Studies on the Interaction between n-Dodecyl-β-D-Maltoside and Bovine Serum Albumin

Abstract

형광 표백 회복 실험(FPR) 및 광산란 실험(DLS)과 점도계(Viscometry)를 이용하여 비이온성 계면활성제의 일종으로서 sugar-based 계면활성제라 불리는 n-dodecyl-β-D-maltoside 와 원형 단백질인 bovine serum albumin(BSA) 사이의 상호작용을 연구 하였다. n-Dodecyl-β-D-maltoside 는 계면활성제의 머리 부분이 친수성 성질을 가지는 당류로 되어 있어서 환경친화적이고, 인체에 무해하다는 장점 때문에 최근에 연구가 활발히 진행되고 있다. 비이온성 계면활성제보다 이온성 계면활성제의 효율이 더 낫지만 이온성 계면활성제는 단백질 기능의 변형을 야기시키기 때문에 최근에는 비이온성 계면활성제를 더 선호하고 있다. 본 연구결과를 통해 비이온성 계면활성제도 이온성 계면활성제와 같은 기능을 할 수 있다는 것을 증명함으로써 환경친화적이고 인체에 무해한 비이온성 계면활성제가 이온성 계면활성제를 대체 할 수 있다는 가능성을 보여주었다. 형광 표백 회복 실험과 점도계를 이용하여 일정한 단백질의 농도 하에 계면활성제의 농도를 증가시켜 계면활성제가 단백질의 구조적 변형에 끼치는 영향에 관하여 연구를 진행하였다. n-Dodecyl-β-D- maltoside 머리 부분의 수산화기와 BSA 의 아미노기와 카르복실기가 수소결합을 한다는 것을 확인 할 수 있었다. 계면활성제가 마이셀을 형성하면서 BSA 의 원형 구조를 유지하고 있는 폴리펩타이드 간의 disulfide 결합을 끊어 BSA 의 변형을 야기시킨다는 것을 알 수 있었다. 결국 원형 단백질인 BSA 는 폴리펩타이드 체인형태로 변형되어 마이셀을 둘러싸고 있는 형태로 존재하게 되는데, 스톡스-아이슈타인 편차(Stokes-Einstein deviation)와 광산란 실험을 이용하여 계면활성제의 농도에 따른 단백질의 비이상성에 관하여 설명하였다. 스톡스-아인슈타인 식으로부터 (DT = k_(b)T/6πηR_(H)) 스톡스-아인슈타인 편차는 hydrodynamic radius(R_(H))에 반비례하기 때문에 계면활성제의 농도가 증가할수록 음의 편차(negative deviation)를 갖는 다는 것은 단백질과 계면활성제가 서로 결합하여 응집한다는 것을 의미한다. 본 연구논문에서는 모든 실험결과를 바탕으로 계면활성제에 의한 BSA 의 구조적 변형과정을 나타내기 위해 necklace and bead 모델을 제시하였다.; The protein-surfactant system constituted by bovine serum albumin (BSA) and n-dodecyl-β-D-maltoside, nonionic sugar-based surfactant, has been studied by using fluorescence photobleaching recovery (FPR), dynamic light scattering (DLS), viscometry measurements. n-Dodecyl-β-D-maltoside is an important member of a nonionic sugar-based surfactant that has the biodegradable functionality. The fluorescence photobleaching recovery (FPR) and viscometry experiments revealed that the hydroxyl groups of sugar-based surfactant head group can bind to amino and carboxyl groups of bovine serum albumin (BSA). This binding causes the protein to unfold. Also from the Stokes-Einstein (S-E) deviation (Dη/D0η0) result, we explain non-ideal behaviors of proteins in surfactant solution. The overall results suggest the formation of “necklace and bead” complexes in equilibrium with protein wrapped around the micelles. Also, we determined that the models for the BSA/SDS and BSA/n-dodecyl-β-D-maltoside complexes are the same necklace and bead. Comparing with ionic surfactant, we demonstrated that nonionic surfactant have also the same functionality.