21.6: 氨基酸

氨基酸是组成蛋白质的单体。 α 氨基酸具有相同的基本结构，包括一个中央碳原子或 α (μ m) 碳，键合一个氨基组 (NH₂) ，一个羧组 (COOH) 和一个氢原子。 每一种氨基酸也有另一个原子或一组原子键合，与称为 R 组的中心原子相同。 蛋白质中存在 20 种常见的氨基酸，每种都有不同的 R 组。 氨基酸序列的变化导致蛋白质结构和功能的巨大变化。

科学家使用“氨基酸”这个名称，因为这些酸在其基本结构中包含氨基组和羧酸组。 单个大写字母或三个字母的缩写表示氨基酸。 例如，字母 V 或三字母符号 val 表示缬氨酸。

R 组

每种氨基酸的 R 组 (或侧链) 都不同。 侧链的化学性质决定了氨基酸的性质 (即，它是酸性，碱性，极性或非极性)。 例如，氨基酸甘氨酸具有氢原子作为 R 组。 氨基酸 (如缬氨酸，甲氨酸和氨基氨基) 在本质上是非极性或疏水性，而氨基酸 (如血清，三联苯和胱氨酸) 是极性的，具有亲水性侧链。 赖氨酸和氨基酐的侧链已正电荷，因此这些氨基酸也是基本的氨基酸。 脯氨酸有一个与氨基组相关联的 R 组，形成了一个环形结构。 脯氨酸是氨基酸标准结构的一个例外，因为其氨基组与侧链不分离。

本文改编自 Openstax, 生物学 2e, 第 3.4 章：蛋白质。

氨基酸是有机化合物，主要由 碳、氢、氧和氮组成。尽管有数百种氨基酸，但只有二十种氨基酸可以作为蛋白质的 基本组成部分。这二十种氨基酸通常用它们的 三个或一个字母的缩写来指代。所有氨基酸都有一个 称为阿尔法碳的中心碳，它是 大多数氨基酸的手性中心。它与氨基、羧基、氢原子和可变 R 基团相连。手性分子有四个不同的基团，围绕在一个特定的原子周围，称为手性中心。由于甘氨酸有一个氢原子作为它的 R 基团，它没有四个不同的基团，因此也没有手性中心。这四个基团可以形成两种不同构型，它们是立体异构体，称为左旋 异构体和右旋 异构体。这些异构体是 不能相互重叠的镜像。蛋白质合成中使用的氨基酸一直都是 L-异构体。氨基酸上的胺基可以作为碱，接受质子，产生正电荷，而羧基可以作为酸，提供质子，产生负电荷。在生理 pH 值下，氨基酸通常以双电荷形式存在，称为两性离子，也就是带有相等数量正电荷和负电荷的分子。每个氨基酸都有一个独特的 R 基团，这决定了它们的不同特征，包括大小、溶解性和电荷。根据它们的 R 基团，氨基酸大致分为两类：非极性和极性。非极性氨基酸 可分为脂肪族和芳香族。极性氨基酸在中性 pH 值下可分为酸性、碱性 和不带电荷。脂肪族基团是以直链、支链或环状链形式 存在的单键烃。带有脂肪族 R 基团的氨基酸 是甘氨酸，它是最简单的氨基酸；丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸 具有极强疏水性，并相互结合，在蛋白质中形成稳定的核心结构；蛋氨酸是一种含硫的氨基酸；还有脯氨酸，它带有一个脂肪环。芳香族基团是以单键和双键交替的不饱和环形式 存在的烃。芳香族氨基酸包括苯丙氨酸、酪氨酸 和色氨酸，它们都很大，并且能够参与疏水相互作用。酸性氨基酸有天冬氨酸和谷氨酸。它们带有羧基，可以给出一个质子而带负电。碱性氨基酸有赖氨酸、精氨酸 和组氨酸。它们在侧链上带有氨基，可以接受一个质子而带正电。极性不带电荷的氨基酸包括丝氨酸、苏氨酸、半胱氨酸、天冬酰胺和谷氨酰胺。它们具有亲水性，并带有各种极性 官能团：丝氨酸和苏氨酸中的羟基、半胱氨酸中的巯基以及 天冬酰胺和谷氨酰胺中的酰胺基。