防冻蛋白阻止冰生长的动力学机制
生物物理
2015-06-22 v3 软凝聚态物质
化学物理
摘要
藻类、昆虫和鱼类在低于正常冰点温度下存活的迷人能力是由防冻蛋白（AFPs）实现的。这些表面活性分子与扩散的水/冰界面相互作用，从而阻止完全固化。我们提出了一种关于这些蛋白如何抑制水结冰的新动力学机制。我们应用 Ginzburg-Landau 型方法来描述双组分系统（冰、AFP）中的相分离。自由能密度涉及两个场：一个是低 AFP 浓度的冰相，另一个是高 AFP 浓度的液态水。冰的时间演化揭示了在 AFP 存在下由相分离产生的微观结构。我们观察到预冰结构的更快聚集，这与 AFP 作用下晶粒尺寸的锁定有关，这是一个本质上的动力学过程。额外水分子的吸附受到抑制，冰晶粒的进一步生长停止。冰与水之间的界面能降低，使得 AFP 能够形成更小的临界冰核。类似于磁性材料中的磁滞现象，我们观察到了热力学磁滞，导致冰点降低呈现非线性密度依赖性，这与实验结果一致。
关键词
引用
@article{arxiv.1406.5029,
title = {Dynamical mechanism of antifreeze proteins to prevent ice growth},
author = {B. Kutschan and K. Morawetz and S. Thoms},
journal= {arXiv preprint arXiv:1406.5029},
year = {2015}
}