南极章鱼在地球上最冷的海洋中生存而不会结冰。如何？

南极章鱼生活在世界上最冷的水域，在那里温度峰值在 10°C （50°F） 下，并经常降至近 -2°C （28°F）。这些“冷血”生物如何在如此极端的情况下生存下来一直是一个谜。

古怪的章鱼属帕雷酮最近被发现用他们的三颗心泵送特殊类型的蓝血在他们的身体周围，即使在南极洲这样的超冷环境中也为组织提供氧气。

与许多其他物种相似生活在永久寒冷的水中，这些章鱼似乎也有“冷适应”酶，根据美国海洋生物实验室领导的一项调查。

这些蛋白质在一系列生化反应中起着关键作用。在南极生物中，它们独特的灵活性使它们即使在较低的温度下也能发挥作用，而来自更温带章鱼的酶减速 25%面对类似的极端。

可溶性酶 - 就像那些分解我们肠道中食物的酶 - 可以更容易地适应不同的温度，因为它们参与特定的反应。但并不是体内所有的酶都能负担得起这种灵活性。有些被吸入细胞膜，它们的“工作条件”要严格得多。

这些蛋白质“泵”或通道将重要的离子带入和带出细胞，产生允许能量传播的梯度。

那么这些特殊的酶是如何应对南极洲的寒冷的呢？

来自波多黎各大学海洋生物实验室和美国国家神经疾病和中风研究所的研究人员决定深入研究细节。

他们创建了两个模型：一个基于在南极章鱼中发现的钠钾泵酶（帕雷酮），另一个基于在温带物种中发现的相同泵，称为双斑章鱼（双斑章鱼).

作者选择了这种酶因为它以一个三磷酸腺苷（ATP）分子为代价输出三个钠离子并进口两个钾离子，而三磷酸腺苷是细胞能量的来源。这种交换对于细胞兴奋性和溶质的转运至关重要。

“由于其核心重要性，[钠钾泵]应该受到强有力的选择，以便在不同的热环境中有效运行，”作者说。解释.

正如研究小组所怀疑的那样，南极泵在-1.8°C下的表现比温带泵更好。它对寒冷的内在敏感性较低。

形成南极泵的构建块或氨基酸与温带章鱼物种的构建块或氨基酸略有不同。

研究人员总共计算了南极氨基酸序列上的12个位置，其中突变似乎赋予了对寒冷的抵抗力。

通过一次将这些突变添加到模型中，研究人员发现，特别是三个突变共同作用，以提供泵的大部分耐寒性。

更重要的是，这些突变中的大多数位于泵和细胞膜其余部分之间的界面上。

在L314V位置的一个突变对该批次的影响最大。没有它，泵不再在接近冰点的温度下工作。

研究人员需要进一步研究这种突变背后的细节，但可能是这个特定位置的这种不同氨基酸以某种方式为泵在细胞膜内提供了额外的回旋余地。

来自美国国家神经疾病和中风研究所的生物物理学家Miguel Holmgren并不感到惊讶，蛋白质和膜之间的界面将成为这种适应的场所。

“这对我们来说是有道理的，”他说.

作者现在希望对南极洲章鱼的蛋白质泵如何保持细胞在寒冷的温度下放电进行进一步的实验。

该研究发表在美国国家科学院院士.

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