Protéines antigel

Les protéines anti-gel (PAG ou AFP anti freeze proteins en anglais) ont d'abord été repérées chez des animaux vivant dans des conditions extrêmes, comme des poissons en Arctique dont l'eau est à -1°C (la teneur en sel de l'océan l'empêche de geler). Ces animaux ont développé des protéines qui empêchent leur sang de glacer par exemple.

Ces protéines peuvent protéger les êtres vivants de trois façons :

- par hystéresis thermique (différence de température entre le point de congélation et le point de fusion)
- par l'inhibition de la recristallisation
- par modelage des cristaux de glace

En pratique les protéines anti-gel empêchent les cristaux de glace naissant de grossir. Les germes de cristaux de glaces sont composés six anneaux de quatre molécules H2O qui laissent un trou au centre.

                                                           

Quatre molécules de H2O

Les protéines antigel sont formées d'une chaîne de trois acides aminés qui se répètent (thréonine-alanine(ou proline)-alanine). Lorsqu'une molécule de sucre se fixe sur la thréonine, la protéine se trouve attirée par les molécules d'eau piégées dans les cristaux de glace. Elle va donc se rapprocher de la molécule d'eau et se positionner de manière à recouvrir le cristal. Le cristal de glace ainsi recouvert ne peut plus interagir avec d'autres molécules d'eau et sa croissance est donc stoppée.

Les protéines antigel sont différentes des protéines habituelles. Les protéines usuelles possèdent des régions hydrophobes dans leur noyau alors que pour la protéine antigel ces régions hydrophobes se trouvent en surface, ce qui lui permet de s'introduire dans les trous formés par les cristaux de glace. Ces protéines arrivent à distinguer les germes de cristaux de glace de l'eau liquide, et heureusement sinon elles assécheraient le milieu. Elles ne se fixent qu'aux germes de glace.

Les germes de cristaux de glace se différencient essentiellement de l'eau liquide par leur forme, c'est ainsi que les protéines antigel les reconnaissent (cf figure ci-dessous).

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Image : mysciencework.net

Les protéines se lient aux cristaux par des interactions de type Van der Waals. Les liaisons hydrogènes ne peuvent être celles qui permettent le maintient car sinon les protéines antigel se lieraient aussi avec les molécules d'eau liquide.

                              Schéma des liaisons entre 4 molécules de H2O et une partie de la protéine antigel

Ces protéines sont très efficaces mais aussi très chères. Il faut dépenser 10$ CAD(=7.07€) pour 1mg. Ces protéines étant très présentes chez les êtres vivants qui la fabriquent, elle doit se trouver en concentration importante pour être efficace. Comme on souhaite l'incorporer à la peinture (3600L nécessaire pour l'A380), même si 1g/L suffit, cela représente un coût qui se compte en milliards d'euros.