氨基酸——性质、功能、来源

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引言

同时含有羧基和氨基的有机化合物称为氨基酸。因此，该分子中存在两个官能团：氨基 (-NH₂) 和羧基 (-COOH)。氨基酸是α-氨基羧酸的简称。氨基酸包含碳、氧、氮和氢元素。但在某些氨基酸中，也存在其他元素，如硫和硒。氨基酸是蛋白质的基本组成部分。氨基酸结合形成蛋白质。蛋白质在人体以及其他生物体中都有许多用途。蛋白质作为细胞中许多重要反应的催化剂。

什么是氨基酸？

含有羧基和氨基作为两个官能团的有机化合物是氨基酸。氨基酸是白色结晶固体，每种氨基酸都有其特定的味道。蛋白质是无味的化合物，而氨基酸则具有甜味、苦味和其他味道。因此，它们也具有赋予我们所食用食物味道的特性。共有20种氨基酸。其中一些不能由我们自身合成，被称为必需氨基酸，因为我们需要通过食物来摄取它们。除了九种必需氨基酸外，所有其他氨基酸都在我们体内存在的细胞中合成，被称为非必需氨基酸。这20种必需和非必需氨基酸在R基团或烃基的侧链上有所不同。氨基酸在人体中具有重要的作用，因为它们有助于食物消化、修复组织、酶的正常功能、促进肌肉生长、分子的运输等。通过摄取含有蛋白质的食物，我们就能获得人体所需的氨基酸。一些氨基酸的例子包括丙氨酸、缬氨酸、苯丙氨酸等。

氨基酸的结构

所有氨基酸的基本结构相同。它包含一个中心碳原子，即α-碳原子，在其上连接四个不同的基团。它们是羧基、氨基、氢原子和R基团。氨基酸中不同的基团是R基团。所有其他结构特征对于所有氨基酸都是相同的。但对于甘氨酸，R基团是氢原子。氨基酸的结构如下。

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氨基酸的类型

营养学家主要根据其在人体中的可用性对其进行分类。这种分类不影响结构。下面将详细解释这两种氨基酸。

• 非必需氨基酸。

• 必需氨基酸。

必需氨基酸

不能由我们自身合成或产生的，但对人体正常功能必需的氨基酸是必需氨基酸。它因生物体而异，儿童和成人也不同。必需氨基酸的例子有组氨酸、缬氨酸等。

非必需氨基酸

此类别包括由我们体内存在的细胞合成的氨基酸。它们是由体内发生的各种代谢过程以及其他氨基酸产生的。非必需氨基酸的一些例子包括丙氨酸、半胱氨酸等。

必需和非必需氨基酸的结构如下所示。

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氨基酸的性质

物理性质

氨基酸是结晶状的无色有机化合物。它们通常无味，但某些氨基酸具有甜味和苦味。它们是离子化合物，因此具有约300°C的高熔点。

化学性质

氨基酸是极性分子，可溶于水和乙醇。但它们不溶于非极性溶剂，如乙醚、苯等。由于它们同时含有酸性和碱性官能团，所以是偶极离子。它们还可以参与涉及羧基和氨基官能团的化学反应。

列出必需和非必需氨基酸。

必需和非必需氨基酸的例子如下所示。

必需	非必需
苏氨酸	丙氨酸
异亮氨酸	酪氨酸
缬氨酸	脯氨酸
赖氨酸	丝氨酸
色氨酸	半胱氨酸
苯丙氨酸	谷氨酸
组氨酸	谷氨酰胺
蛋氨酸	甘氨酸
亮氨酸	天冬酰胺
	硒代半胱氨酸
	天冬氨酸
	精氨酸

必需和非必需氨基酸的功能

氨基酸化合物的功能很多，包括卟啉的合成、蛋白质的合成、植物激素的合成、维生素的合成等。

一些非必需氨基酸的功能

• 丙氨酸：帮助去除体内毒素，并通过帮助淋巴细胞的产生来维持免疫力。

• 精氨酸：有助于维持激素平衡，是一氧化氮的前体。

• 天冬酰胺：有助于维持中枢神经系统的平衡，并有助于神经元的生长发育。

• 天冬氨酸：是一种重要的化合物，与许多酶的活性部分有关。

• 半胱氨酸：β-角蛋白的重要组成部分之一，对指甲、头发和皮肤细胞至关重要。

• 谷氨酰胺：有助于人体的消化和脑功能。

• 甘氨酸：通过辅助胶原蛋白的产生来帮助伤口愈合。

必需氨基酸的功能

一些必需氨基酸的功能如下所示。

• 蛋氨酸：有助于减少细胞壁中脂肪酸的积累。

• 亮氨酸：有助于维持血糖水平。

• 赖氨酸：通过促进钙的吸收来帮助骨骼的生长发育。

• 缬氨酸：有助于人体组织的生长。

• 苯丙氨酸：有助于调节情绪和记忆系统的正常功能。

结论

氨基酸是含有氨基和羧基的化合物。其中氨基酸的α-碳原子含有氨基、羧基、氢原子和R基团。对于不同的氨基酸，其基本结构相似，只有R基团存在差异。它们是结晶状的白色化合物，其中一些具有甜味和苦味。它们可溶于水，但不溶于苯和乙醚。氨基酸主要分为必需氨基酸和非必需氨基酸两种。必需氨基酸需要通过食物摄取，而非必需氨基酸在我们的体细胞中合成。它们都在人体的正常功能中发挥着重要作用。

常见问题

1. 最小的氨基酸结构是什么？

非必需氨基酸甘氨酸是氨基酸中最小的。因为甘氨酸中存在于α-碳原子上的R基团是氢原子。其他基团是氨基和羧基。而必需氨基酸色氨酸是最大的。

2. 有芳香族氨基酸吗？

是的。酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸是芳香族氨基酸。它们含有芳香基团作为R基团。它们相对非极性。

3. 如果摄入过多的氨基酸会发生什么？

如果有人摄入过多的氨基酸，会导致健康问题。例如头痛、疲劳、胃部不适、恶心等。严重时还会出现情绪低落、协调能力下降和睡眠周期紊乱等问题。

4. 氨基酸是如何变成蛋白质的？

在细胞中，蛋白质是通过复杂的化学反应合成的。氨基酸在核糖体中按照正确的顺序通过肽键连接在一起。这个过程称为翻译，由此获得的化合物也称为多肽。

5. 蛋白质为什么折叠？

蛋白质在细胞的内质网中折叠，以便能够正常发挥其功能。蛋白质必须折叠成三维结构，否则无法正常工作。

参考文献

• Muhammed Akram、Muhammed Asif、Muhammed Uzair：氨基酸综述文章，2011年。

• Rahat Ullah、Myeung Hoon Jo：甘氨酸，最小的氨基酸，通过调节小鼠大脑中的c-jun N端激酶，对D-半乳糖诱导的神经退行性变和记忆障碍具有神经保护作用，2020年。

• Micheal J. Lopez、Shamim S. Mohiuddin：生物化学必需氨基酸，2022年。

• Jay R. Hoffmann和Micheal J. Falvo：哪种蛋白质最好？2004年。

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