第三節 胺基酸
胺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-胺基酸是蛋白質的基本組成單位。蛋白質在酸、鹼或酶的作用下，能逐步水解成比較簡單的分子，最終產物是各種不同的α-胺基酸。水解過程可表示如下：
蛋白質→月示→腖→多肽→二肽→α-胺基酸
由蛋白質水解所得到的α-胺基酸共有20多種，各種蛋白質中所含胺基酸的種類和數量都各不相同。有些胺基酸在人體內不能合成，只能依靠食物供給，這種胺基酸叫做必需胺基酸（見表18-3，*）。
一、胺基酸的構造、構型及分類、命名
（一）胺基酸的構造和構型
分子中含有氨基和羧基的化合物，叫做胺基酸。
由蛋白質水解所得到的α-胺基酸，可用通式表示如下：
除甘氨酸（R=H）外，所有α-胺基酸中的α碳原子均是手性碳，故有D型與L型兩種構型。天然胺基酸均為L-胺基酸。
L-胺基酸
（二）α-胺基酸的分類和命名
胺基酸有脂肪族胺基酸、芳香族胺基酸和雜環胺基酸。
在α-胺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-胺基酸常根據其分子中所含氨基和羧基的數目分為中性胺基酸、鹼性胺基酸和酸性胺基酸。所謂中性胺基酸是指分子中氨基和羧基的數目相等的一類胺基酸。但氨基的鹼性和羧基的酸性不是完全相當的，所以它們並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於羧基時呈現鹼性，稱為鹼性胺基酸；反之，氨基的數目少於羧基時呈現酸性，稱為酸性胺基酸。
胺基酸的系統命名方法與羥基酸一樣，但天然胺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；甘氨酸是由於它具有甜味而得名（見表18-3）。
表18-3 常見的α-胺基酸
氨 基 酸 構 造 式 代號 常用符號 pＩ 甘氨酸(α-氨基乙酸)
甘 Giy 5.97 丙氨酸（α-氨基丙酸）
丙 Ala 6.02 纈氨酸（β-甲基-α-氨基丁酸）
纈 Val 5.96 亮氨酸（γ-甲基-α-氨基戊酸）
亮 Len 5.98 異亮氨酸（β-甲基-α-氨基戊酸）
異 Lle 6.02 脯氨酸（α-羧基四氫吡咯）
脯 Pro 6.30 苯丙氨酸（β-苯基-α-氨基丙酸）
苯 Phe 5.48 色氨酸[α-氨基-β-（3-吲哚基）丙酸]
色 Try (Trp) 5.89 蛋氨酸（α-氨基-γ-甲硫基丁酸）
蛋 Met 5.74 絲氨酸（α-氨酸-β-羥基西丙酸）
絲 Ser 5.68 蘇氨酸（α-氨基-β-羥基丁酸）
蘇 Thr 6.18 半胱氨酸（α-氨基-β-巰基丙酸）
半 Cys 5.07 酪氨酸[α-氨基-β-（對羥苯基）丙酸]
酪 Tyr 5.66 天門冬醯胺（α-氨基丁醯胺酸）
天醯 Asn 5.41 穀氨醯胺（α-氨基戊醯胺酸）
谷醯 Gln 5.65 天門冬氨酸（α-氨基丁二酸）
天 Asp 2.77 穀氨酸（α-氨基戊二酸）
谷 Glu 3.22 賴氨酸（α，ε-二氨基已酸）
賴 Lys 9.74 組氨酸[（α-氨基-β-（4-噗唑基）丙酸]
組 His 7.59 傅氨酸（α-氨基，δ-胍基戊酸）
精 Arg 10.76
二、胺基酸的性質>
α-胺基酸都是無色晶體，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-胺基酸都能溶於酸性或鹼性溶液中，但難溶於乙醚等有機溶劑。在純水中各種胺基酸的溶解度差異較大，加乙醇能使許多胺基酸從水溶液中沉澱析出。
（二）化學性質
胺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，由於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
胺基酸分子中既有鹼性-NH2和酸性-COOH，與強酸或強鹼都能作用生成鹽，因此胺基酸為兩性化合物。
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。
胺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，胺基酸中羧基的電離程度和氨基的電離程度並不相等。因此純淨胺基酸的水溶液並不一定是中性。在中性胺基酸溶液中，由於羧基的電離程度稍大於氨基的電離度，故它的水溶液的PH值一般略小於7。酸性胺基酸水溶液的PH值小於7；鹼性胺基酸水溶液的PH值則大於7。但須注意，無論是何種α-胺基酸，其水溶液中兩性離子都佔絕對多數。
2．等電點
若將胺基酸的水溶液酸化，則兩性離子與H+結合而成陽離子，若加鹼於胺基酸的水溶液中，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。
若將胺基酸水溶液的酸鹼度加以適當調節，可使羧基與氨基的電離程度相等，也就是胺基酸帶有正、負電荷數目恰好相同，此時溶液的PH值稱為該胺基酸的等電點，以PI表示。由於各種胺基酸分子中所含基團不同，所以每一個胺基酸中氨基和羧基的電離程度各異，因此不同的胺基酸等電點亦不同（表18-3）。中性胺基酸的等電點一般在5.0-6.5之間；酸性胺基酸為2.7-3.2，鹼性胺基酸為9.5-10.7。
如果在不同的PH值的胺基酸溶液中通以直流電，當PH＞PI（到一定程度）時，由於胺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，因胺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，因為這時的胺基酸主要以兩性離子存在，其淨電荷為零，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鑑定胺基酸、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-胺基酸（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。
二肽分子中含有的醯胺鍵叫做肽鍵。二肽分子中的末其端
仍含有自由的氨基和羧基，因此還可以繼續與胺基酸縮合成為三肽、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，存在於大部分細胞中的穀胱甘肽（三肽），參與細胞的氧化還原過程。
4．脫羧作用
某些胺基酸在一定條件下，可脫去羧基，生成相應的胺。
脫羧反應是人體內胺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屍胺（戊二胺）。
5．與亞硝酸的反應
胺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-胺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，是鑑定胺基酸最迅速、最簡單的方法，常用於α-胺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。