【熱點應用】等溫滴定量熱儀ITC在生物分子與納米顆粒相互作用研究中應用

等溫滴定量熱法（Isothermal Titration Calorimetry, ITC）通過直接測量生物分子反應過程中吸收或放出的熱量，為研究各種各樣的生物分子相互作用提供了全面的信息。

MicroCal PEAQ-ITC 微量熱儀具有樣品量消耗少、靈敏度高、廣泛的親和力測量范圍和可選擇的高通量等優勢，通過一次實驗即可獲取結合相關的親和力 (K_D)、化學結合計量比 (N)、焓變 (ΔH) 和熵變 (ΔS)等一整套熱力學信息。

ITC 不僅是藥物發現、蛋白質相互作用研究和調控的重要工具，也為深入了解蛋白質-納米顆粒相互作用的機制奠定基礎。

蛋白質可以吸附在大多數的納米顆粒上，這些相互作用大部分是放熱的，也有些是吸熱的。大多數蛋白質-納米顆粒相互作用的結果可以用 One set of sites 模型來擬合，各個蛋白位點和納米顆粒的結合具有相似的親和力。研究發現也存在適合 Two set of sites 模型的蛋白質-納米顆粒相互作用。圖1展示的細胞se素C 吸附在氨基酸包被的納米顆粒上發生了兩個結合事件，這可能是由于蛋白質構型的改變和由于更多蛋白質吸附到納米顆粒上導致的蛋白質間相互作用。

圖1：細胞se素C（CytC）吸附在氯基酸包被的納米顆粒(NPs)上的滴定曲線

有時也會出現傳統的單套或多套位點模型無法擬合的熱力學圖譜，圖2為 BSA 結合硫醇包被的金納米顆粒的滴定曲線。這種結合可能是由于納米顆粒和蛋白質的表面異質性造成的，因為一個納米顆粒可以提供不同性質的位點供蛋白質結合，而一個蛋白質也可以使用不同的基團與納米顆粒表面結合。

圖2：BSA結合到硫醇包被的金納米顆粒（AuNPs）的滴定曲線

盡管蛋白質-納米顆粒存在不同的相互作用類型，但焓熵補償關系仍然成立。ΔH--TΔS線性圖的斜率和截距被認為是復合物形成時構象變化和去溶劑化的定量衡量。

圖3：NP-蛋白質相互作用研究中的 TΔS –ΔH線性圖，使用一系列大小、表面功能差異較大的NPs

ITC也可用于識別相互作用過程中可能的蛋白質聚集或變性。例如，BSA在帶正電荷的金納米顆粒上的吸附表現出兩個結合事件，第一步結合的TΔS為-200 kJ mol^?1，而第二步結合的TΔS 為-1000 kJ mol^?1，這種異常的大熵變被認為是由蛋白聚集所導致的。

圖4：BSA結合到帶正電荷的NP的滴定曲線