疏水性标度

疏水性标度是定义氨基酸残基的相对疏水性或亲水性的值。该值越正，位于蛋白质该区域的氨基酸越疏水。这些尺度通常用于预测膜蛋白的跨膜α螺旋。当连续测量蛋白质的氨基酸时，数值的变化表明特定蛋白质区域对脂质双层内疏水区域的吸引力。化合物或氨基酸的疏水或亲水特性有时称为其亲水特性、亲水性或什至亲水性（最初是指水的治疗用途）。

疏水效应代表水排斥非极性分子的趋势。该效应源于液态水分子之间高动态氢键的破坏。极性化学基团，如甲醇中的OH基团不会引起疏水作用。然而，纯烃分子，例如己烷，不能接受或提供氢键给水。将己烷引入水中会破坏水分子之间的氢键网络。通过在己烷分子周围建立一个水笼来部分重建氢键，类似于在较低温度下形成的笼形水合物。笼子（或溶剂化壳）中水分子的流动性受到严格限制。这导致水分子的平移和旋转熵的显着损失，并使该过程在系统的自由能方面不利。在热力学方面，疏水效应是溶质周围水的自由能变化。周围溶剂的正自由能变化表示疏水性，而负自由能变化表示亲水性。这样，疏水效应不仅可以局部化，而且可以分解为焓和熵的贡献。

已经开发了许多不同的疏水性等级。表中显示的四个量表之间存在明显差异。与其他两个尺度不同，第二个和第四个尺度都将半胱氨酸作为最疏水的残基。这种差异是由于用于测量疏水性的不同​​方法造成的。用于获得Janin和Rose等人的方法。scales旨在检查具有已知3-D结构的蛋白质，并将疏水特性定义为在蛋白质内部而不是在其表面上发现残基的趋势。由于半胱氨酸形成必须存在于球状结构内的二硫键，因此半胱氨酸被列为最疏水的。xxx和第三尺度来源于氨基酸侧链的物理化学性质。这些尺度主要来自对氨基酸结构的检查。比斯瓦斯等人，

测量氨基酸疏水性的最常用方法是在两个不混溶的液相之间分配。不同的有机溶剂最广泛用于模拟蛋白质内部。然而，有机溶剂与水轻微混溶，两相的特性发生变化，难以获得纯疏水性水垢。Nozaki和Tanford提出了九种氨基酸的xxx个主要疏水性等级。以乙醇和二恶烷为有机溶剂，计算各氨基酸的转移自由能。非液相也可以与分配方法一起使用，例如胶束相和气相。已经使用胶束相开发了两种标度。芬德勒等人。使用十二烷基硫酸钠(SDS)胶束测量了14种放射性标记氨基酸的分配。还，使用气相测量氨基酸侧链对水的亲和力。气相代表最简单的非极性相，因为它与溶质没有相互作用。Wolfenden研究了水合势及其与蛋白质表面氨基酸外观的相关性。水相和聚合物相用于开发新的分配规模。分区方法有很多缺点。首先，很难模仿蛋白质内部。此外，自溶剂化的作用使得使用游离氨基酸非常困难。此外，在转移到有机溶剂中丢失的氢键并没有重新形成，而是经常在蛋白质内部。因为它与溶质没有相互作用。Wolfenden研究了水合势及其与蛋白质表面氨基酸外观的相关性。水相和聚合物相用于开发新的分配规模。分区方法有很多缺点。首先，很难模仿蛋白质内部。此外，自溶剂化的作用使得使用游离氨基酸非常困难。此外，在转移到有机溶剂中丢失的氢键并没有重新形成，而是经常在蛋白质内部。因为它与溶质没有相互作用。Wolfenden研究了水合势及其与蛋白质表面氨基酸外观的相关性。水相和聚合物相用于开发新的分配规模。分区方法有很多缺点。首先，很难模仿蛋白质内部。此外，自溶剂化的作用使得使用游离氨基酸非常困难。此外，在转移到有机溶剂中丢失的氢键并没有重新形成，而是经常在蛋白质内部。很难模仿蛋白质内部。此外，自溶剂化的作用使得使用游离氨基酸非常困难。此外，在转移到有机溶剂中丢失的氢键并没有重新形成，而是经常在蛋白质内部。很难模仿蛋白质内部。此外，自溶剂化的作用使得使用游离氨基酸非常困难。此外，在转移到有机溶剂中丢失的氢键并没有重新形成，而是经常在蛋白质内部。

疏水性等级也可以通过计算扩展多肽链或α-螺旋中氨基酸残基的溶剂可及表面积并将表面积乘以相应原子类型的经验溶剂化参数来获得。基于渐近幂律（自相似）行为，构建了基于蛋白质作为接近临界点的压缩网络的差异溶剂可及表面积疏水性标度，这是由于进化的自组织。该量表基于蛋白质数据库中5526个高分辨率结构的生物信息学调查。这种微分尺度有两个比较优势：（1）它对于处理水-蛋白质相互作用的变化特别有用，这些变化太小而无法进行常规力场计算，（2）对于同源结构，它可以产生与单独的氨基酸序列突变引起的性质变化，而没有确定相应的结构变化，无论是体外还是体内。

反相液相色谱(RPLC)是测量溶质疏水性的最重要的色谱方法。非极性固定相模拟生物膜。肽的使用具有许多优点，因为RPLC中的终端电荷不会扩展分区。此外，通过使用短序列肽避免了二级结构的形成。氨基酸的衍生化对于使其分配到C18键合相中是必要的。1971年开发了另一种标度，并在亲水凝胶上使用肽保留。1-丁醇和吡啶用作该特定规模的流动相，甘氨酸用作参考值。Pliska和他的同事使用薄层色谱法将游离氨基酸的迁移率值与其疏水性联系起来。大约十年前，由色谱方法确定的疏水性的xxx值和相对等级会受到许多参数的影响。这些参数包括硅胶表面积和孔径、水性缓冲液的选择和pH值、温度和固定相链的键合密度。ipmw疏水性蛋白

该方法使用DNA重组技术，它提供了蛋白质稳定性的实际测量。在他详细的定点诱变研究中，Utani和他的同事在色氨酸合酶的Trp49上替换了19个氨基酸，并测量了展开的自由能。他们发现增加的稳定性与疏水性增加至一定尺寸限制成正比。定点诱变方法的主要缺点是并非所有20种天然存在的氨基酸都可以替代蛋白质中的单个残基。此外，这些方法存在成本问题并且仅用于测量蛋白质稳定性。

物理性质方法开发的疏水性尺度是基于对不同物理性质的测量。例子包括偏摩尔热容、转变温度和表面张力。就溶质而言，物理方法易于使用且灵活。最流行的疏水性等级是通过测量NaCl溶液中天然存在的20种氨基酸的表面张力值而开发的。表面张力测量的主要缺点是断裂的氢键和中和的带电基团保留在溶液空气界面处。另一种物理性质方法涉及测量溶剂化自由能。溶剂化自由能估计为原子对溶剂的可及性和原子溶剂化参数的乘积。

Palliser和Parry已经检查了大约100个鳞片，发现他们可以使用它们来定位蛋白质表面的B链。疏水性尺度也被用来预测遗传密码的保存。Trinquier观察到一种新的碱基顺序，它更好地反映了遗传密码的保守特性。他们认为碱基的新排序是尿嘧啶-鸟嘌呤-半胱氨酸-腺嘌呤（UGCA），与常见的UCAG排序相比，更好地反映了遗传密码的保守特征。

Wimley-White全残基疏水性尺度之所以重要，有两个原因。首先，它们包括肽键和侧链的贡献，提供xxx值。其次，它们基于直接的、实验确定的多肽转移自由能值。已经测量了两个全残基疏水性等级：

• 一种用于将未折叠链从水转移到双层界面（称为Wimley-White界面疏水性标度）。
• 一种用于将未折叠链转移到辛醇中，这与双层的碳氢化合物核心有关。

StephenH.White网站提供了一个完整的残基疏水性标度示例，显示了从水转移到POPC界面和正辛醇的自由能ΔG(kcal/mol)。然后将这两个标度一起用于制作全残渣亲水性图。使用ΔGwoct-ΔGwif构建的亲水图显示了与已知TM螺旋相对应的xxx尺度上的有利峰。因此，整个残基亲水性图说明了为什么跨膜片段更喜欢跨膜位置而不是表面位置。

大多数现有的疏水性标度源自游离形式的氨基酸或作为短肽的一部分的氨基酸的特性。Bandyopadhyay-Mehler疏水性等级基于蛋白质结构背景下的氨基酸分配。蛋白质结构是由不同氨基酸排列产生的各种电介质的复杂镶嵌。因此，蛋白质结构的不同部分很可能表现为具有不同介电值的溶剂。为简单起见，每个蛋白质结构被认为是两种溶剂的不混溶混合物，蛋白质内部和蛋白质外部。针对蛋白质内部和蛋白质外部计算单个氨基酸周围的局部环境（称为微环境）。

该比率给出了单个氨基酸的相对疏水性等级。计算被训练在高分辨率蛋白质晶体结构上。这种微环境的定量描述符源自广泛用于药效团的辛醇-水分配系数（称为Rekker的片段常数）。这个尺度与现有的方法很好地相关，基于分区和自由能计算。这种规模的优势在于它更真实，因为它是在真实蛋白质结构的背景下。

在工程领域，可以通过水滴的接触角来测量平坦表面（例如厨房的台面或烹饪锅）的疏水性（或去湿性）。内布拉斯加大学林肯分校的一个团队最近设计了一种计算方法，可以将氨基酸链的分子疏水性尺度与水纳米滴的接触角联系起来。该团队构建了由具有β-折叠蛋白天然结构的统一氨基酸侧链组成的平面网络。使用分子动力学模拟，该团队能够测量水纳米液滴在平面网络上的接触角（caHydrophobicity）。另一方面，先前的研究表明，硬球溶质相对于本体中的过量化学势的最小值表现出对接触角余弦值的线性依赖性。基于计算出的纯排斥甲烷大小的Weeks-Chandler-Andersen溶质相对于本体中的过量化学势，计算了接触角余弦值的外推值（cc疏水性），可用于量化具有完全润湿行为的氨基酸侧链的疏水性。