【热点应用】等温滴定量热仪ITC在生物分子与纳米颗粒相互作用研究中应用

等温滴定量热法（Isothermal Titration Calorimetry, ITC）通过直接测量生物分子反应过程中吸收或放出的热量，为研究各种各样的生物分子相互作用提供了全面的信息。

MicroCal PEAQ-ITC 微量热仪具有样品量消耗少、灵敏度高、广泛的亲和力测量范围和可选择的高通量等优势，通过一次实验即可获取结合相关的亲和力 (K_D)、化学结合计量比 (N)、焓变 (ΔH) 和熵变 (ΔS)等一整套热力学信息。

ITC 不仅是药物发现、蛋白质相互作用研究和调控的重要工具，也为深入了解蛋白质-纳米颗粒相互作用的机制奠定基础。

蛋白质可以吸附在大多数的纳米颗粒上，这些相互作用大部分是放热的，也有些是吸热的。大多数蛋白质-纳米颗粒相互作用的结果可以用 One set of sites 模型来拟合，各个蛋白位点和纳米颗粒的结合具有相似的亲和力。研究发现也存在适合 Two set of sites 模型的蛋白质-纳米颗粒相互作用。图1展示的细胞se素C 吸附在氨基酸包被的纳米颗粒上发生了两个结合事件，这可能是由于蛋白质构型的改变和由于更多蛋白质吸附到纳米颗粒上导致的蛋白质间相互作用。

图1：细胞se素C（CytC）吸附在氯基酸包被的纳米颗粒(NPs)上的滴定曲线

有时也会出现传统的单套或多套位点模型无法拟合的热力学图谱，图2为 BSA 结合硫醇包被的金纳米颗粒的滴定曲线。这种结合可能是由于纳米颗粒和蛋白质的表面异质性造成的，因为一个纳米颗粒可以提供不同性质的位点供蛋白质结合，而一个蛋白质也可以使用不同的基团与纳米颗粒表面结合。

图2：BSA结合到硫醇包被的金纳米颗粒（AuNPs）的滴定曲线

尽管蛋白质-纳米颗粒存在不同的相互作用类型，但焓熵补偿关系仍然成立。ΔH--TΔS线性图的斜率和截距被认为是复合物形成时构象变化和去溶剂化的定量衡量。

图3：NP-蛋白质相互作用研究中的 TΔS –ΔH线性图，使用一系列大小、表面功能差异较大的NPs

ITC也可用于识别相互作用过程中可能的蛋白质聚集或变性。例如，BSA在带正电荷的金纳米颗粒上的吸附表现出两个结合事件，第一步结合的TΔS为-200 kJ mol⁻¹，而第二步结合的TΔS 为-1000 kJ mol⁻¹，这种异常的大熵变被认为是由蛋白聚集所导致的。

图4：BSA结合到带正电荷的NP的滴定曲线