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

Patch Kulit Baru Terus Melacak Sinyal Kardiovaskular dan Tingkat Biokimia

Tambalan lembut dan memanjang ini dapat memantau tekanan darah pembawa dan tingkat biokimia pada saat yang bersamaan. Kredit: lab Wang / UC San...

Badan Antariksa Eropa sedang merencanakan misi untuk menjelajahi gua-gua di Bulan

Memasuki tabung lava bulan. Permukaan Bulan ditutupi oleh jutaan kawah, tetapi juga memiliki ratusan lubang berdinding curam yang dikenal sebagai lubang. Seperti...

Pola Mayer memfasilitasi penemuan lapisan isolasi baru yang tidak terduga

Pola moiré dibentuk oleh dua jaring sarang lebah. Kredit: Microwave Nano-Electronics Lab, UC Riverside Studi yang dipimpin UC Riverside mengamati fase isolasi yang tidak...

Retrovirus Mendaur Ulang Genom Koala dan Kanker

Koala di Hutan. Uang: A. Gillett Koala retrovirus (KoRV) adalah virus yang, seperti ARV lain, menginfeksi dirinya sendiri DNA dari kulit yang terinfeksi. ...

Jendela Pandu Gelombang Surya Bercahaya Menghasilkan Energi Dari Dalam dan Dari Luar

Insinyur Universitas Rice telah merancang dan membangun jendela yang mengarahkan sinar matahari atau pencahayaan dari dalam ke sel surya berpita tepi. Lapisan tengah...

Newsletter

Subscribe to stay updated.