Study of the bioprotective action of sugars : an investigation by molecular dynamics and Raman spectroscopy
Etude de l'action bioprotectrice des sucres : une investigation par dynamique moléculaire et spectroscopie Raman
Résumé
Understanding the enhanced efficiency of trehalose to stabilise biological
molecules compared to other excipients is a matter of intense research. We
have studied the influence of trehalose and two other stereoisomers, maltose
and sucrose, on the structure and on the dynamics of water and of a model
globular protein, lysozyme. We have shown that trehalose induces a greater
destructuration of the water hydrogen bond (HB) network than maltose and
sucrose, beyond a concentration of 40-50 wt %, at which the HB network of
sugars percolates. Moreover, the hydration number of sugars and the number of
sugar-sugar HBs suggest that trehalose aqueous solutions are more "homogeneous", for concentrations between 33 and 66 wt %. We have also
localised interaction zones between sugars and lysozyme and shown with
Raman spectroscopy that trehalose stabilises it more.
molecules compared to other excipients is a matter of intense research. We
have studied the influence of trehalose and two other stereoisomers, maltose
and sucrose, on the structure and on the dynamics of water and of a model
globular protein, lysozyme. We have shown that trehalose induces a greater
destructuration of the water hydrogen bond (HB) network than maltose and
sucrose, beyond a concentration of 40-50 wt %, at which the HB network of
sugars percolates. Moreover, the hydration number of sugars and the number of
sugar-sugar HBs suggest that trehalose aqueous solutions are more "homogeneous", for concentrations between 33 and 66 wt %. We have also
localised interaction zones between sugars and lysozyme and shown with
Raman spectroscopy that trehalose stabilises it more.
La compréhension de la plus grande stabilisation des molécules biologiques par un disaccharide
tel que le tréhalose par rapport à d'autres excipients fait l'objet de recherches accrues. Nous
avons étudié l'influence du tréhalose et de deux autres stéréoisomères, le maltose et le sucrose,
sur la structure et sur la dynamique de l'eau et d'une protéine globulaire modèle, le lysozyme. Nous
avons montré que le tréhalose induit une plus grande déstructuration du réseau de liaisons hydrogène (LHs)
de l'eau que le maltose et le sucrose, au-delà d'une concentration de 40-50 %, à laquelle le réseau
de LHs des sucres percole. En outre, le nombre d'hydratation des sucres et le
nombre de LHs sucre-sucre suggèrent que les solutions aqueuses de tréhalose sont plus "homogènes",
pour des concentrations entre 33 et 66 % pds. Nous avons également localisé les zones
d'interaction des sucres avec le lysozyme et montré par spectroscopie Raman que le tréhalose le stabilise
davantage.
tel que le tréhalose par rapport à d'autres excipients fait l'objet de recherches accrues. Nous
avons étudié l'influence du tréhalose et de deux autres stéréoisomères, le maltose et le sucrose,
sur la structure et sur la dynamique de l'eau et d'une protéine globulaire modèle, le lysozyme. Nous
avons montré que le tréhalose induit une plus grande déstructuration du réseau de liaisons hydrogène (LHs)
de l'eau que le maltose et le sucrose, au-delà d'une concentration de 40-50 %, à laquelle le réseau
de LHs des sucres percole. En outre, le nombre d'hydratation des sucres et le
nombre de LHs sucre-sucre suggèrent que les solutions aqueuses de tréhalose sont plus "homogènes",
pour des concentrations entre 33 et 66 % pds. Nous avons également localisé les zones
d'interaction des sucres avec le lysozyme et montré par spectroscopie Raman que le tréhalose le stabilise
davantage.