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本文利用精密微量热法和摇床法对25℃不同硫酸铵((NH<,4>)<,2>SO<,4>)浓度下天然及变性溶菌酶(Lys)水溶液和适度疏水填料PEG-600混合时的吸附量和置换吸附热效应进行了测定。将总置换吸附焓△H<,i>分解为各个次级过程中的焓变分量:吸附亲和焓变△H<,a>,去水合焓变△H<,d>,分子构象焓变△H<,m>。通过对置换吸附焓变、熵变、自由能变的分量进行分析,探讨了盐浓度的变化对总焓变△H<,i>的影响,以及蛋白质在吸附折叠过程中各个次级过程与热力学分量之间的关系。
通过量热测定的焓变和平衡吸附热力学的分析,我们得知:(1)利用摇床法测定的天然溶菌酶在疏水表面的吸附量的结果表明,在低盐浓度下,天然溶菌酶的吸附表现为负吸附,在高盐浓度下吸附量显著增加。(2)不同盐浓度条件下天然溶菌酶在液/固界面上的置换吸附焓△H<,i>的值都为正值,表现为吸热。说明天然溶菌酶在疏水表面吸附时,失去了其有序天然结构,暴露了内部的疏水基团。(3)25℃不同硫酸铵浓度条件下,天然Lys在PEG-600表面上的吸附是一个熵驱动的过程,这是因为吸附过程中比起疏水作用来说,由于蛋白分子构象发生改变所引起的分子构象作用占了优势,暗示了吸附过程中熵增起了主要作用。(4)根据计量置换理论(stoichiometric displacement theory,SDT)理论,结合吸附等温线的数据,计算出各个次级过程中的热力学分量,首次揭示了蛋白吸附过程中各个次级过程与热力学分量之间的关系;(5)测定的焓变△H和计算得到的AG值说明了天然溶菌酶在表面上的吸附是一个自发的过程。
对相同条件下经1.8mol.L<-1>盐酸胍变性的变性溶菌酶的置换吸附焓同样进行了测定,研究发现(1)变性溶菌酶在疏水表面的吸附量随着盐浓度和蛋白浓度的增加逐渐增加。(2)变性溶菌酶在疏水表面上再折叠和吸附时,由于疏水作用的影响,在低盐浓度下,总置换吸附焓△H<,i>表现为吸热,但在高盐浓度下△H<,i>表现为放热。(3)变性溶菌酶的吸附和再折叠过程是同时发生的,在高盐浓度时疏水作用强于去水合作用,是一个主要由△H<,a>和△H<,m>的焓驱动过程促使了变性Lvs分子在PEG-600表面的吸附和折叠。(4)高盐浓度时由液固吸附热力学计算所得的熵变的分析,与微量热测定焓变的分析相一致,符合热力学焓一熵补偿理论,即高盐浓度时,在变性溶菌酶的吸附过程中,随盐浓度增加熵值的减小可通过较大的放热焓变得以补偿。
在液/固界面上蛋白吸附的微量热研究对于探讨蛋白的吸附及折叠的机理是非常重要和可信的。本文应用直接测得的、可信的置换吸附焓的数据,结合SDT理论将置换吸附过程细分为两个热力学分量:溶质的净吸附和溶剂的净解吸附过程,能够很好的解释蛋白吸附过程中的次级过程。