Las bacterias, las plantas, los insectos o incluso los peces usan proteínas anticongelantes para protegerse del frío. Las proteínas bloquean el crecimiento de los cristales de hielo. En un nuevo estudio, un equipo de investigación alemán-israelí ha confirmado que estas proteínas también poseen una proteína inusual.segunda propiedad: a bajas temperaturas, pueden promover en lugar de inhibir el crecimiento de cristales de hielo.
El estudio reunió a investigadores de la Universidad Bielefeld, la Universidad Hebrea de Jerusalén y el Instituto de Ciencia Weizmann en Rehovot Israel. Se publicará el 7 de marzo de 2019 en el Revista de cartas de química física .
"Estamos estudiando cómo las proteínas especiales y naturales influyen en los cristales de hielo más pequeños, los embriones de cristal", dice el profesor Dr. Thomas Koop. El químico dirige el grupo de investigación 'Química atmosférica y física' de la Universidad de Bielefeld ". Normalmente, tales proteínasasegúrese de que los embriones de cristal estén neutralizados y no se conviertan en grandes cristales de hielo ". Eso, por ejemplo, es esencial para la supervivencia de las larvas del escarabajo gusano de la harina. Usan una proteína para proteger su piel y los fluidos corporales del daño del hielo.cristales. Cuando baja la temperatura exterior, las larvas secretan una proteína anticongelante en sus fluidos corporales. Las moléculas de proteína cubren la superficie de los embriones de cristal, evitando así que crezcan lo suficiente como para dañar las células.
"Hay muchos otros organismos en contraste, que pueden beneficiarse al hacer que el agua se convierta en hielo", dice Koop. Este es el caso, por ejemplo, de bacterias que desencadenan la formación de hielo. Secretan proteínas en las que los embriones de cristal puedense forman, o se nuclean a partir del agua líquida fría, y luego se convierten en grandes cristales de hielo. Las bacterias pueden usar esto, por ejemplo, para abrir la piel de un tomate.
Hasta ahora, la ciencia ha visto las proteínas promotoras e inhibidoras de hielo como dos tipos diferentes de proteínas. Eso también se indica por sus diferentes tamaños: las proteínas inhibidoras de hielo están formadas por moléculas pequeñas; proteínas promotoras de hielo, de gran tamañomoléculas largas.
Sin embargo, los nuevos experimentos muestran que "una molécula anticongelante no solo puede inhibir el crecimiento del hielo, sino que también puede desencadenar su crecimiento", dice Koop.
Los científicos han probado dos proteínas anticongelantes de origen natural: la proteína de las larvas del escarabajo del gusano de la harina y la proteína de un pez articular, el puchero del océano. Observaron el efecto de las proteínas en chips microfluídicos delgados, desarrollado en el Instituto Weizmann, que están permeados con canales microscópicamente pequeños con trampas de gotas. Tomaron agua destilada pura y agregaron una concentración establecida de la proteína específica. Luego inyectaron esta solución de proteína en el chip. En el chip, se recogieron pequeñas gotas de agua en la gotaLuego colocaron los chips en una cámara de enfriamiento con temperatura controlada que los enfrió a menos 40 grados.
"Las gotas puras en nuestro chip deberían congelarse primero a menos 38.4 grados", dice Koop. Sin embargo, ocurrió lo contrario. "Cuando las gotas contenían las proteínas anticongelantes que inhiben el hielo, los embriones de cristales de hielo ya comenzaron a formarse ycrecen a temperaturas más cálidas ". Por lo tanto, en el caso de la proteína de las larvas del escarabajo del gusano de la harina, la mitad de todas las gotas ya comenzaron a congelarse a menos 33.9 grados". Esto nos permitió mostrar si las proteínas anticongelantes tienenLas propiedades inhibidoras o promotoras del hielo dependen de la temperatura. Se ha especulado sobre la ambivalencia de tales proteínas durante muchos años, pero somos los primeros en confirmar esto experimentalmente ", dice el profesor Dr. Ido Braslavsky de la Universidad Hebrea de Jerusalén.El profesor Dr. Yinon Rudich del Instituto Weizmann agrega: "Fue solo tener el chip lo que nos permitió estudiar experimentalmente la formación de hielo a través de proteínas anticongelantes".
Algunos de los experimentos para el estudio se llevaron a cabo en la Universidad de Bielefeld. Los experimentos de congelación complementaria y los chips utilizados para estudiar el agua, así como las soluciones de proteínas, vinieron del Instituto de Ciencia Weizmann en Rehovot. Las proteínas anticongelantes de las larvas deel escarabajo del gusano de la harina y el pez artic fueron producidos en la Universidad Hebrea de Jerusalén en el campus de Rehovot. También se demostró la inhibición del hielo de las mismas soluciones de proteínas.
Las proteínas que inhiben y promueven el hielo no solo son comunes en la naturaleza. Hoy en día, también se usan como ayudas técnicas. Por ejemplo, las proteínas anticongelantes en el barniz pueden ayudar a proteger las superficies barnizadas de las heladas. Las proteínas también se pueden agregar ahelado para ayudar a mantenerlo cremoso. Las proteínas formadoras de hielo se usan, por ejemplo, en estaciones de esquí para que la nieve artificial ya se pueda producir a una temperatura de menos 3 grados sin tener que esperar a que las temperaturas bajen más.
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Materiales proporcionado por Universidad de Bielefeld . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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