解离形式氨基酸
学习打卡第一天:
医学生集合了[大笑]
生物化学与分子生物学:蛋白质主要由碳、氢、氧、氮、硫组成,有些蛋白质还含有少量磷或金属元素铁、铜、锌、锰、钴、钼,个别还含有碘。各种蛋白质的含氮量很接近,平均为16%。
氨基酸根据其侧链的结构和理化性质可分为五类:非极性脂肪族氨基酸、极性中性氨基酸、芳香族氨基酸、酸性氨基酸、碱性氨基酸。非极性脂肪族氨基酸:甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、脯氨酸、甲硫氨酸;极性中性氨基酸:丝氨酸、半胱氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、苏氨酸;含芳香环的氨基酸:苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸;酸性氨基酸:天门冬氨酸、谷氨酸、;碱性氨基酸;精氨酸、赖氨酸、组氨酸。
在某一PH的溶液中,氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等,成为兼性离子,呈电中性,此时溶液的PH称为该氨基酸的等电点。
含共轭双键的氨基酸具有紫外线吸收性质。
茚三酮反应是指茚三酮水合物在弱酸性溶液中与氨基酸共加热时,氨基酸被氧化脱氨、脱羧,而茚三酮水合物被还原,其还原物可与氨基酸加热分解产生的氨结合,再与另一份子茚三酮缩合成为蓝紫色化合物,此化合物最大吸收峰在570nm波长处。由于此吸收峰值的大小与氨基酸释放出来的氨量成正比,因此可作为氨基酸定量分析方法。
由2-20个氨基酸相连成的肽成为寡肽,而更多的氨基酸相连成的肽称为多肽。多肽链有两端,其游离a-氨基的一端称为氨基末端或N-端,游离a-羧基的一端称为羧基末端或C-端。肽链中的氨基酸分子因脱水缩合而基团不全,成为氨基酸残基。[奋斗][奋斗]
表面活性剂种类对产物粒径及形貌有何影响
根据极性基团的解离性质,可将表面活性剂分为如下几类:
1.阴离子表面活性剂起表面活性作用的是阴离子。
(1)肥皂类:系高级脂肪酸的盐,通式为(RC00-)nMn+.脂肪酸烃链R一般在C11——C17之间,以硬脂酸、油酸、月桂酸等较常用。根据M的不同,可分碱金属皂如硬脂酸钠、硬脂酸钾等,碱土金属皂如硬脂酸钙等,有机胺皂如三乙醇胺皂等。它们均具良好的乳化性能和分散油的能力。一般供外用。
(2)硫酸化物:主要是硫酸化油和高级脂肪醇硫酸酯类,通式为R——0-S03-M+,其中脂肪烃链R在C12——C18之间。高级脂肪醇硫酸酯类常用的为十二烷基硫酸钠(SDS,又称月桂醇硫酸钠)。它的乳化性很强,且较稳定。主要用作软膏的乳化剂。有时也用于片剂等固体制剂的润湿剂或增溶剂。
(3)磺酸化物:属于这类的有脂肪族磺酸化物、烷基芳基磺酸化物和烷基萘磺酸化物等。通式为R.S03-M+.他们的水溶性及耐酸、耐钙性比硫酸化物稍差。常用的有二辛基琥珀酸磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠等,后者为广泛应用的洗涤剂。
2.阳离子表面活性剂起表面活性作用的是阳离子,因此称为阳性皂,为季铵化物。
其特点是水溶性大,在酸性与碱性溶液中较稳定,具有良好的杀菌作用。
3.两性离子表面活性剂这类表面活性剂的分子结构中具有正、负离子基团,在不同pH值介质中可表现出阳离子或阴离子表面活性剂的性质。
(1)卵磷脂:依来源不同,又分为豆磷脂或卵磷脂。磷脂的组成十分复杂,含有脑磷脂、磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺、丝氨酸磷脂等,还有糖脂、中性脂、胆固醇和神经鞘脂等。
卵磷脂外观为透明或半透明黄色或黄褐色油脂,对热十分敏感,在60%以上数天内可变为褐色,在酸和碱及酯酶作用下易水解,不溶于水,溶于三氯甲烷、乙醚、石油醚等有机溶剂,是制备注射用乳剂及脂质体制剂的主要辅料。
(2)氨基酸型和甜菜碱型两性离子表面活性剂:为合成表面活性剂,阴离子部分是羧酸盐,阳离子部分为季铵盐或胺盐。由胺盐构成者即为氨基酸型R-NH2-CH2CH2-C00-;由季铵盐构成者即为甜菜碱型R-N+(CH)2-C00-.两性离子表面活性剂在碱性水溶液中呈阴离子表面活性剂的性质,具有很好的起泡、去污作用;在酸性溶液中则呈阳离子表面活性剂的性质,具有很强的杀菌能力。氨基酸型在等电点时亲水性减弱,并可能产生沉淀,而甜菜碱型无论在酸性、碱或中性均易溶,也不产生沉淀。氨基酸型两性离子表面活性剂“Tego”杀菌力很强而毒性小于阳离子表面活性剂。
4.非离子表面活性剂非离子表面活性剂在水中不解离,亲水基团是甘油、聚乙二醇和山梨醇等多元醇,亲油基团是长链脂肪酸或长链脂肪醇以及烷基或芳基等。非离子表面活性剂广泛用于外用制剂、口服制剂和注射剂,个别品种也用于静脉注射剂。
(1)脂肪酸甘油酯:主要有脂肪酸单甘酯和脂肪酸二甘酯,脂肪酸甘油酯,外观为黄色或白色的油状或蜡状物质,熔点在30——60℃,不溶于水,HLB值为3——4,主要用作W/O型乳剂辅助乳化剂。
(2)蔗糖脂肪酸酯:简称蔗糖酯,是蔗糖与脂肪酸生成的多元醇型非离子表面活性剂。蔗糖酯为白色至黄色粉末,在室温下稳定,在酸、碱和酶的作用下可水解。蔗糖酯不溶于水,但在水和甘油中加热可形成凝胶,溶于丙二醇、乙醇及一些有机溶剂。为O/W型乳化剂、分散剂。
(3)脂肪酸山梨坦:脂肪酸山梨坦是失水山梨醇脂肪酸酯,商品名为司盘(span)可分为司盘20(月桂山梨坦)、司盘40(棕榈酸山梨坦)、司盘60(硬脂酸山梨坦)、司盘65(三硬脂酸山梨坦)、司盘80(油酸山梨坦)和司盘85(三油酸山梨坦)等。脂肪酸山梨坦易溶于乙醇,在酸碱和酶的作用下容易水解,其HLB值从l.8——3.8,是常用的W/O型乳化剂;在W/O型乳剂中与吐温配合使用。
(4)聚山梨酯:聚山梨酯是聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯。商品名为吐温(tween),与司盘的命名相对应,有吐温20(聚山梨酯20)、吐温40(聚山梨酯40)、吐温60(聚山梨酯60)、吐温65(聚山梨酯65)、吐温80(聚山梨酯80)和吐温85(聚山梨酯85)等多种型号。吐温类是黏稠的黄色液体,对热稳定,在水和乙醇及多种有机溶剂中易溶,低浓度时在水中形成胶束,其增溶作用不受溶液pH值影响。吐温是常用的增溶剂、乳化剂、分散剂和润湿剂。
(5)聚氧乙烯脂肪酸酯:商品名称卖泽(Myrij)该类表面活性剂有较强水溶性,乳化能力强,为0/W型乳化剂,常用的有聚氧乙烯40硬脂酸酯等。
(6)聚氧乙烯脂肪醇醚:商品名称苄泽(Brij)如Brij30和Brij35.具有较强的亲水性质,常用作增溶剂及0/W型乳化剂。
(7)聚氧乙烯一聚氧丙烯共聚物:又称泊洛沙姆(商品名普朗尼克F68)。通式为HO(C2H4O)a-(C3H6O)b-(C2H40)aH;本品有各种不同相对分子质量的产品。相对分子质量在1000-14000,HLB值为0.5——30.聚氧丙烯比例增加,则亲油性增强;聚氧乙烯比例增加,则亲水性增强。本品具有乳化、润湿、分散、起泡和消泡等多种优良性能,但增溶能力较弱。PluronicF68作为一种0/W型乳化剂,是目前可用于静脉乳剂的极少乳化剂之一,用本品制备的乳剂能耐受热压灭菌和低温冰冻。
表面活性剂种类,表面活性剂种类对产物粒径及形貌有何影响
南京大学龙亿涛教授团队在纳米孔道中的单分子特征离子指纹图谱研究进展
纳米孔道是一种自然界广泛存在的可运输离子、水分子和生物分子的纳米级孔道。生物纳米孔道可由天然的蛋白质构成。近年来,研究人员利用电场力将单个分子牵引至单个生物纳米孔道内,排开孔道内的部分离子,进而产生特征的离子流阻断信号反应了单分子的化学组成、质量、结构等信息,这便是纳米孔道单分子电化学的基本原理。纳米孔道内壁氨基酸残基、质子、离子及单个传输分子之间发生的协同弱相互作用还会引起限域空间内几十个离子的瞬态变化,其产生的极微小的离子流信号常常被掩盖在纳米孔道的电流噪声中,使得这些单分子特征信息无法获取。
龙亿涛教授团队多年聚焦于对电化学高精度测量仪器的研制,通过新的复杂信息提取方式,获取了纳米孔道离子流信号的瞬时频率,发展了单分子时频谱学分析技术,阐明了纳米孔道电流中低频域区频率特征值的物理化学特性,提出了单分子频率指纹图谱的数学模型,建立起孔道内离子指纹图谱的谱学分析方法,实现了对突变Aerolysin纳米孔道内离子相互作用网络特性的预测。
图1. 纳米孔道中的单分子特征离子指纹图谱分析方法 (A)纳米孔道单分子电化学测量原理图(左);单个模型分子poly(dA)4通过Aerolysin纳米孔道产生的离子流特征信号(右上),及该信号被经验模态分解(EEMD)后获得的本征模态函数(IMF);(B)经希尔伯特-黄瞬时频率分析变换后的单分子特征离子频率谱图;(C)低频域区下单分子特征离子频率谱图。
?研究团队将单个单个模型生物分子poly(dA)4穿过Aerolysin蛋白质孔道所获得的离子流电号经过经验模态分解(EMD)及希尔伯特谱分析(HAS),获得了信号在整个测量频率相应范围内的单分子特征离子频率谱图,提取了特征峰值频率(fm)和峰值振幅(am)。通过研究不同pH、电解质浓度及类型、外加电压、温度等条件下的单分子特征频率指纹图谱变化,发现离子、单个传输分子、纳米孔道内壁氨基酸残基间的可逆平衡调节了质子、离子与纳米孔道的结合/解离过程,影响了离子流电信号的低频组分。进一步,研究团队总结了特征频率的物理化学特性,即fm反映了纳米孔道内离子与孔道内壁氨基酸残基间的解离速率,am描述了纳米孔道内壁氨基酸残基在限域相互作用网络下的结合离子数目。
图2. 特征峰值频率(fm)和峰值振幅(am)的影响因素研究 (A) pH;(B)离子强度;(C)离子种类;(D)实验温度;(E) 施加电压。揭示离子相互作用网络的峰值频率(上)和峰值振幅(下)。
图3. 单分子特征离子指纹图谱及预测研究 (A)系列238位点突变型AeL纳米孔道238(左)及特征峰值频率(fm)的相关性分析(右);(B)特征峰值频率(fm)与突变氨基酸等电点,单分子阻断时间,突变氨基酸范德华体积间的非线性依赖关系;(C) 238位点突变型AeL纳米孔道的单分子特征离子指纹图谱预测模型。
为进一步验证单分子特征离子指纹图谱的普适性,研究人员构建了系列238位点突变型Aerolysin纳米孔道,改变了纳米孔道灵敏探测区域内氨基酸残基与单个生物分子的相互作用,归纳了氨基酸残基的化学特性对频率指纹特性的影响规律。实验结果显示,在无分析物存在于纳米孔道的情况下,特征峰值频率(fm)与体系电导相关;而在有单个分子通过纳米孔道的时候,特征峰值频率(fm)与突变位点氨基酸残基化学性质的相关性显著增加。进一步,利用多元回归分析建立了单分子频率指纹图谱经验模型,描述了离子指纹图谱特征fm和氨基酸残基电性、范德华体积、亲疏水性等物理化学特征间的关系,实现了对突变型纳米孔道离子指纹图谱频率特征的预测。该方法有助于精准探测纳米孔道单分子动态相互作用,实现纳米孔道单分子蛋白质测序。
?相关成果以“Single-Molecule Frequency Fingerprint for Ion Interaction Networks in a Confined Nanopore”为题(VIP Paper),发表于《德国应用化学》(Angewandte Chemie International Edition)文章链接:网页链接
该工作得到了国家自然科学重大科研仪器研制项目及优秀青年基金项目、南京大学化学和生物医药创新研究院的支持,南京大学化学专业博士研究生李欣怡为论文的第一作者,应佚伦教授和龙亿涛教授为论文的通讯作者。
来源:南京大学