Kriyoprotektan - Cryoprotectant

Bir kriyo-koruma ve korumak için kullanılan bir maddedir , biyolojik doku ile ilgili dondurma hasarı (örneğin, bu nedeniyle buz oluşumu). Arktik ve Antarktika böcekler , balıklar ve amfibiler soğuk kış dönemlerinde donma hasarını en aza indirmek için vücutlarında kriyoprotektanlar ( antifriz bileşikleri ve antifriz proteinleri ) oluştururlar. Kriyoprotektanlar, biyoloji çalışmalarında canlı materyalleri korumak ve gıda ürünlerini korumak için de kullanılır.

Yıllardır gliserol , kriyobiyolojide kan hücreleri ve boğa spermi için bir kriyoprotektan olarak kullanıldı ve sıvı nitrojen sıcaklıklarında depolamaya izin verdi . Bununla birlikte, gliserol tüm organları hasardan korumak için kullanılamaz . Bunun yerine, birçok biyoteknoloji şirketi, bu tür kullanımlar için daha uygun olan diğer kriyoprotektanların geliştirilmesini araştırmaktadır. Başarılı bir keşif, en sonunda , nakledilebilir insan ve ksenobiyotik organların toplu kriyojenik depolanmasını (veya "biriktirilmesini") mümkün kılabilir . Bu yönde önemli bir adım çoktan gerçekleşti. Twenty-First Century Medicine , tescilli vitrifikasyon kokteyliyle tavşan böbreğini -135 ° C'ye vitrifiye etti. Yeniden ısıtıldıktan sonra böbrek, tavşanı tek işleyen böbrek olarak sonsuza kadar sürdürebilen, tam işlevsellik ve canlılıkla bir tavşana başarıyla nakledildi.

Mekanizma

Kriyoprotektanlar, hücrelerdeki çözünen konsantrasyonunu artırarak çalışır. Bununla birlikte, biyolojik olarak yaşayabilir olmaları için, kolayca nüfuz etmeleri ve hücrelere toksik olmamaları gerekir.

Cam değişim ısısı

Bazı kriyoprotektanlar , bir çözeltinin veya bir malzemenin cam geçiş sıcaklığını düşürerek işlev görür . Bu şekilde, kriyoprotektan gerçek donmayı önler ve çözüm camsı bir fazda bir miktar esneklik sağlar. Birçok kriyoprotektan , su molekülleri yer değiştirirken biyolojik moleküllerle hidrojen bağları oluşturarak da işlev görür. Sulu çözeltilerde hidrojen bağlanması, uygun protein ve DNA işlevi için önemlidir. Böylelikle, kriyoprotektan su moleküllerinin yerini alırken, biyolojik malzeme, artık sulu bir ortama daldırılmasa bile, doğal fizyolojik yapısını ve işlevini korur. Bu koruma stratejisi en çok anhidrobiyozda kullanılır .

Toksisite

Kriyoprotektanların karışımları daha az toksisiteye sahiptir ve tek ajanlı kriyoprotektanlardan daha etkilidir. DMSO ( dimetil sülfoksit ), propilen glikol ve bir kolloid içeren bir formamid karışımı, uzun yıllar boyunca yapay olarak oluşturulmuş tüm kriyoprotektanlar arasında en etkili olanıydı. Vitrifikasyon için kriyoprotektan karışımları kullanılmıştır (yani kristal buz oluşumu olmadan katılaşma). Vitrifikasyon, embriyoların, biyolojik dokuların ve organların nakil için korunmasında önemli uygulamalara sahiptir . Vitrifikasyon, donma hasarını ortadan kaldırmak için kryoniklerde de kullanılmaktadır .

Konvansiyonel

Geleneksel kriyoprotektanlar, etilen glikol , propilen glikol ve gliserol gibi glikollerdir ( en az iki hidroksil grubu içeren alkoller ) . Etilen glikol genellikle otomobil antifrizi olarak kullanılır ; ise propilen glikol içinde buz oluşumunu azaltmak için kullanılmıştır dondurma . Dimetil sülfoksit (DMSO) da geleneksel bir kriyoprotektan olarak kabul edilir. Gliserol ve DMSO, kriyobiyologlar tarafından onlarca yıldır sıvı nitrojende soğuk olarak korunan sperm , oosit ve embriyolarda buz oluşumunu azaltmak için kullanılmaktadır . Hayvan genetik kaynaklarının dondurularak korunması, gelecekte canlanma niyetiyle genetik materyali depolamak için geleneksel kriyoprotektanları içeren bir uygulamadır. Trehaloz , mayalar ve böcekler tarafından bol miktarda üretilen, indirgeyici olmayan şekerdir. Ticari sistemlerde kriyoprotektan olarak kullanımı geniş çapta patentlenmiştir.

Doğadaki örnekler

Arktik balıklar , kriyoprotektan olarak bazen şekerle eklenen antifriz proteinleri kullanır .

Haşarat

Daha fazla bilgi: Antifreeze protein ve Threitol

Böcekler , kriyoprotektanlar olarak çoğunlukla şekerleri veya poliolleri kullanırlar . Kriyoprotektan kullanan bir tür Polistes exclamans'tır (yaban arısı). Bu türde, farklı seviyelerde kriyoprotektan morfolojileri ayırt etmek için kullanılabilir.

Amfibiler

Soğuk adapte kutup kurbağa (örneğin, ahşap kurbağa ) ve diğer bazı ectotherms olarak polar ve subpolar bölgelerinde doğal olarak üreten glukoz , ancak güney kahverengi ağaç kurbağa ve Arktik salamanderleri oluşturmak gliserol kendi içinde karaciğerlerinde buz oluşumunu azaltmak için.

Glikoz, kutup kurbağaları tarafından kriyoprotektan olarak kullanıldığında, düşük sıcaklıkta büyük miktarlarda glikoz salınır ve özel bir insülin formu, bu ekstra glikozun hücrelere girmesine izin verir. Kurbağa ilkbaharda yeniden ısındığında , fazla glikoz hızla atılmalı, ancak depolanmalıdır.

Gıda koruması

Dondurarak saklama koruyucuları ayrıca yiyecekleri korumak için kullanılır. Bu bileşikler tipik olarak pahalı olmayan ve herhangi bir toksisite endişesi yaratmayan şekerlerdir. Örneğin, birçok (çiğ) dondurulmuş tavuk ürünü , suda bir sükroz ve sodyum fosfat çözeltisi içerir.

Yaygın

Ayrıca bakınız

Referanslar