氨基酸，是含有堿性氨基和酸性羧基的有機(jī)化合物。羧酸碳原子上的氫原子被氨基取代后形成的化合物。
氨基酸分子中含有氨基和羧基兩種官能團(tuán)。
作用
氨基酸在人體內(nèi)通過(guò)代謝可以發(fā)揮下列一些作用：①合成組織蛋白質(zhì)；②變成酸、激素、抗體、肌酸等含氨物質(zhì)；③轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>碳水化合物和脂肪；④氧化成二氧化碳和水及尿素，產(chǎn)生能量。
生理調(diào)節(jié)
蛋白質(zhì)在食物營(yíng)養(yǎng)中的作用是顯而易見的，但它在人體內(nèi)并不能直接被利用，而是通過(guò)變成氨基酸小分子后被利用的。即它在人體的胃腸道內(nèi)并不直接被人體所吸收，而是在胃腸道中經(jīng)過(guò)多種消化酶的作用，將高分子蛋白質(zhì)分解為低分子的多肽或氨基酸后，在小腸內(nèi)被吸收，沿著肝門靜脈進(jìn)入肝臟。一部分氨基酸在肝臟內(nèi)進(jìn)行分解或合成蛋白質(zhì)；另一部分氨基酸繼續(xù)隨血液分布到各個(gè)組織器官，任其選用，合成各種特異性的組織蛋白質(zhì)。
在正常情況下，氨基酸進(jìn)入血液中與其輸出速度幾乎相等，所以正常人血液中氨基酸含量相當(dāng)恒定。如以氨基氮計(jì)，每百毫升血漿中含量為4～6毫克，每百毫升血球中含量為6.5～9.6毫克。飽餐蛋白質(zhì)后，大量氨基酸被吸收，血中氨基酸水平暫時(shí)升高，經(jīng)過(guò)6～7小時(shí)后，含量又恢復(fù)正常。說(shuō)明體內(nèi)氨基酸代謝處于動(dòng)態(tài)平衡，以血液氨基酸為其平衡樞紐，肝臟是血液氨基酸的重要調(diào)節(jié)器。因此，食物蛋白質(zhì)經(jīng)消化分解為氨基酸后被人體所吸收，抗體利用這些氨基酸再合成自身的蛋白質(zhì)。人體對(duì)蛋白質(zhì)的需要實(shí)際上是對(duì)氨基酸的需要。
當(dāng)每日膳食中蛋白質(zhì)的質(zhì)和量適宜時(shí)，攝入的氮量由糞、尿和皮膚排出的氮量相等，稱之為氮的總平衡。實(shí)際上是蛋白質(zhì)和氨基酸之間不斷合成與分解之間的平衡。正常人每日食進(jìn)的蛋白質(zhì)應(yīng)保持在一定范圍內(nèi)，突然增減食入量時(shí)，機(jī)體尚能調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的代謝量維持氮平衡。食入過(guò)量蛋白質(zhì)，超出機(jī)體調(diào)節(jié)能力，平衡機(jī)制就會(huì)被破壞。*不吃蛋白質(zhì)，體內(nèi)組織蛋白依然分解，持續(xù)出現(xiàn)負(fù)氮平衡，如不及時(shí)采取措施糾正，終將導(dǎo)致抗體死亡。氨基酸分解代謝所產(chǎn)生的α-酮酸，隨著不同特性，循糖或脂的代謝途徑進(jìn)行代謝。α-酮酸可再合成新的氨基酸，或轉(zhuǎn)變?yōu)樘腔蛑?，或進(jìn)入三羧循環(huán)，氧化分解成CO2和H2O，并放出能量。
某些氨基酸分解代謝過(guò)程中產(chǎn)生含有一個(gè)碳原子的基團(tuán)，包括甲基、亞甲基、甲烯基、甲炔基、甲酚基及亞氨甲基等。
一碳單位具有以下兩個(gè)特點(diǎn)：1.不能在生物體內(nèi)以游離形式存在；2.必須以四氫葉酸為載體。 能生成一碳單位的氨基酸有：絲氨酸、色氨酸、組氨酸、甘氨酸。另外蛋氨酸（甲硫氨酸）可通過(guò)S-腺苷甲硫氨酸（SAM）提供“活性甲基”（一碳單位），因此蛋氨酸也可生成一碳單位。一碳單位的主要生理功能是作為嘌呤和嘧啶的合成原料，是氨基酸和核苷酸聯(lián)系的紐帶。
參與構(gòu)成酶、激素、部分維生素。酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)（氨基酸分子構(gòu)成），如淀粉酶、胃蛋白酶、膽堿脂酶、碳酸酐酶、轉(zhuǎn)氨酶等。含氮激素的成分是蛋白質(zhì)或其衍生物，如生長(zhǎng)激素、促甲狀腺激素、腎上腺素、胰島素、促腸液激素等。有的維生素是由氨基酸轉(zhuǎn)變或與蛋白質(zhì)結(jié)合存在。酶、激素、維生素在調(diào)節(jié)生理機(jī)能、催化代謝過(guò)程中起著十分重要的作用。
醫(yī)療作用
氨基酸在醫(yī)藥上主要用來(lái)制備復(fù)方氨基酸輸液，也用作治療藥物和用于合成多肽藥物。用作藥物的氨基酸有一百幾十種，其中包括構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸有20種和構(gòu)成非蛋白質(zhì)的氨基酸有100多種。
由多種氨基酸組成的復(fù)方制劑在現(xiàn)代靜脈營(yíng)養(yǎng)輸液以及“要素飲食”療法中占有非常重要的地位，對(duì)維持危重病人的營(yíng)養(yǎng)，搶救患者生命起積極作用，成為現(xiàn)代醫(yī)療中不可少的醫(yī)藥品種之一。
谷氨酸、精氨酸、天門冬氨酸、胱氨酸、L-多巴等氨基酸單獨(dú)作用治療一些疾病，主要用于治療肝病疾病、消化道疾病、腦病、心血管病、呼吸道疾病以及用于提高肌肉活力、兒科營(yíng)養(yǎng)和解毒等。此外氨基酸衍生物在癌癥治療上出現(xiàn)了希望。
物質(zhì)基礎(chǔ)
正如恩格斯所說(shuō)：“蛋白質(zhì)是生命的物質(zhì)基礎(chǔ)，生命是蛋白質(zhì)存在的一種形式。”如果人體內(nèi)缺少蛋白質(zhì)，輕者體質(zhì)下降，發(fā)育遲緩，抵抗力減弱，貧血乏力，重者形成水腫，甚至危及生命。一旦失去了蛋白質(zhì)，生命也就不復(fù)存在，故有人稱蛋白質(zhì)為“生命的載體”?？梢哉f(shuō)，它是生命的第一要素。
蛋白質(zhì)的基本單位是氨基酸。如果人體缺乏任何一種必需氨基酸，就可導(dǎo)致生理功能異常，影響機(jī)體代謝的正常進(jìn)行，最后導(dǎo)致疾病。即使缺乏某些非必需氨基酸，會(huì)產(chǎn)生機(jī)體代謝障礙。精氨酸和瓜氨酸對(duì)形成尿素十分重要；胱氨酸攝入不足就會(huì)引起胰島素減少，血糖升高。又如創(chuàng)傷后胱氨酸和精氨酸的需要量大增，如缺乏，即使熱能充足仍不能順利合成蛋白質(zhì)。
食物
成人必需氨基酸的需要量約為蛋白質(zhì)需要量的20%～37%。
氨基酸在食品中的作用不可忽視，有的是調(diào)味劑，有的是營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑，有的可起增香作用等。
1．氨基酸的味
大多數(shù)氨基酸都有味感，在食品中起著酸、甜、苦、澀等味的作用。色氨酸無(wú)毒，甜度強(qiáng)，它及其衍生物是很有發(fā)展前途的甜味劑。還有一些水溶性小的氨基酸具有苦味，是食品加工中蛋白質(zhì)水解的產(chǎn)物。
谷氨酸主要存在于植物蛋白中，可用小麥產(chǎn)面筋蛋白水解得到。谷氨酸具有酸味和鮮味兩種味，其中以酸味為主。當(dāng)加堿適當(dāng)中和后生成谷氨酸鈉鹽；生成鹽以后，谷氨酸的酸味消失，鮮味增強(qiáng)。谷氨酸鈉是廣泛使用的鮮味劑——味精的主要成分。
2．風(fēng)味的前提物質(zhì)之一
氨基酸與糖類物質(zhì)發(fā)生羰氨反應(yīng)是食品加工中重要的香氣和上色的重要原因，在反應(yīng)過(guò)程中消耗了一部分氨基酸和糖，生成了風(fēng)味物質(zhì)。氨基酸也會(huì)加熱分解生成某些風(fēng)味物質(zhì)，或在細(xì)菌的分解下產(chǎn)生具有異味的物質(zhì)，所以氨基酸是風(fēng)味物質(zhì)的前提物質(zhì)，也是腐.敗菌的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。
蛋白質(zhì)是一類大分子物質(zhì)，可以在酸、堿或蛋白酶的作用下水解為小分子物質(zhì)：蛋白質(zhì)*水解后，能得到其基本組成單位——氨基酸（amino acid）。存在于自然界中的氨基酸有300余種，但是參與構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸通常有20種，并且它們均屬于L-α-氨基酸（甘氨酸除外）。這些氨基酸以不同的連接順序通過(guò)肽鍵連接起來(lái)構(gòu)成蛋白質(zhì)。
代謝途徑
氨基酸參與代謝的具體途徑有以下幾條：
主要在肝臟中進(jìn)行：包括如下幾種過(guò)程：
1、氧化脫氨基作用：第一步，脫氫，生成亞胺；第二步，水解。生成的H2O2有毒，在*酶催化下，生成H2O和O2，解除對(duì)細(xì)胞的毒害。
2、非氧化脫氨基作用：①還原脫氨基（嚴(yán)格無(wú)氧條件下）；②水解脫氨基；③脫水脫氨基；④脫巰基脫氨基；⑤氧化-還原脫氨基，兩個(gè)氨基酸互相發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成有機(jī)酸、酮酸、氨；⑥脫酰胺基作用。
3、轉(zhuǎn)氨基作用：轉(zhuǎn)氨作用是氨基酸脫氨的重要方式，除Gly、Lys、Thr、Pro外，大部分氨基酸都能參與轉(zhuǎn)氨基作用。α-氨基酸和α-酮酸之間發(fā)生氨基轉(zhuǎn)移作用，結(jié)果是原來(lái)的氨基酸生成相應(yīng)的酮酸，而原來(lái)的酮酸生成相應(yīng)的氨基酸。
4、聯(lián)合脫氨基作用：?jiǎn)慰哭D(zhuǎn)氨基作用不能最終脫掉氨基，單靠氧化脫氨基作用也不能滿足機(jī)體脫氨基的需要。機(jī)體借助聯(lián)合脫氨基作用可以迅速脫去氨基：1、以谷氨酸脫氫酶為中心的聯(lián)合脫氨基作用。氨基酸的α-氨基先轉(zhuǎn)到α-酮戊二酸上，生成相應(yīng)的α-酮酸和Glu，然后在L-Glu脫氨酶催化下，脫氨基生成α-酮戊二酸，并釋放出氨。2、通過(guò)嘌呤核苷酸循環(huán)的聯(lián)合脫氨基做用。骨骼肌、心肌、肝臟、腦都是以嘌呤核苷酸循環(huán)的方式為主。
生物體內(nèi)大部分氨基酸可進(jìn)行脫羧作用，生成相應(yīng)的一級(jí)胺。氨基酸脫羧酶專一性很強(qiáng)，每一種氨基酸都有一種脫羧酶，輔酶都是磷酸吡哆醛。氨基酸脫羧反應(yīng)廣泛存在于動(dòng)、植物和微生物中，有些產(chǎn)物具有重要生理功能，如腦組織中L-Glu脫羧生成r-氨基丁酸，是重要的神經(jīng)遞質(zhì)。His脫羧生成組胺（又稱組織胺），有降低血壓的作用。Tyr脫羧生成酪胺，有升高血壓的作用。但大多數(shù)胺類對(duì)動(dòng)物有毒，體內(nèi)有胺氧化酶，能將胺氧化為醛和氨。
因此，氨基酸在人體中的存在，不僅提供了合成蛋白質(zhì)的重要原料，而且對(duì)于促進(jìn)生長(zhǎng)，進(jìn)行正常代謝、維持生命提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。如果人體缺乏或減少其中某一種，人體的正常生命代謝就會(huì)受到障礙，甚至導(dǎo)致各種疾病的發(fā)生或生命活動(dòng)終止。
工業(yè)發(fā)展歷史
最早從事氨基酸工業(yè)化生產(chǎn)的是日本味之素公司的創(chuàng)造人池田菊苗。他于20世紀(jì)40年代初在實(shí)驗(yàn)室中偶然發(fā)現(xiàn)：在海帶浸泡液中可提取出一種白色針狀結(jié)晶物。該物質(zhì)具有強(qiáng)烈鮮味，分析結(jié)果表明它是谷氨酸的一種鈉鹽。池田菊苗最后終于找到一種工業(yè)化生產(chǎn)味之素的新途徑即利用小麥粉加工淀粉后剩下的“面筋”為原料，首先用鹽酸將其水解得到谷氨酸，然后加入純堿中和即可得到食品級(jí)的谷氨酸鈉。
谷氨酸是第一個(gè)工業(yè)化生產(chǎn)的氨基酸單一產(chǎn)品。此后，科學(xué)家利用蛋白質(zhì)水解法可將羽毛、人發(fā)、豬血等原料水解成為氨基酸，但這些氨基酸多為“DL混合型氨基酸”其拆分十分困難。
在60年代確立的工業(yè)微生物發(fā)酵法使氨基酸工業(yè)開始起飛。此后許多種常用氨基酸品種（其中包括：谷氨酸、賴氨酸、蘇氨酸、苯丙氨酸等等）均可利用微生物發(fā)酵法生產(chǎn)，從而使其產(chǎn)量大增，成本大為下降。
