Insekter i frysende områder har et protein, der fungerer som frostvæske

Kraften til at justere vandmolekyler holdes normalt af is, som påvirker nærliggende vand og tilskynder det til at slutte sig til islaget - også at fryse. Men i tilfælde af organismer, der lever i frysende levesteder, et særligt kraftigt frostvæskeprotein er i stand til at overmande det greb isen har på vandet og overbevise vandmolekyler om at opføre sig på måder, der gavner proteinet i stedet.

I den seneste undersøgelse i denne uge i The Journal of Chemical Physics , forskere ser nærmere på den molekylære struktur af frostvæskeproteinet for at forstå, hvordan det virker. Hovedforfatter Konrad Meister ved Max Planck Institute for Polymer Research i Tyskland og hans kolleger har rejst til de koldeste steder på Jorden, herunder Arktis og Antarktis, at indsamle frostvæskeproteiner fra forskellige kilder. Proteinet, de undersøger i denne undersøgelse, er det mest aktive frostvæskeprotein nogensinde, og den kommer fra en bille i Nordeuropa kaldet Rhagium mordax.

"Frostvæskeproteinerne har en side, der er unikt struktureret, proteinets såkaldte isbindingssted, som er meget fladt, let hydrofob og har ingen ladede rester, " sagde Meister. "Men hvordan denne side bruges til at interagere med is er naturligvis meget svært at forstå, hvis du ikke kan måle en is-protein-grænseflade direkte."

Nu, for første gang, disse unikke biomolekyler er blevet adsorberet til is i laboratoriet for at se nærmere på de mekanismer, der styrer interaktionen, når frostvæskeproteiner er i kontakt med is.

Forskerne fandt ud af, at proteinets korrugerede struktur, som holder vandkanaler på plads, betyder, at når disse proteiner rører is, i stedet for at fryse, vandmolekylerne er ændret til at have en anden hydrogenbindingsstruktur og orientering.

"Information i molekylær skala er nøglen til at forstå funktionen eller arbejdsmekanismen for frostvæskeproteiner, og hvis vi ved det, så kan vi begynde at lave noget fedt, som vi som samfund kan få glæde af, " sagde Meister.

Denne frostvæske, der er karakteristisk for proteinet, kunne bruges som en model til at designe syntetiske versioner, der hjælper med afisning af fly, bevare organer og forhindre, at der dannes krystaller på is i fryseren.

"Det er første gang, vi har lagt biomolekyler på is, "At bringe eksperter fra forskellige områder sammen var virkelig det store skridt fremad i denne sag, fordi hele problemet er meget tværfagligt."