蛋白质分子中氨基酸的结构通式
蛋白质是生命活动的主要承担者，而氨基酸是构成蛋白质的基本结构单元。尽管自然界中存在数百种氨基酸，但构成天然蛋白质的氨基酸主要有20种，它们都遵循一个共同的结构通式。这个通式可以形象地描述为：一个中心碳原子（称为α-碳原子），其上连接着一个氨基（-NH₂）、一个羧基（-COOH）、一个氢原子（-H）以及一个可变的侧链基团（通常用-R表示）。因此，氨基酸的结构通式可以写作：H₂N-CH(R)-COOH。这个通用结构是理解氨基酸化学性质和蛋白质复杂功能的基础。
结构通式的关键组成部分
在通式H₂N-CH(R)-COOH中，每个部分都扮演着至关重要的角色。中心的α-碳原子是一个手性碳（甘氨酸除外，其R基为氢原子），这使得氨基酸具有光学异构性，天然蛋白质中的氨基酸通常为L-型。氨基和羧基赋予了氨基酸两性离子的特性，使其在生理pH值下既能释放质子也能接受质子，这是维持体内酸碱平衡的重要因素。而最关键的变量是R基，即侧链。正是侧链的化学结构、极性、大小和电荷的不同，将20种标准氨基酸区分开来，并决定了它们所构成蛋白质的最终三维结构和功能。
从通式到蛋白质的复杂结构
理解氨基酸的结构通式是探索蛋白质奥秘的第一步。通过脱水缩合反应，一个氨基酸的氨基与另一个氨基酸的羧基结合，形成肽键（-CO-NH-），并释放一分子水。无数个氨基酸以此方式首尾相连，形成多肽链。在这个过程中，每个氨基酸的独特侧链（R基）从肽链骨架向外伸出。这些侧链之间的相互作用——包括氢键、离子键、疏水作用等——驱动着多肽链折叠成特定的三维空间结构。因此，看似简单的通用结构模板，通过侧链的千变万化和有序的连接，最终构建出了执行催化、运输、支持等无数生命功能的复杂蛋白质机器。