第一章氨基酸一、自然蛋白质的组分自然蛋白质几乎都是由18种共同的L-氨基酸，L-亚氨基脯氨酸和甘氨酸组成。
稀少的例外就是在少数蛋白质中掺入L-硒代胱氨酸二、氨基酸的结构除脯氨酸外各个氨基酸都含有：一个羧基，一个氨基，一个不同的侧链（R基），连接到α碳原子上。
在蛋白质中，几乎所有的羟基和氨基都是通过肽键来结合，一般而言，除了氢键的形成外化学反应没有利用它们。
氨基酸残基的侧链R基提供多种功能团给予个体蛋白质分子的特殊性质，导致：A．特殊的折叠构像 B．溶解程度 C．聚集态 D．和配体或其他大分子形成络合物的能力，酶活力等等。
蛋白质的功能和它的氨基酸排列顺序有关，各个氨基酸残基的一些特点促成蛋白质的独特功能。
通过氨基酸的侧链特性将氨基酸分类：A．含有非极性侧链的氨基酸 B 含有不带电的极性侧链的氨基酸 C 含有酸性侧链的氨基酸D 含有碱性侧链的氨基酸A．含有非极性侧链的氨基酸：甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、甲硫氨酸、色氨酸、脯氨酸非极性氨基酸在蛋白质中的定位在水溶液的蛋白中，非极性氨基酸的侧链在蛋白质的内部成簇积聚在一起。
甘氨酸结构：最简单的氨基酸，是蛋白质中唯一一个缺少不对称的氨基酸功能：甘氨酸经常在蛋白质的结构中起重要的作用，由于它缺少β碳原子允许它在构像上有很大程度上的灵活性和比其他残基更容易达到它的构像位置。
特点：临近肽键的位置，甘氨酸具有比正常化学反应性更大的活性，例如：Asn-Gly位置：1．甘氨酸经常位于紧密转角，和位于由大量侧链在空间紧密包装成单环（如位于胶原）或底物结合的地方。
2．甘氨酸也是促成酶催化蛋白质进行特定修饰的位点，如作为N末端十四酰基化和精氨酸的甲基化的标志序列。
丙氨酸结构：丙氨酸是20种氨基酸中最没有“个性”的氨基酸，没有长侧链，没有特别的构象性质，可以出现在蛋白质结构的任何部位。
特点：1．是蛋白质中最丰富的氨基酸残基，弱疏水性2．化学反性性非常低缬氨酸特点：适度的疏水残基——脂肪族的侧链功能：1．减小构像灵活性 2．使肽键附近发生的化学反应产生空间位阻，特别是在临近的残基也有β-分支侧链（缬氨酸或异亮氨酸）异亮氨酸特点：疏水残基——脂肪族的侧链功能：1．β-分支侧链的空间位阻在肽键附近发生影响 2．疏水的侧链喜欢位于折叠蛋白质结构的内部 3．异亮氨酸有第二个不对称中心亮氨酸结构:大的疏水残基功能：1．经常是球蛋白中最普通的氨基酸 2．是膜蛋白中跨膜单环的主要组成成分 3．形成一个有规则的结构“亮氨酸拉链”苯丙氨酸结构：庞大的疏水侧链——苯环特点：一些弱极性特性促成其更喜欢定位在和其他芳族环或其他极性基团的相互作用中功能：是球蛋白的疏水核(心)和整合膜蛋白的跨膜区域的重要成分甲硫氨酸结构：为两个含硫的蛋白质氨基酸中的一个（硫醚基团）特点：1．和亮氨酸相似，大小和疏水性 2．硫原子能和金属离子作用，和化学反应，特别是向氧化剂3．硫醚基团也可以烷基化并且在酸性条件下可以和溴化氢反应色氨酸结构：具有吲哚NH基团特点：1．色氨酸残基时常在结构包装中起主要作用 2．由于吲哚NH基团的存在调节了侧链的强疏水性 3．色氨酸残基常常产生一部分配位体位点 4．色氨酸残基的吲哚环对亲电子攻击很敏感 5．蛋白质的光敏性很大程度上归于色氨酸残基的氧化降解反应 6．色氨酸残基是蛋白质氨基酸中具有最好的紫外吸光率和荧光特性脯氨酸结构：次级氨基酸，具有脯氨酰特点：1．脯氨酸残基的构象灵活性受到限制，经常位于紧密转角蛋白质的表面 2．不能参加全部的a螺旋的氢键形成，它们在螺旋轴上产生一个扭曲 3．在蛋白质中存在顺式的肽-脯氨酸结合物（除了最常见的反式形式）4．化学方面：1）脯氨酸残基是惰性的 2）多肽和蛋白质的脯氨酸依赖特性是通过脯氨酸的特异内源性多肽酶发生的B 含有不带电的极性侧链的氨基酸6种丝氨酸、苏氨酸、半胱氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、酪氨酸这些氨基酸在中性PH下含有零静电丝氨酸结构：含有初级的脂肪族的羟基特点：1．既是氢键的受体又是供体，在折叠蛋白的表面会频繁地和溶剂水反应 2．它的氧原子是弱亲核的，但是它的亲核性在很多种重要的蛋白酶（丝氨酸蛋白酶）和酯酶的活性部位会极大地增强3．更多的稳定共价键也在体内形成，碳水化合物(O-连接的糖基化作用)和磷酸盐的形成是重要的例子苏氨酸结构和特点：1．丝氨酸残基的部分化学和生物化学的性质，为O-连接的糖基化作用和磷酸化提供位点，但是相对地具有空间位阻和低的化学反应活性 2．拥有第二个手性中心半胱氨酸结构：有巯基的氨基酸特点：1．半胱氨酸的巯基在它的去质子化形式下-硫醇盐，是个强大的亲核基团，容易与醛，烷化和酰化试剂反应2．和金属离子如锌，铁，铜（和有毒的金属如镉和汞）具有亲和力 3．通过肽链内部或肽链之间的二硫键为多数细胞外蛋白质提供必要的稳定性，这个二硫键是由半胱氨酸氧化成胱氨酸残基形成的 4．生物化学的，半胱氨酸残基也可能被酰化作用和烷基化修饰；半胱氨酸残基也可当做辅基的共价键如血红素 5．半胱氨酸残基在碱性条件下发生 -消除天冬酰胺特点：1．天冬酰胺的β-酰胺基既是氢键的供体又是受体 2．天冬酰胺残基经常位于蛋白质折叠结构的转角处 3．酰胺基相对容易水解，由于缺乏空间位阻，可能形成环状的亚胺结构（失去氨），1）这个可能遭受消旋作用和后来的分裂产生 L-或D-天冬氨酰或L-或D-异天冬氨酰残基 2)亚胺结构也对羟胺反应很敏感，导致肽链裂解功能：天冬酰胺的主要作用是作为N-连接的糖基化的连接位点，主要是在真核生物糖蛋白的细胞外或膜外的部分。
糖基部分转移到天冬酰胺的一个必需的，但是不充分的条件是-Asn-Xaa-(Ser or Thr)序列谷氨酰胺特点：虽然谷氨酰胺的谷氨酰胺残基较天冬酰胺残基不稳定，但是谷氨酰胺的特性和天冬酰胺具有一般相似性酪氨酸结构：具有酚羟基特点：1．赋予显著程度的极性 2．在生理的PH下，大部分酪氨酸残基是中性的 3．充当金属的配基，如Fe2+，并且在氢键形成中作为受体和供体 4．苯酚盐是有活性的亲核基团，在氧原子和芳(族)环碳原子两者上都可发生 5．通过在体内的共价修饰包括磷酸化和硫酸盐化作用，在无脊椎动物的细胞外蛋白中与其它的酪氨酸残基交联 6．酪氨酸残基也是甲状腺激素类的来源C 含有酸性侧链的氨基酸天冬氨酸、谷氨酸天冬氨酸和谷氨酸是质子的供体在生理pH下，这些氨基酸带负电天冬氨酸结构：由两个羧基特点：1．在生理条件下，天冬氨酰(基)残基（pKa 大约为4.0）通常离子化成羧化物,羧酸盐酯或根 1)强的极性侧链主要位于蛋白质的表面，它们可能提供金属离子的结合位点，尤其是Ca2+ ，和带电配体的位点2）在羧化物基团和供电子团如胍盐之间形成强的氢键 3）天冬氨酰(基)的β-羧基也可能直接参与酶的催化 4）被质膜的Na+,K+-ATP酶和Ca2+-ATP酶，肌质网的Ca2+-ATP酶催化，天冬氨酰(基)的β-羧基形成一个中间物（过渡态的）酰基磷酸盐2．化学的：1）天冬氨酸侧链的羧基酸发生一个有代表性的反应，如酯类的形成和酰胺(类),氨化物存在于活化剂，例如强酸或碳化二亚胺，和存在于nuclcophiles，如分别是alcohols 和胺 2）a-羟基肽键临近的侧链羟基允许显著的临近基团效应，在稀酸条件下天冬氨酰(基)肽键和其它的氨酰(基)肽键相比更迅速水解。
尤其，天冬氨酰(基)-脯氨酸络合物实质上在弱酸下对水解作用较其他任何肽键更敏感 3）天冬氨酸残基也可能在体内被修饰成β-羟基天冬氨酸残基谷氨酸特点：1．谷氨酸残基的羧基具有比天冬氨酸更高的pKa（大约4.5），但是大体上具有相似的功能和性质，如静电，蛋白质内氢键的相互作用和结合配基，包括金属离子 2．但是，谷氨酸残基不具有罕见的肽键不稳定性，它们也不提供酸性蛋白酶必需活性位点的残基功能：在体内修饰成γ-羧基谷氨酸残基对各种血液凝固蛋白的功能是必需，如凝血素，形成丙二酸基团增强了对Ca2+的亲和力D 含有碱性侧链的氨基酸精氨酸、赖氨酸、组氨酸、硒代半胱氨酸含有碱性侧链的氨基酸接受质子在生理pH下，赖氨酸和精氨酸的侧链完全离子化并且带正电相反，组氨酸却是弱碱性精氨酸结构：具有胍基特点：强碱性（pKa 大约为12）的精氨酸的胍基在所有的生理相关pH值下都能质子化功能：1．精氨酸残基在蛋白质中的功能通常作为带正电基团 2．和赖氨酸一起，精氨酸残基为膜蛋白装配，前体蛋白质的分裂以及核和核仁的定位提供正电荷信号3．在中性和碱性PH下化学惰性，精氨酸残基生成环状，由α- or β-二酮基和相关化合物时常产生荧光产物在体内，甲基化和ADP-核糖基化是重要的修饰赖氨酸特点：1．在中性下，大多数的赖氨酰侧链带正电荷和普遍排除球状蛋白的极化内部 2．脂肪族的环丁烷基团是疏水性的，但是质子化氨基的亲水性占优势 3．长的灵活侧链促成很多ε-氨基在结晶中决定结构的定义缺乏 4．由于携带正电荷，促成赖氨酸残基和带负电荷的配体结合，经常包括强的氢键 5．化学上，赖氨酸残基的反应是那些初级的脂肪族胺的代表6．在体内，赖氨酸是许多辅基的连锁点，如生物素和视网膜醛 .组氨酸结构：具有咪唑集团特点：1．组氨酸残基的咪唑基团有个典型的PK，大约为6.5，较蛋白质中的其他功能基团更接近中性 2．在酶反应中，组氨酸残基往往充当质子转移的催化剂 3．和半胱氨酸一样，组氨酸侧链也偏爱配基，和金属离子结合如Zn2+, Cu2+和Fe2+.4．以化学方法硒代半胱氨酸特点：1．虽然不是组成蛋白质主要氨基酸的一种，硒代半胱氨酸和其它已知的变异氨基酸不同，它们掺入核蛋白体，在特定的环境下，用UGA密码子（正常的终止子），而不是作为翻译后修饰 2．包含硒代半胱氨酸的蛋白质已知的相当少，大多数这些单个硒代半胱氨酸残基是氧化-还原反应的活性位点 3．硒代半胱氨酸在化学上和半胱氨酸相似，但是作为亲核基团有更大的活性，对氧化和结合重金属离子更敏感。