Ice-Nucleating and Antifreeze Proteins Recognize Ice through a Diversity of Anchored Clathrate and Ice-like Motifs

抗冻蛋白 化学 冰核 笼状水合物 冰晶 成核 结晶学 天体生物学 生物化学 生物 水合物 物理 有机化学 光学
作者
Arpa Hudait,Nathan Odendahl,Yuqing Qiu,Francesco Paesani,Valeria Molinero
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:140 (14): 4905-4912 被引量:125
标识
DOI:10.1021/jacs.8b01246
摘要

Cold-adapted organisms produce antifreeze and ice-nucleating proteins to prevent and promote ice formation. The crystal structure of hyperactive bacterial antifreeze protein (AFP) MpAFP suggests that this protein binds ice through an anchored clathrate motif. It is not known whether other hyperactive AFPs and ice-nucleating proteins (INPs) use the same motif to recognize or nucleate ice. Here we use molecular simulations to elucidate the ice-binding motifs of hyperactive insect AFPs and a model INP of Pseudomonas syringae. We find that insect AFPs recognize ice through anchored clathrate motifs distinct from that of MpAFP. By performing simulations of ice nucleation by PsINP, we identify two distinct ice-binding sites on opposite sides of the β-helix. The ice-nucleating sequences identified in the simulations agree with those previously proposed for the closely related INP of Pseudomonas borealis based on the structure of the protein. The simulations indicate that these sites have comparable ice-nucleating efficiency, but distinct binding motifs, controlled by the amino acid sequence: one is an anchored clathrate and the other ice-like. We conclude that anchored clathrate and ice-like motifs can be equally effective for binding proteins to ice and promoting ice nucleation.
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