表面活性素分子結(jié)構(gòu)對(duì)其膠束化行為的影響

李 翌 鄒愛(ài)華 葉汝強(qiáng) 牟伯中

(華東理工大學(xué)應(yīng)用化學(xué)研究所,上海200237)

表面活性素分子結(jié)構(gòu)對(duì)其膠束化行為的影響

李 翌 鄒愛(ài)華 葉汝強(qiáng) 牟伯中*

(華東理工大學(xué)應(yīng)用化學(xué)研究所,上海200237)

采用表面張力、界面張力、熒光、動(dòng)態(tài)光散射(DLS)和冷凍刻蝕電鏡(FF-TEM)等方法,研究了由Bacillus subtilis HSO121所產(chǎn)生的一組表面活性素的膠束化行為.通過(guò)對(duì)表面活性素溶液表面張力、表面活性素對(duì)水/正己烷界面張力的影響、表面活性素膠束微極性以及膠束粒徑和形態(tài)的研究,發(fā)現(xiàn)隨著表面活性素脂肪鏈長(zhǎng)度的增加,其表界面活性增強(qiáng),溶液中趨向于形成更大的聚集體.

表面活性素;膠束;熒光;動(dòng)態(tài)光散射;冷凍刻蝕電鏡

1 引 言

表面活性素(surfactin)是脂肽家族中一類具有代表性的生物表面活性劑.脂肽是由微生物在細(xì)胞表面或者由胞外分泌產(chǎn)生的一類由脂肪酸和肽組成的具有兩親結(jié)構(gòu)的化合物,是優(yōu)良的生物表面活性劑.枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis)產(chǎn)生的脂肽主要有表面活性素(surfactin)、1地衣素(lichenysin)、2伊枯草素(iturins)3和豐原素(fengycin)4等.表面活性素在1968年由Arima等1鑒定命名,其化學(xué)結(jié)構(gòu)由Kakinuma等5確定為含有7個(gè)α-氨基酸和β-羥基脂肪酸構(gòu)成的環(huán)狀脂肽類化合物.表面活性素可以在1×10-5mol·L-1濃度時(shí),將水的表面張力由72 mN· m-1降低到27 mN·m-1,是表面活性最強(qiáng)的一類脂肽.6,7另外表面活性素還表現(xiàn)出特殊的生物活性,如抗病毒、抗腫瘤、抗真菌、抗HIV和溶血等.8-13表面活性素的這些表面和生物活性與它在水溶液中的物理化學(xué)性質(zhì)有著密切的關(guān)系,因此研究表面活性素溶液的性質(zhì)以及膠束化過(guò)程對(duì)于進(jìn)一步探索表面活性素的生物物理活性以及拓展其在化學(xué)工業(yè)和生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用有著重要的意義.

表面活性素的自身結(jié)構(gòu),脂肪鏈和氨基酸部分的不同,對(duì)表面活性素的物理化學(xué)性質(zhì)和生物活性都會(huì)產(chǎn)生一定的影響.Gallet等14用分子模擬的方法研究了脂肪鏈長(zhǎng)度為13、14、15的表面活性素同系物在親水/親油界面上的不同構(gòu)型.Razafindralambo等15用動(dòng)態(tài)表面張力法研究了脂肪鏈長(zhǎng)為13、14、15的表面活性素,發(fā)現(xiàn)隨著鏈長(zhǎng)的增加,動(dòng)態(tài)界面張力降低得更快.Song等16用LB膜技術(shù)研究了烴鏈長(zhǎng)度對(duì)表面活性素界面形態(tài)的影響.Deleu等17計(jì)算模擬了表面活性素和生物膜的作用,Eeman等18研究了烴鏈長(zhǎng)度為13、14、15的環(huán)狀表面活性素以及烴鏈長(zhǎng)為15的直鏈表面活性素,都發(fā)現(xiàn)鏈長(zhǎng)的增加大大加強(qiáng)了表面活性素的表面活性,同時(shí)也影響著表面活性素和磷脂膜的相互作用.因此系統(tǒng)研究表面活性素分子結(jié)構(gòu)對(duì)其溶液性質(zhì)的影響,對(duì)表面活性素的化學(xué)和生物應(yīng)用都有一定的指導(dǎo)意義.

目前,對(duì)表面活性素溶液性質(zhì)的研究已有一些報(bào)道,但是基于分離純化技術(shù)的限制,大多數(shù)研究都是針對(duì)表面活性素同系物及其類似物的混合體系.這樣得到的結(jié)果難以準(zhǔn)確地表征表面活性素膠束化過(guò)程以及表面活性素溶液體系的各個(gè)參數(shù),而且各個(gè)研究結(jié)果之間差異較大,結(jié)果不穩(wěn)定.本文由一株枯草芽孢桿菌HSO121出發(fā),發(fā)酵培養(yǎng)及分離純化得到了5種主要表面活性素,通過(guò)表面張力、界面張力、熒光法、動(dòng)態(tài)光散射(DLS)和冷凍刻蝕電鏡(FF-TEM)對(duì)不同結(jié)構(gòu)的表面活性素溶液膠束化行為比較,得到表面活性素結(jié)構(gòu)差異對(duì)其溶液性質(zhì)和膠束化行為的影響規(guī)律.

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 表面活性素的制備以及分離純化

實(shí)驗(yàn)所用的表面活性素樣品由本實(shí)驗(yàn)室分離鑒定的枯草芽孢桿菌Bacillus subtilis HSO121培養(yǎng)產(chǎn)生.19,20表面活性素粗提物用常壓反相柱(YMC ODS C18柱,Φ 3.0 cm×10 cm,50 μm)純化,去除色素.然后再由高效液相色譜(JASCO LC-2000,日本, HIQ sil C18W柱,Φ 21.2 mm×250 mm,5 μm),采用甲醇、水體系進(jìn)一步分離,得到各個(gè)表面活性素的組分,如圖1所示.

圖1 表面活性素的分析型高效液相色譜圖Fig.1 Analytical high performance liquid chromatography(HPLC)of surfactinC12,C13,C14,C15,and C16:the surfactins with fatty acid chains having 12,13,14,15,and 16 carbon atoms

得到的脂肽先由氨基酸自動(dòng)分析儀獲得脂肽的氨基酸組成,然后用電噴霧四極桿-飛行時(shí)間串聯(lián)質(zhì)譜(ESI Q-TOF MS/MS)和氣相色譜/質(zhì)譜連用(GC/MS)對(duì)脂肽結(jié)構(gòu)進(jìn)行解析.21

實(shí)驗(yàn)所用的表面活性素樣品結(jié)構(gòu)如圖2所示,脂肪酸鏈碳數(shù)分別為12、13、14、15、16.

2.2 試 劑

KCl,分析純,上海凌峰試劑有限公司;正己烷,分析純,上海菲達(dá)工程有限公司;使用0.05 mol·L-1, pH為8.5的Tris(Gene-Tech,純度＞99.95%)緩沖溶液;水為二次重蒸水.

2.3 實(shí)驗(yàn)方法

2.3.1 表面張力的測(cè)定

配置一系列濃度的表面活性素水溶液,0.05 mol·L-1Tris緩沖液,pH 8.5,25°C,用DCA315表/界面張力儀及動(dòng)態(tài)接觸角分析系統(tǒng)DCA315(Thermo Cahn,美國(guó))測(cè)定其表面張力.

2.3.2 界面張力測(cè)定

固定表面活性素濃度為4×10-5mol·L-1,用旋滴界面張力儀TX-550A型(Bowing,美國(guó))測(cè)定了各個(gè)不同結(jié)構(gòu)的表面活性素對(duì)于水和正己烷的油水界面張力的影響.由TX-550A旋滴界面張力儀測(cè)得表面活性素水溶液中正己烷液滴的長(zhǎng)度L(cm)和寬度D(cm),計(jì)算得到界面張力.當(dāng)L/D≥4時(shí),可根據(jù)式(1)計(jì)算液液界面張力:22

圖2 表面活性素結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Structures of surfactins (a)n=9(surfactin-C12),n=10(surfactin-C13),n=11(surfactin-C14)and n=12(surfactin-C15);(b)surfactin-C16;Asp:aspartate, Glu:glutamic acid,Leu:leucine,Val:valine

式中γ為界面張力(mN·m-1),Δρ為兩相密度差(g· cm-3),Z為儀器上顯示的旋轉(zhuǎn)周期(ms·2π-1),K為常數(shù)0.3817.當(dāng)L/D＜4時(shí),可根據(jù)式(2)計(jì)算:

式中f為校正參數(shù),由不同的L/D值對(duì)應(yīng)得到.

2.3.3 熒光法

表面活性素溶液的膠束微環(huán)境性質(zhì)由熒光分光光度計(jì)F-4500(Hitachi,日本)測(cè)定,采用芘(Sigma-Aldrich,99%(w))作為熒光探針.在激發(fā)光波長(zhǎng)為335 nm時(shí),芘的熒光發(fā)射光譜在350-500 nm有5個(gè)特征峰,其中第一峰的熒光強(qiáng)度I1在極性溶劑中呈現(xiàn)出較大的增加,第三峰的熒光強(qiáng)度I3在非極性溶劑中較強(qiáng),其強(qiáng)度隨條件變化不大,因此I1與I3之比值強(qiáng)烈依賴于環(huán)境極性.23測(cè)定芘在不同結(jié)構(gòu)表面活性素溶液(4×10-5mol·L-1)的熒光光譜,研究表面活性素結(jié)構(gòu)對(duì)其膠束微環(huán)境性質(zhì)的影響.

2.3.4 動(dòng)態(tài)光散射

通過(guò)激光粒度儀Nano-ZS(Malvern,英國(guó))測(cè)定了不同結(jié)構(gòu)表面活性素溶液中膠束粒徑的分布,樣品槽溫度恒定在25°C,表面活性素濃度為4×10-5mol·L-1.

2.3.5 冷凍刻蝕電鏡

將樣品滴入樣品杯內(nèi)并迅速投入液氮(約77 K)中冷凍固定.在液氮環(huán)境下,樣品杯轉(zhuǎn)移到樣品座上,然后送入冷凍蝕刻儀BALZERS BAF-400D (Bal-tec,列支敦士登)的真空腔中(真空腔中的樣品臺(tái)及冷刀預(yù)冷到約100 K).取出樣品桿,抽真空.等到系統(tǒng)壓力小于1×10-9Pa時(shí),將樣品斷裂.以45°角向樣品斷裂面噴鍍厚約2 nm的鉑,然后以垂直方向噴鍍1-20 nm的碳層.取出樣品,重蒸水漂洗,用銅網(wǎng)將復(fù)型撈起,晾干后,用透射電子顯微鏡JEM-1400 (JEOL,日本)觀察.24,25

圖3 不同鏈長(zhǎng)表面活性素溶液的表面張力圖Fig.3 Surface tension of surfactins with different fatty acid chain lengths

3 結(jié)果與討論

3.1 表面活性素分子結(jié)構(gòu)對(duì)其表面、界面活性的影響

用吊環(huán)法分別測(cè)得一系列濃度的表面活性素, surfactin-C12、C13、C14、C15、C16在0.05 mol·L-1的Tris緩沖溶液中的表面張力,實(shí)驗(yàn)溫度為25°C,表面張力和表面活性素濃度變化關(guān)系如圖3所示.由圖可見(jiàn),表面張力先隨著表面活性素濃度的增加急劇降低,在達(dá)到臨界膠束濃度,形成膠束以后表面張力降低幅度變慢,趨于一個(gè)定值.從圖3可以得到各個(gè)表面活性素的cmc值(表1),隨著碳鏈的增加各個(gè)表面活性素溶液的cmc值變化在一個(gè)較接近的范圍內(nèi),脂肪鏈長(zhǎng)的表面活性素有較小的cmc值.各個(gè)表面活性素體系最終達(dá)到的最低表面張力(γcmc)也隨結(jié)構(gòu)的不同而不同,脂肪鏈長(zhǎng)的表面活性素能夠使溶液達(dá)到更低的γcmc,表面活性劑水溶液的表面張力越低,其潤(rùn)濕、起泡、乳化、分散等性能越好.因此,γcmc是表面活性劑的一個(gè)主要性質(zhì).圖3顯示,表面活性素surfactin-C16較其他表面活性素有更低的γcmc.表面活性素surfactin-C16在親水基團(tuán)和疏水脂肪酸鏈上都和其他表面活性素有著不同.對(duì)于相同性質(zhì)的疏水基,結(jié)構(gòu)不同時(shí),表面活性劑的性質(zhì)會(huì)有顯著差異,有支鏈的結(jié)構(gòu)會(huì)顯著降低γcmc.表面活性素surfactin-C16脂肪鏈比其他表面活性素多一個(gè)碳原子,因此更復(fù)雜的支鏈?zhǔn)蛊洇胏mc更低.另一方面,它的氨基酸結(jié)構(gòu)上Asp和Glu的位置和其他表面活性素不同.表面活性素分子在溶液中呈馬鞍型結(jié)構(gòu),Asp和Glu在親水的一面,其余四個(gè)氨基酸和烴鏈在另一面.26,27兩個(gè)親水氨基酸位置的改變,會(huì)使疏水烴鏈?zhǔn)艿降泥徑被岬奈蛔枳饔米冃?對(duì)膠束的形成產(chǎn)生一定的影響.而關(guān)于氨基酸部分對(duì)表面活性素性質(zhì)的影響,我們還需要改進(jìn)研究手段做進(jìn)一步的探索.

表1 不同鏈長(zhǎng)表面活性素在氣液界面的吸附參數(shù)Table 1 Adsorption parameters of surfactins with different chain lengths at the air-aqueous-solution interface

根據(jù)Gibbs等溫吸附式,由表面活性素溶液濃度和表面張力的關(guān)系,可以計(jì)算得到表面活性素的表面吸附量(Γ)和單位分子在表面所占面積(A).28

式中σ為溶液表面張力,c為溶液濃度,R為摩爾氣體常數(shù),T為熱力學(xué)溫度,NA為阿伏伽德羅常數(shù),k為和表面活性劑結(jié)構(gòu)類型有關(guān)的常數(shù),表面活性素在完全電離的條件下,是二價(jià)的離子型表面活性劑, ksurfactin=3.29對(duì)一系列表面活性素計(jì)算結(jié)果如表1所示,由表1中的數(shù)據(jù)可以看出,表面活性素在溶液表面的吸附量隨著脂肪鏈長(zhǎng)度的增加,單分子表面活性素表面面積從2.7 nm2降到0.89 nm2,表面活性素膠束化的標(biāo)準(zhǔn)自由能降低.由于碳原子的增加,使得疏水鏈更易于在氣液界面伸展,界面上的氨基酸環(huán)也隨之變化位置,單位分子所占面積減少.Gallet14和Song16,30等都用LB膜方法研究了脂肽的界面性質(zhì),由π-A曲線上可以得到表面活性素的分子面積在1.5 nm2左右,π為表面壓,這和我們計(jì)算得到分子面積的結(jié)果相一致.Maget-Dana31和Ptak26等也通過(guò)表面張力得到表面活性素surfactin-C14的分子面積,為1.32 nm2,略低于我們測(cè)得的surfactin-C14的結(jié)果1.9 nm2.這有可能是溶液電解質(zhì)、pH值、溫度等實(shí)驗(yàn)條件不同帶來(lái)的.Shen等27通過(guò)氣液界面中子散射得到的結(jié)果為1.47 nm2,并且認(rèn)為surfactin的脂肪酸鏈和疏水的氨基酸部分產(chǎn)生強(qiáng)烈的相互作用,能夠向后折疊在肽環(huán)的亮氨酸里.

在此基礎(chǔ)上還進(jìn)行了幾何排列參數(shù)的計(jì)算,計(jì)算中我們將β羥基脂肪酸鏈算作疏水部分,氨基酸肽環(huán)作為親水部分.為計(jì)算幾何排列參數(shù)(P)所需的A0、lc和Vc的值可以分別由實(shí)驗(yàn)測(cè)定和理論計(jì)算得到,32計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1.由初步計(jì)算的P值來(lái)看,都小于1/3,這一結(jié)果說(shuō)明單純從表面活性素分子幾何結(jié)構(gòu)來(lái)看,表面活性素趨向于形成球狀膠束.隨著脂肪鏈長(zhǎng)度的增加,P增大,趨向于形成其他不對(duì)稱膠束結(jié)構(gòu).我們得到的幾何排列參數(shù)值和Shen等27報(bào)道的結(jié)果較為相近,他們得到的表面活性素sufactin-C14的P值為0.21.另外,他們也根據(jù)對(duì)表面活性素脂肪酸鏈和疏水氨基酸相互作用情況的推測(cè),估算了另一個(gè)幾何堆積常數(shù),將亮氨酸和脂肪酸鏈整體作為疏水部分,得到堆積常數(shù)為0.65.這一幾何排列參數(shù)的結(jié)果大于1/2,表明脂肪酸鏈和疏水基的相互作用,使得分子構(gòu)型改變,表面活性素也有可能趨向于形成一個(gè)層狀聚集結(jié)構(gòu).

加入不同鏈長(zhǎng)的表面活性素以后,水/正己烷的界面張力變化結(jié)果如表2所示,表面活性素可以將緩沖溶液存在的條件下將水/正己烷的界面張力由25 mN·m-1降低到1 mN·m-1左右.并且隨著表面活性素脂肪鏈長(zhǎng)度的增加,表面活性素使得水/正己烷的界面張力降低得更多,這是由于表面活性素脂肪鏈的增加使得疏水的烴鏈部分更容易進(jìn)入到正己烷相,與之相互作用,降低了水相和正己烷相的界面張力.

由一系列表面活性素溶液表面和界面活性實(shí)驗(yàn)可以看出,隨著表面活性素脂肪鏈長(zhǎng)度的增加,使得表面活性素的表面、界面活性加強(qiáng),更有助于膠束的形成.

3.2 表面活性素分子結(jié)構(gòu)對(duì)其溶液微極性的影響

熒光法可以用來(lái)研究溶液微環(huán)境性質(zhì),芘探針的熒光光譜有5個(gè)特征峰,其中第一和第三峰的值可以分別表示出探針?lè)肿铀幬h(huán)境中極性和非極性的強(qiáng)弱,第一和第三峰的比值I1/I3可以作為膠束微極性的指標(biāo).23,33本實(shí)驗(yàn)用熒光法測(cè)定不同濃度表面活性素溶液中芘探針熒光光譜,得到第一和第三峰值的比例,研究表面活性素溶液微環(huán)境極性隨表面活性素結(jié)構(gòu)的變化,結(jié)果如表3所示.

表2 不同鏈長(zhǎng)表面活性素溶液和正己烷的界面張力Table 2 Interfacial tension of surfactin solution with different chain lengths and hexane

表3 表面活性素濃度對(duì)膠束微極性(I1/I3)的影響Table 3 Effect of surfactin concentrations on the micelle micropolarity(I1/I3)

隨著表面活性素濃度的增加,溶液的微極性降低,且脂肪鏈長(zhǎng)度對(duì)微極性有明顯影響.從表3中可見(jiàn),在形成膠束以后,脂肪鏈較短的表面活性素微極性變化不大,脂肪鏈長(zhǎng)度越大,微極性越低.膠束微極性的降低表明探針?lè)肿铀幬h(huán)境的極性降低,更多探針?lè)肿颖辉鋈茉谀z束中.隨著脂肪鏈長(zhǎng)度的增加,表面活性素的疏水性增加,因此形成的膠束微環(huán)境極性即膠束微極性降低.膠束微極性的降低表明溶液膠束中水分子減少,疏水的非極性物質(zhì)增加,說(shuō)明脂肪鏈長(zhǎng)度較長(zhǎng)的表面活性素隨著濃度的增加能夠形成更大的膠束聚集體,使得膠束中疏水部分更加密集,而鏈長(zhǎng)較短的表面活性素膠束結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定,隨濃度變化較小.

3.3 不同鏈長(zhǎng)表面活性素膠束形態(tài)的變化

為了了解不同鏈長(zhǎng)的表面活性素膠束粒徑分布和形態(tài)的變化,我們通過(guò)動(dòng)態(tài)光散射和冷凍刻蝕方法對(duì)同一濃度的表面活性素膠束溶液進(jìn)行了研究.用Nano-ZS激光粒度儀測(cè)定了各個(gè)表面活性素在溶液中聚集體粒徑大小分布.不同表面活性素溶液中聚集體粒徑的體積相關(guān)分布如圖4所示.

由圖可以看出,表面活性素在溶液中聚集體的粒徑分布有2個(gè)范圍,較小的膠束小于100 nm,較大的聚集體在300 nm左右.最早由Ishigami等6對(duì)于表面活性素膠束性質(zhì)研究表明,表面活性素通過(guò)β折疊結(jié)構(gòu)形成膠束.β折疊結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)中常見(jiàn)的二級(jí)結(jié)構(gòu),是由伸展的多肽鏈組成的.折疊片的構(gòu)象是通過(guò)一個(gè)肽鍵的羰基氧和位于同一個(gè)肽鏈或相鄰肽鏈的另一個(gè)酰胺氫之間形成的氫鍵維持的.氫鍵幾乎都是垂直伸展的肽鏈,這些肽鏈可以是平行排列(走向都是由N到C方向);或者是反平行排列(肽鏈反向排列).由于有這樣的結(jié)構(gòu)存在,使得膠束間的氫鍵作用加強(qiáng),膠束之間有相互作用,能夠形成大的膠束聚集體.所以表面活性素的水溶液中除了形成一般的膠束結(jié)構(gòu)之外,膠束之間也容易產(chǎn)生相互作用,形成較大的膠束聚集體.

這一結(jié)果也和我們之前對(duì)surfactin-C16溶液體系的研究34以及Han等35對(duì)表面活性素膠束溶液的研究結(jié)果相一致.由于表面活性素具有β折疊結(jié)構(gòu),除了形成一般的膠束結(jié)構(gòu)之外,膠束之間也容易產(chǎn)生相互作用,形成較大的聚集體.但是從膠束粒徑大小角度出發(fā),Ishigami等6采用光散射方法測(cè)得表面活性素的膠束形狀,是直徑為5.8 nm,長(zhǎng)115.5 nm的棒狀膠束.Han等35的動(dòng)態(tài)光散射結(jié)果也顯示兩個(gè)分布分別是在4-6 nm和100 nm附近有兩個(gè)吸收峰.我們的結(jié)果要比他們的粒徑更大,這可能是體系的差別引起的結(jié)果,還有待進(jìn)一步考證.

圖4 不同表面活性素溶液中聚集體粒徑(d)的體積相關(guān)分布圖Fig.4 Volume particle size(d)distribution of aggregations in different surfactin solutionsThe concentration of surfactin is 4×10-5mol·L-1,T=25°C.

圖5 不同鏈長(zhǎng)表面活性素溶液的冷凍刻蝕透射電鏡照片F(xiàn)ig.5 Freeze-fracture transmission electron microscopy(FF-TEM)images of surfactin solutions with different chain lengths(a)surfactin-C13,(b)surfactin-C16,csurfaction=4×10-5mol·L-1

由圖4可知,從相對(duì)體積比例來(lái)看,鏈長(zhǎng)較短的surfactin-C12大部分是形成直徑為40 nm左右的膠束,少部分形成直徑大于200 nm的膠束聚集體.隨著表面活性素烷基鏈的增長(zhǎng),形成的聚集體的直徑明顯增加,也有更多的大粒徑聚集體形成.

為了進(jìn)一步觀察表面活性素膠束溶液的形態(tài),我們還進(jìn)行了冷凍刻蝕實(shí)驗(yàn).圖5是表面活性素surfactin-C13和-C16溶液的冷凍刻蝕電鏡照片,表面活性素溶液濃度為4×10-5mol·L-1.

由圖可以觀察到,表面活性素surfactin-C13膠束多數(shù)為直徑在25 nm左右的、球形的、較為均勻的粒子,還有一些較大的100 nm左右的聚集體,這與動(dòng)態(tài)光散射的結(jié)果(圖4)一致,小粒徑的膠束占多數(shù);表面活性素surfactin-C16主要是有較小的半徑約50 nm的不規(guī)則膠束,以及粒徑較大的幾百納米復(fù)雜聚體兩種聚集體,并且可以觀察到一些層狀聚集結(jié)構(gòu).動(dòng)態(tài)光散射也顯示幾百納米的膠束聚集體增多,動(dòng)態(tài)光散射和冷凍刻蝕的結(jié)果也和熒光實(shí)驗(yàn)的結(jié)果相一致,可以看出,隨著表面活性素脂肪鏈的增加,膠束之間β折疊作用加強(qiáng),使得表面活性素更容易發(fā)生膠束之間的聚集,形成大的聚集體.

4 結(jié)論

通過(guò)表面張力、界面張力、熒光、動(dòng)態(tài)光散射和冷凍刻蝕透射電鏡研究了由Bacillus subtilis HSO121所產(chǎn)生的一系列表面活性素的膠束化行為.研究發(fā)現(xiàn):隨著表面活性素脂肪鏈的增加,表面活性素的臨界膠束濃度以及膠束形成以后的表面張力都降低,使水/正己烷的界面張力降低幅度加大,這表明表面活性素表面、界面性質(zhì)增強(qiáng).通過(guò)表面活性素膠束溶液聚集體的粒徑分布以及形態(tài)的研究,得到表面活性素結(jié)構(gòu)對(duì)其膠束性質(zhì)的影響規(guī)律.由于表面活性素分子間的β折疊結(jié)構(gòu),鏈長(zhǎng)較短的表面活性素趨向于形成半徑較小的膠束,膠束結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定,隨著表面活性素濃度增加變化不大;對(duì)于鏈長(zhǎng)較長(zhǎng)的表面活性素,由于分子間β折疊結(jié)構(gòu)作用的增強(qiáng),還能夠形成半徑較大的復(fù)雜聚集體,并且隨著濃度的增加,聚集體增大.

致謝:感謝中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所生物電鏡中心提供的測(cè)試服務(wù),感謝孫樹(shù)鋒老師在電鏡測(cè)試中心幫助我們制作了電鏡觀察樣品.

(1)Arlma,K.;Kakinuma,A.;Tamum,G.Biochem.Biophys.Res. Commun.1968,31,488.

(2)Yakimov,M.M.;Abraham,W.R.;Meyer,H.;Giuliano,L.; Golyshin,P.N.Biochim.Biophys.Acta 1999,1438,273.

(3)Peypoux,F.;Guinand,M.;Michel,G.;Delcambe,L.;Das,B. C.;Lederer,E.Biochemistry 1978,17,3992.

(4) Vanittanakom,N.;Loeffler,W.;Koch,U.;Jung,G.J.Antibiot. 1986,30,888.

(5) Kakinuma,A.;Hori,M.;Isono,M.Agr.Biol.Chem.1969,33, 971.

(6) Ishigami,Y.;Osman,M.;Nakahara,H.;Sano,Y.;Ishiguro,R.; Matsumoto,M.Colloids Surf.B 1995,4,341.

(7) Peypoux,F.;Bonmatin,J.M.;Wallach,J.Appl.Microbiol. Biotechnol.1999,51,553.

(8) Beven,L.;Wroblewski,H.Res.Microbiol.1997,148,163.

(9) Vollenbroich,D.;Pauli,G.;?zel,M.;Vater,J.Appl.Environ. Microbiol.1997,63,44.

(10) Weislow,O.S.;Kiser,R.;Fine,D.L.;Bader,J.;Shoemaker,R. H.;Boyd,M.R.J.Natl.Cancer Inst.1989,81,577.

(11)Kameda,Y.;Matsui,K.;Kato,H.;Yamada,T.;Sagai,H.Chem. Pharm.Bull.1972,20,1551.

(12) Kameda,Y.;Ouhira,S.;Matsui,K.;Kanatomo,S.;Hase,T.; Atsusaka,T.Chem.Pharm.Bull.1974,20,938.

(13) Bernheimer,A.;Avigad,L.J.Gen.Microbiol.1970,61,361.

(14) Gallet,X.;Deleu,M.;Razafindralambo,H.;Jacques,P.; Thonart,P.;Paquot,M.;Brasseur,R.Langmuir 1999,15,2409.

(15) Razafindralambo,H.;Thonart,P.;Paquot,M.J.Surfactants Deterg.2004,7,41.

(16) Song,C.S.;Ye,R.Q.;Mu,B.Z.Colloids Surf.A 2008,330,49.

(17) Deleu,M.;Bouffioux,O.;Razafindralambo,H.;Paquot,M.; Hbid,C.;Thonart,P.;Jacques,P.;Brasseur,R.Langmuir 2003, 19,3377.

(18)Eeman,M.;Berquand,A.;Dufrêne,Y.F.;Paquot,M.;Dufour, S.;Deleu,M.Langmuir 2006,22,11337.

(19) Liu,X.Y.;Yang,S.Z.;Mu,B.Z.J.Peptide Sci.2008,14,864.

(20) Namir,H.;Liu,X.Y.;Yang,S.Z.;Mu,B.Z.Protein Peptide Lett.2008,15,265.

(21)Liu,X.Y.;Namir,H.;Yang,S.Z.;Mu,B.Z.Protein Peptide Lett.2007,14,766.

(22) Princen,H.M.;Zia,I.Y.Z.J.Colloid Interface Sci.1967,23, 99.

(23) Osman,M.;H?iland,H.;Holmsen,H.Colloids Surf.B 1998,11, 167,

(24) Bolzinger-Thevenin,M.A.;Grossiord,J.L.;Poelman,M.C. Langmuir 1999,15,2307.

(25) Xu,J.;Li,G.Z.;Zhang,Z.Q.;Zhou,G.W.;Ji,K.J.Colloids Surf.A 2001,191,269.

(26)Bonmatin,J.M.;Genest,M.;Labbe,H.;Ptak,M.Biopolymer 1994,34,975.

(27) Shen,H.H.;Thomas,R.K.;Chien-Yen,C.;Darton,R.C.; Baker,S.C.;Penfold,J.Langmuir 2009,25,4211.

(28)Heins,A.;Garamus,V.M.;Steffen,B.;St?ckmann,H.; Schwarz,K.Food Biophysics 2006,1,189.

(29) Zana,R.Adv.Colloid Interface Sci.2002,97,205.

(30) Song,C.S.;Ye,R.Q.;Mu,B.Z.Colloids Surf.A 2007,302,82.

(31) Maget-Dana,R.;Ptak,M.J.Colloid Interface Sci.1992,153, 285.

(32) Zhao,G.X.;Zhu,B.Y.Principles of Surfactant Action;China Light Industry Press:Beijing,2003;pp 231-233.[趙國(guó)璽,朱 瑤.表面活性劑作用原理.北京:中國(guó)輕工業(yè)出版社, 2003:231-233.]

(33)Thomas,J.K.Chem.Rev.1998,80,283.

(34)Li,Y.;Zou,A.H.;Ye,R.Q.;Mu,B.Z.J.Phys.Chem.B 2009, 113,15272.

(35)Han,Y.C.;Huang,X.;Cao,M.W.;Wang,Y.L.J.Phys.Chem. B 2008,112,15195.

November 15,2010;Revised:January 17,2011;Published on Web:March 17,2011.

Effects of Molecular Structure on Surfactin Micellization Activity

LI Yi ZOU Ai-Hua YE Ru-Qiang MU Bo-Zhong*
(Institute of Applied Chemistry,East China University of Science and Technology,Shanghai 200237)

We produced a group of surfactin isoforms using Bacillus subtilis HSO121.The micellization activity properties such as surface and interfacial tensions,micropolarity,micelle size distribution and morphology of this group of surfactin micellar solutions were investigated by surface and interfacial tension, fluorescence,dynamic light-scattering(DLS),and freeze-fracture transmission electron microscopy (FF-TEM)measurements.With an increase in the chain length,we found that the surface and interfacial activities of the surfactins increased and the surfactins tended to form larger micelle aggregates.

Surfactin;Micelle;Fluorescence;Dynamic light-scattering;Freeze-fracture transmission electron microscopy

O648

?Corresponding author.Email:bzmu@ecust.edu.cn;Tel:+86-21-64252063;Fax:+86-21-64252458.

The project was supported by the Research Fund for the New Teacher of the Doctoral Program of Higher Education of China(200802511024)and Shanghai Municipal Science and Technology Commission,China(071607014).

博士點(diǎn)新教師基金項(xiàng)目(200802511024)和上海市國(guó)際合作項(xiàng)目(071607014)資助