综述:太赫兹量热法揭示水在生物过程中的作用

【字体: 时间:2025年05月10日 来源:Nature Reviews Chemistry

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  本文聚焦太赫兹(THz)量热法,它能实时推导和量化生物过程中溶剂化熵和焓的变化。水与蛋白质的相互作用影响蛋白质结构形成,THz 量热法可关注此作用。THz 技术发展为研究低频分子间作用带来新机遇,其研究成果有望揭示生物功能奥秘。

  

太赫兹量热法在生物过程研究中的重要性


太赫兹(THz)量热法是一种能实时推导和量化生物过程中溶剂化熵和焓变化的技术。在生命活动里,基本生物过程本质上处于非平衡状态,自由能的微小失衡就可能引发蛋白质凝聚或折叠。

生物物理技术往往侧重于结构表征,却常忽视水的作用。水作为常见溶剂,蛋白质 - 水之间的分子间相互作用,与蛋白质 - 蛋白质的分子内相互作用存在竞争关系。这种竞争使得蛋白质在形成功能结构和完全溶解于水中达到一种微妙的平衡。

生物过程的特性显著,但溶剂化焓和熵对总吉布斯自由能(ΔG)的贡献相互竞争,最终导致总能量差异仅有几 kJ?mol?1 ,然而就是这微小的能量差异却能决定生物功能。THz 量热法的独特之处在于,它能聚焦这些分子间耦合的蛋白质 - 水相互作用。

随着 THz 技术的实验进展,一个新的频率窗口被打开,这个窗口非常适合探测这些低频分子间相互作用。目前研究基于这样一种观点:观察到的溶剂化熵和焓的变化并非生物过程的次要影响,而是决定生物功能的关键因素。这意味着,通过 THz 量热法深入研究这些变化,有望为揭示生物功能的奥秘提供新的方向和思路,在生命科学和健康医学领域具有重要的潜在价值。

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