最近總看到一些記憶氨基酸的諧音口訣,甚至有人編了一些小故事。我一直認為,這不是最好的方法,理解基礎上的記憶總是勝過死記硬背,諧音故事聽多了,也容易搞混。所以,在這裡寫出我對基本氨基酸名稱、功能等方面的一些理解,應該有助于對氨基酸的學習和記憶。
所謂基本氨基酸,是指生物體用來合成蛋白質的氨基酸。每一種基本氨基算都有對應的遺傳密碼,在核糖體合成蛋白質的時候,需要由特定的轉運RNA攜帶,才能摻入蛋白質中。那些蛋白質合成完畢之後加工修飾而成的特殊氨基酸不屬于基本氨基酸,攝入之後也不能直接用于蛋白質的合成。比如膠原蛋白中的羟脯氨酸,各種磷酸化、乙酰化的氨基酸都屬于此類。
基本氨基酸目前發現的有22種,除了生化書上列出的20種之外,還有硒代半胱氨酸和吡咯賴氨酸。這兩種氨基酸均有相應的遺傳密碼和tRNA,直接參與蛋白質合成過程,所以符合基本氨基酸的定義。不過吡咯賴氨酸隻在産甲烷菌中發現,人體中并不存在,所以人體中隻有21種基本氨基酸。因為用到硒代半胱氨酸的地方不多,所以這裡隻介紹常用的20種氨基酸。
基本氨基酸是用來構成蛋白質的。蛋白質的生物功能千變萬化,所以就需要這些氨基酸具有不同的電荷,不同的疏水性,不同的活性基團等等。因此,氨基酸的結構也分成幾類。而且,每一類氨基酸基本都有2種,其性質相似,結構略有不同,可以适應不同的需要。所以,最自然的記憶方法就是按照氨基酸的結構分類來記。
具體點說,芳香族氨基酸2種,雜環氨基酸3種,剩下15種都是脂肪族氨基酸。脂肪族氨基酸再分,堿性氨基酸2種(組氨酸歸類到雜環裡了),酸性氨基酸2種,側鍊含酰胺的2種(可以算酸性氨基酸的衍生物),側鍊含有羟基的2種,側鍊含硫的2種,支鍊氨基酸3種,還有側鍊非常簡單的兩種。
為了叙述方便,我先介紹最簡單的兩種氨基酸,甘氨酸(glycine,Gly)和丙氨酸(Alanine,Ala)。這主要是因為他們可以作為基礎模闆,往上添加基團就可以生成其它各種氨基酸。
甘氨酸有特殊甜味,所以他的英文名稱來自希臘語glykys(甘甜的味道),中文譯名既蘊含甘甜之意,又有相似的發音,堪稱“信、達、雅”的典範。因為有甜味,所以甘氨酸在食品工業中經常作為調味劑,起到去苦增甜的作用。所以,有同學說他用“苦盡甘來”一詞記憶甘氨酸,倒是很恰當的。甘氨酸的側鍊最小,隻有一個氫原子。這使他與衆不同,是唯一沒有手性的基本氨基酸。小巧靈活是甘氨酸在蛋白質中的特點,比如膠原蛋白的三股螺旋構象是非常特殊的,必須要每隔兩個殘基就有一個甘氨酸,否則就會導緻空間位阻過大。同理,蛋白質兩個結構域之間的連接也經常需要甘氨酸提供構象的靈活性。不過,甘氨酸靈活有餘,穩定就難免不足。在形成α-螺旋的時候,甘氨酸是最強的破壞者之一,原因就是側鍊太小,構象根本穩定不下來。另外,甘氨酸常用來配制緩沖液,經常做電泳實驗的同學一定記得。
丙氨酸的英文名字來源于德語乙醛,而中文名字就很好理解,因為丙氨酸含有三個碳,化學名就是氨基丙酸。這是一個樸實無華的名字,就像氨基酸的特點一樣。丙氨酸的側鍊隻有一個甲基,比甘氨酸稍大一點。我畫其它18種氨基酸結構式的時候都是在丙氨酸上添加基團來畫的。在蛋白質中,丙氨酸的作用就像一塊磚,平平無奇,最基礎的建築材料,跟誰也不沖突。丙氨酸的側鍊位阻小,放在α-螺旋裡,它是最強的形成者之一;放到β-折疊裡,也非常穩定。在蛋白質工程裡,如果要把蛋白質上的某個氨基酸突變掉,又沒有特定的目标,一般可以突變成丙氨酸,這樣不容易破壞蛋白質的整體構象。
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