Prolin, trehalóza a sérové proteiny stabilizují buněčné membrány hmyzu, který přežívá zimní zmrznutí
Některé druhy hmyzu přežívají chladnou zimu s tělní vodou přeměněnou v led. Před přezimováním hromadí v hemolymfě různé malé molekuly (cukry a aminokyseliny) a také sérové proteiny. Hmyzí fyziologové dosud spoléhali na pokusy ve zkumavce (in vitro), a na fyzikálně-chemickou teorii, když hypoteticky vysvětlovali, že akumulované látky chrání hmyzí enzymy a biologické membrány před ztrátou jejich funkční struktury v průběhu mrznutí a tání.
Rozhodli jsme se tyto hypotézy empiricky testovat s použitím modelu larvy octomilky Chymomyza costata, která přežívá zmrznutí svých tělních tekutin a na zimu ve své hemolymfě akumuluje prolin, trehalózu a sérové proteiny. Potvrdili jsme, že larvální enzymy testované in vitro skutečně vyžadují stabilizaci, ale pokud jsou vystaveny zmrznutí in vivo, ve svém přirozeném biochemickém kontextu, jejich struktura a aktivita nejsou mrznutím ohroženy a akumulované látky tedy nejsou k jejich stabilizaci zapotřebí. Naproti tomu jsme prokázali, že buněčné membrány jsou silně citlivé ke stresu způsobenému mrznutím, ale jejich integrita je právě chráněna relativně vysokými koncentracemi prolinu, trehalózy a sérových proteinů, které fungují ve vzájemné synergii.
Grgac R., Rozsypal J., Des Marteaux L., Štětina T., Koštál V. (2022): Stabilization of insect cell membranes and soluble enzymes by accumulated cryoprotectants during freezing stress. PNAS USA 119, e2211744119, doi: 10.1073/pnas.2211744119
