华盛顿特区，2019年4月2日 - 对齐水分子的能力通常由冰块控制，冰块会影响附近的水并促使它加入冰层 - 也会冻结。但是对于生活在冰冻生境中的生物，一种特别强大的抗冻蛋白能够克服冰对水的控制，并说服水分子以有益于蛋白质的方式表现。

本周在AIP出版社的“化学物理学报”上的最新一项研究中，科学家们正在仔细研究抗冻蛋白的分子结构，以了解它是如何起作用的。德国Max Planck聚合物研究所的主要作者Konrad Meister和他的同事们前往地球上最寒冷的地方，包括北极和南极，从不同来源收集抗冻蛋白。他们在本研究中研究的蛋白质是有史以来最活跃的抗冻蛋白，它来自北欧的一种名为Rhagium mordax的甲虫。

“抗冻蛋白的一面具有独特的结构，即蛋白质的所谓冰结合位点，非常扁平，略带疏水，没有任何带电残留，”Meister说。“但如果你不能直接测量冰蛋白界面，那么这个方面如何用来与冰相互作用显然很难理解。”现在，这些独特的生物分子首次在实验室中吸附到冰上，以便更深入地了解在抗冻蛋白与冰接触时引导相互作用的机制。

研究人员发现，蛋白质的波纹结构将水通道保持在适当位置，这意味着当这些蛋白质接触冰而不是冷冻时，水分子会被改变为具有不同的氢键结构和取向。

“分子尺度信息是了解抗冻蛋白功能或工作机制的关键，如果我们知道，那么我们就可以开始制造一些我们作为一个社会可以从中受益的东西，”Meister说。

蛋白质的这种防冻特性可以用作设计合成版本的模型，该版本有助于除冰飞机，保存器官和防止冰箱中的冰淇淋形成晶体。“这是我们第一次将生物分子放在冰上，”梅斯特说。“将来自不同领域的专家聚集在一起真的是在这种情况下向前迈出的一大步，因为整个问题是非常跨学科的。”