【應(yīng)用】表面張力表征球蛋白界面穩(wěn)定性

研究背景

蛋白質(zhì)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(zhì)的疏水結(jié)構(gòu)排布在空氣中，疏水性質(zhì)的微小改變可導(dǎo)致分子溶解度和聚集趨勢(shì)的變化。蛋白質(zhì)疏水性的變化可以在一定程度上表征蛋白質(zhì)的聚集行為，對(duì)于蛋白質(zhì)穩(wěn)定性的研究非常重要。

表面張力是蛋白質(zhì)表面活性的一個(gè)特征參數(shù)，并且還與疏水相互作用有關(guān)。在本研究中，引入表面張力作為特征參數(shù)，通過(guò)基于熒光的技術(shù)評(píng)估蛋白質(zhì)的疏水性和結(jié)構(gòu)，最終建立了這三個(gè)參數(shù)之間的相關(guān)性。

實(shí)驗(yàn)儀器與方法 

蛋白質(zhì)溶液的表面張力測(cè)定如下：2 mg/mL 蛋白質(zhì)溶液在25 °C下進(jìn)行制備和平衡8小時(shí)，樣品的表面張力通過(guò)板法使用K100 全自動(dòng)表面張力計(jì)（KRUSS K100，德國(guó)）測(cè)定，重復(fù)測(cè)試3次。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論 

1.    蛋白質(zhì)表面張力與疏水性相關(guān)性

選擇了九種不同疏水性的蛋白質(zhì)：牛血清蛋白（BSA）、過(guò)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(cè)量熒光強(qiáng)度，并以斜率作為疏水指數(shù)S0。圖1A和1B分別顯示了九種蛋白質(zhì)的疏水指數(shù)和表面張力，隨后進(jìn)行相關(guān)分析以研究蛋白質(zhì)表面張力和疏水性之間的關(guān)系。圖1C使用每種蛋白質(zhì)的疏水指數(shù)作為橫坐標(biāo)，表面張力作為縱坐標(biāo)。每個(gè)點(diǎn)是三次實(shí)驗(yàn)的平均值。結(jié)果表明，蛋白質(zhì)的表面張力與其疏水性密切相關(guān)，二者之間的相關(guān)系數(shù)為?0.7048（P<0.05）。蛋白質(zhì)的表面張力隨著疏水性的增加而降低。

2.    蛋白質(zhì)表面張力與結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系

蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)變化對(duì)應(yīng)于蛋白質(zhì)中疏水和親水氨基酸殘基空間位置的變化，這會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致蛋白質(zhì)的表面吸附性質(zhì)發(fā)生變化并影響蛋白質(zhì)的表面張力。為了研究蛋白質(zhì)表面張力與結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，通過(guò)pH誘導(dǎo)改變蛋白質(zhì)的構(gòu)象。不同pH誘導(dǎo)的兩種蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和表面張力顯著相關(guān)，表明表面張力可以作為蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)參數(shù)的指標(biāo)。BSA和OVA的表面張力與THT熒光強(qiáng)度顯著正相關(guān)，表明表面張力的變化與二級(jí)結(jié)構(gòu)的變化有關(guān)。因此，蛋白質(zhì)的表面張力也可以用作蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的指針參數(shù)。

討論 

蛋白質(zhì)吸附和聚集幾乎是蛋白質(zhì)藥物開發(fā)中所有階段中遇到的*挑戰(zhàn)性的問(wèn)題。在本研究中，我們使用蛋白質(zhì)特征參數(shù)表面張力來(lái)研究蛋白質(zhì)聚集，并為治療性蛋白質(zhì)的預(yù)配方研究提供有用的信息。

本文有刪減，詳細(xì)信息請(qǐng)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.