n-十二烷基-β-D-麦芽糖苷（DDM）：结构、性质及其作为非离子表面活性剂的应用

什么是 DDM?

         n-十二烷基-β-D-麦芽糖苷（DDM）——又称月桂基麦芽糖苷——是一种非离子型烷基麦芽糖苷：

由一个 C12 疏水基（十二烷基）通过糖苷键连接到二糖麦芽糖上。DDM 广泛用于在温和、非变性的条件下提取、溶解并稳定膜蛋白，是结构生物学工作流程中最常用的去垢剂之一。

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DDM 受欢迎的原因

优势

         · 蛋白友好型：非离子糖头基通常能维持许多膜蛋白的天然折叠与活性。DDM 是解决膜蛋白结构时最常用的去垢剂之一。

         · 稳定胶束：低 CMC + 相对高的聚集数 → 胶束稳定，可在纯化过程中保护蛋白疏水表面。

         · 配方灵活：适合添加剂筛选与去垢剂置换。

局限

         · 难以去除：低 CMC 使得 DDM 难以通过透析去除；更适合采用吸附法（Bio-Beads SM-2）、去垢剂去除树脂或环糊精萃取，而非单纯透析。

         · 并非总是最稳定：对于部分靶标，LMNG（月桂基麦芽糖新戊二醇，L650802）或 GDN（甘露二甾烷苷，G650685，G656374）在长期稳定性及冷冻电镜样品制备中优于 DDM。

常见工作浓度与缓冲体系

· 膜提取/溶解：

         0.1–2% (w/v)；常见起始浓度为 ~1%。

· 亲和纯化 & SEC 缓冲液：

         通常 0.03–0.1%（需保持高于 CMC；许多方案在 IMAC 步骤中允许 0.1–1%）。

· GPCR 实践：

         对于 A 类 GPCR（如 A₂A 受体），DDM 常与 CHS（半琥珀酸胆固醇）联用，有时也加入 CHAPS，以更好地模拟富胆固醇膜并稳定活性构象。

DDM 在膜蛋白科学中的应用

 1. 膜蛋白提取

         · 优势：DDM 的非离子型麦芽糖头基和相对较长的C12疏水尾链可渗入膜中，而不会过度变性蛋白。

         · 示例：

         DDM 常用于提取 G 蛋白偶联受体（GPCR），如腺苷 A₂A 受体，同时保持配体结合与构象灵活性。

         提取缓冲液通常使用 ~1% DDM（≈20 mM），常配合 CHS 模拟富胆固醇区域。

2. 蛋白复合物溶解

         · 优势：DDM 形成的较大胶束（Nagg ~98，分子量 ~70 kDa）可包裹疏水跨膜区，使蛋白在水溶液中保持可溶与活性。

         · 示例：

         呼吸链复合物（如细胞色素 bc₁、NADH 脱氢酶）在 DDM 中被溶解用于光谱和结构研究。

         转运体与通道（如 LacY、含水通道蛋白）常先在 DDM 中溶解，再重组至脂质体或纳米盘中。

3. 膜蛋白稳定化

         · 优势：DDM 比离子型去垢剂（如 SDS）或短链非离子型去垢剂（如 OG）温和，能使蛋白在较长时间内保持天然构象和功能。

         · 示例：

         光系统 I 和细胞色素氧化酶在 DDM 中保持酶活性。

         GPCR–配体复合物在 DDM/CHS 缓冲液中可稳定存在数天至数周——足以进行结晶尝试与生物物理检测。

         · 提示：部分蛋白在 DDM 中活性会逐渐下降；LMNG（L650802）或 GDN（G650685，G656374）有时在长期稳定性上优于 DDM，但 DDM 仍是首选标准。

4. 结构生物学流程

         · 优势：DDM 是结构生物学（X 射线晶体学、冷冻电镜、NMR）中最常用的去垢剂之一，因为它兼具溶解力与温和性。

         · 示例：

          GPCR 结构：大量已发表的 GPCR 晶体和冷冻电镜结构采用 DDM（常配合 CHS）。

         转运体：乳糖透酶（LacY）、葡萄糖转运体 GLUT1/GLUT3 及线粒体 ADP/ATP 载体均在 DDM 中稳定。

         光合复合物：许多蓝藻光系统结构使用 DDM 提取缓冲液。

         · 注：近年来，LMNG（L650802）和 GDN（G650685，G656374）在冷冻电镜中更受青睐，因为它们提供更高的热稳定性，但 DDM 仍被视为筛选工作流程中的“基准去垢剂”。

参考文献

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3. Seddon, A. M., Curnow, P., & Booth, P. J. (2004). 膜蛋白、脂质和去垢剂：不仅仅是一场肥皂剧。 Biochimica et Biophysica Acta (BBA) – Biomembranes, 1666(1–2), 105–117. 综述膜蛋白–去垢剂相互作用，讨论 DDM 的性质与应用。

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6. Magnani, F., Shibata, Y., Serrano-Vega, M. J., & Tate, C. G. (2008). 人腺苷 A₂A 受体的稳定性与构象均一性的协同进化。 PNAS, 105(31), 10744–10749. 显示了 DDM/CHS 在稳定 GPCR 构象中的作用。

7. Privé, G. G. (2007). 用于膜蛋白稳定与结晶的去垢剂。 Methods, 41(4), 388–397. 综述，总结了 CMC、胶束大小以及常用去垢剂的比较。

8. Rigaud, J. L., & Lévy, D. (2003). 将膜蛋白重构至脂质体。 Methods in Enzymology, 372, 65–86. 讨论了 DDM 的去垢剂去除方法（Bio-Beads、环糊精）。

9. Opekarová, M., & Tanner, W. (2003). 膜蛋白的特异性脂质需求——异源表达中的潜在瓶颈。 Biochimica et Biophysica Acta (BBA) – Biomembranes, 1610(1), 11–22. 讨论了去垢剂–脂质相互作用（包括 DDM）对蛋白活性的影响。

10. Newstead, S., Ferrandon, S., & Iwata, S. (2008). 理性化膜蛋白在去垢剂中的结晶。 Science, 321(5886), 365–369. 提到 DDM 作为早期转运蛋白结晶研究中的常用去垢剂。

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