【CDE备案登记】蔗糖作为蛋白保护剂具体如何作用于生物制品?

来源: 艾伟拓(上海)医药科技有限公司   2020-7-24   访问量:2074评论(0)

除了生物制品冻干保护外,药用蔗糖还是一款优质的蛋白保护剂。蔗糖作为蛋白保护剂具体如何作用于生物制品?好奇的小伙伴跟着AVT小编一起了解下!AVT高纯度药用蔗糖已在CDE登记备案。
许多学者认为蛋白质分子周围分布着多层水分子,在降温过程中,蛋白质分子周围的水分子不断冻结,但只要蛋白质分子表而的单层水分子没有冻结,则蛋白质就不会变性;反之,蛋白质就会变性。利用在冷冻干燥过程中把卵清蛋白和肌球蛋白进行了冷冻干燥对比实验,表明正是由于蛋白质表而覆盖着没有冻结的单层水分子,才使蛋白质在冷冻过程中不发生变性作用。当蛋白质表而的单层水分子开始冻结时,蛋白质分子表而的氢键以及极性基团就会暴露在周围环境中而变性。同样,在干燥过程中也应保证蛋白质分子表而的单层水分子不受到破坏。因此,在冷冻干燥蛋白质药物的过程中,一般要加入保护剂,防止由于蛋白质表而的单层水分子破坏而引起蛋白质的变性。
糖的保护作用机理
关于糖生物保护作用的机理,仍在研究和探讨之中。口前主要有两种。
第一,认为由于蛋白质分子中存在大量氢键,结合水通过氢键与蛋白质分子联结。当蛋白质在冷冻干燥过程中失去水分后,蛋白的主相变温度会升高。但某些糖的轻基能替代蛋白表而的水的轻基,使得蛋白的主相变温度变化不大,低于操作温度,从而避免了生物活性物质由于发生相变所造成的机械损伤。即在冻干过程中,由于糖类属于亲水性物质,形成氢键能力较强,在氢键形成中即可以作为孤对电子的受体,又可以作为供体,因此,在蛋白质冻干过程中糖的轻基可与蛋白质中的极性基团形成氢键,从而代替蛋白质极性基团周围的水分子,使蛋白质表而形成一层假定的水化膜,这样可保护氢键的联结位置不直接暴露在周围环境中,稳定蛋白质的高级结构,防比蛋白质因冻干而变性,使其即使在低温冷冻和干燥失水的情况下,仍保持蛋白质结构与功能的完整性。这是“水替代假说”。许多研究者赞成这种观点。首先能够直接测量冻干的蛋白质与保护剂蔗糖间的氢键,从而显示出蔗糖对蛋白质的保护作用;其次,Deaf Dean等在分别研究蔗糖、葡聚糖、蔗糖与葡聚糖的混合物对冷冻干燥过程中蛋白质的保护作用时发现,保护剂是否具有保护作用,关键在于保护剂在蛋白质脱水后能否与氢键结合。一些研究者曾用傅立叶变换红外光谱分析法研究了海藻糖对大肠杆菌DHSa和苏云金杆菌HD冻干后蛋白质结构的作用,表明:不加海藻糖时,结构蛋白的酞胺II峰从水化细胞的1543cm移至1533cm;添加海藻糖后,结构蛋白的酞胺II峰的位置没有改变,从而证实,海藻糖作为保护剂在冻干过程中对蛋白质结构具有保护作用,也为“水替代假说”提供了证据。
第二,认为在含糖溶液的干燥过程中,当浓度足够大且糖的结b,不会发生时,糖一水混合物就会玻璃化,这时糖所处的状态称为玻璃态。研究表明,单糖、双糖、多轻基化合物以及结构蛋白质、酶都能显示玻璃行为,只是玻璃化转变温度不同而己。由于某些糖的玻璃化温度较高,在较高的保存温度下,仍能在蛋白质分子附近形成玻璃态。而在玻璃态下,物质兼有固体和流体的行为,粘度极高,不容易形成结b;且分子扩散系数很低,因而具有粘性的保护剂包围在蛋白质分子的周围,形成一种在结构上与玻璃状的冰相似的碳水化合物玻璃体,使大分子物质的链锻运动受阻,阻碍蛋白质的伸展和沉淀,维持蛋白质分子三维结构的稳定,从而起到保护作用,这是“玻璃态假说。
总之,生物活性物质保护剂要有较高的玻璃态温度,或者有-定量的轻基来替代水,使蛋白保持较低的主相变温度。一般说来,如工作温度低于保护剂的玻璃化温度,高于被保护的活性物质的主相变温度,那么该活性物质就能有效地保持活胜。但在目前,这两种假说还不能完全解释现有的实验现象,所以对其保护的作用机理仍需深入研究。作为保护剂的糖类,其保护作用与它们的化学结构有密切关系。它们通常具有5个以上的轻基,可以与蛋白质形成氢键以取代水,保证了蛋白质的稳定性;在溶液中它们易结合水分子,发生水合作用,减少了游离水的含量并增加了溶液的粘性,从而减缓bin核的生长过程,使形成的冰比较细小,以达到保护的目的。
常用作保护剂的糖类单糖主要有葡萄糖,双糖有蔗糖、海藻糖、乳糖,聚糖有葡聚糖。它们有一个共同的特点就是具:有大量的自由轻基,其中,葡萄糖、乳糖具有还原性,而蔗糖、海藻糖、葡聚糖没有还原性。
通过进行蔗糖对蛋白酶保护实验,发现随时间的进行,蛋白酶的活性不断降低.加入3%蔗糖进行保护的蛋白酶,酶活性降低较慢,蔗糖作为保护剂的蛋白酶活性保持较好,5h时还保持初始酶活的70%.说明蔗糖对蛋白酶活性具有保护作用。随后增加蔗糖含量至6%和9%,对蛋白酶保护效果反而下降,说明实现对蛋白酶分子的“包覆"所需要的糖分子个数是有限的。
AVT提供的蔗糖产品为高纯度低内毒素注射级药用蔗糖,即将登陆FDA登记DMF号,在药学领域中常作为冻干保护剂应用于纳米制剂以及蛋白生物制品等。其既在冻干过程中起低温保护剂作用,又在干燥脱水中起脱水保护剂的作用,同时还可调节渗透压,是公认的应用多、效果好的冻干保护剂之一。
本文内容节选自道客巴巴《糖保护蛋白机制》
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