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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。」