排列水分子的能力通常是由冰保持的。冰會(huì)影響附近的水，并促使后者加入冰層，從而將其一并凍結(jié)。但對(duì)于生活在冰凍環(huán)境中的生物來(lái)說(shuō)，一種特別強(qiáng)大的抗凍蛋白能克服冰對(duì)水的束縛，并“說(shuō)服”水分子做出有利于蛋白質(zhì)的行為。

近日，在美國(guó)物理聯(lián)合會(huì)（AIP）下屬《化學(xué)物理雜志》上，科學(xué)家仔細(xì)研究了一種抗凍蛋白的分子結(jié)構(gòu)，以了解其工作原理。德國(guó)馬普學(xué)會(huì)聚合物研究所作者Konrad Meister和同事前往地球上zui寒冷的地方，包括北和南，從不同來(lái)源收集抗凍蛋白。他們?cè)谏鲜鲅芯恐蟹治龅牡鞍踪|(zhì)是有記錄以來(lái)zui活躍的抗凍蛋白質(zhì)，來(lái)自北歐一種名為Rhagium mordax的甲蟲(chóng)。

“這種抗凍蛋白質(zhì)的一面擁有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，也就是所謂的蛋白質(zhì)冰結(jié)合位點(diǎn)。這個(gè)位點(diǎn)非常平坦，有輕微的疏水性，并且沒(méi)有任何帶電荷的殘基。”Meister介紹說(shuō)，“如果你不能直接測(cè)量冰蛋白界面，就很難理解這一側(cè)是如何與冰互動(dòng)的。”

這張藝術(shù)圖顯示了利用和頻產(chǎn)生光譜技術(shù)直接測(cè)定冰表面蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)。

如今，在實(shí)驗(yàn)室里，這些獨(dú)特的生物分子一次被吸附到冰上，從而使研究人員得以更近距離地觀察抗凍蛋白與冰接觸時(shí)引導(dǎo)相互作用的機(jī)制。

研究發(fā)現(xiàn)，這種蛋白質(zhì)的波紋結(jié)構(gòu)能固定水的通道。這意味著當(dāng)這些蛋白質(zhì)接觸冰時(shí)，水分子會(huì)發(fā)生改變，以形成不同的氫鍵結(jié)構(gòu)和方向，而不是凍結(jié)。

“分子尺度的信息是理解抗凍蛋白功能或工作機(jī)制的關(guān)鍵。如果我們知道了這一點(diǎn)，就可以制造一些很酷的東西，整個(gè)社會(huì)都可以從中受益?！盡eister說(shuō)。

這種蛋白質(zhì)的抗凍特性可作為設(shè)計(jì)合成版本的模型，從而幫助飛機(jī)除冰、保存器官和防止冰淇淋在冰箱中形成晶體。