N H H+
H
酸基
低 pKa 高
OH
C
O
H+
NH
H
O
C
H+
O
Ampholyte: 一個分子上同時帶有正電及負電基團
Juang RH (2007) BCbasics
酸性環境
中性環境
鹼性環境
NH2 H+
R-C-H
COOH
Zwitterion
pK2 ~ 9
NH2 H+
R-C-H
NH2
R-C-H
COO-
COO-
Gln Thr Lys
Gly
Ala Val
Ile Leu
Met
Phe Trp Pro
『極性或非極性，是蛋白質性質之所繫。』
Juang RH (2007) Biochemistry
各式胺基酸的大小樣式齊全
Gly Ala Val Leu Ile
Phe
Tyr
Trp
S
-SH
Cys
S
-S-CH3
Met
Stryer (1995) Biochemistry (4e) p.20
-C-C C His H
N N+
Phe F
Asp D
-C-COOH
Glu E Acidic
-C-C-COOH
Alip-H
Ala AA
-CH3
Val V
CC -C
-C-OH Ser S
Cys C -C-SH
Non-polar Polar
雙
-C-C OH
Thr
T
和 Met M -C-C-S-C
線
Hydroxy Sulfur
Ile I
C -C-C-C
環狀線
Pro P
Leu L
C -C-C-C
C CC HN C-COOH
α
Imino acid, Circular
胺基酸的極性分類
NONPOLAR
POLAR
Acidic
Neutral
Basic
Asp Asn Ser
Arg
Tyr Cys His
Glu
L-Form Amino Acid
酸基 COO-
sp3
胺基
+
H3 N
H
R group
H = Glycine CH3 = Alanine
Juang RH (2007) BCbasics
胺基酸有鏡像異構物
α α 鏡 像
化性相同、物性 (旋光度) 不同 立體構造不同 (算是異構物)
Juang RH (2007) BCbasics
胺基酸
● 1 胺基酸基本構造 ● 2 胺基酸分類 ● 3 胜肽 ● 4 胺基酸的離子性質：
4.1 解離度 4.2 等電點
胺基酸
蛋白質的四級構造
一
二
級
級
構
構
造
造
三
四
級
級
構
構
造
造
Nelson & Cox (2000) Lehninger Principles of Biochemistry (3e) p.129
S
胜肽鍵 的形成
兩個胺基酸分子頭尾連接起來
1 NH2
COOH
2 NH2
COOH
Carbodiimide
脫水
O
1 2 NH2
CN
COOH
H
Juang RH (2007) BCbasics
胜肽鍵 的特性
● 胜肽鍵 雖是單鍵卻有雙鍵性質
● 胜肽鍵 周邊六個原子在同一平面上
● 前後兩個胺基酸的 α-carbon 在對角 (trans)
三個 pKa
pK3
?
pK2
His H 1.82 9.17 6.0
?
Cys C Tyr Y
1.71 10.8 8.33 2.20 9.11 10.07
pK1
等電點？
Lys K Arg R
2.18 8.95 10.53 2.17 9.04 12.48
[OH-]
Juang RH (2007) BCbasics
兩種胺基酸對蛋白質構造影響很大
雙硫鍵
Cys SH
Cysteine
SH Cys
Cys S
Cystine
S Cys
Pro 劇烈轉折
Stryer (1995) Biochemistry (4e) p.25, 32
形
形
+
色
- 有大有小
色 的
有正有負
胺
S
-
有極性
基
非極性
酸
側
基
+
+
Bio-Lab 廣告 Cell 83 (4), 1995
Juang RH (2007) BCbasics
氫與氧的懸殊陰電性造成氫的解離
3.5
電子都被氧原子搶去
O
HH
2.1
2.1
HOH
[55 M]
H+ + OH-
[10-7 M] [10-7 M]
Juang RH (2007) BCbasics
氫離子 hydride → 氫原子 hydrogen → 質子 proton
2.36 9.68 2.21 9.15 2.63 10.4
pK1
pK1 + pK2
團
Met M 2.28 9.21
2
的 胺 基 酸
Phe F Trp W Asn N Gln Q Pro P Asp D Glu E
1.83 9.13 2.38 9.39 2.02 8.80 2.17 9.13 1.99 10.6 2.09 9.82 3.86 2.19 9.67 4.25
H-H 公式
pH
=
pKa
+
log
[A-] [AH]
已解離 未解離
pH = 常數 pKa？ ….. 當 [A-] = [AH], log 1 = 0
Juang RH (2007) BCbasics
弱酸在其 pKa 上下有緩衝作用
pH 水
可作為緩衝的 pH 範圍
(恰等於其 pKa)
pH 乙酸
pKa 5
弱
酸
AH A- + H+
例如 乙酸
如
CH3COOH = CH3COO- + H+
何 作 為 緩
◎ Ka是平衡後兩邊的濃度比
Ka =
[A-] [H+]=
[AH]
1 10 5
★
醋酸的 pKa
(pKa = 5)
衝
◎ Ka 平衡式做數學轉換
分
一、兩邊取 log
子
二、移項取出 [H+]
三、定義 p 為 -log (pH = -log [H+])
Mathews et al (2000) Biochemistry (3e) p.136
如何檢視一段 胜肽
兩端胺基酸 N-C-C-N-C-C-N-C-C
α
α
α
α-碳為中心 N-C-C-N-C-C-N-C-C
單位小分子 N-C-C-N-C-C-N-C-C
胜鍵的定位 N-C-C-N-C-C-N-C-C
pK1 ~ 2
5.5
+1
0
等電點
-1
Juang RH (2007) BCbasics
環境 12
pH
9 6 3 0
胺基酸的緩衝作用範圍
★
pK2
NH2 H+
H-C-R 等電點 =
pI
COO-
pK1 + pK2
★
2
pK1
外加 [OH] →
Juang RH (2007) BCbasics
環
境
Buffer pH
N
sp2 + p
α
C
sp2
sp2
CN
H
sp2 + lp
O
CC
α
Juang RH (2007) BCbasics
p 軌道電子共振使胜肽鍵具雙鍵特性
C C
O
H
N
C
Juang RH (2007) BCbasics
以胜肽鍵平面連接成多肽長鏈
兩 胜肽鍵 平面的交接點為 α-碳 注意 α-碳上面接有各種大小不等的基團
=
Juang RH (2007) BCbasics
西 -C-C-C-N-C-N 中 Aromatic
北
N+ 山
線
Arg R
線
Trp
W
-CN
胺基酸地下鐵道圖
南
Basic Lys K
-C-C-C-C-NH3+
-C- -OH
Tyr Y
-C-
-C-CONH2
港 線
-C-C-CONH2
Asn N Gln Q Amide
Enkephalin
Dressler & Potter (1991) Discovering Enzymes, p.247
胺基酸
● 1 胺基酸基本構造 ● 2 胺基酸分類 ● 3 胜肽 ● 4 胺基酸的離子性質：
4.1 解離度 4.2 等電點
陰電性對分子化學性質的重大影響
地球早期的大氣成分 H2 CH4 NH3 H2O
His -Imidazole·H+ Cys -SH Tyr -OH
α -NH3+ R -NH3+