batteri, impianti, insetti e pesci utilizzano proteine ​​antigelo per proteggersi dal freddo. Le proteine ​​bloccano la crescita dei cristalli di ghiaccio. In un nuovo studio, un gruppo di ricerca tedesco-israeliano ha confermato che queste proteine ​​possiedono anche una seconda proprietà insolita:a basse temperature, possono promuovere piuttosto che inibire la crescita dei cristalli di ghiaccio.

Lo studio ha riunito ricercatori dell'Università di Bielefeld, l'Università Ebraica di Gerusalemme e il Weizmann Institute of Science di Rehovot (Israele). È pubblicato in Journal of Physical Chemistry Letters .

"Stiamo studiando quanto sia speciale, le proteine ​​naturali influenzano il più piccolo dei cristalli di ghiaccio:gli embrioni di cristallo, " afferma il professor Dr. Thomas Koop. Il chimico dirige il gruppo di ricerca di chimica atmosferica e fisica dell'Università di Bielefeld.

"Normalmente, tali proteine ​​assicurano che gli embrioni di cristallo siano neutralizzati e non crescano in grandi cristalli di ghiaccio, " dice. Quella dinamica è essenziale per la sopravvivenza delle larve del coleottero della farina, Per esempio. Usano una proteina per proteggere la pelle e i fluidi corporei dai danni causati dai cristalli di ghiaccio. Quando la temperatura esterna scende, le larve secernono una proteina antigelo nei loro fluidi corporei. Le molecole proteiche ricoprono la superficie degli embrioni di cristallo, impedendo loro di crescere abbastanza da danneggiare le cellule.

"Al contrario, ci sono molti altri organismi che possono trarre beneficio dal trasformare l'acqua in ghiaccio, " dice Koop. Questo è il caso di alcuni batteri che innescano la formazione di ghiaccio, Per esempio. Secernono proteine ​​su cui possono formarsi embrioni cristallini, o nucleano dall'acqua liquida fredda, e successivamente si trasformano in grandi cristalli di ghiaccio. Alcuni batteri possono usarlo per aprire la buccia di un pomodoro.

Fino ad ora, la scienza ha considerato le proteine ​​che promuovono e inibiscono il ghiaccio come due diversi tipi di proteine. Ciò è indicato anche dalle loro diverse dimensioni:le proteine ​​che inibiscono il ghiaccio sono costituite da piccole molecole; proteine ​​che promuovono il ghiaccio, di grande, molecole lunghe.

"Però, i nuovi esperimenti mostrano che una molecola antigelo non può solo inibire la crescita del ghiaccio, può anche innescare la sua crescita, "dice Koop.

Gli scienziati hanno testato due proteine ​​antigelo presenti in natura:una proteina delle larve dello scarabeo della farina e una proteina di un pesce artico, il broncio dell'oceano. Hanno osservato l'effetto delle proteine ​​su sottili chip microfluidici sviluppati presso l'Istituto Weizmann, che sono permeati da canali microscopicamente piccoli con trappole per goccioline. Hanno preso acqua distillata pura e hanno aggiunto una concentrazione fissa della proteina specifica. Quindi hanno iniettato questa soluzione proteica nel chip. Nel chip, minuscole gocce d'acqua sono state raccolte nelle trappole per goccioline. Quindi hanno messo i chip in una camera di raffreddamento a temperatura controllata che li ha raffreddati fino a meno 40 gradi.

"Le gocce pure nel nostro chip dovrebbero prima congelarsi a meno 38,4 gradi, " dice Koop. Tuttavia, è avvenuto il contrario. "Quando le gocce contenevano le presunte proteine ​​antigelo che inibiscono il ghiaccio, gli embrioni di cristallo di ghiaccio hanno già iniziato a formarsi e crescere a temperature più calde". nel caso della proteina delle larve dello scarabeo della farina, la metà di tutte le gocce ha già iniziato a gelare a meno 33,9 gradi. "Questo ci ha permesso di dimostrare che se le proteine ​​antigelo hanno proprietà di inibizione o promozione del ghiaccio dipende dalla temperatura. Per molti anni si è speculato sull'ambivalenza di tali proteine, ma siamo i primi a confermarlo sperimentalmente, " afferma il professor Dr. Ido Braslavsky dell'Università Ebraica di Gerusalemme. Il professor Dr. Yinon Rudich dell'Istituto Weizmann aggiunge, "Era solo avere il chip che ci ha permesso di studiare sperimentalmente la formazione di ghiaccio attraverso le proteine ​​antigelo".

Alcuni degli esperimenti per lo studio sono stati condotti presso l'Università di Bielefeld. Esperimenti di congelamento complementari e i chip utilizzati per studiare l'acqua e le soluzioni proteiche provenivano dal Weizmann Institute of Science di Rehovot. Le proteine ​​antigelo delle larve dello scarabeo della farina e del pesce artico sono state prodotte presso l'Università Ebraica di Gerusalemme nel campus di Rehovot. Lì è stata anche dimostrata l'inibizione del ghiaccio delle stesse soluzioni proteiche.

Le proteine ​​che inibiscono e promuovono il ghiaccio non sono solo comuni in natura. Oggi, sono anche usati come ausili tecnici. Per esempio, le proteine ​​antigelo nella vernice possono aiutare a proteggere le superfici verniciate dal gelo. Le proteine ​​possono anche essere aggiunte al gelato per mantenerlo cremoso. Le proteine ​​che formano il ghiaccio sono utilizzate in, Per esempio, stazioni sciistiche in modo che la neve artificiale possa essere prodotta già a una temperatura di meno 3 gradi senza dover aspettare che le temperature scendano ulteriormente.