不同類(lèi)型表面活性劑與蛋白質(zhì)作用研究進(jìn)展

曹洪玉，張瑩瑩，唐 乾，鄭學(xué)仿

（1. 大連大學(xué) 生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，遼寧 大連 116622；2. 遼寧省生物有機(jī)化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 大連 116622）

在化學(xué)工業(yè)、生物和醫(yī)藥等許多領(lǐng)域越來(lái)越注重蛋白質(zhì)與表面活性劑（Protein-Surfactant，P-S）的相互作用的特性。蛋白質(zhì)在表面活性劑溶液中可保持活性[1,2]，二者混合體系在食品、化妝品和藥物配方[3]等領(lǐng)域中具有廣泛而重要的應(yīng)用：表面活性劑可改變一些蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性[3,4]和熱變性，據(jù)此可以?xún)?yōu)化含有蛋白質(zhì)的產(chǎn)品；表面活性劑被廣泛應(yīng)用于蛋白提取和純化[5,6]，如測(cè)定的蛋白質(zhì)分子量的方法中使用十二烷基硫酸鈉(SDS)-聚丙烯酰胺凝膠電泳；蛋白質(zhì)自組裝和穩(wěn)定性研究中最有效的方法是使蛋白質(zhì)變性和復(fù)性，表面活性劑則是理想的變性劑[7]；表面活性劑可作為探針?lè)肿?，利用光譜法可研究蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)、功能及二者相互作用情況。基于以上應(yīng)用，P-S 相互作用的研究成為人們?cè)絹?lái)越重視的課題.

蛋白質(zhì)是一類(lèi)具有特殊結(jié)構(gòu)的兩性聚電解質(zhì)，明顯不同于其它類(lèi)型的聚電解質(zhì)，P-S 相互作用和蛋白與大分子擁擠試劑[8,9]、多糖類(lèi)大分子[10]等聚合物相互作用相比，具有許多獨(dú)特之處，且更為復(fù)雜.目前研究P-S 相互作用的方法有紫外、熒光、表面張力測(cè)定技術(shù)、在線(xiàn)停流技術(shù)、小角中子散射、電導(dǎo)率、光散射、核磁共振（NMR）等。其中熒光及紫外等光譜法可以研究P-S 混合體系的微環(huán)境和微粘度，測(cè)量膠束的聚集數(shù)及尺寸大??；在線(xiàn)停流-熒光光譜可以用于檢測(cè)P-S 相互作用的折疊過(guò)程及動(dòng)力學(xué)機(jī)理。我們課題組利用光譜法在蛋白質(zhì)和小分子相互作用方面開(kāi)展了一些工作[11,12]，采用在線(xiàn)停流聯(lián)用光譜法等手段研究過(guò)蛋P-S 的相互作用[13]。本文結(jié)合課題組的工作，綜述了P-S 相互作用所形成的復(fù)合物的結(jié)構(gòu)化學(xué)性質(zhì)及蛋白質(zhì)分別與不同類(lèi)型表面活性劑相互作用特征。

1 蛋白質(zhì)-表面活性劑復(fù)合物結(jié)構(gòu)及吸附機(jī)理

P-S 復(fù)合物的結(jié)構(gòu)是了解它們之間相互作用的基礎(chǔ)，目前認(rèn)為二者復(fù)合物的結(jié)構(gòu)有三種結(jié)構(gòu)模型[14]：(a)項(xiàng)鏈模型、(b)棒狀模型、(c)柔軟的螺旋狀模型（如圖1）。自由邊界電泳實(shí)驗(yàn)提出了“項(xiàng)鏈模型”，在此模型中，成膠束狀態(tài)表面活性劑首先誘導(dǎo)蛋白質(zhì)發(fā)生去折疊過(guò)程，不斷聚集到蛋白質(zhì)分子上；“棒狀模型”是根據(jù)粘度實(shí)驗(yàn)所提出的，P-S 復(fù)合物呈堅(jiān)硬棒狀結(jié)構(gòu)，實(shí)驗(yàn)測(cè)定該結(jié)構(gòu)有一定的回旋半徑，短軸基本是常數(shù)，并發(fā)現(xiàn)棒的長(zhǎng)度與蛋白質(zhì)分子量成正比；“柔軟的螺旋模型”是理論結(jié)合模型，蛋白質(zhì)的疏水區(qū)域纏繞在由表面活性劑分子形成的柔軟圓柱狀膠束的表面。

Nilsson[15]曾經(jīng)總結(jié)并繪出了典型的P-S 曲線(xiàn)，平均每個(gè)蛋白質(zhì)分子上結(jié)合的表面活性劑的數(shù)目與游離表面活性劑濃度的對(duì)數(shù)呈函數(shù)關(guān)系。隨著表面活性劑濃度的增大出現(xiàn)四個(gè)不同區(qū)域：(I)特異性結(jié)合(a)；(II)非協(xié)同性結(jié)合(b)；(III)協(xié)同性結(jié)合(c)；(IV)飽和結(jié)合(d)。特異性結(jié)合主要是電性作用，即表面活性劑的極性基結(jié)合在蛋白質(zhì)表面的反電性基團(tuán)上。特異性結(jié)合作用與表面活性劑的非極性碳?xì)滏滈L(zhǎng)成正比。表面活性劑達(dá)到一定濃度后將誘導(dǎo)蛋白質(zhì)的分子鏈伸展，會(huì)發(fā)生協(xié)同性結(jié)合，且結(jié)合量急劇增加，表面活性劑以分子聚集體形式結(jié)合到蛋白質(zhì)上，在這一階段也易發(fā)生蛋白質(zhì)變性。達(dá)到飽和結(jié)合后，繼續(xù)增大表面活性劑濃度，形成膠團(tuán)的表面活性劑與P-S 復(fù)合物共存在溶液中。

圖1 蛋白質(zhì)-表面活性劑（P-S）復(fù)合物結(jié)構(gòu)示意圖

P-S 相互作用能顯著改變兩種分子界面間吸附層的性質(zhì)，影響乳狀液和泡沫等分散體系的穩(wěn)定性，研究方法主要有Langmuir-Blodgett(LB)膜技術(shù)，掃描電子顯微鏡，原子力顯微鏡等[16]。Dickinsion[17,18]曾經(jīng)提出了P-S 混合體系界面吸附有兩種機(jī)理：增溶機(jī)理和置換機(jī)理。增溶機(jī)理是指分散在表面的蛋白質(zhì)與水溶性表面活性劑形成P-S 復(fù)合物，蛋白質(zhì)分子以復(fù)合物形式進(jìn)入水相，并發(fā)生強(qiáng)烈的相互作用，一般蛋白質(zhì)與離子型表面活性劑混合體系屬于此機(jī)理。置換機(jī)理是指由于表面相面上分散的蛋白質(zhì)被表面活性劑置換下來(lái)，此時(shí)表面活性劑強(qiáng)烈地吸附于表面。非離子型表面活性劑親水性較差，蛋白質(zhì)與其主要發(fā)生疏水相互作用，使蛋白質(zhì)親水性增加，活性降低，隨著蛋白質(zhì)分子復(fù)合結(jié)構(gòu)的體積增大，其界面膜的緊密性下降、強(qiáng)度降低，溶液中表面活性劑濃度增大一定數(shù)值時(shí)，可將復(fù)合物置換下來(lái)，最終使界面主要由表面活性劑所組成，故這一體系屬于置換機(jī)理。

2 不同類(lèi)型表面活性劑與蛋白質(zhì)相互作用

蛋白質(zhì)包含非極性、極性和帶電基團(tuán)，許多兩親分子均可蛋白質(zhì)發(fā)生各種作用。表面活性劑疏水部分通常由烴基構(gòu)成，親水部分稱(chēng)為頭基。跟據(jù)表面活性劑極性基團(tuán)的解離性質(zhì)分類(lèi)可分為陽(yáng)離子型、陰離子型、兩性離子型以及非離子型表面活性劑。表面活性劑在不同條件下可形成具有不同結(jié)構(gòu)的分子有序組合體，如膠束、反膠束等，其分別與蛋白質(zhì)相互作用也不同。P-S 之間主要存在著靜電作用和疏水作用，離子型表面活性劑與蛋白質(zhì)作用主要是極性基的靜電作用和疏水碳?xì)滏湹氖杷饔?，分別結(jié)合到蛋白質(zhì)的極性和疏水部分，形成P-S 的復(fù)合物。而非離子型表面活性劑主要通過(guò)疏水力與蛋白質(zhì)發(fā)生作用，其疏水鏈與蛋白質(zhì)的疏水基團(tuán)之間的相互作用對(duì)表面活性劑和蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能都能產(chǎn)生一定的影響。因此，表面活性劑的類(lèi)型、濃度和體系環(huán)境決定了表面活性劑是使蛋白質(zhì)穩(wěn)定還是失穩(wěn)，聚集還是分散。

2.1 陰離子型表面活性劑與蛋白質(zhì)的相互作用

陰離子型表面活性劑（anionic surfactant，AS）與蛋白質(zhì)的相互作用研究最多，這也因AS 與蛋白質(zhì)之間有著相對(duì)較強(qiáng)的相互作用有關(guān)。AS 離子頭基團(tuán)靜電作用較強(qiáng)，結(jié)合到蛋白質(zhì)表面帶相反電荷的基團(tuán)上，非極性基團(tuán)以疏水力結(jié)合到蛋白質(zhì)非極性區(qū)域，使蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而促進(jìn)或阻止蛋白質(zhì)的聚集。P-AS 的相互作用依賴(lài)于蛋白質(zhì)的性質(zhì)(特別是蛋白質(zhì)的表面電荷)及AS 濃度、結(jié)構(gòu)等。二者相互作用過(guò)程中，靜電作用和疏水作用為主要驅(qū)動(dòng)力，靜電作用與蛋白質(zhì)的電性相關(guān)，可以表現(xiàn)為靜電吸引或靜電排斥。

十二烷基硫酸鈉(SDS)有普通表面活性劑很好的性能，且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在酸性或堿性介質(zhì)中以及加熱條件下都不會(huì)分解，所以SDS 被廣泛應(yīng)用于蛋白質(zhì)的分離純化[5,6]以及蛋白的穩(wěn)定性和變性研究等。Ghosh 等[19]運(yùn)用CD 光譜研究改變SDS 的濃度對(duì)固定濃度胰蛋白酶的影響，SDS 濃度為2.5 mmol/L 時(shí)，胰蛋白酶的螺旋含量比無(wú)SDS 時(shí)的含量低，加入過(guò)量SDS 時(shí)形成胰蛋白酶-SDS 聚集體，胰蛋白酶-SDS聚集體間強(qiáng)烈的靜電斥力使得蛋白質(zhì)分子伸展并引起蛋白變性。Deep 等[20]發(fā)現(xiàn)[SDS]/[BSA]摩爾比較小時(shí)，SDS 可為BSA 的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定劑，摩爾比增大時(shí)，SDS 改變BSA 結(jié)構(gòu)，甚至變性。Kelly 等[21]研究更為細(xì)致，固定BSA 濃度為0.5%，逐漸增加SDS 的濃度(0~9 mM)，當(dāng)SDS 濃度為4 mM 時(shí)，BSA 完全變性，并得到了SDS 與BSA 結(jié)合曲線(xiàn)的四個(gè)區(qū)域分別對(duì)應(yīng)于結(jié)合等溫線(xiàn)的四個(gè)結(jié)合階段，得出各個(gè)階段熱效應(yīng)及對(duì)蛋白質(zhì)熱穩(wěn)定性的影響。Moriyama 等[22]也證實(shí)SDS 在低濃度下對(duì)BSA 有保護(hù)作用，提出摩爾比[SDS]/[BSA]=15 時(shí)保護(hù)作用最好，隨表面活性劑疏水碳鏈增長(zhǎng)，保護(hù)作用越強(qiáng)，但陽(yáng)離子表面活性劑沒(méi)有發(fā)現(xiàn)這種作用，即這種作用是由AS 的性質(zhì)所決定的，AS 可同時(shí)與蛋白質(zhì)上正電性和非極性的氨基酸側(cè)鏈結(jié)合達(dá)到穩(wěn)定蛋白質(zhì)的作用。

P-S 相互作用時(shí)會(huì)隨表面活性劑濃度改變而出現(xiàn)多個(gè)過(guò)渡態(tài)并改變兩者之間的相互作用情況和蛋白理化性質(zhì)。SDS 誘導(dǎo)RNaseA 去折疊過(guò)程中[23]蛋白存在3 個(gè)過(guò)渡態(tài)，在初始態(tài)和第一個(gè)過(guò)渡態(tài)中，SDS作用在RNaseA 的不同表面活性位點(diǎn)，提高SDS 濃度（低于cmc 值），蛋白陸續(xù)呈現(xiàn)第二、三過(guò)渡態(tài)，二者之間疏水作用占主導(dǎo)，蛋白開(kāi)始去折疊，部分包埋的蛋白殘基暴露在溶液中，繼續(xù)升高SDS 濃度至5mM 時(shí)蛋白光譜不再變化，RNaseA 呈完全去折疊態(tài)。Gebicka 等[24]認(rèn)為SDS 和AOT 可以破壞血紅蛋白（Hb）的三級(jí)結(jié)構(gòu)，在單體形式下它們均能將高鐵Hb 轉(zhuǎn)換成可逆的高鐵血紅素原，將其過(guò)氧化物酶活性降低，動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)表明該變化的過(guò)程至少分為兩步，先是表面活性劑與蛋白形成復(fù)合物，然后復(fù)合物轉(zhuǎn)化為高鐵血色原。十二烷基苯磺酸鈉SDBS-BSA 體系的RLS 強(qiáng)度要遠(yuǎn)大于SDS-BSA 體系的RLS，且該強(qiáng)度與BSA 的濃度成正比，Yang 等據(jù)此建立了測(cè)定痕量蛋白質(zhì)的方法[25]。Li 等發(fā)現(xiàn)SDBS 可調(diào)節(jié)溶菌酶的酶活[26]，在低濃度時(shí)可誘導(dǎo)使溶菌酶更易溶于水，在高濃度時(shí)則誘導(dǎo)改變?nèi)芫富钚晕稽c(diǎn)內(nèi)的疏水環(huán)境。

2.2 陽(yáng)離子型表面活性劑與蛋白質(zhì)的相互作用

陽(yáng)離子型表面活性劑（cationic surfactant，CS）也是離子型表面活性劑，同AS 一樣，其與蛋白質(zhì)的作用過(guò)程中也有疏水作用和靜電作用，改變蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，不一樣的是，其作用較弱，且CS 與蛋白質(zhì)相互作用大多屬于吸熱反應(yīng)，對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響也較小[27]。在醫(yī)藥領(lǐng)域中，軟膏劑中CS常用作乳劑基質(zhì)，主要用于角質(zhì)層中的角蛋白纖維，增加藥物的通透性，很多CS 有很強(qiáng)的殺菌效果，故常用于消毒和滅菌。鑒于以上用途和優(yōu)點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外對(duì)于此類(lèi)研究也逐漸增多，目前主要集中于對(duì)蛋白質(zhì)解折疊的影響，以及結(jié)合方式和驅(qū)動(dòng)力方面。

紫外吸收光譜研究陽(yáng)離子表面活性劑CTAB 對(duì)血紅蛋白仿過(guò)氧化物酶催化活性的影響時(shí)，應(yīng)用穩(wěn)態(tài)速率法測(cè)定了米氏常數(shù)(Km)、米氏速率(Vm)及反應(yīng)級(jí)數(shù)等動(dòng)力學(xué)參數(shù)，發(fā)現(xiàn)該體系在CTAB 存在時(shí)產(chǎn)物的生成速度比無(wú)CTAB 時(shí)有所提高[28]。Taleshi 等[29]證實(shí)溶菌酶在低濃度DTAB 條件下主要驅(qū)動(dòng)力為靜電作用，隨著DTAB 的增加，酶發(fā)生解折疊且露出疏水部位，且不同于其與SDS相互作用中的放熱過(guò)程，溶菌酶與DTAB 相互作用為吸熱過(guò)程。比較BSA 和不同鏈長(zhǎng)的CS（C21H38ClN，C19H34ClN，C17H30ClN）作用時(shí)，發(fā)現(xiàn)隨著表面活性劑鏈長(zhǎng)增長(zhǎng)，蛋白聚集所需的表面活性劑的量減少，這一實(shí)驗(yàn)證實(shí)二者相互作用的驅(qū)動(dòng)力有疏水作用[30]。Rafati 等[31]實(shí)驗(yàn)證實(shí)TTAB 和CTAB 均促使血紅蛋白結(jié)構(gòu)改變，血紅蛋白的四個(gè)亞基間作用力減弱，血紅素活性位點(diǎn)的暴露，且二者親和力隨著溫度的升高而增加，即該作用過(guò)程是吸熱過(guò)程。我們發(fā)現(xiàn)CTAB 和DTAB 在低濃度時(shí)對(duì)高鐵肌紅蛋白的血紅素中心影響不大[32]，但是對(duì)Trp 和Tyr 的微環(huán)境影響很大，高濃度時(shí)以聚合體形式通過(guò)靜電作用和疏水作用，主要是靜電作用直接作用于血紅素中心，使Soret 帶發(fā)生藍(lán)移，metMb 形成五配位高自旋(5-cHs)復(fù)合物，使得血紅素逐漸從疏水腔中釋放出來(lái), 同時(shí)對(duì)蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)影響較大。DTAB 由于自身結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，與CTAB 作用于蛋白的過(guò)程有些區(qū)別，形成了一個(gè)中間態(tài)，但最終導(dǎo)致heme的暴露。

2.3 兩性表面活性劑與蛋白質(zhì)的相互作用

兩性表面活性劑（zwitterionic surfactant，ZS）的分子結(jié)構(gòu)中同時(shí)具有陰離子親水基團(tuán)和陽(yáng)離子親水基團(tuán)，屬于溫和性的離子型表面活性劑，其對(duì)蛋白質(zhì)的作用也不如陰、陽(yáng)離子型表面活性劑強(qiáng)烈，但因在分子的端部同時(shí)存在酸性基和堿性基，在具有普通表面活性劑的性能基礎(chǔ)上，還增加許多獨(dú)特的性質(zhì)，如：低毒性、對(duì)人體的低刺激性、良好的生物降解性、低公害低污染、耐硬水及高濃度電解質(zhì)性及可吸附在物質(zhì)界面且不生成憎水薄層等，使其成為人們倍感興趣的產(chǎn)品。

生物樣品不能直接注入色譜柱中，因其中所含的氯離子與其他分析離子峰可能重疊，或由于氧化/還原而改變物質(zhì)性質(zhì)，蛋白質(zhì)也會(huì)吸附在固定相上，從而縮短分離柱的使用壽命，而用ZS 作流動(dòng)相能克服上述缺點(diǎn)。Hu 等[33]將甜菜堿型兩性表面活性劑溶解于電解質(zhì)溶液中，此流動(dòng)相能快速洗提含生物樣品中的蛋白質(zhì)。在此流動(dòng)相中ZS 保持固定相中的表面活性劑數(shù)量恒定，兩性膠束能通過(guò)除去蛋白質(zhì)中的洗滌劑而達(dá)到清洗分離柱的效果，增加被分析離子停留時(shí)間的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)了分離柱的使用壽命。

Moreira 等[34]發(fā)現(xiàn)十六烷基磺丙基甜菜堿(HPS)能促進(jìn)HbGp（一種胞外巨型血紅蛋白）的化低聚物分解以及自氧作用從而形成高鐵蛋白類(lèi)型，與四聚體血紅蛋白不同的是，在所研究的HPS 濃度范圍內(nèi)，表面活性劑沒(méi)有導(dǎo)致折疊和自氧化程度降低；HPS與血紅蛋白的作用明顯低于SDS 和CTAC 對(duì)蛋白的作用，這是因?yàn)槠渑c蛋白之間的靜電引力作用弱。Gelamo 等[35]根據(jù)HPS 對(duì)BSA 的結(jié)合常數(shù)變化而發(fā)現(xiàn)提高pH 能增強(qiáng)HPS 與BSA 的結(jié)合。HPS-BSA 的結(jié)合常數(shù)小于其與陰離子型表面活性劑SDS 的結(jié)合常數(shù)，但略大于其與陽(yáng)離子型表面活性劑CTAC 的結(jié)合常數(shù)，且HPS 對(duì)蛋白結(jié)構(gòu)都有一定的影響。

2.4 非離子型表面活性劑與蛋白質(zhì)的相互作用

非離子型表面活性劑（non-ionic surfactant，NIS）在溶液中不呈解離狀態(tài)，穩(wěn)定性高，相溶性好，毒性和溶血作用小，不易受電解質(zhì)和溶液的影響，能與大多數(shù)藥物蛋白配伍，可以增強(qiáng)活性物質(zhì)的穩(wěn)定性和溶出率，所以被廣泛應(yīng)用藥用制劑。NIS 雙水相萃取分離系統(tǒng)在一定溫度(濁點(diǎn))以上，可從水相中分離出包含蛋白質(zhì)的表面活性劑，少量的表面活性劑和蛋白質(zhì)留存于水相中，此系統(tǒng)適合分離具有一定疏水特性的水溶性蛋白質(zhì)，與其他體系相比，在不需要有機(jī)溶劑和很低的表面活性劑濃度就會(huì)產(chǎn)生相分離，基于以上優(yōu)點(diǎn)，該類(lèi)研究意義重大。

與離子型表面活性劑相比，NIS 與蛋白質(zhì)作用的報(bào)道較少，主要原因是NIS 臨界膠束濃度(cmc)值較小，在溶液中的單體濃度很難達(dá)到與蛋白質(zhì)發(fā)生協(xié)同結(jié)合的濃度，二者通過(guò)疏水力發(fā)生相互作用，從而增加蛋白質(zhì)親水性，與蛋白質(zhì)的作用較弱；NIS 的疏水部分結(jié)合在蛋白非極性氨基酸上，極性部分則結(jié)合肽鍵和一個(gè)或多個(gè)極性氨基酸。此領(lǐng)域中研究的比較多的是廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)藥領(lǐng)域中的聚山梨醇系列。

聚山梨醇20（Tween20）和聚山梨醇80（Tween80）可應(yīng)用在生物治療藥物對(duì)蛋白降解途徑[3]中，二者能夠阻止影響生物藥劑產(chǎn)品中蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性因素的產(chǎn)生，如自身氧化導(dǎo)致過(guò)氧化氫的形成，側(cè)鏈分解導(dǎo)致像甲酸一類(lèi)物質(zhì)的短鏈酸類(lèi)的形成等。Garidel 等[36]也發(fā)現(xiàn)Tween20 和Tween80 均能夠通過(guò)氫鍵結(jié)合HSA 的疏水區(qū)域，從而降低蛋白自身之間的相互作用和蛋白聚集，使蛋白的變性溫度升高，增強(qiáng)蛋白的穩(wěn)定性。對(duì)于免疫球蛋白類(lèi)，聚山梨醇能夠使膠體蛋白穩(wěn)定的原因應(yīng)該不是直接結(jié)合到蛋白上，因?yàn)闇y(cè)到的結(jié)合分子數(shù)很少。Wei 等[37]證實(shí)Tween80 可以抑制白細(xì)胞介素-2 突變體溶液儲(chǔ)存時(shí)因晃動(dòng)引起的二硫鍵或其他化學(xué)鍵形成從而使蛋白聚集，但同時(shí)也有負(fù)面作用，它可以不同程度地氧化白介素-2 突變體，Tween80 不僅可以增加蛋白的氧化速率，還可以改變白介素-2 氧化的溫度依賴(lài)性和穩(wěn)定性。用表面活性劑Brij-35 介導(dǎo)的方法將膜蛋白AgrC 鑲嵌到脂質(zhì)體上，即形成蛋白脂質(zhì)體[38]，體外磷酸化實(shí)驗(yàn)表明AgrC 蛋白在脂質(zhì)體中的自我磷酸化活性較高，蛋白脂質(zhì)體的構(gòu)建不僅解決了膜蛋白的不穩(wěn)定性問(wèn)題，也為體外研究AgrC 蛋白的結(jié)構(gòu)、功能和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制提供了新的思路。

2.5 新型表面活性劑與蛋白質(zhì)相互作用

新型表面活性劑具有很多優(yōu)良的性能，在研究其與蛋白的作用情況也有很多優(yōu)越性，如極易形成膠束且可以控制膠團(tuán)形狀，在酶的分離純化應(yīng)用中表現(xiàn)出色；在一定條件下，利用其在有機(jī)相中自發(fā)形成的膠束，將水溶性蛋白質(zhì)提取至反向膠束的極性核中，創(chuàng)造條件移至另一水相，實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)分離提純的目的，這一方法的優(yōu)點(diǎn)是酶不直接與有機(jī)相接觸，因而不易失活。醫(yī)藥中使用的酶制劑存在穩(wěn)定性低、臨床上產(chǎn)生抗原性等問(wèn)題，利用新型表面活性劑對(duì)酶進(jìn)行修飾可解決以上問(wèn)題，這對(duì)于人工合成基因工程蛋白的復(fù)性和藥物的傳遞方面應(yīng)用很有幫助，目前對(duì)于此類(lèi)研究還處于摸索階段。

氟表面活性劑中分子中碳?xì)滏湹臍湓尤炕虿糠直环尤〈?，所含全氟代烷基兼具疏水性和疏脂性，在水和有機(jī)溶劑中均呈現(xiàn)出良好的表面活性，具有很高的熱穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性，在強(qiáng)酸和強(qiáng)堿中均穩(wěn)定、不分解，可在不同藥液中降低其表面張力，H 被強(qiáng)負(fù)電性的F 取代后，與蛋白相互作用加強(qiáng)。氟表面活性劑全氟代辛烷磺酸鉀（PFOS）、全氟代丁烷磺酸鉀(PFBS)分別與HSA 相互作用，并與氫代表面活性劑比較，發(fā)現(xiàn)C-F 鍵的剛性能使得烷鏈變硬，疏水性增強(qiáng)，PFOS 對(duì)蛋白的作用比相同長(zhǎng)度疏水鏈氫代的表面活性劑作用強(qiáng)[39]。研究發(fā)現(xiàn)全氟壬酸鏗與溶菌酶混合體系中二者相行為與結(jié)構(gòu)中有相同的碳?xì)滏湹腁S 與電性相反蛋白質(zhì)的相行為類(lèi)似[40]，Sesta等[41]則發(fā)現(xiàn)二者有較強(qiáng)的結(jié)合作用，并明顯改變了溶菌酶的結(jié)構(gòu)。

Gemini 表面活性劑具有優(yōu)越的表面性能及良好的生物降解性，它是通過(guò)化學(xué)鍵將兩個(gè)及兩個(gè)以上的相同（或幾乎相同的）表面活性劑單體在親水頭基附近用聯(lián)接基團(tuán)將兩親成分聯(lián)接在一起形成的一種新型表面活性劑。在鹽中不同的聚集態(tài)[42]和偶聯(lián)表面活性劑特殊的分子結(jié)構(gòu)使其與蛋白質(zhì)或DNA 等生物分子的作用比其他表面活性劑更強(qiáng)烈[43]。酶和底物被包圍在水/Gemini/有機(jī)溶劑體系組成的膠團(tuán)結(jié)構(gòu)內(nèi)，以模擬酶在活細(xì)泡中的功能，調(diào)節(jié)Gemini 表面活性劑結(jié)構(gòu)可改變微團(tuán)尺寸，亦可改變酶活性。Dan 等[44]發(fā)現(xiàn)Gemini 與蛋白可形成復(fù)合物，且主要作用于BSA 的色氨酸殘基，對(duì)明膠的酪氨酸殘基和苯丙氨酸殘基都有影響，使蛋白的芳香族氨基酸暴露于更疏水的環(huán)境中。由于Gemini 具有雙親水頭部和雙疏水尾部[45]，Gemini 在低濃度（0.145~1 mM）時(shí)便可使蛋白大幅度地解折疊，α-螺旋含量迅速減少，蛋白構(gòu)象變化和飽和點(diǎn)均比CTAB 所需的濃度低得多。pH、溫度以及表面活性劑的立體化學(xué)結(jié)構(gòu)均對(duì)Gemini 與蛋白的相互作用產(chǎn)生影響[46]，其中立體化學(xué)結(jié)構(gòu)影響表面活性劑的表面性質(zhì)及對(duì)BSA 的作用，但不影響在溶液中的膠束性質(zhì)。

新型鎳螯合表面活性劑TX-Ni 是一種配合物表面活性劑，具有較強(qiáng)的疏水基團(tuán)，在較高溫度下可有效的疏水并生成膠束。S.Wang 等[47]研究TX-Ni 在生物分離應(yīng)用時(shí)發(fā)現(xiàn)，含多個(gè)組氨酸的蛋白EGFP 隨TX-Ni 濃度升高極易被萃取至膠束相，而相同條件下只有一個(gè)組氨酸的lysozyme 卻不受影響，這一新型表面活性劑可以用于蛋白分子組氨酸殘基數(shù)目不同的混合蛋白體系的分離。還有一些新型表面活性劑，如糖胺類(lèi)表面活性劑，還有由微生物所產(chǎn)生的生物表面活性劑（如枯草桿菌表面活性素[48]）等有著無(wú)毒、良好的生物降解性等優(yōu)點(diǎn)，作為天然添加劑，在食品工業(yè)、精細(xì)化工、醫(yī)藥等方面也愈來(lái)愈受到人們的青睞。

3 結(jié)論與展望

表面活性劑種類(lèi)、濃度和體系環(huán)境的不同決定了其分別對(duì)蛋白質(zhì)的作用及吸附機(jī)理也不相同。在各種類(lèi)型的單一表面活性劑中，研究最多的是陰離子表面活性劑與蛋白質(zhì)（AS-P）相互作用，這源于A(yíng)S 與蛋白質(zhì)之間的結(jié)合作用相對(duì)較強(qiáng)，CS-P 作用行對(duì)較弱，NIS-P 作用則最弱，新型的表面活性劑中含氟表面活性劑及Gemini 與蛋白質(zhì)作用多樣化。目前更多研究者傾向于研究多種類(lèi)型的表面活性劑對(duì)同一種蛋白質(zhì)作用[49-51]，或不同種類(lèi)蛋白與同一類(lèi)表面活性劑相互作用的不同之處、不同的機(jī)理及各自作用的特點(diǎn)，以期掌握P-S 作用規(guī)律。表面活性劑對(duì)蛋白質(zhì)影響尚屬于探索階段，且未來(lái)應(yīng)用極為廣泛，基于以上原因，P-S 相互作用的研究一直非常活躍，不斷涌現(xiàn)的新P-S 混合體系研究方法，必將推動(dòng)蛋白質(zhì)處理新技術(shù)的發(fā)展。

[1] Xiao J X, Sivars U, Tjerneld F J. Phase behavior and protein partitioning in aqueous two-phase systems of cationicanionic surfactant mixtures [J]. Chromatogr. B, 2000, 743 (1-2): 327- 338.

[2] Mandal B B, Kundu S C. A novel method for dissolution and stabilization of non-mulberry silk gland protein fibroin using anionic surfactant sodium dodecyl sulfate[J]. Biotechnology and Bioengineering, 2008, 99(6): 1482-1489.

[3] Kerwin B A. Polysorbates 20 and 80 used in the formulation of protein biotherapeutics: structure and degradation pathways [J]. Journal of Pharmaceutical Sciences, 2008, 98(8): 2924-2935.

[4] Tran Le T, Sabatino P, Heyman B, et al. Improved heat stability by whey protein-surfactant interaction [J]. Food Hydrocolloids, 2011, 25: 594-603.

[5] Chia-li L, Daniel T K, Jonathan A K, et al. Separation of proteins and viruses using two-phase aqueous micellar systems [J]. Chromatogr. B, 1998, 711(1-2): 127-138.

[6] Blomqvist B R, Ridout M J, Mackie A R, et al. Disruption of viscoelastic β-Lactoglobulin surface layers at the air-water interface by nonionic polymeric surfactants [J]. Langmuir, 2004, 20(23): 10150-10158.

[7] Chakraborty T, Chakraborty I, Moulik S P et al. Physicochemical and conformational studies on BSA- surfactant interaction in aqueous medium [J]. Langmuir, 2009, 25: 3062-3073.

[8] 張玉姣, 唐乾, 曹洪玉, 等. 酸誘導(dǎo)擁擠條件下肌紅蛋白及突變體去折疊過(guò)程[J]. 物理化學(xué)學(xué)報(bào), 2013, 29(8): 1785- 1792.

[9] 劉艷偉, 曹洪玉, 唐乾, 等. 大分子擁擠條件下光誘導(dǎo)細(xì)胞色素C還原的光譜研究[J]. 化學(xué)學(xué)報(bào), 2014, 72: 246-252.

[10] 苑再武, 苑敬, 呂鑫, 等. 多糖類(lèi)大分子與表面活性劑相互作用的研究進(jìn)展[J]. 物理化學(xué)學(xué)報(bào), 2013, 29(3): 449- 459.

[11] 馬靜, 鄭學(xué)仿, 唐乾, 等. 光譜法研究金屬Cu2+與肌紅蛋白的相互作用[J]. 高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報(bào), 2008, 29(2): 258- 263.

[12] 裴明硯, 鄭學(xué)仿, 曹洪玉, 等. 3-溴丙酮酸與人血清白蛋白相互作用的光譜學(xué)研究[J]. 分析化學(xué), 2010, 38(7): 948- 952.

[13] 李宜雯, 曹洪玉, 唐乾, 等. 光譜與停流熒光法研究肌紅蛋白及其突變體D60K 與表面活性劑的相互作用[J]. 物理化學(xué)學(xué)報(bào), 2010, 26(6): 1687-1692.

[14] Goddard E D, Ananthapadmanabhan K P. Interaction of surfactants with polymers and proteins [J]. New York: CRC Pres-Inc, 1993: 3l9-369.

[15] Nilsson F, S?derman O, Johansson I. Physical-chemical properties of some branched alkyl glucosides [J]. Langmuir, 1997, 13(3): 3349-3354.

[16] Mitra D, Bhattacharya S C, Moulik S P. A LB film morphological study with reference to biopolymer- surfactant interaction taking gelatin-CTAB system as a model [J]. Biophysical Chemistry, 2009, 139: 123-136.

[17] Dickinsion E. Adsorbed protein layers at fluid interfaces: interactions, structure and surface rheology [J]. Colloids Surf., B. 1999, 15(2): l6-176.

[18] Dickinsion E. Proteins at interfaces and in emulsions Stability, rheology and interactions [J]. J. Chem. Soe., Faraday Trans., 1998, 94(12): l657-l669.

[19] Ghosh S. Interaction of trypsin with sodium dodeyl sulfate in aqueous medium: A conformational view [J]. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 2008, 66: 178-186.

[20] Deep S, Ahluwalia J C. Interaction of bovine serum albumin with anionic surfactants [J]. Phys. Chem. Chem. Phys, 2001, 3(20): 583-4589.

[21] Kelly D, McClements D J. Interactions of bovine serum albumin with ionic surfactants in aqueous solutions [J]. Food Hydrocolloids, 2003, 17(1): 73-85.

[22] Moriyama Y, Kawasaka Y, Takeda K. Protective effect of small amounts of sodium dodecyl sulfate on the helical structure of bovine serum albumin in thermal denaturation [J]. J. Colloid Interface Sci., 2003, 257(1): 41-46.

[23] Naidu K T, Prabhu N P. Protein-surfactant interaction: sodium dodecyl sulfate-induced unfolding of ribonuclease A [J], 2011, 115(49): 14760-14767.

[24] Gebicka L, Banasiak E. Interactions of anionic surfactants with methemoglobin [J]. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 2011, 83: 116-121.

[25] Liu R T, Yang J H, Sun C X, et al. Resonance light- scattering method for the determination of BSA and HSA with sodium dodecyl benzene sulfonate or sodium lauryl sulfate [J]. Ana1. Bioana1. Chem., 2003, 377: 375-379.

[26] Li Q Z, Zhai T, Du K, et al. Enzymatic activity regulated by a surfactant and hydroxypropyl β-cyclodextrin [J], Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 2013, 112: 315-321.

[27] Kerstens S, Murray B S, Dickinson E. Confocal microscopy of heat-induced aggregation and gelation of β-lactoglobulin in presence of non-ionic surfactant [J]. Food Hydrocolloids, 2005, 19(3): 625-633.

[28] 沈丹, 劉繼偉, 繆煜清. CTAB 對(duì)血紅蛋白仿過(guò)氧化物酶催化活性的影響[J]. 中國(guó)科技論文在線(xiàn), 2008, 3(9): 666- 671.

[29] Behbehani G R, Saboury A A, Taleshi E. Determination of partial unfolding enthalpy for lysozyme upon interaction with dodecyltrimethylammonium bromide using an extended solvation model [J]. J. Mol. Recognit. 2008, 21: 132-135.

[30] Kun R, Kis L, Dékány I. Hydrophobization of bovine serum albumin with cationic surfactants with different hydrophophobic chain length [J]. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 2010, 79: 61-68.

[31] Rafati A A, Ghasemian E. Thermodynamic and binding study of hemoglobin, oxy-hemoglobin and carbamino-hemoglobin upon interaction with cationic surfactants, using surfactant membrane selective electrodes [J]. Journal of Molecular Liquids, 2009, 144: 131-137.

[32] 張瑩瑩, 曹洪玉, 唐乾, 等. 不同類(lèi)型表面活性劑與高鐵肌紅蛋白相互作用[J]. 物理化學(xué)學(xué)報(bào), 2011, 27(12): 2907- 2914.

[33] Hu W Z. Tanaka K, Hasebe K. Determination of inorganic anions in biological fluidswith direct sample injection by electrostaticion chromatography using zwitterionic micelles in both stationary and mobile phases [J]. Analyst, 2000, 125: 447- 451.

[34] Moreira L M, Santiago P S, de Almeida E V, et al. Interaction of giant extracellular Glossoscolex paulistus hemoglobin (HbGp) with zwitterionic surfactant N-hexadecyl-N, N-dimethyl-3-ammonio-1-propanesulfonate (HPS): Effects of oligomeric dissociation [J].Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 2008, 61: 153-163.

[35] Gelamo E L, Silva C H, Imasato H, et al. Interaction of bovine (BSA) and human (HSA) serum albumins with ionic surfactants: spectroscopy and modeling [J]. Biochim. Biophys. Acta, 2002, 1594(1): 84-99.

[36] Garidel P, Hoffmann C, Blume A. A thermodynamic analysis of the binding interaction between polysorbate 20 and 80 with human serum albumins and immunoglobulins: A contribution to understand colloidal protein stabilization [J]. Biohysical Chemistry, 2009, 143: 70-78.

[37] Wang W, Wang Y J, Wang D Q. Dual effects of Tween80 on protein stability [J]. International Journal of Pharmaceutics, 2008, 347: 31-38.

[38] 王麗娜, 權(quán)春善, 許永斌, 等. 利用表面活性劑介導(dǎo)的方法制備AgrC 蛋白脂質(zhì)體[J]. 化學(xué)學(xué)報(bào), 2014, 72: 233- 240.

[39] Li L, Xu Z S, Song G W. Study on the Langmuir aggregation of fluorinated surfactants on protein [J]. Journal of Fluorine Chemistry, 2009, 130: 225-230.

[40] Palacios A C, Sarnthein-Graf C, Mesa C L. Equilibrium between phases in water–protein–surfactant systems [J]. Colloids Surf., A, 2003, 228(1-3): 25-35.

[41] Sesta B, Gente G, Lovino A, et al. Supramolecular association in the system water-lysozyme-lithium perfluorononanoate [J]. J. Phys. Chem. B, 2004, 108(9): 3036-3039.

[42] 劉芬, 謝丹華, 趙劍曦. 動(dòng)態(tài)光散射研究鹽對(duì)Gemini 表面活性劑網(wǎng)狀聚集體的影響[J]. 物理化學(xué)學(xué)報(bào), 2014, 30 (6): 1142-1147.

[43] 王萬(wàn)霞, 何云, 尚亞卓, 等. Gemini 表面活性劑(12-6-12)和DNA 的相互作用[J]. 物理化學(xué)學(xué)報(bào), 2011, 27(1): 156- 162.

[44] Wu D, Xu G Y, Sun Y H, et al. Interaction between proteins and cationic gemini surfactant [J]. Biomacromolec- ules, 2007, 8: 708-712.

[45] Gull N, Sen P, Khan R H, et al. Interaction of Bovine (BSA), Rabbit (RSA), and Porcine (PSA) serum albumins with cationic single-chain/gemini surfactants: a comparative study [J]. Langmuir, 2009, 25(19): 11686-11691.

[46] Faustino C M, Calado A R, Garcia-Rio L, et al. Gemini surfactant- protein interactions: effect of pH, temperature, and surfactant stereochemistry [J]. Biomacromolecules, 2009, 10: 2508- 2514.

[47] Wang S, Xiong N, Dong X Y, et al. A novel nickel-chelated surfactant for affinity-based aqueous two-phase micellar extraction of histidine-rich protein [J]. Journal of Chromato- graphy A, 2013, 1320: 118-124.

[48] Zou A, Liu J, Garamus V M, et al. Interaction between the natural lipopeptide [Glu1, Asp5] surfactin-C15 and hemoglobin in aqueous solution [J]. Biomacromolecules, 2010, 11: 593-599.

[49] Andersen K K, Westh P, Otzen D E. Global study of myoglobin surfactant interactions [J]. Langmuir, 2008, 24: 399-407.

[50] Taheri-Kafrani A, Bordbar A K, Mousavi S H, et al. β- Lactoglobulin structure and retinol binding changes in presence of anionic and neutral detergents [J]. J. Agric. Food Chem., 2008, 56: 7528-7534.

[51] Otzen D E, Sehgal P, Westh P. α-Lactalbumin is unfolded by all classes of surfactants but by different mechanisms [J]. Journal of Colloid Interface Science, 2009, 329: 273-283.