熔解折叠态的热容陡峰:普里瓦洛夫与差示扫描量热仪(DSC)
1975 年 1月1日 · 充压双毛细管微量热池(Capillary Platinum Cells)与精密线性程序控温加热炉
你知道吗?
生命的大厦建立在脆弱的热力学悬崖边,微弱的热流变化是一座构象宫殿在烈火中坍塌的殉葬曲;在熔点峰前,万千弱相互作用的羁绊化为了精确焦耳。
蛋白质从有序紧凑的天然三维构象坍塌成无规则卷曲的变性态,本质上是一场热力学协同相变。但生物大分子的热变性焓变极其微弱,在常规化学量热计中完全被水溶液庞大的比热容噪声吞没。前苏联生物物理学家彼得·普里瓦洛夫(Peter L. Privalov)在莫斯科附近的普希诺生物物理研究所潜心多年,于1970年代中叶制造出世界第一台超高灵敏度精密毛细管差示扫描量热计(DSC)。
普里瓦洛夫将一对高精度铂金毛细管池置于真空绝热腔中,分别注入蛋白质溶液和匹配的参比缓冲液,并施加数个大气压防止高温气泡产生。在程序控制下以极其恒定的速率(如每小时60度)线性加温。当温度达到蛋白质的变性点附近,非共价氢键与疏水相互作用剧烈协同瓦解,蛋白质吸收大量热量,系统检测到流向样品池的额外热流,在仪器上画出一道陡峭的“过剩比热容(Excess Heat Capacity, )”吸热峰。
峰顶对应的温度即为热变性中点熔解温度 ,而峰面积直接积分给出了天然态瓦解的真实热力学焓变。这台仪器终结了人们对蛋白质折叠协同性的纯理论空想。