表面活性剂是一类双亲性分子，它包含亲水的极性部分和疏水的非极性部分，非极性部分通常是疏水的烷基链。极性亲水基团能够使表面活性剂以单体的形式溶在水中。但是当水溶液中的表面活性剂达到一定浓度时，单体的表面活性剂通过烷基链的疏水相互作用，形成亲水基团朝外，疏水基团朝内的球形结构，这种结构称为胶束，使表面活性剂在溶液中形成胶束的浓度被称之为临界胶束浓度（Critical Micelle Concentration，CMC）。单表面活性剂浓度达到临界胶束浓度，溶液中单体的表面活性剂浓度不再增加，而自发形成胶束。虽然胶束常被简化为对称的球体，但实际上溶液中的胶束使动态的，极度不规则的形状。临界胶束浓度是表面活性剂最为重要的特性之一，并且对蛋白质-表面活性剂的相互作用有重要的影响，通常单体的表面活性剂与形成胶束的表面活性剂和蛋白质之间的相互作用差别是极大的。值得注意的是，表面活性剂的临界胶束浓度与缓冲液的离子强度有关。溶液中的离子会降低表面活性剂的静电排斥，从而降低临界胶束浓度。例如，常用的SDS阴离子表面活性剂，在水溶液中的临界胶束浓度是7~8mM，但是在PBS缓冲液中则为0.8~1mM。另外，自由胶束的形成，还与溶液中的蛋白质有关，当溶液中存在蛋白质时，会与溶液中的表面活性剂相互作用，降低游离的单体表面活性剂浓度，从而提高表面活性剂的临界胶束浓度。△β-D-辛基葡糖苷胶束，A是由六个单体组成的胶束，B是由50个单体组成的胶束。HLB（Hydrophile-Lipophile Balance）是表面活性剂的亲水-亲油平衡值，是衡量表面活性剂本身的亲水、亲油性强弱的数值。HLB值是一个相对值，范围在0~40之间。作为标准无亲水性的石蜡，其HLB值为0，聚氧乙烯为20，亲水性较强的SDS其HLB值为40。HLB值越高，表面活性剂的亲水性越好，HLB值越接近0，表面活性剂的亲水性越弱。通常非离子型的表面活性剂HLB值为0~20之间；小于10的表面活性剂表现为亲油性，大于10的表面活性剂表现为亲水性，因此，表面活性剂由亲油性到亲水性的转折点为10。△不同HLB表面活性剂的特性和用途，具体常用的表面活性剂HLB值见文末图表。
表面活性剂最重要的分类方法是溶解在水中后亲水基团是否带电，基于此方法，可以将表面活性剂分为非离子型表面活性剂（Nonionic），阴离子表面活性剂（Anionic），阳离子表面活性剂（Cationic），以及双离子型表面活性剂（Zwitterionic）。非离子型表面活性剂、双离子表面活性剂在低于临界胶束浓度下都不会引起蛋白质变性。与之形成鲜明对比的是，离子型表面活性剂是强烈的蛋白变性剂，即使是几mM的浓度，也会引起蛋白变性，比传统的化学变性剂如尿素、氯化胍要强1000倍。离子型表面活性剂在溶液中电离产生一个带电基团，与蛋白质带相反电荷的残基通过静电作用相互结合，如阴离子表面活性剂与蛋白质正电残基如赖氨酸、精氨酸、组氨酸结合；阳离子表面活性剂与负电残基结合，如天冬氨酸、谷氨酸。通过静电结合之后，表面活性剂的疏水端再与蛋白附近的疏水位点结合。对于非离子型表面活性剂、双离子表面活性剂两类电中性表面活性剂，在溶液中以相对较弱的作用力与蛋白质结合，如疏水作用力、氢键等，这类相互作用通常不会引起蛋白质构象的强烈改变。表面活性剂与蛋白质的相互作用不但和类型有关，还和浓度相关。同样的表面活性剂在不同的浓度下，引起的蛋白质构象变化程度不一样。如前文说到，离子型表面活性剂是强烈的蛋白变性剂，但是在低浓度下，离子型表面活性剂也能对一些蛋白也能起到增加热稳定性的作用。日本学者发现，少量的SDS存在，能够有效增强BSA的热稳定性，并且烷基链越长，保护作用越显著。BSA在体内主要作用之一是运输双亲性分子、疏水小分子等，天然状态下的BSA有12个磺酸酯结合位点，当一个BSA结合的SDS数量为12个（最大15个）时，SDS能够起到稳定作用。当结合SDS数量超过15个，BSA开始趋向于去折叠结构，从而暴露更多的结合位点，导至蛋白构象进一步不稳定。不同蛋白天然状态下可结合的SDS数量不一样：β-乳球蛋白含有1个结合位点；α-螺旋牛酰基辅酶-A结合蛋白（ACBP）能够结合1-3个SDS；α-乳清蛋白能够结合3-4个SDS情况下不变性。但是低浓度下的SDS并不总起维持蛋白稳定作用，如肌红蛋白，即使只结合一个SDS，也能够导至蛋白极其不稳定。
△SDS与蛋白质相互作用的过程，a为结合了三个SDS的蛋白质，未有明显的蛋白质构象变化；随着SDS结合数量增加，在蛋白质表面形成一层类似胶束结构的簇状结构。当离子型表面活性剂浓度增加，超过蛋白质饱和结合位点，进一步结合的表面活性剂将引起蛋白质去折叠，在结合位点形成表面活性簇。此时会有一个浓度窗口期，当表面活性剂不足以让所有蛋白结合位点形成簇状结构，蛋白质之间会通过相互作用，形成几个蛋白质相互连接的结构，导至蛋白质聚集。当表面活性剂浓度进一步增加，每个蛋白质都会形成单独的类似胶束的簇状结构。尽管非离子型表面活性剂对蛋白质作用要温和得多，但是如果超过临界胶束浓度，也有可能引起蛋白质变性。△离子型表面活性剂与非离子型表面活性剂对蛋白质的影响；上图：离子型表面活性剂对蛋白影响可分为两种形式，一种是单体，低浓度下的单体表面活性剂不会引起蛋白质空间构象改变，浓度增高能够引起蛋白变性。另一种是胶束，离子型胶束直接引起蛋白变性；下图：非离子型、双离子型表面活性剂单体一般不会引起蛋白空间构象改变，但是达到胶束浓度后，还是能够影响蛋白质构象。
表面活性剂种类繁多，与蛋白质之间的相互作用极为复杂。我局旨在通过简单的概念以及例子，阐述蛋白质与表面活性剂之间相互作用的方式和结果。如低浓度下SDS能够对某些蛋白质起到稳定作用，超过蛋白饱和结合位点将引起蛋白质变性。但是，具体一个蛋白质，或者一个项目需要使用什么类型的表面活性剂，什么样的浓度，需要不断摸索调试，积累经验。
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