深共熔溶剂极性调控血红蛋白结构稳定性的亲疏水平衡机制研究

为解决非水溶剂对蛋白质结构稳定性的影响问题，研究人员以血红蛋白(Hb)为模型，系统研究了四种不同烷基链长度的深共熔溶剂(DESs)对蛋白质构象和热稳定性的影响。研究发现N4444Br:E和N4444Br:D分别通过亲水和疏水作用最佳维持Hb结构，为蛋白质在替代介质中的稳定应用提供了新思路。

　　

在生物技术和医学应用中，蛋白质的稳定性始终是核心挑战。传统有机溶剂如丙酮和DMSO虽然广泛应用，但容易破坏蛋白质的疏水核心和氢键网络，导致蛋白质变性失活。更棘手的是，这些溶剂往往具有毒性和环境危害性，与绿色化学原则背道而驰。在此背景下，深共熔溶剂(DESs)作为新兴的"绿色溶剂"崭露头角，但其对蛋白质结构稳定性的影响机制尚不明确，特别是疏水性DESs的研究更为匮乏。

针对这一科学问题，德里大学（University of Delhi）的研究团队在《International Journal of Biological Macromolecules》发表了一项创新研究。他们以血红蛋白(Hb)为模型蛋白，系统探究了四种不同疏水特性的DESs对蛋白质结构完整性和稳定性的影响。这些DESs以四丁基溴化铵(N₄₄₄₄Br)为氢键受体(HBA)，分别与乙醇(E)、己醇(H)、辛醇(O)和癸醇(D)四种链长递增的醇类氢键供体(HBD)按1:2摩尔比配制，形成亲水性递减而疏水性递增的溶剂体系。

研究采用了多学科交叉的技术方法：紫外-可见光谱(UV-Vis)和荧光光谱分析蛋白质构象变化；圆二色谱(CD)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)解析二级结构；热稳定性UV-Vis评估耐热性；动态光散射(DLS)测定流体力学尺寸和zeta电位；透射电镜(TEM)观察形貌特征。

在"光谱分析揭示DESs对Hb构象的影响"部分，研究发现N₄₄₄₄Br:E处理的Hb在406 nm处的Soret带和280 nm处的芳香族氨基酸吸收峰保持最佳，表明其最有效维持了血红素环境和三级结构。随着HBD烷基链增长，Hb结构扰动加剧，呈现N₄₄₄₄Br:H < N₄₄₄₄Br:O < N₄₄₄₄Br:D < N₄₄₄₄Br:E的稳定性顺序。

"热稳定性研究"显示所有DESs都降低了Hb的耐热性，但N₄₄₄₄Br:E和N₄₄₄₄Br:D影响最小。这一现象在"胶体稳定性评估"中得到印证——DLS和TEM证实这两种DESs维持了最均匀的Hb单分散体系，而中间极性的N₄₄₄₄Br:H和N₄₄₄₄Br:O导致更明显的聚集。

研究结论创新性地提出了"极性平衡"机制：极端亲水的N₄₄₄₄Br:E通过强水合作用稳定蛋白质表面，而高度疏水的N₄₄₄₄Br:D则通过优化与Hb内部疏水区的相容性维持结构。这一发现为理性设计蛋白质稳定溶剂提供了新范式，对血液制品保存、生物催化剂开发和蛋白质药物制剂等领域具有重要指导价值。研究首次系统阐明了DESs亲疏水平衡与蛋白质稳定性的定量关系，填补了疏水性DESs生物相容性研究的空白。

该工作由Bindu Yadav、Deepak Chahar等学者合作完成，获得了印度大学教育资助委员会(UGC)和新西兰Marsden基金的支持。研究不仅为蛋白质在非水介质中的应用开辟了新途径，也为实现绿色化学目标提供了重要科学依据。