南極章魚在地球上最冷的海洋中生存而不會結冰。如何？

南極章魚生活在世界上最冷的水域，在那里溫度峰值在 10°C （50°F） 下，并經(jīng)常降至近 -2°C （28°F）。這些“冷血”生物如何在如此極端的情況下生存下來一直是一個謎。

古怪的章魚屬帕雷酮最近被發(fā)現(xiàn)用他們的三顆心泵送特殊類型的藍血在他們的身體周圍，即使在南極洲這樣的超冷環(huán)境中也為組織提供氧氣。

與許多其他物種相似生活在永久寒冷的水中，這些章魚似乎也有“冷適應”酶，根據(jù)美國海洋生物實驗室領導的一項調查。

這些蛋白質在一系列生化反應中起著關鍵作用。在南極生物中，它們獨特的靈活性使它們即使在較低的溫度下也能發(fā)揮作用，而來自更溫帶章魚的酶減速 25%面對類似的極端。

可溶性酶 - 就像那些分解我們腸道中食物的酶 - 可以更容易地適應不同的溫度，因為它們參與特定的反應。但并不是體內所有的酶都能負擔得起這種靈活性。有些被吸入細胞膜，它們的“工作條件”要嚴格得多。

這些蛋白質“泵”或通道將重要的離子帶入和帶出細胞，產生允許能量傳播的梯度。

那么這些特殊的酶是如何應對南極洲的寒冷的呢？

來自波多黎各大學海洋生物實驗室和美國國家神經(jīng)疾病和中風研究所的研究人員決定深入研究細節(jié)。

他們創(chuàng)建了兩個模型：一個基于在南極章魚中發(fā)現(xiàn)的鈉鉀泵酶（帕雷酮），另一個基于在溫帶物種中發(fā)現(xiàn)的相同泵，稱為雙斑章魚（雙斑章魚).

作者選擇了這種酶因為它以一個三磷酸腺苷（ATP）分子為代價輸出三個鈉離子并進口兩個鉀離子，而三磷酸腺苷是細胞能量的來源。這種交換對于細胞興奮性和溶質的轉運至關重要。

“由于其核心重要性，[鈉鉀泵]應該受到強有力的選擇，以便在不同的熱環(huán)境中有效運行，”作者說。解釋.

正如研究小組所懷疑的那樣，南極泵在-1.8°C下的表現(xiàn)比溫帶泵更好。它對寒冷的內在敏感性較低。

形成南極泵的構建塊或氨基酸與溫帶章魚物種的構建塊或氨基酸略有不同。

研究人員總共計算了南極氨基酸序列上的12個位置，其中突變似乎賦予了對寒冷的抵抗力。

通過一次將這些突變添加到模型中，研究人員發(fā)現(xiàn)，特別是三個突變共同作用，以提供泵的大部分耐寒性。

更重要的是，這些突變中的大多數(shù)位于泵和細胞膜其余部分之間的界面上。

在L314V位置的一個突變對該批次的影響最大。沒有它，泵不再在接近冰點的溫度下工作。

研究人員需要進一步研究這種突變背后的細節(jié)，但可能是這個特定位置的這種不同氨基酸以某種方式為泵在細胞膜內提供了額外的回旋余地。

來自美國國家神經(jīng)疾病和中風研究所的生物物理學家Miguel Holmgren并不感到驚訝，蛋白質和膜之間的界面將成為這種適應的場所。

“這對我們來說是有道理的，”他說.

作者現(xiàn)在希望對南極洲章魚的蛋白質泵如何保持細胞在寒冷的溫度下放電進行進一步的實驗。

該研究發(fā)表在美國國家科學院院士.

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