Ο χορός των μορίων νερού και οι αντιψυκτικοί παρτενέρ…

Πηγή: Stephen Cresswell, Buckhannon, West Virginia, http://www.americaninsects.net

H προνύμφη του σκαθαριού Dendroides canadensis έχει την εκπληκτική ικανότητα να διατηρείται ζωντανή σε θερμοκρασίες έως και -30 βαθμούς κελσίου. Οι μέχρι πρότινος εξηγήσεις θεωρούσαν πως μόνο η άμεση επαφή αντιψυκτικών πρωτεϊνών με τους κρυστάλλους του πάγου συνέβαλλαν στην προστασία από το κρύο, ενώ τα νέα δεδομένα της έρευνας εμπλέκουν στην προστατευτική λειτουργία και τις αλληλεπιδράσεις των αντιψυκτικών πρωτεϊνών με τα μόρια του νερού.

Η δομή των αντιψυκτικών πρωτεϊνών προσομοιάζει με ένα τριγωνικό πρίσμα. Η επιφάνεια του πρίσματος, στην οποία συνδέεται ο πάγος, περιέχει πολλές εκτεθειμένες πλευρικές αλυσίδες, όπως θραύσματα του αμινοξέος θρεονίνη, που προεξέχουν από την επιφάνεια δεσμεύοντας κρυστάλλους πάγου. Η μέχρι τώρα έρευνα θεωρούσε πως αυτή η άμεση σύνδεση μεταξύ των νανο-κρυστάλλων και των τμημάτων της πρωτεΐνης εμπόδιζε τον περαιτέρω σχηματισμό μεγαλύτερων κρυστάλλων πάγου. Τα νέα δεδομένα αποδεικνύουν πως αυτή η αλληλεπίδραση λαμβάνει χώρα επίσης μεταξύ απομακρυσμένων πρωτεϊνών – κρυστάλλων πάγου, με τη μεσολάβηση των μορίων του νερού.

Αυτό που παρατηρήθηκε ήταν πως κοντά στην επιφάνεια συνδέσεως με τον πάγο, η κίνηση των μορίων του νερού ήταν βραδύτερη συγκρινόμενη με την κίνηση των μορίων του νερού σε εκείνες τις περιοχές όπου δεν υπήρχε σύνδεση πρωτεϊνών – πάγου. Όσο χαμηλότερη ήταν η θερμοκρασία, τόσο πιο αργή και η μετακίνηση του νερού. Η ερμηνεία που έδωσαν οι ερευνητές είναι πως η αργή κίνηση του νερού στην επιφάνεια δέσμευσης της πρωτεΐνης διευκολύνει τον ελλιμενισμό των νανο-κρυστάλλων πάγου.

Οι αντιψυκτικές πρωτεΐνες του σκαθαριού Dendroides canadensis είναι δέκα έως εκατό φορές πιο δραστικές από εκείνες των ψαριών της Αρκτικής και της Ανταρκτικής, που προστατεύονται σε θερμοκρασίες των -1,9 βαθμών Κελσίου. Ο ειδικός ρόλος του νερού στο φυσικό αντιψυκτικό είναι ένα εξαιρετικό παράδειγμα που αποδεικνύει πως όταν πρόκειται για τη λειτουργία ενός βιομορίου θα πρέπει να εξετάζεται όχι μόνο η τρισδιάστατη δομή αλλά και το περιβάλλον μέσω στο οποίο ενεργεί και εντάσσεται η χημεία του.

Η συγκεκριμένη έρευνα δημοσιεύθηκε στην επιστημονική επιθεώρηση Proceedings of the National Academy of Sciences U.S.A με τον τίτλο «Long-range protein-water dynamics in hyperactive insect antifreeze proteins». Μία περίληψή της μπορείτε να δείτε εδώ.

Διδακτική αξιοποίηση: αυτή η επιστημονική δημοσίευση με τις επιμέρους εξηγήσεις τις θα μπορούσε να χρησιμοιηθεί σε διαφορετικά θέματα του μαθήματός μας, όπως στο να παρουσιάσουμε κάποιο παράδειγμα που δείχνει πώς οι οργανισμοί με το πέρας της εξέλιξής τους απέκτησαν τη δυνατότητα να επιβιώνουν σε όλων των ειδών τα περιβάλλοντα, ή στο να εξηγήσουμε για ποιό λόγο έχει μεγάλη σημασία η τρισδιάστατη δομή ενός μορίου και πώς μπορεί αυτή να συσχετιστεί με τη λειτουργία του, ή ακόμα για να εξηγήσουμε πως οι αλληλεπιδράσεις των μορίων δεν είναι μία απλά ξενάγηση στους διαμοριακούς ή άλλους τύπους δεσμών αλλά μία πολύ καλή ερμηνεία των πιο εντυπωσιακών και θαυμαστών χαρακτηριστικών του πλανήτη μας.