探索溶剂之外的水：通过发光测温技术洞察密度波动及EGFP蛋白的折叠过程

《The Journal of Physical Chemistry B》：Exploring Water Beyond the Solvent: Insights into Density Fluctuations and EGFP Unfolding via Luminescence Thermometry

水环境对蛋白质稳定性的影响研究。通过同位素置换实验（H2O/D2O）结合荧光淬灭、圆二色光谱及布朗运动速度测量，发现重水（D2O）中低密度水 motifs 更稳定，导致蛋白质解折叠温度升高（H2O 55°C vs D2O 64°C）。实验证实水结构异质性与蛋白质热稳定性直接相关，建立了新型光学表征方法。

　　

水在蛋白质稳定性中起着重要作用，但直接探测蛋白质界面处水分子的密度波动仍然具有挑战性。在这里，我们使用增强型绿色荧光蛋白（EGFP）来研究低密度（LD）和高密度（HD）水分子如何调节H₂O和D₂O中的蛋白质构象变化。通过加热-冷却循环观察荧光衰减情况，发现H₂O中的蛋白质构象变化起始温度约为55°C，而D₂O中为64°C，这与同位素替代对蛋白质稳定性的增强效应一致。圆二色性实验也证实了这一变化，D₂O的熔化温度更高（83°C vs H₂O的79°C）。通过发光测温法测量EGFP的布朗运动速度，发现其温度依赖性呈双线性关系，交叉温度分别为H₂O的55°C和D₂O的65°C，表明在重水中低密度水分子的存在时间更长。这些结果共同建立了一种完全基于光学方法的策略，将水分子的水合作用与蛋白质稳定性直接联系起来，为研究生物分子中的水合作用介导的动力学过程提供了新的途径。