蛋白质与聚电解质的相互作用：理论与实验的比较

我们讨论近期关于聚电解质与蛋白质相互作用的研究。特别地，我们综述了近期关于人血清白蛋白（HSA）或溶菌酶等简单蛋白质与线性聚电解质、带电树枝状大分子、带电网络及聚电解质刷相互作用的研究。在此讨论的所有情形中，我们将实验工作与分子动力学（MD）模拟和平均场理论相结合。具体而言，采用等温滴定量热法（ITC）获得相应的结合常数 Kb 和结合吉布斯自由能。含显式反离子但隐式水的 MD 模拟表明，反离子释放是蛋白质与强带电聚电解质结合的主要驱动力：位于蛋白质表面的正电荷斑块成为聚电解质的多价反离子，从而释放若干凝聚在聚电解质上的反离子。由反离子释放引起的结合吉布斯自由能被预测随体系中盐浓度的对数标度，这被模拟和实验共同验证。在若干情形下，即蛋白质与线性聚电解质和高度带电亲水树枝状大分子的相互作用中，结合常数可由模拟以非常好的近似算出。这一发现表明，在这些情形中显式水合效应对结合吉布斯自由能无贡献。通过应用动态密度泛函理论，该吉布斯自由能也可用于预测给定体系中微凝胶对蛋白质的摄取动力学。