手性碳原子是指与四个各不相同原子或基团相连的碳原子，用C*表示。判断手性碳原子的方法：确认碳原子是饱和的; 碳原子所连接的四个基团必须各不相同。

自然界中大约有500多种氨基酸，但是从最小的生物到我们人类，所有物种中的蛋白质主要由20种氨基酸组成，而这些氨基酸均为α-氨基酸。α-氨基酸可用通式RCH（NH2）COOH表示。甘氨酸的R=H，所以除了甘氨酸之外，α-氨基酸中的α碳原子都是手性碳原子。α-氨基酸中的碳原子可以用R/S构型标记，但是研究早期这些氨基酸均有了相应的俗名，我们就更习惯用D/L构型法标记。

D/L构型是将分子经过费歇尔投影（Fischer projection）处理后得到的平面结构与甘油醛的构型比较而确定的。费歇尔投影式是表示单糖链形结构、氨基酸等有机化合物结构的一种常用方法。

Fig 1. D/L甘油醛

以丙氨酸为例：

Fig 2. L-丙氨酸的费歇尔投影

羧基写在竖线上方，R基写在竖线下方，氨基和氢写在横线两侧。若氨基的位置L-甘油醛中的羟基位置一致，就定义为L-氨基酸；反之，则定义为D-氨基酸。对氨基酸来说，横线两侧与α碳原子相连的两个原子伸出纸面朝向我们的眼睛，竖线方向的两个原子指向纸内远离我们的眼睛。

R-S构型标记法适用于具有手性碳原子（点手性）、手性轴（轴手性）的分子结构，手性碳原子可造成两种不同的立体构型——R构型（rectus）和S构型（sinister），该两种构型的定义为：将与手性碳原子相连的四个基团按顺序规则排列大小，最小的基团放在离眼睛最远的地方，其他三个基团按由大到小的方向旋转，若旋转方向是顺时针，则手性碳为R构型；若为逆时针，则手性碳为S构型。

对于R/S 构型的判断，根据手性碳原子（与四个各不相同的原子或基团相连的碳原子）周围的四个不同基团的排列顺序来确定的。

例如，对于手性碳连接的四个基团分别为 —H、—OH、—CH₃、—NH₂，比较这四个基团中直接与手性碳相连的原子，即 H、O、C、N 的原子序数。原子序数大小顺序为 S＞O＞N＞C＞H，所以 —OH 优先于 —NH₂，—NH₂优先于 —CH₃，—CH₃优先于 —H。随后通过右手螺旋法，将最小的基团(也就是H)设置在远离观察者的位置，其他三个基团对着观察者。如果三个基团顺时针旋转，则为R构型，反之为S构型。

以丙氨酸为例：

Fig 3. L-丙氨酸的Cahn–Ingold–Prelog (CIP)顺序规则

H原子原子序数最小，编号为4；对于20种自然氨基酸来说，氨基上的N原子序数最大，所以编号为1；羧基和甲基与α碳相连的都是C原子，排不出顺序，就继续考察与这些C相连的最大原子，羧基上C连接的最大原子是O，甲基上C连接的最大原子是H，所以O>H，所以羧基编号为2，甲基编号为3；从1到3的顺序是顺时针（如果此时α碳连接的H原子是远离我们的，则为R型），但是α碳连接的H原子是指向我们的，所以旋转顺序需要反向，就变成了逆时针，就是S型。

按照类似的规则，我们可以发现L-Cys是R型，而其他L-型氨基酸都是S型。

因此20种自然氨基酸中，除了甘氨酸外，有19种氨基酸的α碳都是手性原子，他们存在L/D型之分。除了L-Cys是R型外，其他的18种L型氨基酸都是S型；相反地，除了D-Cys是S型外，其他的18种D型氨基酸都是R型。

Souce: 纽普生物    2024-09-05