3.2 课后习题详解
1写出下列氨基酸的单字母和三字母的缩写符号：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计算赖氨酸的ε-NH3＋20%被解离时的溶液pH。
答：
由pH＝pKa＋lg[质子受体]/[质子供体]；pKa查表可得。
pKa＝10.53
所以
pH＝10.53＋lg（20/80）＝9.92
故赖氨酸的ε-NH3＋20%被解离时的溶液pH为9.9。
3计算谷氨酸的γ-COOH三分之二被解离时的溶液pH。
答：
由pH＝pKa＋lg[质子受体]/[质子供体]；
pKa＝4.25
所以
pH＝4.25＋lg（2/1）＝4.55
故谷氨酸的γ-COOH三分之二被解离时的溶液pH为4.6。
4计算下列物质0.3mol/L溶液的pH：
（1）亮氨酸盐酸盐；
（2）亮氨酸钠盐；
（3）等电亮氨酸。
答：
（1）pH＝pK＋lg（L0/L＋），设L0为x，则
－lgx＝2.36＋lg[x/（0.3－x）]
解得
－lgx＝1.46
（2）pH＝pK＋lg（L－/L0），设L－为x，则
－lgx＝9.60＋lg[x/（0.3－x）]
解得
－lgx＝11.5
（3）pH＝pI＝1/2（pKa1＋pKa2）＝1/2（2.36＋9.60）＝5.98。
5根据教材中氨基酸的pKa值，计算下列氨基酸的pI值：丙氨酸、半胱氨酸、谷氨酸和精氨酸。
答：
已知
pI＝1/2（pKa1＋pKa2）
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的处于等电点的甘氨酸溶液加入0.3molHCl，问所得溶液的pH是多少？如果加入0.3molNaOH以代替HCl时，pH将是多少？
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将丙氨酸溶液（400ml）调节到pH8.0，然后向该溶液中加入过量的甲醛，当所得溶液用碱反滴定至pH8.0时，消耗0.2mol/LNaOH溶液250mL。问起始溶液中丙氨酸的含量为多少克？
答：丙氨酸经过量甲醛处理后释放的H摩尔数与丙氨酸摩尔数相同，并且与滴定用的NaOH等摩尔反应，消耗的NaOH为0.05mol，即丙氨酸也为0.05mol，丙氨酸的分子量为89g/mol，所以起始溶液中丙氨酸的含量为4.45g。
8计算0.25mol/L的组氨酸溶液在pH6.4时各种离子形式的浓度（mol/L）。
答：设His0浓度为x，His＋浓度为y，His2＋浓度为z，His－浓度为w，则可得方程组：
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
联立①、②、③、④可解得
x＝0.179
y＝0.071
z＝1.79×10－4
w＝2.8×10－4
所以各种离子浓度分别为：His2＋为1.79×10－4mol/L；His＋为0.071mol/L；His0为0.179mol/L；His－为2.8×10－4 mol/L。
9说明用含一个结晶水的固体组氨酸盐酸盐（相对分子质量＝209.6；咪唑基pKa＝6.0）和1mol/LKOH配制1L pH6.5的0.2mol/L组氨酸盐缓冲液的方法。
答（1）1L 0.2mol/L的组氨酸盐缓冲液需组氨酸盐的质量为
1L×0.2mol/L×209.6g/mol＝41.92g
（2）设缓冲液中His0的浓度为x，则根据
pH＝pK＋lg（H0/H＋）＝6.0＋lg[x/（0.2－x）]＝6.5
可得
x＝0.152mol/L
物质的量
n＝0.152mol/L×1L＝0.152mol。
（3）在pH6.5时His成兼性离子形式存在，－COOH完全解离，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为352ml。
（4）所以配置方法为：取组氨酸盐酸盐41.92g（0.2mol），加入352mL lmol/L KOH，用水稀释至1L。
10为什么氨基酸的茚三酮反应液能用测压法定量氨基酸？
答：茚三酮在弱酸性溶液中与α-氨基酸共热，引起氨基酸氧化脱氨脱羧反应：
茚三酮＋α-氨基酸→还原茚三酮＋NH3＋CO2＋RCHO＋H＋
其中，反应定量释放的CO2可用测压法测量，从而计算出参加反应的氨基酸量。
11L-亮氨酸溶液（3.0g/50m1 6mol/LHCl）在20cm旋光管中测得的旋光度为＋1.81°。计算L-亮氨酸在6mol/LHCl中的比旋（[α]）。
答：根据
（其中l以dm为单位，c以g/mL为单位）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标出异亮氨酸的4个光学异构体的（R，S）构型名称。
答：（1）（2S′3S）－（＋）－异亮氨酸
（2）（2S′3R）－（－）－异亮氨酸
（3）（2R′3R）－（－）－异亮氨酸
（4）（2R′3S）－（＋）－异亮氨酸
13甘氨酸在溶剂A中的溶解度为在溶剂B中的4倍，苯丙氨酸在溶剂A中的溶解度仅为在溶剂B中的两倍。利用在溶剂A和B之间的逆流分溶方法将甘氨酸和苯丙氨酸分开。在起始溶液中甘氨酸含量为100mg，苯丙氨酸为81mg。
试回答下列问题：
（1）利用由4个分溶管组成的逆流分溶系统时，甘氨酸和苯丙氨酸各在哪一号分溶管中含量最高？
（2）在这样的管中每种氨基酸各为多少毫克？
答：（1）根据逆流分溶原理，可得：
对于Gly：Kd＝CA/CB＝4＝q（动相）/p（静相）且p＋q＝1＝（1/5＋4/5）
4个分溶管分溶3次：（1/5＋4/5）3＝1/125＋2/125＋48/125＋64/125
对于Phe：Kd＝CA/CB＝2＝q（动相）/p（静相）且p＋q＝1＝（1/3＋2/3）
4个分溶管分溶3次：（1/3＋2/3）3＝1/27＋6/27＋12/27＋8/27
故利用4个分溶管组成的分溶系统中，甘氨酸和苯丙氨酸各在4管和3管中含量最高。
（2）根据（1）中计算可知：
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：水的系统中进行纸层析时，下列混合物中氨基酸的相对迁移率（假定水相的pH为4.5）：
（1）Ile，Lys；
（2）Phe，Ser；
（3）Ala，Val，Leu；
（4）Pro，Val；
（5）Glu，Asp；
（6）Tyr，Ala，Ser，His。
答：根据图3-3可得结果：
（1）Ile＞lys；
（2）Phe＞Ser；
（3）Leu＞Val＞Ala；
（4）Val＞Pro；
（5）Glu＞Asp；
（6）Tyr＞Ala＞Ser≌His。
图3-3 氨基酸纸层析图
15将含有天冬氨酸（pI＝2.98）、甘氨酸（pI＝5.97）、苏氨酸（pI＝6.53）、亮氨酸（pI＝5.98）和赖氨酸（pI＝9.74）的pH3.0柠檬酸缓冲液，加到预先同样缓冲液平衡过的Dowex-50强阳离交换树脂中，随后用该缓冲液洗脱此柱，并分部收集洗出液，这5种氨基酸将按什么次序洗脱下来？
答：（1）氨基酸与树脂的亲和力主要取决于：①氨基酸之间的静电吸引；②氨基酸侧链与树脂基质之间的相互疏水作用。
（2）在pH3.0左右，氨基酸与阳离子交换树脂之间的静电吸引的大小次序是碱性氨基酸（A2＋）＞中性氨基酸（A＋）＞酸性氨基酸（A0）。因此，氨基酸的洗出顺序大体上是酸性氨基酸、中性氨基酸，最后是碱性氨基酸。考虑到氨基酸和树脂之间还存在疏水相互作用，所以其洗脱顺序为：Asp，Thr，Gly，Leu，Lys。