12月28日，記者從中科院化學(xué)所獲悉，該所綠色印刷院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員王健君與中科院上海應(yīng)物所副研究員王春雷、研究員方海平和新疆大學(xué)教授馬紀(jì)合作，揭示了抗凍蛋白的不同面對(duì)冰核形成分子層面的機(jī)制。這一結(jié)果發(fā)表在近日出版的《美國科學(xué)院院報(bào)》（PNAS）上。
抗凍蛋白是生活在寒冷區(qū)域的生物經(jīng)過長期自然選擇進(jìn)化產(chǎn)生的一類用于防止生物體內(nèi)結(jié)冰而導(dǎo)致生物體死亡的功能性蛋白質(zhì)，具有“冰結(jié)合面”（ice-binding face）和“非冰結(jié)合面”（non-ice-binding face）兩種不同面。自上世紀(jì)60年代首次發(fā)現(xiàn)抗凍蛋白以來，科學(xué)家對(duì)抗凍蛋白調(diào)控冰晶成核的確切作用和機(jī)制一直存在爭(zhēng)議——“抗凍蛋白能促進(jìn)冰核形成”及“可以抑制冰核生成”兩種相反的觀點(diǎn)同時(shí)存在。
上述中國科學(xué)家組成的團(tuán)隊(duì)根據(jù)抗凍蛋白“冰結(jié)合面”和“非冰結(jié)合面 ”具有的截然不同官能團(tuán)的特性，將抗凍蛋白定向固定于固體基底，選擇性地研究了抗凍蛋白冰結(jié)合面與非冰結(jié)合面對(duì)冰核形成的影響。研究表明，抗凍蛋白的不同面對(duì)冰核的形成表現(xiàn)出完全相反的效應(yīng)：冰結(jié)合面促進(jìn)冰晶成核，而非冰結(jié)合面抑制冰晶成核。
他們進(jìn)一步通過分子動(dòng)力學(xué)模擬研究了抗凍蛋白的“冰結(jié)合面”和“非冰結(jié)合面”界面水的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)了“冰結(jié)合面”上羥基和甲基有序間隔排列使得冰結(jié)合面上形成類冰水合層，促進(jìn)冰核生成；而“非冰結(jié)合面”上存在的帶電荷側(cè)鏈及疏水性側(cè)鏈，使得非冰結(jié)合面上的界面水無序，抑制冰核形成。這一結(jié)果揭示了抗凍蛋白對(duì)冰成核“Janus效應(yīng)”分子層面的機(jī)制
相關(guān)專家指出，該研究加深了人們對(duì)抗凍蛋白分子層面抗凍機(jī)制的理解，同時(shí)將對(duì)仿生合成防覆冰材料和低溫器官保存材料具有指導(dǎo)意義。
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