抗凍蛋白
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antifreeze proteins；AFP；antifreeze peptide
一類具有提高生物抗凍能力的蛋白質(zhì)類化合物的總稱。最初是從南極與北極地區(qū)的海洋魚類血清中發(fā)現(xiàn)一種能與冰晶相結(jié)合的特異性蛋白質(zhì)，它能阻止體液內(nèi)冰核的形成與生長(zhǎng)，維持體液的非冰凍狀態(tài)。在這些地區(qū)生活的魚類全都具有合成這類蛋白的能力，以適應(yīng)低溫的生活條件。研究最多的可能是生活在南極洋面的Perchlike notothenioids的體內(nèi)抗凍蛋白，發(fā)現(xiàn)這一蛋白基因與魚的胰蛋白酶原基因中90％以上的核苷酸堿基序列相同或許說(shuō)明這兩者有相近的進(jìn)化關(guān)系。近年來(lái)相繼在昆蟲、植物(如冬黑麥、沙冬青、唐古特紅景天葉等)體內(nèi)也發(fā)現(xiàn)有類似功能的抗凍蛋白。至今魚類的AFP基因的轉(zhuǎn)化植物已獲成功；與植物中類似AFP基因在微生物體內(nèi)克隆也獲得成功。推測(cè)植物抗凍分子生物學(xué)和培植農(nóng)業(yè)上抗凍新品種的前景必定是光明的?！ ?/p>
功能
抗凍蛋白是一種能抑制冰晶生長(zhǎng)的蛋白質(zhì)或糖蛋白質(zhì).自二十世紀(jì)發(fā)現(xiàn)以來(lái),研究對(duì)象先后從極區(qū)魚類,昆蟲,轉(zhuǎn)移到植物材料上.
以生長(zhǎng)在天山海拔3 450 m處的珠芽蓼(Polygonum viviparum)為實(shí)驗(yàn)材料,從葉片中提取質(zhì)外體蛋白.經(jīng)SDS-PAGE分析,發(fā)現(xiàn)在分子量為15.2～72.3 kD范圍內(nèi)出現(xiàn)七條多肽,PAS染色顯示這些多肽中均含有糖基.通過(guò)光鏡組織切片顯示,在珠芽蓼葉片細(xì)胞的質(zhì)外體中存在豐富的蛋白質(zhì),PAS染色確定其含有糖蛋白.通過(guò)測(cè)定其熱滯值,進(jìn)一步確定質(zhì)外體蛋白是具有抗凍活性的糖蛋白,說(shuō)明抗凍蛋白是維持珠芽蓼抗凍性的重要物質(zhì)基礎(chǔ).
用冰吸附純化(ice affinity purification)方法，找到抗凍蛋白AFP，研究人員發(fā)現(xiàn)低溫導(dǎo)致結(jié)晶生成時(shí)，該蛋白便會(huì)活化，參入阻止晶格的形成，而一旦溫度回升，或是酸堿度降低時(shí)，抗凍蛋白又會(huì)完全失去活性。
生長(zhǎng)機(jī)制的模型
抗凍蛋白吸附在冰晶表面,通過(guò)EAFC3效應(yīng)抑制其生長(zhǎng).機(jī)制的模型為:一般晶體的生長(zhǎng)垂直于晶體的表面,假如雜質(zhì)分子吸附于冰生長(zhǎng)通途的表面,那么需要在外加一推動(dòng)力(冰點(diǎn)下降),促使冰在雜質(zhì)間生長(zhǎng).由于曲率增大,使邊緣的表面積也增加.因表面張力的影響,增加表面積將使體系的平衡狀態(tài)發(fā)生改變,從而冰點(diǎn)降低。通過(guò)對(duì)抗凍植物抗凍活性的研究,認(rèn)為抗凍植物形成了一種特殊的控制胞外冰晶形成的機(jī)制,即抗凍蛋白和冰核聚物質(zhì)的協(xié)同作用.在植物體內(nèi),熱滯效應(yīng)并不明顯,而冰重結(jié)晶抑制效應(yīng)顯著.吸附抑制學(xué)說(shuō)是否適應(yīng)于植物有待于進(jìn)一步的證實(shí).
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