โปรตีนที่พบในร่างกายของเรา รวมทั้งโปรตีนของสิ่งมีชีวิตอื่นๆ เมื่อถูกสลายด้วยกรดจะได้สารอินทรีย์ที่เรียกว่า กรดอะมิโน (amino acids)

          กรดอะมิโนพื้นฐาน (standard amino acids) ที่พบในโปรตีนทุกชนิดมีอยู่ทั้งหมด 20 ตัวด้วยกัน

          กรดอะมิโนแต่ละชนิดมีสูตรโครงสร้างอย่างง่ายคือ NH₂-CHR-COOH

          กรดอะมิโนแต่ละตัวมีความแตกต่างกันที่แขนงข้าง (side chain : R) ซึ่งมีคุณสมบัติทางเคมีต่างๆ กันไป

          แบคทีเรีย รา และสัตว์ชั้นต่ำต่างๆ สามารถสังเคราะห์กรดอะมิโนได้ทุกตัว แต่คนเราและสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมหลายชนิดไม่สามารถสังเคราะห์กรดอะมิโนบางตัวได้ จึงจำเป็นต้องได้รับกรดอะมิโนเหล่านี้จากอาหาร เราเรียกกรดอะมิโน 8 ตัวที่ร่างกายไม่สามารถสังเคราะห์ได้เองนี้ว่า กรดอะมิโนจำเป็น (essential amino acids) ความต้องการกรดอะมิโนจำเป็นนี้เองที่ทำให้คนเราต้องรับประทานอาหารโปรตีนคุณภาพดี เช่น โปรตีนจากเนื้อ นม ไข่ ถั่วต่างๆ หากขาดกรดอะมิโนจำเป็น การสร้างโปรตีนต่างๆ ในเซลล์ทั่วไปและเซลล์กล้ามเนื้อ จะทำได้ไม่เต็มที่ ทำให้ร่างกายไม่เจริญเติบโตเท่าที่ควร

          เราสามารถจัดกลุ่มแขนงข้างของกรดอะมิโนพื้นฐาน 20 ชนิด ตามลักษณะความมีขั้วของโมเลกุลได้เป็น 3 ประเภท คือ กรดอะมิโนที่โมเลกุลแสดงความไม่มีขั้ว (nonpolar R group) กรดอะมิโนที่โมเลกุลแสดงความมีขั้วแต่ไม่มีประจุในโมเลกุล (uncharged polar R group) และ กรดอะมิโนที่โมเลกุลแสดงความมีขั้วพร้อมทั้งมีประจุด้วย (charged polar group)

          กรดอะมิโนที่โมเลกุลแสดงความไม่มีขั้วมักซ่อนตัวอยู่ภายในโมเลกุลของโปรตีน เพราะไม่ชอบน้ำ และมีแนวโน้มที่จะอัดกันแน่นในส่วนภายในของโครงสร้างโปรตีน

          กรดอะมิโน 9 ตัวที่โมเลกุลแสดงความไม่มีขั้ว ได้แก่ ไกลซีน (Glycine-Gly-G) อะลานีน (Alanine-Ala-A) วาลีน (Valine-Val-V) ลิวซีน (Leucine-Leu-L) ไอโซลิวซีน (Isoleucine-Ile-I) เมไทโอนีน (Methionine-Met-M) โพรลีน (Proline-Pro-P) ฟีนิลอะลานีน (Phenylalanine-Phe-F) และ ทริปโตเฟน (Tryptophan-Trp-W)

ภาพที่ 4.6 แขนงข้างของกรดอะมิโนที่โมเลกุลแสดงความไม่มีขั้ว

          กรดอะมิโนที่โมเลกุลแสดงความมีขั้วมักพบอยู่ที่บริเวณผิวนอกของโปรตีนเพราะชอบน้ำ (hydrophilic) กรดอะมิโนบางตัวในกลุ่มนี้มีแขนงข้างที่สามารถแตกตัวเกิดประจุลบหรือประจุบวกได้ ซึ่งสามารถทำหน้าที่เป็นกรดอ่อน เบสอ่อน หรือเกิดพันธะอิออนิกกับกลุ่มอื่นได้

          กรดอะมิโนที่มีสมบัติเป็นเบสจะมีหมู่อะมิโนเพิ่มขึ้นในส่วนของแขนงข้าง ส่วนกรดอะมิโนที่มีสมบัติเป็นกรดก็จะมีหมู่คาร์บอกซิลเพิ่มขึ้นมาในส่วนของแขนงข้างเช่นกัน

          แขนงข้างที่แตกตัวได้และแขนงข้างที่มีส่วนที่มีขั้วอยู่ในโครงสร้าง สามารถเกิดพันธะไฮโดรเจนกับส่วนอื่นๆ ของโปรตีนหรือกับชีวโมเลกุลอื่นๆ ที่จะจับกับโปรตีนได้ด้วย

          กรดอะมิโน 6 ตัวที่โมเลกุลแสดงความมีขั้วแต่ไม่มีประจุในโมเลกุล ได้แก่ ซีรีน (Serine-Ser-S) ทรีโอนีน (Threonine-Thr-T) แอสพาราจีน (Asparagine-Asn-N) กลูตามีน (Glutamine-Gln-Q) ไทโรซีน (Tyrosine-Tyr-Y) และ ซีสเทอีน (Cysteine-Cys-C)

          กรดอะมิโนซีสเตอีนสองโมเลกุลสามารถรวมตัวกันสร้างพันธะโควาเลนต์ที่เรียกว่า พันธะไดซัลไฟด์ (disulfide bond) กลายเป็นกรดอะมิโนซิสตีน (cystine)

ภาพที่ 4.7 แขนงข้างของกรดอะมิโนที่โมเลกุลแสดงความมีขั้วแต่ไม่มีประจุ

          กรดอะมิโน 5 ตัวที่โมเลกุลแสดงความมีขั้วพร้อมทั้งมีประจุในโมเลกุลด้วย ได้แก่ ไลซีน (Lysine-Lys-K) อาร์จินีน (Arginine-Arg-R) ฮิสทีดีน (Histidine-His-H) กรดแอสปาติก (Aspartic acid-Asp-D) และ กรดกลูตามิก (Glutamic acid-Glu-E)

ภาพที่ 4.8 แขนงข้างของกรดอะมิโนที่โมเลกุลแสดงความมีขั้วและมีประจุในโมเลกุล

          กรดอะมิโนซึ่งเป็นหน่วยย่อยของโปรตีนแต่ละชนิดเรียงตัวต่อกันเป็นสายด้วยพันธะโควาเลนต์ชนิด พันธะเพปไทด์ (peptide bond)

          กรดอะมิโน 2 โมเลกุล ที่ต่อเข้าด้วยกันด้วยพันธะเพปไทด์ เราเรียกว่า ไดเพปไทด์ (dipeptide)

          กรดอะมิโน 3 โมเลกุล ต่อกันก็จะได้ ไตรเพปไทด์ (tripeptide)

          ถ้าเป็นกรดอะมิโน 4 โมเลกุล ต่อเข้าด้วยกันก็จะเป็น เตตระเพปไทด์ (tetrapeptide)

          สำหรับกรดอะมิโนหลายๆ โมเลกุลที่มาเรียงต่อกันเป็นสายยาว เราเรียกมันว่า พอลิเพปไทด์ (polypeptide)

          ในโมเลกุลของสายเพปไทด์ กรดอะมิโนที่มีหมู่อะมิโนอิสระเราเรียกว่า กรดอะมิโนที่ปลาย N (N-terminal residue) ส่วนกรดอะมิโนที่มีหมู่คาร์บอกซิลอิสระจะเรียกว่า กรดอะมิโนที่ปลาย C (C-terminal residue)

          ในการเขียนลำดับกรดอะมิโนในสายเพปไทด์ เรามักเขียนแต่เพียงชื่อย่อแบบสามตัวอักษร หรือแบบหนึ่งตัวอักษร ของกรดอะมิโนเท่านั้น โดยให้กรดอะมิโนที่ปลาย N เป็นกรดอะมิโนตัวแรก และเขียนไว้ทางด้านซ้ายมือ ส่วนกรดอะมิโนลำดับถัดมาก็เขียนต่อกันไปจนกระทั่งถึงกรดอะมิโนตัวสุดท้ายซึ่งเป็นกรดอะมิโนที่ปลาย C