二、氨基酸的理化性质

（一）物理性质

1.旋光性

除甘氨酸外，天然氨基酸由于其α-碳原子为不对称碳原子，都具有光学活性，即可使偏振光振动面向右（顺时针方向）或向左（逆时针方向）旋转，右旋常用“+”表示，左旋常用“-”表示。氨基酸的旋光符号和大小取决于R基的性质，同时还与溶液的pH值有关。与其他旋光物质一样，比旋光度是α-氨基酸的一个重要物理常数，为鉴别各种氨基酸的依据之一。L-型和D-型氨基酸旋光方向相反，等量D-型和L-型氨基酸的混合物没有旋光性，称为消旋物。由有机合成方法合成氨基酸时，得到的氨基酸为DL-消旋物。发酵方法得到的氨基酸是L-型的。

2.溶解性和熔点

天然氨基酸固体为白色结晶，熔点一般都很高，常在200℃以上，可达250℃左右。当温度在熔点以上时，α-氨基酸就会发生分解。α-氨基酸都能溶解在强酸或强碱中，除半胱氨酸和酪氨酸外，均可溶于水中。由于氨基酸呈内盐形式，故几乎不溶于非极性溶剂。脯氨酸和羟脯氨酸可溶于乙醇、乙醚中，通常乙醇可以将氨基酸从水溶液中析出。不同氨基酸具有不同的结晶形状，可以利用结晶形状鉴别各种氨基酸。

3.味感

α-氨基酸都呈现味感，D-氨基酸多数带有甜味，没有旋光性的甘氨酸也呈现甜味。而L-氨基酸则按侧链R基团的不同而呈现甜、苦、鲜、酸四味。一般R为非极性基团的L-型氨基酸带有苦味；R为极性基团的L-型氨基酸带有甜味；而R中含有两个羧基的谷氨酸和天冬氨酸的L-型则呈酸味，但其钠盐呈鲜味，因而谷氨酸钠被用作鲜味剂。

一些氨基酸本身具有特殊的香气，如苯丙氨酸具玫瑰花香气，丝氨酸、苏氨酸具酒香气，亮氨酸具有肉香味，丙氨酸具花香气等。

4.紫外吸收

常见的氨基酸在400～780nm的可见光区域内均无吸收。但由于均具有羧基，所以在紫外光区的短波长210nm附近，所有的氨基酸均有吸收。另外，酪氨酸、色氨酸和苯丙氨酸由于具有芳香环，分别在278nm、279nm和259nm处有较强的吸收，故可利用此性质对这三种氨基酸进行分析测定。结合后的酪氨酸、色氨酸残基同样在280nm附近有最大的吸收，故紫外分光光度法可以用于蛋白质的定量分析。

酪氨酸、色氨酸和苯丙氨酸可以受激发而产生荧光，激发后它们可以在304nm、348nm和282nm分别产生荧光，而其他的氨基酸则不能产生荧光。

（二）化学性质

1.氨基酸的两性性质

从化学结构上看，氨基酸既是酸又是碱。一个氨基酸分子，在酸性溶液中呈正离子状态，在碱性溶液中则呈负离子状态，这样可以找到一个适当的pH值，此时氨基酸分子呈兼性状态（等离子状态），如果没有其他因素干扰，氨基酸分子在直流电场中不向任何方向移动，这时的pH值可称作氨基酸分子的等电点（pI）。以丙氨酸为例（图4-3）流程如下：

等电点可以根据各个基团的解离常数的方程式来计算。显然，正离子浓度和负离子浓度相等时的pH值，就是等电点。

当用电泳法来分离氨基酸时，在碱性溶液中（pH＞pI），氨基酸带负电荷，因此向正极移动；在酸性溶液中（pH＜pI），氨基酸带正电荷，因此向负极移动。在一定pH值范围内，氨基酸溶液pH值离等电点越远，该氨基酸所携带的净电荷越大，其移动速率就越快。当溶液pH=pI时，溶液中该氨基酸以偶极离子形式存在，呈现静止状态。

2.氨基酸侧链的亲水性和疏水性

氨基酸由于其羧基及氨基的解离，形成离子型化合物，对偶极水分子有相当的亲和性，表现出在水中有一定的溶解度。当它们结合成肽链时，其亲水性或疏水性取决于它们的侧链基团。总的来说，除解离基团外，天冬酰胺的侧链酰胺基、丝氨酸和苏氨酸侧链上的羟基也都是亲水性基团；另外，丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸和色氨酸等的侧链基团都属于疏水性基团。蛋白质在水中的溶解度、与脂肪的作用等功能性质，同氨基酸侧链的极性基团和非极性（疏水）基团数量及其分布状况有关，蛋白质的疏水性也由其组成氨基酸的疏水性决定，所以氨基酸的疏水性是一个重要的性质指标。

氨基酸的疏水性可以定义为将1mol的氨基酸从水溶液中转移到乙醇溶液中时所产生的自由能变化。通过测定各种氨基酸在两种介质的溶解度，可以确定各个氨基酸侧链的疏水性大小。在测定结果中，具有较大的正的数字意味着氨基酸的侧链是疏水的，在蛋白质结构中该残基倾向于分布在分子的内部，而具有较大的负的数据意味着氨基酸侧链在蛋白质结构中倾向于分子的表面。对于赖氨酸，由于含有多个亚甲基，所以可以优先选择环境，从而具有正的疏水性数值。

3.与茚三酮的反应

α-氨基酸与水合茚三酮一起在水溶液中加热，可发生反应生成紫色化合物（但是茚三酮与脯氨酸和羟脯氨酸反应则呈黄色）。该反应先是氨基酸被氧化分解生成醛，放出氨和二氧化碳，水合茚三酮则生成还原型茚三酮。还原型茚三酮与NH₃、1分子水合茚三酮缩合生成紫色化合物。

4.氨基的反应

（1）与亚硝酸的反应　在常温下亚硝酸可以与氨基酸的游离氨基起反应，定量地放出氮气，氨基酸被氧化成羟酸。含亚氨基的脯氨酸则不能与亚硝酸反应。由于反应所放出的N₂，一半来自氨基酸分子上的α-氨基，一半来自亚硝酸，故在固定条件下测定反应所释放的氮气体积，即可计算出氨基的含量。其反应见图4-4。

（2）与甲醛等的反应　在中性pH值和常温条件下，甲醛能很快与氨基酸上的氨基结合，使氨基酸的解离平衡向H⁺解离方向移动，促进—N上质子释放出来，从而使溶液酸性增强，这样就可用氢氧化钠来滴定。每释放出1个质子，就相当于有1个—NH₂。此法不够精确，但简便快速，不仅用于快速测定氨基酸含量，也常用来测定蛋白质水解程度。甲醛反应还可用于生物组织的固定和保存。氨基酸可以与其他的醛类化合物反应生成希夫碱类化合物。希夫碱与非酶褐变反应有关，是美拉德反应的中间产物。其反应见图4-5。

（3）与2，4-二硝基氟苯等的反应　在弱碱溶液中，氨基酸的氨基很容易与2，4-二硝基氟苯作用，生成2，4-二硝基苯氨基酸。其反应见图4-6。氨基与三硝基苯磺酸的反应也是相似的反应机制。该反应可用于对肽的N端氨基酸来进行分析。而氨基酸的氨基与荧光胺、邻苯二甲醛等反应生成的产物也具有荧光性质，可以用于分析氨基酸、蛋白质等中氨基的含量。

（4）酰基化反应　氨基可与苄氧基甲酰氯在弱碱性条件下反应，生成氨基衍生物。在合成肽的过程中可利用此反应保护氨基酸的氨基，有利于肽合成反应的定向发生。

5.羧基的反应

（1）酯化反应　所有的氨基酸在无水乙醇中通入干燥氯化氢，然后加热回流，可生成氨基酸酯。各种氨基酸酯的物理化学性质不同，可用减压分馏法分离。其反应见图4-7。

（2）还原反应　在LiBH₄作催化剂的条件下，氨基酸可加氢，被还原生成氨基伯醇类化合物。

（3）脱羧反应　在特定的脱羧酶作用下，氨基酸脱羧生成伯胺并放出二氧化碳气体。例如，大肠杆菌含有L-谷氨酸脱羧酶能够使氨基酸脱羧。

6.侧链基团的反应

（1）氨基酸侧链基团的化学反应　α-氨基酸的侧链R基的反应很多。R基上含有酚基时可还原Folin-酚试剂，生成钼蓝和钨蓝，在分析工作中可用于蛋白质的定量分析。又如R基上含有—SH基时，则在氧化剂存在下可生成二硫键。在还原剂存在下二硫键亦可被还原，重新变为—SH基。氨基酸侧链基团参与的反应一般用于个别氨基酸的鉴定或蛋白质分子上侧链基团的修饰。有些颜色反应可用于特定氨基酸或含有该氨基酸的肽的检测。

（2）与金属离子反应　氨基酸可与一些金属离子反应生成络合物。例如，谷氨酸可以与Zn²⁺、Ca²⁺、Ba²⁺等作用生成难溶于水的络合物。