甲硫氨酸：结构、性质与应用
甲硫氨酸：结构、性质与应用
甲硫氨酸，又称蛋氨酸，是一种重要的含硫氨基酸，在生物体内发挥着关键作用。它不仅是蛋白质的重要组成部分，还通过代谢合成S-腺苷甲硫氨酸（SAM）间接调控细胞内的多种生理生化过程。本文将从概述、理化性质、合成方法、毒性、用途等多个方面，全面介绍这种重要的生物活性物质。
概述
甲硫氨酸（methionine），俗称蛋氨酸，是生物体内一种重要的含硫氨基酸，除作为蛋白质的重要组分外，还通过代谢合成SAM间接调控细胞内的多种生理生化过程，如细胞分裂，细胞壁和细胞膜形成等。分子量149.21。 六角形片状晶体。熔点283℃。等电点 5.74。L-型比旋光度[α]D25-10°(C=1～ 2%，于水中)。溶于水，不溶于醇、醚。是生物体中活性甲基和硫的主要来源，如胆 酸、肾上腺素分子中的甲基即由它转化而来。医药上用于治疗肝硬化。其衍生物甲基甲硫氨酸又称“维生素U”。
蛋氨酸是强肝解毒剂、促进发育剂，当缺乏甲硫氨酸时，会引起食欲减退。甲硫氨酸广泛应用于营养补充与畜产饲料，由于甲硫氨酸容易被鸡吸收而转变为鸡肉蛋白，在鸡饲料中添加甲硫氨酸，可少耗饲料，并使鸡肉生长健全。目前甲硫氨酸主要有四类：固体甲硫氨酸、液态羟基甲硫氨酸（MHA）、液体甲硫氨酸钠和固体羟基甲硫氨酸钙，其中固体甲硫氨酸的市场最大。
通常来讲，只有L构型的氨基酸才具有生物活性，才能被人体直接利用。但是蛋氨酸比较特殊，其D 构型分子能在体内自动转化为具有生物活性的 L构型分子，也就是说 D 构型和 L 构型的蛋氨酸分子都可以被人体吸收利用。
理化性质
中文名称 | 甲硫氨酸 |
|---|---|
英文名称 | Methionine |
英文别名 | DL-Methionine; Methionine, DL- (8CI); (±)-Methionine; Acimetion; Amurex; Banthionine; Cynaron; DL-2-Amino-4-(methylthio)butyric acid; Dyprin; Lactet; Lobamine; Meonine; Meprom M 85; MetAMINO; Methilanin; MetiPEARL; Metione; NSC 9241; Neston; Pedameth; Racemethionine; Rhodimet NP 99; Smartamine; Smartamine M; Timet; Urimeth; α-Amino-γ-methylmercaptobutyric acid |
中文别名 | 蛋氨酸，L-蛋氨酸，L-甲硫氨酸，甲硫氨基酸，左旋蛋氨酸，DL-蛋氨酸 |
分子式 | C5H11N O2S |
Cas No | 59-51-8 |
分子量 | 149.21 |
熔点 | 284°C |
沸点 | 186.8°C at 760 mmH |
密度 | 1.340g/cm3 |
pKa1 | 2.13 (-COOH)（25 °C,100Kpa） |
pKa2 | 9.28 (-NH3+)（25 °C,100Kpa） |
储存条件 | 0-6°C |
溶解度 | 1 M HCl: 0.5 M at 20 °C, clear, colorless |
水溶解性 | 2.9 g/100 mL (20 ºC) |
图1为甲硫氨酸结构式
合成方法
提取法
提取法指的是采用物理的或化学的方法，从富含某种组份的物质中将该组份分离出来。天然蛋氨酸多存在于乳制品、黑芝麻酱、海藻等物质中，在大豆中含量很少。目前尚未见到利用提取法制备蛋氨酸的相关报道。蛋白质水解法
以天然蛋白质为原料，通过酸、碱或酶水解成多种氨基酸混合物，经分离纯化获得各种氨基酸制品的方法称为蛋白质水解法。采用蛋白质水解法大量制备蛋氨酸目前尚未见报道，其主要原因可能是该法的水解产物众多且分离提纯困难，这将造成收率很低且成本高昂。微生物法
微生物法是制备氨基酸的一种重要方法。它还可细分为发酵法和酶法，前者利用微生物的生命活动过程，将简单的碳源、氮源，通过复杂的代谢活动生成天然产品，在品种上有其局限性；而后者则是利用微生物中特定的酶作为催化剂，催化底物成为所需产品，因底物的多样性，故不仅限于制备天然产品。合成法
现有的合成甲硫氨酸的工艺流程可分为两大类。第一类是从丙烯醛原料出发，先接入甲硫基基团，后生成羧基及氨基基团，最后转变为蛋氨酸产品。此类方法已投入工业化生产，原料来源易得且多为石化工业初级产品，价格较为便宜，工艺条件成熟，收率较高。但是该类方法具有明显的缺点：原料来源几乎都具有高挥发性、高毒性，对生产设备、管理要求很高。第二类是以丙二酸酯或 γ －丁基內酯或甘氨酸为原料，先合成受保护的氨基和羧基化合物，再以 2 － 甲硫基氯化乙烷或甲硫醇钠为甲硫基引入源，生成羧基和氨基被保护的蛋氨酸，最后水解得到产品。这类方法使用的原料来源多种多样，且毒性较第一类方法低得多。缺点就是较第一类方法的原料价格高，工艺条件不成熟，收率普遍较低，副产物很多，因成本太高目前还无法投入工业化生产。
图2为合成甲硫氨酸的化学反应路线图
毒性
L-型：LD5029mmol/kg(大鼠，腹腔注射)；D-型：LD5035mmol/kg(大鼠，腹腔注射)。
可安全用于食品(FDA，§172．320，2000)。
用途
甲硫氨酸广泛应用于营养补充与畜产饲料，是强肝解毒剂、促进发育剂、抗抑郁症、防毒袪毒、降血压、心肌保护、肝脏保护。
特征光谱
1H-NMR图谱
13C-NMR图谱
IR图谱
Mass图谱
主要参考资料
[1] 顾翼东 主编.化学词典.上海：上海辞书出版社.1989.第203-204页.
[2] 付静,尹燕妮,马忠华等.真菌甲硫氨酸生物合成途径研究进展[J].植物病理学报,2013,43(3):225-231.
[3] 刘勤,李宏. 蛋氨酸合成方法概述[J]. 氨基酸和生物资源,2011,03:46-51.
[4] AIST: Integrated Spectral Database System of Organic Compounds. (Data were obtained from the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (Japan))
[5]http://baike.baidu.com/view/677398.htm
[6]http://www.chemicalbook.com/ProductChemicalPropertiesCB6208758.htm
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