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胺基酸的性質
探討胺基酸的性質，可從極性的有無、帶電性、酸鹼性、在水中的解離狀況討論。
此類胺基酸R基是碳氫化合物，所以是疏水性，包括五個有脂肪性R基【丙胺酸(alanine)，纈胺酸(valine)，白胺酸(leucine)、異白胺酸(isoleucine)和脯胺酸(proline)】，二個有芳香環【苯丙胺酸(phenylalanine)和色胺酸(tryptophan)】和一個帶硫的胺基酸【甲硫胺酸(methionene)】。特別注意脯胺酸之α-胺基並非游離，而是被它的R基取代形成一個環狀結構。
這一類胺基酸之R基可以和水形成氫鍵，所以可溶於水，也就是比較偏親水性。此類包括甘胺酸(glycine)、絲胺酸(serine)、酥胺酸(threonine)、半胱胺酸(cysteine)、酪胺酸(tyrosine)、天門冬醯胺(asparagines)和麩胺醯胺(glutamine)。絲胺酸、酥胺酸、酪胺酸之極性的產生是由於羥基(hydroxyl group)，天門冬醯胺和麩胺醯胺是由於醯胺基(amide group)，半胱胺酸是由於硫氫基(sulfhydryl group or thiol group)。甘胺酸的R基為單一氫原子，因為太小而不能影響α-胺基和α-羧基 之高度極性。
天門冬醯胺和麩胺醯胺分別是天門冬胺酸(aspartic acid)和麩胺酸(glutamic acid)的醯胺類，而前二者很容易被酸或鹼水解成後二者。半胱胺酸和落胺酸的R基很容易游離出H+離子。不過在pH 7.0時，只有少許解離。
需特別注意的是半胱胺酸，它可以兩種形式存在於蛋白質中，一種是半胱胺酸本身，另一種是二個半胱胺酸的硫氫基經氧化形成雙硫共價鍵的胱胺酸(cystine)。胱胺酸在一些蛋白質的結構中擔任重要角色，例如胰島素(insulin)，免疫球蛋白(immunoglobulin)和抗體(antibodies)。胱胺酸將這些蛋白質的兩半用雙硫鍵連在一起。此種依靠胱胺酸連結的蛋白質在細胞內並不常見，而多見於被分泌到細胞外液的蛋白質中。
這兩個在pH 7.0時有淨負電荷的胺基酸是天門冬胺酸和麩胺酸。兩者都具有第二個羧基。它們分別是天門冬醯胺和麩胺醯胺的起源胺基酸。
這三個在pH. 7.0時帶正電的的胺基酸是離胺酸(lysine)，它的脂肪酸有第二個胺基；精胺酸(arginine)有一個帶正電的胍基(guanidine group)；組胺酸(histidine)有弱解離的咪唑團(imidazole)。
除了常見於蛋白質的二十種標準胺基酸外，在某些形式的蛋白質中亦可發現其他的特別胺基酸。每一種特別的胺基酸都是從二十種常見的胺基酸衍生而來。例如4-羥基脯胺酸(4-hydroxyproline)是脯胺酸的衍生物和5-羥基離胺酸(5-hydroxylysine)，二者可見於結締組織的膠原蛋白中(collagen)。N-甲基離胺酸(N-methyllysine)被發現於肌凝蛋白(myosin)中，為一種與肌肉收縮有關之蛋白質。γ-羧基麩胺酸(γ-carboxyglutamic acid)，被發現於凝固血液的蛋白質-凝血酶原(prothrombin)和其他會與鈣離子結合的蛋白質中。另一種更特殊的胺基酸是鎖鏈素(desmosine)，它是離胺酸的衍生物，只存在於纖維蛋白質-彈性蛋白質(elastin)中。
胺基酸在水溶液中會離子化，可作為酸或鹼。胺基酸之酸鹼性質的知識對於瞭解許多蛋白質的性質很重要，甚至在決定蛋白質的胺基酸組成和序列時，有關於分離、鑑定和定量不同的胺基酸的技術，都是基於它們的酸鹼特性。
具有單一胺基和羧基的α-胺基酸會從中性水溶液中結晶出來。胺基酸存在於水溶液中時是一完全離子化的狀態，稱為雙極性的離子(dipolar ion)或兩性離子(zwitter ion，德文的hybrid ion)。雖然這種雙極性離子是電中性的而且在電場中不會移動，但是它們帶有兩個相反的電荷。最初提出雙極性質是由於胺基酸結晶體的熔點較之其他相同大小的有機分子高出許多。胺基酸結晶格子之形成是由於相鄰分子間的正、負電荷之強烈靜電引力，就像氯化鈉的穩定離子化結晶格子。要分開正、負電荷的強烈作用必須加高熱使晶體融化。相對地，相仿分子量的非離子有機物具有相當低的熔點，與它們不穩定的非離子化結晶格子的性質相符合。
當胺基酸的結晶體在水中溶解時會形成雙極性離子，它可以作為酸（提供質子者）或作為鹼（接受質子者）。這種性質被稱為酸鹼兼性(amphoteric)，具有此種性質的物質被稱為雙性電解質(ampholytes)，從amphoteric electrdytes而來。一個單胺基羧基α-胺基酸，例如丙胺酸，當完全質子化時，是一個真正的雙質子酸(diprotic acid)，也就是說，當它的胺基和羧基都接受一個質子時，在這種情況下，它可以解離出二個質子。
所有具有一個α-胺基，一個羧基和一個不會離子化的R基之胺基酸都有與丙胺酸相似的滴定曲線。具有會解離的R基之胺基酸的滴定曲線更為複雜，有三個階段相當於三個可能游離的步驟：所以它們有三個pK’值。
這一類胺基酸的等電點可以反映出它所具有的R基形式。例如麩胺酸，它有兩個羧基和一個胺基，等電點是3.22（兩個羧基之pK’值的平均），遠低於丙胺酸的。同樣地，離胺酸有兩個胺基，等電點是9.74，遠較丙胺酸的為高。
二十種標準胺基酸的酸鹼行為有另一個重要的通則。只有一個胺基酸，組胺酸，在細胞內液和血液的pH值時有顯著的緩衝效應。組胺酸之R基的pK’為6.0，所以在pH 7.0時有顯著的緩衝能力。所有其它的胺基酸之pK’值都太遠離pH 7.0，所以在pH 7.0時不能有良好的緩衝效應。紅血球中能攜帶氧氣的蛋白質血紅蛋白(hemoglobin)，其結構中含有大量的組胺酸，所以在pH 7.0時有相當的緩衝能力，這對於紅血球在血液中輸送氧氣和二氧化碳的功能是很重要的。
確立蛋白質結構的第一步是將它水解成胺基酸，然後決定胺基酸的種類。要分離、鑑定和定量混合物中每一種胺基酸似乎很困難，但是現在已經有非常精確而有效的方法，尤其是電泳法(electrophoresis)和離子交換色層分析法(ion-exchange chromatography)。兩種方法都是利用不同的胺基酸有不同的酸鹼性質；也就是說，在一給定的pH值時，胺基酸的靜電荷有不同的符號和大小，這可以從它們的pK’值和滴定曲線預測而得知。
※ 參考資料: 魏耀揮等譯 生物化學原理 p81~93 國立編譯館 (1986)
整理: 黃信明
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