Для выживания в зимнюю погоду такие организмы как рыбы, насекомые и растения с помощью эволюции научились вырабатывать в своем организме белки-антифризы белки, которые подавляют рост кристаллов льда в тканях организма.

Изучая один такой белок зимней камбалы, получивший название Maxi исследователи из Канады обнаружили, что белок обладает неожиданной структурой. В отличие от схожих белков-антифризов – и в отличие от большинства других белков – в центральной части Maxi располагаются слои из сотен молекул воды.

Ким А. Шарп (Kim A. Sharp), профессор биохимии из Университета Пенсильвании в комментариях к представленной исследователями работе говорит, что если и существует нечто общее с тысячами уже ранее известных белковых структур, то это то, что белки стабилизируют свои структуры за счет упаковки боковых цепей, образованных остатками гидрофобных аминокислот в безводный внутренний карман. Он отмечает, что структура белка Maxi демонстрирует исключение из правила принципа организации безводного кармана.

Исследование проводилось группой ученых из Королевского университета (Queen’s University), в нем принимали участие Тяньцзюнь Сунь (Tianjun Sun) и Питера Л. Дэвиеса (Peter L. Davies).

Белок Maxi связывается с меньшим по размеру белком, так называемым белком-антифризом I типа. Оба белка вырабатываются в печени и циркулируют по крови зимней камбалы и родственных ей видов.

Вид снизу самой длинной оси Maxi представляет его четыре белковые спирали, разделенные двумя слоями воды, на схеме молекулы воды изображены в виде сфер, а водородные связи представлены пунктирной линией.

Белок-антифриз I типа состоит из трех повторяющихся последовательностей, которые образуют α-спираль с ключевыми группами, связывающими лед, эти группы расположены на одной стороне белковой спирали. Эти группы являются гидрофобными, но, тем не менее, помогают создать и стабилизировать водную сеть вокруг поверхности белка. Затем эта водная сеть может объединиться и замерзнуть совместно с частицами льда. В дальнейшем связывание с белком вынуждает лед расти в менее стабильной, чем у обычного льда, форме.

Белок Maxi является гомодимером двух спиральных белковых субъединиц со структурой подобной белкам-антифризам белкам I типа. Каждая субъединица состоит из 12 повторяющихся последовательностей с некоторыми соединительными пептидами. Две спирали складываются пополам, поэтому Maxi выглядит как пучок из четырех спиралей с длиной 145 Ангстрем и шириной 22 Ангстрем.

Но вместо групп, связывающих лед, расположенных на внешней стороне белковой структуры, как это происходит у белка-антифриза I типа. Белок Maxi обладает группами, которые направлены вовнутрь, где они помогают образовать и закрепить два перпендикулярных слоя, состоящих из около 200 молекул воды каждый, которые разделяют четыре спирали. Вода упорядочивается в тонкие клеткоподобные структуры, которые приблизительно повторяют белковую последовательность.

Дэвис говорит, что слои воды тянуться из белковой сердцевины к внешним границам между спиралями, где затем слои могут объединиться со льдом и сдерживать рост льда.

Другие исследователи наблюдали схожую организацию молекул воды вокруг других гидрофобных белковых поверхностей, но только в меньшем масштабе. Джереми С. Смит (Jeremy C. Smith), биофизик из Национальной лаборатории Оук-Ридж и Университета Теннеси, говорит, что ранее он не встречал такой широкомасштабной сетки, какую представили исследователи группы Дэвиса. Смит добавляет, что без сомнений исследование представляет интерес для ученых, занимающихся изучением интереснейших свойств связанной белком воды.