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天然防冻剂：冰结合分子停止冰增长

时间：2022-04-30 08:58:05来源：

冰偏析模拟可以从甲虫Tenebroiro Molitor，TMAFP检测过度活性抗冻蛋白的冰结合位点。

某些分子紧密结合到冰的表面上，产生弯曲界面，可以停止进一步的冰增长。一些昆虫，植物和海上生物含有这种蛋白质分子，其充当天然防冻剂，允许生物能够承受冻结温度。

在化学物理学杂志中，通过AIP出版，科学家们向使用偏置技术进行模拟冰结合的计算方法，以驱动模拟中的冰的形成。

防冻蛋白通过与冰和液态水之间的现有界面结合而采用。所得到的弯曲表面阻止了冰的生长。还有冰成核分子，催化来自过冷液体水的冰的形成。

这两种现象都需要了解分子与冰结合的方式。理解冰绑定对于应用程序的应用是重要的，作为冷冻保存的器官和气候建模，但没有有效地模拟这种现象的计算方法已经存在于迄今为止。

“冰偏置模拟方法的中心优势在于它同时识别冰结合表面，冰的面对与结合的冰和结合方式，”作者Valeria Molinero说。

调查人员创造了两种类型的模型。一种类型是全原子模型，其包含水中的所有原子和水的冰相以及抗冻型分子。所研究的其他类型的模型称为粗粒模型，通过将原子混合成更简单的结构来节省计算资源。

该研究看了一些粘合冰的分子，包括聚乙烯醇，合成冰重结晶抑制剂以及天然防冻蛋白，例如甲虫Tenebrio Molitor之一。蛋白质提出了一种模拟挑战，因为它们具有非常小的表面，粘合冰。这限制了它们可以结合的冰晶的尺寸。

一些系统拥有冰可以绑定的多个位置。这是海冰硅藻土筋膜柱中的天然防冻蛋白的情况。为了确定这样的蛋白质是否具有多于一个冰结合表面，IBS，研究人员开发了一种它们被称为“帽子并重复”的方法。

“在这种策略中，我们首先执行偏见的模拟以检测IBS。然后，我们将IBS概括为防止冰地形成并执行第二个偏置模拟，以了解其他网站中的冰敷，“Molinero说。

本研究中开发的方法对许多应用具有很大的承诺，包括发现分子以在储存期间保护冷冻组织，进一步了解天然防冻蛋白，以及气候模型，大气中的冰成核的作用起着关键作用。

参考：“鉴定冰结合表面的计算有效的方法，以及它们如何通过Pavithra M. Noullage，Atanu K. Metya和Valeria Molinero，2012年11月3日，”化学物理“.DOI：DO：
10.1063/5.0021631

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