“表面互补”模型——抗冻蛋白通用的分子机理

《“表面互补”模型——抗冻蛋白通用的分子机理》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、维普资讯http://www.cqvip.com第43卷第6期中山大学学报(自然科学版)VoI．43NO．62004年11月ACTASCIENTIARUMNATURALIUMUNIVERS1TAT1SSUNYATSENINOV．20o4“表面互补"模型——抗冻蛋白通用的分子机理王金发，张党权(中山大学生命科学学院∥教育部基因工程重点实验室，广东广州510275)捅要：抗冻蛋白(antifreezeprotein，AFPs)是一类能控制冰晶生长和抑制冰晶之问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．

2、．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。关键词：抗冻蛋白；表面互补；热滞；重结晶抑制；冰晶结合位点中图分类号：Q575文献标识码：A文章编号：0529—6579(2004)06—0017—06抗冻蛋白(antifreezeprotei

3、n，AFP)从20世纪长，进而非依数性地降低溶液冰点，但不影响溶液60年代末期被发现以来，引起了许多实验室的研的熔点，导致熔点与冰点之间出现差值，这一现象究兴趣，研究对象先后从极地鱼类扩展到昆虫，最称为AFP的热滞(thermalhysteresis，TH)活性。因后又扩展到植物甚至微生物。至目前为止，已分别此，AFP又被称为热滞蛋白(thermalhysteresis从鱼类、昆虫和植物中分离出数十种抗冻蛋白。依protein，1r}口)。正是由于AFP的这一特殊的TH活据来源的不同，可将抗冻蛋白分为鱼类抗冻蛋白、性，才赋予了各种耐寒生物体的抗冻性能。AFP除昆虫抗冻蛋白、植

4、物抗冻蛋白和微生物抗冻蛋白四了拥有TH活性以外，还拥有另一重要特性，即重大类。鱼类抗冻蛋白又分为5大类：抗冻糖蛋白结晶抑制(mcrystallizationinhibition)活性⋯。所谓(antifreezeglycoprotein，AFGP)和工一Ⅳ型抗冻蛋白重结晶是指在已经形成的冰晶体颗粒大小的重新分(AFP工、AFP11、AFPm、AFPIV)。昆虫抗冻蛋布，即一些冰晶增大，而另一些减小，并且大的冰白主要包括黄粉虫TenebriomolitorAFP(TmAFP)、晶愈长愈大，小的越来越小，直至消失。在耐冻植云杉卷夜蛾ChoristoneurammranaAFP(C

5、fAFP)物内和耐冰昆虫(仅限于细胞外结冰)体内，重结和甲虫DendroidescanadensisAFP(DAFP)。植物抗晶抑制作用可能比热滞效应更为重要。在植物体内冻蛋白被研究的材料虽然最为广泛，但研究得比较AFPs的热滞值通常为0．1～0．6cc，对降低冰点和深入的主要为胡萝卜Daucuscarota抗冻蛋白避免结晶的作用是很小的。植物AFPs主要通过重(DcAFP)和黑麦草Loliumperenne抗冻蛋白结晶抑制作用来避免冰晶体对细胞组织的伤害，因(LpAFP)。对微生物抗冻蛋白的研究则还处于起步为重结晶的抑制作用比冰晶生长的抑制作用更容易阶段。虽然对AFP进行了

6、大量深入的研究，但至达到和控制，只需少量的AFPs就能产生较高的重今还没有得到一个统一的通用的分子机理。本文在结晶抑制活性。分析了大量的文献的基础上，剔除了部分矛盾性的通过对那些研究得比较深入的抗冻蛋白的特性结论，结合我们的研究结果，全面阐述了一个AFP进行汇总l3j，发现它们在相对分子质量、TH活通用的分子机理——“表面互补”模型。性、氨基酸序列特征和高级结构等方面都有很大的差异(表1)。1抗冻蛋白的特性AFP通过特异地吸附于冰晶表面，阻止冰晶生收稿日期：2004—08—26基金项目：国家自然科学金植物转基因重大专项资助项目(J00一A一009)；广东省自然科学基金资助项目

7、(990258)作者简介：王金发(1947年生)，男，教授，博十牛导师；E-mail：Is19@z．su．edu．cn维普资讯http://www.cqvip.coml8中山大学学报(自然科学版)第43卷2抗冻蛋白对冰晶形态的修饰效果AFPs对冰晶形态具有明显的修饰效果。当AFPS与冰晶结合之后，水分子将被限制进入结合有AFPs的冰晶表面，导致冰晶的平直表面发生弯曲，从而引起冰晶的总表面积增大(图1A中插入的放大图)。这种总表面积增大通过一种开尔文效AB直抑制了水分子与冰晶的平直表面结合的趋势，最终导致