Рассмотрение кинетики замерзания показывает, что (i) при малых отрицательных температурах зарождение льда в объеме воды требует огромного времени и, значит, не может происходить ни в озере, ни в организме; (ii) зарождение льда при таких температурах требует наличия каких-то лёд-связывающих поверхностей, но (iii) даже тогда образование льда может иметь место, как правило, только при температурах на несколько градусов ниже 0°C. Однако некоторые формы поверхности могут инициировать зарождение льда при практически нулевой температуре. Белки-антифризы отвечают за адаптацию организмов к низким температурам, но механизм их действия был все еще неясен. Исследовав влияние лед-связывающего белка cfAFP на температуру замерзания воды и плавления льда, мы показали, что задача белка-антифриза состоит не в том, чтобы, как обычно считалось, связаться с уже образовавшимися кристаллами льда и остановить их рост, - а в том, чтобы связываться с теми «лёд-нуклеирующими» поверхностями клеток, где могут образовываться зародыши льда, экранировать мх, и тем самым полностью предотвращать образование льда.

Работа поддержана Российским Научным Фондом (грант № 21-14-00268).

Литература

1. Мельник Б.С., Финкельштейн А.В. - Физический базис функционирования белка-антифриза. - Мол. Биол. 2022, 56, №2, 343-352.

2. Finkelstein A.V., Garbuzynskiy S.O., Melnik B.S. - How Can Ice Emerge at 0 оC? - Biomolecules, 2022, 12, 981. https://doi.org/10.3390/biom12070981.

An examination of the freezing kinetics shows that (i) at small negative temperatures, the ice formation in bulk water takes enormous time and, therefore, can occur neither in lakes nor bodies; (ii) ice nucleation at small negative temperatures requires some ice-bonding surfaces, but (iii) even then, ice formation can typically occur at temperatures a few degrees below 0°C. However, some surface shapes can initiate the ice formation at virtually zero temperatures. Antifreeze proteins are responsible for the adaptation of organisms to low temperatures, but the mechanism of their action was still unclear. By examining the effect of the ice-binding protein cfAFP on the freezing point of water and the melting point of ice, we showed that the task of the antifreeze protein is not, as it was commonly believed, to bind to ice crystals that have been already formed and stop their growth, but to bind to the “ice-nucleating” surfaces of the cell where ice nuclei can form, screen then, and thereby completely prevent the ice formation.

This work is supported by the Russian Science Foundation (grant No. 21-14-00268).

References

1. Melnik B.S., Finkelstein A.V. - Physical basis of functioning of antifreeze protein. - Mol. Biol. 2022, 56, №2, 297-305.

2. Finkelstein A.V., Garbuzynskiy S.O., Melnik B.S. - How Can Ice Emerge at 0 оC? - Biomolecules, 2022, 12, 981. https://doi.org/10.3390/biom12070981.