p Como os insetos sobrevivem aos invernos rigorosos do norte? Ao contrário dos mamíferos, eles não têm casacos grossos de pele para se aquecer. Mas eles têm anticongelante. Proteínas anticongelantes (AFPs) evitam que o gelo se forme e se espalhe dentro de seus corpos. p A existência desses AFPs é conhecida há décadas, mas os mecanismos que governam essa técnica de sobrevivência única têm se mostrado difíceis de determinar. Um novo estudo publicado no Anais da Academia Nacional de Ciências por pesquisadores da Universidade de Utah e da Universidade da Califórnia, San Diego mostra como funcionam os AFPs ao mesmo tempo que fornece uma orientação para pesquisas futuras.

p Reconhecendo o gelo antes que seja gelo

p AFPs evitam que a água congele ao redor e se ligue rapidamente a pequenos cristais de gelo, onde a água já conseguiu se ordenar em uma grade de gelo. Deixado sem vigilância, de outra forma, esses cristais agiriam como sementes e continuariam a espalhar sua ordem para as moléculas de água vizinhas. A hipótese prevalecente de como os AFPs interrompem esse mecanismo tem sido o pré-ordenamento de uma camada de água semelhante a gelo perto do local da proteína que se liga à superfície do gelo. Contudo, principalmente devido à dificuldade de isolar esta pequena região em experimentos do gelo e água circundantes, isso ainda não tinha sido provado, diz a professora de química da U. Valeria Molinero.

p Concentrando-se na AFP do besouro da larva da farinha, Tenebrio molitor ( Tm AFP), o estudo teve como objetivo testar essa hipótese por meio de métodos teóricos em diferentes resoluções de espaço e tempo. Molinero se especializou em simular gelo em escalas maiores e aplicou essa experiência a um sistema com Tm AFP em água se aproximando de uma superfície de gelo. Com esta configuração, ela e seu aluno de doutorado Arpa Hudait observaram a proteína caindo lentamente sobre a superfície do gelo. Eles descobriram que para se agarrar ao gelo, tudo Tm AFP requer é estar paralelo à superfície.

p Mais importante, Contudo, esta ancoragem não exigia nenhum ordenamento prévio da água em uma estrutura semelhante a gelo. "O movimento lento da proteína para ficar paralelo à superfície do gelo é seguido imediatamente por uma rápida reorientação da água próxima para ligar a proteína ao gelo, "Diz Hudait. Em insetos como o besouro da larva da farinha, esta ligação de muitos AFPs para desenvolver cristais de gelo impede a cristalização adicional de gelo em seus corpos.

p Como assistir isso acontecendo

p Mas os métodos de Molinero careciam da precisão necessária para criar previsões espectroscópicas de como o evento de ligação seria para instrumentos espectroscópicos. Com seu modelo de água altamente preciso, Francesco Paesani da UCSD, e seu pesquisador de pós-doutorado, Daniel Moberg, colaborou com Molinero e sua equipe para calcular os espectros infravermelho e Raman com precisão sem precedentes. “As simulações têm a vantagem de poder isolar qualquer região desejada, embora isso só seja útil se a teoria subjacente for precisa o suficiente, "explica Paesani.

p Este foi o primeiro estudo a determinar o sinal apenas das estruturas que ancoram a proteína à superfície do gelo, chamados clatrates. "Nossos resultados mostram que é improvável que a espectroscopia infravermelha forneça muitas informações sobre a estrutura do clatrato ancorado, "diz Moberg." Espectroscopia Raman, Contudo, deve mostrar diferenças se experimentalistas podem isolar o sinal do local de ligação ou clatrato ancorado. "

p As descobertas podem fornecer informações para estudos de proteínas de nucleação de gelo na atmosfera, que desempenham a tarefa oposta e desempenham um papel na formação de cristais de gelo nas nuvens. "Prevemos que o pré-pedido pode surgir nas grandes superfícies de proteínas de nucleação de gelo agregadas, onde pode servir ao papel oposto de auxiliar na nucleação do gelo nas nuvens, "Molinero diz.

p Há um interesse generalizado em aprender a imitar o mecanismo anticongelante dos AFPs, Ela adiciona, com aplicações desde preservação de órgãos até degelo plano. "Há um grande mercado potencial para anticongelantes com base no mesmo mecanismo - mas se você não entende o mecanismo, é difícil definir e otimizar as moléculas."