第一節　蛋白質構件——氨基酸

氨基酸是蛋白質的基本結構單位。大多數蛋白質是由20種氨基酸以不同的比例組成的。另外，許多特殊的蛋白質還含有一些由20種基本氨基酸形成多肽骨架結構后衍生而來的L-α-氨基酸，這些“非編碼”氨基酸在相應的蛋白質中所發揮的十分特殊的功能是一個值得探討的問題，這些氨基酸也增加了多肽的生物多樣性。

一、氨基酸的結構

從蛋白質水解產物中分離出來的常見氨基酸有20種。除脯氨酸外，這些氨基酸在結構上的共同點是與羧基相鄰的α-碳原子（Cα）上都有一個氨基，因此稱為α-氨基酸。連接在α-碳上的還有一個氫原子和一個可變的側鏈（稱為R基），各種氨基酸的區別就在于R基的不同。α-氨基酸的結構通式見圖1-1。

在生物化學中，具有4個不同取代基團的四面體碳原子被稱為手性中心，也稱為不對稱碳原子（asymmetric carbon）或手性碳原子，常用C*表示。由于手性中心的存在，繞手性中心的取代基團以特定的順序排列，這樣形成的立體異構體稱為旋光異構體或光學異構體（optical isomer），旋光異構體一般都具有旋光性。旋光性是指旋光物質引起平面偏振光的偏振面發生旋轉的性質（旋轉角度的大小和方向）。

氨基酸分為D-型和L-型，除甘氨酸無不對稱碳原子因而無D-型及L-型之分外，其余氨基酸都有D-及L-兩種異構體。

氨基酸的D-型或L-型是以L-甘油醛（圖1-2）或L-乳酸為參考的。凡α-C位的構型與L-甘油醛（或L-乳酸）相同的氨基酸皆為L-型氨基酸；凡α-C位的構型與D-甘油醛（或D-乳酸）相同的氨基酸皆為D-型氨基酸。

D-或L-只表示氨基酸在構型上與D-或L-甘油醛類似，并不表示氨基酸的旋光性。表示旋光性則與糖類相似，須以（+）或（-）表示。

氨基酸通式中，只有α位上有一個氨基。個別氨基酸，例如賴氨酸有兩個氨基，一個在α位，一個在ε位；還有一個一般被列入氨基酸而實際只含亞氨基的脯氨酸。

形成氨基酸的酸，一般為直鏈一羧酸，亦有二羧酸。個別氨基酸含有環狀結構或其他基團，如胍基、咪唑基、吲哚基或巰基（—SH）等。

已知天然蛋白質中的氨基酸都屬L-型，所以日常書寫或陳述時，“L-”這個符號常常被省略。D-型和L-型氨基酸在分子式、熔點和溶解度等性質上雖然沒有區別，但在生理功能上不同。L-型氨基酸是生物生長所必需的，而相應的D-型氨基酸一般不能為生物所利用，甚至能抑制某些生物的生長。例如乳酸菌在含L-亮氨酸的培養基上可以生長，當給以D-亮氨酸時，乳酸菌不僅不能利用，相反生長受到抑制，并隨著培養基中D-亮氨酸濃度的增加抑制程度也增加，當恢復給L-亮氨酸時，乳酸菌又能正常生長。

雖然天然蛋白質中沒有D-型氨基酸，但在某些微生物和植物的某些組成中常含有D-型氨基酸，如具有抗菌作用的短桿菌肽S中含有D-苯丙氨酸，多黏菌肽中含有D-絲氨酸和D-亮氨酸，細菌細胞壁中含有D-丙氨酸和D-谷氨酸。

二、氨基酸的分類

盡管自然界存在300種以上的氨基酸，其中還存在若干種不常見的氨基酸，但它們都是由專一酶催化經化學修飾轉化而來。在300多種天然氨基酸中，參與蛋白質組成的稱為蛋白質氨基酸，不參與蛋白質組成的稱為非蛋白質氨基酸。為表達蛋白質或多肽結構的需要，常用三字母符號表示氨基酸的名稱，有時也可用單字母的簡寫符號表示多肽鏈的氨基酸序列，常見氨基酸名稱及縮寫符號見表1-1。

（一）常見的蛋白質氨基酸

氨基酸之間的區別主要在于它們的側鏈R基不同，那么完全可以根據R基團的性質對20種標準氨基酸進行分類。但由于對R基團性質可以從不同的角度來認定，因而對氨基酸的分類方法也就不止一種。

根據R基的化學結構，20種氨基酸可以分為脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸和雜環族氨基酸三類。

1.脂肪族氨基酸

（1）R基為脂肪烴基的氨基酸　屬于此類的氨基酸有Gly、Ala、Val、Ile和Leu（圖1-3）。此五種氨基酸的R基均為中性烷基，但Gly的R基僅僅是一個H原子，它是最簡單的氨基酸。此類氨基酸的R基對氨基酸分子酸堿性影響很小，它們幾乎有相同的等電點，它們的等電點在5.97～6.03。從Gly至Ile，R基團疏水性增強，而且Ile是20種氨基酸中脂溶性最強的氨基酸。

（2）R基中含硫的氨基酸　屬于此類的有Cys和Met兩種氨基酸（圖1-4）。

Cys中R含巰基（—SH），Cys具有如下三個重要性質。

① Cys的pKa約為8.4，所以Cys在生理pH下主要以非解離的形式存在，在較高pH值條件下，巰基解離。

② Cys常出現在酶的活性中心。

③ 溶液中自由的兩個Cys分子之間的巰基可以通過氧化反應生成二硫鍵，生成的胱氨酸Cys—S—S—Cys（圖1-5）存在于血液和組織之中。二硫鍵的形成有助于穩定蛋白質的三維結構。

Met的R基中含有甲硫基（CH3—S—），硫原子有親核性，易發生極化，因此，Met可作為甲基供體被轉移到其他分子之中。

（3）R基中含有羥基的氨基酸　屬于此類的有Ser和Thr兩種氨基酸（圖1-6）。

Ser的—CH2OH在生理條件下不解離，但它是一個極性基團，能與其他基團形成氫鍵而具有重要的生理意義。在大多數酶的活性中心都發現有Ser殘基存在。Thr的—OH是仲醇，具有親水性，但此—OH形成氫鍵的能力較弱，因此，在蛋白質活性中心很少出現。Ser和Thr的—OH往往與糖鏈相連，形成糖蛋白。

（4）R基中含有酰氨基的氨基酸　屬于此類的有Asn和Gln兩種氨基酸（圖1-7）。

含酰氨基的氨基酸的氨基易發生氨基轉移反應，可在生物合成中提供氨基，也可通過排泄系統將氨排出體外，因而是人體內氨的解毒運載體。

（5）R基中含有羧基的氨基酸　這類氨基酸為酸性氨基酸，包括Asp和Glu（圖1-8）。

Asp側鏈羧基pKa（β-COOH）為3.86，Glu側鏈羧基pKa（γ-COOH）為4.25。它們是在生理條件下帶有負電荷的僅有的兩個氨基酸。

（6）R基中含有氨基的氨基酸　這類氨基酸包括Lys和Arg，一般稱堿性氨基酸（圖1-9）。

生理條件下，Lys側鏈帶有一個正電荷（—N），側鏈氨基的pKa為10.53。同時它的側鏈有4個碳的直鏈，柔性較大，使側鏈氨基反應活性增大，如肽聚糖的短肽間的連接。Arg是堿性最強的氨基酸，側鏈上的胍基是已知堿性最強的有機堿，其pKa值為12.48，在生理條件下完全質子化。堿性氨基酸R基團上的正電荷能夠與帶負電荷的基團形成離子鍵。

2.芳香族氨基酸

這類氨基酸有Phe、Tyr和Trp三種（圖1-10）。三者都具有共軛π電子體系，易與其他缺電子體系或π電子體系形成電荷轉移配合物或電子重疊配合物，在受體-底物或分子相互識別過程中具有重要作用。這三種氨基酸在紫外區有特殊吸收峰，最大吸收峰在280nm處，吸收強度Trp＞Tyr＞Phe，蛋白質的紫外吸收主要來自這三種氨基酸。酪氨酸的—OH磷酸化是一個十分普遍的調控機制，Tyr在較高pH值時酚羥基離解；Phe疏水性最強；Trp有復雜的π共軛體系，比Phe和Tyr更易形成電荷轉移配合物。

3.雜環族氨基酸

這類氨基酸有Pro和His兩種（圖1-11）。Pro的α-亞氨基是環的一部分，因此具有特殊的剛性結構。它在蛋白質空間結構中具有極重要的作用，一般出現在兩段α螺旋之間的轉角處，Pro殘基所在的位置必然發生骨架方向的變化。His含咪唑環，一側去質子化和另一側質子化同步進行，因而在酶的酸堿催化機制中起重要作用；His又是堿性氨基酸，在pH6.0時有50%以上帶正電荷，但在pH7.0時帶正電荷小于10%，它是唯一一個R基的pKa在7附近的氨基酸。

按R基的極性大小，將20種氨基酸分為4類，即非極性R基氨基酸、不帶電荷的極性R基氨基酸、帶正電荷極性R基氨基酸和帶負電荷極性R基氨基酸（指在細胞內的pH范圍，即pH7.0左右的解離狀態）。

（1）非極性R基氨基酸　Ala、Val、Leu、Ile、Pro、Phe、Trp和Met。

（2）不帶電荷的極性R基氨基酸　Gly、Ser、Thr、Cys、Tyr、Asn和Gln。

（3）帶正電荷極性R基氨基酸　Lys、Arg、His。

（4）帶負電荷極性R基氨基酸　Asp、Glu。

（二）特殊的蛋白質氨基酸

盡管大部分蛋白質是由上述20種L-α-氨基酸按不同的比例組成的，但亦有些蛋白質含有一些其他氨基酸。除硒代半胱氨酸是通過結合在轉運RNA（tRNA）分子上的絲氨酸加以修飾而形成以外，其他特殊氨基酸都是通過對已經滲入到肽或者蛋白質中的氨基酸進行化學修飾而形成。例如，肽酰脯氨酸和賴氨酸轉變為4-羥脯氨酸和5-羥賴氨酸；肽酰谷氨酸轉變為γ-羥化谷氨酸。這些修飾通過改變蛋白質或肽的溶解度、穩定性、亞細胞分布以及在參與磷酸化信號轉導網絡中與其他蛋白質的相互作用等擴展了蛋白質功能的多樣性。幾種特殊蛋白質氨基酸化學式見圖1-12。

（三）非蛋白質氨基酸

除了參與蛋白質組成的20多種氨基酸外，生物體內存在大量的氨基酸中間代謝產物。這些氨基酸大多是蛋白質中存在的L-α-氨基酸的衍生物（圖1-13）。但是有一些是β-、γ-或δ-氨基酸。它們不是蛋白質的結構單元，但在生物體內具有很多生物學功能。主要分為以下幾種類型。

（1）L-α-氨基酸的衍生物　L-瓜氨酸（citrulline）、L-鳥氨酸（ornithine）（參與鳥氨酸循環）。

（2）D-型氨基酸　D-Glu、D-Ala（肽聚糖中）、D-Phe（短桿菌肽S）。

（3）β-、γ-、δ-氨基酸　β-Ala（泛素的前體）、γ-氨基丁酸（神經遞質）。

R基團并非是氨基酸分類的唯一標準，有時還可以根據它們對動物（通常指人）的營養價值，將20種常見的氨基酸分為必需氨基酸（essential amino acid）和非必需氨基酸（nonessential amino acid）。

必需氨基酸是指人體必不可少，而體內又不能合成，必須從食物中攝取的氨基酸。必需氨基酸有8種，包括Met、Thr、Lys、Ile、Trp、Phe、Leu、Val。人體雖能夠合成Arg和His，但合成的量通常不能滿足正常的需要，因此這兩種氨基酸又被稱為半必需氨基酸。余下的氨基酸則屬于非必需氨基酸，動物自身可以進行有效的合成，它們包括Ala、Asn、Asp、Gln、Glu、Pro、Ser、Cys、Tyr和Gln。

總之，可以根據不同的方面將氨基酸分為不同種類，它的分類是極其豐富多樣的。

三、氨基酸的理化性質

（一）氨基酸的物理性質

L-α-氨基酸除甘氨酸外，都具有旋光性；α-氨基酸是白色晶體，熔點很高，一般在200℃以上；各種氨基酸都有特殊的晶體形狀，利用晶體形狀可以鑒別各種氨基酸；除胱氨酸和酪氨酸外，一般都能溶于水，脯氨酸和羥脯氨酸還能溶于乙醇和乙醚中。氨基酸的物理性質詳見表1-2。

①“-”表示左旋，“+”表示右旋。

（二）兩性性質和等電點

經研究發現在水中和晶體中氨基酸以離子形式存在：氨基具有堿性，羧基具有酸性，這種形式被稱為偶極離子或兼性離子（圖1-14）。

依照Bronsted-Lowry的酸堿質子理論，酸是質子的供體，堿是質子的受體。它們的相互關系如下：

這里原初的酸（HA）和生成的堿（A-）被稱為共軛酸堿對。根據這一理論，氨基酸在水中的偶極離子既起酸的作用，也起堿的作用，因此氨基酸是兩性電解質。

在某一pH環境中，氨基酸解離成陽離子及陰離子的趨勢相等，所帶凈電荷為零，在電場中不泳動，此時氨基酸所處環境的pH值稱為該種氨基酸的等電點（pI）。實驗證明在等電點時，氨基酸主要以兩性離子形式存在，但也有少量的而且數量相等的正、負離子形式，還有極少量的中性分子。

氨基酸在其等電pH（pI）時所攜帶的凈電荷為零，利用Handerson-Hasselbalch公式：

和所給的pKa1和pKa2等數據，即可計算出任一pH條件下一種氨基酸的各種離子的比例。等電pH（isoelectric pH，pI）位于這一等電離氨基酸兩側基團的pK值之間。對于只有兩個解離基團的氨基酸，很容易計算出pI。

pI的計算公式為（其中n為可解離的正電荷基團數目）（表1-3）。

酸性氨基酸的pI：兩個最低pKa的算術平均值，即堿性氨基酸的pI：兩個最高pKa的算術平均值，即R基團無解離的氨基酸的pI：兩個pKa的算術平均值，即

例如甘氨酸pI的計算，其（滴定曲線見圖1-15），因此甘氨酸的等電pH（pI）為：

（三）氨基酸的光學性質

現代生物化學中最重要的進展之一是光譜學方法的應用，此方法能測定被分子和原子吸收或發射的不同頻率的能量。蛋白質、核酸和其他生物分子的光譜學研究為深入了解這些分子的結構和動態過程提供了許多新的信息。

氨基酸不吸收可見光（因而無色），除了色氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸芳香族氨基酸外，氨基酸也不吸收波長大于240nm的紫外線。有些氨基酸（尤其色氨酸）吸收長波（250～290nm）紫外線。因為在大多數蛋白質中這些氨基酸并不常見，因此對大多數可吸收280nm光線的蛋白質來說，色氨酸起了決定性的作用。三種芳香族氨基酸的紫外吸收圖譜見圖1-16。

（四）R基團的疏水性

R基團的疏水性（hydropathy）是指每一個氨基酸的R基團對疏水環境的相對親和能力。一個氨基酸疏水性越高，那么它對疏水環境的親和力越高。

氨基酸的疏水性直接影響蛋白質的折疊。在水溶液中，疏水氨基酸一般位于多肽鏈的內部，親水氨基酸位于多肽鏈的表面，這是驅動蛋白質折疊的動力之一。但帶不同電荷的極性氨基酸有可能成對地位于某些球蛋白的內部。

（五）氨基酸的化學反應

氨基酸的化學反應主要是指它的α-氨基和α-羧基及側鏈R基上官能團所參與的反應。

1.α-氨基參與的反應

（1）亞硝酸鹽反應　此反應是范斯來克氨基測定法定量測定氨基酸的基本反應。

放出的N2，一半來自氨基，一半來自HNO2，因此測得N2的數量為氨基氮的1倍。由于亞硝酸只能與游離的氨基反應，而當一個蛋白質水解時，會釋放出游離的氨基酸，因此可以使用亞硝酸與蛋白質水解物反應，然后根據釋放的氮氣的量對蛋白質的水解程度進行評估，顯然釋放的氮氣越多，水解的程度越高。但脯氨酸、羥脯氨酸環中的亞氨基，精氨酸、組氨酸和色氨酸環中的結合N皆不與亞硝酸作用。

（2）與酰化試劑反應　芐氧羰酰氯的芐氧羰基（C6H5CH2—O—CO—）在弱堿中與氨基酸的鈉鹽作用可置換—NH2中的一個H。

（3）與2，4-二硝基氟苯（DNFB）的反應（Sanger反應）　在弱堿條件下，氨基酸的α-氨基容易與2，4-二硝基氟苯（DNFB）起反應，生成穩定的黃色物質——2，4-二硝基苯胺酸（dinitrophenyl amino acid，DNP-氨基酸）。由于此反應最初由Frederick Sanger發現，所以它也叫Sanger反應，而DNFB也被稱為Sanger試劑。

多肽或蛋白質的N末端氨基酸的α-氨基與DNFB反應，生成一種二硝基苯肽（DNP-肽）。由于硝基苯與氨基結合牢固，不易被水解，因此當DNP-肽被酸水解時，所有肽鍵均被水解，只有N末端氨基酸仍連在DNP上，得到產物為黃色的DNP-氨基酸和其他氨基酸的混合液。混合液中只有DNP-氨基酸溶于乙酸乙酯，所以可以用乙酸乙酯抽提并將抽提液進行色譜分析，再以標準的DNP-氨基酸作對照鑒定出此氨基酸的種類。因此2，4-二硝基氟苯法可用于鑒定多肽或蛋白質的N末端氨基酸。

（4）與異硫氰酸苯酯（PITC）的反應（Edman降解）　在弱堿條件下，氨基酸的α-氨基可與異硫氰酸苯酯（PITC）反應生成相應的苯氨基硫甲酰氨基酸（PTC-氨基酸）。在酸性條件下（HF或三氟乙酸），PTC-氨基酸迅速環化形成穩定的苯乙內酰硫脲氨基酸（PTH-氨基酸）。

多肽鏈N端氨基酸的α-氨基也能發生此反應，生成PTC-肽，在酸性溶液中釋放出末端的PTH-氨基酸和比原來少1個氨基酸殘基的肽鏈。新暴露出來的N端氨基可以再次進行同樣的反應。經過多次重復，N端的氨基酸被依次釋放出來，成為PTH-氨基酸。由于PTH-氨基酸在酸性條件下極穩定并可溶于乙酸乙酯，因此在每一次反應結束以后用乙酸乙酯抽提，再經高壓液相色譜就可以確定肽鏈N端氨基酸的種類，直到確定出一個完整的多肽鏈序列。氨基酸順序自動分析儀就是根據該原理設計的。Edman降解法是瑞典化學家Edman以他名字命名的蛋白質N端測序方法。

Edman降解進行多肽序列分析是一個循環式的化學反應過程，如圖1-17所示。

（5）甲醛滴定反應　氨基酸在溶液中主要以兼性離子形式存在，所以不能直接用酸、堿滴定的方法來測定其含量。但如果事先將甲醛加到氨基酸溶液中，就可以解決不能直接進行酸、堿滴定的問題。因為甲醛能和非質子化的氨基反應，使其羥甲基化，從而促進兼性離子釋放出質子（降低溶液的pH），使之轉變為去質子化的形式。因此，可以以酚酞作為指示劑用強堿來滴定，從而推算出氨基酸中氨基的量，進而得出氨基酸的含量。上述在甲醛存在的情況下對氨基酸進行滴定的方法稱為氨基酸的甲醛滴定法。

2.α-羧基參與的反應

（1）成鹽和成酯反應

（2）成酰氯的反應

（3）疊氮反應

3.α-氨基和α-羧基同時參與的反應

（1）茚三酮反應　茚三酮（ninhydrin）在弱酸溶液中可與α-氨基酸共熱，即使氨基酸氧化脫氨產生酮酸，酮酸脫羧形成醛，茚三酮本身即變為還原茚三酮，后者再與茚三酮和氨作用產生藍紫色物質，其反應如下：

此反應在分析氨基酸方法上極為重要，放出的CO2可用定量法加以測定，從而計算出參加反應的氨基酸量。氨基酸與茚三酮水合物共熱，生成藍紫色化合物，其最大吸收峰在570nm處。此外，Pro與茚三酮反應生成黃色復合物；Asn與茚三酮反應生成棕色復合物。由于此吸收峰值與氨基酸的含量存在正比關系，因此可作為氨基酸定量分析方法。

茚三酮反應為一切α-氨基酸所共有，反應十分靈敏，幾個微克的氨基酸就能顯色。多肽和蛋白質也能與茚三酮反應，但肽越大，靈敏度越差。

（2）成肽反應　從理論上講，一個氨基酸的氨基可以與另一個氨基酸的羧基縮合成肽，縮合后的化學鍵稱為肽鍵。

4.側鏈R基參與的反應

（1）二硫鍵的形成　巰基容易受空氣或其他氧化劑氧化，例如半胱氨酸（Cys—SH）在空氣中被氧化成胱氨酸（Cys—S—S—Cys），參見圖1-5。在強氧化劑如過甲酸（performic acid）的作用下—SH和—S—S—鍵被氧化成磺酸基（—SO3H）。

（2）二硫鍵的打開　蛋白質結構分析中胱氨酸殘基的二硫鍵常用氧化劑或還原劑打開。過甲酸可定量打開胱氨酸的二硫鍵，生成磺基丙氨酸（cyter acid）。還原劑如巰基化合物（R—SH）也能斷裂二硫鍵，生成半胱氨酸及相應的二硫化物。

（3）顏色反應　氨基酸側鏈可與不同試劑反應產生不同的顏色，常見反應、試劑及檢測基團見表1-4。

四、氨基酸分析

氨基酸分析是指將樣品中所含的混合氨基酸分開，并對每種氨基酸進行定性、定量測定。氨基酸分析的方法很多，常用的方法是色譜。色譜是將待分離氨基酸溶液（流動相）經過一個固態物質（固定相）時，根據溶液中待分離的氨基酸的電荷多少及親和力等，使待分離的氨基酸組分在兩相中反復分配，并以不同速度流經固定相而達到分離氨基酸的目的的一種方法。

氨基酸分離常用的色譜方法有分配色譜、離子交換色譜、凝膠色譜、吸附色譜、親和色譜等。

1.分配色譜

分配色譜是根據被分析的樣品（如氨基酸混合物）在兩種互不相溶的溶劑中分配系數的不同而達到分離的目的。

式中　ca——一種物質在A相（流動相）中的濃度；

cb——一種物質在B相（固定相）中的濃度。

分配色譜分為逆流分溶和紙色譜兩種。逆流分溶過程如圖1-18所示。

2.離子交換色譜

離子交換色譜（ion-exchange chromatography）是根據各種蛋白質在一定的pH環境下所帶電荷種類與數量不同而將不同蛋白質予以分離。將被分離物質的離子與離子交換劑上的平衡離子進行交換，然后用適當的洗脫液進行洗脫。由于各種被分離的物質離子的凈電荷量不同，與載體上可解離基團的結合力大小不同，所以洗脫順序不同而被先后洗脫下來。

（1）陰離子交換劑　不溶性載體上共價連接著帶正電荷的基團，吸附和交換周圍介質中的陰離子（圖1-19）。如DEAE-纖維素（二乙基氨基乙基纖維素）。

—R—Y-+X- —R—X-+Y-　　（Y為平衡離子）

（2）陽離子交換劑　不溶性載體上共價連接著帶負電荷的基團，吸附和交換周圍介質中的陽離子。如CM-纖維素（羧甲基纖維素）。

—R—Y++X+ —R—X++Y+　　（Y為平衡離子）

五、氨基酸的功能

氨基酸在生物體內除作為蛋白質的基本結構單位外還具有許多生理功能。

① 作為寡肽、多肽和蛋白質的組成單位。

② 作為多種生物活性物質的前體。例如，NO的前體是Arg，組胺的前體是組氨酸，褪黑激素的前體是Trp。

③ 作為神經遞質。谷氨酸在腦組織中可作為一種興奮性神經遞質，而它的脫羧基產物是一種抑制性神經遞質——GABA。

④ 氧化分解產生ATP。

⑤ 作為糖異生的前體。

六、氨基酸的制備

由于科學實驗、醫藥衛生和工業生產各方面需要氨基酸日益增多，因此，對氨基酸的生產就更顯得重要。生產氨基酸的方法可以分為三類，即水解蛋白質法、人工合成法和微生物發酵法。

1.水解蛋白質法

蛋白質經酸、堿或多種酶水解成氨基酸，再用適當的方法分離、提純，即可得到所需的氨基酸。

（1）酸水解　一般用6mol/L或4mol/L H2SO4進行水解。回流煮沸20h左右可使蛋白質完全水解。酸水解的優點是不引起消旋（racemization），得到的是L-氨基酸。缺點是色氨酸完全被沸酸破壞，羥基氨基酸（絲氨酸及蘇氨酸）有一小部分被水解，同時天冬酰胺和谷氨酰胺的酰氨基被水解下來。

（2）堿水解　通常與5mol/L NaOH共煮10～20h，即可使蛋白質完全水解。水解過程中多數氨基酸遭到不同程度的破壞，并產生消旋，所得產物是D-和L-氨基酸的等物質的量混合物，稱為消旋物。此外，堿水解引起精氨酸脫氨，生成鳥氨酸和尿素。然而在堿性條件下色氨酸是穩定的。

（3）酶水解　不產生消旋，也不破壞氨基酸。然而使用一種酶往往水解不徹底，需要幾種酶協同作用才能使蛋白質完全水解。此外，酶水解所需時間較長。因此酶法主要用于部分水解。常用的蛋白酶有胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶（或稱糜蛋白酶）以及胃蛋白酶等，它們主要用于蛋白質一級結構分析以獲得蛋白質的部分水解產物。

2.人工合成法

用有機溶劑進行人工合成。人工合成法制備氨基酸的缺點是所制得的氨基酸都是外消旋產物（即D-型和L-型混合物，稱為DL-型），而人們需要的是L-型（DL-型氨基酸的生物功能只有L-型氨基酸的一半）。

3.微生物發酵法

20世紀60年代通過微生物發酵法制備氨基酸，它有多、快、好、省的優點。現在味精廠多改用發酵法生產谷氨酸，用谷氨酸生產菌（谷氨酸短桿菌）在一定的條件下培養（如合適的培養基、溫度、pH和通風等）即可獲得大量的谷氨酸。近年還開始用石油及其化學產物，如石蠟、乙酸、乙醇等做氨基酸發酵試驗，并取得了一定的成果。