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【编辑推荐】为阐明渗透剂诱导蛋白质稳定机制，研究人员以相关水调节假说为基础，借助荧光相关光谱（FCS）探究渗透剂对蛋白质构象波动动力学及相关水动力学的影响。发现稳定 /destabilizers 分别减缓 / 加速水动力学并影响蛋白柔性，为揭示蛋白稳定机制提供新视角。
在生命科学领域，蛋白质的稳定性调控一直是备受关注的核心问题。渗透剂（Osmolyte）作为一类能在细胞内维持渗透压平衡的小分子物质，其诱导蛋白质稳定的现象早已被观察到，但背后的分子机制却如同蒙上一层神秘面纱。尽管科研人员围绕这一现象提出了多种假说，然而长期以来，究竟是怎样的内在联系主导着渗透剂与蛋白质稳定性之间的 “对话”，始终缺乏清晰且全面的解答。尤其是相关水调节假说（Associated Water Modulation Hypothesis）虽被认为最能解释渗透剂的稳定效应，但渗透剂引起的水动力学变化究竟如何与蛋白质的动态行为产生关联，二者之间的分子基础依然模糊不清。在这样的背景下，揭示渗透剂、蛋白质、水分子三者之间的动态互作机制，成为破解蛋白质稳定谜题的关键一环，对于理解生命体系的稳态维持以及开发新型蛋白质保护剂具有重要的科学意义和应用价值。
为了揭开这一科学谜团，研究人员开展了深入研究。他们聚焦于渗透剂诱导蛋白质稳定过程中蛋白质波动与相关水动力学的相互作用这一核心主题，试图通过精准的实验手段，建立起水动力学变化与蛋白质构象动态之间的直接联系。
研究得出，渗透剂通过调控相关水动力学影响蛋白质内部柔性，进而决定蛋白质的热稳定性，稳定化剂与去稳定化剂呈现出相反的作用效果，这一发现为渗透剂诱导蛋白质稳定的机制提供了新的分子层面的解释。该研究成果发表在《Biophysical Journal》，为蛋白质稳定性调控领域的发展注入了新的活力。
研究人员主要采用了荧光相关光谱（Fluorescence Correlation Spectroscopy, FCS）这一关键技术。该技术能够灵敏地检测分子的动态行为，通过分析荧光信号的涨落，获取分子扩散系数、构象变化等信息，从而为研究蛋白质的内部柔性（以构象波动动力学作为衡量指标）以及相关水动力学的变化提供了有力工具。
渗透剂对相关水动力学与蛋白质构象波动动力学的影响
通过荧光相关光谱技术，研究人员观察到渗透剂的加入会显著改变蛋白质周围相关水的动力学特性。具体而言，稳定化剂（Stabilizers）能够减缓相关水的动力学过程，而去稳定化剂（Destabilizers）则会加速这一过程。与此同时，蛋白质的构象波动动力学也呈现出相应的变化：与稳定化剂作用时，蛋白质的构象波动动力学减缓，表明其内部柔性降低；而在去稳定化剂的影响下，蛋白质的构象波动动力学加快，内部柔性显著增加。这一结果直接揭示了相关水动力学与蛋白质构象动态之间的紧密关联。
水动力学变化与蛋白质热稳定性的相关性
进一步研究发现，渗透剂诱导的相关水动力学变化与蛋白质的热稳定性之间存在明确的对应关系。稳定化剂通过减缓相关水动力学，使蛋白质内部变得 “刚硬”，柔性降低，从而显著增强了蛋白质的热稳定性；相反，去稳定化剂加速相关水动力学，导致蛋白质内部柔性增加，热稳定性下降。这一现象清晰地表明，相关水动力学的调控是渗透剂影响蛋白质稳定性的重要中间环节。
研究结论与意义
本研究通过荧光相关光谱技术，首次在分子水平上直接观察到渗透剂诱导的相关水动力学变化与蛋白质构象波动动力学之间的因果关系，明确了蛋白质内部柔性在这一过程中的关键作用。研究结果不仅为相关水调节假说提供了坚实的实验证据，更深入揭示了渗透剂诱导蛋白质稳定的分子机制 —— 即渗透剂通过调控蛋白质周围水分子的动态行为，改变蛋白质的构象柔性，进而影响其稳定性。这一发现为理解生命体系中蛋白质与小分子物质的相互作用提供了新的视角，也为设计和开发基于渗透剂的蛋白质稳定剂、优化蛋白质制剂的稳定性以及深入研究与蛋白质构象异常相关的疾病（如神经退行性疾病）提供了重要的理论依据和潜在靶点。
值得注意的是，本研究聚焦于渗透剂 - 水 - 蛋白质三者的动态互作，强调了生物分子周围水分子在功能调控中的关键作用，拓展了人们对蛋白质动态行为调控机制的认识。未来，进一步探究不同类型渗透剂的作用特异性以及在复杂生物体系中的应用，将有助于推动该领域从基础研究向实际应用的转化，为健康医学领域带来更多创新可能。
