第一节 氨基酸

氨基酸是指含有氨基的羧酸。蛋白质是由20种氨基酸组成的，除脯氨酸以外，均是α-氨基酸（羧酸分子中α碳原子上的一个氢原子被氨基取代而形成的化合物）。各种蛋白质所含的氨基酸的数目和种类都各不相同。

一、氨基酸的结构和特点

组成蛋白质的20种氨基酸的结构可以用下列通式表示：

20种基本氨基酸的分子结构的共同特点如下：①都是α-氨基酸，彼此的区别主要在于R基团的结构和性质的不同。②除甘氨酸外，都是L-氨基酸。细胞中虽然也存在某些D-氨基酸，但不参与蛋白质分子的组成，在一些小肽等生理活性分子中存在。③每一种氨基酸都与RNA存在着特殊关系，这种特殊的关系是氨基酸准确参加蛋白质分子生物合成的保证。

二、氨基酸的分类

氨基酸的分类依据很多，通常是依据R基团的性质和结构进行分类，方法有：①依据R基团的酸、碱性分为中性、酸性和碱性氨基酸三大类。②依据R基团的化学结构分为脂肪族、芳香族和杂环族氨基酸三大类。③依据R基团的带电性可分为疏水性R基团氨基酸、不带电荷R基团氨基酸和带电荷R基团氨基酸。

组成蛋白质的20种氨基酸的结构及分类如表4-1所示。

三、氨基酸的理化性质

（一）氨基酸的物理性质

1. 溶解度

氨基酸一般都溶于水，不溶或微溶于醇，不溶于乙醚。但酪氨酸微溶于凉水而在热水中溶解度大，胱氨酸难溶于凉水和热水，脯氨酸和羟脯氨酸溶于乙醇和乙醚。所有的氨基酸都能溶于强酸或强碱的溶液中。

2. 熔点

在有机化合物中，氨基酸属于高熔点化合物，一般氨基酸的熔点超过200℃，个别的超过300℃。许多氨基酸在达到或接近熔点时或多或少地会发生分解。

3. 旋光性

除甘氨酸外，其他的氨基酸分子内至少有一个不对称碳原子，因此具有旋光性。大多数天然存在的氨基酸其不对称碳的构型与L-甘油醛相同，属于L-氨基酸。

4. 味感

氨基酸的味感与其立体构型有关。D-氨基酸多数带有甜味，甜味最强的是D-色氨酸，可达蔗糖的40倍；L-氨基酸有甜、苦、鲜、酸四种不同味感。

（二）氨基酸的化学性质

氨基酸和蛋白质分子中的反应基团主要有三类：氨基、羧基和侧链的反应基团（巯基、酚羟基、羟基、硫醚基、咪唑基和胍基），其中有的反应改善它们的亲水性、疏水性或功能特性；还有一些反应被用做氨基酸和蛋白质的定量分析，如氨基酸与茚三酮、邻苯二甲醛或荧光胺的反应是氨基酸定量分析中常用的反应。

1. 氨基酸的等电点

氨基酸分子中同时含有羧基（酸性）和氨基（碱性），它既能像酸一样离解，也能像碱一样离解。因此，当氨基酸溶解于水时，可表现出酸的行为：

又可表现出碱的性质：

在酸性溶液中，羧基的解离受到抑制，而易获得一个氢离子变成正离子，氨基酸主要以正离子状态存在，在电场作用下移向阴极；反过来，在碱性溶液中，氨基酸主要以负离子状态存在，在电场作用下移向阳极。

就某一种氨基酸而言，当溶液的酸碱度达到一定的pH时，氨基酸中的氨基和羧基的解离程度完全相同，氨基酸就以电中性的偶极离子状态存在，此时，它既不向阴极移动，也不向阳极移动，这时溶液的pH就称为该氨基酸的等电点，用pI表示。中性氨基酸的等电点在5～6.3，酸性氨基酸的等电点在2.8～3.2，碱性氨基酸的等电点在7.6～10.8。在等电点时，氨基酸的溶解度最小，易于结晶沉淀。

2. 成肽反应

一个氨基酸分子中的羧基和另一个氨基酸分子中的氨基通过脱水缩合，形成酰胺键，又称肽键（如图4-1所示）。

此反应产物称为肽，由两个氨基酸组成的肽称为二肽，二肽中的游离氨基和羧基又可与另外的氨基酸的氨基及羧基作用，形成三肽、四肽，以至高分子多肽。肽键是蛋白质分子中氨基酸之间相互连接的基本方式。

3. 与金属离子的螯合作用

许多重金属离子如Cu²⁺、Co²⁺、Mn²⁺、Fe²⁺等和氨基酸作用产生螯合物。除了羧基以外，其他基团如—NH₂和—SH也参加反应。

4. 脱氨基反应

氨基酸经强氧化剂或酶的作用发生脱氨基反应生成酮酸。

5. 脱羧基反应

氨基酸经高温或细菌作用发生脱羧反应而生成胺。

脱羧反应常发生在变质的鱼、肉类等蛋白质丰富的食物中。所以变质的食物不能食用，其中的原因之一是由于氨基酸的脱羧反应，其产物赋予食物不良的气味和毒性。

6. 褐变反应

氨基酸与还原糖在热加工过程中生成类黑色物质，此反应称为美拉德反应。所有食品都有可能发生此反应。

7. 与茚三酮反应

在氨基酸的分析化学中，具有特殊意义的是氨基酸与茚三酮的反应。茚三酮在弱酸性溶液中与氨基酸共热，生成复合物，这些复合物大多数是蓝色或紫色，在570nm波长处有最大吸收值。仅脯氨酸和羟基脯氨酸生成黄色产物，λ_max为440nm。本反应常用于氨基酸的比色（包括荧光法）测定。