Designer lipids stop water freezing at sub-zero temperatures — ABC Chemicals

Липидные мембраны с необычными свойствами препятствуют образованию кристаллов льда до -263 ° C

Улавливая воду внутри синтетических липидных мембран, ученые в Швейцарии смогли предотвратить ее превращение в лед даже при температуре до -263 ° C. Исследователи говорят, что их результаты могут помочь в более глубоком понимании того, как вода и липиды взаимодействуют друг с другом в этих условиях, и пролить новый свет на то, как некоторые живые организмы могут выжить в условиях сильной простуды.

Команда во главе с Эхудом Ландау из Университета Цюриха и Раффаэле Мецценга из Швейцарского федерального технологического института хотела изучить, как липиды, такие как липидные мембраны, обнаруженные в клеточной среде, могут изменять поведение молекул воды при температурах, которые ниже его температуры. обычная точка замерзания.

Исследователи синтезировали новые липиды, которые содержат циклопропильные группы — вместо двойных связей — в гидрофобных хвостах молекул моноацилглицерина. Трехчленные кольца придают липидам жесткость, позволяя им образовывать сильно изогнутые бислои, которые могут включать воду в крошечные каналы. «Этот молекулярный дизайн был вдохновлен липидами, обнаруженными в некоторых бактериальных клетках, которые, как известно, выживают при температуре ниже нуля, — говорит Ливия Сальвати Манни, одна из исследователей, участвующих в исследовании. «В отличие от других липидов, эти соединения не кристаллизуются при низкой температуре, что является ключевым фактором в предотвращении кристаллизации воды внутри каналов».

Salvatore Assenza, другой член команды, добавляет, что липидные бислои могут образовывать различные структуры в присутствии воды, включая кубическую и пластинчатую фазы. «Обычно все эти фазы заполнены жидкой водой и при низкой температуре липид и вода замерзают, разрушая структуру. Ключевой особенностью наших липидов является то, что при низкой гидратации они образуют структуры, способные поддерживать неупорядоченную (жидкую или стеклообразную) природу воды практически при любой температуре ».

Исследователи использовали жидкий гелий и жидкий азот для охлаждения образцов с различной скоростью от 0,1 до 5 ° C в минуту. Используя методы рентгеновской и нейтронной дифракции, ЯМР и калориметрии, в сочетании с молекулярно-динамическим моделированием они продемонстрировали присутствие жидкой воды до –10 ° C в кубической фазе и стекловидной воды до –263 ° C в пластинчатой фазе.

Нэнси Левингер из Университета штата Колорадо, США, говорит, что довольно интересно, что самосборные структуры могут противостоять фазовым изменениям с температурой, и что вода остается жидкой, даже когда образцы медленно охлаждаются. «Но настоящая вода, оставшаяся аморфной, меня не удивляет», — говорит она. «Образцы имеют очень низкий уровень гидратации, поэтому почти вся вода находится в контакте с полярной частью новых липидных головных групп, и эти головные группы по существу такие же, как этиленгликоль, который, как мы все знаем, является антифризом».

Джон Седдон из Имперского колледжа в Лондоне, Великобритания, говорит, что тот факт, что липиды могут выступать в качестве биосовместимых систем для улавливания аморфной воды, является важной особенностью, которую можно использовать, чтобы избежать повреждения чувствительных образцов от замерзания. «Механизм, с помощью которого кубическая фаза предотвращает кристаллизацию воды, по-видимому, связан с тем, что радиус водяных каналов меньше минимального радиуса, равного приблизительно одному нанометру, для образования кристалла льда из капли воды», — сказал он. говорит. Ассенца отмечает, что неупорядоченная конфигурация липидов также играет важную роль. «Большие водные каналы приводят к образованию льда, но использование химически сходных липидов, которые не сохраняют неупорядоченную конфигурацию при низкой температуре, также приводит к кристаллизации воды», — говорит он.

Исследователи полагают, что их дизайнерские липиды могли бы служить новым инструментом для изучения молекулярных структур при низкой температуре без кристаллов льда, которые в противном случае могли бы препятствовать таким исследованиям.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *