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講義資料11
試験はよくできましたか？ どれも基本的な事項で、大部分は高等学校で学習していたはずの ことでした。 原子の構造、濃度、浸透圧、ｐH、酸と塩基、平衡、酸化と還元 また今後、 生体分子（アミノ酸、タンパク質、糖、核酸、脂質）を理解するのに 必要な化学 反応速度論 ⇒ 薬物動態学 を学ばなくてはいけません。 ★入試に出なかった範囲は大学でも必要ない ＝ 全くの誤り！！ 医療（技術）はそんなに単純で易しくはありません。 掲示された連絡対象者の皆さんへ ※ 中間試験の問題に対する解答を以下の要領に従い、レポートで 提出して下さい。 問題は各自が持っている問題用紙と同じですが、掲示板、 化学研究室1、化学研究室独自ホームページにも掲示します。 提出期限：平成２７年７月１７日（金）１７：００まで ［時間厳守］ 提出場所：化学研究室 ★注 意：表紙を作り、学生番号と氏名を記載し、 左上をホッチキス止めすること。 （上記の基準を満たさないレポートは受理しません。） ※ 平成２７年８月１７日（月）３講目に第６講義室で 「学力到達度確認試験」を実施しますので、必ず受験して下さい。 出題範囲は中間試験と同じです。要求される水準も中間試験と 同様で、ごく基本的なレベルです。 アミノ酸の分子構造と物理化学的性質 ー 酸塩基平衡 － タンパク質の材料になるアミノ酸は２０種 NH2 （側鎖）と呼ぶ→ R C α COOH H アミノ基（ＮＨ２）とカルボキシル基（ＣＯＯH)は、同じ炭素に結合している。 α炭素 （β、γ、、、炭素もある。） 側鎖Ｒの違いで、固有の性質。 炭化水素鎖（非極性脂肪族）； グリシン、アラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン 水酸基； セリン、トレオニン（スレオニン） 芳香族； チロシン（タイロシン）、トリプトファン、フェニールアラニン カルボキシル基およびそのアミド； アスパラギン酸、アスパラギン グルタミン酸、グルタミン 塩基性； リシン（リジン、ライシン）、ヒスチジン、アルギニン イオウを含むもの； システイン、メチオニン イミノ酸； プロリン （正確に言うと、アミノ酸ではない） タンパク質 タンパク質は、 ＣＯＯＨ基とＮＨ２基 が脱水縮合して、 ペプチド結合で連 なったもの. オリゴペプチド タンパク質（分子量＞１万 システイン、Ｓ－Ｓ結合 タンパク質の立体構造 １次構造primary structure (N端末のアミノ酸残基から Ｃ端末にむかって.） アミノ酸はペプチド・ タンパク質の構成要素 （材料）⇒重要（後述） ただし、その他、 生理活性物質 ホルモン の原料でもある（右図） さらに、アミノ酸だけからなるペプチドホルモンがある。 アミノ酸の命名法と立体配置 １）アミノ酸分子の炭素原子； α、β、γ ・・・・と 記号 ２）生体ではαアミノ酸のみ。 ３）グアニジン基、イミダゾール基 ４）不斉炭素原子の存在 （炭素原子に結合して いる４つのグループ（残基）が異なる。） ５）鏡像異性体（エナンチオマー）＝光学異性体 Ｄ型（体）、Ｌ型（体）、 ＤＬ体、ラセミ型（体） ギリシア文字 数詞 アミノ酸の分子構造？ ★炭素Cに４個の原子が結合した分子 ⇒ メタンCH4の立体構造？ Aの構造式は一般的だが、立体的な構造を正確に表していない。 実際の構造はBに示すような“正四面体構造”である。 互いに異なる４種に置換基 Ｗ，Ｘ，Ｙ，Ｚが結合した炭素を 不斉炭素といい＊をつけて 表すことが多い。 不斉炭素を持った化合物 にはＡ，Ｂ ２種の異性体が ある。 これらは互いに右手と左手の 関係にあり、 互いに鏡像異性体である。 （＝キラルな関係である。） 鏡像異性体（エナンチオマー）＝光学異性体 ・実物と鏡像が重ならない関係。 キラル（chiral）である。と言い、 互いにキラリティー（chirality）を持つと言う。 chiral←χειρ（cheir＝手） （ギリシャ語） achiral ⇔ chiral （アキラル） 軍手やねじ回りのように、 鏡像同士が重なり合う関係。 異性体とは？ アミノ酸の中心の炭素は不斉炭素であり、鏡像異性体が存在する。 ★天然に存在するタンパク質は、極めて少数の例外を除けば、 全てＬ体のアミノ酸だけからできている。 その原因、理由は不明である。 When crossing the bridge (ONward), remember “L- to the left”. アミノ酸の種類 ＝ 側鎖の違い ⇒ 側鎖によって、名称が決まる。 ３文字表記、１文字表記 ⇒ 側鎖の化学的性質によって、 アミノ酸の化学的性質を分類する。 酸性、中性、塩基性 ／ 親水性、疎水性 Glycine は甘みに因んで付けられた名称： glyco - = sweet アミノ酸は“両性イオン（Zwitter ion）”である。 滴定曲線 グリシンを酸性溶液に溶かし、水酸化ナトリウムを添加する。 滴定曲線 滴定曲線（最初(左側)の部分(酸性部分ｐH２～ ６)） （Zwitter ion) ツビッター イオン 陽イオンと双性イオンのみを考えればよい。なぜなら、Ｋa２＝９．６であるから H3N+CH2COOH この平衡は、 H3N+CH2COO- + H+ ↔ （陽イオン） （双性イオン） [ H N CH COO ][H ] [双性イオン][H ] K = = [H N CH COOH] [陽イオン] [ H N CH COO ] ｐH = − log[H ] = pKa + log [H N CH COOH] + 1 a − 3 + ＋ 2 + 3 ２－１ 2 + + 1 3 − 2 + 3 P スケール： p[変数でも関数でもよい]とは –log[ 2 ] を意味する。 ２－２ 酸性条件での滴定曲線 ヘンダーソン・ハッセルバルクの式 （ヘンダーソン・ハッセルバッハ ヘンダーソン・ハッセルベルヒ） [H N CH COO ] = [H N CH COOH] − + 3 ならば 2 + 3 2 pH = pKa この近傍では、ｐH変化が緩やか = 緩衝作用がある Eのところでは、傾きが急である。ほん の少しのアルカリの添加で、ｐHが急 上昇する。すべてのCOOH がCOO－と なっているので、加えたOHがすべて 液のｐH上昇に使われる。 滴定曲線の後半(右側)部分 （アルカリ性のところ） 陽イオンは極々微量だから、考えなくてもよい。Ka２のみを考える。 滴定曲線の例 ｐkaから、ｐHが前後に１の範囲で、大きく変化する。 （２ｐH程度が変化する領域） ｐKaよりもｐHが１違うと、解離型または非解離型のどちらかのみであると考えてよい。 緩衝液（buffer solution） 水に酸を加えればpHは下がって酸性となり、塩基を加えればpHが 上がって塩基性となる。ところが、酸を加えようと、塩基を加えようと、 pHのほとんど変化しない溶液がある。このような溶液を緩衝液という。 －生体の体液はほとんどが緩衝液となっている。 点滴液、注射液など、医療に用いる水溶液も、 ほとんどが緩衝液となっている。 緩衝液は一般に大量の弱酸と大量のその塩、 あるいは大量の弱塩基と大量のその塩の溶液となっている。 例） 酢酸CH3COOHと酢酸ナトリウムCH3COONaからなる緩衝液 酢酸CH3COOHと酢酸ナトリウムCH3COONaからなる緩衝液 酢酸は弱酸なのでほとんど電離しない。一方、酢酸ナトリウムは 塩なので電離して酢酸イオンとナトリウムイオンになる。 このような機構によって、系に加えられたH+、OH-が消費される のでpHが変化しない。 アミノ酸とタンパク質は体内の重要な緩衝成分 pH = pKa ([H+]=Ka) のとき、緩衝能が最大 等電点(isoelectric point) 正負両荷電を化合物の電荷の総和がゼロになるｐH：等電点 pI と書かれることが多い。 グリシンの場合 陽イオン、双性イオン、陰イオンの3種 双性イオンは中性だから 等電点では、 [陽イオン] = [陰イオン]が成立する。 [ H N CH COO ][H ] [H N CH COO ][H ] K ⋅K = ⋅ [H N CH COOH] [H N CH COO ] = [H ] 1 pI = ( pK + pK ) 2 + 1 a 2 a − 3 2 + 2 2 + 3 + 2 1 a + 2 2 a + - 3 − 2 等電点(isoelectric point) （続き） 側鎖に解離基のある（酸性・塩基性）アミノ酸（Glu, Asp, Lys, His, Arg）では、側鎖の解離を考える必 要がある。 等電点のpHは側鎖（R)の酸性度によって異なる。 （中性付近が等電点とはならない。） （重要） タンパク質でも等電点がある。 等電点では電気泳動しない。