三、結(jié)果與討論

3.1. 表面張力與蛋白質(zhì)的關(guān)系：多糖比 在中觀實(shí)驗(yàn)中

使用 EPS 膠體分?jǐn)?shù)，SFT 張力測量來自 三個(gè)中宇宙實(shí)驗(yàn)比較海水和兩個(gè)沿海 水域如圖 1 所示。 表 1 總結(jié)了三個(gè)中宇宙實(shí)驗(yàn)的參數(shù)。我們發(fā)現(xiàn)海洋雪和 在 Control、WAF 和 DCEWAF 中觀察到海洋油雪 (MS/MOS) 沉積，而 CEWAF 有混濁的懸浮液， 最后一天只有稀疏的沉積物（Xu et al. 2018a）。 為了 開闊的海洋條件（第 4 天，用營養(yǎng)物質(zhì)修正）和第 2 天 沿海水域（第 3 天，用微生物濃縮物修正；第 4 天， 用營養(yǎng)素修正）在圖 1 中，SFT 的趨勢與 蛋白質(zhì)：多糖比例的函數(shù)，均取自 來自水柱的 EPS 膠體。 EPS膠體組分用于 不同的中觀實(shí)驗(yàn)集中在 8.3 倍 用微生物濃縮物修正沿海水域的中宇宙； 25 在廣闊的海洋中的中宇宙時(shí)代； 而不是集中在 沿海水域的中觀生態(tài)系統(tǒng)被養(yǎng)分修正。

CEWAF 在水柱中保持含有油滴的膠體材料的乳液。 雖然 CEWAF 治療 導(dǎo)致更穩(wěn)定的乳液，它們的酶促作用（Kamalanathan 等。 2018), MOS沉降效率, 通過碳評估 質(zhì)量平衡和 14C 分析（Xu 等人，2018a）、多樣性和 豐富的浮游植物（Bretherton 等人，2018 年）； 在正烷烴和生物標(biāo)志物比較中觀察到的生物降解程度（Wade 等人， 2017); 在這些實(shí)驗(yàn)的持續(xù)時(shí)間內(nèi)，分子組成的氧化變化（Hatcher 等人，2018 年）似乎都大大減少了。

圖 1. SFT 與蛋白質(zhì)多糖比的比較 （蛋白質(zhì)：多糖）在開闊的海洋與兩個(gè)沿海環(huán)境中。 這 蛋白質(zhì)：多糖的所有環(huán)境的處理都顯示出類似的趨勢 其中 CEWAF > DCEWAF > WAF ≥ Control 并且 SFT 的趨勢是 與此模式相反。 每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)是一式三份的平均值（3 個(gè)獨(dú)立的 每次治療的中胚層和 5 次 SFT 測量值 < 0.30 mN/m CEWAF 的標(biāo)準(zhǔn)偏差，其他處理的標(biāo)準(zhǔn)偏差 < 0.05 mN/m）。

EPS 膠體溶液的 SFT 與 蛋白質(zhì)（更疏水）到多糖（更親水） 集中度，可以作為整體的相對度量 膠體部分的疏水性。 此外，圖1中的數(shù)據(jù) 意味著石油和/或 Corexit 的存在導(dǎo)致增強(qiáng) EPS 膠體的蛋白質(zhì)：多糖比率，但降低了 膠體部分的 SFT。 CEWAF 中蛋白質(zhì)含量較高 處理對應(yīng)的細(xì)菌計(jì)數(shù)高于其他處理 治療（Kamalanathan 等人，2018 年；Doyle 等人，2018 年）。 DCEWAF 還具有更高的蛋白質(zhì)含量和更高的蛋白質(zhì)：多糖 比 WAF 和對照處理。 值得注意的是，當(dāng) 與不同的中宇宙實(shí)驗(yàn)相比，開闊的海洋中宇宙的油濃度高兩倍，相對 DCEWAF 處理中的 Corexit 含量較高，即它們僅 ~6.3 倍稀釋的 CEWAF，而 DCEWAF 處理來自 用微生物濃縮物修正的沿海水域約 15 倍 稀釋的 CEWAF 和經(jīng)過修正的營養(yǎng)物質(zhì)的沿海水域是 ~ 10 倍稀釋的 DCEWAF（表 1）。 因此，趨勢線的斜率 可能受到 DCEWAF 中 Corexit 數(shù)量的影響，并且 CEWAF 處理 SFT 和蛋白質(zhì)：多糖 比率。 由于其表面活性劑特性，Corexit 降低了 SFT，但它 還增強(qiáng)了蛋白質(zhì)的產(chǎn)生，導(dǎo)致比對照和 WAF 處理更高的蛋白質(zhì)：多糖比率。 這 相對 SFT 和蛋白質(zhì)：對照和 WAF 的多糖位置 可能是由膠體和海水的組成和濃度的微小差異產(chǎn)生的。

為了測試我們的初始 SFT 測量的可靠性 每個(gè)中宇宙的源水，SFT 的關(guān)系由 沙卡維等人。 (2010) 可以使用：

其中σsw為海水的SFT，σw為純水的SFT，t為 溫度（°C），S 是鹽度（g/kg），源的 SFT 以下中宇宙的水域計(jì)算為每個(gè)為 73.35 mN/m 中宇宙基于表 1 中給出的鹽度，溫度為 22.8 °C，純水 SFT 為 72.6 mN/m。 采取 我們給出的線性關(guān)系的 y 截距值的平均值 圖 1 中的每個(gè)中胚層，初始值都在 < 2% RSD 內(nèi) 來自計(jì)算的 73.35 mN/m 值。 然而，這個(gè)計(jì)算值 用于不含EPS膠體的海水，它甚至可以改變SFT 低濃度時(shí)，以及 WAF 和 西瓦夫。

從圖 1 中可以明顯看出，在 EPS 膠體部分中， 蛋白質(zhì)：多糖比率與海水中的 SFT 相關(guān)。 這個(gè) pH ~ 8 高于大多數(shù)蛋白質(zhì)的 pI（pI 是等電點(diǎn)， 這是分子上的凈電荷為零時(shí)的 pH 值）。 在 在海水 pH 值下，氨基酸的羧酸位點(diǎn)處于解離形式，氨基帶正電荷為 R-NH3+。 因此，蛋白質(zhì)與酸性多糖之間的相互作用 由陰離子反應(yīng)位點(diǎn)之間的相互作用控制 多糖和蛋白質(zhì)的小陽離子反應(yīng)位點(diǎn)， 導(dǎo)致形成可溶性陰離子"蛋白質(zhì)-多糖"聚集體（Ghosh 和 Bandyopadhyay 2012）。 這些多糖蛋白復(fù)合物表現(xiàn)出廣泛的特性，包括它們的 穩(wěn)定空氣-水或油-水界面的能力，以及增粘和 膠凝特性（Ghosh 和 Bandyopadhyay 2012）。 的穩(wěn)定性 當(dāng)通過以下方法穩(wěn)定時(shí)，油乳液液滴預(yù)計(jì)會更高 與其他表面活性劑相比，蛋白質(zhì)-多糖復(fù)合物 分子或顆粒，或多糖或單獨(dú)的蛋白質(zhì)（Tcholakova 等。 2008）。 此外，蛋白質(zhì)傾向于通過在液滴周圍提供更厚的層和更大的表面覆蓋來穩(wěn)定乳液 界面面積，從而減少奧斯特瓦爾德熟化過程（即， 小尺寸油滴的消失以更大尺寸的油滴為代價(jià) 液滴形成）在蛋白質(zhì)穩(wěn)定的乳液中。

圖 2. 使用沿海水域的中宇宙實(shí)驗(yàn)中的尺寸分?jǐn)?shù)數(shù)據(jù) 用微生物濃縮物修正。 上面板顯示了 SFT 沿海中觀處理，按大小分?jǐn)?shù)分組，來自水體 樣品。 a) < 0.45 μm，其中顆粒已被過濾掉，b) EPS 膠體部分（< 0.45 μm 和 > 3 kDa，8.3x 濃縮），和 c) < 3 kDa 的"真正溶解"部分。 下面板表示有機(jī) 相同尺寸部分的碳，d) DOC，溶解的有機(jī)碳，e) 膠體有機(jī)碳，和 f) 真正溶解。

雖然我們的討論集中在蛋白質(zhì)和多糖的非共價(jià)相互作用上，但蛋白質(zhì)和多糖之間的共價(jià)鍵 當(dāng)天然狀態(tài)作為蛋白聚糖存在時(shí)，多糖存在 或糖蛋白。 此外，共價(jià)交聯(lián)可以通過 UVB 和 ROS 效應(yīng)（Sun 等人，2017 年）。 之間的共價(jià)鍵 蛋白質(zhì)中谷氨酰胺的羧基和賴氨酸的氨基 也可以通過微生物釋放轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶形成分子（McClements 2011）。 所有共價(jià)鍵合過程都會 促進(jìn) EPS-Corexit-油-水乳液的穩(wěn)定性。

3.2. 中觀實(shí)驗(yàn)中尺寸分?jǐn)?shù)的表面張力

不同尺寸的 SFT（圖 2a、b、c）和有機(jī)碳（2d、2e、2f） 最后一天水柱樣品中的餾分和處理 中宇宙實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，使用經(jīng)過修正的沿海水 沿海微生物濃縮物。 尺寸分?jǐn)?shù)是溶解的 （≤0.45 um 部分，沒有操作定義的顆粒），EPS 膠體相（≤0.45 um and ≥ 3 kDa），真正溶解的 (≤3 kDa) 不含 EPS 膠體。 頂部面板顯示 SFT 測量值，下面的面板是有機(jī)碳濃度，和 對應(yīng)測量的三個(gè)尺寸分?jǐn)?shù)對齊 垂直。 所有處理，Control、WAF、CEWAF 和 DCEWAF，都是 代表。 圖 2a 和 c 所示的樣品直接來自 mesocosm，而圖 2b 的膠體部分濃縮了 8.3 次。

SFT（圖 2）結(jié)果表明 EPS 膠體相是 導(dǎo)致 SFT 變化的尺寸分?jǐn)?shù)。 這個(gè)觀察 取自 2c，其中真正溶解的尺寸分?jǐn)?shù)是一致的 ~73.2 mN/m at 所有處理。 此外，變化較小 溶解部分是 EPS 膠體部分與 真正解散了。 單向方差分析用于評估潛力 圖 2a 和 b 中處理之間的差異，溶解和 EPS 膠體部分之間的差異。 方差分析在 alpha 下運(yùn)行 0.05 的水平。 對照 SFT 值顯示無顯著差異 (p = 0.26) 在圖 2a 的溶解 (< 0.45 μm) 部分和圖 2b 的 EPS 膠體部分之間。 然而，有一個(gè)顯著的 圖 2a 和 b 中相同尺寸分?jǐn)?shù)之間的差異 其他處理，如 WAF、CEWAF 和 DCEWAF，分別為 0.002、0.006 和 0.016。 這些 結(jié)果是值得注意的，因?yàn)樗鼈儽砻鳚饪s的 EPS 膠體影響了控制中水的分子間作用力 在 SFT 中與未集中的那些沒有太大區(qū)別 無顆粒的溶液。 然而，其他治療方法 WAF， CEWAF 和 DCEWAF 之間具有更強(qiáng)的分子間作用力 EPS膠體部分表面的分子比溶解部分的分子多。 這強(qiáng)烈表明 EPS 膠體分?jǐn)?shù) 與溶解部分相比，對 SFT 的影響更大。

圖 2 中的有機(jī)碳表明大部分溶解的 部分，圖 2d，由低分子量碳組成，因?yàn)榭側(cè)芙獠糠郑瑘D 2f，幾乎等于 有機(jī)碳濃度中的溶解分?jǐn)?shù)。 膠體 餾分（圖 2e）表明超濾已去除了 85% 到 95% 的 溶解部分的有機(jī)碳。 這可能表明 5% 到 15% 的 CEWAF 可能保留在 EPS 膠體部分中， 表明 SFT 的降低（圖 2b）也受 Corexit 的影響 和 WAF。 然而，使用 SFT 與 Corexit 濃度數(shù)據(jù)， 圖 4b，即使是 15% 的 Corexit 也無法解釋 在圖 1 的 CEWAF 處理中測量的 SFT 降低。

3.3. 使用顯微鏡觀察界面（空氣/水）相互作用 模型分子的混合物顯示在空氣-水中富集的蛋白質(zhì) 界面

四種治療的共聚焦激光掃描顯微鏡 (CLSM) 帶有模型 EPS 組件的處理如圖 3 所示。 ASW 顯示在左側(cè) BSA 的 0.1% 垂直系列溶液中 右邊是一系列 0.1% 的海藻酸溶液。 橫向， 面板顯示了 Corexit、CEWAF、WAF 的相應(yīng)處理， 和對照，用于 BSA 和海藻酸溶液。 綠色熒光探針 CTC 突出顯示與陰離子結(jié)合的親水性 Ca2+ 多糖和蛋白質(zhì)的區(qū)域。 對于海藻酸和 BSA實(shí)驗(yàn)，單獨(dú)使用Corexit就可以分散模型分子 無界面積聚。 圖像也顯示出明亮密集 微聚集體中較高傾向的綠色熒光 Corexit 比在其他治療中看到的要多。 海藻酸面板全部顯示 聚集體的分散，而 BSA 面板顯示主要在界面處的蛋白質(zhì)。 CEWAF 海藻酸和 BSA 可以生成 清晰的界面層。 CEWAF 中的 BSA 顯示聚合 當(dāng)它們向上擴(kuò)散時(shí)在垂直方向上被夸大 隨著圖像曝光的時(shí)間。 此外，BSA CEWAF 顯示聚集體似乎在液體表面上方，因?yàn)樗鼈兪?在未顯示的泡沫層之內(nèi)和之上。 具有主要親水部分的控制處理表現(xiàn)出較少的分散 和不太明顯的界面層。 雖然垂直尺度較小 對于 BSA 圖像比對于海藻酸圖像，仍然很明顯 海藻酸分散在整個(gè)體積中，而 BSA 迅速擴(kuò)散到界面。 唯一的例外是 Corexit 處理顯示沒有界面積聚和完全分散 海藻酸和BSA。

相同放大倍數(shù)下 BSA 聚集體的 SEM 圖像（圖 3b） 在 Corexit（左）和 ASW 中用 0.1% BSA 溶液制備 來自與圖 3a 中相同的溶液的對照處理（右）。 這 Corexit 處理（左圖 3b）顯示來自液體的微聚集體 階段。 對照處理（圖 3b 右）顯示了一個(gè)大結(jié)晶 蛋白質(zhì)聚集體。 圖 3a 和 3b 中描繪的結(jié)果支持 靜電相互作用和共價(jià)鍵作用的重要性 在微聚集體形成中（Corexit 與 Ca2+ 離子突出顯示 CTC) 和 Ca2+ 螯合中的配位共價(jià)鍵 CTC 和陰離子親水部分（CEWAF、WAF 和對照 處理）形成比 Corexit 更少但更大的聚集體 治療。

圖 3.a. 使用氯四環(huán)素 (CTC) 熒光探針染色的 CLSM 圖像在不同處理中的空氣/水界面關(guān)系 多糖和蛋白質(zhì)的親水性 Ca2+ 結(jié)合陰離子區(qū)域。 垂直面板組在左側(cè)代表 0.1% BSA 蛋白和 0.1% 右側(cè)的海藻酸 (AA)，每個(gè)都在 ASW 中。 水平面板組比較了不同處理中的 BSA 和 AA 溶液。 比例尺表示 每個(gè)方向 100 μm。 灣 BSA 的 SEM 圖像 在相同放大倍數(shù)下聚集顯示 比例尺為 3 μm。 總量來自 0.1% Corexit 中 ASW 中的 BSA 解決方案，左側(cè)和 BSA 中 控制治療，對。 兩幅 SEM 圖像均來自 相應(yīng)的解決方案如圖 3 所示。 Corexit 處理顯示分散的微聚集體 來自水相。 控制處理 顯示大的結(jié)晶蛋白質(zhì)聚集體。

圖 4.a) 顯示了海水中模型蛋白質(zhì)的 SFT 作為其濃度自然對數(shù)的函數(shù)。 BSA 蛋白的 CMC 為 6–8 mg/L。 b) 顯示 Corexit 的 CMC 濃度為 22 mg/L。

表 2 SFT 和 CMC 比較模型蛋白質(zhì)和酸性多糖。 雖然Corexit 更有效地降低 SFT，EPS 模型成分更有效 因?yàn)樾枰偷枚嗟臐舛炔拍荛_始乳化（蛋白質(zhì)）和 穩(wěn)定成分（酸性多糖；結(jié)合大分子并添加 粘度）。

3.4. 臨界膠束濃度的表面張力測量 模型生物分子

EPS 包括各種蛋白質(zhì)和酸性多糖，因此 SFT 可以 用于對模型蛋白和多糖進(jìn)行 CMC 測試。 在 圖 4a，BSA 的 CMC，一種分子量為 66 kDa 的小而穩(wěn)定的中等非反應(yīng)性蛋白質(zhì)，因其缺乏作用而經(jīng)常使用 在許多生化反應(yīng)中）的 CMC 為 6–8 mg/L，SFT 為 68 毫牛/米。 圖 4b 顯示了廣泛使用的分散劑 Corexit 的 CMC 在深水地平線馬孔多漏油事件中。 表 2 比較 模型分子和 Corexit 的有效性和效率 降低表面張力。 就表面活性分子而言，效率隨著形成表面活性劑所需的表面活性劑濃度而增加 CMC是最低的。 然而，表面活性劑的有效性 當(dāng)它在更大程度上降低表面張力時(shí)更高。 這 商業(yè)分散劑 Corexit 更有效但效率較低 比 EPS 成分降低 SFT（表 2）。 所以，Corexit 有效 當(dāng)它位于 CMC 時(shí)，將 SFT 降低到大約 42–32 mN/m。 蛋白質(zhì) BSA 和酸性多糖（帶有羧基部分的葡萄糖醛酸； 帶有硫酸根的角叉菜膠是 EPS 的兩種典型成分）， 在促進(jìn)膠束的兩親分子自組裝方面非常有效。 雖然模型組件并沒有降低表面張力 作為 Corexit，它們在形成小于 2 倍的膠束時(shí)更有效 Corexit 達(dá)到 CMC 所需的濃度。

3.5. pH變化對模型生物分子表面張力的影響

葡萄糖醛酸，一種酸性多糖，在低濃度下降低 SFT 濃度，符合預(yù)期。 然而，BSA 蛋白會導(dǎo)致增加 在低濃度的 SFT 中（圖 5）。 據(jù)我們所知，文獻(xiàn)中尚未記錄生物聚合物的這種效應(yīng)。 在這種情況下 BSA，低濃度乳化劑或表面活性劑，標(biāo)準(zhǔn)免費(fèi) 氣水界面的能量經(jīng)歷熵的增加，因?yàn)?分子的疏水部分從水性 相到空氣。 在重新定向疏水性尾部的過程中 分子進(jìn)入空氣，有序的水分子的殼 尾部周圍被噴射到大量水相中。 隨著不利的熵增加，SFT 增加。 然后隨著 乳化劑/表面活性劑分子在表面的濃度， 較高的熵消散并且表面張力降低（Angarska 等。 2004; Warszynski 等人。 1998年； Wang 和 Yoon 2004）。 這種效果 當(dāng)生物聚合物的含量低到可以忽略不計(jì)時(shí) 疏水性，如葡萄糖醛酸的情況。

圖 5.a) 葡糖醛酸，一種酸性多糖，證明在低濃度下 SFT 降低。 b) 相反，BSA 蛋白在低 專注。 然而，BSA 在較高濃度下再次降低。 低濃度下 SFT 的這種增加可以通過水中 pH 值的降低來解釋 由 BSA 引起，圖 6。

圖 6. 改變 BSA 蛋白的溶液中糖醛酸（葡萄糖醛酸）濃度為 3 mg/L 時(shí)的 SFT（菱形）和 pH（空心方塊） 濃度。 CMC，臨界膠束濃度，在 BSA 濃度為 10 mg/L + 3 mg/L 葡萄糖醛酸。 pH 值變化約 0.3 個(gè)單位 SFT 范圍為 7 mN/m。

盡管有海水的緩沖能力，但圖 6 中的數(shù)據(jù)顯示 由 < 1 pH 的生物分子的酸度引起的 pH 變化 單位與 SFT 的變化呈負(fù)相關(guān)。 這表明即使 pH 值的微小變化可能是膠束形成的重要因素 （CMC 濃度，~10 mg/L BSA + 3 mg/L 葡萄糖醛酸，圖 6）。 此外，在較低的 pH 值下，有較高濃度的游離 氫離子導(dǎo)致氫鍵的電位增加。

這些結(jié)果的重要性在于，即使在小范圍內(nèi)， pH 值的變化可能會影響分子間的電荷關(guān)系和 誘導(dǎo)分子自組裝。 欽等人。 1998年指出鈣 由于唐南效應(yīng)，內(nèi)部凝膠可能會過飽和，例如 pH 值的輕微增加不會導(dǎo)致結(jié)晶 海水會導(dǎo)致凝膠內(nèi)沉淀，特別是在 具有高生產(chǎn)力的微環(huán)境。

蛋白質(zhì)外聚物中多糖的比例——摘要、簡介

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