Proteína anticonxelante

As **proteínas anticonxelantes** (AFPs) ou **proteínas estruturantes do xeo** son unha clase de polipéptidos producidos por certos animais, plantas, fungos e bacterias que lles permiten sobrevivir a temperaturas por debaixo do punto de conxelación da auga. As proteínas anticonxelantes (PAC) teñen nas bases de datos de proteínas o símbolo **AFP** (do inglés *antifreeze proteín*), que é o que se utilizará neste artigo. As AFPs únense a pequenos cristais de xeo inhibindo o crecemento e recristalización do xeo, que doutro modo tería consecuencias mortais. Hai tamén cada vez máis probas de que as AFPs interaccionan coas membranas celulares de mamíferos para protexelas dos danos causados polo frío. Isto suxire a intervención das AFPs na aclimatación ao frío.

## Propiedades non coligativas 
A diferenza do anticonxelante de motores amplamente usado etilenglicol, as AFPs funcionan de maneira non coligativa.  Este fenómeno permítelles actuar como anticonxelante a concentracións de só 1/300 a 1/500 das doutros solutos disoltos. A súa baixa concentración minimiza o seu efecto sobre a presión osmótica.

## Histérese térmica 
As AFPs crean unha diferenza entre o punto de fusión e o punto de conxelación coñecida como histérese térmica. A adición de AFPs á interface entre o xeo sólido e a auga líquida inhibe o crecemento favorecido termodinamicamente do cristal de xeo. O crecemento do xeo é inhibido cineticamente polas AFPs cubrindo as superficies de xeo accesibles á auga.. En contraste, os organismos acuáticos están expostos só a de −1 a −2&nbsp;°C por debaixo da conxelación. Durante os meses de inverno extremo, o insecto lepidóptero *Choristoneura* resiste a conxelación a temperaturas que se aproximan aos −30&nbsp;°C. Poden funcionar en conxunción con proteínas nucleadoras do xeo para controlar a velocidade de propagación do xeo unha vez comezada a conxelación. As AFGPs evolucionaron por separado en nototenioides e nos bacallaus do norte. Nos nototenioides o xene da AFGP orixinouse a partir dun xene de serina protease similar ao tripsinóxeno ancestral.

*A AFP de tipo I encóntrase en *Pseudopleuronectes americanus* (solla vermella, un pleuronéctido), *Myoxocephalus octodecemspinosus* e *Myoxocephalus scorpius* (ambos cótidos). É a AFP mellor documentada porque foi a primeira na que se determinou a súa estrutura tridimensional. A AFP de tipo I consiste nunha soa hélice alfa longa anfipática dun tamaño de 3,3-4,5 kD. Ten tres caras na súa estrutura tridimensional: a face hidrófoba, a hidrófila e a face Thr-Asx. Esta capacidade deriva parcialmente das súas moitas repeticións do sitio para a unión ao xeo de tipo I.
*As AFPs de tipo II (por exemplo ) encóntranse nos Hemitripterinae, nos Osmeridae e no arenque. Son proteínas globulares ricas en cisteína que conteñen cinco pontes disulfuro. As AFPs de tipo II probablemente evolucionaron a partir de lectinas dependentes de calcio (tipo c). Os Hemitripterinae, Osmeridae e arenques son liñaxes bastante diverxentes de teleósteos. Se o xene da AFP estivese presente no antepasado común máis recente destas liñaxes, é peculiar que o xene estea espallado iregularmente por esas liñaxes, presente nalgunhas ordes e ausente noutras. Suxeriuse que a responsable desta discrepancia pode ser a transferencia lateral de xenes, de tal maneira que os Osmeridae terían adquirido o xene da AFP de tipo II a partir do arenque.
*As AFps de tipo III atópanse nos Zoarcidae antárticos. Presentan unha hidrofobidade global similar na unión a superficies de xeo que as AFPs de tipo I. O seu tamaño é de aproximadamente 6kD.
*As AFps de tipo IV () atópanse no *Myoxocephalus octodecemspinosus*. Son proteínas en hélice alfa ricas en glutamato e glutamina. Esta proteína é de   aproximadamente 12KDa e consta dun feixe de 4 hélices. As AFPs de plantas son bastante diferentes doutras AFPs nos seguintes aspectos:

#Teñen unha histérese térmica moito máis débil comparada con outras AFPs.
#A súa función fisiolóxica é probablemente inhibir a recristalización do xeo en vez de impedir a súa formación. Outros escaravellos (xénero *Rhagium*) teñen repeticións máis longas sen pontes disulfuro internas que formen un beta-solenoide comprimido (sándwich beta) con catro ringleiras de residuos de treonina, e esta AFP é estruturalmente similar á da modelada para a AFP non homóloga da avelaíña *Campaea perlata*. En contraste, a AFP de *Choristoneura* é un solenoide que lembra superficialmente a proteína de *Tenebrio*, cunha superficie de unión ao xeo similar, pero ten unha sección transversal triangular, con repeticións máis longas que carecen de pontes disulfuro internas. A  AFP de mosquitos é estruturalmente similar á de *Tenebrio* e *Dendroides*, pero o beta-solenoide sostido por pontes disulfuro fórmase a partir de repeticións máis curtas de 10 aminoácidos, e, ademais, en vez de treonina, a superficie de unión ao xeo consta dunha soa ringleira de residuos de tirosina. 

Os colémbolos (actualmente non considerados insectos senón un tipo de Hexapoda, tamén con 6 patas) teñen algunhas especies que viven no Canadá, que producen AFPs hiperactivas. 

Outros insectos como o escaravello de Alasca *Upis ceramboides*, producen anticonxelantes hiperactivos que son aínda menos similares, xa que non son polímeros de aminoácidos (proteínas) senón polímeros de azucres (xilomananos). 

En conxunto, isto suxire que a maioría das AFPs e anticonxelantes orixináronse despois de que diverxesen as liñaxes que deron lugar a estes insectos. As semellanzas que comparten son o resultado de evolución converxente.

### AFPs dos microorganismos do xeo mariño 
Moitos microorganismos que viven no xeo oceánico posúen AFPs que pertencen a unha soa familia. As diatomeas *Fragilariopsis cylindrus* e *F. curta* exercen un papel clave nas comunidades de xeo oceánico dos mares polares, dominando as ensamblaxes tanto das capas de plaquetas de xeo coma dentro do xeo compacto. As AFPs son comúns nestas especies e a presenza de xenes de AFPs constituíndo unha familia multixénica indica a importancia deste grupo de xenes para o xénero *Fragilariopsis*. As AFPs identificadas en *F. cylindrus* pertencen á familia de AFPs que está representada en diferentes taxons e pode encontrarse noutros organismos relacionados co xeo mariño (*Colwellia* spp., *Navicula glaciei*, *Chaetoceros neogracile*, *Stephos longipes e Leucosporidium antarcticum*) e as bacerias do xeo terrestre antártico (Flavobacteriaceae), así como en fungos tolerantes ao frío (*Typhula ishikariensis*, *Lentinula edodes* e *Flammulina populicola*).

Resolvéronse varias estruturas das AFPs das comunidade do xeo mariño. Esta familia de proteínas prégase nunha hélice beta que forma unha superficie plana de unión ao xeo. A diferenza doutras AFPs, non hai un motivo de secuencia singular para o sitio de unión ao xeo.

As AFP encontradas no metaxenoma do ciliado *Euplotes focardii* e de bacterias psicrofílicas teñen unha capacidade de inhibición da recristalización eficiente do xeo. Unha concentración 1 μM da proteína de unión ao xeo do consorcio de *Euplotes focardii*  (*Efc*IBP) é suficiente para a inhibición total da recristalización do xeo a temperaturas de –7,4&nbsp;°C. Esta inhibición da recristalización do xeo axuda ás bacterias a tolerar o xeo en lugar de impedir a súa formación. A *Efc*IBP produce tamén un intervalo de histérese térmica, pero esta capacidade non é tan eficiente coma a capacidade de inhibición da recristalización do xeo. A *Efc*IBP axuda a protexer tanto proteínas purificadas coma células bacterianas completas das temperaturas de conxelación. A proteína fluorescente verde é funcional despois de varios ciclos de conxelación e fusión cando se incuba con *Efc*IBP. A bacteria *Escherichia coli* sobrevive durante longos períodos a unha temperatura de 0&nbsp;°C cando se insire no seu xenoma o xene *efcIBP*. O arrefriamento da Antártida orixinado por esta corrente causou unha extinción en masa de especies de teleósteos que eran incapaces de soportar temperaturas de conxelación. As especies de peixes nototenioides que adquiriron a glicoproteína anticonxelante foron quen de sobrevivir ao evento de glaciación e diversificarse en novos nichos. Mais, aínda que as dúas ordes de peixes teñen proteínas anticonxelantes similares, as especies de bacallaus conteñen arxinina na AFG, mentres que os nototenioides antárticos non. A investigación previa encontrou varios potenciadores destas proteínas anticonxelantes de escaravellos incluíndo unha proteína similar á taumatina e policarboxilatos. As modificacións da DAFP-1 co reactivo específico de arxinina tiveron como resultado a perda parcial ou completa da histérese térmica en DAFP-1, o que indica que a arxinina xoga un papel crucial na potenciación desta capacidade. A actividade de histérese térmica de DAFP-4 non estaba afectada polo pH a non ser que haxa unha baixa concentración de solutos (pH 1) na cal a histérese térmica descende. A dirección da transferencia pénsase que foi desde o arenque ao osmérido, xa que o arenque ten 8 veces máis copias do xene AFP que os osméridos e os segmentos do xene no osmérido albergan elementos transpoñibles que son característicos e comúns nos arenques pero non atopados noutros peixes.
A actividade da glicoproteína anticonxelante foi observada en varias especies de peixes teleósteos, incluíndo os zoárcidos, cotoideos, especies de bacallaus (gádidos). As especies de peixes que posúen as glicoproteínas anticonxelantes expresan diferentes niveis de actividade proteica. O bacallau polar *Boreogadus saida* exhibe unha actividade proteica e propiedades similares ás da especie antártica *Pagothenia borchgrevinki* (antes *Trematomus borchgrevinki*). A transferencia horizontal de xenes é responsable da presenza de proteínas anticonxelantes do xeo en dúas especies de diatomeas mariñas: *Fragilariopsis cylindrus* e *F. curta*. Adsórbense a planos non basais do xeo, inhibindo o crecemento do xeo favorecido termodinamicamente. A presenza dunha superficie plana e ríxida nalgunhas AFPs parece facilitar a súa interacción co xeo por medio de complementariedade de superficie.

## Unión ao xeo 
Normalmente, os cristais de xeo que crecen en solución soamente mostran as caras basal (0001) e de prisma (1010) e aparecen como discos redondos e planos. Baseándose en estudos sobre a AFP de tipo I críase inicialmente que o xeo e a AFP interaccionaban por medio de pontes de hidróxeno (Raymond e DeVries, 1977). Porén, cando se mutaban as partes da proteína que se cría que facilitaban a formación destas pontes de hidróxeno, a diminución hipotetizada na actividade anticonxelante non se observaba. Datos recentes suxiren que as interaccións hidrofóbicas poderían ser o contribuínte principal a este efecto. É difícil discernir o mecanismo exacto de unión debido á complexa interface auga-xeo. Actualmente, os intentos de descubrir o mecanismo preciso fanse usando programas de modelaxe molecular (dinámica molecular ou o método Monte Carlo). o mecanismo anticonxelante da molécula de AFP de tipo I debíase á unión a unha estrutura de nucleación do xeo de tipo cremalleira por medio de pontes de hidróxeno entre grupos hidroxilo dos seus catro residuos de treonina (Thr) e os oxíxenos ao longo da dirección [01\overline{1}2] nunha retícula de xeo, seguidamente parando ou retardando o crecemento dos planos piramidais do xeo, diminuíndo así o punto de conxelación. Estas proteínas foron despois chamadas glicoproteínas anticonxelantes (AFGPs) ou glicopéptidos anticonxelantes para distinguilas dos recentemente descubertos axentes anticonxelantes biolóxicos non glicoproteicos (AFPs). DeVries traballou con Robert Feeney (1970) para caracterizar as propiedades químicas e físicas das proteínas anticonxelantes. En 1992, Griffith *et al.* documentaron o seu descubrimento de AFPs en follas do centeo de inverno. O seguinte ano, Duman e Olsen sinalaron que se descubriran AFPs nunhas 23 especies de anxiospermas, incluíndo algunhas comidas polos humanos. Informaron tamén da súa presenza en fungos e bacterias.

## Cambio de nome 
Fixéronse intentos recentes de renomear as proteínas anticonxelantes como proteínas estruturantes do xeo para representar con máis exactitude a súa función e para eliminar calquera relación negativa que se puidese asumir entre as AFPs e os anticonxelantes para motores (etilenglicol). Estas dúas cousas son entidades completamente distintas e só son similares na súa función.

## Aplicacións comerciais e médicas 
Poden beneficiarse numerosos campos da protección dos danos nos tecidos causados pola conxelación. Usos posibles son:
* Incrementar a tolerancia á conxelación de plantas agrícolas e ampliación da tempada de colleita en climas máis fríos.
* Mellorar a produción en acuicultura en climas máis fríos.
* Alongar o tempo de caducidade nas tendas de alimentos conxelados.
* Mellorar a criocirurxía.
* Mellorar a preservación de tecidos para o transplante ou transfusión en medicina.
* Terapia para a hipotermia.
* Criopreservación humana (Criónica)

A compañía Unilever obtivo a aprobación no Reino Unido, Estados Unidos, Unión Europea, México, China, Filipinas, Australia e Nova Zelandia do uso de lévedos modificados xeneticamente para producir proteínas anticonxelantes de peixes para usalas na produción de xeados. Puxeron na etiqueta "ISP" ou proteína estruturante do xeo nas súas siglas en inglés, en vez de AFP ou proteína anticonxelante.

## Noticias recentes 
Un recente uso comercial xa comentado foi engadir AFPs a xeados e iogures. Este ingrediente, etiquetado proteína estruturante do xeo foi aprobado nos Estados Un idos pola FDA. As proteínas íllanse de peixes e replícanse a grande escala en lévedos modificados xeneticamente (transxénicos).

Isto suscitou a preocupación das organizacións que se opoñen ao uso de organismos modificados xeneticamente (OMXs) que cren que as proteínas anticonxelantes poden causar inflamación. A inxestión de AFPs na dieta é xa probablemente substancial en moitas rexións do norte e temperadas As AFPs controlan o crecemento de cristais de xeo no xeado causado ao derreterse no cargadoiro ou na mesa da cociña, que reduce a calidade da textura.

En 2009 publicouse o descubrimento dunha molécula nun escaravello de Alasca (*Upis ceramboides*) que se comporta como unha AFP, pero non é de natureza proteica, senón un xilomanano composto por azucres unidos a ácidos graxos.

En 2021, científicos do EPFL e da Universidade de Warwick identificaron un péptido con propiedades similares ás das proteínas anticonxelantes.

## Notas 
## Véxase tamén 
### Bibliografía 
* 
* 

### Ligazóns externas 
*Frío, a pura realidade: Anticonxelante de peixes producido no páncreas
*Proteínas anticonxelantes: molécula do mes , de David Goodsell, RCSB Protein Data Bank
*