¿Cómo sobreviven los insectos a los duros inviernos del norte? A diferencia de los mamíferos, no tienen gruesos abrigos de piel para mantenerse calientes. Pero sí tienen anticongelante. Las proteínas anticongelantes AFP evitan que se forme hielo y se propague dentro de sus cuerpos.
La existencia de estas AFP se conoce desde hace décadas, pero los mecanismos que rigen esta técnica de supervivencia única han resultado difíciles de determinar. Un nuevo estudio publicado en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias por investigadores de la Universidad de Utah y la Universidad de California, San Diego muestra cómo funcionan las AFP y al mismo tiempo proporciona una dirección para futuras investigaciones.
Reconociendo hielo antes de que sea hielo
Las AFP evitan que el agua se congele al rodearse y unirse rápidamente a pequeños cristales de hielo, donde el agua ya se las arregló para convertirse en una red de hielo. Sin atención, estos cristales actuarían como semillas y continuarían extendiendo su orden a las moléculas de agua vecinasLa hipótesis predominante de cómo las AFP detienen este mecanismo ha sido la reserva de una capa de agua similar al hielo cerca del sitio de la proteína que se une a la superficie del hielo. Sin embargo, debido principalmente a la dificultad de aislar esta pequeña región en experimentos deel hielo y el agua circundantes, esto aún no se ha probado, dice la profesora de química de la U. Valeria Molinero.
Centrándose en la AFP del escarabajo del gusano de la harina Tenebrio molitor Tm AFP, el estudio tuvo como objetivo probar esta hipótesis a través de métodos teóricos en diferentes resoluciones de espacio y tiempo.Molinero se especializa en simular hielo a escalas más grandes y aplicó esta experiencia a un sistema con Tm AFP en el agua acercándose a una superficie de hielo. Con esta configuración, ella y su estudiante de doctorado Arpa Hudait observaron la proteína cayendo lentamente por encima de la superficie del hielo. Descubrieron que al agarrarse al hielo, todo Tm AFP requiere que sea paralelo a la superficie.
Sin embargo, lo importante es que este anclaje no requirió ningún orden previo del agua en una estructura similar al hielo ". El lento movimiento de la proteína para ser paralelo a la superficie del hielo es seguido inmediatamente por una rápida reorientación del agua cercana aune la proteína al hielo ", dice Hudait. En insectos como el escarabajo del gusano de la harina, esta unión de muchas AFP a los cristales de hielo en desarrollo impide una mayor cristalización del hielo en sus cuerpos.
Cómo ver cómo sucede
Pero los métodos de Molinero carecían de la precisión necesaria para crear predicciones espectroscópicas de cómo se vería el evento vinculante para instrumentos espectroscópicos. Con su modelo de agua altamente preciso, Francesco Paesani de UCSD, y su investigador postdoctoral, Daniel Moberg, colaboraron con Molinero y ellaequipo para calcular los espectros infrarrojo y Raman con una precisión sin precedentes. "Las simulaciones tienen la ventaja de poder aislar cualquier región deseada, aunque esto solo es útil si la teoría subyacente es lo suficientemente precisa", explica Paesani.
Este fue el primer estudio que determinó la señal solo de las estructuras que anclan la proteína a la superficie del hielo, llamadas clatratos. "Nuestros resultados muestran que es poco probable que la espectroscopía infrarroja proporcione mucha información sobre la estructura del clatrato anclado", dice Moberg."La espectroscopía Raman, sin embargo, debería mostrar diferencias si los experimentadores pueden aislar la señal del sitio de unión o del clatrato anclado".
Los hallazgos pueden dar una idea de los estudios de proteínas nucleantes de hielo en la atmósfera, que realizan la tarea opuesta y desempeñan un papel en la formación de cristales de hielo en las nubes ". Predecimos que la preorden podría surgir en las grandes superficies de proteínas agregadas de nucleación de hielo, donde puede cumplir la función opuesta de ayudar con la nucleación de hielo en las nubes ", dice Molinero.
Agrega un interés generalizado por aprender a imitar el mecanismo anticongelante de las AFP, agrega, con aplicaciones desde la preservación de órganos hasta la descongelación de aviones. "Hay un gran mercado potencial para anticongelante basado en el mismo mecanismo, pero si no lo haceentender el mecanismo, es difícil definir y optimizar las moléculas "
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Materiales proporcionados por Universidad de Utah . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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