O białkach, które wstrzymują topnienie lodu

Pingwin cesarski z niemarznącymi stopami /www.wikipedia.org

ResearchBlogging.org

Pingwin cesarski z niemarznącymi stopami /www.wikipedia.org; Samuel Blanc (CC BY-SA 3.0) ©2005

Ten wpis powinienem zacząć od oświadczenia, że oto mamy białka, które zbawią świat, wstrzymując topnienie lodowców. oto mamy lekarstwo na ginące w oczach lodowce Arktyki. Ogólnie, Wszechświat jest ocalony. Niestety byłoby to kłamstwo i wierutna bzdura. A fakt, że wspomniane białka nie ocalą nas przed globalnym ociepleniem, wcale nie czyni ich mniej fascynującymi.

Jest w tej historii jednak ziarno prawdy. Wiele organizmów produkuje białka, które działają jako ochrona przeciw zamarzaniu – jak myślicie, dlaczego pingwinom nie marzną stopy? Ich oddziaływanie z lodem może zaś prowadzić do przegrzewania lodu – czyli zapobiegać jego topnieniu, a także krystalizacji lodu…

Na początek dwie definicje. Białka działające przeciw zamarzaniu (kolejna polska niezgrabna nazwa) – AFP (z ang. antifreeze proteins) – to białka produkowane przez niektóre zwierzęta, rośliny oraz grzyby, które pojawiły się jako adaptacja ewolucyjna do niskich temperatur. Uważa się, że białka te działają wiążąc się do maleńkich kryształków lodu, które mogłyby stać się centrami krystalizacji, zapobiegając tym samym powstawaniu dużych kryształów lodu w komórkach – i chroniąc tym samym te komórki przed uszkodzeniem, a nawet śmiercią. Dodatkowo u ssaków prawdopodobnie wiążą się AFP także z błonami komórkowymi, chroniąc je przed uszkodzeniami spowodowanymi przez niskie temperatury.

Przegrzewanie ciał stałych definiuje się natomiast jako brak topnienia powyżej nominalnej temperatury topnienia danego ciała stałego. Taki obiekt – z różnych przyczyn – może istnieć w metastabilnej fazie do momentu, kiedy przekroczony zostaje pewna krytyczna temperatura. Wówczas topi się bardzo gwałtownie. Zjawisko nie jest to jednak tak powszechne jak na przykład przegrzewanie cieczy (ciecz przegrzana nie paruje pomimo przekroczenia temperatury wrzenia). Jest to wynikiem promowania topnienia na granicy faz ciało stałe – ciecz. Co więcej, ciała stałe często zaczynają topnieć jeszcze zanim osiągną temperaturę topnienia. Niemniej w pewnych sytuacjach może dochodzić do przegrzewania ciał stałych, takich jak na przykład kryształy lodu – i o tym właśnie jest praca opublikowana kilka tygodni temu w PNAS.

Grupa Ido Braslavskiego z Uniwerystetu Ohio pokazała, że ciała stałe, pomimo wspomnianych problemów, mogą być przegrzewane, o ile tylko zapobiegnie się topnieniu na granicy faz. Zademostrowali to za pomocą bardzo ładnego modelu, prezentując przy okazji co nieco o tym, jak białka AFP działają w praktyce.

Badacze sprzęgli białka AFP z fluoryzującym GFP, i obserwowali ich położenie i zachowanie względem kryształków lodu za pomocą mikroskopii fluorescencyjnej w komorze ze ścisłą kontrolą temperatury. Okazało się, że – zgodnie zresztą z przewidywaniami – białka AFP stabilizowały lód powyżej temperatury topnienia. Co jednak ważniejsze, zapobiegały także wzrostowi kryształów lodu, dając dowód swej ważnej funkcji biologicznej. Grupa przetestowała kilka różnych rodzajów białek AFP i pokazała, że białka AFP o większej aktywności lepiej hamowały topnienie niż białka mniej aktywne.

Braslavsky wskazuje, że zrozumienie procesu rekrystalizacji lodu i jego hamowania może mieć ogromne znaczenie dla spraw tak prozaicznych, jak zachowanie jakości mrożonego jedzenia. Więc może nie powstrzymamy topnienia lodowócw, ale któż nie chciałby, aby jego (od)mrożony befsztyk smakował, jak wycięty prosto z krowy?

Celik, Y., Graham, L., Mok, Y., Bar, M., Davies, P., & Braslavsky, I. (2010). Superheating of ice crystals in antifreeze protein solutions Proceedings of the National Academy of Sciences, 107 (12), 5423-5428 DOI: 10.1073/pnas.0909456107

3 Comments

    1. Anuszka, kto jak kto, ale Ty może miałaś okazję widzieć wykład niejakiego docenta (może już profesora?) Harańczyka – on się lubuje w temacie niemarznących stóp pingwinów. W hibernacji chyba mniej, chociaż kto wie…

      Lubię

  1. Kolejny przykład genialnej wielozadaniowości białek. Zrobią wszystko, o ile tylko mają ku temu warunki. Gdyby dało się wykorzystać AFPy jako krioprotektanty kto wie, może hibernacja ludzka przestałaby być tylko wizją pisarzy s-f…

    Lubię

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Log Out / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Log Out / Zmień )

Facebook photo

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Log Out / Zmień )

Google+ photo

Komentujesz korzystając z konta Google+. Log Out / Zmień )

Connecting to %s