【應用】表面張力表征球蛋白界面穩定性

研究背景

蛋白質是兩親性的并具有表面活性，能夠迅速吸附在液體表面，從而降低溶液的表面張力和界面張力。然而，蛋白質的疏水結構排布在空氣中，疏水性質的微小改變可導致分子溶解度和聚集趨勢的變化。蛋白質疏水性的變化可以在一定程度上表征蛋白質的聚集行為，對于蛋白質穩定性的研究非常重要。

表面張力是蛋白質表面活性的一個特征參數，并且還與疏水相互作用有關。在本研究中，引入表面張力作為特征參數，通過基于熒光的技術評估蛋白質的疏水性和結構，最終建立了這三個參數之間的相關性。

實驗儀器與方法 

蛋白質溶液的表面張力測定如下：2 mg/mL 蛋白質溶液在25 °C下進行制備和平衡8小時，樣品的表面張力通過板法使用K100 全自動表面張力計（KRUSS K100，德國）測定，重復測試3次。

實驗結果與討論 

1.    蛋白質表面張力與疏水性相關性

選擇了九種不同疏水性的蛋白質：牛血清蛋白（BSA）、過氧化氫酶、糖化酶、脂肪酶、溶菌酶、卵清蛋白（OVA）、木瓜蛋白酶、胃蛋白酶和纖維蛋白原。在不同濃度下測量熒光強度，并以斜率作為疏水指數S0。圖1A和1B分別顯示了九種蛋白質的疏水指數和表面張力，隨后進行相關分析以研究蛋白質表面張力和疏水性之間的關系。圖1C使用每種蛋白質的疏水指數作為橫坐標，表面張力作為縱坐標。每個點是三次實驗的平均值。結果表明，蛋白質的表面張力與其疏水性密切相關，二者之間的相關系數為?0.7048（P<0.05）。蛋白質的表面張力隨著疏水性的增加而降低。

2.    蛋白質表面張力與結構之間的關系

蛋白質的結構變化對應于蛋白質中疏水和親水氨基酸殘基空間位置的變化，這會進一步導致蛋白質的表面吸附性質發生變化并影響蛋白質的表面張力。為了研究蛋白質表面張力與結構之間的關系，通過pH誘導改變蛋白質的構象。不同pH誘導的兩種蛋白質的結構和表面張力顯著相關，表明表面張力可以作為蛋白質結構參數的指標。BSA和OVA的表面張力與THT熒光強度顯著正相關，表明表面張力的變化與二級結構的變化有關。因此，蛋白質的表面張力也可以用作蛋白質結構的指針參數。

討論 

蛋白質吸附和聚集幾乎是蛋白質藥物開發中所有階段中遇到的*挑戰性的問題。在本研究中，我們使用蛋白質特征參數表面張力來研究蛋白質聚集，并為治療性蛋白質的預配方研究提供有用的信息。

本文有刪減，詳細信息請參考原文：

Huashuai Xiao, Luyao Huang, Wei Zhang, Zongning Yin et al., Damage of proteins at the air/water interface: Surface tension characterizes globulin interface stability[J] International Journal of Pharmaceutics, 2020, 119445.