Bacterias plantas los insectos y los peces utilizan proteínas anticongelantes para protegerse del frío. Las proteínas bloquean el crecimiento de los cristales de hielo. En un nuevo estudio, un equipo de investigación germano-israelí ha confirmado que estas proteínas también poseen una segunda propiedad inusual:a bajas temperaturas, pueden promover más que inhibir el crecimiento de cristales de hielo.

El estudio reunió a investigadores de la Universidad de Bielefeld, la Universidad Hebrea de Jerusalén y el Instituto de Ciencias Weizmann en Rehovot (Israel). Se publica en el Revista de letras de química física .

"Estamos estudiando cuán especial, Las proteínas naturales influyen en el más pequeño de los cristales de hielo:los embriones de cristal, "dice el profesor Dr. Thomas Koop. El químico dirige el grupo de investigación de Química Física y Atmosférica de la Universidad de Bielefeld.

"Normalmente, tales proteínas aseguran que los embriones de cristales se neutralicen y no se conviertan en grandes cristales de hielo, ", dice. Esa dinámica es esencial para la supervivencia de las larvas del escarabajo del gusano de la harina, por ejemplo. Utilizan una proteína para proteger la piel y los fluidos corporales del daño causado por los cristales de hielo. Cuando la temperatura exterior desciende, las larvas secretan una proteína anticongelante en sus fluidos corporales. Las moléculas de proteína cubren la superficie de los embriones de cristal, evitando así que crezcan lo suficiente como para dañar las células.

"Por el contrario, hay muchos otros organismos que pueden beneficiarse de hacer que el agua se convierta en hielo, "dice Koop. Este es el caso de ciertas bacterias que desencadenan la formación de hielo, por ejemplo. Secretan proteínas en las que se pueden formar embriones de cristal, o nucleados del agua líquida fría, y luego crecer en grandes cristales de hielo. Algunas bacterias pueden usar esto para abrir la piel de un tomate.

Hasta ahora, La ciencia ha visto las proteínas que promueven el hielo y las que inhiben el hielo como dos tipos diferentes de proteínas. Esto también se indica por sus diferentes tamaños:las proteínas inhibidoras del hielo están formadas por pequeñas moléculas; proteínas promotoras de hielo, de grande, moléculas largas.

"Sin embargo, Los nuevos experimentos muestran que una molécula anticongelante no puede simplemente inhibir el crecimiento de hielo, también puede desencadenar su crecimiento, "dice Koop.

Los científicos han probado dos proteínas anticongelantes naturales:una proteína de las larvas del escarabajo del gusano de la harina y una proteína de un pez ártico. el puchero del océano. Observaron el efecto de las proteínas en chips de microfluidos delgados desarrollados en el Instituto Weizmann, que están impregnados de canales microscópicamente pequeños con trampas de gotas. Tomaron agua destilada pura y agregaron una concentración determinada de la proteína específica. Luego inyectaron esta solución de proteína en el chip. En el chip Se recogieron diminutas gotas de agua en las trampas de gotitas. Luego colocaron los chips en una cámara de enfriamiento con temperatura controlada que los enfrió a menos 40 grados.

"Las gotas puras en nuestro chip deberían congelarse primero a menos 38,4 grados, "dice Koop. Sin embargo, ocurrió lo contrario. "Cuando las gotas contenían las proteínas anticongelantes que supuestamente inhiben el hielo, los embriones de cristales de hielo ya comenzaron a formarse y crecer a temperaturas más cálidas ". en el caso de la proteína de las larvas del escarabajo del gusano de la harina, la mitad de todas las gotas ya comenzaron a congelarse a menos 33,9 grados. "Esto nos permitió demostrar que si las proteínas anticongelantes tienen propiedades inhibidoras o promotoras del hielo depende de la temperatura. Se ha especulado sobre la ambivalencia de tales proteínas durante muchos años, pero somos los primeros en confirmarlo de forma experimental, "dice el profesor Dr. Ido Braslavsky de la Universidad Hebrea de Jerusalén. El profesor Dr. Yinon Rudich del Instituto Weizmann agrega:"Fue solo tener el chip lo que nos permitió estudiar experimentalmente la formación de hielo a través de proteínas anticongelantes".

Algunos de los experimentos para el estudio se llevaron a cabo en la Universidad de Bielefeld. Los experimentos de congelación complementarios y los chips utilizados para estudiar el agua y las soluciones de proteínas provienen del Instituto de Ciencias Weizmann en Rehovot. Las proteínas anticongelantes de las larvas del escarabajo del gusano de la harina y el pescado ártico se produjeron en la Universidad Hebrea de Jerusalén en el campus de Rehovot. Allí también se demostró la inhibición del hielo de las mismas soluciones de proteínas.

Las proteínas que inhiben y promueven el hielo no solo son comunes en la naturaleza. Hoy en día, también se utilizan como ayudas técnicas. Por ejemplo, Las proteínas anticongelantes en el barniz pueden ayudar a proteger las superficies barnizadas de las heladas. Las proteínas también se pueden agregar al helado para ayudar a mantenerlo cremoso. Las proteínas formadoras de hielo se utilizan en, por ejemplo, estaciones de esquí para que la nieve artificial ya se pueda producir a una temperatura de menos 3 grados sin tener que esperar a que las temperaturas bajen más.