昆虫抗冻蛋白的研究进展.pdf

综 述 与 专 论 生物 技 术 通报 BI OTECHN OL0GY BULLEn 2 0l O 年 第 1 o 期 昆虫抗冻蛋 白的研 究进展 钟鸣 蔡 继峰 文继舫 中南大学湘雅 医学院法医学系 长沙 4 1 0 0 1 3 中南大学湘雅医学院病理学系 长沙 4 1 0 0 1 3 摘 要 抗 冻蛋 白是一类与冰晶有亲合力 能够与冰晶结合并抑 制冰 晶生长的蛋 白或糖蛋 白 自2 0世 纪 6 O年代 以来 研 究人 员已经分别从鱼类 昆虫 植物 真菌和细菌中发现 多种抗 冻蛋 白 其中 已知 鱼类抗冻蛋 白有 5种 也是研 究最详 细的 但是 近几年来发现 昆虫抗冻蛋 白活性普 遍比较 高 因此受到研 究人 员重视 研 究取得 了较快 的发展 主要讨 论 昆虫抗 冻蛋 白的结构特点 抗冻活性 作 用机制和应用 并 分析 目前的研究现状提 出一些待 解决 的问题 以期望 对昆 虫抗冻蛋 白的研 究进 行 比较 系统 化 的整 理 关键词 热滞活性 热滞蛋 白 结构 抗 冻活性 活化蛋 白 Ad v a n c e s i n I n s e c t An t i f r e e z e Pr o t e i n Re s e a r c h Z h o n g Mi n g Ca i J i f e n g W e n J i f a n g De p a r t me n t o fF o r e n s i c Me d c i n e S c i e n c e X i a n g y a S c h o o l of Me d i c i n e C e n t r a l S o u t h U n i v e r s i t y C h a n g s h a 4 1 0 0 1 3 D e p a r t me n t of P a t h o l o g y X i a n g y a S c h o o l of Me d i c i n e C e n t r a l S o u t h U n i v e r s i ty C h a n g s h a 4 1 0 0 1 3 Ab s t r a c t Ant i f r e e z e p r o t e i n s a r e a k i nd o f pr o t e i n s o r g l y c o pr o t e i n s wh i c h h a v e a ffi n i t y wi t h i c e c r y s t a l s c a n c o mb i n e wi t h i c e c r y s t a l s a n d i n h i b i t t h e g r o wt h o f i c e c rys t a l s S i nc e t h e 1 9 6 0s r e s e a r c h e r s h a v e f o u nd ma n y k i n ds o f a n t i f r e e z e p r o t e i n s f r o m f i s h e s i n s e c t s p l a nt s f u n g i a n d ba c t e r i a r e s pe c t i v e l y Fi s he s a nt i f r e e z e pr o t e i n s wi t h fiv e t y p e s who s e pr o t e i ns a r e a l s o t he mo s t d e t a i l e d s t ud i e d pr o t e i n s a mo n g t he m Ho we v e r i n r e c e n t y e a r s i n s e c t a n t i f r e e z e p r o t e i n s ha v e be e n f o un d t h a t t h e a c t i v i t y i s u s ua l l y hi g h S o t h e y c a u s ed a t t e nt i o n t o r e s e a r c h e r s a n d t h e r e s e a r c h e s ha v e ma d e r a p i d d e v e l o p me n t Th i s a r t i c l e f o c u s e s o n t h e s t r u c t ur a l c h a r a c t e r i s t i c s o f i ns e c t a nt i f r e e z e pr o t e i ns a n t i f r e e z e a c t i v i t y me c ha n i s m a n d a pp l i c a t i o ns W i t h a n a l y z i n g t he c u r r e n t r e s e a r c h s t a t u s a nd r a i s i ng s o me p r o b l e ms t o b e s o l v e d we l o o k f o r wa r d t o c o n du c t a mo r e s y s t e ma t i c r e v i e w t o t h e r e s e a r c h o f i n s e c t a nt i f r e e z e p r o t e i n s Ke y wor ds Th e r ma l h y s t e r s i s a c t i v i t y Th e r ma l hy s t e r s i s pr o t e i n s S t r uc t u r e Ant i f r e e z e a c t i v i t y Act i v a t e d pr o t e i n 抗 冻蛋 白 a n t i f r e e z e p r o t e i n s A F P s 的研究 源 于 加拿 大科学 家 S c h o l a n d e r 对 于北极 鱼类 为 什 么能 够 在低 于其血液 冰点 的水 里 游泳 的疑 问 随后 他 的试 验显示 存在 某种 抗 冻 物 质 1 9 6 9年 动物 生 理 学 家 D e v r i e s 研究 了南 极几 种鱼类 分离 出具 有抗冻 效 应 的一 种 蛋 白 这 种 蛋 白与 后 来 发 现 的一 系 列 与冰 晶有亲合 力 能够 与 冰 晶结 合 并 抑制 冰 晶生 长 的蛋 白或糖蛋 白称 为 A F P s A F P s 具 有 一个 最 重 要 的性质 能 以非 依数 性 形 式 降低 溶 液 的冰 点 而 对其 熔 点影 响甚微 从 而导 致 溶液 的熔 点 和冰 点 之 间 出 现差值 如果是依数性则不会出现熔点与冰点的温 度差值 这种差值称 为热滞 活性 t h e r ma l h y s t e r s i s a c t i v i t y T H A 因而 A F P s 亦 称为热 滞蛋 白 t h e rm a l h y s t e r s i s p r o t e i n s T H P s 2 4 是 衡 量 抗 冻 活性 的 最 重要 指标 目前 已知 A F P s 存 在 于 多 种 生 物 体 中 包括 鱼类 昆虫 植物 真 菌 和 细菌 而 鱼类 A F P s的 研 究最 多 但是有 研 究 表 明 从 甲虫 和 云杉 卷 叶 蛾 C h o r i s t o n e u r a m if e r a n a 中分 离 到 的 A F P s的活 性是 鱼类 A F P s 或抗 冻糖 蛋 白 a n t i f r e e z e g l y c o p r o t e i n A F G P 活性 的 1 0 1 0 0倍 并且 近 年 来 越 来 越 多 的越冬 昆虫 被认 为 以产 生 A F P s 方 式 作为 其 对 低 温适应的策略之一 不仅在昆虫的体液中 而且在昆 收稿 日期 2 0 1 0 0 4 1 2 基金项 目 国家 自然科学基金项 目 3 0 6 7 2 3 5 4 中南大学博士生学位论文创新项 目 作者简介 钟鸣 男 博士研究 生 研究方 向 法医昆虫学 E ma i l z h o n g mi n g 5 2 9 1 6 3 c o m 通讯作者 蔡继峰 博士 副教授 E ma i l e j f j i f e n g 1 6 3 c o rn 文继舫 教授 博士生导师 E ma i l j i f a n g w e n Y a h o o c a 2 0 1 O年第 1 O期 钟 鸣等 昆虫抗冻蛋 白的研究进展 9 虫的肠 液 和 细胞 内液 中都 有 A F P s的产 生 因此 昆虫 的 A F P s 研究 具有 重要 的意 义 1 对昆虫 AF P s 结构 的研究 昆虫 A F P s的分子量 大都 在 7 2 0 k D之 间 A F P s 结构呈多样性 即使同一种 A F P也存在多种 同 源异构体 i s o f o r m s 具有不同于鱼类 A F P s 的独特 结构 m 这被认为是 自然选择和平行进化作用所 致 但是却都能与冰 晶表面 的棱柱或 和基 面很 好地 结合 而具有 同样 的功 能 抗 冻 早在 3 0年前第 一种 昆虫 A F P s 就 已经从 黄粉 虫 T e n e b r i o mo l i t o r 中分 离 出 而且后 来在 蜘蛛 s p i d e r s 螨 m i t e s 蜈 蚣 c e n t i p e d e s 北极鳞 翅 目 E m b r y o n o p s i s mu l t i c e l l u l a r 长 角 牛 甲虫 P h a g i u m i n q u i s i t o r 蛾 mo t h s 松 针瘿 蚊 T h e c o d ip l o s i s j a p o n e n s i s 美 洲脊 胸 长 椿 O n c o p e h u s f a s c i a t u s 旧 以 及 赤 翅 甲 D e n d r o i d e s c a n a d e n s i s 和 云 杉 卷 叶 蛾 等 陆 地 节 肢 动 物 中均 发 现 有 A F P s 但 是 对 昆 虫 A F P s的 研 究 集 中 在 黄 粉 虫 赤 翅 甲 云 杉 卷 叶 蛾 等 为 数 不 多 的 几 种 昆虫 中 所 以 到 目前 为 止 也 只 是 对 它 们 的 A F P s 结 构 进 行 了 详 细 研 究 主 要 的 结 构 特 点 见表 1 表 1几 种 昆虫 结构 特 点 一 级 结 构 妻 氨 酸 半 胱 酸 1 2个氨基 重复1 2 1 3个氨基重复1 5个氨基重复 二级结构 13折叠 B折叠 异构 性 H e t 一 同源异 同源异 e r o g e n e it y 构体 1 7 构体 1 3 B折 叠 同源 异 构体 9 黄粉虫 A F P s T m A F P 有 1 7种 同源 异构 体 的 c D N A被鉴定 编码 8 4 9 6或 1 0 2个 氨基 酸 组成 的蛋 白分子量在 8 4 1 3 k D之 问 分析 结构显 示为 右手 B螺旋 有 6 1 0圈螺旋 不等 每一 圈 由 1 2个 氨基酸 组成 T m A F P富含半胱氨酸 1 9 m o l 和苏氨酸 2 1 2 6 m o l 有 1 2个氨基酸的重复单位 C T x S x x Cx x Ax T 这种在每圈螺旋 中重复出现氨基 酸 T C T基序被认 为赋予昆虫 A F P s 极高 的 T H A 赤 翅 甲 A F P s D A F P 亦 包 括 几 种 同 源异 构 体 其 中研 究 比较深 入 的是 D A F P 2 1和 D A F t 2 分子量 约 8 7 k D 分别含 8 3和 8 4个氨基酸残基 它们组 成含 1 2或 1 3氨基酸残基的 7个重复单元 C T x S x x C x x A x T x 每个重复单元 中的第 1与第 7个半胱 氨酸形成二硫键 这 8对二硫键赋予其二级结构 以 稳 定性 D A F P的 结 构 随 温度 而 有 所 变 化 在 2 5 时有 4 6 B折叠 3 9 转角 2 螺旋 1 3 无规则 结构 当遇 到冰 时 螺旋 和 B折 叠 稍有 增 多而 转角 和 无规 则结 构则 减少 云 杉卷 叶蛾 A F P s s b w A F P 或 C f A F P 的 c D N A 编码多种分子量不 同的蛋 白质 其 中 9 k D型 3 3 7 或 C f A F P 3 3 7 结构 已通过核磁共振技术和 x射线 结 晶技术测 定 成 为重 组 表达 关 注 的焦 点 s b w A F P富含丝氨酸和苏氨酸 与任何 已知 甲虫 鱼类 及植物 A F P s都没有发现有 同源性序列 其成熟肽 具 有 9 0个 氨基 酸 核 磁 共 振 研 究 揭示 s b w A F P 的 结构是左手 B螺旋 每一圈有 1 5 1 7个氨基酸形成 一 个 富含苏 氨酸 的平 面 这 个 平 面 可能 是 与 冰 晶结 合 的面 而 C f A F P的一 种 同源 异构体 C f A F P 2 5 0 1 分子量 1 2 k D 比 C f A F P多出 2圈螺旋 这多 出的 2圈 上 同样具有 T h r 2 x 2 T h r 基序 除了对 以上 3种 昆虫 有 详 细 的研 究外 近 几 年 来研究人员对准噶尔小胸鳖 甲 Mi c r o d e r a p u n c t i p e n n i s d z h u n g a r i c a A F P s M p A F P 和雪 跳 蚤 H y p o g a s t r u r a h a r v e y i A F P s H h A F P 也 进 行 了 比较 详 细 的 研究 Mp A F P分子 量为 1 0 k D 富含半胱 氨酸 苏 氨 酸 丙氨酸 和天冬 氨 酸 具有 含 B片 层 的特 殊 螺旋 即由 7个重复序列 T C T X S X X C X X A X 组成 的右手 B螺旋 结 构 每 圈 由 l 2个 氨 基 酸 组 成 共 7圈 螺 旋 每一螺旋之间由 1 个二硫键连接 起到稳定蛋 白 结 构 的作用 Hh A F P分 子 量 6 5 1 5 7 k D 富含 甘 氨 酸 有 多个 G G X基序 由于存在 4个脯氨酸使这些重复 的基序 形成 了规则 的 B螺旋 结构 蛋 白质 也 因此 折 叠成了交互平行和反平行的结构 连接的二硫键和 氢键赋予了 H h A F P一定的稳定性 有意思的是那 些偶数的螺旋结构共同形成 了一个扁平状的疏水表 面 这个面被认为是其与冰晶的结合面 但至今没有 得到 科学 的试验验 证 2 0 0 8年 P e n t e l u t e等 通 1 0 生物 技 术通报 Bi o t e c h n o l o g y Bu l l e t i n 2 0 1 0年 第 1 0期 过 对 H h A F P的 晶体结 构的研究 确 定 了 H h A F P的结 构模 型 2 对 昆虫 A F P s 抗冻活性 的相关研究 目前 昆虫 A F P s 抗冻 活 性 的最 主 要评 价 指标 是 T H A A F P s的 T H A大 小 除 了 与 昆虫 A F P s 种 类 本 身有关外主要与 A F P s浓度 活化蛋 白等多种活化 剂及 其它许 多 因素有关 2 1 AF P s种类 与 T HA的 关 系 昆虫 A F P s 在体外 没有 活化 蛋 白作 用 下其 T H A 仍然远高于鱼类 A F P s 2 0 I x m o l L的云杉卷叶蛾 A F P s 能 降 低 冰 点 1 0 8 c I 而 美 洲 拟 鲽 P l e u r o n e c t e s a m e r i c a n u s I型 A F P s 在 浓 度 到 达 4 0 0 I m o l L时 仅 能 使 冰 点 降 低 0 2 7 C T m A F P浓 度 为 2 0 mo l L时能使冰点 降低 1 4 而 I I I型鱼类 o c e a n p o u t A F P s 的浓度为 2 1 8 m o l L时才 降低相同的冰 点 这些差异既存在于分离的天然 A F P s中 也 存在 于纯化 单一 成分 的 重组 A F P s 或合 成 A F P s中 因此 排 除了在体 外 昆虫 A F P s活性 的提 高是 由于其 他成 分加入 的解 释 2 2 A F P s浓度与 T HA的 关 系 用 T m A F P抗体 与 含不 同浓 度 该 蛋 白的 昆虫 体 液进行 We s t e r n B l o t 试 验 结 果表 明 T H A与 A F P s 浓 度之 间的关 系 呈 双 曲线 型 并 且 在 双 曲线 斜 率 变化最 大部 分 的浓 度 与 昆虫 体 内 A F P s 的生 理 浓 度 非 常 吻合 这 提示 昆虫 体 内 A F P s 浓 度 较 小 的 改 变 就 会对其 T H A造成 较大 的影 响 2 3 AF P s活化蛋 白与 T HA的 关 系 早 期 研 究 者 发 现 在 昆 虫 体 内 的 A F P s活 性 很 高 但纯化后 的 A F P s 的 T H A明显降低 即使 在较 高浓度 下 的纯 化 A F P s 其 T H A仍 低 于血 淋 巴 的 A F P s 但 是在 重 组表 达 和 纯 化 出这种 蛋 白之 前 研究 者对 A F P s 的这 一特 殊性 质 并 没有 引起 足够 的 重视 后来 有 学 者 发 现 在 D A F P水 溶 液 中加 人抗 血清 其 A F P s的活性 可 增加 3倍 甚 至 在不 能 检测到 T H A的低浓度 A F P s 溶液 中加入适量抗体 也能使 T H A升至 1 5 2 5 上述现象说 明昆 虫 血淋 巴 中可 能存 在 另外 一 些 可 以与 A F P s 结 合 的 物 质 从 而大 幅度提 高其活 性 这类 蛋 白可称 为 A F P s的活化 蛋 白 目前 已经在 赤翅甲中发现这种蛋白质 D u m a n等 发现 T H A为 1 6 的 D A F P 加 入 一种 从 血 淋 巴 中分离 出来 而 本 身无 T H A的 7 0 k D的蛋 白质后 A F P s的活性增加 至 5 2 4 而加人一般蛋 白质则无效 所 以目前认 为这种 7 0 k D的 蛋 白就 是 A F P s的 内 源活 化 蛋 白 这 种活 化蛋 白的发 现 开辟 了 T H A 调节 机 制 研 究 的 新 领域 使 A F P s的研 究 上 升 到蛋 白 间相 互 作 用 的 高度 而不仅只是停 留在用一种蛋 白来解释其复杂 的抗冻机 制这种 单 因素作用 的水 平 某些 昆 虫体 内分 子量 较 大 的冰 核蛋 白 也 显示 出轻 微 的活化作 用 另外 一些 小分 子量 的物质 也能提高昆虫 A F P s 活性 如柠檬酸盐的增强效 应最强 它能够提高 A F P s的 T H A近 6倍 其次是琥 珀酸 盐 苹 果酸盐 天冬 氨酸 盐 谷 氨酸盐 和硫 酸铵 它们 能提 高 A F P s 的 T H A约 4倍 甘 油 山梨 醇 丙 氨酸和重碳酸铵提高 A F P s 的 T H A 3 倍 此外 短的 光 周期 低温 和干燥 都 能 引起 黄 粉虫 血 淋 巴的 T H A 提 高 3对 昆 虫 AF P s作 用机 制 的研 究 目前 对 昆虫 A F P s的 作 用 机 制 还 不 是 十 分 明 确 主要 的研究 学 说有 以下 几 种 1 9 7 7年 R a y mo n d 和 D e v r i e s 提 出 吸 附 抑 制 机 制 学 说 来 解 释 A F P s 的作 用机理 是这 方面最 早 的学说 他们认 为 A F P s 通过 吸附 到冰 晶表 面抑 制 冰 晶 生长 而 不 是 通过 把 水与 冰进行 隔离 使 得 水 不再 结 冰 对 大 多数 溶 液 中的蛋 白而 言 缓 慢 生长 的冰 晶能把 这 些 蛋 白从 冰 的前面推开 阻止蛋白与冰晶相结合 使与冰结合的 蛋 白量 低 于 溶 液 中 的 1 0 而 A F P s 却 与 之 相 反 8 9 的 A F P s 结合 于冰上 而且 与冰之间的相互 作 用非常稳定 通过 K e l v i n效应抑制其生长 大致 模 式是 冰 晶一般 垂 直 于 晶体 表 面 生长 当杂 质 吸 附 于 冰 晶生长方 向 的表 面 时 冰在 杂 质 间生 长 的 弯 曲 度必 然加 大 即曲率增 大 使 冰 晶边 缘 的面积也 增加 因表面张力的作用 增加的表面积必将使体系的平 衡状态发生改变 从而使冰点下降 该学说被后 来的一些试验所证实 D u等 第一次采用了 微粒 冰核 技 术 定 量检测 到 A F P s通 过吸附到冰 核表 面 抑 制其生 长 2 0 0 2年 J i a和 D a v i e s在 吸 附 抑 制 机 制 学 说 的基础 之 上提 出 了一 个 可 适 用 于 目前 已 经 发 现 的 A F P s 表面互补 学说 该学说也被称为 受体一配 2 0 1 0年第 1 0期 钟鸣 等 昆虫抗冻蛋 白的研究进展 体 学说 在这个学说 中 A F P s 是受体 冰是配体 A F P s 与 冰 晶之 间 所形 成 的表 面 互 补 与 多种 相 互 作 用力有关 互 补的表 面 面积越大 则相 互作用 力 越强 如果 A F P s 从 冰 晶上脱 离 下来 则 必须 同时 破 坏这 些 相 互作 用力 这 在动 力学 上几乎 是不 可能 的 从 而导 致 了 A F P s 与冰晶之间结合的不可逆性 在该学说 中不 同类 型 的 A F P s能 与 不 同形 状 的 冰 晶表 面 结 合 冰 晶就像配 体一 样 通 过表 面互 补选择 性地 与不 同的受体 A F P s 结合 这种表面互补方式可适用 于所有 的 A F P s 形 成表 面互补 的相 互作 用 力 中主要 是疏 水 作 用力 和范 德 华 力 氢 键 起 着 次 要 的 作 用 2 0 0 2年 C h e n g等应用量子力学分子轨道计 算方法分析 A F P l I 结果表明 A F P 1 I 有一个 结合 面 它 含 有 1 9氨 基 酸 残 基 可 与 冰 晶 表 面 相 吻 合 进一 步验 证 了这种学 说 的合理性 1 9 8 3年 D e V i l e s 提 出 了 晶格 匹配 学 说 来 解 释 美 洲 拟 鲽 A F P s的 作 用 机 制 1 9 9 3 年 K n i g h t 等 在 晶格匹配 学说 的基础 上提出了 晶格 占 有 学 说 对 其 进一 步 完 善 此外 Y a n g等 于 1 9 8 8年提 出 偶极 子 一 偶 极子 学说 4昆虫 A F P s的应 用 A F P s 有 着 比较广 泛 的应 用 在 改 善冻 融食 品的 质量 和产 品 的储 存 方 面 具 有 潜 在 的 应 用 价 值 融合 A F P s 在疾 病治 疗 如器 官 组 织 细胞 等 的低 温 保存 等 方 面 也 有 着 潜 在 的 重 要 性 在食 品工业 中 最 近 有 学 者报 道 用 乳 酸球 菌 生 产 的 重组 鱼类 I型 A F P s 类 似 物 处理 肉和 生 面 团进 行 冷 冻对 照试验 A F P s 处理 过 的肉 比未处 理 过 的 肉 在 感观 上水分 和蛋 白质 丢 失 更 少 而处 理 过 的生 面 团 比未处 理过 的生 面 团具 有 更好 的发 酵 能 力 并且 用 处理过的面团做的面包与新制面团做的面包有 同样 的消 费接 受 度 在 医学 上 G a b r i e l 等 首 次 报 导 了在 老 鼠 的心 脏 移 植 中 用 A F P s 低 温 保 藏 心 脏 从而 成功地 保 护 了心肌 结 构 Me l a n i e等 的研 究 认为 A F P s 具 有 稳 定 膜 结 构 和 细 胞 的 功 能 A F P s 可以对红细胞进行低温保存 对红细胞的保护效率 与它们 的 T H A相关 值得注意 的是 有研究人 员对 A F G P进行改造 合成 c端连接 A F G P类似物 的化合物 该化合物有很强的抑制重结晶作用而不 具有 T H A 是 新 型的抗 冻剂 有广 泛 的应 用前 景 以上 A F P s 的应用主要是使用鱼类 的基因进行 的 而昆虫 A F P s 的活性一般高于其它种类的 A F P s 同时存在 内源性活化 因子 因此用 它们 的基 因进 行转 基因动植物 等基 因工 程 的研 究 可能 有更 明显 的低 温 保 护效应 最 近几 年多 种表 达 载体 和宿 主 菌被用 来 表达 昆虫 A F P s 于此 同时 酵母 表达 系统也 被用来 表 达 富含二硫键 的 昆虫 A F P s 遗 憾 的是 到 目前 为 止 还没有具有 活 性 A F P s 的 高产 表 达 系统 但 是 也取得了一些成果 例如 H o l m b e r g等结合植物偏爱 的密码 子合成 了 s b w A F P基 因 与烟草 病 原相关 蛋 白 基 因融合 表达 获得 的转基 因烟草表 现 出了较强 的抗 冻活性 2 0 0 2年 H u a n g等 将 D A F P基因成功导入 拟南芥中并在转基因株系细胞提取物中检测到具有 T HA的 A F P s 的表达 2 0 0 8年 Wa n g等 成功 地通 过农杆 菌浸 染法 将 Mp A F P基 因导 人 烟草 中 试验 证 明转基 因烟草 的抗寒能力 加强 了 虽然 昆虫 A F P s 的应 用 有 比较 可 观 的前 景 而 且 也取 得 了一 些 研 究 成 果 但 是 由 于 昆 虫 A F P s独 特 的结构和生物学活性 小分子量 众多的异构体 给 分 离纯 化天 然 昆虫 A F P s 带来 一 定 的难 度 A F P s 细 菌 表达 系统 中往往 不 能表达 具有 活性 的正确 构象 的 昆虫 A F P s 或者 是产生不可溶 性的包涵体蛋 白 这 类 蛋 白必须 经过 变性 复性 氧化 和重折 叠过 程之后 才 能获 得有 活性 的正确 折叠 的 A F P s 而该 过程 往往 需 要较 复 杂 的纯 化 方 法 因此 昆 虫 A F P s的 应 用仍 有许 多需 要 解决 的 问题 但 是 随着研 究 的 不断深入 相信昆虫 A F P s 必将在农业 医学和食 品 科 学等领 域具 有更 加广 阔 的应 用前 景 5问题 与 探 讨 关于 A F P s的命名 目前存在 A F P s T H P s 和冰结 合蛋 白 i c e s t r u c t u r i n g p r o t e i n s 三种说法 这三种 命 名方 法 大致都 是从 结 构 和 功 能 方 面来 考 虑 的 均 有 它们 的 合 理 性 其 中有 学 者 专 门撰 文 指 出 A F P s 容 易造 成 它 具 有 阻 止 冻 即结 冰 的误 解 而实 际上 该 类 蛋 白是 与 冰 结 合 通 过 控 制 冰 晶 的大 小 形状 和 聚集来 影 响 冰 晶生 长 和作 用 另 外 一个 问题又产生 了 A F P s以其具有 的 T H A来确定其存 在的 那么是否应该称为热滞蛋 白更为合理 目前 已经 出版 的 文献 以 A F P s 命 名 为 主 已基 本 上 是 约 定 俗成 要 在 短 时 间 内改 变 可 能有 一定 的 难 度 因 1 2 生物 技 术 通报 Bi o t e c h n o l o g y Bu l l e t i n 2 0 1 o年第 1 o期 此 与其进 行命 名 之争 不如 暂 时 按 约定 俗 成 处 理 根据以后的研究成果再分类命名 为了把 A F P s中 的 A F G P也包括进 来 可 以考虑使 用 抗 冻蛋 白家 族 a n t i f r e e z e p r o t e i n s f a mi l y 来 统 领 这 类 蛋 白 如 果 以后 发现更 多 的种 类 不 妨 称 之 为 抗 冻 蛋 白超 家 族 a n t i f r e e z e p r o t e i n s s u p e r f a m i l y 这样 命名 比较 容易让 大多 数学者 接受 且符 合蛋 白质命 名 的惯 例 目前 A F P s 的研 究 主 要 关 注 其 本 身 的 结 构 功 能 作用机制 和应用 然而抗冻 低温保 护 是机体 对 低温 环境 的一 系列 复 杂 的适 应 性 调控 过 程 因此 必 然是 一个 多 基 因多 蛋 白 网络 参 与调 控 的 复 杂 过 程 所 以 在立 足 A F P s 本 身研 究 的同 时 适 度 的重 视 与其有 相互作 用 的基 因 和蛋 白的研 究 即对 A F P s 调 控 网络 的研 究 可 能对 揭示 A F P s的作用 机 制 和 功能有 一定帮 助 除 了上述 的一 些待 解决 的 问题外 在 昆虫 A F P s 方 面研 究 的 种类 相对 于 昆 虫 总 体 数 量 来 看 明显 不 够 因此其后 续 的作用机 制 功能 和应用 都无 法给予 比较满 意 的解 释 所 以 昆 虫 A F P s的研 究 尚有 许 多 谜 团等 待被揭 开 参 考 文 献 1 Ma d n r a J F i s h y p r o t e i n s P r o j e c t s i n S c i e n t i fi c C o m p u t i n g 2 0 0 1 2 2 2 3 2 D e V r i e s A L Wo h l s c h l a g D E F r e e z i n g r e s i s t a n c e i n s o m e A n t a r c t i c fi s h e s S c i e n c e 1 9 6 9 1 6 3 8 7 1 1 0 7 3 1 0 7 5 3 D e V r i e s A L G l y c o p r o t e i n s a s b i o l o g i c a l a n t if r e e z e a g e n t s i n a n t a r c t i c fi s h e s S c i e n c e 1 9 7 1 1 7 2 9 8 8 1 1 5 2 1 1 5 5 4 D e V r i e s AL A n t i f r e e z e g l y c o p e p t id e s a n d p e p t i d e s in t e r a c t i o n w i t h i c e a n d wa t e r Me t h o d s E n z y mo l 1 9 8 6 1 2 7 2 9 3 3 0 3 5 E w a r t K V L in Q H e w C L S t r u c t u r e f u n c t i o n a n d e v o l u t i o n o f a n t i f r e e z e p r o t e i n s C e l l Mo l L i f e S e i 1 9 9 9 5 5 2 2 7 1 2 8 3 6 T y s h e n k o MG D o u c e t D D a v i e s P L e t a 1 T h e a n t i f r e e z e p o t e n t i a l o f t h e s p ru c e b u d wo r m t h e r ma l h y s t e r e s i s p r o t e i n Na t Bi o t e c h n o l 1 9 9 7 1 5 9 8 8 7 8 9 0 7 K r i s t i a n s e n E P e d e r s e n S R a ml o v H A n t i f r e e z e a c t i v i t y i n t h e e e r a m b y c i d b e e t l e R h a g i u m i n q u i s i t o r J C o m p P h y s i o l B 1 9 9 9 1 6 9 5 5 6 O 8 J i a Z D a v i e s P L A n t i f r e e z e p r o t e in s a n u n u s u a l r e c e p t o r l i g a n d i n t e r a e t i o n T r e n d s B i o c h e m S c i 2 0 0 2 2 7 2 1 0 1 1 0 6 9 G r a e t h e r S P K u i p e r MJ G a g n 6 S M e t a 1 B e t a h e l i x s t r u c t u r e a n d i c e b i n d i n g p r o p e r t i e s o f a h y p e r a c t i v e a n t i f r e e z e p r o t e i n f r o m a n i n s e c t N a t u r e 2 0 0 0 4 0 6 6 7 9 3 3 2 5 3 2 8 1 0 L i o u Y C T o c il j A D a v i e s P L e t a 1 Mi mi c r y o f i c e s t ruc t u r e b y s u r f a c e h y d r o x y l s a n d wa t e r o f a b e t a h e l ix a n t if r e e z e p r o t e i n Na t u r e 2 0 0 0 4 0 6 6 7 9 3 3 2 2 3 2 4 1 1 L i o u Y C T h i b a u l t P Wa l k e r VK e t a 1 A c o m p l e x f a m i l y o f h i g h l y h e t e r o g e n e o u s a nd i n t e r n a l l y r e p e t i t i v e h y p e r a c t i v e a n t i f r e e z e p r o t e i n s f r o m t h e b e e t l e T e n e b r i o m o l i t o r B i o c h e m i s t r y 1 9 9 9 3 8 3 5 1 l 41 5 1 1 4 2 4 1 2 R a ms a y J A T h e r e c t a l c o m p l e x o f t h e m e a l w o r m T e n e b r io mo l i t o r L C o l e o p t e r a P h il o s T r a n s R S o c L o n d B 1 9 6 4 2 4 8 7 4 8 2 7 9 3 1 4 1 3 D u m a n J G B e n n e t t V S f o n n o T e t a 1 A n t i fr e e z e p r o t e i n s i n A l a s k a n i n s e c t s a n d s p i d e r s J I n s e c t P h y s i o l 2 0 0 4 5 0 4 2 5 9 2 6 6 1 4 D u m a n J G S u b z e r o t e mp e r a t u r e t o l e r a n c e i n s p i d e r s t h e r o l e o f t h e rm a l h y s t e r e s i s f a c t o r s J C o m p P h y s i o l 1 9 7 9 1 3 1 4 3 4 7 3 5 2 1 5 H u s b y J A Z a e h a r i a s s e n K E A n t i f r e e z e a g e n t s i n t h e b o d y fl u i d o f w i n t e r a c t i v e i n s e c t s a n d s p i d e r s E x p e r e n t i a 1 9 8 0 3 6 8 9 6 3 9 6 4 1 6 B l o c k W Du ma n J G T h e p r e s e n c e o f t h e r ma l h y s t e r e s i s p r o d u c i n g a n t i f r e e z e p r o t e i n s i n t h e An t a r c t i c mi t e Al a s k o z e t e s a n t a r c t i c u s E x p Z o o l 1 9 8 9 2 5 0 2 2 2 9 2 3 1 1 7 S j n r s e n H S o mm e L S e a s o n a l c h a n g e s i n t o l e r a n c e t o c o l d a n d d e s i c e a t i o n i n P h a u l o p p ia s p A e a r i O r i b a t i d a f r o m F i n s e N o r w a y J I n s e c t P h y s i o l 2 0 0 0 4 6 1 0 1 3 8 7 1 3 9 6 1 8 T u r s ma n D D u ma n J G K n i g h t C A F r e e z e t o l e r a n c e a d a p t a t i o n s i n t h e c e n t i p e d e L i t h o b i u s f o o a t u s J E x p Z o o l 1 9 9 4 2 6 8 5 3 4 7 3 5 3 1 9 T u rs ma n D D u ma n J G C r y o p r o t e c t i v e e f f e c t s o f t h e rma l h y s t e r e s i s p r o t e i n o n s u r v i v o r s h i p o f f r o z e n g u t c e l l s f r o m t h e f r e e z e t o le r a n t c e n t i p e d e L i t h o b i u s f o rfic a t u s J E x p t l Z o o l 1 9 9 5 2 7 2 4 2 4 9 2 5 7 2 0 S i n c l a i r B J C h o w n S L H a e mo l y mp h o s m o l a l i t y a n d t h e rma l h y s t e r e s i s a c t i v i t y i n 1 7 s p e c i e s o f a r t h r o p o d s fro m s u b An t a r c t i c Ma r i o n I s l a n d P o l a r B i o l 2 0 0 2 2 5 1 2 9 2 8 9 3 3 2 1 K r i s t i a n s e n E R a ml o v H H a g e n L e t a 1 I s o l a t i o n a n d c h a r a c t e r i z a t i o n o f h e mo l y mp h a n t i f r e e z e p r o t e i n s f r o m l a r v a e o f t h e l o n g h o r n b e e t l e R h a g i u m i n q u i s i t o r L C o mp B i o c h e m P h y s i o l B B i o c h e m Mo l B i o l 2 0 0 5 1 4 2 1 9 0 9 7 2 2 H e w C L K a o MH S o Y S e t a 1 P r e s e n c e o f c y s t i n e c o n t a i n i n g a n t i f r e e z e p r o t e i n s i n t h e s p r u c e b u d w o r m C h o r is t o n e u r a mif e r a n a C a n J Z o o l 1 9 8 3 6 1 1 0 2 3 2 4 2 3 2 8 2 3 L i Y G o n g H P a r k H Y P u ri fi c a t i o n a n d p a r t i a l c h a r a c t e r i z a t i o n o f t h e r ma l h y s t e r e s i s p r o t e i n s f r o m o v e r 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