2.5 Protein environment 会改变 pKa

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详细内容

课件特别强调：textbook pKa 只是 free amino acid 的参考值，protein fold 中的局部环境会显著改变 pKa。

规则：

==若去质子化后的 charged base 被稳定，pKa 降低。==
==若质子化后的 charged acid 被稳定，pKa 升高。==
==apolar environment 不利于带电形式，可能使酸更难去质子化，或使碱更容易失去质子。==
==salt bridge 盐桥能稳定带电形式。==
==同号电荷相近会 destabilize 带电形式。==

Asp 例子：

Asp carboxylate 若被 Lys salt bridge 稳定，去质子化形式稳定 Asp⁻ 和 Lys⁺，pKa 低。
在 polar/water-like environment 中接近正常。
在 apolar environment 中 carboxylate 不稳定，pKa 高。

Lys 例子：

Lys-NH3+ 若与 Asp salt bridge 形成，质子化形式稳定，pKa 高。
apolar environment 或附近正电荷会使 Lys-NH3+ 不稳定，pKa 低。

深入讲解

protein 中的 pKa 可以偏离 textbook value，是因为 pKa 反映的是质子化与去质子化两种状态的相对稳定性。蛋白质内部的疏水环境、salt bridge、氢键网络、相邻电荷都能选择性稳定其中一种状态。

判断方向时不要死记 Asp/Lys。统一原则是：稳定 deprotonated form 会降低 pKa；稳定 protonated form 会升高 pKa。Asp/Glu 去质子化后带负电，如果旁边有 Lys/Arg 正电荷，负电形式稳定，pKa 降低。Lys 质子化后带正电，如果旁边有 Asp/Glu 负电荷，正电形式稳定，pKa 升高。

原文小点逐条解释

原文小点： ==若去质子化后的 charged base 被稳定，pKa 降低。==
- 讲解： 这个小点具体在说明 protein microenvironment 如何偏移 pKa；判断时要问该环境稳定的是质子化形式、去质子化形式，还是中性形式。
原文小点： ==若质子化后的 charged acid 被稳定，pKa 升高。==
- 讲解： 这个小点具体在说明 protein microenvironment 如何偏移 pKa；判断时要问该环境稳定的是质子化形式、去质子化形式，还是中性形式。
原文小点： ==apolar environment 不利于带电形式，可能使酸更难去质子化，或使碱更容易失去质子。==
- 讲解： 这个小点具体在说明 protein microenvironment 如何偏移 pKa；判断时要问该环境稳定的是质子化形式、去质子化形式，还是中性形式。
原文小点： ==salt bridge 盐桥能稳定带电形式。==
- 讲解： 这个小点具体在说明 protein microenvironment 如何偏移 pKa；判断时要问该环境稳定的是质子化形式、去质子化形式，还是中性形式。
原文小点： ==同号电荷相近会 destabilize 带电形式。==
- 讲解： 这个小点具体在说明 protein microenvironment 如何偏移 pKa；判断时要问该环境稳定的是质子化形式、去质子化形式，还是中性形式。
原文小点： Asp carboxylate 若被 Lys salt bridge 稳定，去质子化形式稳定 Asp⁻ 和 Lys⁺，pKa 低。
- 讲解： 这个小点具体在说明 protein microenvironment 如何偏移 pKa；判断时要问该环境稳定的是质子化形式、去质子化形式，还是中性形式。
原文小点： 在 polar/water-like environment 中接近正常。
- 讲解： 这个小点具体在说明 protein microenvironment 如何偏移 pKa；判断时要问该环境稳定的是质子化形式、去质子化形式，还是中性形式。
原文小点： 在 apolar environment 中 carboxylate 不稳定，pKa 高。
- 讲解： 这个小点具体在说明 protein microenvironment 如何偏移 pKa；判断时要问该环境稳定的是质子化形式、去质子化形式，还是中性形式。
原文小点： Lys-NH3+ 若与 Asp salt bridge 形成，质子化形式稳定，pKa 高。
- 讲解： 这个小点具体在说明 protein microenvironment 如何偏移 pKa；判断时要问该环境稳定的是质子化形式、去质子化形式，还是中性形式。
原文小点： apolar environment 或附近正电荷会使 Lys-NH3+ 不稳定，pKa 低。
- 讲解： 这个小点具体在说明 protein microenvironment 如何偏移 pKa；判断时要问该环境稳定的是质子化形式、去质子化形式，还是中性形式。

做题和复习时怎么用

画 pKa 排序题时，先标出每个 residue 的 acid form 和 base form，再问环境稳定哪一个。不要只写“有盐桥所以 pKa 变高”，因为对酸性 residue 和碱性 residue 方向相反。

常见误区

只背 pKa 数值，不判断哪种 protonation state 被稳定。
把 buffer capacity 误解为任何 pH 都一样强。