Как белки-антифризы арктических рыб отличают лёд от воды

Учёные впервые с помощью нейтронного рассеяния выяснили, как белки-антифризы (AFPs) в крови арктических рыб распознают зарождающиеся кристаллы льда, чтобы предотвратить замерзание организма. Это открытие может найти применение в криохирургии, сохранении тканей и пищевой промышленности.

Механизм распознавания льда

Белки-антифризы — необычные белки. Их задача — связываться с зародышами кристаллов льда (ледяными ядрами) в биологических жидкостях и останавливать их рост, не взаимодействуя при этом с жидкой водой, чтобы не вызвать обезвоживание.

• Нетипичная структура: В отличие от большинства белков, у которых гидрофобные аминокислоты спрятаны внутри, а гидрофильные — на поверхности, AFPs имеют множество гидрофобных участков на поверхности.
• Ключевое открытие: С помощью нейтронного рассеяния (так как нейтроны хорошо «видят» атомы водорода) учёные обнаружили на поверхности связывания белка кластер воды «ледяного» типа — тетраэдрическое скопление молекул H₂O, повторяющее их расположение во льду.
• «Дырка» во льду: Моделирование показало, что ледяное ядро содержит шесть колец по четыре молекулы H₂O, в центре которых образуется промежуток («дырка»). Именно в эти промежутки и вставляются гидрофобные участки белка типа-III. Эти «дырки» есть в структуре льда, но отсутствуют в жидкой воде, что и позволяет AFP игнорировать жидкость и связываться только с твёрдой фазой.

Практическое значение

Понимание механизма открывает путь для приложений:

• Медицина: Улучшение криохирургии и сохранение тканей для трансплантации.
• Пищевая промышленность: Увеличение срока хранения замороженных продуктов. Компания Unilever уже использует AFPs для улучшения консистенции и хранения мороженого.
• Сельское и рыбное хозяйство: Повышение морозоустойчивости растений, улучшение производства рыбы, продление сезона сбора урожая.

Следующий шаг — исследование того, как именно AFP останавливает рост ледяного кристалла после связывания.