求助：蛋白的残基质子化的基础概念以及质子化的位置如何确定？

sun877469558

向各位老师请教一些关于蛋白氨基酸的一些质子化与去质子化问题，

我理解的关于氨基酸残基质子化与去质子化基础概念，不知道理解的正确与否
所有蛋白质残基的质子化状态是通过氢键模式、溶剂可及性和可能形成的离子对的研究确定的，那么在计算pka的方法，除了有Possion-Boltzmann方程和经验预测外，包括QM/MM方法也可以计算
当环境pH>残基pKa，残基脱质子，带负电
当环境pH<残基pKa,残基质子化，带正电

我想请问3个问题
1.在一篇Angew中，提到在一个酶催化中心附近的赖氨酸也被设置为去质子化状态，这个酶的最适pH是11，那么是不是意味着，这个赖氨酸的pKa＜11，所以作者设置成脱质子状态
2.蛋白质氨基酸的质子化与脱质子化与氨基酸本身是酸性碱性氨基酸有无关系？我认为是没有关系的，不知道对不对
3.在组氨酸的质子化中，例如如何确定在NE2还是ND1的质子化，这种判断还能否用经验法或者Possion-Boltzmann方程去直接判断，还是确定了质子化后再根据氢键模式等去肉眼判断？或者说只能用QM/MM法去判断。

agent99

有种方法叫constant-pH MD，貌似是你设定一个pH，然后系统会自动把每个氨基酸调整到合适的质子化状态。我没有用过，只是听说，你可以看看

sobereva

1 没法简单这么说。LYS的模型体系中的pKa和pH=11相差不大，而它的pKa又会受到所处实际环境影响，所以应当通过比如PROPKA等程序预测此LYS的pKa。

2 比较pH和当前环境的pKa判断

3 根据形成氢键的可能性判断，诸如GROMACS的pdb2gmx、ProteinPlus里的Protoss确定HIS质子化情况时都会考虑这一点。用不着昂贵的QM/MM计算（而且本身也没必要非得QM/MM的形式，如今用QM基于足够大的簇模型算方便得多，看http://sobereva.com/597）

sun877469558

sobereva 发表于 2022-3-27 11:33
1 没法简单这么说。LYS的模型体系中的pKa和pH=11相差不大，而它的pKa又会受到所处实际环境影响，所以应当通 ...

谢谢老师答复，

针对问题1，我是反过来询问的，作者应该是预测了pka然后结合实际环境的pH，确定了此LYS的去质子化

Hear

sobereva 发表于 2022-3-27 11:33
1 没法简单这么说。LYS的模型体系中的pKa和pH=11相差不大，而它的pKa又会受到所处实际环境影响，所以应当通 ...

老师您好！最近刚接触氨基酸残基的质子化和去质子化问题，看了楼主的帖子，有几个问题想向您请教一下。我的环境PH=7，利用PKA17得到了各个氨基酸残基的pKa
1. 计算得到的一个组氨酸的pKa=6＜7，此时组氨酸是去质子化状态（ND和NE上都没有H），带一个负电荷吗？
2.计算得到的一个组氨酸的pKa=7.6＞7，此时组氨酸是质子化状态（H在ND或者NE上），电荷为0吗？
3.pKa在什么情况下组氨酸的ND和NE上才会都有H呢？

sobereva

Hear 发表于 2023-7-13 16:23
老师您好！最近刚接触氨基酸残基的质子化和去质子化问题，看了楼主的帖子，有几个问题想向您请教一下。我 ...

pKa预测程序的精度很有限，离实际模拟pH相差不大的时候也别太当回事
HIS的质子化状态和形成氢键有密切联系，这取决于化学环境。GROMACS的pdb2gmx在考虑HIS的被质子化的方式时自动考虑了这一点。

Hear

sobereva 发表于 2023-7-14 11:01
pKa预测程序的精度很有限，离实际模拟pH相差不大的时候也别太当回事
HIS的质子化状态和形成氢键有密切联 ...

谢谢老师的回复，我还有一下几个小问题，还望您能指点一下。
1.您说的“离实际模拟pH相差不大”的情况，像pKa=6和PH相差1是不是可以认为属于这种情况呢，此时要根据氢键来确定HIS的质子化状态呢？
2.像H在ND（或NE）上以及ND和NE上都有H，这两种状态是不是都叫组氨酸的质子化状态呀？我之前在网上有看到过说H只在ND（或NE）上属于组氨酸的去质子化形式，跟我理解的组氨酸去质子化形式（带一个负电荷）不一样，所以对组氨酸的质子化和去质子化的概念有点疑问。

sobereva

Hear 发表于 2023-7-15 09:50
谢谢老师的回复，我还有一下几个小问题，还望您能指点一下。
1.您说的“离实际模拟pH相差不大”的情况， ...

1 是
2 去质子化和质子化后，都叫质子化状态