甘氨酸（Glycine，縮寫Gly或G）又名氨基乙酸、氨基醋酸，是一種結(jié)構(gòu)最簡單的氨基酸，分子式C2H5NO2，相對分子質(zhì)量75.07，是氨基酸中分子量最小的一個，屬于非必需氨基酸。甘氨酸無毒、無臭、有甜味，外觀呈白色結(jié)晶性粉末，熔點232～236℃（產(chǎn)生氣體并分解），只有一種構(gòu)型，無旋光性。甘氨酸在水中易溶，微溶于吡啶，在乙醇或乙醚中幾乎不溶，化學性質(zhì)較為穩(wěn)定。
甘氨酸最初由勃拉可諾（Braconnot）用稀硫酸水解明膠時發(fā)現(xiàn)，1855年卡奧爾（Cahours）采用氯乙酸、氨和乙醇反應(yīng)，合成了甘氨酸并確定了其分子結(jié)構(gòu)，隨著科技的發(fā)展，甘氨酸的合成方法也在逐漸增加，主要有水解法、施特雷克法、改進的施特雷克法、氯乙酸法、直接乙內(nèi)酰脲法和生物法等。
甘氨酸是內(nèi)源性抗氧化劑還原型谷胱甘肽的組成氨基酸，機體發(fā)生嚴重應(yīng)激時常外源補充，有時也稱為條件必需氨基酸。另外在食物中，部分食物富含甘氨酸，比如豆角、釀酒酵母、乳制品、蛋、魚、豆科、肉類等。同時，在神經(jīng)系統(tǒng)中，腦和脊髓對于甘氨酸具有特殊親和性，這是因為氨基酸具有神經(jīng)遞質(zhì)的作用，除此之外，甘氨酸還具有解毒功能，能將帶苯環(huán)的有毒物質(zhì)（如苯甲酸）在肝臟中通過結(jié)合解毒的方式生成馬尿酸從尿中排出。
甘氨酸用途廣泛，在日用化工中，常被用于生產(chǎn)高檔洗滌劑、表面活性劑、染發(fā)劑等；在食品和飼料中，甘氨酸也是常用作食品的調(diào)味劑和去苦味劑，飼料的營養(yǎng)補充成分；在醫(yī)藥領(lǐng)域，常被用作藥物溶劑、金霉素中和劑、抗氧增效劑，同時也是常用的醫(yī)藥中間體；在農(nóng)藥領(lǐng)域，用于生產(chǎn)制備農(nóng)藥草甘膦和增甘磷。此外，甘氨酸也可用作分析化學的試驗試劑和生化培養(yǎng)基的原料。
相關(guān)歷史
甘氨酸是1820年勃拉可諾（Braconnot）用稀硫酸水解明膠時發(fā)現(xiàn)，由于它具有甜味，所以在當時被命名為明膠糖。1846年霍斯福德（Horsford）將其命名為氨基乙酸，1848年永斯·貝采利烏斯（Berzelius）弄清了它是一種氨基酸，所以將其改名為甘氨酸。1855年卡奧爾（Cahours）用氯乙酸和乙醇、氨反應(yīng)，成功地合成了甘氨酸，并確定了甘氨酸的分子結(jié)構(gòu)。
理化性質(zhì)
甘氨酸只有一種構(gòu)型，無旋光性，分子式C2H5NO2，相對分子質(zhì)量75.07。固態(tài)的甘氨酸為白色至灰白色結(jié)晶性粉末，無臭，無毒，有甜味，味覺閾值0.13%，相對密度1.16g/cm3，熔點為232～236℃（產(chǎn)生氣體并分解），可溶于水，微溶于乙醇、醚等，水溶液呈酸性。甘氨酸化學性質(zhì)穩(wěn)定，通常條件下能保存2～3年。因甘氨酸分子中有一分子氨基和一分子羧基，故具有羧基和氨基的性質(zhì)，能與酸堿發(fā)生中和反應(yīng)，也可以發(fā)生茚三酮反應(yīng)和桑格反應(yīng)，甘氨酸高溫下可燃燒，是一種可燃性物質(zhì)，且受熱可發(fā)生脫水反應(yīng)，生成環(huán)狀交酰胺。
茚三酮反應(yīng)
茚三酮反應(yīng)是甘氨酸的α-NH2所引起的反應(yīng)，α-氨基酸與水合茚三酮在弱酸條件下共熱時，發(fā)生反應(yīng)生成藍紫色物質(zhì)。首先是氨基酸被氧化分解生成醛，同時釋放出氨和二氧化碳，而水合三則被還原，其還原物可與氨基酸加熱分解產(chǎn)生的氨結(jié)合，再與另一分子茚三酮縮合成為藍紫色物質(zhì)。
桑格反應(yīng)
桑格反應(yīng)由桑格首先發(fā)現(xiàn)，是氨基酸與2，4二硝基氟苯的反應(yīng)。在弱堿性（pH8～9）、暗處、室溫或40℃條件下，甘氨酸的α-氨基很容易與2，4-二硝基苯反應(yīng)，生成黃色的2，4-二硝基苯氨酸。
生物合成與降解
在機體中，甘氨酸主要用來合成蛋白質(zhì)。在神經(jīng)系統(tǒng)中，一些神經(jīng)元將甘氨酸作為神經(jīng)遞質(zhì)。
合成
甘氨酸的合成主要發(fā)生在線粒體中。合成途徑有三種，一是由絲氨酸在絲氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶（serine hydroxymethyltransferase，SHMT）的催化下生成甘氨酸，其中SHMT以四氫葉酸作為輔酶。
二是由乙醛酸與谷氨酸（主要的）、谷氨酰胺、天門冬氨酸、天冬胺或鳥氨酸等發(fā)生轉(zhuǎn)氨基作用合成甘氨酸。三是乙酸通過氨基化（即甘氨酸脫氨的逆反應(yīng)）合成甘氨酸。
降解
在哺乳動物體內(nèi)，甘氨酸的主要分解代謝途徑是生成N5,N10-亞甲四氫葉酸，由甘氨酸裂解酶體系催化。此酶體系分布于肝細胞線粒體中。甘氨酸裂解酶體系包括NAD+（煙酰胺腺嘌呤二核苷酸）、FAD（黃素腺嘌呤二核苷酸）、FH4（四氫葉酸）及磷酸吡哆醛等4種輔酶，它是一復(fù)合酶體系。其反應(yīng)機理類似丙酮酸的氧化脫羧作用，甘氨酸經(jīng)它催化，氧化脫羧基及脫氨基，與此同時生成N5,N10-亞甲四氫葉酸。
甘氨酸的另一條次要代謝途徑是以氧化脫氨基的方式生成乙醛酸及草酸。催化甘氨酸氧化脫氨基的酶是甘氨酸氧化酶和D氨基酸氧化酶。乙醛酸更進一步氧化則生成草酸或甲酸，甲酸可進入一碳單位代謝途徑，草酸自尿排出，乙醛酸還可經(jīng)轉(zhuǎn)氨作用再生成甘氨酸，人類缺乏維生素B或先天缺乏催化此反應(yīng)的甘氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶，都可增加尿中草酸的排泄量。
生理作用
作為生物合成中間體
甘氨酸在體內(nèi)能轉(zhuǎn)變成多種重要生理活性物質(zhì)，也可以作為非必需氨基酸參與蛋白質(zhì)合成。其中甘氨酸能轉(zhuǎn)變的生理活性物質(zhì)包括嘌呤堿（核酸及核苷酸成分）、肌酸（組織中儲能物質(zhì)）、卟啉（血色素、細胞色素等的輔基）、結(jié)合膽汁酸（促進脂類消化吸收）等，另外，甘氨酸在體內(nèi)通過氨基化或轉(zhuǎn)氨基變?yōu)槠渌?a href="/hebeideji/7217651022037417987.html">必需氨基酸，多個氨基酸連接在一起形成肽段，肽段繼續(xù)連接氨基酸，最終形成蛋白質(zhì)。
作為神經(jīng)遞質(zhì)
在神經(jīng)系統(tǒng)中，一些神經(jīng)元將甘氨酸作為突觸傳遞的神經(jīng)遞質(zhì)，主要作用部位在腦和脊髓，它可以作用于甘氨酸受體起興奮或者抑制性作用；比如甘氨酸可以與GABA（γ-氨基丁酸）受體之間形成交互抑制；也可以作為NMDA（N-甲基-D-天門冬氨酸）受體的共同配體，增強NMDA（N-甲基-D-天冬氨酸）受體的功能或者引起受體內(nèi)吞；甘氨酸甚至還可以直接激活一類特殊的NMDA受體（NR3-NMDA）。
作為解毒劑
無論是外來的或體內(nèi)產(chǎn)生的毒物，身體必須及時處理，并排出體外，以維持健康，肝臟是最重要的能夠參與解毒作用的器官。它主要的解毒方式是結(jié)合解毒。有毒物質(zhì)在肝臟中與某些物質(zhì)結(jié)合，生成無毒、毒性較小或易于溶解的化合物，然后隨尿排出體外。肝細胞中參與結(jié)合解毒的物質(zhì)種類很多，而甘氨酸是肝臟結(jié)合解毒的重要物質(zhì)之一，有些帶有苯環(huán)的酸不能在體內(nèi)完全氧化，可在肝內(nèi)與甘氨酸結(jié)合。如苯甲酸在肝臟內(nèi)與甘氨酸結(jié)合生成馬尿酸從尿中排出。
應(yīng)用領(lǐng)域
日用化工
在日用化工領(lǐng)域，甘氨酸可以用來生產(chǎn)洗滌劑、表面活性劑、染發(fā)劑和化妝品等，如甘氨酸與高級脂肪酸鹽的復(fù)配產(chǎn)物為生產(chǎn)高檔洗滌劑的有效成分；還可用于制備含氟氨基酸類新型表面活性劑；同時，甘氨酸還能用于生產(chǎn)具有良好的頭發(fā)調(diào)濕性和染色性的氨基酸的染發(fā)劑、護膚和清潔用化妝品的復(fù)配劑；此外，還可用于配制發(fā)泡性強、藥物化妝品的乳液，具有增濕劑和增稠劑的作用。
食品和飼料添加劑
甘氨酸在食品行業(yè)主要以增味劑、香料功能以及營養(yǎng)增補、防腐、穩(wěn)定劑作用加入到食品中，比如在動植物食品和含醇飲料的加工中使用可改善食品風味、增加甜味，而添加量也根據(jù)食物種類的不同而不同，在葡萄酒中添加量約0.4%、香檳酒中添加量約1.0%、粉末物料中添加量約2.0%；同時，由于甘氨酸能抑制枯草芽孢桿菌及大腸桿菌的繁殖，在食品加工可作為防腐劑和穩(wěn)定劑；另外，甘氨酸還可用作配制調(diào)節(jié)胃液酸度、提高肌肉活力的運動員營養(yǎng)飲料及其他氨基酸食品的原料。
甘氨酸是一種重要的動物飼料添加劑。在飼料中添加甘氨酸可以為畜禽的成長提供營養(yǎng)補充成分，還能防止飼料氧化變質(zhì)，延長飼料保鮮期。
醫(yī)藥
在醫(yī)藥方面，甘氨酸可作為醫(yī)學微生物和生物化學氨基酸代謝研究用藥，用做藥物的溶劑，金霉素的中和劑；也可以有效治療胃酸過多（許多抗酸藥中都含有甘氨酸）對抑制胃潰瘍亦有效；此外，甘氨酸也可作為多種藥物中間體，例如治療高血壓藥物鹽酸地拉普利，抑制胃潰瘍用碳酸鈣制劑、撲熱息通甘氨酸鹽、單甘氨酸乙酰水楊酸鈣、利血胺注射液等。
農(nóng)藥
甘氨酸是生產(chǎn)高效廣譜除草劑草甘膦的重要中間體。草甘膦殺草力強，能根除其他殺草劑難以殺滅的多年深根惡性禾本科雜草，具有低毒、易分解、無殘留等優(yōu)點。用甘氨酸還可以合成農(nóng)藥增甘磷，這是一種高效葉面施用的植物生長調(diào)節(jié)劑，廣泛用于各種農(nóng)作物，還可用于收獲前的脫葉劑，主要用作甘蔗和甜菜催熟并增加糖分。
科研
甘氨酸在分析化學中用來配制試劑，如甘氨酸是開展SDS-PAGE（k12聚丙烯酰胺凝膠電泳）實驗緩沖體系的試劑之一，也是科研上生化培養(yǎng)基的原料之一。
分布情況
部分食物富含甘氨酸，比如豆角、釀酒酵母、乳制品、蛋、魚、豆科、肉類等。各食物中甘氨酸的含量如下表所示。
甘氨酸作為氨基酸可以參與人體蛋白質(zhì)的合成，廣泛存在于生物體各處，同時，在神經(jīng)系統(tǒng)中，腦和脊髓對于甘氨酸具有特殊親和性，脊髓中甘氨酸的含量灰質(zhì)高于白質(zhì)，灰質(zhì)中前角高于后角，背根和腹根中含量甚低。腦橋和延腦中的甘氨酸含量也很高。
2009年，美國航空航天局的一支科學家團隊宣布，“星塵號”太空探測器帶回了維爾特2號慧星上的甘氨酸。這是人們第一次太空中發(fā)現(xiàn)氨基酸。2016年，通過羅塞塔號彗星探測器航天器，在丘留莫夫－格拉西緬科彗星 / Churyumov-Gerasimenko中檢測到甘氨酸。
制備方法
水解法
由蠶絲及動物膠等蛋白質(zhì)經(jīng)酸水解、精制、過濾和干燥而得。此法因原料消耗量大，精制復(fù)雜，甘氨酸含量低而受到限制。
施特雷克法
將甲醛水溶液、氰化鉀（或氰化鈉）和氯化銨混合，同時加入乙酸，使之析出CH2氨基乙腈的無色結(jié)晶，將產(chǎn)物過濾，在硫酸存在下加乙醇分解，得到氨基乙腈硫酸鹽；將上述產(chǎn)物用氫氧化鋇分解，得到氨基乙酸鋇；然后再加入硫酸，使定量沉淀、過濾，將濾液濃縮，放置冷卻，析出甘氨酸。
改進的施特雷克法
改進的施特雷克法是以氫氰酸替代化鈉或氰化鉀的工藝，反應(yīng)以氫氰酸、甲醛、氨和二氧化碳為原料，在低溫下析出甘氨酸，母液循環(huán)使用，通過改變反應(yīng)體系中副產(chǎn)物的濃度，使平衡向目標產(chǎn)物方向移動，從而達到提高反應(yīng)收率的目的。雖然該工藝具有流程短、收率高和不產(chǎn)生污染等諸多優(yōu)勢，但由于氫氰酸的劇毒性和易揮發(fā)性，無法長距離運輸，裝置只能放在其原料裝置附近，制約了甘氨酸生產(chǎn)的發(fā)展。
氯乙酸法
該工藝以氯乙酸與液氨為原料，在催化劑作用下制得。在通有冷卻水的反應(yīng)釜里加入催化劑的水溶液，滴加氯乙酸水溶液，同時通入液氨（或者是氨氣），在pH 值6.5～7.0、反應(yīng)溫度80 ℃左右的條件下進行氨化反應(yīng)。反應(yīng)結(jié)束后，得到含有甘氨酸和氯化銨的水溶液，降溫并滴加甲醇醇析。醇析結(jié)束后，離心干燥制得甘氨酸。生產(chǎn)工藝流程如下圖所示。
直接海因法
采用天然氣副產(chǎn)物羥基乙腈為原料來生產(chǎn)甘氨酸，既解決了氫氰酸不易處理的缺陷，又保持了改進Strecker 工藝的優(yōu)點。
生物法
生物法制備甘氨酸工藝是以甘氨腈為原料，在微生物酶的作用下，使甘氨水溶液進行水解反應(yīng)，從而轉(zhuǎn)化為甘氨酸，同時伴隨產(chǎn)生氨。
物質(zhì)結(jié)構(gòu)
甘氨酸是結(jié)構(gòu)最簡單的氨基酸。其側(cè)鏈（R基）為氫原子，因此甘氨酸的α-碳原子（Cα）不具有手性，是α-氨基酸中唯一不具有手性的成員。其SMILES表達式可表示為NCC(=O)O或C(C(=O)O)N。甘氨酸從整體上來看是極性分子（所有氨基酸都是極性的），但它屬于非極性氨基酸。這是因為判斷一個氨基酸的極性的依據(jù)是其R基的性質(zhì)，而非整個分子。甘氨酸支鏈是一個氫原子把它歸為烴鏈，屬非極性。
甘氨酸是氨基酸系列中結(jié)構(gòu)最為簡單，人體非必需的1種氨基酸。在分子中同時具有酸性和堿性官能團，在水溶液中為強電解質(zhì)，在強極性溶劑中溶解度較大，基本不溶于非極性溶劑，而且具有較高的沸點和熔點，通過水溶液酸堿性的調(diào)節(jié)可以使甘氨酸呈現(xiàn)不同的分子形態(tài)。
甘氨酸的結(jié)晶有單斜晶系晶系、六方晶系，但若溶于水重結(jié)晶，則得到單斜晶的棱柱狀結(jié)晶。
毒性
小鼠經(jīng)口LD50大于6.8~8.0g/kg，大鼠經(jīng)口LD507.93g/kg。美國FDA將甘氨酸列為GRAS（Generally Recognized As Safe）物質(zhì)。甘氨酸為正常蛋白質(zhì)的組分，無害。在工業(yè)應(yīng)用中不需要特別的預(yù)防措施。
法規(guī)限制
甘氨酸有一定的甜味，能緩和酸、堿味，掩蓋食品中添加糖精的苦味并增強甜味。但是作為調(diào)味品在國標中的限量為不超過0.1%。人體若攝入甘氨酸的量過多，不僅不能被人體吸收利用，而且會打破人體對氨基酸的吸收平衡而影響其他氨基酸的吸收，導(dǎo)致營養(yǎng)失衡而影響健康。美國FDA規(guī)定：作為氨基酸源時，限量為食品中總蛋白質(zhì)含量的3.5%；用作食用油脂中單、雙丙三醇的穩(wěn)定劑，限量為0.02%（以單、雙甘油脂的量計）。
參考資料 >
Glycine.pubchem.2024-01-22