Molekul pengikat es menghentikan pertumbuhan es

Simulasi polarisasi es dapat mendeteksi lokasi pengikatan gel dari protein antibeku hiperaktif dari kumbang molitor Tenebrio, TmAFP. Kredit: Pavithra M. Naullage

Molekul tertentu terikat erat ke permukaan es, menciptakan antarmuka melengkung yang dapat menghentikan pertumbuhan es. Beberapa serangga, tumbuhan, dan makhluk yang hidup di laut mengandung molekul protein jenis ini yang bertindak sebagai agen antibeku alami, memungkinkan organisme menahan suhu beku.

Di Jurnal Fisika Kimia, diterbitkan oleh AIP Publishing, para ilmuwan melaporkan metode komputasi untuk pemodelan pengikatan es menggunakan teknik bias untuk mendorong pembentukan es dalam simulasi.

Protein antibeku bekerja dengan mengikat antarmuka yang ada antara es dan air cair. Permukaan lengkung yang dihasilkan menghentikan pertumbuhan es. Ada juga molekul nukleasi es yang mengkatalisasi pembentukan es dari air cair yang didinginkan.

Kedua fenomena tersebut membutuhkan pemahaman tentang bagaimana molekul mengikat es. Memahami pengikatan es penting untuk berbagai aplikasi seperti kriopreservasi organ dan pemodelan iklim, tetapi sejauh ini tidak ada metode komputasi untuk memodelkan fenomena ini secara efisien.

“Keuntungan utama dari pendekatan simulasi polarisasi es adalah bahwa ia secara bersamaan mengidentifikasi permukaan ikatan es, permukaan es tempat ia mengikat, dan mode ikatan,” kata penulisnya Valeria Molinero.

Peneliti membuat dua jenis model. Satu jenis adalah segalanyaatom model yang berisi semua atom fase cair dan es air, serta molekul tipe antibeku. Jenis model lain yang dipelajari disebut model berbutir kasar, yang menghemat sumber daya komputasi dengan mencampurkan atom ke dalam struktur yang lebih sederhana.

Studi tersebut meneliti beberapa molekul yang mengikat es, termasuk polivinil alkohol, penghambat sintetis rekristalisasi es, serta protein antibeku alami, seperti salah satu kumbang tanah Tenebrio. Protein menghadirkan tantangan simulasi, karena mereka memiliki permukaan yang sangat kecil yang mengikat es menjadi satu. Ini membatasi ukuran kristal es yang dapat mereka ikat.

Beberapa sistem memiliki lebih dari satu tempat di mana es dapat mengikat. Ini adalah kasus dengan protein antibeku alami dari es laut diatom Frailariopsis cylindrus. Untuk menentukan apakah protein seperti ini memiliki lebih dari satu permukaan pengikat gel, IBS, para peneliti mengembangkan metode yang mereka sebut “capping and repeating.”

“Dalam strategi ini, pertama-tama kami melakukan simulasi bias untuk mendeteksi IBS. Kemudian, SII ini kami tutup untuk mencegah terbentuknya es dan melakukan simulasi polarisasi kedua untuk mengetahui apakah es terbentuk di tempat lain, ”kata Molinero.

Metode yang dikembangkan dalam penelitian ini menunjukkan harapan besar untuk beberapa aplikasi, termasuk pencarian molekul untuk melindungi jaringan beku selama penyimpanan, mempromosikan pemahaman protein antibeku alami dan model iklim, di mana nukleasi es di atmosfer memainkan peran kunci.

Referensi: “Pendekatan yang efisien secara komputasi untuk identifikasi permukaan ikatan es dan bagaimana mereka mengikat es” oleh Pavithra M. Naullage, Atanu K. Metya, dan Valeria Molinero, 3 November 2020, Jurnal Fisika Kimia.
DOI: 10.1063 / 5.0021631

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Alat-alat baru dibutuhkan untuk mencegah pandemi penyakit tanaman

Mengamati penyakit tanaman dapat mengungkapkan keamanan pangan. Penyakit tanaman tidak berhenti di perbatasan negara, dan kilometer lautan juga tidak mencegah penyebarannya. Itulah mengapa pengawasan...

Ilmuwan Menjelajahi Tesla Roads Jangan Ambil – Dan Temukan Kekuatan Baru Berguna dalam Penemuan Centennial

Foto eksposur ganda Nikola Tesla pada bulan Desember 1899 duduk di laboratoriumnya di Colorado Springs di sebelah kaca pembesar generator tegangan tinggi sementara mesin...

Untuk Mempercepat Akses, Mikroskopi yang Sangat Dapat Diputar Meninggalkan “Di Bawah Kisi”

Contoh desain ubin yang digunakan pada ulat percobaan C. elegans. Mesin non-grid memberi model fleksibilitas sementara untuk dengan cepat memasuki lingkungan yang menyenangkan....

Lingkar Kuno Munculnya Tektonik Lempeng Data 3,6 Miliar Tahun Lalu – Peristiwa Penting untuk Memperkaya Kehidupan Bumi

Zirkonia yang dipelajari oleh tim peneliti, difoto menggunakan katodoluminesensi, memungkinkan tim untuk melihat bagian dalam kristal menggunakan mikroskop elektron khusus. Lingkar zirkon adalah...

Bisakah kita mengurangi kecanduan opioid? [Video]

Pada 2017, jutaan orang di seluruh dunia kecanduan opioid dan 115.000 meninggal karena overdosis. Opioid adalah obat penghilang rasa sakit paling manjur yang kita miliki,...

Newsletter

Subscribe to stay updated.