Ученые из немецкого города Бохума выяснили, как естественный антифриз спасает рыб от обморожения в холодных водах Северного Ледовитого океана. Они исследовали влияние особого белка в крови рыб на молекулы воды. Он не позволяет воде замерзать, сохраняя все в жидком состоянии. Кроме того, нет никакой химической связи между водой и белком — достаточно простого присутствия.

Совместно с партнерами из США, группа исследователей из команды профессора доктора Мартины Хавенит (физическая химия, Рурский университет в Бохуме) описали свое открытие в журнале Американского химического общества (ACS).
Лучше бытового антифриза

Температуры -1.8°C вполне достаточно, чтобы заморозить любую рыбу, так как температура замерзания их крови составляет примерно -0.9°C. Ученых долгое время мучил вопрос, как же рыба сохраняет возможность двигаться при таких температурах в холодных водах Антарктики. Примерно 50 лет назад ответ был найден: в крови рыб был обнаружен особый белок, оберегающий от мороза. Данный так называемый белок-антифриз выполняет свои обязанности лучше любого бытового антифриза. Но как именно он работает, до сих пор не ясно.

Бохумские исследователи использовали особую технологию, терагерцевую спектроскопию, чтобы исследовать механизм работы белка. С помощью терагерцевого излучения можно зарегистрировать совместное движение молекул воды и белка. Таким образом, рабочая группа уже была готова продемонстрировать, что молекулы воды, которые постоянно «танцуют» в жидкости, постоянно образуя новые химические связи, начинают «танцевать» более упорядоченно в присутствии белков. «Танец диско превращается в менуэт», — заметила профессор Хавенит.

Сувенир из антарктической экспедиции

Предметом данного исследования были гликопротеины-антифризы антарктического клыкача (Dissostichus mawsoni), которого один из американских партнеров Артур Л. Деврис лично поймал в ходе антарктической экспедиции.

«Как мы можем увидеть, влияние этого белка на молекулы воды наблюдаются даже на больших расстояниях. Мы имеем дело с расширенной гидратной оболочкой», — говорит соавтор Конрад Мейстер.

«Этот эффект, препятствующий кристаллизации льда, при низкой температуре проявляется даже более отчетливо, чем при комнатной», — добавила профессор Хавенит.

Все же, для замерзания воды, как раз таки более низкие температуры и требуются. Комплексообразование протеина боратом (солью борной кислоты) сильно ухудшает его свойства как антифриза. Кроме того, в этом случае ученые не обнаружили каких-либо изменений в терагерцевом «танце». Результаты исследований предоставляют новую модель того, как гликопротеины-антифризы предотвращают замерзание воды: действие антифриза достигается не прямой связью между молекулами белка и воды — вместо этого протеины вызывают возмущения водного раствора на больших расстояниях. Это исследование впервые продемонстрировало прямую связь между свойствами белка и его сигнатурой в терагерцевом диапазоне.

Исследования финансировались Фондом Фольксвагена (Volkswagen Foundation).

——

www.sсiеnсеdаily.соm/rеlеаsеs/2010/08/100825103832.htm