半胱氨酸在结构上类似丝氨酸，但是用巯基替代了羟基（图2.13）。巯基比羟基活泼。一对巯基靠近可以形成二硫键，稳定蛋白质的结构。后面我们将简短地讨论这种情况。
图2.13 半胱氨酸的结构。
下面我们讨论带电荷的氨基酸，它们都是高度亲水的氨基酸。赖氨酸和精氨酸的侧链长，在中性pH时侧链末端带正电荷。赖氨酸侧链的末端是氨基，精氨酸侧链的末端是胍基。组氨酸含有咪唑基，咪唑基是芳香环，也能被质子化后带正电荷（图2.14）。
图2.14 碱性氨基酸：赖氨酸，精氨酸和组氨酸。
咪唑的pKa值接近于6，在中性pH附近的溶液中咪唑基既可以质子化也可以不带电荷，实际情况取决于咪唑基团所在的局部环境（图2.15）。组氨酸常在酶的活性中心。在酶促反应中咪唑环既可以结合质子，有可以释放质子。
图2.15 组氨酸离子化。在生理pH时组氨酸能接受质子或释放质子。
还有两个酸性氨酸，即天冬氨酸和谷氨酸（图2.16）。这些氨基酸常常被称为天冬氨酸盐和谷氨酸盐，主要是强调这两种氨基酸在生理pH溶液中侧链基团解离，因此带负电荷。在有些蛋白质中这两种氨基酸的作用是接受质子，对蛋白质功能起重要作用。
图2.16 侧链有羧酸离子的氨基酸。
20种氨基酸中有七种氨基酸的侧链能发生解离，它们要么接受质子，要么释放质子。这种性质能够促进反应进行或有利于形成离子键。表2.1列出了酪氨酸、半胱氨酸、精氨酸、赖氨酸、组氨酸、天冬氨酸和谷氨酸侧链基团的解离方程式及pKa值。
氨基酸既可以用三个字母表示也可以用一个字母表示（表2.2）。除了天冬酰胺（Asn），谷氨酰胺（Gln），异亮氨酸(Ile)，和色氨酸（Trp）外，用三个字母表示氨基酸的就是用这个氨基酸的英文名称的前三个字母。用一个字母表示氨基酸的时候，多数氨基酸就是用这个氨基酸英文名字的第一个字母表示（如G表示甘氨酸，L表示亮氨酸）；另一些氨基酸是根据协定命名的。这些缩写和符号属于生化工作者的语言词汇。
氨基酸是如何变成蛋白质原料的？首先氨基酸在结构和化学反应性差异大，使蛋白质式样多、能够执行各种各样的生物功能。其次这些氨基酸在前生命时期就已经产生。最后，其它可能出现的氨基酸可能太活泼。例如高丝氨酸和高半胱氨酸易于形成五元环，使蛋白质无法利用这些氨基酸。而蛋白质中出现的丝氨酸和苏氨酸不会形成环（因为环太小）（图2.17）。
图2.17 氨基酸不需要的反应性。有些氨基酸易环化不能充当蛋白组分。高丝氨酸能环化形成稳定的五元环，导致肽键断裂。丝氨酸环化就会产生有张力的四元环，因此很难环化。X表示相邻的氨基酸或另一个要离去的基团。
2.2 一级结构：肽键连接的氨基酸序列
在蛋白质分子中，一个氨基酸的??氨基与另一个氨基酸的??羧基形成肽键。蛋白质就是氨基酸经肽键连接形成的线形聚合物。两个氨基酸脱水聚合形成二肽（图2.18）。在大多数条件下这个反应的平衡偏向肽键水解。肽键形成需要输入自由能。但是肽键水解的速度很慢，没有催化剂时在水中水解肽键需要1000年。
图2.18 肽键的形成。失去一分子水后形成肽键，导致两个氨基酸连接形成二肽。
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