醫用化學/氨基酸
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氨基酸是一類具有特殊重要意義的化合物。因為它們中許多是與生命活動密切相關的蛋白質的基本組成單位，是人體必不可少的物質，有些則直接用作藥物。
α-氨基酸是蛋白質的基本組成單位。蛋白質在酸、堿或酶的作用下，能逐步水解成比較簡單的分子，最終產物是各種不同的α-氨基酸。水解過程可表示如下：
由蛋白質水解所得到的α-氨基酸共有20多種，各種蛋白質中所含氨基酸的種類和數量都各不相同。有些氨基酸在人體內不能合成，只能依靠食物供給，這種氨基酸叫做必需氨基酸（見表18-3，*）。
一、氨基酸的構造、構型及分類、命名
（一）氨基酸的構造和構型
分子中含有氨基和羧基的化合物，叫做氨基酸。
由蛋白質水解所得到的α-氨基酸，可用通式表示如下：
除甘氨酸（R=H）外，所有α-氨基酸中的α碳原子均是手性碳，故有D型與L型兩種構型。天然氨基酸均為L-氨基酸。
L-氨基酸
（二）α-氨基酸的分類和命名
氨基酸有脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸和雜環氨基酸。
在α-氨基酸分子中可以含多個氨基和多個羧基，而且氨基和羧基的數目不一定相等。因此，天然存在的α-氨基酸常根據其分子中所含氨基和羧基的數目分為中性氨基酸、堿性氨基酸和酸性氨基酸。所謂中性氨基酸是指分子中氨基和羧基的數目相等的一類氨基酸。但氨基的堿性和羧基的酸性不是完全相當的，所以它們并不是真正中性的物質，只能說它們近乎中性。分子中氨基的數目多于羧基時呈現堿性，稱為堿性氨基酸；反之，氨基的數目少于羧基時呈現酸性，稱為酸性氨基酸。
氨基酸的系統命名方法與羥基酸一樣，但天然氨基酸常根據其來源或性質多用俗名。例如胱氨酸是因它最先來自尿結石；甘氨酸是由于它具有甜味而得名（見表18-3）。
表18-3 常見的α-氨基酸
| 氨 基 酸 | 構 造 式 | 代號 | 常用符號 | pI |
| 甘氨酸(α-氨基乙酸) |
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甘 | Giy | 5.97 |
| 丙氨酸（α-氨基丙酸） |
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丙 | Ala | 6.02 |
| 纈氨酸（β-甲基-α-氨基丁酸） |
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纈 | Val | 5.96 |
| 亮氨酸（γ-甲基-α-氨基戊酸） |
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亮 | Len | 5.98 |
| 異亮氨酸（β-甲基-α-氨基戊酸） |
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異 | Lle | 6.02 |
| 脯氨酸（α-羧基四氫吡咯） |
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脯 | Pro | 6.30 |
| 苯丙氨酸（β-苯基-α-氨基丙酸） |
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苯 | Phe | 5.48 |
| 色氨酸［α-氨基-β-（3-吲哚基）丙酸］ |
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色 | Try (Trp) | 5.89 |
| 蛋氨酸（α-氨基-γ-甲硫基丁酸） |
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蛋 | Met | 5.74 |
| 絲氨酸（α-氨酸-β-羥基西丙酸） |
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絲 | Ser | 5.68 |
| 蘇氨酸（α-氨基-β-羥基丁酸） |
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蘇 | Thr | 6.18 |
| 半胱氨酸（α-氨基-β-巰基丙酸） |
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半 | Cys | 5.07 |
| 酪氨酸［α-氨基-β-（對羥苯基）丙酸］ |
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酪 | Tyr | 5.66 |
| 天門冬酰胺（α-氨基丁酰胺酸） |
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天酰 | Asn | 5.41 |
| 谷氨酰胺（α-氨基戊酰胺酸） |
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谷酰 | Gln | 5.65 |
| 天門冬氨酸（α-氨基丁二酸） |
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天 | Asp | 2.77 |
| 谷氨酸（α-氨基戊二酸） |
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谷 | Glu | 3.22 |
| 賴氨酸（α，ε-二氨基已酸） |
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賴 | Lys | 9.74 |
| 組氨酸［（α-氨基-β-（4-噗唑基）丙酸］ |
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組 | His | 7.59 |
| 傅氨酸（α-氨基，δ-胍基戊酸） |
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精 | Arg | 10.76 |
二、氨基酸的性質
α-氨基酸都是無色晶體，熔點一般都較高（常在230-300℃之間），熔融時即分解放出二氧化碳。
α-氨基酸都能溶于酸性或堿性溶液中，但難溶于乙醚等有機溶劑。在純水中各種氨基酸的溶解度差異較大，加乙醇能使許多氨基酸從水溶液中沉淀析出。
（二）化學性質
氨基酸分子內既含有氨基又含有羧基，因此它們具有氨基和羧基的典型性質。但是，由于兩種官能團在分子內的相互影響，又具有一些特殊的性質。
1．兩性
氨基酸分子中既有堿性-NH2和酸性-COOH，與強酸或強堿都能作用生成鹽，因此氨基酸為兩性化合物。
同時，在同一分子內，氨基和羧基也可作用生成鹽，這種鹽叫內鹽。
氨基酸在純水溶液及固態時都以內鹽的形式存在。在一般情況下，氨基酸中羧基的電離程度和氨基的電離程度并不相等。因此純凈氨基酸的水溶液并不一定是中性。在中性氨基酸溶液中，由于羧基的電離程度稍大于氨基的電離度，故它的水溶液的PH值一般略小于7。酸性氨基酸水溶液的PH值小于7；堿性氨基酸水溶液的PH值則大于7。但須注意，無論是何種α-氨基酸，其水溶液中兩性離子都占絕對多數。
2．等電點
若將氨基酸的水溶液酸化，則兩性離子與H+結合而成陽離子，若加堿于氨基酸的水溶液中，則兩性離子中氮原子上的一個氫離子與OH-結合成水，而兩性離子變成陰離子。
若將氨基酸水溶液的酸堿度加以適當調節，可使羧基與氨基的電離程度相等，也就是氨基酸帶有正、負電荷數目恰好相同，此時溶液的PH值稱為該氨基酸的等電點，以PI表示。由于各種氨基酸分子中所含基團不同，所以每一個氨基酸中氨基和羧基的電離程度各異，因此不同的氨基酸等電點亦不同（表18-3）。中性氨基酸的等電點一般在5.0-6.5之間；酸性氨基酸為2.7-3.2，堿性氨基酸為9.5-10.7。
如果在不同的PH值的氨基酸溶液中通以直流電，當PH＞PI（到一定程度）時，由于氨基酸主要以陰離子存在，它們就向陽極移動；若PH＜PI（到一定程度）時，因氨基酸主要以陽離子存在，則它們就向陽極移動；如果PH＝PI，則不發生電泳，因為這時的氨基酸主要以兩性離子存在，其凈電荷為零，故在電場中不會向任何一極移動。所以，電泳是可以用來分離子或鑒定氨基酸、蛋白質等的混合物的一種技術，也可作為醫學診斷的手段。
3．脫水生成肽
兩分子α-氨基酸（相同或不同）可借一個分子中的羧基和另一分子中的氨基脫去一分子水，縮合成為一個簡單的肽，即二肽。
二肽分子中含有的酰胺鍵
叫做肽鍵。二肽分子中的末其端
仍含有自由的氨基和羧基，因此還可以繼續與氨基酸縮合成為三肽、四肽以至多肽。
多肽
多肽類物質在天然界中存在很多，它們在生物體中起著各種不同的作用。例如，存在于大部分細胞中的谷胱甘肽（三肽），參與細胞的氧化還原過程。
4．脫羧作用
某些氨基酸在一定條件下，可脫去羧基，生成相應的胺。
脫羧反應是人體內氨基酸代謝的形式之一，例如在腸道細菌作用下，組氨酸可脫羧生成組胺。
脫羧反應也可在蛋白質腐敗時發生。例如在某些細菌作用下，蛋白質中的賴氨酸可變成毒性很強的尸胺（戊二胺）。
5．與亞硝酸的反應
氨基酸中的氨基具有伯胺的性質，與亞硝酸作用時生成羥基酸，同時定量的放出氮氣。
6．與茚三酮的顯色反應
α-氨基酸與茚三酮的水合物在水溶液中加熱時，生成藍紫色或紫色化合物，同時產生醛、二氧化碳和氨。這個反應非常靈敏，是鑒定氨基酸最迅速、最簡單的方法，常用于α-氨基酸的比色測定或紙層析、薄層層析時的顯色。
多肽和蛋白質也有此顯色反應。
參看
 酰胺 | 雜環化合物和生物堿  |
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