在最新发表的关于核糖体的综述中，彼德摩尔----这位因为获奖人数限制（最多三人）而遗憾错失诺贝尔奖的重量级科学家----认为，核糖体在蛋白质合成过程中所有构象的结构解析工作已经接近完成。这个领域的重点将从结构测定转移到理解核糖体在它发挥功能结构的变化的原因，在将来，动力学和热力学的实验将变得更为重要。因为单纯的晶体结构还不能告诉我们关于核糖的一切。由此我们认为，相对简单的生物物理化学技术与方法在过去，现在和将来都会发挥其不可替代的作用。从实际运作角度出发，这些技能容易学会和掌握，很快自己就能独立工作，而不象X-射线晶体学和NMR，需要较长时间的训练，才能掌握。还有一个重要原因就是，后两项仪器不是任何研究者都能接触得到的。

       量热学是一门古老的科学，诞生于约３５０年前。事实上，量热学在其发展初期就运用于生命科学中。在１７８０年代，法国科学家拉瓦锡和拉普拉斯合作，用冰水量热仪器测量了老鼠的代谢热。得出的结论是：生命体的代谢是一个缓慢的碳燃烧过程。例如，在1780年，拉瓦锡和拉普拉斯建立了一个“冰量热仪”，他们将豚鼠放在其中。他们测量了１０个小时内熔融的冰量和同时期内动物产生的二氧化碳.，这个结果和用等量的碳燃烧产生热量相比。他们认为动物的呼吸可以等同于简单的燃烧概念。从某种意义上说，拉瓦锡, 拉普拉斯开始生物量热领域。

现在，又焕发了青春。这种新的兴趣归因于四个重要的因素。首先，在电子科学的重大进展大大提高了量热仪器的灵敏度。二，改进的合成方法和生化分离/纯化技术为量热仪提供足够的纯度和数量的样品。第三，计算机技术的进步，再加上理论的形式化, 使得能够从固有的原始量热数据提取的最大数量的信息中。最后，商业化更普遍使用的科学的高度敏感量热仪器不再是那些能够建立他们自己的仪器实验室能够使用的。

等温滴定量热（ITC）通过检测所吸收的或释放出来的热量来测量结合反应的焓变。原始数据生成由仪器转换为结合的等温线，使我们得到直接或间接的热力学参数，化学计量比n和嘉（1/Kd）。要精确地确定所有参数，曲线需要有足够的S形，这种形状是由Ka和结合位点浓的（即产物的n和蛋白质浓度[M]）。这依赖性通常被称为C-怀斯曼参数c = n[M]tXKa其中最佳的有一个值，该值在10和100之间。

量热法是唯一的一个生物物理技术，允许直接测量在生理特性有关温度的超嗜热蛋白质的能量。没有其他方法直接测量的焓的变化，和作为等它应该被看作是一个必不可少的工具热力学研究。但是，量热法是没有选择性。它“看到”的一切，因此解释链接的反应可能会很困难或存在欺骗性。热力学描述通常像俄罗斯套娃玩，我们通常认为我们明白了一个系统，才发现，还有另一种不可预见的小娃娃隐藏在。综合DSC，ITC和光谱数据分析通常可以解决这些困难，并使其更容易实现准确的超嗜热蛋白质的稳定性和功能的表示形式。

等温滴定量热法在生命科学研究中应用 

技术指标：
短期噪音水平：0.5纳卡/秒 (2 纳瓦)。
基线重复性：优于±20纳瓦/小时 。
工作温度： 2oC 到 80oC 。
最小响应时间： 17秒
可选择化学反应的响应时间： 多种选择（专利技术） 。
搅拌速度有多种选择。
控温方式：Peltier电子控温方式，快速达到控制温度，不需水浴。
样品池材质：铪合金 ，1.3 ml ， 固定式。
检测方式：功率反馈式,负反馈补偿，直接测定热量。

配置： 
超灵敏量热仪主机， 工作软件， 进样、清洗装置， 基本附件。
仪器设备的先进性和实用性：
适用学科范围： 物理化学、生物化学、生物物理、化学生物学、生命科学、药物学、土壤学、胶体化学 等。 

等温滴定量热法(Isothermal Titration Calorimetry, ITC)是近年来发展起来的一种研究生物热力学与生物动力学的重要方法，它通过高灵敏度、高自动化的微量量热仪连续、准确地监测和记录一个变化过程的量热 曲线，原位、在线和无损伤地同时提供热力学和动力学信息。微量热法具有许多独特之处。它对被研究体系的溶剂性质、光谱性质和电学性质等没有任何限制条件， 即具有非特异性的独特优势，样品用量小，方法灵敏度和精确度高(本仪器最 小可检测热功率2 nW，最小可检测热效应0.125uJ，生物样品最小用量0.4ug，温度范围2 0C - 80 0C，滴定池体积1.43 ml)。实验时间较短(典型的ITC实验只需30-60分钟，并加上几分钟的响应时间)，操作简单(整个实验由计算机控制，使用者只需输入实验的参数，如 温度、注射次数、注射量等，计算机就可以完成整个实验，再由Origin软件分析ITC得到的数据)。测量时不需要制成透明清澈的溶液, 而且量热实验完毕的样品未遭破坏，还可以进行后续生化分析。尽管微量热法缺乏特异性但由于生物体系本身具有特异性，因此这种非特异性方法有时可以得到用特 异方法得不到的结果，这有助于发现新现象和新规律，特别适应于研究生物体系中的各种特异过程。

ITC的用途
获得生物分子相互作用的完整热力学参数，包括结合常数、结合位点数、摩尔结合焓、摩尔结合熵、摩尔恒压热容，和动力学参数(如酶活力、酶促反应米氏常数和酶转换数)。

ITC的应用范围
蛋白质-蛋白质相互作用(包括抗原-抗体相互作用和分子伴侣-底物相互作用)；蛋白质折叠/去折叠；蛋白质-小分子相互作 用以及酶-抑制剂相互作用；酶促反应动力学；药物-DNA/RNA相互作用；RNA折叠；蛋白质-核酸相互作用；核酸-小分子相互作用；核酸-核酸相互作 用；生物分子-细胞相互作用.

加样体积：（实际体积）
cell：1.43 ml，syringe：300 μl

准备样品体积（最少量）
cell：2 ml，syringe：500 μl

样品浓度cell：几十μM到几mM
syringe：几百μM到几十mM

测量Kb范围102-1012 M-1

滴定实验前恒温30-60 min
等温滴定量热实验所需时间，一般1.5-4 hr

该仪器的特点和优势 ： 
1.该型号仪器的检测原理为功率反馈式, 功率负反馈补偿，直接测定热量， 测得的结果直接， 准确 。 
2.仪器的灵敏度最高，短期噪音水平0.5纳卡/秒 (2 纳瓦)， 样品量可以低至微克级 。 
3.该仪器可选择化学反应的响应时间， 从而能提供研究多样性反应过程的可能性。 
4.该型号仪器使用时无其它消耗品需求， 不需固定化、不需修饰， 对包括混悬液、带颜色的样品、一定黏度的样品体系等都可适用。
5.该型号仪器的控温方式为Peltier电子控温方式，可快速达到控制温度，不需水浴， 控温精度高。
6.该型号仪器的软件功能全面，专业的控制和数据处理软件（VPViewer ， Origin 7.0 ）包含目前所发现的全部反应模型和数据解析模型。
7.全球引用该仪器产生的数据而发表的文献， 占同类文献的份额为95%以上。 

该仪器设备对环境的要求：洁净， 避免强光、电场、磁场、气流波动、震动。

等温滴定量热

（ITC）已经成为普遍和强大的技术，为研究广泛具有亲合力的反应。ITC已用于蛋白质 - 碳水化合物相互作用的研究，并且已经提供了测量碳水化合物亲合度，给予一个在分子基础的了解反应基本知识的重要途径。 ITC是唯一直接测量结合焓的实验技术。 ITC能够测量伴随着具有结合焓随温度的变化的摩尔热容量的变化，这个参数是很有价值的考虑的分子基础热力学结合参数。

等温滴定量热（ITC）直接测量一个化学反应的能量，由两部分组成的混合触发。一个典型的ITC实验进行通过逐步加入之一的反应物（～10μL每次注射）导入反应池（约1mL）中含有的其它反应物。一个典型的实验在图1中示出。中的化学反应创建的每个注射或者释放或吸收一定的热量的量成比例的配体结合到一个特定的注射中的蛋白质（五×高亮度量ΔLi）和特征结合焓（ΔH）反应为：

其中v是的反应池的体积，和高亮度量ΔLi是结合的配体的浓度增加后的第i个

注射。随着现代ITC工具的操作热补偿的原则，仪器响应（测量信号）的功率量（microcalories每秒），以保持恒定的温度反应和参考单元的区别。

因此，在每次注射后得到的热计算每个峰下的面积。由于量未络合的蛋白质可以逐步录每个逐次注射后，幅度峰逐渐变小，直到完成达到饱和状态。一旦这种情况下是到达时，随后的注射产生类似的峰相应的稀释或机械效应，需要从所有的注射峰之前要减去分析。根据每个峰的校正面积由下式给出等式1中，它被用来对数据进行分析。数量的浓度之间的区别是高亮度量ΔLi结合的配体中的第i和第（i-1）次注射，及其功能的形式依赖于特异性结合模型。对于最简单的情况下，其中的蛋白质具有一个结合位点，式（1）成为：

其中，Ka是结合常数和[L]的浓度是的游离配位体。由于公知的实验的数量是的总的配体的浓度，而不是游离配位体浓度，等式2方面需要被重写总配体浓度。的解决方案，这和

其他更复杂的绑定模型总配体浓度已发表在。

分析数据产生ΔH和ΔG= RTlnKa。 “通过使用标准的热力学熵变化得到

表达ΔG=ΔH-TΔS。通过重复滴定在不同的温度下，它也有可能确定在热容量（ΔCp）相关的变化结合反应

弗里施等人利用等温滴定量热法和蛋白质工程相结合，研究了胞外核糖核酸酶:芽孢杆菌RNA酶和其细胞内的多肽抑制剂: 芽孢杆菌RNA酶抑制剂之间的相互作用. 野生型芽孢杆菌RNA酶和芽孢杆菌RNA酶抑制剂反应的焓变是 79.1（±0.4）kJ/mol （pH值为8，25℃）。他们生产了这两种分子的多种突变体，使得有31种不同的组合的相互作用可以用量热法研究。结果表明的结合的化学计量没有受到一个或两个分子突变的影响，200以上的等温滴定量热数据表明，两者的反应是1:1 的结合，符合它们形成的1:1复合物, 且任一组分都没有聚集或变性。任何一个蛋白质的一个单一的氨基酸突变的分子都会导致相对于野生型不利（少负）的焓的变化，范围在2-71kJ/mol。但是,相应的吉布斯自由能变化却很小，0.4～37 kJ/mol，显示了焓-熵补偿原则。突变相对位置对相互作用影响的重要性可以通过使用双突变循环方法来进行评估。在此过程中，两个残基X和Y是分别单独突变和成对突变, 反应的自由能变化可以由下列公式计算出

其中ΔGxy是野生型反应的Gibbs能量，ΔGx→A和ΔGy→A是两个单突变体的Gibbs能量, ΔGx→A,y→A为双突变体的能量。如果两个突变是独立的, ΔGxy将为零，如果两个突变相互影响,ΔGxy不会是零。使用这种方法，结果发现，如果芽孢杆菌RNA酶和芽孢杆菌RNA酶抑制剂突变位置大于0.8 nm, 它们对反应的影响就是独立的。作者的结论是，因为弱的分子间的反应焓-熵补偿原理, 弱相互作用的结构功能关系最好是研究在Gibbs自由能的变化，而不是在焓的变化.分子伴侣-配体相互作用的热化学研究需要的的条件下确保配位体是不折叠成天然构象的，其实分子伴侣不会与自然态的蛋白质反应，他们识别非折叠状态的蛋白质, 并且协助它们进行正确的折叠。相互作用研究必须在缓慢折叠的条件下，或在存在低浓度的变性剂条件下进行。许多天然的蛋白质配位体具有疏水前导序列, 分子伴侣是否能够识别前导序列或非折叠结构的一部分的是一个重要问题。 前导序列是蛋白质已折叠和/或已运送到其目标位置后蛋白水解裂解后的产物。

大肠杆菌胞浆的分子伴侣SecB通过结合非折叠状态的前体蛋白，将多肽运送到周质中。它也控制在细胞质中的蛋白质天然构象的动态分布，但是, 对蛋白质来说, 这是错误的位置，分子伴侣SecB  需要通过细胞质膜将蛋白质运送到正确的位置。SecB与前体（前导序列）和成熟形式（不带引导序列）的麦芽糖（MBP）和半乳糖（GBP）结合蛋白已被等温滴定量热法研究。为了避免折叠的蛋白质配位体，对MBP的进行位点定向诱变，以天门冬氨酸取代酪氨酸283, 这大大降低了的MBP的折叠率。GBP的折叠率则通过EGTA去掉折叠所需的钙离子来实现。

表7示出SecB与麦芽糖结合蛋白和半乳糖结合蛋白结合的热力学参数。结合到的Gibbs自由能的比较表明，前体和成熟蛋白的前导序列对结合的能量没有贡献，并表明SecB结合到非自然状态前体蛋白内部部分，而不是前导序列的氨基末端。此外，表7的结合参数展开去折叠的球状亲蛋白质乳清蛋白和胃蛋白酶与另一个大肠杆菌分子伴侣GroEL的结合的热力学参数。这两个非常不同的蛋白质分子伴侣GroEL的结合的热力学参数是非常相似的。他们都用1:1的化学计量比结合，但是，它们结合时的热容变化差异显著。对于乳清蛋白，Cp是4.19kJ/ mol但胃蛋白酶，它只有0.2kJ/mol，表明为乳清蛋白比胃蛋白酶对于相互作用有一个更大的疏水性的贡献的。

微量热应用在药物发现过程