氨基酸

氨基酸是一组由 20 种不同的有机分子组成的。氨基酸是“α-氨基羧酸”的简称。氨基酸与其他氨基酸连接形成蛋白质，蛋白质是执行几乎所有细胞功能所必需的。例如，蛋白质扮演不同的角色，如作为酶、抗体，并提供结构支持。

自然界中存在数百种氨基酸，但只有一组 20 种氨基酸构成蛋白质。氨基酸相互连接以制造蛋白质。它们像绳子上的珠子一样连接在一起，形成长链，称为“多肽链”。因此，蛋白质由一条或多条氨基酸链或一条或多条多肽链组成。然而，当链连接在一起时，它们会折叠以赋予蛋白质最终形状。氨基酸链的顺序决定了蛋白质的形状，以及蛋白质在细胞中的作用也取决于其形状。

氨基酸的结构

每种氨基酸主要由一个基本的氨基（NH2）、一个酸性的羧基（-COOH）和一个有机 R 基团组成，R 基团因氨基酸而异。在氨基酸的化学结构中，中心有一个碳原子，称为 α-碳。氨基和羧基连接到 α-碳上。而在其余两个位置，α-碳分别与氢（H）原子和 R 基团键合。因此，通常，氨基酸具有以下结构成分：

• 一个 α-碳
• 一个氢原子（H）
• 一个羧基（-COOH）
• 一个氨基（-NH₂）
• 一个“可变”基团或“R”基团

一些例外

• 氨基酸甘氨酸没有侧链，因此其 α-碳与两个氢原子键合。
• 在脯氨酸中，氮也是环的一部分。
• 甘氨酸不是光学活性的，因为它不像其他氨基酸那样具有不对称碳原子。

什么使氨基酸成为必需氨基酸？

并非所有生物都能合成所有氨基酸（20 种氨基酸）。其中大多数是通过仅在某些植物和细菌中发生的某些过程合成的。

哺乳动物必须从食物中获取 20 种氨基酸中的 9 种。这些氨基酸“不能被哺乳动物的酶合成”。这些氨基酸称为“必需氨基酸”，其余的“几乎所有生物都能合成”的氨基酸称为“非必需氨基酸”。这些氨基酸分为两类：必需氨基酸和非必需氨基酸。

“甘氨酸是最简单的氨基酸。”它之所以得名是因为它的甜味，因为 glycol 的意思是糖。它于 1820 年从蛋白质明胶中分离出来。

氨基酸组

每种氨基酸都有一个特定的 R 基团，因此，它们可以根据 R 基团的性质分为四组。这些组是极性的、非极性的、带正电荷的或带负电荷的。

1. “极性氨基酸”：它们的 R 基团是亲水的，这意味着它们会被水溶液吸引。
2. “非极性氨基酸”：它们的 R 基团是疏水性的，因此它们不会被液体吸引。
3. “带正电荷的氨基酸”：这些氨基酸整体带正电荷（碱性）；R-基团是碱性或带正电荷的。这种正电荷是由于这些氨基酸的自由基基团的氨基末端（NH4）在生理 pH 下不平衡。它们也具有极性，因此是亲水的。
4. “带负电荷的氨基酸”：它们整体带负电荷（酸性）；它们的 R 基团是酸性的或带负电荷的。这种负电荷是由于这些氨基酸的自由基基团的羧基末端（COOH）在生理 pH 下不平衡。

氨基酸的物理性质

• 它们是无色结晶物质。
• 大多数无味，有些有甜味，如甘氨酸和丙氨酸，有些有苦味，如精氨酸。
• 它们的熔点很高，在 200 到 300 摄氏度之间。
• 它们的溶解度取决于极性、溶剂性质、温度和等电点。例如，它们溶于水和乙醇等极性溶剂，不溶于醚、苯等非极性溶剂。而酪氨酸则溶于热水。
• 高温加热时易分解。
• 除甘氨酸外，它们都是光学活性的。

氨基酸的化学性质

• 它们可以作为酸和碱，因为它们是两性离子。两性离子是一种分子，它至少有一个官能团带正电荷，并且至少有一个官能团带负电荷。因此，氨基酸是两性离子，因为它们具有碱性的氨基和酸性的羧基。
• 它们呈两性，既可以作为酸，也可以作为碱。
• 在茚三酮试验中，当向 1 ml 蛋白质溶液中加入 1 ml 茚三酮溶液并加热后，颜色变为紫色，表明存在 α-氨基酸。
• 芳香族氨基酸可以通过黄蛋白试验在蛋白质溶液中检测到。
• 肽链中的游离氨基可以在温和的碱性介质中，在冷条件下与桑格试剂（1-氟-2, 4-二硝基苯）反应。
• 当氨基与亚硝酸反应时，会释放氮并形成相应的羟基。

根据营养的氨基酸分类

• “必需氨基酸”：指体内不能合成的氨基酸。有九种必需氨基酸必须从食物中获取。例如，组氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、赖氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸、色氨酸和缬氨酸。
• “非必需氨基酸”：这些氨基酸可以在体内合成，因此无需从饮食中获取。它们包括精氨酸、谷氨酰胺、酪氨酸、半胱氨酸、甘氨酸、脯氨酸、丝氨酸、丙氨酸、天冬氨酸、鸟氨酸、天冬酰胺。

根据代谢途径对氨基酸的分类

1. “糖原性氨基酸”：顾名思义，这些氨基酸作为糖异生的前体形成葡萄糖。它们包括甘氨酸、丝氨酸、丙氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、缬氨酸、脯氨酸、半胱氨酸、组氨酸、精氨酸和蛋氨酸。
2. “酮源性氨基酸”：它们分解形成酮体。例如，亮氨酸和赖氨酸。
3. “既酮源性又糖原性”：它们形成酮体和葡萄糖的前体。它们是异亮氨酸、苯丙氨酸、色氨酸和酪氨酸。

氨基酸的功能

它们是蛋白质的组成部分，也是合成激素和神经递质所必需的。它们对维持人体健康至关重要。它们在激素产生、肌肉结构、神经系统功能以及维持重要器官和细胞结构的健康方面发挥着重要作用。让我们分别看看“必需氨基酸和非必需氨基酸的功能”。

必需氨基酸的功能

• “苯丙氨酸”：它作为神经递质酪氨酸、多巴胺、肾上腺素和去甲肾上腺素的前体。它对于蛋白质和酶的结构和功能是必需的，并用于产生其他氨基酸。
• “缬氨酸”：它是三种支链氨基酸之一。它有助于促进肌肉生长和再生，并参与能量生产。
• “苏氨酸”：它是胶原蛋白和弹性蛋白等结构蛋白的主要成分。这些蛋白质是构建皮肤和结缔组织所必需的。此外，它对于脂肪代谢和免疫功能也很重要。
• “色氨酸”：虽然它被认为是导致嗜睡的原因，但它执行许多其他功能。它作为血清素的前体，并有助于维持适当的氮平衡。
• “蛋氨酸”：它对于代谢和解毒是必需的。它还有助于组织生长和吸收锌、硒以及其他矿物质。
• “亮氨酸”：亮氨酸也是一种支链氨基酸，对于蛋白质合成和肌肉修复是必需的。
• “异亮氨酸”：它也是一种支链氨基酸。它参与肌肉代谢，并大量存在于肌肉组织中。它还对免疫功能、血红蛋白形成和能量调节至关重要。
• “赖氨酸”：它对于蛋白质合成、酶和激素的生产以及钙的吸收至关重要。它还对免疫功能、能量产生以及胶原蛋白和弹性蛋白的产生是必需的。
• “组氨酸”：它对于组胺的产生很重要，组胺是一种神经递质，对于免疫反应、消化、性健康和睡眠-觉醒周期是必需的。除此之外，它对于覆盖神经细胞的髓鞘也很重要。

非必需氨基酸的功能

• “丙氨酸”：它有助于葡萄糖和其他氨基酸的产生。它还能清除体内的毒素。
• “半胱氨酸”：它具有抗氧化特性。它赋予我们的身体抵抗力，并促进头发生长。
• “谷氨酰胺”：它对于核酸（DNA 和 RNA）的合成以及大脑的健康功能很重要。
• “甘氨酸”：它有助于确保细胞正常生长。此外，它充当神经递质并有助于伤口愈合。
• “谷氨酸”：它对于人脑的发育和功能很重要，并且还扮演神经递质的角色。
• “精氨酸”：它促进激素和蛋白质的合成。它还有助于肾脏中的解毒过程，并有助于伤口愈合和改善免疫系统。
• “酪氨酸”：它对于甲状腺激素 T3 和 T4 的产生很重要。它还有助于神经递质和黑色素（眼睛、头发和皮肤中的色素）的合成。
• “丝氨酸”：它有助于促进肌肉生长，并且是免疫系统蛋白质合成所必需的。
• “天冬酰胺”：它有助于将氮输送到身体细胞，并参与 DNA 合成所需的嘌呤和嘧啶的形成。此外，它还能改善我们的神经系统和耐力。
• “天冬氨酸”：它对于其他氨基酸的合成和身体代谢很重要。
• “脯氨酸”：它有助于胶原蛋白的形成，防止动脉壁增厚和硬化，并促进新皮肤的再生。

氨基酸缺乏症

我们应该在饮食中摄入所有氨基酸，以维持身心健康。氨基酸缺乏可能导致以下症状：

• 贫血
• Insomnia
• 水肿
• 腹泻
• 抑郁
• 食欲不振
• 肝脏脂肪沉积
• 虚弱和疲劳
• 皮肤和头发问题