Защо рибата не замръзва в Северния ледовит океан Химиците разкриват тайните на естествения антифриз

Учени от германския град Бохум откриха как естественият антифриз спасява рибите от измръзване в студените води на Северния ледовит океан. Те изследвали ефекта на специфичен протеин в кръвта на рибите върху водните молекули. Не позволява на водата да замръзне, като поддържа всичко в течно състояние. Освен това няма химическа връзка между вода и протеин - самото присъствие е достатъчно.

Заедно с партньори от САЩ, екип от изследователи от екипа на проф. д-р Мартина Хавенит (Физическа химия, Рурски университет Бохум) публикуваха откритието си в списанието на Американското химическо общество (ACS). По-добър от домакинския антифриз

Температура от -1,8°C е достатъчна, за да замръзне всяка риба, тъй като точката на замръзване на кръвта им е приблизително -0,9°C. Учените отдавна са измъчвани от въпроса как рибите запазват способността си да се движат при такива температури в студените води на Антарктида. Преди около 50 години отговорът беше открит: в кръвта на рибата беше открит специален протеин, който предпазва от замръзване. Този така наречен антифриз протеин изпълнява задълженията си по-добре от всеки домакински антифриз. Но все още не е ясно как точно работи.

Изследователите от Бохум са използвали специална технология, терагерцова спектроскопия, за да проучат как работи протеинът. С помощта на терагерцово излъчване е възможно да се регистрира съвместното движение на вода и протеинови молекули. Така работната група вече беше готова да демонстрира, че водните молекули, които непрекъснато „танцуват“ в течност, постоянно образувайки нови химични връзки, започват да „танцуват“ по по-подреден начин в присъствието на протеини. „Диско танцът се превръща в менует“, каза професор Хавенит.

Сувенир от антарктическата експедиция

Предмет на това изследване бяха антифризните гликопротеини на антарктическата зъбна риба (Dissostichus mawsoni), която един от американските партньори, Артър Л. Деврис, лично улови по време на антарктическата експедиция.

„Този ефект на ледена кристализация е още по-изразен при ниски температури, отколкото при стайна температура“, добави професор Хавенит.

Въпреки това, за замръзване на водата са необходими същите по-ниски температури. Комплексообразуването на протеин с борат (сол на борна киселина) значително влошава свойствата му като антифриз. Освен това в този случай учените не са открили промени в терахерцовия „танц“. Резултатите от изследването предоставят нов модел за това как гликопротеините на антифриза предотвратяват замръзването на водата: ефектът на антифриза не се постига чрез директна връзка между протеинови и водни молекули - вместо това протеините причиняват смущения на водния разтвор на големи разстояния. Това изследване демонстрира за първи път пряка връзка между свойствата на протеина и неговия подпис в терахерцовия диапазон.

Изследването е финансирано от фондация Volkswagen.