氨基酸是作为蛋白质组成部分的有机化合物。每个氨基酸都包含一个氨基、一个羧基、一个氢原子和一个连接到中心α碳的独特侧链（R基团）。二十种标准氨基酸由遗传密码编码。

按侧链属性分类

非极性疏水氨基酸

这些氨基酸具有疏水性侧链，并且倾向于聚集在蛋白质内部。它们包括甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、蛋氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸和色氨酸。脯氨酸的独特之处在于其侧链与氨基形成环。

极性、不带电氨基酸

这些氨基酸具有可以与水形成氢键的侧链。它们包括丝氨酸、苏氨酸、半胱氨酸、酪氨酸、天冬酰胺和谷氨酰胺。半胱氨酸可以形成稳定蛋白质结构的二硫键。

带正电荷（碱性）氨基酸

这些氨基酸的侧链在生理 pH 值下带正电。它们包括赖氨酸、精氨酸和组氨酸。组氨酸的 pKa 接近生理 pH，使其能够充当酶活性位点的质子供体或受体。

带负电荷（酸性）氨基酸

这些氨基酸的侧链在生理 pH 值下带负电。它们包括天冬氨酸和谷氨酸。它们的羧基经常参与盐桥和金属结合。

特殊属性

等电点

每种氨基酸都有一个特征等电点 (pI) — 不带净电荷的 pH 值。当 pH 值低于 pI 时，氨基酸带正电；高于 pI，它带负电。

光学活性

除甘氨酸外的所有标准氨基酸都是手性，以L-和D-对映体形式存在。只有 L-氨基酸通过核糖体掺入蛋白质中。

蛋白质工作中氨基酸特性的实际相关性

每个氨基酸的等电点 (pI) 决定了给定 pH 下蛋白质的净电荷，并控制基于电荷的分离方法，例如离子交换色谱法和毛细管区带电泳 (CZE)，其中蛋白质和肽根据其电荷与尺寸比以不同的速度迁移。当目标蛋白的 pI 高于缓冲液 pH（蛋白净正）时，选择阳离子交换柱（带负电的树脂）；当 pI 低于缓冲液 pH（蛋白净负）时，选择阴离子交换柱。例如，如果蛋白质的 pI 为 5.5，则在 pH 8.0 下使用阴离子交换来结合带负电的蛋白质。氨基酸侧链的疏水性驱动反相 HPLC 分离 - C18 色谱柱更强地保留非极性残基，因此洗脱顺序与疏水性指数（Kyte-Doolittle 标度）相关。亮氨酸和异亮氨酸的疏水性最高，而精氨酸和赖氨酸的亲水性最强。翻译后修饰 (PTM) 会改变特定氨基酸的特性。丝氨酸、苏氨酸或酪氨酸的磷酸化会增加负电荷，并可通过质量转移 (+80 Da) 或蛋白质印迹中的抗磷酸抗体进行检测。天冬酰胺（N-连接）或丝氨酸/苏氨酸（O-连接）的糖基化增加了分子量和亲水性，可用于通过凝集素亲和层析进行纯化。泛素化以赖氨酸残基为目标，并标记蛋白质进行蛋白酶体降解——通过每个泛素分子 8.5 kDa 的质量位移来检测。一种氨基酸的羧基和另一种氨基酸的氨基之间形成肽键，释放水——这种缩合反应在翻译过程中由核糖体催化，需要 GTP 能量。

实际应用

重组人胰岛素在大肠杆菌中作为融合蛋白产生。利用胰岛素的等电点 (5.3) 通过离子交换色谱进行纯化后，蛋白质会重新折叠，并通过受控氧化在半胱氨酸残基（CysA6-CysA11、CysA7-CysB7、CysA20-CysB19）之间形成二硫键。根据表面疏水性的差异，通过反相 HPLC 将正确折叠的胰岛素与错误折叠的胰岛素分开。