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超高压技术在生物医药领域的应用
来源: 时间:2022-06-08 浏览:7690
高压 (HP) 生物技术是一种新兴技术,最初应用于食品加工,最近应用于制药和医学科学。

压力可以稳定酶并调节它们的活性和特异性。 蛋白质的 HP 工程可用于精细化学品、药物的酶催化合成以及具有医学或药学意义的修饰蛋白质的生产。 生物制剂的 HP 灭活有望适用于易碎生物药物或医疗化合物的灭菌。 一些压力杀死的细菌和病毒的增强免疫原性可用于制造新疫苗。 最后,在零度以下温度下储存而不冷冻是 HP 在细胞、动物组织、血细胞、移植器官等方面的另一个潜在应用。

在生物技术感兴趣的压力范围内,压力通常对共价键没有影响。因此,在室温下高压处理不会破坏天然化合物,如香料、香气、染料和药理活性分子。已发现几种维生素原和维生素(β-胡萝卜素、硫胺素、核黄素、叶酸、抗坏血酸盐、视黄醇、生育酚)可抵抗高达 6-8 kbar 的压力。诸如 Diels-Alder 反应之类的环加成反应伴随着大量的体积收缩,在压力作用下会加速。结果表明,这些反应可以在升高的压力(6.5 kbar)和温度(70°C)下促进维生素 K 和辅酶 Q 的破坏。



由于对非共价键的作用,压力也作用于膜、生物聚合物和多分子组装体的结构。疏水相互作用是影响蛋白质、胶束和脂质稳定性的最重要的弱键,它们会因压力而发生不同的变化。氢键的形成与小体积收缩有关,并在压力下得到加强。离子键被压力破坏。酸、碱、盐的电离和水的自电离在压力下增加。核酸和多糖具有耐压性,因为它们的二级结构主要由几乎对压力不敏感的 H 键稳定。蛋白质是对压力最敏感的生物分子像加热一样,压力会使蛋白质变性。压力变性是一个复杂的多步骤过程,取决于压力范围、压缩速率和压力暴露时间。蛋白质温度-压力依赖性研究显示椭圆相图 [5]。低于 3 kbar 的压力会使酶失活,但不会导致蛋白质结构发生广泛的构象变化。此外,在某些情况下,有证据表明,适度的压力会导致构象转变为紧凑的部分展开状态,称为“熔融小球”(MG)。

在压力下形成均匀的蛋白质凝胶、多糖凝胶和蛋白质-多糖混合凝胶在美容和制药应用中具有重要意义。蛋白质的压力凝胶和絮凝乳液可用于其特殊的流变特性,或用作缓慢释放捕获的活性化合物的载体。研究压力对热响应合成聚合物的影响应该有助于掌握受控的测定时间。最后,施加约 2 kbar 的压力已用于逆转错误折叠的蛋白质和包涵体的聚集,并增加适当的重折叠。这已成功应用于具有药物意义的重组蛋白。

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