一、生物系统中的去污剂

去污剂是两性分子，其长亲脂性烃基(尾部)末端连有极性或带电荷的亲水基团(头部)(图1)。它们能够降低水的表面张力，因此也被称为表面活性剂。

图1 阴离子去污剂十二烷基硫酸钠(SDS)的结构，其中显示了亲水和疏水区域

与纯极性或非极性分子不同，两性分子在水性介质中表现出独特的性质。它们的极性基团与水分子形成氢键，而烃链由于疏水相互作用而聚集。在低浓度下，去污剂在水中以单体形式存在，当浓度足够高时，即达到临界胶束浓度(CMC)时，单体自发形成非共价聚集物，成为胶束。

在胶束中，每个去污剂分子的极性亲水区域朝向极性溶剂(水)，而疏水区域形成热力学稳定的疏水核。图2为胶束简图，其解释了胶束的方向概念。真实的胶束结构更复杂、更动态，并且可能随去污剂浓度和溶液组成而变化。

图2 SDS胶束简图

二、去污剂如何溶解膜蛋白？

去污剂被广泛用于生物化学、细胞生物学和分子生物学研究。常见的应用包括细胞裂解、膜蛋白和脂质溶解、蛋白质结晶以及减少印迹实验的背景染色。

尽管研究膜蛋白是蛋白质生物化学中的一大难题，但由于膜蛋白具有显著的生物学和药理学相关性，它们依然是一个重要的研究领域。了解膜蛋白的结构和功能需要小心分离出高纯度的天然膜蛋白。由于形成胶束的去污剂提供的两性环境可模仿脂质双分子层，因此，它们成为膜蛋白功能和结构研究中必不可少的增溶剂。

生物膜由磷脂构成，磷脂含有两个疏水基团以及与之相连的一个极性头部。这种分子结构使磷脂能够组装成脂质双分子层，其中疏水链面向彼此，而极性头部朝向外侧的水溶液环境(图3)。蛋白质和脂质镶嵌在这个双层结构中，形成流动镶嵌模型(图4)，该模型于1972年由Singer和Nicolson首次提出。脂质尾部与疏水蛋白质区域之间的疏水相互作用使蛋白质保留在脂质双分子层中。这些内在膜蛋白(IMP)(图4)不溶于水溶液，因为它们聚集在一起可保护其疏水区域；但它们可溶于去污剂，因为去污剂形成的胶束与生物膜双分子层具有相似的结构。

疏水相互作用将蛋白质整合至这些胶束中。通常镶嵌在膜脂质双分子层中的膜蛋白疏水区域，现在被一层去污剂分子包围，而亲水区域暴露于水性介质中，从而使膜蛋白溶于溶液。完全去除去污剂会使膜蛋白疏水区域聚集，进而导致膜蛋白聚集和沉淀。

图3 磷脂双分子层

图4 生物膜的流动镶嵌模型

去污剂的膜溶解过程可以分为三个阶段，其中去污剂-脂质-蛋白质比率是一个重要因素(图5)。

图5.去污剂溶解生物膜的三个阶段。当向生物膜中加入低浓度去污剂时(a)，去污剂单体(红色线条，带单尾)分散至脂质双分子层中而扰乱膜结构(b)。当浓度等于或高于去污剂的CMC时，脂质双分子层中的去污剂分子饱和并分裂，产生脂质-蛋白质-去污剂混合胶束(c)。去污剂/蛋白质比率约为1-2(w/w)被认为足以溶解IMP，以形成脂质-蛋白质-去污剂混合胶束。去污剂浓度进一步增加会导致脂质-蛋白质-去污剂混合胶束逐渐脱脂，形成脂质/去污剂和蛋白质/去污剂混合胶束(d)。复合物中溶解的IMP与去污剂结合，产生蛋白质-去污剂复合物(PDC)。通常，去污剂/蛋白质比率约为10 (w/w)或更高时，将导致完全脱脂。

三、去污剂的分类

1、离子去污剂

离子去污剂含有阴离子或阳离子头部基团并具有净电荷。它们的疏水尾部是直烃链(如十二烷基硫酸钠(SDS)和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB))或刚性甾体基团(如胆汁酸盐)。离子去污剂胶束的尺寸取决于侧链的疏水引力与离子基团的排斥力的综合作用。因此，通过增加反荷离子的浓度来中和头部基团的电荷，将导致胶束尺寸变大。胶束尺寸也会随烷基链长度的增加而增加。离子去污剂对于膜蛋白的溶解非常有效，但几乎都会导致一定程度的变性。

十二烷基硫酸钠（SDS）

产品编号

CAS编号

产品名称

产品规格

3241178

151-21-3

十二烷基硫酸钠(Sodium Dodecyl Sulfate)

dust-free pellets, ≥99.0% (GC)

3241179

151-21-3

十二烷基硫酸钠(Sodium Dodecyl Sulfate)

BioReagent, suitable for electrophoresis,   for molecular biology, ≥9....