高媛，田淑琴

(西南民族大學生命科學與技術學院，四川成都 610041)

處于嚴寒地帶的生物由于自然選擇而產生了抗凍蛋白從而具有對抗冰凍的能力?？箖龅鞍?Antifreeze proteins，AFPs)是一類在結冰或亞結冰條件下，能抑制冰晶生長從而保護生物有機體免受冰凍傷害的蛋白質，現已從魚類、昆蟲 、植物、細菌和真菌等許多物種中被發(fā)現。另外，也可通過低溫選育，低溫或脫落酸(ABA)誘導等手段獲得抗凍蛋白。

一、抗凍蛋白作用機制

只有滿足冰必須在胞外形成，且冰晶的大小及形狀受到控制這兩個條件，抗凍生物才能免受冷凍的傷害。要了解抗凍蛋白的作用機制，首先要明確熱滯活性(Thermal hysteresis activity，THA)，即熔點與冰點之差；非依數性，是指冰點的降低決定于AFP的性質而非溶液中分子的數量；重結晶抑制作用(Recrystallization inhibition)。過冷卻點在致冷因素持續(xù)作用下降至某溫度時，過冷狀態(tài)迅速瓦解發(fā)生凍結，該溫度即組織的過冷卻點。生物學物學研究中常把過冷卻點作為生物體抗寒性和抗凍性的重要評價指標。

抗凍蛋白的作用機制尚不清楚，目前有“氫鍵結合”模型，“表面互補”模型理論等，還需要更進一步的研究。

二、抗凍蛋白的特征

抗凍蛋白保護有機體免受結冰引起的傷害，具有3個基本特征：冰晶形態(tài)效應、熱滯效應(ThermaHysteresi，TH)、重結晶抑制效應?？箖龅鞍讓Ρ螒B(tài)具有明顯的修飾作用, 對冰晶的修飾可改變冰晶的形狀，基本上可分為六棱雙金字塔和六棱盤或六棱柱這兩大類 ，這已經成為檢驗蛋白質是否具有抗凍活性的一項重要指標。并且，抗凍蛋白通過在冰晶表面的特異性吸附，阻止冰晶的生長，最終產生熱滯效應和重結晶抑制作用。

只影響結冰而不影響熔化的特殊的熱滯效應是AFPs的重要特征，能使溶液的冰點低于熔點，從而抑制冰晶的生長，特別是在較低的濃度下就有抑制重結晶作用，保護生物免受凍害的影響。另外，抗凍蛋白的產生不僅具有明顯的季節(jié)性，而且不同種屬差異性很大，抗凍蛋白具有很好的熱穩(wěn)定性而且分子和結構具有多樣性的特點。

三、抗凍蛋白的類型

抗凍蛋白包括抗凍糖蛋白、抗凍蛋白I、抗凍蛋白Ⅱ、抗凍蛋白Ⅲ、抗凍蛋白Ⅳ。

（一）魚類抗凍蛋白郝鳳霞等研究發(fā)現魚源Ⅲ型抗凍蛋白的濃度在50 mg/ml時抗凍效果最好，在-80℃時基本可以代替甘油用于菌種保存。長角杜夫魚IV型AFP具有抗凍活性，與大黃魚相比較既可知其IV型AFP不具有抗凍活性。

（二）昆蟲抗凍蛋白目前對于昆蟲抗凍蛋白的研究主要集中在黃粉甲、云杉卷葉蛾和赤翅甲累昆蟲，對于昆蟲抗凍蛋白的克隆和表達是研究抗凍蛋白活性和功能的主要途徑，邱立明等研究發(fā)現目前在 GenBank注冊的昆蟲抗凍蛋白基因約100個，集中于9種昆蟲隸屬鞘翅目3個科和鱗翅目1個科。昆蟲抗凍蛋白的天然表達具有物種見和同種型間的多樣性的特點。

（三）植物抗凍蛋白植物抗凍蛋白同時具有抗凍、抗病雙重功能。植物抗凍蛋白提高植物抗凍性的主要途徑不是阻止冰晶的形成，而是調控胞外冰晶的增長及抑制冰的重結晶，避免冰晶增大而產生致死性的機械損傷。

冬黑麥、歐白英、卷心菜、羽衣甘藍、歐洲云杉、花生、冬小麥、胡蘿卜、黑麥草、桃樹、沙冬青、唐古特紅景天等植物中通過冷誘導分離和鑒定了抗凍蛋白。其中以胡蘿卜和冬黑麥抗凍蛋白研究得最為詳細，已經分別克隆了它們的編碼序列。植物抗寒基因工程主要有兩方面的研究，一方面是調控性蛋白基因的導入，調控寒冷信號傳導、抗寒基因表達和抗寒蛋白活性；另一方面是與提高植物抗寒性直接相關的功能性蛋白基因的導入。

（四）水產抗凍蛋白對水產抗凍蛋白的研究主要集中在水產脊椎動物抗凍蛋白和水產無脊椎動物和海藻類抗凍蛋白。研究水產抗凍蛋白對于提高水產業(yè)的經濟價值有很大意義。

（五）細菌及真菌抗凍蛋白細菌及真菌抗凍蛋白的研究目前較少，有待進一步更加深入的研究。

四、討論

抗寒性是由多基因控制的，而且還與其它環(huán)境因子的脅迫發(fā)生交叉作用，這就增加了抗寒機制研究的復雜性。在植物抗凍基因工程和細胞低溫貯存等方面，植物抗凍蛋白比魚類抗凍蛋白和昆蟲抗凍蛋白具有更大的應用價值。

當然，讓抗凍蛋白發(fā)揮其獨特并廣泛的作用，我們還要面臨很多挑戰(zhàn)。若是能通過基因工程等手段從極地魚得到足夠量的抗凍蛋白，就能夠對各種魚類的養(yǎng)殖進行改進從而獲得巨大的經濟效益。能否將極地魚的抗凍蛋白通過基因工程的手段整合到牛、羊豬等常見家畜的體內，從而擴大這類動物的生存環(huán)境，進而促進環(huán)境向更加生態(tài)的方向發(fā)展?；蚬こ瘫磉_抗凍蛋白需要克服表達量活性不高的問題。無毒的AFPs在醫(yī)療、農業(yè)和食品工業(yè)領域的應用具有巨大的潛力。有了抗凍蛋白，可保護器官移植過程中的器官以及組織，也能防止凍傷,且可防止農作物受到凍害?？傊?，對抗凍蛋白進行更深入的的研究，對于提高人類的生活質量具有重大的意義。

（略）