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外加宏观电场可与蛋白质电荷分布相互作用，并可能改变蛋白质构象与功能。然而，电极式电场施加方式也可能引发电化学反应，且反应程度取决于暴露条件，因此电场是否会使大体积水溶液中的蛋白质发生持久变化，仍未有定论。本文以微管组装可作为功能读出的微管蛋白为研究对象，利用脉冲电场（PEF）检验这一区别。强脉冲电场使阳极附近出现微管蛋白凝胶样区域，并导致聚合能力持久下降；这一现象与一个少量的变性亚群相关。比色法 pH 成像与理化建模证实，阳极处存在一个 pH 降低的区域，其空间位置与凝胶样区域相对应。调整脉冲方案以抑制局部 pH 变化，同时不降低整体电暴露量后，便不再能检测到结构或功能扰动。结合能量学估算，这些结果表明，微管蛋白所观察到的持久响应可由电化学产生的 pH 变化解释，并对大体积水溶液体系中由电场与蛋白质直接耦合所引发的大幅持久效应提出了严格限制。
8
捷克科学院光子学与电子学研究所，布拉格，捷克；爱尔兰沃特福德东南理工大学；
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Viliam Kolivoska
9
捷克科学院 J. Heyrovsky 物理化学研究所，布拉格，捷克
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Michal Cifra
1
捷克科学院光子学与电子学研究所，布拉格，捷克；
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摘要
外加宏观电场能够与蛋白质电荷分布发生耦合，并可能改变蛋白质的构象和功能。电极施加电场也可能引发电化学反应，且反应程度取决于暴露方案，因此外加电场是否会使大体积水溶液中的蛋白质产生持久变化，仍未有定论。本研究采用脉冲电场（PEF）和微管蛋白进行检验，后者的微管组装可作为功能读出。强脉冲电场在阳极附近形成了类凝胶微管蛋白区域，并导致聚合能力持久下降，这与一个比例较小的改变亚群有关。比色法 pH 映射和物理化学建模证实，阳极处存在 pH 降低区域，其空间位置与类凝胶区域相对应。当调整脉冲方案以抑制局部 pH 变化，同时不降低总体电暴露量时，结构 ორივ
且功能性扰动不再可检测。结合能量学估算，这些结果表明，微管蛋白中观察到的持续性响应可由电化学产生的 pH 变化解释，并对体相水溶液体系中由电场与蛋白质直接耦合所产生的大幅持续效应提出了严格限制。
利益冲突声明
作者声明不存在利益冲突。
脚注
https://zenodo.org/records/23338775
已声明的资助信息
捷克科学基金会，
，25-17332S
，GX20-06873X
版权
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本预印本依据 CC-BY 4.0 国际许可协议公开。
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发布于 2026 年 10 月 19 日。
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解析体相水溶液中脉冲电场对蛋白质的影响
Tomas Zakar，
Michaela Poplova，
Katerina Cervinkova，
Lucie Bednarova，
Marketa Pazderkova，
Daniel Havelka，
Jan Vacek，
Vlastimil Dorcak，
Tana
塔娜·塞贝赫莱布斯卡
，
格雷戈尔·米德拉
，
瓦迪姆·苏利缅科
，
伊日·米克萨特科
，
马丁·帕伊达尔
，
翁德热·库切拉
，
维利亚姆·科利沃什卡
，
米哈尔·齐夫拉
bioRxiv
2026.10.13.758766；
doi：
https://doi.org/10.64898/2026.10.13.758766
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解析脉冲电场对体相水溶液中蛋白质的影响
托马什·扎卡尔
，
米哈埃拉·波普洛娃
，
卡特日娜·切尔文科娃
，
卢齐耶·贝德纳日ოვა
，
马尔凯塔·帕兹杰尔科娃
，
丹尼尔·哈维尔卡
，
扬·瓦采克
，
弗拉斯蒂米尔·多尔查克
，
塔娜·塞贝赫莱布斯卡
，
格雷戈尔·米德拉
，
瓦迪姆·苏利缅科
，
伊日·米克萨特科
，
马丁·帕伊达尔
，
翁德热·库切拉
，
维利亚姆·科利沃什卡
，
米哈尔·齐夫拉
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2026.10.13.758766；
doi：
https://doi.org/10.64898/2026.10.13.758766
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关键词：脉冲电场 · 微管蛋白 · 蛋白质变性 · 电化学反应 · 局部pH变化
原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.10.13.758766v1?rss=1