冻干、保护剂对微生物的保护机理

四、保护剂对微生物的保护机理
影响微生物冻干效果的因素很多，而保护剂系统的使用是冷冻干燥活物质由自然应用进入科学研究的里程碑。 在冻干过程中，保护剂对微生物细胞到底起何种保护作用呢？ 一直是低温生物学研究的重点课题。 虽然目前的看法尚未统

一，且保护剂的配方仍以实验为基础，但若要由试验摸索转为自觉利用，其机理研究是不可少的。 下面介绍一些有关保护剂的保护机理的看法。1．避免细胞脱水造成的危害Ｃｒｏｗｅ 等认为，通常细胞膜中磷脂的极性端在一定程度上是以水合形式存在的，且相邻磷脂极性端间被水分子隔开。 当磷脂干燥脱水时，极性端靠近，糖链间引力增强，平时处于液晶态的脂膜变为凝胶态，即细胞膜结构发生相变，从而导致细胞死亡。 空压机维修. 如糖类冻干保护剂，在细胞脱水时，以糖分子置换水分子，抑制了质膜的相变，起到了保护细胞膜结构不产生不可逆变化的作用。Ｌｅｖｉｔｔ 等认为，蛋白质分子表面的硫基可以被氧化成二硫键。冻结中水分子析出结晶，使蛋白质分子彼此靠近，有利于二硫键将蛋白质分子彼此连接起来，产生不可逆变性。 一些能阻止巯基被· ４ ５ ·氧化的保护剂如谷胱甘肽、半胱氨酸等能减轻一些含巯基的蛋白质的冷冻损伤。
2．保护微生物细胞膜系统的完整性Ａｒｏｎｓｏｎ 认为，通过膜定位电镜技术曾观察到核糖体的分布与膜的完整性密切相关，通常核糖体能以多聚核糖体的形式结合到细菌细胞膜上，聚合到膜上的多聚核糖体具有抗核糖体酶裂解的
作用。 使细胞代谢需要的蛋白质得以源源不断地合成。 聚合体的存在对核糖体是至关重要的。 游离的核糖体易被酶解。 而核糖体聚合形式取决于质膜系统的完整性，膜系统的完整性被破坏，多聚核糖体随之解体，影响蛋白质的合成，导致细胞代谢受阻而死亡。一些非渗透型保护剂如蔗糖等，可降低胞外溶质（电解质）的浓度，而渗透型保护剂多属中性物质，进入细胞膜后，能冲淡溶液中溶质（盐）的浓度，使细胞膜少受浓溶质作用而溶解或变性。 进入膜内的保护剂改变了胞内的过冷状态，使胞内压接近于胞外压，降低了细胞脱水的皱缩程度，增加了溶液的粘度，缓解了胞内冰的
形成，这些都对保护细胞膜的完整性起作用。膜结构的生物物理和生物化学研究显示，在微生物中占细胞膜干重 ５０％～６０％的脂蛋白是以 β折叠形式存在的。 作为保护剂使用的血浆脂蛋白和卵黄脂蛋白也属 β结构，两者具有良好的亲和性，其整体性由盐类和氢离子浓度协调。 控制保护剂的离子浓度，对膜脂蛋白具有良好的保护作用。
3．保护微生物细胞代谢酶的生物活性生物体内的生命活动几乎都是由酶催化进行的。 如果酶的结构发生改变或活性基团丢失，催化功能也将丧失。 若一些关键的酶失活，则整个细胞内的代谢作用就会紊乱，细胞将面临死亡。 许
多报道认为，微生物细胞内的一些重要酶类对冻干敏感。 如过氧化氢酶、乳酸脱氢酶、磷酸甘油脱氢酶、磷酸葡萄糖变位酶、琥珀酸脱氧酶、ＡＴＰ 酶、脂酶等都会因低温冷冻而失活，长期干燥而变性。而添加保护剂后，不同程度地消除了对酶的活性的影响。 因此，在· ５ ５ ·冻干微生物菌种时应根据微生物的特性优选合适的保护剂系统，以减少冻干过程中代谢酶的损伤，提高冻后恢复生长率。