元素百科科学家揭示了冰晶成核的抗冻蛋白分子机制，向您介绍了《美国科学院报》。12月28日，记者从中国科学院化学研究所获悉，绿色印刷研究所重点实验室研究员王建军与中国科学院上海应物研究所副研究员王春雷、研究员方海平与新疆大学教授马吉合作，揭示了面对冰核形成分子水平的不同抗冻蛋白机制。最近出版的《美国科学院院报》发表了这一结果（PNAS）上。
什么是抗冻蛋白？
抗冻蛋白是生活在寒冷地区的生物经过长期自然选择进化而产生的一种功能性蛋白质，用于防止生物体结冰而导致生物体死亡，具有“冰结合面”（ice-binding face）与“非冰结合面”（non-ice-binding face）两种不同的面。自20世纪60年代首次发现抗冻蛋白以来，科学家们一直对抗冻蛋白调节冰晶核的确切作用和机制存在争议——“抗冻蛋白可以促进冰核的形成”和“可以抑制冰核的形成”。
根据抗冻蛋白“冰结合面”和“非冰结合面”的特点，上述中国科学家组成的团队将抗冻蛋白定向固定在固体基础上，有选择地研究了抗冻蛋白冰结合面和非冰结合面对冰核形成的影响。研究表明，不同的抗冻蛋白面对冰核的形成表现出完全相反的效果：冰结合面促进冰晶核，而不是冰结合面抑制冰晶核。
对冰晶成核分子机制的研究
通过分子动力学模拟，他们进一步研究了抗冻蛋白的“冰结合面”和“非冰结合面”界面水的结构，发现羟基和甲基在“冰结合面”上的有序间隔排列使冰结合面形成冰水合层，促进冰核的产生；“非冰结合面”上的带电荷侧链和疏水侧链使非冰结合面上的界面水混乱，抑制冰核的形成。这一结果揭示了抗冻蛋白对冰成核“Janus效应”分子层面的机制。
相关专家指出，该研究加深了人们对抗冻蛋白分子层面抗冻机制的理解，对仿生合成防冻材料和低温器官保存材料具有指导意义。
