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閱讀:286發(fā)布時(shí)間:2013-10-14
如果你認(rèn)為抗凍只是讓你的汽車在冬天里不會(huì)凍結(jié)所必需做的事情,那么就再想想.生活在寒冷氣候下的植物和動(dòng)物擁有天然的抗凍蛋白(antifreeze protein, AFP)來阻止冰晶(ice crystal)生長和有機(jī)流體物質(zhì)結(jié)晶.沒有這種抗凍蛋白,生命體會(huì)遭受凍害甚至死亡.
產(chǎn)生這些抗凍蛋白是包括魚、昆蟲、細(xì)菌、植物和真菌在內(nèi)的多種有機(jī)體采取的主要進(jìn)化手段之一.來自以色列、加拿大和美國的研究人員認(rèn)為,理解這種機(jī)制如何工作就其本身而言比較重要,而且也對改善世界食物和藥品生產(chǎn)帶來重要影響.
盡管已開展半個(gè)世界的研究,但是產(chǎn)生天然抗凍蛋白活性的機(jī)制仍然是個(gè)迷.學(xué)術(shù)界爭論的焦點(diǎn)之一就是關(guān)于抗凍蛋白與冰晶相互作用所涉及的化學(xué)和物理特征.特別的是,關(guān)于抗凍蛋白結(jié)合到冰晶上是否是可逆的和這些蛋白在溶液中持續(xù)存在是否是阻止冰晶生長所必需的爭論一直在進(jìn)行著.
解答這些問題的挑戰(zhàn)來源自與冰晶生長相關(guān)聯(lián)的多種技術(shù)問題以及在模擬自然界中抗凍蛋白周圍環(huán)境的條件下對微小冰晶的追蹤.
在這項(xiàng)研究中,研究人員通過生物化學(xué)手段構(gòu)建出攜帶熒光標(biāo)記的這種抗凍蛋白版本,從而允許在顯微鏡下直接觀察.他們將這種蛋白注射到專門設(shè)計(jì)的含有極小直徑通道的微流體設(shè)備中.
這些微流體設(shè)備被放置于經(jīng)設(shè)計(jì)在千分之幾攝氏度水平上進(jìn)行溫度控制的冷卻裝置中,這樣20到50微米的冰晶就能夠進(jìn)行可控制地生長和融化,而且所有這些都可在顯微鏡下進(jìn)行觀察.
利用這種專門設(shè)計(jì)的系統(tǒng),研究人員能夠證實(shí)在抗凍溶液中生長和孵育的冰晶一直被抗凍蛋白包被著,因而也就一直被保護(hù)著.他們進(jìn)一步證實(shí)抗凍蛋白直接和足夠強(qiáng)地結(jié)合到冰晶上從而阻止冰晶生長,甚至在溶液中這種蛋白不再有任何進(jìn)一步的存在時(shí),也是如此.
這些研究發(fā)現(xiàn)不僅具有科學(xué)上的意義,而且也具有實(shí)際價(jià)值.比如,魚抗凍蛋白已被用于低脂肪冰淇淋中來阻止冰晶再結(jié)晶(ice recrystallization),因而能夠保持一個(gè)柔軟的奶油般滑的質(zhì)地.研究人員說,這些蛋白也能夠用于其他的冰凍食品中以便保持所需的質(zhì)地同時(shí)不需添加更多的脂肪.
在醫(yī)學(xué)上,抗凍蛋白能夠被用來改善在冰凍狀態(tài)下儲(chǔ)存的精子、卵子和胚胎的質(zhì)量,以及用于低溫儲(chǔ)存用于移植的器官.它們也能夠用于冷凍外科和農(nóng)業(yè)上.
其他的抗凍蛋白研究著重關(guān)注在寒冷和脫水條件下制備存活率得到改善的重組植物和魚.這些重組作物可能有助改善*的食品分布。
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