L-色氨酸的基本信息

1. L-色氨酸的基本信息

中文名称:L-色氨酸 中文别名:L-2-氨基-3-吲哚基丙酸;(+/-)-2-氨基-3-(3-吲哚基)丙酸;L-2-氨基-3-吲哚基-1-丙酸;L-氨基吲哚丙酸;L-色氨基酸;L-胰化蛋白氨基酸;L-2-氨基-3-吲哚基-丙酸;L-色胺酸 英文别名:H-Trp-OH; L-Tryptophane; L-Tryptohan,99%; 2,4,5,6-Tetrachloropyrimidine; TRP; (S)-2-Amino-3-(3-indolyl)propionic acid; 2-Amino-3-(1H-indol-3-yl)propanoic acidCAS:73-22-3EINECS:200-795-6分子量:204.2252性质与稳定性1.长时间光照则着色。与水共热产生少量吲哚，如在氢氧化钠、硫酸铜存在下加热，则产生多量吲哚。与酸在暗处加热较稳定。与其他氨基酸、糖类、醛类共存时极易分解。2. 存在于白肋烟烟叶、烟气中。

2. 什么是L-色氨酸?

色氨酸分为L型和D型，L-色氨酸主要用于医药、食品和饲料行业：
医药上常将色氨酸广泛用于氨基酸注射液和复合氨基酸制剂、必需氨基酸片及水解蛋白质的添加剂中，用作抗闷剂、抗痉挛剂、胃分泌调节剂、胃黏膜保护剂、强抗昏迷剂，用来调节脑代谢、消除精神紧张、改善睡眠效果，预防和治疗焦虑症、糙皮病、烟酸缺乏症和治疗烟瘾毒瘾等。色氨酸，与铁剂、维生素合用可提高治疗运动性贫血的疗效，色氨酸和VB6合用可治疗抑郁症。在医药上L-色氨酸除用于氨基酸输液外，亦可单独应用。
在生物体内，L—色氨酸是合成许多重要激素和生理活性物质的前体物。对人的脑组织正常功能的维持起着重要作用。当人体缺乏色氨酸，可能引起癞皮病、低蛋白症、白内障、玻璃体退化及心肌纤维化等。而且会明显影响大脑活动功能，可引起神经错乱的幻觉，表现为神情淡漠、抑郁、应急反应降低、注意力和记忆力减退，产生尼克酸缺乏症及性机能受阻等。
色氨酸能形成一种叫做“满足激素”的血清素，能预防抑郁症的发生。色氨酸除有安眠的作用外，还可减轻身体痛觉和敏感度。色氨酸还能增强机体对γ-射线的抵抗力。人体每日最低需要量为0.2g。因此，尽管色氨酸需要量少，但很重要。
L—色氨酸是一些植物蛋白中比较缺乏的氨基酸，可用它来强化食品，也可用于面包促进发酵。色氨酸还是有效的氧化剂，它与维生素E同时使用，可得到最佳抗氧效果。用于油炸食品、西式糕点、饼干、速煮面中可防止油脂氧化。L—色氨酸还有防霉、消毒以及阻止氧化的作用，可以作为鱼类保鲜剂。
L-色氨酸在饲料中的应用主要用于降低日粮中优质蛋白的用量；提高饲料蛋白利用率；参与蛋白质的沉积吸收

3. L-色氨酸的性状

白色至黄白色晶体或结晶性粉末。无臭或微臭，稍有苦味。熔点289℃，长时间光照则着色。与水共热产生少量吲哚。如在氢氧化钠、硫酸铜存在下加热，则产生多量吲哚。色氨酸与酸在暗处加热，较稳定。与其他氨基酸、糖类、醛类共存时极易分解。如无烃类共存，与5mol/L氢氧化钠共热至125℃仍稳定 。用酸分解蛋白质时，色氨酸完全分解，生成腐黑物。略溶于水（1.1g/100ml，25℃）。用酸分解蛋白质时,色氨酸完全分解,生成腐黑物。色氨酸是杂环氨基酸,是一种必需氨基酸。在体内能转变为5-羟色胺、烟酸、黑素紧张素、松果体激素和黄尿酸等多种生理活性物质。当人体缺乏色氨酸时,不仅会引起一般低蛋白症,还会产生皮肤疾患、白内障、玻璃体退化及心肌纤维化等特殊病症。它还能增强机体对γ射线的抵抗力。人体每日最低需要量为0.2g。

4. L-色氨酸的介绍

L-色氨酸又名α-氨基吲哚基丙酸，分子式:C11H12N2O2，白色至黄白色晶体或结晶性粉末。无臭或微臭，长时间光照则着色。与酸在暗处加热较稳定。与其他氨基酸、糖类、醛类共存时极易分解。用作食品强化剂、抗 氧剂。也用于医药等方面。由吲哚醛合成而得。也可由胰蛋白酶分解、合成制取。

5. L-色氨酸的生产方法

L-色氨酸的生产最早主要是依靠化学合成法和蛋白质水解法制造。随对微生物法生产色氨酸的研究的不断发展，人们开始利用微生物法发酵生产色氨酸。现已走向实用并且处于主导地位。微生物法大体可分为微生物发酵法和酶促转化法。近年来还出现了直接发酵法和化学合成法，直接发酵法和转化法相结合生产色氨酸的研究。另外，基因工程、酶的固定化和高密度培养等技术在微生物育种和酶工业上的应用极大地推动了直接发酵法和酶法生产色氨酸的工业化进程。 化学合成法就是利用有机合成和化学工程相结合的技术生产或制备氨基酸的方法。DL-色氨酸的化学法合成，大致可分为以吲哚为原料的合成法和以苯肼为原料的合成法两种。Snydcr和MacDonald研究出了一种简单的合成DL-色氨酸的方法，即在乙酸和乙酸酐的存在下利用吲哚和α-乙酰氨基丙烯酸直接缩合，得到N-乙酞-DL-色氨酸，此物质在氢氧化钠溶液中水解即可得到DL-色氨酸，收率为57．7%。Moe和MacDonald报道以苯肼为原料合成色氨酸，即在乙酸钠存在下，将丙烯醛和乙酰氨基丙二酸二乙酯缩合，缩合体再与苯肼反应而生成苯腙，苯腙在H2S04或BF3水溶液中回流水解，环化得到化合物3-吲哚基-甲基-乙酰氨基-丙二酸二乙酯，将此化合物水解脱羧可得DL-色氨酸。化学合成法的最大优点是在氨基酸品种上不受限制，既可制备天然氨基酸，又可制备各种特殊结构的非天然氨基酸。但这并不意味着具有工业生产价值，由于合成得到的氨基酸都是DL-型外消旋体，必须经过拆分才能得到人体能够利用的L-氨基酸。故用化学合成法生产DL-色氨酸时，除需考虑合成工艺条件外，还要考虑异构体的拆分与D-色氨酸异构体的消旋利用，三者缺一不可。因此，化学法合成L-色氨酸在工业上的应用也受到一定的限制。 酶法是利用微生物中L-色氨酸生物合成酶系的催化功能生产L-色氨酸的，能够利用化工合成的前体物为原料，既充分发挥了有机合成技术的优势，又具有产物浓度高、收率高、纯度高、副产物少、精制操作容易等优点，是一种成本较低的生产色氨酸的工业化生产方法。目前在L-色氨酸的生产中应用较为广泛。这些酶包括色氨酸酶、色氨酸合成酶、丝氨酸消旋酶等。根据提供这些酶的微生物种类数，可以分为双菌酶法和单菌酶法两种类型。双菌酶法是利用两种菌分别提供酶促反应所需的色氨酸合成酶(TS)、丝氨酸消旋酶(SR)，以吲哚和DL-丝氨酸为底物酶促转化L-色氨酸。这种方法可以将具有不同高活性的酶促转化色氨酸所需的酶结合在一起，实现菌种的优势互补，提高底物的转化率。Makiguchi等用大肠杆菌的色氨酸合成酶和恶臭假单胞菌的丝氨酸消旋酶，以吲哚和DL-丝氨酸为底物，在200L反应罐中反应24h，L-色氨酸产量可达到110g/L，对吲哚吸收率为100%(摩尔比，下同)，对DL-丝氨酸收率为91%。单菌酶法是利用一种菌提供色氨酸合成所需的色氨酸酶、色氨酸合成酶、丝氨酸消旋酶等酶类酶促转化色氨酸。Won-giBang等对单酶菌法生产色氨酸进行了研究，利用大肠杆菌B10的高Ts活性转化吲哚和DL-丝氨酸，添加非离子表面活性Triton X-100，37℃反应60h，色氨酸产量可达至141．4g/L，对吲哚收率为93．2%，对DL-丝氨酸收率为93．6%．由于底物吲哚对色氨酸合成酶抑制强烈，而对色氨酸酶抑制较弱，所以近年来人们更为倾向于将色氨酸酶用于L-色氨酸的生物合成。色氨酸酶正常情况下降解L-色氨酸生成丙酮酸、吲哚和氨，但在高浓度的丙酮酸和氨条件下也能有效地催化丙酮酸、吲哚和氨合成L-色氨酸。该酶还能催化L-丝氨酸或L-半胱氨酸和吲哚合成L-色氨酸。Nakazawa等以20g吲哚、30g丙酮酸钠、50g乙酸铵和4gProteus rettgeri(雷氏变形杆菌)菌体作为色氨酸酶源，37℃反应48h可积累23gL-色氨酸。Ujimaru等用Achromabacterliquidum(液形无色杆菌)色氨酸酶催化L-丝氨酸和吲哚合成L-色氨酸，L-丝氨酸转化率为82．4%，吲哚转化率为92．4%。国内也有研究以L-半胱氨酸和吲哚为原料酶法生产L-色氨酸。韦平和等用色氨酸酶基因工程菌WWW-4催化L-半胱氨酸和吲哚合成L-色氨酸，80mL反应液(L-半胱氨酸0．75g，吲哚0．75g)37℃反应48h，可积累L-色氨酸1．18g，L-半胱氨酸转化率为93．2%，吲哚转化率为90．1%，产品总回收率达70%。另外，也有报道利用具有丙酮酸高产率和高活性色氨酸酶的菌株酶促转化L-色氨酸。酶促转化法既可以直接利用高活性色氨酸合成酶、色氨酸酶，或者具有高活性色氨酸合成酶或色氨酸酶的菌体催化L色氨酸的合成，也可以将酶或菌体固定化后进行L-色氨酸的合成。菌体和酶固定化后具有提高酶的稳定性便于反复使用，便于实现生产连续化和自动化等优点。Won—Bang等利用聚丙烯酰胺固定具有高活性色氨酸合成酶的大肠杆菌Escherichia coli B10菌体细胞，在连续搅拌槽反应器中连续使用50天，色氨酸合成酶活性保持80%，最高产酸0.12g.L-1h-1。还有利用其它固定化技术进行酶促转化L-色氨酸。Eggers等报道了一种利用有机脂膜系统利用色氨酸酶酶促转化L-色氨酸。它是以环己烷作为有机相，有机脂膜将两水相和有机相分开，其中一水相构成酶促反应体系，另一水相构成反萃取体系，利用bis-tris-propane作为两水相的缓冲剂维持两水相的pH差值，从而影响反应体系中各物质在两水相的分配常数，再通过有机相中的阴离子交换剂Aliquat-336交换两水相中的丙酮酸和L-色氨酸。这种体系有利于L-色氨酸转运到反萃取水相中，而有助于色氨酸的提取和降低L-色氨酸对酶的抑制作用；而且，有机相还可以储存吲哚，使吲哚在酶促反应体系中的浓度低于对酶的抑制水平。Eggers等还建立了一种反胶团酶促转化L-色氨酸的反应体系，它是将色氨酸酶溶解在含有表面活性剂Brij56的环己烷和水构成的反胶团的水相中，利用吲哚和丝氨酸为底物，在有机相中添加阴离子交换剂Aliquat-336转运水相和有机相中的L-色氨酸。以bis-tris-propane作为两水相的缓冲剂，选择合适的含水量和pH值等参数条件，结果在1dm反应体积内，每g色氨酸酶经过lh反应可产酸10g。该系统除了上述脂膜反应体系的优点外，还可以提高色氨酸酶的稳定性。因此，在L-色氨酸的酶促转化中有着广阔的应用前景。 微生物发酵法包括直接发酵法和添加前体发酵法。1直接发酵法直接发酵法是以葡萄糖、甘蔗糖蜜等廉价原料为碳源，利用优良的色氨酸生产菌株，在合适的发酵条件下，直接发酵生产色氨酸。选育高产稳产的色氨酸优良菌株是直接发酵法研究的中心问题．在育种技术方面，传统的诱变育种国内外进行了大量的研究。Shiio等以黄色短杆菌酪氨酸缺陷型、对氟苯丙氨酸(4FP)抗性变异株为出发菌株，选育5-氟色氨酸(5-FT)抗性变异株No．187，该菌株可产L-色氨酸8．0 g/L。继续以No．187为亲株选育具有邻氨基苯甲酸结构类似的重氯丝氨酸(AsaSer)抗性变异株A100，其产酸率提高到lO．3 g/L，再从A-100选育磺胺胍(SG)抗性变异株S-225，其产酸率进一步提高到19g/L。国内的张素珍等人以亚硝基胍处理北京棒杆菌AS1.299，得到CG45突变株。该菌株具有5MT，6FT，4MP抗性标记，且以精氨酸和尿嘧啶为必需生长因子，在含12%葡萄糖的培养基中，30℃振荡培养5天。可积累色氨酸8g/L。该方法研究比较早，但在相当长的时间内无法达到工业化生产的要求。主要原因是从葡萄糖到色氨酸的生物合成途径比较长，其代谢流也比较弱，而且色氨酸的合成需要多种前体物质(PRPP、谷氨酰胺、L-丝氨酸等)。要想进一步提高L-色氨酸的产量还必须提高这些前体物的产量。另一方面色氨酸生物合成途径中的调节机制比较复杂，除了存在多重反馈调节外，还存在着弱化子系统。这使得色氨酸成为氨基酸发酵工业中最难发酵的氨基酸之一．随着DNA重组技术的在微生物育种中的应用，为优良色氨酸菌种的筛选提供了可靠的技术保证。使得产酸水平逐渐达到工业化生产的要求。Katsumata．R等将带有DAHP合成酶(DS)和色氨酸合成酶(TS) 基因的重组质粒引入产L-色氨酸43g/L的谷氨酸棒杆菌KY10-894中，使该工程菌株的L-色氨酸产量达到了66g/L产酸水平提高了54%。2添加前体发酵法该法又称为微生物转化法，它是使用葡萄糖作为碳源，同时添加合成色氨酸所需的前体物(如邻氨基苯甲酸、吲哚、L-丝氨酸等)，利用微生物的色氨酸合成酶系转化前体来合成L-色氨酸。这种方法很早就投入了工业化生产，目前世界上最大的色氨酸生产厂家日本的昭和电工公司就是采用以邻氨基苯甲酸为前体物，利用Hansenula(汉逊氏酵母)或Bacillus(芽孢杆菌)菌种将其转化为色氨酸的生产方法，Yokozcnki等以DL-5-吲哚-甲基海因为原料，利用黄杆菌T-523分解其为色氨酸，可产L-色氨酸7．1 g/L。Fukui等由枯草杆菌选育5-氟色氨酸(5-FT)抗性突变株，在含l%葡萄糖和5%可溶性淀粉培养基中，连续流加邻氨基苯甲酸，可积累L-色氨酸9．6g/L。Nakayarna等进一步改造该突变株，使其具有5-FT和8-氮鸟嘌呤(8-AG)双重抗性，在含10%葡萄糖培养基中，连续流加邻氨基苯甲酸，可积累L-色氨酸15．6g/L。微生物转化法的不足之处在于当转化液中前体物浓度较高时，转化率有所下降，但可以通过分批次少量流加前体减少其抑制作用。另外，前体物价格比较昂贵，不利于降低成本。因此，有人研究利用发酵法廉价提供一种前体物，再结合其它方法的优势进行色氨酸的生产。Hajimu MOrikota等利用黄色短杆菌P390直接发酵L-谷氨酸-β-半醛(GSA)达13．2g/L，然后将发酵液适当稀释后加入苯肼的1mol/LH2S04溶液中加热回流1小时之后，48%的GSA可转化为L-色氨酸。SMgeru oita等利用硫辛酸和硫胺素双重缺陷性菌株Enterobacter aetogene LT-94，在含5%的葡萄糖培养中产丙酮酸30g/L，然后再通过添加吲哚和氯化铵，利用该菌的色氨酸酶酶促转化L-色氨酸16．7%。

6. L-色氨酸的注意事项

1 贮藏条件：密闭、避光贮藏于通风、阴凉、干燥、无污染物、无有毒有害物处；2 贮藏时间：在规定贮藏条件下，原包装可贮藏两年；3剂量：成人经口耐受量是20～50mg/kg,对实验动物有致癌性；有恶心、厌食、思睡等不良反应。忌同单胺氧化酶抑制剂合用。避光,密闭保存。

7. L-亮氨酸的物化性质

L一亮氨酸分子式为C6H1302N，相对分子量131.18，分子结构为：L一亮氨酸为白色结晶或结晶粉末，是一种非极性氨基酸，味微苦，溶于水，20℃、25℃时溶解度分别为23. 7g/L和24. 26g/L，乙酸(10.9g/L)、稀盐酸、碱溶液及碳酸盐溶液，微溶于醇( 0. 72g/L )，不溶于醚，加热到145^r 148℃时升华，293-295 0C时分解，比重1. 29(180C)，比旋光度[a ] D20为+14. 5^-+16. 0 (6mo1/L Hcl，C=1)，等电点5. 98。

8. 色氨酸溶解度

色氨酸溶解度为0.4%(25℃)，即25℃时100克水中溶解色氨酸0.4克。
色氨酸为白色或微黄色结晶或结晶性粉末；无臭，味微苦。熔点281~282℃（右旋体），289℃分解，左旋体。外消旋体微溶于水（0.4%，25℃）和乙醇，溶于甲酸、稀酸和稀碱，不溶于氯仿和乙醚。0.2%的水溶液pH为5.5~7.0。在280nm处有强烈的吸收峰。

色氨酸可参与动物体内血浆蛋白质的更新，并可促使核黄素发挥作用，还有助于烟酸及血红素的合成，可显著增加怀孕动物胎仔体内抗体，对泌乳期的乳牛和母猪有促进泌乳作用。当畜禽缺乏色氨酸时，生长停滞，体重下降，脂肪积累降低，种公畜睾丸萎缩。在医药上用做癞皮病的防治剂。
色氨酸是植物体内生长素生物合成重要的前体物质，其结构与IAA相似，在高等植物中普遍存在。可以通过色氨酸合成生长素。
以上内容参考：百度百科-色氨酸