在挤出过程中，SP-C分子α-螺旋结构的再定位，促使系统能量发生变化，从而促进DPPG成分的挤出。本节将以模型挤出开始时刻（图4-19中的Ⅱ）和挤出终止时刻（图4-19中的Ⅳ）为研究对象，计算挤出过程中系统能量的变化。设在挤出过程中，一个SP-C分子伴随有n个DPPG分子被挤出，挤出过程中能量的变化主要由以下六部分组成。

（1）DPPG分子与SP-C分子间相互作用所引起的磷脂-蛋白质相互作用能变△Elpi；

（2）SP-C分子构象变化引起的构象能变△Econ；

（3）SP-C分子α-螺旋结构与水分子接触面积的改变所引起的界面自由能变△Eint；

（4）SP-C分子α-螺旋结构挤出引起的扩散自由能变△Eexp；

（5）一个DPPG分子被挤出所需的能变△Elip，n个DPPG分子被挤出的总能变为n△lip；

（6）系统散热△Edis。

根据热力学第一定律，有

△Econ＋△Eint＋△Eexp＋n△Elip＋△Elpi＝△Edis 　（4-13）

下面分别对式（4-13）中各项加以分析。

1.挤出过程中的系统散热△Edis

假设整个过程为绝热理想变化过程，散热可忽略不计，即

△Edis＝0 　（4-14）

2.磷脂-蛋白质相互作用能变△E1ip

在挤出过程开始时（图4-19中的Ⅱ），SP-C螺旋结构在单分子膜上与界面的倾角为20°左右，所以螺旋结构几乎淹没于磷脂分子的疏水尾链中。在这一步，磷脂-蛋白质相互作用能Elpi－1对系统的能量平衡做出重要的贡献。同样地，在挤出过程的末端时（图4-19中间的相互作用关系非常复杂，我们假定Elpi－1与Elpi-2之间的差异可以忽略不计。因此，△Elpi的Ⅵ），磷脂-蛋白质相互作用能Elpi－2对系统的能量平衡起到重要作用。鉴于磷脂-蛋白质Elpi－2－Elpi-1＝0，式（4-13）简化为

△Econ＋△Eint＋△Eexp﹣n Elip 　（4-15）

3.构象能变△Econ

根据上述行为模型四点假设可知，在挤出及插入过程中α-螺旋结构的角度发生变化， SP-C的Pro-7残基构象存在正反式构象间的变换。根据蛋白质、多肽的构象能公式：

式中，φ，为旋转角；k，l为单个原子标号；，为扭转能垒；Ekl为非键合相互作用能；Ec为相邻的一对酰胺基之间的库仑作用力。设SP-C在单分子膜上时Pro-7的内旋转角为φ1，，挤出后旋转角为φ2，φ2。则构想能变为

如果将△Ekl（φ，）与△Ec忽略不计，式（6-4）简化为(www.daowen.com)

4.界面自由能变△Eint

界面自由能变是由SP-C的α-螺旋结构在单分子膜表面与水分子相接触所引起的界面自由能变。挤出前，存在一部分疏水性α-螺旋结构与水接触，这种不利于能量平衡的结构是通过烃层内的疏水作用和电荷-镜像电荷相斥作用而达到稳定的。挤出后，α-螺旋结构全部被磷脂疏水层包围。因此，整个过程引起界面自由能变。设SP-C分子α-螺旋结构与水接触的面积变化为△AC/W，挤出时膜的表面张力为ΓC/W，可得

△Eint＝﹣ГC/W△AC/W 　（4-19）

5.扩散自由能变△Eexp

扩散自由能变是由于SP-C分子α-螺旋结构挤出后，单分子膜上原先由螺旋结构占据的水面被磷脂分子取代，从而引起自由扩散能变。设水面变化面积为△Awater，SP-C分子α-螺旋结构与水面夹角为20°，其在膜上的最大横截面积为Amax，单分子膜处于恒定的温度T和挤出表面压πsqu下，△Eexp由下式估算：

△Eexp＝△U ﹣π△A＋T△S 　（4-20）

式中，△S为熵变值，利用Maxwell关系式可得

将式（4-21）代入式（4-20），整理得

式中，△Awater可近似由下式求得：

△Awater＝Amaxcos20°　（4-23）

对DPPC单分子膜进行实验可得

6.挤出n个DPPG所需的能量n△Elip

设在挤出过程中，一个磷脂平均分子面积为Alip，挤出时表面张力为Γsqu，表面压为πsqu，纯水的表面张力为Γ0，则

△Elip＝Ailp（Γ0－Γsqu）＝Ailpπsqu 　（4-25）

将式（4-18）、式（4-19）、式（4-22）、式（4-25）代入式（4-15），整理得：

为了简化式（4-26），可假定TC/w为50mN/m，Alip为45；脯氨酸的顺反异构自由能的能量变化在1～7kcal/mol之间，取均值为3.5kcal/mol。SP-C的α-螺旋结构长度与直径分别为37和5，故Amax约为185。假设在单分子膜上，α-螺旋的氮末端全部浸在水中，螺旋结构与界面的夹角为20°，α-螺旋结构浸在水中部分的长度约为13.7，则△AC/w为107。将上述数据代入式（4-26），可得

式中，πsqu的单位为mN/m；T的单位为K。

式（4-27）可用来估算在肺泡单分子膜挤出过程中，伴随一个SP-C分子挤出，DPPG分子挤出的个数。