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鱼抗冷冻多肽的分子结构和抗冻机理

李前忠  
【摘要】:许多生物体能够在较冷的环境中生存,也就是说它们有抗冷冻能力。而不同的生物体其抗冻能力也不一样。在南北两极和亚极地带,冬季海水温度可低于-1.9℃,然而多数鱼类(包括海水鱼和淡水鱼)的血液在-0.6℃时便开始冻结,使鱼致死。因此,有些鱼类要进行季节性迁移,冬季迁至温水或深水区域,在那里避过寒冬。而有一些鱼能够在这种过冷状态下生存,它们具有特异的抗冻功能。实验发现这些鱼有特异的抗冻功能的原因是由于在这些鱼的血清中有一类抗冷冻多肽链,也称为冰晶生长抑制因子。这些冰晶生长抑制因子能够降低鱼的血清的冰点温度。经过许多实验研究,人们从不同的极区鱼类中分离提取出了这些抗冷冻大分子。这些抗冷冻大分子大致可分为四类:一类是抗冷冻糖蛋白(AFGP),它们是由重复的三肽链(Ala-Ala-Thr)组成,每个Thr上带有一个双糖。另外三类是不含双糖的抗冻蛋白(AFP),第一类是富含丙氨酸的较小的抗冻蛋白(Mr 3-5K),叫AFPⅠ,其二级结构为α螺旋;第二类是富含半胱氨酸的抗冻蛋白,叫AFPⅡ,分子量很大(Mr 14K),其二级结构中有许多回折(reverse turn);第三类是中等尺寸的抗冻蛋白(Mr 6-7K),叫AFPⅢ,其二级结构完全不清楚,且既不富含丙氨酸又不富含半胱氨酸。 过去二十多年,人们对抗冻蛋白分子进行了多方面的研究,得出一些重要的结论:在有冰晶存在的抗冻蛋白和抗冻糖蛋白溶液中,如果溶液的温度是零度,溶液并不冻结,当继续降低溶液的温度时,溶液也不会冻结。只有当溶液的温度降低到一定值时,溶液才全部冻结。人们把这个值叫溶液的冰点,它的大小与抗冷冻蛋白类型和它的分子量有关。当升高抗冻蛋白溶液的温度时,发现如果温度在冰点以上,冰晶并不熔化,只有当溶液的温度升高到接近零度时冰晶才熔化。人们把冰晶开始熔化的温度叫溶液


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