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胺基酸側鏈分類與解離帶電性

科目:生物化學與臨床生化學|題數:19
胺基酸側鏈分類與解離帶電性
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建立於 2026年10月31日

學習重點 分類先看側鏈 R 基團:分為非極性、極性不帶電、酸性與鹼性,不能把所有胺基酸共有的 α-胺基、α-羧基當成側鏈特徵。 辨識特殊結構:芳香環看 Phe、Tyr、Trp;羥基看 Ser、Thr、Tyr;含硫看 Cys、Met;側鏈醯胺基看 Asn、Gln。 用 pH 與 pKa 判斷電荷:pH 低於 pKa 時偏向保留質子,高於 pKa 時偏向失去質子。生理 pH 約 7.4,Asp、Glu 主要帶負電,Lys、Arg 主要帶正電。 掌握結構與功能的連結:疏水側鏈常埋於水溶性蛋白質內部;正電側鏈有利於結合 DNA;His 的咪唑基可參與生理酸鹼緩衝。 核心觀念 一、側鏈四大類與代表胺基酸 分類代表胺基酸判斷重點 非極性Gly、Ala、Val、Leu、Ile、Met、Pro、Phe、Trp整體偏疏水,常參與水溶性蛋白質內部的疏水作用。 極性不帶電Ser、Thr、Cys、Asn、Gln、Tyr含可參與極性作用的基團,生理 pH 下側鏈主要不帶電。 酸性Asp、Glu側鏈有羧基,生理 pH 下主要呈 –COO⁻。 鹼性Lys、Arg、His側鏈可接受質子;Lys、Arg 在生理 pH 下主要帶正電,His 則多數為中性。 分類與實際帶電比例要分開:His 屬鹼性胺基酸,不代表在生理 pH 下大多帶正電;Cys、Tyr 歸為極性不帶電,也不代表在所有 pH 下都不會解離。 常用名稱須熟悉:Asp 為天門冬胺酸,Asn 為天門冬醯胺;Glu 為麩胺酸,Gln 為麩醯胺酸;Lys 為離胺酸,Arg 為精胺酸,His 為組胺酸。中文名稱容易混淆時,以英文與縮寫辨識。 二、芳香環、羥基、硫與羧基的辨識 結構特徵代表胺基酸易混淆處 芳香環Phe 苯丙胺酸、Tyr 酪胺酸、Trp 色胺酸Asn 的側鏈是醯胺基,沒有芳香環。His 的咪唑環也具有芳香性,但通常依酸鹼性列入鹼性類。 側鏈羥基Ser 絲胺酸、Thr 蘇胺酸、Tyr 酪胺酸Tyr 含酚羥基;Phe 有苯環但沒有羥基。 含硫Cys 半胱胺酸、Met 甲硫胺酸Cys 含硫氫基 –SH;Met 含硫醚,通常列為非極性。 側鏈羧基Asp、Glu游離胺基酸另有一個 α-羧基,因此兩者各有兩個羧基。 側鏈醯胺基Asn、Gln–CONH₂ 不等於 –COOH,生理 pH 下不會像羧酸側鏈般帶負電。 Asp 的側鏈為 –CH₂COOH,Glu 為 –CH₂CH₂COOH;Asn 與 Gln 則分別為 –CH₂CONH₂、–CH₂CH₂CONH₂。比較 Asp、Gln、Met、Ser 的酸性時,Asp 的側鏈羧基最容易釋出質子,因此屬酸性胺基酸。 三、親水性、疏水性與蛋白質位置 帶電側鏈通常與水作用強,非極性烴鏈則偏疏水。Asp 在生理 pH 下帶負電,因此與 Ala、Leu、Val 相比,親水性最高。Ser 的羥基能與水形成氫鍵,因此比 Ile、Leu、Met 親水。 Hydropathy index(HI,親疏水性指標)的高低須依採用的量表判讀;常見的 Kyte–Doolittle 量表中,數值越高越疏水,Ile 高於 Ala、Cys、Glu。不要把「含硫」直接等同於疏水,也不要把「含芳香環」直接等同於完全沒有極性。 在水溶性球狀蛋白質中,Ala、Val、Ile、Leu 等疏水側鏈常聚集於內部;極性與帶電側鏈較常接觸水。因此,Ala、Val、Ile 的組合符合常見的內部殘基特徵。這是一般趨勢,膜蛋白與蛋白質界面的排列仍須考慮所在環境。 四、側鏈 pKa 與生理 pH 下的電荷 pH < pKa:偏向質子化;pH > pKa:偏向去質子化。羧基失去質子後由中性變成負電;帶正電的胺基失去質子後則變成中性。不是所有基團失去質子後都帶負電。 胺基酸側鏈基團pKa 約值生理 pH 下主要狀態 Asp羧基3.9負電 Glu羧基4.1負電 His咪唑基6.0多數中性,少部分正電 Cys硫氫基8.3多數中性,少部分負電 Tyr酚羥基10.1主要中性 Lysε-胺基10.5正電 Arg胍基12.5正電 上述為常用近似值,蛋白質內部環境可使 pKa 改變。Tyr 在生理 pH 下主要保留酚羥基的質子,因此側鏈中性;Val、Leu、Pro、Thr、Asn、Gln 的側鏈也主要不帶電。 側鏈電荷與整個分子的淨電荷不同。游離胺基酸在生理 pH 下,α-胺基主要為正電、α-羧基主要為負電,兩者大致抵銷;側鏈中性者通常以淨電荷為零的兩性離子為主。「電中性」不表示分子內完全沒有帶電基團。 五、緩衝、DNA 結合與 pKa 數目 緩衝能力在 pH 接近 pKa 時最強。比較 His、Arg、Tyr、Glu 時,His 的側鏈 pKa 最接近生理 pH,因此較適合參與生理酸鹼緩衝。血液蛋白質,尤其血紅素,可利用 His 殘基的咪唑基接受或釋出質子;蛋白質環境也可能使其 pKa 更接近生理範圍。 DNA 的磷酸骨架帶負電,容易與蛋白質上的正電側鏈產生靜電吸引。Arg 與 Lys常參與此類結合;Arg 的胍基在生理 pH 下主要帶正電,Asp 則帶負電,Ala、Trp 的側鏈主要中性。 計算游離胺基酸的 pKa 數目時,先數 α-羧基與 α-胺基,再看側鏈是否可解離。Asn 在 pH 1~14 的一般酸鹼滴定中只有兩個 pKa;Arg、Cys、Tyr 各另有一個可解離側鏈,因此通常各有三個 pKa。 常考陷阱 「Asn、Gln 是酸性胺基酸」:錯。兩者含醯胺基;酸性側鏈應辨識 Asp、Glu。 「Met 含硫,所以屬極性不帶電」:錯。Met 通常列為非極性;Cys 才通常列為極性不帶電。 「有芳香環就沒有羥基」:錯。Tyr 同時具有芳香環與酚羥基;Phe 才沒有羥基。 「鹼性胺基酸在生理 pH 下全部主要帶正電」:錯。Lys、Arg 主要帶正電,His 多數為中性。 「Tyr 可解離,所以生理 pH 下帶負電」:錯。須比較 pH 與 pKa;生理 pH 遠低於其酚羥基 pKa。 「His 的 pKa 就等於血液 pH」:錯。游離側鏈常用值約為 6;其緩衝功能與可逆質子化及蛋白質環境有關。 「所有胺基酸都只有兩個 pKa」:錯。有額外可解離側鏈者,通常還須多算一個。 記憶口訣 「酸負 Asp、Glu;正電 Lys、Arg;His 緩衝看環境。」 「羥基絲、蘇、酪;含硫半胱、甲硫;醯胺 Asn、Gln。」 「低 pH 留質子,高 pH 放質子;電荷怎麼變,還要看基團。」

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  1. 21.下列何種胺基酸側鏈不具芳香環結構? (A)天門冬醯胺(asparagine) (B)苯丙胺酸(phenylalanine) (C)色胺酸(tryptophan) (...
  2. 17.下列何種胺基酸親水性最強? (A)丙胺酸(alanine) (B)天門冬胺酸(aspartate) (C)白胺酸(leucine) (D)纈胺酸(valine)
  3. 2.下列何種胺基酸具有非極性之側鏈結構? (A)天門冬醯胺(Asparagine) (B)離胺酸(Lysine) (C)甲硫胺酸(Methionine) (D)蘇...
  4. 35.下列胺基酸中,那一個的Hydropathy index(HI) 亦即疏水性(Hydrophobicity)最高? (A)丙胺酸(Alanine) (B)異白胺酸(I...
  5. 3.下列何種胺基酸不具有羥基(hydroxyl group)? (A)苯丙胺酸(phenylalanine) (B)酪胺酸(tyrosine) (C)絲胺酸(serine)...
  6. 3.下列何種胺基酸具有兩個羧基(-COOH)? (A)精胺酸(arginine) (B)麩胺酸(glutamic acid) (C)組胺酸(histidine) (D)...
  7. 6 下列那種胺基酸含硫元素? (A)天門冬醯胺(asparagine) (B)丙胺酸(alanine) (C)半胱胺酸(cysteine) (D)異白胺酸(isole...
  8. 23 下列那一種胺基酸親水性較高? (A)絲胺酸(serine) (B)異白胺酸(isoleucine) (C)白胺酸(leucine) (D)甲硫胺酸(methio...