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antifreeze proteins Therm hysteresis found at first in insects,is one of the basic characteristics of antifreeze proteins(AFPs).Comparing with fish and plant AFPs,the insect AFPs has higher therm hysteresis activity and unique chemical structure features.It plays an important role in the physiological antifreeze course of insects,as follows:1)inhibiting the growth of ice crystals;2)increasing freezetolerance;3)possibly contributing to water balance of insects.Photoperiod,temperature and humidity are the external factors that regulate the metabolism of AFPs;and the changes of hormone in the body may be the direct internal causes that control the AFPs'synthesis in the fat body. 生物技術概論(高立圖書) 第十章 10-1 抗凍基因(antifreezing gene) 抗凍蛋白(AFPs)可以調控冰的生長，會在一個特定的溫度內 維持冰晶的穩定，而會抑制冰的再結晶，AFPs可在許多生物 體內發現，例如細菌、真菌、植物、無脊椎動物與魚類，而 且在這些生物體內還可形成多種抗凍蛋白。ATPs會限制冰晶 生長，且會抑制水分子外接上微小冰晶，此過程稱為抑制吸 附作用；冰的再結晶會使小的冰晶增大，而大的冰晶會造成 細胞組織的物理性破壞，而因為ATPs會吸附在冰晶的面上， 影響其之後冰晶的形成，而此過程會使得自由能的升高，不 趨向形成冰晶的過程，因此會降低凝固點，達到抗凍的功能， 而形成超冷現象。 根據實驗發現，AFPs在可耐寒植物體內扮演的角色並非阻止 細胞外冰的生成，而是限制冰晶的繼續增大，因此AFPs的重 要任務是減低冰晶造成的物理性傷害。若AFPs出現在細胞膜 表面，便可阻止細胞原生質體的冰凍，尤其是對低溫敏感的、 含有許多水分的組織。另外，AFPs還可使細胞膜外的冰晶維 持小型的狀態，因為AFPs會抑制冰晶的再結晶現象。 生物技術概論(高立圖書) 第十章 10-2 抗凍基因(antifreezing gene) 抗凍蛋白或抗凍糖蛋白溶液的冰晶生長溫度低於其熔點溫度， 這種冰晶的熔點與冰晶生長點之差稱之為熱滯。這種效應是一 種非依數性效應。若考慮抗凍蛋白與冰晶表面的相互作用特點， 用吸附反應動力學的角度討論了抗凍蛋白的抗凍活性討論結果 如下。 (1)抗凍蛋白分子和溶劑分子分別與冰晶表面的相互作用是一 種可逆吸附過程，並且一個抗凍蛋白分子在吸附過程中占據n 個吸附中心。 (2)抗凍蛋白溶液的熱滯效應是一種合作效應，n個抗凍蛋白分 子同時與冰晶表面的相互作用是一種可逆吸附過程。 (3)因為抗凍蛋白的抗凍活性是由於熱滯蛋白吸附到冰晶表面， 從而阻止冰晶的生長。所以，我們可以定義抗凍蛋白在冰晶表 面的覆蓋度為：xt=ΔT/ΔTm。其中ΔT是由於抗凍蛋白分子引 起的熔點與冰晶生長點之差，即抗凍活性，ΔTm是最大的抗凍 活性。 生物技術概論(高立圖書) 第十章 10-3