结合冰的分子阻止冰的生长起到天然防冻剂的作用

某些分子与冰的表面紧密结合，形成弯曲的界面，可以阻止冰的进一步生长。一些昆虫，植物和海洋生物含有这种蛋白质分子，它们充当天然的防冻剂，使生物体能够承受冰冻温度。

在《化学物理学杂志》上，科学家们报告了一种计算方法，该模型使用偏向技术来驱动冰的形成，从而在模拟中模拟冰的结合。

抗冻蛋白通过与冰和液态水之间现有的界面结合而起作用。产生的弯曲表面阻止了冰的生长。也有冰核分子催化过冷的液态水形成冰。

两种现象都需要了解分子与冰结合的方式。了解冰的结合对于诸如冷冻保存器官和气候模型等多种应用很重要，但是迄今为止，还没有有效的方法可以有效地模拟这种现象。

作者Valeria Molinero说：“偏冰模拟方法的主要优势在于，它可以同时识别冰层的表面，它所结合的冰面以及结合的方式。”

研究人员创建了两种类型的模型。一种类型是全原子模型，其中包含水的液相和冰相以及防冻型分子中的所有原子。研究的另一种类型的模型称为粗粒度模型，该模型通过将原子混合到更简单的结构中来节省计算资源。

这项研究研究了许多与冰结合的分子，包括聚乙烯醇，一种合成的冰再结晶抑制剂以及天然的防冻蛋白，例如甲虫黄粉虫的一种。蛋白质具有非常小的结合冰的表面，因此提出了模拟挑战。这限制了它们可以结合的冰晶的大小。

一些系统拥有多个可以结冰的位置。海冰硅藻Frailariopsis cylindrus中的天然抗冻蛋白就是这种情况。为了确定这种蛋白质是否具有多个冰结合表面(IBS)，研究人员开发了一种他们称为“加盖并重复”的方法。

Molinero说：“在这种策略中，我们首先进行了有偏见的模拟来检测IBS。然后，我们对IBS进行封盖，以防止在其上结冰，然后进行第二次有白因的模拟，以了解是否在其他地点形成了冰块。”

这项研究中开发的方法在许多应用中显示出巨大的希望，包括寻找在存储过程中保护冷冻组织的分子，进一步了解天然抗冻蛋白，以及在气候模型中，大气中的冰核起着关键作用。

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