科學網—科學家揭示抗凍蛋白對冰晶成核的分子機制

2020-12-05 科學網

 

本報北京12月28日訊（記者甘曉 通訊員李丹）記者今天從中科院化學所獲悉，該所綠色印刷院重點實驗室研究員王健君與中科院上海應物所副研究員王春雷、研究員方海平和新疆大學教授馬紀合作，揭示了抗凍蛋白的不同面對冰核形成分子層面的機制。這一結果近日發表在美國《國家科學院院刊》。

抗凍蛋白是生活在寒冷區域的生物經過長期自然選擇進化產生的一類用於防止生物體內結冰而導致生物體死亡的功能性蛋白質，具有「冰結合面」和「非冰結合面」兩種不同面。自上世紀60年代發現抗凍蛋白以來，科學家對其調控冰晶成核的確切作用和機制一直存在爭議，「抗凍蛋白能促進冰核形成」及「可以抑制冰核生成」兩種相反的觀點同時存在。

合作團隊選擇性地研究了抗凍蛋白冰結合面與非冰結合面對冰核形成的影響。研究表明，抗凍蛋白的不同面對冰核的形成表現出完全相反的效應：冰結合面促進冰晶成核，而非冰結合面抑制冰晶成核。

他們進一步通過分子動力學模擬研究了抗凍蛋白的「冰結合面」和「非冰結合面」界面水的結構，發現了「冰結合面」上羥基和甲基有序間隔排列使得冰結合面上形成類冰水合層，促進冰核生成；而「非冰結合面」上存在的帶電荷側鏈及疏水性側鏈，使得非冰結合面上的界面水無序，抑制冰核形成。

專家指出，該研究加深了人們對抗凍蛋白分子層面抗凍機制的理解，對仿生合成防覆冰材料和低溫器官保存材料具有指導意義。

《中國科學報》 (2016-12-29 第1版 要聞)

相關焦點

  • 中國科學家揭示抗凍蛋白對冰晶成核的分子機制—新聞—科學網
    12月28日，記者從中科院化學所獲悉，該所綠色印刷院重點實驗室研究員王健君與中科院上海應物所副研究員王春雷、研究員方海平和新疆大學教授馬紀合作，揭示了抗凍蛋白的不同面對冰核形成分子層面的機制
  • 中國科學家揭示抗凍蛋白對冰晶成核的分子機制
    中科院化學所綠色印刷院重點實驗室研究員王健君與中科院上海應物所副研究員王春雷、研究員方海平和新疆大學教授馬紀合作，揭示了抗凍蛋白的不同面對冰核形成分子層面的機制。這一結果發表在近日出版的《美國科學院院報》（PNAS）上。
  • 中科院化學所聯合上海應用物理研究所和新疆大學科研人員揭示抗凍蛋白對冰晶成核的Janus效應
    對於抗凍蛋白抗凍機制的研究有助於揭開冰晶成核、生長和冰晶形貌調控的分子層面的機理。因而，自上世紀60年代首次發現抗凍蛋白以來，科研人員對這類蛋白的抗凍機制進行了近半個世紀的研究。但是，科研人員對抗凍蛋白調控冰晶成核的確切作用和機制一直有爭議，即有些科研人員認為抗凍蛋白能促進冰核的形成，而另一些科研人員則認為抗凍蛋白可以抑制冰核的生成。
  • 最新資訊:抗凍蛋白分子不僅能抑制冰的生長,還能激發冰的生長
    「正常情況下，這些蛋白質確保晶胚被中和，不會長成大冰晶。例如，這對粉蝨蟲幼蟲的生存至關重要。它們用一種蛋白質來保護皮膚和體液不受冰晶的傷害。當外界溫度下降時，幼蟲會分泌一種抗凍蛋白到體液中。蛋白質分子覆蓋在晶胚的表面，從而防止它們生長到足以破壞細胞的程度。 Koop說:「相比之下，還有許多其他的生物可以從把水變成冰的過程中受益。」例如，細菌觸發了冰的形成。
  • 【科技前沿】中國科學家在仿生抗凍蛋白領域取得新進展
    最近，中國科學院化學研究所王健君研究員課題組和中國科學院應用物理研究所的方海平研究員課題組合作，基於抗凍蛋白能使生活於寒冷地區的生物體避免冰凍造成危害的特性；深入研究了抗凍蛋白能夠有效地降低結冰溫度、抑制冰晶生長和重結晶的作用機制。
  • 我國科學家揭示鋅指抗病毒蛋白ZAP識別RNA的分子機制
    鋅指抗病毒蛋白（Zinc-finger Antiviral protein，ZAP）是一種由宿主編碼的重要抗病毒因子，ZAP特異能夠抑制包括小鼠白血病病毒而ZAP識別RNA的序列特徵和作用分子機制一直是亟待解決的科學問題。我國科學家對不同ZAP蛋白的截短體和不同序列、不同長度的富含胞嘧啶和鳥嘌呤（CG）二核苷酸的單鏈RNA複合物進行晶體篩選，最終得到了解析度為2.19？的ZAP蛋白N端結構域（NZAP）與6-nt（CGUCGU）單鏈RNA複合物的晶體結構。基於該結構，研究人員確證了ZAP特定位點對RNA結合和抗病毒功能的重要性。
  • 科學家揭示昆蟲變態發育潛在分子機制—新聞—科學網
    華南師範大學生命科學學院、昆蟲科學與技術研究所教授李勝團隊揭示昆蟲變態發育潛在分子機制，相關研究4月11日在線發表於美國《國家科學院院刊》。
  • 科學家揭示相關組蛋白甲基化活性的串擾調控機制—新聞—科學網
    上海交通大學醫學院附屬第九人民醫院上海精準醫學研究院黃晶課題組首次揭示了染色質的核小體結構對組蛋白修飾酶MLL（Mixed Lineage Leukemia
  • 科學家揭示G蛋白選擇調控機制—新聞—科學網
    這是首次測定一種GPCR與不同類型G蛋白結合的複合物結構，闡明了受體與不同G蛋白的精細結合模式，並揭示了GPCR對G蛋白的選擇性機制，為深入認識GPCR的細胞信號轉導機理提供了重要的依據。相關研究成果於北京時間3月20日發表於《科學》。
  • 《自然》:美揭示神經元轉運蛋白分子運動機制
    《自然》：美揭示神經元轉運蛋白分子運動機制據美國物理學家組織網4月24日報導，美國科學家最近終於弄清楚了轉運蛋白分子的工作機制，研究發表在24日出版的《自然》雜誌上。科學家表示，新研究有望改進對精神疾病治療的效果，加深理解古柯鹼等神經藥物的作用原理。 轉運蛋白是內嵌於神經元細胞膜內的分子機器，其作用是調節神經細胞之間的信號傳導並循環利用神經遞質。
  • 上海科技大學揭示G蛋白偶聯受體多重藥理學分子機制—新聞—科學網
    科學網2月3日上海訊（記者 黃辛）上海科技大學iHuman研究所在人體細胞信號轉導研究領域又獲重大突破。
  • 揭示細胞表觀信息穩定遺傳的相關分子機制—新聞—科學網
    中科院生物物理所：
  • 南極嗜冷綠藻基因組水平適應極端環境的分子機制被揭示
    Current Biology | 南京師範大學鍾伯堅研究組揭示南極嗜冷綠藻基因組水平適應極端環境的分子機制來源：CB BioArt植物製版：光明2020年7月2日，南京師範大學生命科學學院鍾伯堅教授研究組聯合自然資源部第一海洋研究所繆錦來
  • 中國學者證實「臨界冰核」真實存在
    例如，低溫下的水會結成冰，這被科學家們稱為「相變」。吉布斯等人提出相變的「經典成核理論」，預言相變需要經過「成核」過程。近年來，這一經典理論受到新實驗證據的質疑。　　「比如，過冷水中可以偶然形成不同大小的冰核，當形成的核超過一個臨界尺寸時，臨界核形成，相變才開始自發發生。」該論文通訊作者、中科院化學研究所研究員王健君解釋。要證明吉布斯的預言，則必須找到「臨界冰核」。
  • 抗凍蛋白在配子和胚胎冷凍保存中的應用
    抗凍蛋白在配子和胚胎冷凍保存中的應用The Use of Antifreeze Proteins in the Cryopreservation of Gametes and EmbryosRobles V, Valcarce DG, Riesco MF.
  • 鹽脅迫抑制豆科植物根瘤菌共生分子機制獲揭示—新聞—科學網
    然而，其中的遺傳和分子機制仍知之甚少。 12月21日，河南大學作物逆境適應與改良國家重點實驗室王學路教授團隊在《分子植物》上發表了研究論文，揭示了大豆中GSK3蛋白激酶磷酸化共生關鍵轉錄因子NSP1，從而介導鹽脅迫抑制豆科植物-根瘤菌共生的分子機制。
  • 科學家發現核內肌動蛋白調控轉錄機制—新聞—科學網
    這個機理可能是基因調控快速響應環境刺激的分子基礎。 應激性是生命的基本特徵，響應外界刺激的基因表達調控在細胞水平決定了細胞增殖、分化、遷移和死亡，在器官和生物體水平決定了發育、免疫應答和神經可塑性，其調控異常可能會導致腫瘤。細胞及時響應外界刺激的一個策略是形成轉錄工廠，即將應答刺激的多個基因和多個RNA聚合酶拉到一起進行高效、協同的轉錄表達，但是這一過程如何發生和調控尚不清楚。
  • 我國研究人員證實了水結冰過程中臨界冰核的存在
    例如，低溫下的水會結成冰，這被科學家們稱為「相變」。吉布斯等人提出相變的「經典成核理論」，預言相變需要經過「成核」過程。近年來，這一經典理論受到新實驗證據的質疑。「比如，過冷水中可以偶然形成不同大小的冰核，當形成的核超過一個臨界尺寸時，臨界核形成，相變才開始自發發生。」該論文通訊作者、中科院化學研究所研究員王健君解釋。要證明吉布斯的預言，則必須找到「臨界冰核」。
  • 科學網—我科學家解析組蛋白氨基末端甲基化分子機制
    清華大學醫學院李海濤研究組在《基因與發育》雜誌發表了題為《NRMT1催化組蛋白氨基末端甲基化的分子機制》的論文，首次報導了人源氨基末端甲基轉移酶NRMT1與人著絲粒組蛋白CENP-A的複合物晶體結構，並通過一系列生化實驗，闡明了NRMT1識別組蛋白底物並進行氨基末端甲基化的分子機制。