冷冻干燥过程对蛋白结构的多重胁迫

一、预冻阶段

在预冻阶段，蛋白质面临的主要胁迫包括低温胁迫、冰晶形成和冷冻浓缩效应。低温胁迫可导致蛋白质发生冷变性，即蛋白质在低温下热力学稳定性降低，疏水相互作用减弱，水分子更容易渗透到蛋白质疏水核心，引起构象变化冰晶形成过程中产生的机械应力可达 2 kBar 以上，足以引起蛋白质的压力诱导变性，同时冰晶的生长和形态变化会对蛋白质分子产生物理损伤。冷冻浓缩效应则导致非冰相中溶质浓度急剧升高，可能引发 pH 变化、离子强度改变和相分离现象，这些变化对蛋白质的稳定性产生显著影响。

二、升华干燥阶段

升华干燥阶段的主要胁迫来自脱水过程。随着冰晶升华，蛋白质分子的水化层被逐步移除，破坏了维持蛋白质天然构象的氢键网络。研究表明，脱水过程可导致蛋白质二级结构发生显著变化，α- 螺旋含量降低，β- 折叠和无规卷曲结构增加。此外，在干燥过程中形成的各种界面（气 - 固、气 - 液）会吸附蛋白质分子，界面张力的作用可导致蛋白质分子展开和聚集。

三、解析干燥阶段

解析干燥阶段虽然温度相对较高，但由于水分含量极低，蛋白质分子在高粘度的玻璃态基质中运动受限，主要面临长期储存稳定性的挑战。残留水分含量、玻璃化转变温度以及蛋白质与保护剂、赋形剂的相互作用都会影响蛋白质在固态下的稳定性。

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