抗冻蛋白诱导冰晶界面层融化的分子动力学模拟

在低温环境中生存的某些生物体内,有可以保护生物体避免冰冻带来伤害的特殊功能的蛋白质,这类蛋白质被称为抗冻蛋白.抗冻蛋白可以非依数性降低冰晶的生长点温度.利用分子动力学模拟的方法,通过计算体系总能量和氢键数目的变化,分析在冰水界面处吸附结合的黄粉虫抗冻蛋白(TmAFP)和鱼类的冬碟(wfAFP)抗冻蛋白对冰晶界面结构的影响.研究结果显示,在冰晶熔点与生长点的温度区间内,吸附到冰晶表面上的黄粉虫抗冻蛋白和冬碟抗冻蛋白,可以影响冰晶界面层的稳定性,使固相水分子向液相水分子转变,诱导冰晶的界面层融化.     

植物抗冻蛋白的生物化学研究进展

抗冻蛋白是一种能抑制冰晶生长的蛋白质或糖蛋白质．自二十世纪60年代发现以来，研究对象先后从极区鱼类、昆虫转移到植物材料上．抗冻蛋白包括抗冻糖蛋白、抗冻蛋白Ⅰ、抗冻蛋白Ⅱ、抗冻蛋白Ⅲ、抗冻蛋白Ⅳ．简要介绍了植物抗冻蛋白的生化特征、抗冻机制及其应用研究，并对抗冻蛋白的基因工程作了系统综述．     

第一类抗冻蛋白与冰晶相互作用能的简单计算

第一类抗冻蛋白分子上的苏氨酸或缬氨酸对其在冰晶表面的吸附起主要作用,在此观点的基础上,认为抗冻蛋白分子在冰晶表面的吸附依赖于这些氨基酸上的甲基与冰晶的van der Waals相互作用,从理论上计算了第一类抗冻蛋白分子与冰晶的相互作用能,给出了几种第一类抗冻蛋白分子与冰晶的相互作用能.计算结果与实验结果符合较好.     

"表面互补"模型--抗冻蛋白通用的分子机理

抗冻蛋白(antifreeze protein,AFPs)是一类能控制冰晶生长和抑制冰晶之间发生重结晶的蛋白质,能在结冰或亚结冰条件下保护生物体不受伤害.AFPs具有两种明显不同的活性--热滞活性和重结晶抑制活性.AFPs虽然在氨基酸序列、物种来源和高级结构等方面具有很大的差异,但都能通过吸附作用与特定的冰晶表面相结合,从而表现出相应的抗冻活性.AFPs与冰晶结合的分子机理主要有"氢键结合"模型和"表面互补"模型,而后者具有更强的优势,已逐渐发展成AFPs通用性的分子机理.目前已测定或建模了三维结构的AFPs都能与冰晶的特定表面形成表面互补,但形成这种表面互补的各种作用力还有待于进一步的研究.     

第一类鱼抗冻蛋白分子对冰晶表面平衡结构的影响

根据冰晶生长理论,在一定的生长驱动力作用下,冰晶界面生长机制和动力学规律决定于冰晶界面的微观结构.从大分子溶液热力学性质出发,得到了结合抗冻蛋白后冰晶表面微观平衡结构的变化,并讨论了这种变化对冰晶生长形态的影响.结果显示抗冻蛋白造成冰晶表面微观平衡结构改变,是抗冻蛋白溶液中冰晶生长的形态与纯水中冰晶生长的形态有显著区别的原因之一.     

抗冻蛋白活性的吸附动力学模型

根据抗冻蛋白溶液中抗冻蛋白分子与冰晶表面相耳作用特点，提出抗冻蛋白与冰晶表面相互作用模型。进而，利用饱和分数与抗冻活性之间的关系，给出抗冻活性与抗冻蛋白浓度的理论关系。根据此关系做出了与实验数据符合较好的抗冻活性与抗冻蛋白浓度关系的理论曲线。另外，对抗冻蛋白分子与冰晶表面相互作用的特点作了进一步的讨论．     

抗冻蛋白的作用机制及基因工程研究进展抗冻蛋白的作用机制及基因工程研究进展汪少芸

分析了抗冻蛋白的作用机制及基因工程的研究进展.抗冻蛋白是一类具有热滞效应、冰晶形态效应和重结晶抑制效应的蛋白质.近些年的工作主要集中在该类蛋白质抗冻机制及基因工程的研究上.抗冻蛋白具有广泛的应用前景,它不但可以应用于食物的冷鲜贮存及移植器官的低温保存,还可通过转基因提高经济作物的抗冻能力.     

抗冻蛋白溶液中界面吸附的元胞自动机模型

在分析抗冻蛋白溶液中冰晶生长的实验结果和抗冻蛋白分子结构的基础上,提出了一个抗冻蛋白溶液中界面吸附的元胞自动机模型,并用计算机对模型进行了数值模拟, 了冰晶界面层厚度增量和系统中水分子吸附量与抗冻蛋白浓度的关系,模型对于指导实验上定量测定冰晶界面层的吸附情况和解释实验结果的机理有一定意义。     

抗冻蛋白的研究进展及其在食品工业中的应用

抗冻蛋白是一类具有热滞效应、冰晶形态效应和重结晶抑制效应的蛋白质,因其特殊的结构和功能,抗冻蛋白引起了研究人员的极大兴趣.探讨了近年来抗冻蛋白的研究进展,介绍了目前已知的抗冻蛋白的来源、特性、测定方法、基因结构及在食品工业中的应用.抗冻蛋白对冷冻食品有显著的品质改良功能,是未来冷冻食品工业中极具潜力的抗冻添加剂.     

低过冷度下抗冻糖蛋白(AFGP8)溶液中冰晶生长速率的理论模型

抗冻糖蛋白是一种具有抗冻作用的特殊生物功能蛋白质分子，可以防止低温环境中生物细胞被冻伤。通过与冰晶的某些晶面相结合，抗冻糖蛋白分子能降低冰晶的生长点温度，而对冰晶的熔点温度无明显影响。冰晶在抗冻蛋白溶液中的生长行为与冰晶在纯水中生长有明显区别。根据晶体生长理论，分析了抗冻糖蛋白溶液中冰晶基面上水分子发生固-液相转变概率与纯水中冰晶棱面上水分子发生固-液相转变概率的差异。在此基础上，结合Jackson理论并将其推广应用于抗冻糖蛋白溶液中冰晶的生长，提出了在低过冷度下抗冻糖蛋白溶液中冰晶沿c轴生长速率的理论模型，应用该理论模型的计算结果与实验数据更加符合。