Клеточный антифриз [Clockwork]

[музыка] знаете что мне больше всего нравится в жизни на земле то что её можно найти везде вулканических жерла есть в безне океана с сокрушительным давлением Да в каплях парящих в тысячах метров над землёй конечно приспособляемость главная черта жизни она раст адаптируется и развивается на протяжении эов чтот неплохие шансы на выживание почти где угодно если у биологической системы будет несколько тысячелетий на то чтобы разобраться с новой средой вы обнаружите что фактически единственное требование для жизни на земле - это жидкая вода она нужна нашим клеткам чтобы обеспечивать химические процессы необходимые для выживания это удивительно учитывая что прямо сейчас когда вы смотрите это видео огромные Участки земли или покрыты льдами или вот-вот замёрзнут или замерзают периодически настолько что выживать там становится проблематично конечно крупные млекопитающие Такие как вы и я могут адаптироваться к этим местам мы умеем поддерживать тепло так что наши внутренности остаются мягкими и химически жизнеспособными почти всё время но животные подобные нам не поддерживают экосистему мы все просто отдыхаем на вершине пищевой цепи но как же самые маленькие живые существа которые состоят из одной клетки и даже дрожать не умеют или хладнокровные которые умудряются не замерзать и продолжают выживать в условиях низких температур Сегодня мы рассмотрим химическую адаптацию которая помогает выживать самым маленьким и важным обитателям полярных регионов Итак белки структурирующий Лёд и как они насмерть обнимают кристаллы [музыка] льда жизнь лучше всего изучать на молекулярном уровне подписывайтесь на этот канал чтобы вместе со мной исследовать странные и удивительные механизмы жизни в мельчайшей масштабе Итак выживание в полярных регионах требует очень много адаптации и стараний у существ которые не освоили теплокровность в ход идут любые преимущества многие из этих адаптаций широко освещены как В научных статьях так и на других YouTube каналах в бывшем Твиттере у меня есть подборка источников и дополнительных материалов Так что заглядывайте на страничку This Clockwork там всё это есть Прежде чем говорить о том как предотвратить замерзание воды Давайте вспомним физическую химию и посмотрим как она вообще замерзает в своих видео Я часто рассказываю о том насколько вода странная это одна из моих любимых тем как раз на примере замерзания эти Странности видны лучше всего напомню каждая молекула воды - это крошечный магнит с положительным и отрицательным полюсом в жидкой воде молекулы то слипаются то отклеиваются друг от друга в процессе постоянного движения но когда вода замерзает связи застывают в специфической структуре Вода кристаллизуется вот такие маленькие шестиугольники с пустым пространством в центре каждого Вот почему лёд менее плотный чем вода айсберги плавают и всё такое но я Отвлёкся важно знать что вода не мгновенно превращается в один огромный Кристалл когда вода начинает замерзать в в не образуется множество крошечных кристаллов которые затем растут даже быстрое замерзание - это процесс постепенный но как бы то ни было чтобы замёрзла масса воды кристаллам надо разрастаться Вот тут-то мы и можем предотвратить образование льда Самый распространённый способ затормозить рост кристаллов растворить в воде побольше веществ которые будут мешать молекулам слипаться примерно Поэтому с обледенением дорог борются с помощью соли но живых существ тут удобнее сравнить с Моро сахара и жиры в НМ помогают сохранять кристаллы льда маленькими за счёт этого оно не превращается в сплошной кусок льда и сохраняет текстуру вот почему когда некоторые животные находятся на грани замерзания у них выделяется большое количество глюкозы чтобы замерзание не стало катастрофическим отмечу что замерзание становится катастрофи для живых существ только когда эти кристаллы а протыкают мембрану живой клетки и разрушают её или б занимают слишком много места останавливая химические процессы Проблема в том что если просто напи сахара соли или ещ чего-нибудь во внутренние жидкости организма то это само по себе приводит к варианту б Итак эволюционное давление требует чтобы живые существа могли мешать кристаллам льда разрастаться не нарушая при этом баланс веществ растворённых в цитоплазме и внутриклеточной жидкости что же придумала эволюция А вот что это белки антифризы класс белков которые просто поражают воображение или как их стали называть структурирующий лёд белки а уж если совсем точно белки структури Я тут ни при ЧМ Я же не учёный и не я придумал эти названия эти удивительные штуковины умеют тормозить рост льда и концентрация при этом нужна совсем небольшая в 100 раз меньше чем сахара так как же они это делают вообще Это довольно удивительно Однако в таком ракурсе видно плоховато но с одной стороны у этих белков сайт связывания со льдом а с другой обычный пептидный скелет придающий структуру с этого ракурса сложно понять в чём дело запомните что с этой стороны на участке связывания со льдом У нас есть крошечные бугорки а потом повернём белок при смене ракурса видно что передняя часть предназначенная для связывания со льдом выглядит плоской в основном Она состоит из вторичных структур называемых бета складчатым листами они отлично подходят для геометрического структурирования белков и позволяют создавать сложные формы типа бочонков и всяких других Тут они выравнивают сторону которая будет соприкасаться со льдом Так ладно тут разобрались но как этим пользоваться здесь ВС становится удивительнее не только плоская форма листов но и то из чего Они сделаны Это относится Не ко всем белкам структурирующий лёд а только к тому который я показываю в этом конкретном белке содержится очень много аланина аланин - это аминокислота и здесь торчит её функциональная группа тут всё совсем весело потому что аланин - это гидрофобная аминокислота гидрофобная в том же смысле что и масло всё что покрыто достаточным количеством аланина отталкивает воду самое время задуматься если лёд - это вода как же тут может найтись место связывания со льдом представляете очень интересно вернёмся к моменту когда начинают формироваться кристаллы льда только теперь добавим немного белков антифризов эти белки отчаянно пытаются отвернуться своей гидрофобной стороной от воды а в результате благодаря этому неизбежно встречаются ей с кристаллом избегая жидкой воды они разворачиваются в сторону твёрдого льда потому что там гидрофобные силы слабее и вот тут эти бугорки на поверхности наконец обретают смыс поближе видите они идеально подставляются к шестиугольный кристаллика льда в теории Они прилегают настолько плотно что меньшие молекулярные силы могут взять вверх и нейтрализовать гидрофобную природу аланина вандерваальсовы силы цементирует эту связь белок по сути сливается с поверхностью кристалла и не даёт ему дальше расти если молекулы жидкой воды не соприкасаются с кристаллом то Игра окончена Кристалл просто перестанет увеличиваться белок антифриз Оста его рост буквально блокируя путь эти белки связываются с кристаллика льда и не дают им разрастись до такого размера чтобы вода полностью замёрзло некоторые классы белков структурирующий лёд понижают температуру замерзания воды на целых 6 градусов кажется что это немного но жизнь даже с незначительным преимуществом умудряется получить огромную выгоду эти белки позволяют диатомовый водорослям и бактериям проникать в холодные районы с низкой конкуренцией Они же пригождается планктону и рыбам которые питаются водорослями и бактериями в Арктике без структурирующий лёд белков у экосистемы в полярных регионах не было бы кормовой базы в том числе благодаря этому маленькому преимуществу на Земле есть вопить и Пингвины жизнь состоит из этих небольших преимуществ и белки чрезвычайно изобретательно находят хитрости которые помогают будущим поколением расти и процветать независимо от того какие испытания им выпадут именно эти крошечные улучшения в конечном итоге создают нас и я с интересом слежу за тем куда заведёт нас их потенциал Я очень ценю ваше время большое вам спасибо переведено и озвучено студии Верт дайдер