ (Hell-Volhard-Zelinski).

• Các α-bromo acid có thể được tổng hợp từ các acid malonic

• Phương pháp tốt hơn sử dụng các este của các acid phthalimido-, bezamido-, formamido-, hoặc acetamidomalonic

Nhóm block sẽ được tháo bỏ bằng thủy phân ở bước cuối cùng

5.2 Tổng hợp Gabriel cải tiến từ kali phthalimid

Phthalimid là amid được dẫn xuất từ acid phthalic Nếu phthalimid được xử lý với một base mạnh như natri amid (NaNH2), anion phthalimid được tạo thành Nó là một nucleophile mạnh với các alkyl halide qua một sự thế SN2 Để tạo thành amin imid được thủy phân bằng base-acid cho amin và acid phthalic

5.3 Tổng hợp Strecker

Xử lý một aldehyde với ammonia và h ydrocyanide ( HCN) tạo thành một α-amino nitril Sự thủy phân nhóm nitril của α-amino nitril chuyển nhóm này thành một α-amino acid Hạn chế của phương pháp này là điều kiện thủy phân khắt khe (ví dụ HCl 6M, 100°C).

5.4 Tổng hợp chọn lọc hóa lập thể các α-amino

acid

Để tổng hợp chọn lọc hóa lập thể của các amino acid có cấu hình L, các xúc tác hydro hóa không đối xứng được điều chế từ các kim loại chuyển tiếp Một trong những xúc tác như vậy, (R)-prophos, được Bosnich (Đại học Toronto) phát triển từ phức rhodi với (R)-1,2- bis(diphenylphosphino)propan Khi một phức rhodi của norbonadien (NBD) được xử lý với (R)-prophos, (R)-prophos thay thế một trong các phân tử norbonadien vây quanh nguyên tử rhodi để tạo thành phức rhodi không đối xứng Xử lý phức rhodi với hydro trong một dung môi như ethanol cho một dung dịch chứa một chất xúc tác hydro hóa không ddooois xứng có thành phần là [Rh((R)-prophos(H)2(EtOH)2)] +

Ví dụ : Khi acid 2-acetylaminopropenoic được thêm vào dung dịch này và sự hydro hóa được thực hiện, sản phẩm của phản ứng là

dẫn xuất N-acetyl của L-alanin với 90% lượng dư đối quang Sự thủy phân nhóm N-acetyl cho L-alanin Vì xúc tác hydro hóa là

không đối xứng, nó chuyển các nguyên tử hydro của nó theo một cách chọn lọc về hóa lập thể.

Các phương pháp phân

tách các amino acid

6

Điện di

Sắc ký trao đổi ion

Sắc ký

Phân giải hỗn hợp racemic các amino

acid

đảo(RP-• Sự phân tách các amino acid có thể được thực hiện hiệu quả và nhanh chóng bằng sắc kí lớp mỏng không đối xứng (Macherey-Nagel)

• Các amino acid còn có thể phân tách bằng sắc ký lớp mỏng trên silica gel G với hệ dung môi triển khai bao gồm n-

butanol-aceton-acid acetic-nước phương pháp này được dùng để theo dõi sự tổng hợp của oxytocin và cả các peptit khác có phân tử lượng cao như polymixin

6.3 Sắc ký trao đổi

✘ Sắc ký tao đổi ion dựa trên nguyên lý của sắc ký rửa giải và được Stanford Moore và William Stein ( giải thưởng Nobel hóa học năm 1972) của Viện Rockeffeler phát triển thành

tự động hóa trong các máy phân tích amino acid từ năm

1950 và sau đó được thương mại hóa

✘ Trong kỹ thuật sắc ký trao đổi ion, một hỗn hợp các amino acid trong một dung dịch acid được đưa qua cột sắc ký nhồi

một nhựa trao đổi cation polystyrene được sunfonat hóa

6.4 Phân giải hỗn hợp racemic các amino acid

✘ Các hợp chất không đối ảnh thiên nhiên hoặc tổng hợp (các đồng phân lập thể) thường có các hoạt tính sinh học và

dược lý khác nhau Độ quay cực thường sử dụng là phép đo

để đánh giá độ sạch lập thể của các amino acid

✘ Khi các amino acid được tổng hợp trong thiên nhiên, chỉ có

đồng phân L được tạo thành

1) Sự phân giải động học

✘ Các phân tử đồng phân đối quang là không đối ảnh (chiral)

và có thể chuyển thành các chất khác nhau chỉ bằng phản ứng với các phân tử chiral khác ( ví dụ các enzyme)

✘ Trong các quá trình sinh học khác sự oxi hóa hoặc

decarboxyl hóa bất đối xứng bằng các vi sinh vật

✘ Ví dụ: aminoacylase là enzyme xúc tác cho sự thủy phân của các acid N-acetyl-L-amino acid, nhưng không phải N-acetyl-D-amino acid Do đó, nếu một hỗn hợp racemic các amino acid được chuyển thành một cặp N-acetylamino acid

và hỗn hợp các sản phẩm N-acetyl hóa được thủy phân với aminoacylase, sản phẩm L-amino acid và N-acetyl-D-amino acid có thể dễ dàng tách ra khỏi nhau

2) Các muối diasereome

✘ Phương pháp này dựa trên sự tạo thành các muối

diastereome từ các hỗn hợp racemic amino acid (ký hiệu là(±)A) và các base quang hoạt (như các alkaloid quinine, stychin, brucin, cinchonin và chloramphenicol) (ký hiệu là (±)B)

(±)B + (±)A → (±)B·(+)A + (+)B·(-)A

7

✘ Axit amin thiết yếu hay axit amin không thay thế là axit

amin không thể được tổng hợp trong cơ thể (thường chỉ cơ thể người), và do đó phải được lấy từ thức ăn

9 axit amin thiết yếu gồm có: Isoleusine, Leucine, Lysine,

Methionine, Phenylalanine, Threonine, Tryptophan, Valine và Histidine 9 loại axit amin liên kết chặt chẽ với nhau, kích thích

cơ thể phát triển mạnh mẽ Nếu thiếu 1 trong 9 loại quan

trọng này có thể dẫn đến một số bệnh nguy hiểm đáng tiếc xảy ra

1.Isoleucine ✘ Đóng vai trò quan trọng

trong quá trình phục hồi sức khỏe sau thời gian luyện tập thể dục thể thao Đồng thời giúp điều tiết lượng đường glucose trong máu, hỗ trợ quá trình hình thành

hemoglobin và đông máu

✘ Nguồn thực phẩm chứa isoleucine: Thịt gà, cá, hạnh nhân, hạt điều, trứng, gan, đậu lăng và thịt bò

✘ Nguồn thực phẩm chứa leucine: Đậu tương, đậu lăng, lòng đỏ trứng, hạnh nhân, cá, lạc, tôm

✘  Loại axit amin này chữa lành tế bào cơ và hình thành tế bào mới, đồng thời giúp cân bằng nitơ cần thiết Ngoài ra, nó còn phân hủy đường glucozơ có trong cơ thể

✘ Nguồn thực phẩm chứa valine: Sữa, thịt, ngũ cốc, nấm, đậu tương và lạc

✘ Axit amin này đặc biệt cần thiết cho nam giới nếu muốn phát triển cơ bắp vì nó nhanh chóng phân hủy và đốt cháy chất béo, đồng thời tăng

thêm lượng testosterone sinh dục nam Ngoài ra,

menthionine hỗ trợ chống chữa kiệt sức, viêm khớp và bệnh gan

✘ Nguồn thực phẩm chứa methionine: Thịt, cá, đậu đỗ tươi, trứng, đậu lăng, hành, sữa chua, các loại hạt

5.Phenylalanine ✘   Phenylalanine là một axit

amin có chức năng bồi bổ não, tăng cường trí nhớ, và tác động trực tiếp đến mọi hoạt động của não bộ Ngoài ra, nó có thể làm tăng lượng chất dẫn truyền xung động thần kinh, và tăng tỷ

lệ hấp thụ tia UV từ ánh sáng mặt trời, giúp tạo ra vitamin D nuôi dưỡng làn da

• Tuy nhiên, nếu dùng phenylalanine nhiều, có thể dẫn đến độc hại, nên cần hạn chế

✘ Phenylalanine có trong sữa, hạnh nhân, bơ, lạc, các hạt vừng

6.Threonine ✘ Chức năng chính của threonine là

hỗ trợ hình thành collagen và elastin – hai chất liên kết tế bào trong cơ thể Ngoài ra, nó rất tốt cho hoạt động gan, tăng cường hệ miễn dịch và thúc đẩy cơ thể hấp thụ mạnh các dưỡng chất

• Tuy nhiên, những người ăn chay

cần phải cân nhắc loại axit amin này vì nó tồn tại chủ yếu trong thịt Và để bổ sung threonine, bạn

có thể ăn phó mát làm từ sữa đã gạn kem, gạo tấm, đậu tươi, lạc, hạt điều Thế nhưng hàm lượng amin này trong các nguồn trên lại rất thấp, nên buộc phải dùng sinh

tố bổ sung

✘ Nguồn thực phẩm chứa nhiều threonine nhất: Thịt, cá, trứng

✘ Histidine giúp cơ thể phát triển và liên kết mô cơ bắp với nhau Nó còn có tác dụng hình thành màng chắn myelin, một chất bảo vệ bao quanh dây thần kinh và giúp tạo ra dịch vị, kích thích tiêu hóa

✘ Nếu thiếu 1 hay vài loại axit amin thiết yếu, lượng protein được tổng hợp sẽ bị giới hạn bởi loại axit amin thiết yếu có

số lượng thấp nhất Thí dụ: Gạo có lượng lysine thấp bằng 65% protein chuẩn, nên nếu dùng gạo riêng lẻ, chỉ có 65% protein gạo được tổng hợp thành protein cơ thể Nói chung, protein động vật có giá trị sinh học cao 80-100%, còn

protein thực vật có giá trị sinh học thấp hơn 50-60%, do

thiếu một hay nhiều axit amin thiết yếu

✘ Nhiệm vụ quan trọng nhất của loại axit amin này là khả năng hấp thụ canxi, giúp cho xương chắc khỏe, chống lão hóa cột sống, duy trì trạng thái cân bằng nitơ có trong cơ thể, do đó tránh được hiện tượng giãn cơ

và mệt mỏi Ngoài ra, lysine còn

có tác dụng giúp cơ thể tạo ra chất kháng thể và điều tiết hormone truyền tải thông tin

✘ Nguồn thực phẩm chứa lysine: Phô mai, khoai tây, sữa, trứng, thịt đỏ, các sản phẩm men

Thực phẩm giàu axit amin thiết yếu

8

✘ Trong khi cơ thể con người có thể sản xuất hầu hết các axit amin một mình, nó không thể tổng hợp một số axit amin với

số lượng đủ để đáp ứng nhu cầu của cơ thể Các axit amin như vậy được gọi là "axit amin thiết yếu" bởi vì điều quan trọng là cơ thể sẽ thu được chúng thông qua các nguồn thực phẩm

cần, bao gồm mỗi axit

amin thiết yếu NECC

cũng báo cáo rằng chất

lượng của protein trứng

cao đến mức các nhà

khoa học sử dụng trứng

như là một đường cơ sở

để đo chất lượng protein

trong các thực phẩm

khác

tránh ăn quá nhiều

chất béo bão hòa

cùng với protein

Đậu nành

• Đậu nành là cây duy nhất

được coi là một protein

hoàn chỉnh Đậu hũ,

edamame, đậu nành, miso

hoặc thậm chí là sữa đậu

nành đều là nguồn cung cấp

tốt cho 9 axit amin thiết yếu

- và có thêm lợi ích là có ít

chất béo

• Nghiên cứu gần đây đã

chỉ ra rằng đôi khi đậu nành

trong chế độ ăn uống có thể

có hại, tuy nhiên Đậu nành