除了生物制品凍干保護外，藥用蔗糖還是一款優質的蛋白保護劑。蔗糖作為蛋白保護劑具體如何作用于生物制品？好奇的小伙伴跟著AVT小編一起了解下！AVT高純度藥用蔗糖已在CDE登記備案。
許多學者認為蛋白質分子周圍分布著多層水分子，在降溫過程中，蛋白質分子周圍的水分子不斷凍結，但只要蛋白質分子表而的單層水分子沒有凍結，則蛋白質就不會變性;反之，蛋白質就會變性。利用在冷凍干燥過程中把卵清蛋白和肌球蛋白進行了冷凍干燥對比實驗，表明正是由于蛋白質表而覆蓋著沒有凍結的單層水分子，才使蛋白質在冷凍過程中不發生變性作用。當蛋白質表而的單層水分子開始凍結時，蛋白質分子表而的氫鍵以及極性基團就會暴露在周圍環境中而變性。同樣，在干燥過程中也應保證蛋白質分子表而的單層水分子不受到破壞。因此，在冷凍干燥蛋白質藥物的過程中，一般要加入保護劑，防止由于蛋白質表而的單層水分子破壞而引起蛋白質的變性。
糖的保護作用機理
關于糖生物保護作用的機理，仍在研究和探討之中。口前主要有兩種。
第一，認為由于蛋白質分子中存在大量氫鍵，結合水通過氫鍵與蛋白質分子聯結。當蛋白質在冷凍干燥過程中失去水分后，蛋白的主相變溫度會升高。但某些糖的輕基能替代蛋白表而的水的輕基，使得蛋白的主相變溫度變化不大，低于操作溫度，從而避免了生物活性物質由于發生相變所造成的機械損傷。即在凍干過程中，由于糖類屬于親水性物質，形成氫鍵能力較強，在氫鍵形成中即可以作為孤對電子的受體，又可以作為供體,因此，在蛋白質凍干過程中糖的輕基可與蛋白質中的極性基團形成氫鍵，從而代替蛋白質極性基團周圍的水分子，使蛋白質表而形成一層假定的水化膜，這樣可保護氫鍵的聯結位置不直接暴露在周圍環境中，穩定蛋白質的高級結構，防比蛋白質因凍干而變性，使其即使在低溫冷凍和干燥失水的情況下，仍保持蛋白質結構與功能的完整性。這是“水替代假說”。許多研究者贊成這種觀點。首先能夠直接測量凍干的蛋白質與保護劑蔗糖間的氫鍵,從而顯示出蔗糖對蛋白質的保護作用;其次,Deaf Dean等在分別研究蔗糖、葡聚糖、蔗糖與葡聚糖的混合物對冷凍干燥過程中蛋白質的保護作用時發現，保護劑是否具有保護作用，關鍵在于保護劑在蛋白質脫水后能否與氫鍵結合。一些研究者曾用傅立葉變換紅外光譜分析法研究了海藻糖對大腸桿菌DHSa和蘇云金桿菌HD凍干后蛋白質結構的作用，表明:不加海藻糖時，結構蛋白的酞胺II峰從水化細胞的1543cm移至1533cm;添加海藻糖后，結構蛋白的酞胺II峰的位置沒有改變，從而證實，海藻糖作為保護劑在凍干過程中對蛋白質結構具有保護作用，也為“水替代假說”提供了證據。
第二，認為在含糖溶液的干燥過程中，當濃度足夠大且糖的結b，不會發生時，糖一水混合物就會玻璃化，這時糖所處的狀態稱為玻璃態。研究表明，單糖、雙糖、多輕基化合物以及結構蛋白質、酶都能顯示玻璃行為，只是玻璃化轉變溫度不同而己。由于某些糖的玻璃化溫度較高，在較高的保存溫度下，仍能在蛋白質分子附近形成玻璃態。而在玻璃態下，物質兼有固體和流體的行為，粘度極高，不容易形成結b;且分子擴散系數很低，因而具有粘性的保護劑包圍在蛋白質分子的周圍，形成一種在結構上與玻璃狀的冰相似的碳水化合物玻璃體，使大分子物質的鏈鍛運動受阻，阻礙蛋白質的伸展和沉淀，維持蛋白質分子三維結構的穩定，從而起到保護作用，這是“玻璃態假說。
總之，生物活性物質保護劑要有較高的玻璃態溫度，或者有-定量的輕基來替代水，使蛋白保持較低的主相變溫度。一般說來，如工作溫度低于保護劑的玻璃化溫度，高于被保護的活性物質的主相變溫度，那么該活性物質就能有效地保持活勝。但在目前，這兩種假說還不能完全解釋現有的實驗現象，所以對其保護的作用機理仍需深入研究。作為保護劑的糖類，其保護作用與它們的化學結構有密切關系。它們通常具有5個以上的輕基，可以與蛋白質形成氫鍵以取代水，保證了蛋白質的穩定性;在溶液中它們易結合水分子，發生水合作用，減少了游離水的含量并增加了溶液的粘性，從而減緩bin核的生長過程，使形成的冰比較細小，以達到保護的目的。
常用作保護劑的糖類單糖主要有葡萄糖，雙糖有蔗糖、海藻糖、乳糖，聚糖有葡聚糖。它們有一個共同的特點就是具:有大量的自由輕基，其中，葡萄糖、乳糖具有還原性，而蔗糖、海藻糖、葡聚糖沒有還原性。
通過進行蔗糖對蛋白酶保護實驗，發現隨時間的進行,蛋白酶的活性不斷降低.加入3%蔗糖進行保護的蛋白酶,酶活性降低較慢,蔗糖作為保護劑的蛋白酶活性保持較好,5h時還保持初始酶活的70%.說明蔗糖對蛋白酶活性具有保護作用。隨后增加蔗糖含量至6%和9%,對蛋白酶保護效果反而下降,說明實現對蛋白酶分子的“包覆"所需要的糖分子個數是有限的。
AVT提供的蔗糖產品為高純度低內毒素注射級藥用蔗糖，即將登陸FDA登記DMF號，在藥學領域中常作為凍干保護劑應用于納米制劑以及蛋白生物制品等。其既在凍干過程中起低溫保護劑作用，又在干燥脫水中起脫水保護劑的作用，同時還可調節滲透壓，是公認的應用多、效果好的凍干保護劑之一。
本文內容節選自道客巴巴《糖保護蛋白機制》
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