蛋白质变性机理与变性时的热力学参数研究进展3卢雁33李向荣(河南师范大学化学与环境科学学院新乡453007)摘要生物大分子是近年来生命科学的研究热点和难点之一,而对蛋白质变性的研究有助于深刻揭示生命现象的机理。利用光谱学和热力学可以分别从微观和宏观角度对蛋白质变性进行研究,并由此得到表征蛋白质变性的热力学参数。这对深入了解蛋白质的折叠与伸展、变性机理、结构稳定性及生命体的新陈代谢等问题具有很大意义。近年来,国内外学者在此方面做了大量的工作,主要涉及蛋白质在水溶液中的变性机理、在有变性剂存在下水溶液中的变性机理及在含有其它物质水溶液中的变性机理。用来表征蛋白质变性的热力学参数有热容、变性自由能、变性焓和变性熵等。本文对这些研究进行了概述。关键词蛋白质变性热力学参数中图分类号:O51;O642.1文献标识码:A文章编号:10052281X(2005)0520905206ProgressinStudyofProteinDenaturationandThermodynamicParametersofDenaturationLuYan33LiXiangrong(CollegeofChemistryandEnvironmentalScience,HenanNormalUniversity,Xinxiang453007,China)AbstractThestudyofbiologicalmacromoleculeshasbeenoneofthepopularanddifficultresearchareainlifescienceinrecentyears.Thestudyofproteindenaturationisconductivetorevealthemechanismoflivingphenomenon.Usingthemethodsofspectroscopyandthermodynamics,onecanstudytheproblemsofproteindenaturationfromthemicroscopicandmacroscopicaspectsrespectively.Thethermodynamicparameterswhichmanifesttheproteindenaturationcanbeobtainedinthestudy.Allthestudiesaresignificanttounderstandmoredeeplyandpreciselythefoldingandunfolding,thestabilityanddenaturationofproteinsandthemetabolisminlivingsystems.Inrecentyears,muchhardworkhasbeendonebyscholarsfromallovertheworld.Theseworkhasmainlyinvolvedthedenaturationmechanismofproteinsinwater,inthesolutionwithdenaturantandinthesolutionwithothermatters.Thethermodynamicparameters,whichbeusedtomanifesttheproteindenaturation,areheatcapacity,Gibbsfreeenergy,enthalpyandentropy.Therecentprogressinstudyofproteindenaturationisreviewed.Keywordsproteins;denaturation;thermodynamicparameters收稿:2004年9月,收修改稿:2005年1月3国家自然科学基金资助项目(No.20443002)33通讯联系人yanlu2001@sohu.com一、引言蛋白质是一类与生命直接相关的生物大分子,在正常情况下以紧密折叠结构存在。天然蛋白质分子受到某些物理因素如加热、紫外线照射、高压、表面张力等或化学因素如有机溶剂、脲、胍、酸、碱等的影响时,生物活性丧失,溶解度降低,不对称性增高以及其他的物理化学常数发生改变,这种过程称为蛋白质的变性。早在1960年代就开始使用的微观方法即光谱学方法对蛋白质变性机理的研究到目前第17卷第5期2005年9月化学进展PROGRESSINCHEMISTRYVol.17No.5Sep.,2005©1995-2006TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.仍方兴未艾。而宏观方法即热力学方法所得的热效应只与体系的始终态有关,所以对研究像蛋白质这样的复杂体系有独到之处。近年来用热力学参数来表征变性机理备受青睐。本文就近十几年来对蛋白质变性和变性时的热力学参数研究进行概述。二、研究状况1.水溶液中蛋白质变性的研究1980年,Lilley[1]在含有氨基酸和肽的水溶液体系焓效应的研究中,对溶质2溶质间相互作用引入了Savage和Wood[2]提出的“基团加和”的方法。基团加和方法是计算展开状态蛋白质溶液热力学性质的有效方法,即将蛋白质分成各种构成基团,蛋白质的热力学性质可看作是各个构成基团热力学性质的加和。但任何基团加和方案的适用性都依赖于它所选择代表各个构成基团的模型化合物,同时也依赖于参数计算时所使用的数据可靠性[3]。1991年,Murphy等[4]依据基团加和的基本原理,研究了固态模型化合物和蛋白质伸展的热力学性质,分析了固态环状二聚肽溶解到水中的热力学数据,测定了小的球形蛋白质的变性和模型化合物溶解到水中焓和熵的收敛温度,并发现在...
