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Um anticongelante pode estimular a formação de gelo? Uma nova pesquisa comprova que algumas proteínas anticongelantes podem fazer as duas coisas

Foto: Bielefeld University

Imagem de um chip de pesquisa através de um microscopio: alta concentração de proteínas anticongelantes assegura que as gotas congelem (pontos escuros) a temperaturas menos frias do que usual. O anticongelamento é um meio de sobrevivência nos invernos muito frios: Proteínas anticongelantes naturais ajudam peixes, insetos, plantas e até bactérias a sobreviverem em climas de baixas temperaturas, que de outra forma transformariam seus fluidos corporais em lascas de gelo.

Estranhamente, sob condições muito frias, as mesmas proteínas também podem estimular a formação de cristais de gelo. Esta foi a constatação do experimento realizado em Israel e na Alemanha utilizando proteínas extraídas de peixes e besouros. Os resultados desse estudo, publicado na revista The Journal of Physical Chemistry Letters, podem ter implicações na compreensão dos processos básicos de formação de gelo.

Antes de mais nada, as proteínas anticongelantes não impedem a formação de gelo. Elas envolvem pequenos cristais de gelo – os núcleos que fornecem o “modelo” para o crescimento de cristais maiores – e os impedem de crescer. As larvas do besouro castanho, por exemplo, têm essas proteínas em sua carcaça externa, para afastar o gelo que poderia romper sua pele frágil.

Os cientistas queriam comparar as proteínas anticongelantes às proteínas naturais capazes de promover o crescimento de cristais de gelo. Algumas bactérias, por exemplo, são conhecidas por desenvolverem cristais de gelo afiados que rompem a pele dos tomates quando maduros. Embora se acreditasse que essas duas espécies de proteína fossem muito diferentes, estudos científicos anteriores sugerem que têm mais similaridades do que se imaginava.

A premissa básica tinha como base a ideia de que as proteínas anticongelantes têm uma região ativa capaz de se ligar ao gelo; e uma região que se liga ao gelo é capaz de suportar a formação de um núcleo inicial de gelo que tem o potencial de se transformar em um cristal de gelo. O problema é que, até agora, havia poucos meios de se isolarem de fato as ações dessas moléculas biológicas.

O presente estudo foi liderado pelo Prof. Thomas Koop da Universidade de Bielefeld na Alemanha, em colaboração com a equipe do Prof. Ido Braslavsky, da Universidade Hebraica de Jerusalém e do Prof. Yinon Rudich do Instituto Weizmann de Ciências. O estudo foi possível graças a um dispositivo desenvolvido pela equipe do Prof. Yinon Rudich, que eles batizaram de WISDOM (Weizmann Supercooled Droplets Observation on a Microarray, ou observação de gotículas super-resfriadas em uma micromatriz do Instituto Weizmann).

Esse dispositivo microfluídico tem canais microdimensionados e coletores de gotículas que permitiram aos pesquisadores capturar microgotículas de água ultrapura em cada seção. Em seguida, eles adicionaram volumes cuidadosamente calculados de proteínas anticongelantes purificadas, extraídas de larvas de besouros castanhos ou de uma espécie de peixe que vive no Ártico.

Uma vez adicionadas as proteínas anticongelantes às gotículas, eles resfriavam o material a temperaturas bem baixas. A água, apesar de já ter sido resfriada a temperaturas bem abaixo do ponto de congelamento (ou seja super-resfriada), ainda se encontrava em estado líquido, em parte devido à ausência de impurezas que geralmente faz com que congele a 0 ºC.

Desta forma, o gelo se formava somente quando a temperatura da água caía abaixo de -30 ºC. Essa configuração permitiu à equipe se certificar de que qualquer formação de gelo ou atividade que a impedisse se devia tão somente às ações das proteínas.

Embora as microgotículas em água pura, sem qualquer aditivo, começassem a formar gelo em torno dos -38.5 ºC, em cerca de metade das amostras com proteínas anticongelantes, os cristais de gelo começavam a se formar a uma temperatura mais alta – próxima dos -34 ºC. Em outras palavras, a determinadas temperaturas, extremas mas não desconhecidas
no planeta, o anticongelamento na verdade se torna pró-congelamento, dando início à formação de cristais de gelo.

A equipe comparou as duas descobertas ao que se sabe a respeito das proteínas naturais que promovem o crescimento dos cristais de gelo (proteínas nucleadoras de gelo, ou INPs). As INPs são capazes de formar gelo com eficiência a temperaturas mais altas do que aquelas em que as proteínas anticongelantes alternam seu processo para a formação de gelo.

Os cientistas agora têm a certeza de que a principal diferença está nas dimensões das proteínas – as INPs são substancialmente maiores. Desta forma, essa constatação acrescenta ao nosso conhecimento tanto da formação de gelo quanto da sua prevenção. Para o Prof. Rudich, cujo trabalho se concentra na atmosfera e no clima, essa informação pode ser útil na compreensão dos processos físicos que afetam a formação de nuvens, em que as proteínas e outras moléculas complexas causam um impacto no desenvolvimento de cristais de gelo nas nuvens.

Proteínas anticongelantes, como as extraídas dos peixes, são utilizadas na atualidade, entre outras coisas, para manter os sorvetes cremosos e manter superfícies externas congeladas. Este estudo sugere que essas proteínas pode ter limitações, e poderiam na verdade promover a formação de gelo quando expostas a temperaturas extremamente frias, como as que atingiram o continente norte-americano este ano. As INPs têm sua utilidade também, por exemplo, em estações de esqui que as utilizam para prolongar a duração da neve, sendo este estudo sobre proteínas anticongelantes, portanto, capaz de melhorar os métodos de geração de proteínas formadoras de gelo.

A pesquisa do Prof. Yinon Rudich tem o apoio do Centro de Pesquisa Nancy e Stephen Grand para Sensores e Segurança; do Centro Dr. Scholl para Recursos Hídricos e Clima; a Fundação da Família de David e Fela Shapell, do Fundo INCPM para Estudos Pré-Clínicos; do Centro da Família Sussman para o Estudo das Ciências Ambientais; do Fundo Beneficente Benoziyo para os Avanços da Ciência; do Instituto Ilse Katz para a Ciência de Materiais e a Pesquisa de Ressonância Magnética; do Centro De Botton de Oceanografia; de Dana e Yossie Hollander; do Fundo de Pesquisa do Câncer de Pulmão Herbert L. Janowsky; de Paul e Tina Gardner; de Adam Glickman; do espólio de Fannie Sherr; e do espólio de David Levinson.

fonte: Amigos do Instituto Weizmann

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