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脯氨酸

脯氨酸(Proline,缩写为Pro 或P),α-亚氨基酸,中性,等电点为6.30,水中溶解度比任何氨基酸都大,25℃时100g水中可溶162 g左右。易潮解不易得结晶,有甜味。与茚三酮溶液共热,生成黄色化合物。一旦进入肽链后,可发生羟基化作用,从而形成4-羟脯氨酸,是组成动物胶原蛋白的重要成分。羟脯氨酸也存在于多种植物蛋白质中,尤其与细胞壁的形成有关。植物体在干旱、高温、低温、盐渍等多种逆境下,常常有脯氨酸的明显积累。在临床、生物材料、工业等方面均有广泛应用 [1]

我们知道脯氨酸有三种形式DL-脯氨酸,L-脯氨酸、D-脯氨酸,通常所说的脯氨酸就是L-脯氨酸,天然存在的一种氨基酸,常温下本品为柱状晶体。加热下到215-220℃ 迅速分解。能溶于热水和乙醇。微具甜味,有吸湿性。在碱性溶液中消旋化。[α]D25-86.5°(水),-60.4°(5N盐酸)。分布于多种蛋白质中。为海洋浮游生物中一种含量居中的氨基酸;也存在于海水、颗粒物和海洋沉积物中。

脯氨酸的化学名称为吡咯烷酮羧酸,它是一种环状的亚氨基酸 [2] 。脯氨酸是人体的非必需氨基酸。

中文名称:脯氨酸

英文名称:Proline

CAS号:29795-82-2 [3]

分子式:C5H9NO2 [3]

分子量:115.13000 [3]

精确质量:115.06300

PSA:49.33000

LogP:0.15180

物理性质

外观与性状:白色结晶粉末 [3]

密度:1.35 [3]

熔点:228°C (dec.)(lit.) [3]

沸点:252.2C at 760 mmHg [3]

闪点:106.3C [3]

折射率:-85 ° (C=4, H2O) [3]

水溶解性:可溶

稳定性:稳定,与强氧化剂不相容 [3]

储存条件:室温

蒸汽压:0.00615mmHg at 25°C [3]

等电点(pI):6.30

化学性质

可从乙醇/乙醚中得到无色针状结晶,从水中得到斜方晶,有强甜味,与水合茚三酮试液反应呈黄色,但被冰醋酸酸化后呈红色,与硫氰酸铵反应产生难溶性盐。 [4]

注*:其中N的化合价为+5。

海关编码:2933990090 [3]

WGK Germany:3

危险类别码:R36/37/38 [3]

安全说明:S24/25 [3]

RTECS号:TW3584000 [3]

危险品标志:Xi

脯氨酸从整个分子结构来看是极性分子,但属于非极性氨基酸。这是因为氨基酸极性的判断根据为侧链的性质而非整个氨基酸分子。现实中存在许多像这样的是极性分子的非极性氨基酸。

植物合成 [3]

植物脯氨酸的合成有两条途径:一条途径是以谷氨酸(Glu)为底物合成脯氨酸,另一条途径是以鸟氨酸为底物合成脯氨酸,通常在植物受到胁迫或氮素缺乏的情况下,脯氨酸的主要来源就是谷氨酸合成途径,在氮素供应充足的情况下,植物中脯氨酸的主要合成途径是鸟氨酸为底物合成的。

化学合成 [3]

明胶、干酪素之类蛋白质的水解物,用离子交换树脂处理,再用苦味酸或雷因克特盐(Reineckeatesalt)处理中性氨基酸部分,仅使L-脯氨酸沉淀,最后用无水乙醇加异丙醇重结晶而得。 由嗜乙酰乙酸棒杆菌(Corynebacteriumacetoacidophilum)XQ-3(由无锡轻工大学中央研究所选育)以氯化铵为氮源经发酵而得。产酸率约60g/L。

L-脯氨酸有两种制法。 一是直接发酵法, 利用葡萄糖和黄色短杆菌变异株或谷氨酸棒杆菌野生株,经微生物发酵获得L-脯氨酸; 二是化学合成法,以谷氨酸为原料, 与无水乙醇在硫酸催化下发生酯化, 并加入三乙醇胺将氨基硫酸盐游离出来,得谷氨酸-δ-乙酯。 再用金属还原剂硼氢化钾还原谷氨酸-δ-乙酯,得脯氨酸粗品, 最后对其分离纯化可得粗制脯氨酸。 小试工艺 酯化 称取L-谷氨酸147g, 投入三颈瓶中, 加入无水乙醇1L, 搅拌冷却至0℃, 再滴加H2SO4 80ml, 于0-5℃搅拌反应1h, 室温继续反应1h, 反应全部变清。 在20℃下滴加三乙胺至pH为8-8.5, 析出白色结晶,在室温下再搅拌1h, 静置冷却5℃过滤, 取结晶, 用95%乙醇洗涤, 抽干后真空干燥,得谷氨酸-δ-乙酯约141g。熔点178-180℃, 收率80%-83%。 [α]32D+29.8 (C=1g/ml 10% HCl)。 还原 在三颈瓶中投入谷氨酸-δ-乙酯175g, 加入蒸馏水875ml, 搅拌冷却至5℃, 再分次加入KBH4 53.9g, 约1h加完, 室温再反应1h, 保温50℃反应3h。冷却至0℃, 加入6mol/L HCl调至pH4, 过滤取滤液, 即得粗品L-脯氨酸水溶液。 分离纯化 离子交换树脂-氧化铝柱色谱分离法 将粗品L-脯氨酸水溶液,以4ml/min的流速进入装入732-H+型树脂交换柱中(1g 酸投料需10ml树脂)。 先用蒸馏水冲洗至中性,再用1mol/L氨水洗脱, 收集含L-脯氨酸段的洗脱液(用硅胶G薄层色谱控制)。 将洗脱液减压浓缩至干, 再用少量水溶解后,将其进入中性氧化铝色谱柱中,再以60%乙醇水溶液洗脱(还是用硅胶G薄层色谱控制)。 收集的洗脱液减压浓缩至干,再以无水乙醇洗涤数次, 稍冷后再加入无水乙醚,冷却过滤取结晶, 真空干燥, 得L-脯氨酸。熔点220-222℃(分解),收率28%左右。 [α]24D-82.4 (C=1g/ml, H2O)。 五氯酚沉淀解吸分离法 成盐 将粗品制脯氨酸水溶液置于反应瓶中, 加热至50℃时滴加五氯酚乙醇溶液 (0.111mol/70ml乙醇), 并保温搅拌5h后, 让冷却至0℃, 过滤取结晶, 用少量冰水洗涤, 抽干, 干燥后得复盐,熔点240-242℃, 沉淀率95%。 解析 将复盐38.4g, 投入三颈瓶中, 加入蒸馏水200ml, 氨水20ml, 室温搅拌8h, 冷却至0℃后过滤取滤液,将滤液减压浓缩, 加入蒸馏水100ml, 过滤取滤液, 加入活性炭脱色。乙醚提取, 分出水层, 继续浓缩至干, 用无水乙醇脱色数次, 再加少量无水乙醇湿润, 加入2倍量无水乙醚, 冷却结晶,过滤取结晶, 真空干燥, 得L-脯氨酸成品。 放大生产工艺 酯化 将L-谷氨酸15kg, 无水乙醇100L投入200L反应罐中, 冷却至0℃,搅拌条件下滴加浓H2SO4 8.1L, 保持0℃, 搅拌反应1h, 再保温25℃搅拌反应1h后,加入三乙胺使pH为8.0-8.5。 搅拌1h, 出现白色沉淀。 冷却至5℃, 过滤取沉淀, 用50L95%乙醇洗涤, 沉淀于50℃真空干燥, 得L-谷氨酸-δ-乙酯。 还原 将所得L-谷氨酸-δ-乙酯投入100L反应罐中, 加水70L, 搅拌冷却至5℃, 于1h内分次加完4.3kg KBH4, 加热保温200℃, 搅拌反应1h, 再升温50℃, 搅拌反应3-4h, 冷却至0℃, 以6mol/L的HCl调pH至4.0, 过滤取滤液得L-脯氨酸粗品溶液。 沉淀 将L-脯氨酸粗品溶液投入100L反应罐中,加热至50℃, 在不断搅拌下缓缓加入7L 1.5mol/L的五氯酚乙醇溶液,保温50℃反应5h后, 冷却至0℃析出结晶, 过滤取结晶, 抽干, 得复盐。 解析、精制 将复盐投入100L反应罐内, 加入3%氨水20L, 室温搅拌反应7-8h后, 降温至0℃过滤,沉淀用少量冰水洗涤, 抽干, 洗液和滤液合并, 再减压浓缩至干, 用10L去离子水搅拌溶解,过滤取滤液, 并加入0.5%活性炭, 加热70℃搅拌脱色1h, 过滤取滤液, 让其冷却至0℃, 加等体积乙醚萃取, 分出水层, 减压浓缩至干,加10L无水乙醇脱水3次, 抽干, 沉淀加2L无水乙醇搅匀,再加10L乙醚,冷却至0℃, 过滤取沉淀, 真空抽乙醚, 80℃烘干, 得L-脯氨酸成品。

以明胶为原料用酸水解后经离子交换树脂柱层析而得。

烟草:BU,22;FC,21。

本品为(L)-吡咯烷-2-羧酸。按干燥品计算,含C5H9NO2不得少于99.0%。 [5]

本品为白色结晶或结晶性粉末;微臭,味微甜。 [5]

本品在水中易溶,在乙醇中溶解,在乙醚或正丁醇中不溶。 [5]

取本品,精密称定,加水溶解并定量稀释制成每1ml中约含40mg的溶液,依法测定(2010年版药典二部附录ⅥE),比旋度为-84.5°至-86.0°。 [5]

(1)取本品与脯氨酸对照品各适量,分别加水溶解并稀释制成每1ml中约含0.4mg的溶液,作为供试品溶液与对照品溶液。照其他氨基酸项下的色谱条件试验,供试品溶液所显主斑点的位置和颜色应与对照品溶液的主斑点相同。 [5]

(2)本品的红外光吸收图谱应与对照的图谱(《药品红外光谱集》1041图)一致。 [5]

1酸度

取本品2.0g,加水20ml溶解后,依法测定(2010年版药典二部附录Ⅵ H),pH值应为5.9~6.9。 [5]

2溶液的透光率

取本品1.0g,加水10ml溶解后,照紫外-可见分光光度法(2010年版药典二部附录ⅣA),在430nm的波长处测定透光率,不得低于98.0%。 [5]

3氯化物

取本品0.25g,依法检查(2010年版药典二部附录ⅧA),与标准氯化钠溶液5.0ml制成的对照液比较,不得更浓(0.02%)。 [5]

4硫酸盐

取本品1.0g,依法检查(2010年版药典二部附录Ⅷ B),与标准硫酸钾溶液2.0ml制成的对照液比较,不得更浓(0.02%)。 [5]

5铵盐

取本品0.10g,依法检查(2010年版药典二部附录Ⅷ K),与标准氯化铵溶液2.0ml制成的对照液比较,不得更深(0.02%)。 [5]

6其他氨基酸

取本品,加水溶解并稀释制成每1ml中约含50mg的溶液,作为供试品溶液;精密量取1ml,置200ml量瓶中,用水稀释至刻度,摇匀,作为对照溶液。另取脯氨酸对照品与苏氨酸对照品各适量,置同一量瓶中,加水溶解并稀释制成每1ml中各约含0.4mg的溶液,作为系统适用性试验溶液。照薄层色谱法(2010年版药典二部附录ⅤB)试验,吸取上述三种溶液各2μl,分别点于同一硅胶G薄层板上,以正丁醇-无水乙醇-浓氨溶液-水(8:8:1:3)为展开剂,展开,晾干,喷以茚三酮的丙酮溶液(1→50),在80℃加热至斑点出现,立即检视。对照溶液应显一个清晰的斑点,系统适用性试验溶液应显两个完全分离的斑点。供试品溶液如显杂质斑点,其颜色与对照溶液的主斑点比较,不得更深(0.5%)。 [5]

7干燥失重

取本品,在105℃干燥3小时,减失重量不得超过0.3%(2010年版药典二部附录Ⅷ L)。 [5]

8炽灼残渣

不得超过0.1%(2010年版药典二部附录Ⅷ N)。 [5]

9铁盐

取本品1.0g,依法检查(2010年版药典二部附录Ⅷ G),与标准铁溶液1.0ml制成的对照液比较,不得更深(0.001%)。 [5]

10重金属

取本品1.0g,加水23ml溶解后,加醋酸盐缓冲液(pH 3.5)2ml,依法检查(2010年版药典二部附录Ⅷ H第一法),含重金属不得超过百万分之十。 [5]

11砷盐

取本品2.0g,加盐酸5ml与水23ml溶解后,依法检查(2010年版药典二部附录Ⅷ J第一法),应符合规定(0.0001%)。 [5]

12细菌内毒素

取本品,依法检查(2010年版药典二部附录ⅪE),每1g脯氨酸中含内毒素的量应小于10EU(供注射用)。 [5]

取本品约0.1g,精密称定,加冰醋酸50ml使溶解,照电位滴定法(2010年版药典二部附录ⅦA),用高氯酸滴定液(0.1mol/L)滴定,并将滴定的结果用空白试验校正。每1ml高氯酸滴定液(0.1mol/L)相当于11.51mg的C5H9NO2。 [5]

在谷氨酰激酶(γ- GK)的作用下谷氨酸生成谷氨酰磷酸(γ-GP),而后在谷氨酸一半醛脱氢酶(GSADH)的作用下生成谷氨酸一半醛(GSA),GSA自发环化为吡咯琳-5-羧酸(P5C),在吡咯琳-5-羧酸还原酶(P5CR)的作用下还原为脯氨酸。
  脯氨酸在植物体内的降解基本上是合成过程的逆过程,这一过程首先发生在线粒体中,脯氨酸在线粒体中由脯氨酸脱氢酶(ProDH)催化,生成P5C,P5C在吡咯琳-5-羧酸脱氢酶(P5CDH)作用下生成谷氨酸,在植物受到渗透胁迫时,氧化降解的过程受到抑制,这样细胞中脯氨酸含量增加,植物复水,此过程又会被诱导,导致脯氨酸含量下降。

氨基酸类药。复方氨基酸大输液原料之一。用于营养不良、蛋白质缺乏症、严重胃肠道疾病,烫伤及外科手术后的蛋白质补充。无明显毒副作用。 [1]

脯氨酸(Pro)是植物蛋白质的组分之一,并可以游离状态广泛存在于植物体中。在干旱、盐渍等胁迫条件下,许多植物体内脯氨酸大量积累。积累的脯氨酸除了作为植物细胞质内渗透调节物质外,还在稳定生物大分子结构、降低细胞酸性、解除氨毒以及作为能量库调节细胞氧化还原等方面起重要作用。 [1]

在逆境条件下(旱、盐碱、热、冷、冻),植物体内脯氨酸的含量显著增加。植物体内脯氨酸含量在一定程度上反映了植物的抗逆性,抗旱性强的品种往往积累较多的脯氨酸。因此测定脯氨酸含量可以作为抗旱育种的生理指标。另外,由于脯氨酸亲水性极强,能稳定原生质胶体及组织内的代谢过程,因而能降低凝固点,有防止细胞脱水的作用。在低温条件下,植物组织中脯氨酸增加,可提高植物的抗寒性,因此,亦可作为抗寒育种的生理指标。 [1]

在生物体内,脯氨酸不仅仅是理想的渗透调节物质,而且还可作为膜和酶的保护物质及自由基清除剂,从而对植物在渗透胁迫下的生长起到保护作用,对于钾离子生物体内另外一种重要的渗透调节物质在液泡中的积累情况,脯氨酸又可起到对细胞质渗透平衡的调节作用。 [1]

在合成工业上,脯氨酸可参与诱导不对称反应,可作为氢化、聚合、水介等反应的催化剂,它作为此类反应的催化剂时,具有活性强,立体专一性好等特点。 [1]

5.1 脯氨酸和其衍生物通常在有机反应中当作对称催化剂,CBS的减少和脯氨酸被催化羟醛缩合反应是突出的例子。 [1]

5.2 在酿造时,蛋白质富含和多酚结合的脯氨酸,可产生雾度(浊度)。 [1]

5.3 胆矸酯抑制剂的合成原料。 [1]

5.4 风味剂,与糖共热发生氨基一氢基反应,可生成具有特殊香味的物质。 [1]

脯氨酸以天然存在形式,胶原的主要成分之一。DL-型以明胶为原料,经盐酸水解等多步处理后可制得该品盐酸盐。为生化试剂,用于生化及营养研究,微生物试验,制备培养基。L-型以L-谷氨酸与无水乙醇酯化、还原而制得。 [1]

根据伊利诺斯大学一项最新的研究 [6] ,在牙釉质的蛋白中心,一种简单氨基酸的重复,使得牙齿更加坚固并更富有弹性。

在两栖动物和动物模型中,研究人员比较了脯氨酸的重复。他们发现,当重复片段较短时,比如在青蛙中,牙齿将不会产生牙釉质棱柱(enamel prism),这些结构对牙齿的坚固很重要。相反的,当蛋白重复片段较长时,他们会聚集一系列分子以帮助牙釉质晶体生长。

这项研究结果发布在2009年12月21日《PLoS Biology》的在线版本上。这项研究的负责人生物学教授Tom Diekwisch介绍说,脯氨酸重复是很令人惊奇的,这对于理解许多天然蛋白的结构和功能来说也是很重要的,比如粘蛋白(mucins),抗冻蛋白(antifreeze proteins),淀粉样蛋白,朊蛋白(prion protein)等。

牙釉质在生长过程中,会被泡沫状的蛋白块包围,在不同的动物中蛋白泡沫的大小也是不一样的,从奶牛的5纳米到老鼠的20纳米,和青蛙的40纳米。这项发现表明,脯氨酸重复片段越长,蛋白泡沫就越大。此外,蛋白泡沫越小则牙釉质晶体越长。

研究人员希望这些发现能够有助于其他重要科学领域的研究,包括神经组织退化疾病的治疗。此外,这项发现或将有助于设计新的牙釉质,使人们能拥有健康的牙釉质层。

急救措施

【食入】如果受害人是清醒和警觉,给2-4 cupfuls,牛奶或水。立即就医。

【吸入】立即从现场至空气新鲜的地方。如果没有呼吸,进行人工呼吸。如呼吸困难,给输氧。获得医疗救助。

【皮肤】至少15分钟,用大量的肥皂水冲洗皮肤,脱去被污染的衣服和鞋子。如果刺激加剧或持续,寻求医疗援助。

【眼睛】立即冲洗眼睛,用大量的清水冲洗至少15分钟,并不时提起上下眼睑。获得医疗救助。

处理

【处理】操作后彻底清洗。有足够的通风条件下使用。减少灰尘生成和堆积。避免接触皮肤和眼睛。保持容器密闭。避免食入和吸入。

危害辨识

【吸入】这种物质的毒理学性质没有得到充分的调查。

【皮肤】危险性低,对通常的工业处理。

【眼睛】没有发现有关刺激眼睛和其他潜在的影响。接触可能引起短暂眼睛刺激。

【食入】这种物质的毒理学性质没有得到充分的调查。

曝光控制/个人防护

【个人防护】眼睛:佩戴合适的防护眼镜或化学安全护目镜,OSHA的眼睛和面部防护条例29 CFR 1910.133或欧洲标准EN166。皮肤:穿戴适当的防护手套,以防止皮肤接触。服装:穿适当的防护服以防止皮肤接触。

【呼吸器】按照OSHA呼吸器条例29CFR 1910.134或欧洲标准EN 149。请务必使用一个NIOSH或欧洲标准EN 149批准的呼吸器必要时。

【暴露的影响】可能会刺激眼睛,皮肤和呼吸道。预期为低的摄入危害。

消防措施。

【闪点】106

【灭火】在压力需佩戴自给式呼吸器设备,MSHA / NIOSH(或同等标准),和全身防护服。足够浓度的粉尘可与空气形成爆炸性混合物。燃烧会产生有毒气体。灭火剂:小火,使用水喷雾,化学干粉,二氧化碳或化学泡沫。使用最合适的灭火剂。

意外泄漏处理措施

【小泄漏/泄露】扫掉,然后放入合适的容器中进行处理。避免产生尘土飞扬的条件。提供良好的通风。

稳定性和反应性

【出售编号】31

【稳定性】稳定在正常的温度和压力。

【不相容性】强氧化剂。

【分解】氮氧化物,一氧化碳,二氧化碳。

储运特性

【贮藏】储存在阴凉,干燥,通风良好的地方,远离不相容的物质。

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