综述：利用经济易得的小分子稳定蛋白质溶液

这篇综述系统总结了通过添加经济易得的小分子（如氨基酸、糖类和其他渗透剂）改善纯化蛋白质稳定性和溶解性的策略，重点探讨了精氨酸（Arg）、蔗糖（sucrose）、甘油（glycerol）等添加剂的作用机制，并介绍了圆二色谱（CD）、差示扫描荧光法（DSF）等检测技术，为蛋白质（特别是可溶性蛋白）的生化与生物物理研究提供了实用指导。

　　

引言

蛋白质在纯化后的水溶液环境中常面临稳定性挑战，与天然拥挤的细胞环境相比，仅含缓冲盐的简单体系易导致蛋白质变性或聚集。研究表明，添加小分子添加剂能通过调节水合作用、疏水相互作用等机制维持蛋白质天然构象，尤其对结构生物学（如X射线晶体学、冷冻电镜）和生化实验至关重要。本文聚焦经济易得的添加剂，避免需要定制合成的昂贵化合物。

常用稳定蛋白质的小分子

氨基酸类

精氨酸（Arg）：0.1-2 M浓度范围内，其胍基和甘氨酸组分分别通过阳离子-π作用和盐桥稳定蛋白质表面。低于100 mM时类似甘氨酸效应，而高浓度可能引发 destabilization。协同谷氨酸（Glu）使用可显著抑制聚集，如将Bacillus anthracis的NaNMAT蛋白回收率提高8倍。

组氨酸/咪唑：50 mM咪唑能稳定单链抗体片段（scFv），但需注意其在高pH下可能抑制静电相互作用。

其他氨基酸：脯氨酸（Pro）通过羧基结合蛋白质并形成“笼效应”捕获水分子；丝氨酸（Ser）则通过极性侧链增强水合作用。

糖类

蔗糖与海藻糖：0.3-1 M蔗糖通过增加体积填充密度压缩蛋白质构象，而海藻糖因二面角旋转受限更接近天然环境，对肌红蛋白（myoglobin）的稳定效果更优。两者均能抑制IL-1ra二聚化和rhIFN-γ聚集。

其他渗透剂

甘油：3-50%浓度下通过两亲性稳定蛋白质中间态，但可能阻断酶活性位点。

甜菜碱（betaine）：0.015-0.5 M通过甲基铵基团与芳香族残基的阳离子-π作用抵抗尿素变性，但pH敏感性较强。

稳定性检测方法

圆二色谱（CD）：通过190-240 nm远紫外光谱监测二级结构变化，升温实验可测定解链温度（T_m）。

差示扫描荧光法（DSF）：利用SYPRO Orange等染料结合疏水区，实时追踪升温过程中的荧光信号变化。

纳米差示扫描荧光（nano-DSF）：基于色氨酸（Trp）内源荧光，适用于膜蛋白等特殊体系。

结论

小分子添加剂通过多样机制（如 preferential hydration、疏水屏蔽）改善蛋白质稳定性，但效果因蛋白质特性而异。推荐组合使用检测技术（如CD+DSF）进行条件优化，同时需注意添加剂对下游实验（如交联反应）的潜在干扰。精氨酸-谷氨酸协同方案、海藻糖的低温保护作用等策略尤为值得尝试。