抗冻蛋白对冰晶成核的Janus效应被揭示

作者:admin 来源:未知 点击数: 发布时间:2019年09月06日

  抗冻卵白是糊口在寒冷区域的生物颠末持久天然选择进化发生的生物体内结冰而导致生物体灭亡卵白质。对于抗冻卵白抗冻机制的研究有助于揭开冰晶成核、发展和冰晶描摹调控的分子层面的机理。因此,自上世编年代初次发觉抗冻卵白以来,科研人员对这类卵白的抗冻机制进行了近半个世纪的研究。可是,科研人员匹敌冻卵白调控冰晶成核的切当感化和机制不断有争议,即有些科研人员认为抗冻卵白能推进冰核的构成,而另一些科研人员则认为抗冻卵白能够抑止冰核的生成。

  在国度天然科学基金委、科技部和中国科学院的鼎力支撑下,中科院化学所的刘凯同窗、王健君研究员与中科院上海使用物理所的王春雷副研究员、方海平研究员和新疆大学的马纪传授合作,按照抗冻卵白的冰连系面(ice-binding face)和非冰连系面(non-ice-binding face)具有判然不同官能团的特征,将抗冻卵白定向固定于固体基底,选择性地研究了抗冻卵白冰连系面与非冰连系面临冰核构成的影响。研究表白抗冻卵白的分歧面临冰核的构成表示出完全相反的效应:冰连系面推进冰晶成核,而非冰连系面抑止冰晶成核(图一)。

  图一:通过定向固定抗冻卵白,发觉抗冻卵白的冰连系面和非冰连系面临冰核构成的“Janus”效应

  他们进一步通过度子动力学模仿研究了抗冻卵白的冰连系面和非冰连系面界面水的布局,发觉了冰连系面上羟基和甲基有序间隔陈列使得冰连系面上构成类冰水合层,推进冰核生成;而非冰连系面上具有的带电荷侧链及疏水性侧链,使得非冰连系面上的界面水无序,抑止冰核构成。从而揭示了抗冻卵白对冰成核“Janus”效应分子层面的机制。

  该研究大大加深了人们匹敌冻卵白分子层面抗冻机制的理解,同时对仿生合成防覆冰材料和低温器官保留材料有着主要的指点意义。相关成果颁发在《美国科学院院报》PNAS,2016, doi: 10.1073/pnas.1614379114上。

  图二:分子动力学模仿揭示了抗冻卵白的冰连系面和非冰连系面上界面水机能具有显著差别,从而供给了抗冻卵白对冰核构成具有的“Janus”效应的分子机制。

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