虽然蛋白质种类繁多，但元素组成基本相似，所有蛋白质分子都含有碳（50%～55%）、氢（6%～7%）、氧（19%～24%）、氮（13%～19%），大部分蛋白质含有硫（0%～4%）。有些蛋白质还含有少量磷或金属元素铁、铜、锌、锰、钴、钼等。各种蛋白质的含氮量十分接近，平均约为16%。生物体内的含氮物质以蛋白质为主要形式，因此只要测出生物样品中含氮量，就能按以下公式计算出样品中蛋白质的大致含量。

氨基酸（amino acid）是蛋白质的基本组成单位。自然界存在300余种氨基酸，但组成人体蛋白质的氨基酸仅有20种，且均为L-α-氨基酸（甘氨酸除外）。

由图1-1可见，这20种氨基酸的共同特点是相邻羧基（—COOH）的α-碳原子结合有4种不同的基团或原子，分别是羧基、氨基（—NH ₂）或亚氨基（＝NH）、侧链（R）和氢原子（H），所以α-碳原子是不对称碳原子（甘氨酸除外）。不同的氨基酸只是侧链各异。

组成蛋白质的20种氨基酸，根据其侧链的结构和理化性质可分成四类：①非极性氨基酸；②极性中性氨基酸；③酸性氨基酸；④碱性氨基酸（表1-1）。

非极性氨基酸的侧链为疏水性基团，水溶性小于极性中性氨基酸。极性中性氨基酸侧链上的巯基、羟基或酰胺基有亲水性。酸性氨基酸的侧链都含有羧基，在水溶液中能释出H ⁺而带负电荷。碱性氨基酸侧链上有氨基、胍基或咪唑基，在水溶液中能结合H ⁺而带正电荷。酸性氨基酸和碱性氨基酸的侧链亲水性强。含有苯基的苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸统称为芳香族氨基酸。

20种氨基酸中脯氨酸属于亚氨基酸。在蛋白质合成加工时脯氨酸和赖氨酸可分别被修饰成羟脯氨酸、羟赖氨酸。半胱氨酸的巯基容易失去质子，在蛋白质中有时2个半胱氨酸的巯基通过脱氢以二硫键相结合，形成胱氨酸（图1-2）。

氨基酸的同一分子中既含有碱性的α-氨基，又含有酸性的α-羧基，在溶液中可分别解离形成带正电荷的阳离子（ ）和带负电荷的阴离子（—COO ^-），因此氨基酸是两性电解质。氨基酸的解离状态受溶液pH的影响，在某一pH溶液中，氨基酸解离所带的正负电荷数量相等，成为兼性离子，净电荷为零，此时溶液的pH称为该氨基酸的等电点（isoelectric point，pI）。此时，若向溶液中加酸，氨基酸解离为阳离子；若向溶液中加碱，氨基酸解离为阴离子。

芳香族氨基酸中的色氨酸、酪氨酸含有共轭双键，具有吸收紫外光的特性，最大吸收峰在280nm波长附近（图1-3）。由于大多数蛋白质含有色氨酸和酪氨酸残基，所以蛋白质溶液在280nm的紫外吸收值与蛋白质的浓度成正比。此特性可用于蛋白质的定量分析。

氨基酸能与某些试剂发生特异的颜色反应。例如，氨基酸与茚三酮水合物共加热时，氨基酸被氧化脱氨，而茚三酮水合物被还原并与氨基酸分解出来的氨结合，然后该产物的氨基再与另一分子茚三酮缩合成为蓝紫色的化合物，此化合物最大吸收峰在570nm波长处。该反应可用作为氨基酸的定量分析方法。

氨基酸通过肽键彼此连接起来的化合物称为肽（peptide）。肽键（peptide bond）是由一分子氨基酸的α-羧基与另一分子氨基酸的α-氨基脱水形成的共价键，属于酰胺键（图1-4）。氨基酸形成肽键连接之后，由于脱水而结构不完整，称为氨基酸残基。由2个氨基酸残基组成的肽称为二肽；由3个氨基酸残基组成的肽称为三肽，依此类推。通常把2～10个氨基酸相连而成的肽称为寡肽，11～50个氨基酸相连而成的肽称为多肽，50个氨基酸以上相连而成的肽称为蛋白质。多肽和蛋白质的链状结构称为多肽链（polypeptide chain），多肽链有两端，一端是游离的α-氨基称为氨基端或N端；另一端是游离的α-羧基称为羧基端或C端。

除蛋白质外，在生物体内还有一些具有生物活性的小分子肽类，属于寡肽或多肽，称为生物活性肽。生物活性肽在细胞间信息传递、神经传导、代谢调节等方面起着重要的作用。例如，下丘脑分泌的促甲状腺素释放激素是三肽，腺垂体分泌的促肾上腺皮质激素是39肽，等等。下面重点介绍谷胱甘肽。

谷胱甘肽（glutathione，GSH；SH表示分子中的游离巯基）是由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸缩合成的三肽。GSH是一种不典型的三肽，其谷氨酸通过γ-羧基与半胱氨酸的α-氨基形成酰胺键（图1-5）。GSH分子中的巯基是主要官能团，具有还原性。GSH通过巯基参与细胞内的氧化还原作用，而保护蛋白质或酶的活性巯基不被氧化。例如，在谷胱甘肽过氧化物酶的催化下，GSH作为抗氧化剂可还原细胞内产生的H ₂O ₂，使其转变成H ₂O。此反应生成的氧化型谷胱甘肽（GSSG）需重新转化为还原型的GSH，维持抗氧化作用（图1-6）。

蛋白质结构复杂、种类繁多，所以分类方法也有多种。

分为单纯蛋白质和结合蛋白质两大类。单纯蛋白质只含氨基酸。而结合蛋白质除蛋白质部分外，还含有非蛋白质部分，其非蛋白质部分称为辅基。按辅基不同，结合蛋白又可分为糖蛋白（含多糖）、脂蛋白（含脂类）、核蛋白（含核酸）、磷蛋白（含磷酸）、金属蛋白（含金属）和色蛋白（含色素）等。

分为球状蛋白质和纤维状蛋白质两大类。球状蛋白质的长轴与短轴相差不多，分子呈球状或椭球状。生物界多数蛋白质属球状蛋白质，一般为可溶性，如酶、转运蛋白、蛋白质类激素、代谢调节蛋白质、基因表达调控蛋白质和免疫球蛋白等。纤维状蛋白质的长轴一般比短轴长10倍以上。纤维状蛋白质多数为结构蛋白质，大多难溶于水，如结缔组织中的胶原蛋白和弹性蛋白、毛发中的角蛋白等。