โปรตีนต้านการแข็งตัวของน้ำแข็งจะหยุดน้ำแข็งได้อย่างไร

Anonim

แมลงรอดมาได้อย่างไร? ต่างจากสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมพวกเขาไม่ได้มีขนหนาขนเพื่อให้ความอบอุ่น แต่พวกเขามีสารป้องกันการแข็งตัว โปรตีนป้องกันการแข็งตัว (AFPs) ช่วยป้องกันไม่ให้น้ำแข็งสร้างและแพร่กระจายภายในร่างกายของพวกเขา

การดำรงอยู่ของ AFPs เหล่านี้เป็นที่รู้จักมานานหลายทศวรรษแล้ว แต่กลไกในการควบคุมเทคนิคการอยู่รอดที่ไม่ซ้ำกันนี้พิสูจน์ให้เห็นได้ยาก การศึกษาใหม่ที่เผยแพร่ใน รายงานการประชุมของ National Academy of Sciences โดยนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยยูทาห์และมหาวิทยาลัยแห่งแคลิฟอร์เนียซานดิเอโกแสดงให้เห็นว่าเอเอฟพีเอสยังทำหน้าที่ในการวิจัยในอนาคตอย่างไร

ตระหนักถึงน้ำแข็งก่อนที่มันจะเป็นน้ำแข็ง

เอเอฟพีช่วยป้องกันน้ำจากการแช่แข็งโดยรอบและเชื่อมต่อกับผลึกน้ำแข็งขนาดเล็กซึ่งน้ำมีอยู่แล้วเพื่อให้ตัวเองเข้าสู่น้ำแข็งขัดแตะ ทิ้งไว้โดยไม่ตั้งใจผลึกเหล่านี้จะทำหน้าที่เป็นเมล็ดและยังคงกระจายการสั่งซื้อไปยังโมเลกุลของน้ำใกล้เคียง สมมติฐานที่มีอยู่ว่าทำไม AFPs หยุดกลไกนี้จึงเป็นข้ออ้างของชั้นน้ำแข็งคล้ายกับน้ำใกล้กับบริเวณของโปรตีนที่เชื่อมโยงกับพื้นผิวน้ำแข็ง อย่างไรก็ตามเนื่องจากความยากลำบากในการแยกพื้นที่ขนาดเล็กนี้ในการทดลองจากน้ำแข็งและน้ำรอบ ๆ ตัวนี้ก็ยังไม่ได้รับการพิสูจน์แล้วศาสตราจารย์เคมี Valeria Molinero กล่าวว่า

การศึกษานี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อทดสอบสมมติฐานนี้โดยใช้วิธีทางทฤษฎีที่มีความละเอียดและเวลาแตกต่างกัน Molinero เชี่ยวชาญในการจำลองน้ำแข็งที่มีขนาดใหญ่ขึ้นและใช้ความชำนาญนี้กับระบบที่มี Tm AFP ในน้ำใกล้พื้นผิวน้ำแข็ง ด้วยการตั้งค่านี้เธอและนักศึกษาปริญญาเอกของเธอ Arpa Hudait สังเกตเห็นโปรตีนที่ค่อยๆพังทลายลงบนพื้นน้ำแข็ง พวกเขาค้นพบว่าการยึดกับน้ำแข็ง Tm AFP ทั้งหมดต้องใช้ควบคู่ไปกับพื้นผิว

สิ่งสำคัญคือการทอดสมอนี้ไม่จำเป็นต้องมีการสั่งน้ำก่อนเข้าไปในโครงสร้างคล้ายน้ำแข็ง "การเคลื่อนไหวช้าของโปรตีนจะขนานไปกับพื้นผิวน้ำแข็งได้ตามทันทีโดยการปรับทิศทางของน้ำในบริเวณใกล้เคียงเพื่อผูกโปรตีนกับน้ำแข็ง" Hudait กล่าว ในแมลงเช่นด้วงปนเปื้อนแมลงชนิดนี้มีผลผูกพันกับ AFP หลายตัวในการพัฒนาผลึกน้ำแข็งเพื่อป้องกันการตกผลึกของน้ำแข็งในร่างกายของพวกเขา

วิธีการดูมันเกิดขึ้น

แต่วิธีการ Molinero ของขาดความถูกต้องที่จำเป็นในการสร้างการคาดการณ์สเปกตรัมของสิ่งที่เหตุการณ์ที่มีผลผูกพันจะมีลักษณะคล้ายกับเครื่องมือสเปกโทรสโก ด้วยรูปแบบน้ำที่มีความแม่นยำสูง Francesco Paesani จาก UCSD และนักวิจัยดุษฎีบัณฑิต Daniel Moberg ได้ร่วมมือกับ Molinero และทีมงานของเธอในการคำนวณสเปกตรัมทั้งอินฟราเรดและรามานโดยมีความแม่นยำเป็นประวัติการณ์ "การจำลองมีความได้เปรียบในการแยกพื้นที่ที่ต้องการได้แม้ว่าจะเป็นประโยชน์ถ้าทฤษฎีพื้นฐานมีความถูกต้องเพียงพอ" Paesani อธิบาย

นี่เป็นการศึกษาครั้งแรกที่ได้กำหนดสัญญาณจากโครงสร้างที่ยึดโปรตีนไว้กับผิวน้ำแข็งที่เรียกว่า clathrates "ผลของเราแสดงให้เห็นว่าสเปคโทรสโคปอินฟราเรดไม่น่าจะให้ข้อมูลมากเกี่ยวกับโครงสร้าง clathrate ที่ทอดสมอ" Moberg กล่าว "รามานสเปกโตรสโกปีควรแสดงความแตกต่างหากผู้ทดลองสามารถแยกสัญญาณออกจากบริเวณที่ยึดหรือยึดติดกับตัวยึดได้"

การค้นพบนี้สามารถให้ความรู้ความเข้าใจเกี่ยวกับโปรตีน nucleating ในชั้นบรรยากาศซึ่งทำหน้าที่ตรงกันข้ามและมีบทบาทในการสร้างผลึกน้ำแข็งในเมฆ "เราคาดการณ์ว่าการเรียงลำดับก่อนหน้านี้อาจเกิดขึ้นบนพื้นผิวขนาดใหญ่ของโปรตีนที่มีนิวเคลียสรวมตัวอยู่ในน้ำแข็งซึ่งมันอาจจะมีบทบาทตรงกันข้ามกับการช่วยสร้างน้ำแข็งในนิวเคลียส" Molinero กล่าว

มีความสนใจอย่างกว้างขวางในการเรียนรู้ที่จะเลียนแบบกลไกต้านการแข็งตัวของ AFPs เธอเสริมด้วยการประยุกต์ใช้จากการเก็บรักษาอวัยวะไปสู่ระนาบ "มีตลาดที่มีศักยภาพมากสำหรับสารป้องกันการแข็งตัวจากกลไกเดียวกันนี้ แต่ถ้าคุณไม่เข้าใจกลไกนี้ก็ยากที่จะกำหนดและเพิ่มประสิทธิภาพโมเลกุล"

menu
menu