Molecola del Mese di dicembre 2009

Proteine Antigelo
Parole chiave: risposta al freddo, proteine antigelo, proteine che ristrutturano il ghiaccio, isteresi termica, legami col ghiaccio, biotecnologie.

Il ghiaccio è un grosso problema per gli organismi che vivono nei climi freddi. Quando la temperatura scende sotto il punto di congelamento, si formano cristalli di ghiaccio che continuano a crescere e distruggono le cellule. Questo pericolo, comunque, non ha impedito lo sviluppo della vita nelle regioni fredde del pianeta. Organismi di tutti i tipi, piante, animali, funghi e batteri, hanno sviluppato strategie per combattere la pericolosa crescita dei cristalli di ghiaccio. Alcuni organismi hanno riempito le proprie cellule di piccole molecole antigelo come zuccheri o glicerina. Ma quando era richiesta una maggiore capacità di resistere al freddo, le cellule hanno imparato a sintetizzare specifiche proteine antigelo.

Ghiaccio Buono
Le proteine antigelo non impediscono la formazione dei cristalli di ghiaccio, ma ne limitano la crescita a dimensioni accettabili. Per questa ragione sono anche conosciute come proteine che ristrutturano il ghiaccio. Questo è necessario a causa di una strana proprietà del ghiaccio chiamata ricristallizzazione. Quando l'acqua comincia a congelare, si formano molti piccoli cristalli, ma poi alcuni di questi hanno il sopravvento e diventano sempre più grandi sottraendo molecole di acqua dai cristalli più piccoli che li circondano. Le proteine antigelo impediscono la ricristallizzazione. Si legano alla superficie dei piccoli cristalli, li stabilizzano e così impediscono o rallentano la crescita dei cristalli più grandi e pericolosi

Superfreddo
Le proteine antigelo abbassano il punto di congelamento dell'acqua di alcuni gradi, ma sorprendentemente non variano il punto di fusione del ghiaccio. Il processo di abbassare il punto di congelamento, ma di non influenzare il punto di fusione è chiamato isteresi termica. Le proteine antigelo più efficienti sono quelle degli insetti che abbassano il punto di congelamento di circa 6 gradi. Comunque, le proteine antigelo, persino quelle delle piante o dei batteri che hanno effetti minori sul punto di congelamento, agiscono anche in un altro modo. Sono poste all'esterno delle cellule dove controllano la dimensione dei cristalli di ghiaccio impedendo che si formino pericolosi grossi cristalli quando la temperatura scende sotto il punto di congelamento (già abbassato).

Gelato ghiacciato
Le proteine antigelo sono state utilizzate anche nell'industria. Per esempio, le proteine naturali antigelo ottenute da un pesce oceanico adattato alle acque fredde "ocean pout" o "Zoarces americanus" (mostrate qui dal file PDB 1kdf) sono state utilizzate come conservante nei gelati. Queste proteine rivestono i piccoli cristalli di ghiaccio che danno al gelato la sua morbida consistenza, e impediscono che ricristallizzino durante la conservazione e il trasporto evitando che il gelato si trasformi in un blocco ghiacciato.
I ricercatori stanno anche sperimentando le proteine antigelo per conservare tessuti e organi che vengono conservati a bassa temperatura e ridurre così il danno provocato dai cristalli di ghiaccio.

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