Новости химической науки > Первый небелковый антифриз биологического происхождения

Исследователи из США открыли новый класс биологических антифризов, представители которого впервые не содержат полипептидного фрагмента.

Новый биологический антифриз, выделен из организма жука U. ceramboides (арктический жук), способного переносить температуры до –60°C. Вещество представляет собой гетерополисахарид, состоящий из маннопиранозных и ксилопиранозных звеньев, связанных с липидным фрагментом через ксиломаннановый остаток.

Строение структурного звена гетерополисахарида-антифриза, выделенного из организма жука U. Ceramboides. (Рисунок из Proc. Natl. Acad. Sci., 2009, DOI: 10.1073/pnas.0909872106)

Высокомолекулярные соединения, способные вызывать тепловой гистерезис (различие температур плавления и замерзания раствора), обнаружены во многих организмах, способных выживать при исключительно низких температурах от бактерий до рыб. Все описанные до настоящего времени биологические макромолекулы, вызывающие тепловой гистерезис, известные как белки-антифризы [antifreeze proteins (AFP)], представлены сложными белками-гликопротеидами.

В рамках выполнения диссертационной работы Кент Уолтерс (Kent Walters) из Университета Нотр Дам (Индиана) пытался выделить и очистить белок AFP, выделенный из холодоустойчивого арктического ночного жука Upis ceramboidesas. По словам его научного руководителя Джека Думана (Jack Duman), Уолтерс безуспешно пытался выделить гликопротеид в течение двух лет – образец антифриза, выделяемый им, вызывал тепловой гистерезис, но не содержал полипептидной цепочки.

Работая в сотрудничестве с коллегами из Института Арктической Биологии и Университета Аляски в Фэрбенксе, Уолтерс и Думан определили, что новый фактор теплового гистерезиса [thermal hysteresis factor (THF)] представляет собой гликолипид, терминальный ксиломаннановый фрагмент которого связан с жирной кислотой, входящей в состав клеточных мембран.

Думан полагает, что выделенный ими антифриз способствует проявлению теплового гистерезиса в соответствии с механизмом, характерном для белков – антифриз связывается водородными связями с кристалликами льда и мешает их росту. Однако исследователи не знают, каким образом антифриз действует в организме Upis ceramboidesas. Исследователи отмечают, что морозоустойчивые организмы устойчивы только к воздействию внеклеточного льда, внутриклеточное (цитоплазмическое) замерзание обычно приводит к смерти организма. Думан предполагает, что связывание ксиломаннанового антифриза с мембраной клетки и, возможно локализация нового антифриза около мембраны клетки препятствует контакту цитоплазмы клетки с внеклеточным льдом.

Джеффри Бэйл (Jeffrey Bale), специалист по насекомым, выживающим при низких температурах, из Университета Бирмингема отмечает, что результаты, полученные в работе Уолтерса и Думана, выводят представление о биологических антифризах на новый уровень – исследователи из Индианы идентифицировали принципиально новый класс непептидных соединений, способных к проявлению такого же эффекта теплового гистерезиса, какой проявляют белки-антифризы.

Бейл советует своим американским коллегам более подробно изучить сосуществование и возможное взаимодействие белков-антифризов и ксиломаннанподобных соединений в организме насекомых, а также попытаться использовать свойства факторов теплового гистерезиса, изменяя организмы с помощью генной инженерии.

Источник: Proc. Natl. Acad. Sci., 2009, DOI: 10.1073/pnas.0909872106

метки статьи: #аналитическая химия, #биохимия, #молекулярная биология, #химия полимеров