Характеристика антифриза: Состав антифриза. Разберем красный, зеленый и синий варианты

Содержание

Антифриз классов G12 и G12+: характеристики и применение

От того, насколько правильно подобран антифриз, зависит срок службы машины без необходимости ремонта. Качественный охладитель защищает авто, помогает отвести лишнее тепло и не допускает образования коррозии. Но выбор смесей на рынке огромен. Большое количество современных охлаждающих жидкостей требует грамотной классификации, которая позволит сориентироваться в разнообразии и подобрать оптимальный вариант.

Что значит маркировка G12

Классификаций и стандартов существует огромное количество, и, чтобы не запутаться, производители и владельцы машин выбрали в качестве основной систему концерна Volkswagen. Согласно ей существуют основные классы G11, G12 и G13, а также промежуточные варианты, такие как G12+.

  • Все антифризы на рынке похожи друг на друга по составу примерно на 90 %. Именно такой процент составляет основа – этиленгликоль, двухатомный спирт, стойкий к замерзанию и хорошо охлаждающий детали.
  • Еще 3–5 % смеси – вода, а остальные 5–7 % составляют присадки. От них и зависит, сколько будет стоить жидкость и какие у нее окажутся свойства. Классификация Volkswagen разделяет антифризы как раз по составу присадок.
  • G12 – так называемые карбоксилатные смеси на основе органических соединений, в то время как G11 – минеральные органические антифризы, а G13 созданы на основе пропиленгликоля, а не этиленгликоля.

Характеристики антифриза классов G12 и G12+

Предыдущий класс G11 создавал по всей поверхности системы охлаждения защитную пленку, которая оберегала металл от коррозии. Но у такого решения был недостаток: сниженная эффективность теплообмена. Он не всегда принципиален, так что одиннадцатый класс до сих пор используется, но в ряде случаев нужны другие решения. Так появился органический карбоксилатный антифриз G12. Вещества, образующие присадки, в такой жидкости не создают сплошной антикоррозийный слой. Они реагируют только на участки, где уже начался процесс коррозии, и обволакивают пораженное место. Ржавчина не распространяется, и система остается защищенной. Теплообмен не нарушается.

Где и как применяются антифризы

Этот класс один из наиболее распространенных. «Чистый» G12 часто используют в новых авто, где еще не начались коррозийные процессы и важна теплоотдача. Со временем можно задуматься о переходе на G12+. В целом при выборе антифриза стоит ориентироваться на советы производителя машины. Обычно они указывают, какие жидкости лучше использовать в системе охлаждения. Кроме того, значение имеет:

  • нагрузка на систему охлаждения;
  • наличие очагов коррозии;
  • требования к защите;
  • материал изготовления деталей;
  • бюджет.

Вне зависимости от класса выбирать стоит только продукцию проверенных производителей, которые известны хорошим качеством. Перед использованием обратите внимание на таблицу смешиваемости: даже смеси одного цвета и оттенка могут различаться по составу. Будьте осторожны: популярные жидкости часто подделывают.

Актуальные продукты

Карбоксилатный антифриз: характеристики, преимущества, допуски

Основа материалов – моноэтиленгликоль с пакетом современных модифицирующих присадок. Компания ROLF Lubricants GmbH представляет Вашему вниманию линейку антифризов с собственной рецептурой. Наша продукция одобрена ведущими мировыми производителями, такими как Cummins, John Deere, Ford, и другими.

Сферы применения

Карбоксилатные антифризы с успехом используют в легковых, коммерческих, грузовых автомобилях отечественных и зарубежных марок, эксплуатирующихся в разных климатических условиях. Возможно применение жидкости в теплообменных аппаратах, для которых рекомендованы составы с соответствующим уровнем свойств.

Варианты обозначений карбоксилатных антифризов

  • OAT (Organic Acid Technology).
  • LLC (Long Life Coolant).
  • Carboxylate coolants.
  • ELC или XLC (Extended Life Coolant).
  • SF (Silicate Free).
  • SNF (Silicate Nitrite Free).
  • G12 (по спецификации Volkswagen TL 774-D).
  • G12+ (по спецификации VW TL 774-F, с 2006 года).

Принцип действия растворов на основе этиленгликоля

Растворы на основе этиленгликоля применяются в качестве охлаждающей жидкости в автомобилях разных марок и назначения. Материалы отлично справлялись со своими функциями до появления современных сплавов на основе алюминия. Горячий этиленгликоль вызывал ускоренную коррозию металлических элементов, поэтому в растворы начали добавлять пакеты неорганических присадок. Соли оседали на алюминиевых поверхностях и образовывали плотный слой, устойчивый к воздействию охлаждающей жидкости, замедляли анодное растворение металлов. Срок службы таких веществ составлял не более 2 лет – до выработки действующих компонентов.

Модернизация состава

Для улучшения характеристики антифризов в раствор этиленгликоля вместо минеральных солей начали добавлять органические присадки – сложные карбоновые кислоты (каприловую, капроновую, бутадиеновую, себациновую и т. д.). Вещества реагируют с оксидом алюминия и образуют химически стойкую защитную пленку со сроком службы до 5 лет и дольше. Жидкости с пакетом органических присадок получили название карбоксилатных антифризов и выпускаются в промышленных объемах с середины 1990-х годов. Составы на основе алифатических кислот отличаются от других материалов полным отсутствием нежелательных минеральных компонентов: нитритов, силикатов, боратов, аминов, фосфатов, нитратов. Карбоксилаты являются эффективными ингибиторами коррозии. Точечно воздействуя на очаги разрушения, они закрывают проблемный участок герметичной пленкой толщиной не более 1 микрона. Антифриз не оседает на всей поверхности внутренней стенки, поэтому расходуется дольше, чем традиционные охлаждающие жидкости.

Основные преимущества

  • Эффективное подавление коррозии в зарождающихся очагах.
  • Образование механически прочной пленки, более надежной, чем покрытия из боратов и фосфатов.
  • Экономный расход карбоксилатных присадок за счет их высокой гидрофобности и локального принципа действия.
  • Снижение кавитации водяных насосов и вибрирующих стенок мокрых гильз.
  • Термическая стабильность в сложных условиях.
  • Отсутствие в составе солей, образующих твердые отложения.
  • Хорошие показатели теплоемкости и теплопроводности.
  • Устойчивость к вспениванию.
  • Низкая вязкость при отрицательных температурах.

Зачем окрашивают антифризы

Цвет охлаждающей жидкости – это не только классификационный признак, но и основной визуальный индикатор ее состояния. Карбоксилатные антифризы в норме красные. Если жидкость темнеет, значит в системе охлаждения скопилась ржавчина и накипь, необходима прочистка. Осветление антифриза – повод проверить двигатель на перегрев. С окрашенной жидкостью легче проверять уровень наполнения бачка, определять протечку в системе охлаждения. Бесцветный антифриз можно спутать с водой, что создает опасность для потребителя – состав ядовит при проглатывании.

Рекомендации по использованию карбоксилатных антифризов

Для каждой модели двигателя производитель рекомендует специальный тип охлаждающей жидкости. Заливать в мотор можно только указанный антифриз. Запрещено использовать в системе материалы разных марок, даже при схожей рецептуре. Отдельные модификаторы в составе могут оказаться несовместимыми друг с другом, что приводит к образованию отложений, к снижению основных характеристик антифризов. Необходимо менять незамерзающую жидкость по истечении срока эксплуатации, указанного производителем. При изменении цвета антифриза, появлении осадка в расширительном бачке материал сливают раньше установленного срока. Растворы на основе этиленгликоля подвижнее воды. Важно тщательно проверять систему на герметичность во время каждой смены антифриза. Уровень охлаждающей жидкости в двигателе постоянно контролируют. При уменьшении объема доливают дистиллированную воду. Избыточная концентрация карбоновых кислот, как и их недостаток, повышает температурный предел замерзания состава.

Переход с охлаждающей жидкости предыдущего поколения на карбоксилатный антифриз

Смена охлаждающей жидкости требует соблюдения определенных правил. Если сразу залить карбоксилатный антифриз в систему, в которой ранее работал состав с минеральными присадками, то карбоксилаты начнут сначала растворять осадок с поверхностей металлических деталей. Это приводит к нерациональному расходу активных компонентов. В ряде случаев возможно образование мелкодисперсной взвеси, снижающей противокавитационные и противопенные свойства антифризов. Поэтому рекомендуется использовать карбоксилатные жидкости в новых автомобилях, которые еще не работали на минеральных составах. Для перехода с антифризов предыдущих поколений на стандарт G12 и выше необходимо предварительно тщательно промыть систему охлаждения водой, заменить старые шланги, уплотнители, а также проверить детали на герметичность.

Карбоксилатные антифризы от ROLF Lubricants GmbH

Охлаждающая жидкость ROLF G12+ Red разработана с использованием новейших достижений в сфере органических присадок. Основные преимущества:

  • эффективная защита деталей двигателя, профилактика отложений в отсеке мотора, в охлаждающих каналах, в помпе, в радиаторе;
  • совместимость с пластиковыми и резиновыми компонентами системы охлаждения;
  • применение в современных двигателях внутреннего сгорания с повышенными требованиями к свойствам антифризов;
  • эффективное охлаждение термонагруженных и высокооборотистых моторов.

Технические характеристики карбоксилатного антифриза ROLF G12+ Red:

Параметр

Значение

Цвет жидкости

Красный

Плотность при температуре +20 °С, г/см3

1,073

Температура кипения, °С

110

Запас щелочности, см

3

5,89

Водородный показатель, рН

7,81

Температура начала кристаллизации, °С

-40

Допуски и соответствия ROLF G12+ Red

  • ASTM D3306/D4985 (США). Спецификация устанавливает требования к антифризам на основе этилен- и пропиленгликоля, предназначенным для использования в охлаждающих системах двигателей легковых и коммерческих автомобилей. Концентрация основного вещества в воде – от 50 до 70 %. Индекс D4985 допускает использование антифриза в тяжело нагруженных двигателях и ограничивает содержание силикатов.
  • SAE J1034 (США). Спецификация на антифризы для дизельных моторов.
  • JIS K 2234 (Япония). Стандарт Japanese Industrial Standards регламентирует характеристики концентрированных охлаждающих жидкостей. Нанесение логотипа JIS на упаковку с разбавленными антифризами исключено.
  • MERCEDES MB 325.3 (Германия). Данный лист спецификации описывает характеристики охлаждающей жидкости для дизельных и бензиновых двигателей, изготовленных из алюминия или чугуна с использованием медных деталей.

Полный список допусков и соответствий указан на страницах с товарами.

Купить карбоксилатный антифриз ROLF можно в любом из магазинов наших партнеров. Полный перечень адресов розничных точек продаж Вы можете найти на странице «Где купить».

Отличие антифриза G11 от G12

При выборе охлаждающей жидкости автолюбитель должен внимательно изучить вопрос. Конечно, всегда можно воспользоваться помощью специалиста, но лучше быть подкованным пользователем. Итак, в этой статье мы разберем, чем различаются антифризы G11 и G12. Для этого сначала рассмотрим каждый из них по отдельности.

Об антифризе G11

​Такая охлаждающая жидкость имеет в составе присадки неорганических соединений. Антифризы G11 обычно применяются для зарубежных и отечественных автомобилей, которые выпускались до 1996 года. Однако у некоторых производителей есть линейки и для транспортных средств, например 2005, 2008 года и так далее. Растворы такого вида рассчитаны на авто со значительной вместимостью системы. Антифриз (тосол) G11 создает в системе охлаждения специальную защитную пленку, которая может предохранять детали от коррозии. Однако из-за такой небольшой пленки, как правило, уменьшается проводимость тепла. Именно поэтому эта охлаждающая жидкость используется в относительно старых машинах. Авто новых выпусков имеют небольшую систему охлаждения, поэтому такой антифриз для них не подходит. G11 не применяется для алюминиевых радиаторов, потому что при повышенных температурах добавки могут негативно сказаться на блоке цилиндров.

Технические характеристики антифриза G11

Он представляет собой однородную жидкость, в состав которой входит, например, синий или зеленый краситель. Обычно такой раствор при температуре +20 °С имеет плотность от 1,065 до 1,085 г/см3. В зависимости от фирмы и предназначения жидкость может применяться при температуре до -40…-45 °С. Тосол закипает при температуре от +108 °С.

Об антифризе G12

В состав такой охлаждающей жидкости не входят силикаты, он включает в себя только этиленгликоль и карбоксилатные добавки. За счет специального набора присадок в радиаторе или внутри блока цилиндров осуществляется защита от коррозии. При чем это происходит только в тех местах, в которых нужно. Защита осуществляется за счет создания устойчивой микропленки. Довольно часто антифриз G12 заливают в высокооборотистые двигатели. Этот класс охлаждающей жидкости никак нельзя смешивать с другими, так как он имеет плохую совместимость. Важный момент: такой антифриз начинает работать тогда, когда начинается процесс коррозии. При этом защитный слой не создается, за счет чего обычно повышается время эксплуатации и отдача тепла. Антифриз G12, как правило, имеет красный цвет. В отличие от G11 имеет более длительный срок службы.

Технические характеристики антифриза G12

Он представляет собой однородную жидкость красного, желтого, розового или красно-фиолетового цвета. Обычно такой раствор при температуре +20 °С имеет плотность от 1,065 до 1,085 г/см3. Как правило, антифриз G12 замерзает при -40 °С и закипает при +118 °С. У такого раствора температурный режим зависит от концентрации этиленгликоля. Часто доля содержания спиртов колеблется от 50 до 60 %. Это обычно дает возможность добиться хороших эксплуатационных свойств. Если говорить об этиленгликоле, то без примесей он представляет собой вязкую прозрачную жидкость, плотность которой составляет 1,114 г/см3, а температура кипения начинается от +197 °С и замерзания – ниже -13 °С.

Различия антифризов G12 и G11

Одно из главных отличий антифриза G11 от G12 – это тип применяемых присадок: органические добавки или неорганические составляющие. Жидкость G11 – это раствор, который содержит пакет присадок, состоящий из неорганических веществ, таких как силикаты, амины, нитраты, нитриты, бораты, фосфаты. Они не зависят от коррозии и могут образовывать на внутренней поверхности системы тонкий защитный слой. G11 отличается небольшой стабильностью, пониженной отдачей тепла и коротким сроком службы. Маркировка такого антифриза в европейской классификации завода Volkswagen обозначается как VW TL774 – C. У жидкостей G12 маркировка VW TL774 – D. В состав таких растворов входят карбоксилатные кислоты на органической основе. У других известных и популярных производителей немного другие нормативы качества, но самой популярной и общепринятой классификацией является классификация WV.

Можно ли смешивать разные классы антифризов

Смешение антифризов разных производителей не рекомендовано в виду неизвестности результата взаимодействия пакетов присадок, входящих в состав антифризов разных производителей, что может спровоцировать свертывание и образование осадка, похожего на хлопья. Растворы G12, в том числе и с разными приставками, например Ultra или Euro, а также G13 относятся к антифризам на основе органических соединений. За счет этого используются в охлаждающих системах современных авто, которые выпущены после 1996 года. G12+ и G12 изготавливаются на базе этиленгликоля, а раствор с приставкой Plus создан по гибридной технологии изготовления. Она объединяет карбоксилатные добавки и присадки из силикатов. В 2008 году появился еще и антифриз G12++. Его органические соединения – лобридные – скомбинированы с небольшим количеством присадок на минеральной основе. У таких гибридных жидкостей присадки на основе органических соединений смешаны с неорганическими добавками. За счет этого можно устранить недостаток жидкости G12, производить профилактику, но все это происходит без удаления коррозии после ее появления.

Можно ли смешивать антифризы разных цветов

Это довольно актуальный вопрос для автовладельцев, которые приобрели бывшее в употреблении транспортное средство и не знают, какой антифриз был залит ранее. Если Вы хотите только долить раствор, то необходимо узнать, что уже было использовано в системе. Более верный способ – это слить весь антифриз и залить новый, подходящий. Чаще всего охлаждающие жидкости определенного класса имеют свой оттенок. G12 (с карбоксилатными добавками) разного цвета смешивать допускается, также можно скомбинировать два раствора разного цвета только на органической либо на неорганической основе. Однако стоит помнить, что производители антифризов могут добавлять в состав разные варианты присадок и реагентов. Какая реакция получится при их смешивании, заранее неизвестно.

Меры предосторожности при хранении охлаждающих жидкостей

Напоминаем Вам, что антифризы любого класса следует хранить в недоступном для детей месте. Если цветная жидкость просвечивается через упаковку, то она может заинтересовать ребенка. Помните, что попадание раствора внутрь организма может быть опасно для жизни и здоровья.

Технические характеристики красного антифриза: применение, особенности

Сегодня автомобильный рынок предлагает потребителям множество различных видов хладагентов для систем охлаждения. Эта статья посвящена конкретно красному антифризу и его техническим характеристикам. Более полная информация о расходном материале, его свойствах и обозначениях предоставлена в этой статье.

Содержание

[ Раскрыть]

[ Скрыть]

Описание красного антифриза

Где применяется?

Антифризы или концентраты красного цвета в идеале должны соответствовать международному стандарту G12. Почему должны? Потому что в настоящее время производством охлаждающих жидкостей занимаются многие компании, которые иногда и не придерживаются стандартов. В целом расходные материалы красного цвета стандарта G12 не содержат в своем составе силикатов, в результате чего жидкость имеет отличные антикоррозийные свойства. Состав этого хладагента позволяет эксплуатировать его с радиаторами, выполненными из меди или алюминия.

Красная ОЖ фирмы Топстрим

Характеристики

Остановимся ненадолго на характеристиках ОЖ. Красный антифриз производится на основе этиленгликоля, температура замерзания которого составляет -13 градусов. Однако, если этот элемент разбавляется с водой, то можно получить лучшие характеристики касательно замерзания — порог может увеличиться до 75 градусов мороза. Соответственно, производители разбавляют этиленгликоль, поскольку он имеет более лучшие свойства.

Если вы используете концентрат красного антифриза, то его технические характеристики, как вы поняли, будут немного другими. Для разбавления специалисты рекомендуют использовать исключительно дистиллированную воду. В пропорции один к одному температура замерзания красного антифриза должна составлять от -25 до -40 градусов, в зависимости от производителя и состава. При добавлении различных присадок в ОЖ, этот порог может быть снижен до -70 градусов, а температура кипения будет составлять +110 градусов. Кроме того, если расходный материал соответствует всем международным стандартам, то он будет обладать превосходными смазывающими характеристиками.

Красная ОЖ Феликс

Смазывающие свойства красного антифриза значительно влияют ресурс эксплуатации насоса охладительной системы.

Что означает красная ОЖ в Европе, Японии и США?

Сразу же отметим — только в России и странах бывшего СНГ красный концентрат антифриза и красный Тосол могут иметь разные значения и составы. Во всем мире охлаждающие жидкости делятся только на стандарты по стандартам производителя Фольксваген, т.е. G11, G12, G12+ и G13.

В Европе

У европейских изготовителей цвет охлаждающей жидкости соответствует классу допуска к авто, и как правило он отмечен на бутылке. Красный антифриз или концентрат стандарта G12 может иметь несколько оттенков — розовый, бардовый и другие. Эта ОЖ впервые появилась на рынке в конце прошлого века и относится к карбоксилатному типу, а в ее составе обычно применяются органические присадки, функционирующие избирательно. В частности, благодаря присадкам расходный материал образовывает защитный слой исключительно на тех элементах, на которых уже появилась ржавчина.

Жидкости стандарта G12 наиболее оптимально подходят для использования в двигателях, функционирующих на высоких оборотах и при больших температурах. Срок службы красного антифриза или концентрата составляет около пяти лет.

На сегодняшний день такие расходные материалы используются для иномарок, производящихся в России:

  • Форд;
  • Рено;
  • Дженерал Моторз — Опель;
  • Хендай;
  • Киа;
  • Фольво;
  • Фиат.

В Японии

А вот в Японии классификация расходных жидкостей в корне другая. Концентраты, производимые в этой стране, делятся также по цветам. Но только в этом случае цвет означает температуру замерзания, а не соответствие к стандарту. К примеру, красный антифриз начнет замерзать при 30 градусах мороза. То есть в принципе красный антифриз разных производителей может иметь совершенно различный состав, но температура замерзания у них будет одинаковой.

В США

Что касается США, то у заокеанских производителей своих различий по цвету также нет. Американские изготовители производят в большинстве своем только зеленые и красные концентраты и хладагенты. В целом для моторов машин американского производства желательно использовать нитритные ОЖ. Нитритный хладагент считается канцерогенным, но на территории европейских стран его применение запрещено, соответственно, нитритные ОЖ можно заменить антифризами стандартов G12.

Также следует отметить, что американские производители зачастую указывают и европейский аналог рядом с названием ОЖ. Цвет в данном случае, как вы уже поняли, абсолютно никакой роли не играет. Он может не совпадать даже в концентратах с одинаковым составом.

Значение красного цвета тосола

На территории России и Украины производится Тосол. Тосол — это тот же самый антифриз, только имеющий собственное, отечественное название. Отечественный Тосол может быть изготовлен абсолютно в любом цвете. Это может быть и красный, и синий, и желтый, и зеленый Тосол. В данном случае окрас жидкости зависит исключительно от производителя, а также состава, который в ней присутствует.

То есть состав Тосола также может быть абсолютно любым. При покупке отечественного Тосола на окрас расходного материала лучше не обращать внимание. Смотрите на этикетку канистры — на ней должен присутствовать класс допуска. Иногда отечественные производители указывают и соответствие продукции международным стандартам.

 Загрузка …

Можно ли смешивать ОЖ по цветовому показателю?

Проанализировав приведенную выше информацию, можно смело заявить, что смешивание ОЖ исключительно по цветовому показателю не является правильным. Смешивание допускается только в том случае, если ОЖ имеют одинаковый состав, при этом их цвет может быть любым. При покупке расходного вещества вы должны обращать внимание не на цвет, а непосредственно на стандарт и класс допуска. Вся эта информация указана на канистре или в сервисном мануале к вашему авто.

Пожалуй, самым главным критериев несовместимости расходных материалов являются присадки. Как было сказано выше, разные компании могут добавлять разные присадки в состав ОЖ каждая из которых имеет свое предназначение. К примеру, в состав одной ОЖ могут входить карбоновые присадки для предотвращения ржавчины (кислоты), в состав другой — фосфатные элементы. При смешивании таких ОЖ прямо в охладительной системе начнет происходить химическая реакция. В результате этого в ОЖ могут появиться отложения или она и вовсе выпадет в осадок. Соответственно, она не сможет выполнять возложенные на нее функции.

Видео «Можно ли мешать ОЖ разных цветов?»

Об этом узнайте из видео.

Состав антифриза |

Антифризы

являются охлаждающими жидкостями для систем охлаждения двигателей внутреннего сгорания автомобилей.

Автомобильные антифризы состоят из смеси воды, этиленгликоля и пакета присадок, придающих антифризу антикоррозионные, антикавитационные, антипенные и флуоресцентные (для облегчения поиска течи) свойства.

1. Состав антифризов.

1.1. Антифриз получают смешиванием этиленгликоля с дистиллированной водой и присадками.

Максимально низкой температурой замерзания (-75°С) является смесь, содержащая 75 % этиленгликоля и 25 % воды.

Определение этиленгликоля из Википедии: Этиленгликоль — кислородсодержащее органическое соединение, двухатомный спирт, простейший представитель полиолов (многоатомных спиртов). В очищенном виде представляет собой прозрачную бесцветную жидкость слегка маслянистой консистенции. Не имеет запаха и обладает сладковатым вкусом. Токсичен. Попадание этиленгликоля или его растворов в организм человека может привести к необратимым изменениям в организме и к летальному исходу.

1.2. По данным  ГОСТ 19710-2019 этиленгликоль — горючая жидкость. Плотность при 20 °С 1116 кг/м3. Температура кипения — 197 °С. Температура вспышки — 111 °С.

Температура самовоспламенения — 412 °С.

Температура замерзания чистого этиленгликоля минус 12,3°С, но в смеси с водой температура замерзания уже антифриза достигает до вышеуказанных минус 75°С

1.3. Из-за применения в смесях дистиллированной воды антифризы не образуют в системе охлаждения двигателей накипи, что является их одним из основных достоинств.

При нагревании антифризов во время работы двигателя из них испаряется вода, этиленгликоль из-за высокой температуры кипения (197°С) не испаряется. Поэтому убыль смеси восполняется добавкой в систему охлаждения дистиллированной воды.

1.4. Перед доливкой воды в систему охлаждения, а также в процессе эксплуатации автомобилей в условиях низких температур, состав антифриза проверяется гидрометром. 

Гидрометр представляет собой разновидность ареометра, но вместо шкалы значений плотности нанесена шкала значений концентрации этиленгликоля в смеси и температура замерзания антифриза. Каждому составу смеси соответствует определенная плотность. Значения плотности антифризов приведены в таблице 2.

2. Марки антифризов.

2.1. В соответствии с ГОСТ 28084 — 89

промышленностью выпускается чистый этиленгликоль марки ОЖ — К (концентрат с массовой долей воды не более 5%), водоэтиленгликолевые смеси марки ОЖ — 40 и марки ОЖ — 65 с температурой замерзания соответственно 40°С и 65°С с антикоррозионными, антивспенивающими, стабилизирующими и красящими добавками.

2.2. Для приготовления рабочих охлаждающих жидкостей концентрат ОЖ — К разбавляют дистилированной водой.

Антифриз марки ОЖ-40 содержит 56% этиленгликоля (концентрата ОЖ – К) и 44% дистиллированной воды, марки ОЖ-65 – 65% этиленгликоля и 35% воды.

2.3. По данному ГОСТу срок хранения антифриза должен быть не менее 5 лет.

2.4. Основные показатели антифризов по ГОСТ 28084 – 89 приведены в таблице 1

Таблица 1.

Показатели Марки антифризов
ОЖ-К ОЖ-40 ОЖ-65
— этиленгликоль, % 100 56 65
— дистиллированная вода 44 35
— присадки До 5 % До 5 %
  2. Плотность, г/см3 при 20°С 1,100-1,150 1,065-1,085 1,085-1,100
3. Температура замерзания, °С -12,3 -40 -65
4. Внешний вид Прозрачная однородная окрашенная жидкость без механических примесей

3. Взаимозависимые показатели антифризов по их концентрации, плотности и температуры замерзания приведены в таблице 2.

Таблица 2.

Концентрация антифриза по этиленгликолю, % Плотность антифриза,  г/см3 при 20°С Температура замерзания антифриза, °С
27,0 1,03 – 1,04 Минус 12
32,0 1,04 Минус 16
36,0 1,05 Минус 20
44,0 1,06 Минус 28
50,0 1,069 Минус 37
56,0 1,07 Минус 40
60,0 1,08 Минус 54
65,0 1,085 Минус 64
66,0 1,086 Минус 67
70,0 1,09 Минус 70
75,0 1,095 Минус 75
80,0 1,097 Минус 58
84,0 1,10 Минус 46
90,0 1,108 Минус 35
95,0 1,11 Минус 28
97,0 1,11 Минус 22
100,0 1,14 Минус 12

4. Производство антифризов

осуществляется в соответствии с техническими условиями, которые разрабатываются каждым производителем на основании ГОСТ 28084 — 89.

Производители антифризов применяет различные наборы присадок, в том числе и красящие. По этой причине антифризы могут иметь синий , красный, зеленый и другие цвета.

Название Тосол является является торговой маркой, это тот же антифриз.

Химический состав антифриза g11, g12, g13

Антифриз — низкозамерзающая жидкость для охлаждения, очистки и смазки конструкционных элементов двигателя, тепловых установок, работающих при отрицательных температурах. Охлаждающие концентраты обладают низким коэффициентом расширения и снижают точку замерзания воды. Как итог: в момент кристаллизации лёд в трубопроводных каналах практически не расширяется и сохраняется целостность конструкции. Рассмотрим подробный химический состав антифриза.

Компонентный состав

Основу охлаждающих жидкостей (ОЖ) составляет дистиллированная вода в смеси с одно- и многоатомными спиртами в различных пропорциях. Также в концентрах вводят ингибиторы коррозии, а также флуоресцентные добавки (красители). В качестве спиртовой основы используется этиленгликоль, пропиленгликоль или глицерин (до 20%).

  • Водный дистиллят

Используется очищенная, умягчённая вода. В противном случае на радиаторной решётке и стенках трубопровода образуется накипь в виде карбонатных и фосфатных осадков.

Двухатомный насыщенный спирт без цвета и запаха. Токсичная маслянистая жидкость с температурой замерзания -12 °С. Обладает смазывающими свойствами. Для получения готового антифриза используют смесь из 75% этиленгликоля и 25% воды. Содержание присадок игнорируется (менее 1%).

Он же пропиленгликоль — ближайший гомолог этандиола с тремя атомами углерода в цепи. Нетоксичная жидкость со слабым сладковато-горьким вкусом. Товарный антифриз может содержать 25%, 50% или 75% пропиленгликоля. В силу дороговизны, используется реже по сравнению с этандиолом.

Виды присадок

Этиленгликолевый антифриз для авто в процессе длительной эксплуатации окисляется и образует гликолевую, реже муравьиную кислоту. Таким образом, создаётся неблагоприятная для металла кислотная среда. Чтобы исключить окислительные процессы в охлаждающую жидкость вводят антикоррозионные присадки.

  • Неорганические ингибиторы коррозии

Или «традиционные» — смеси на основе силикатов, нитратных, нитритных или фосфатных солей. Подобные присадки выполняют роль щелочного буфера и образуют на поверхности металла инертную плёнку, которая препятствует воздействию спирта и его продуктов окисления. Антифризы с неорганическими ингибиторами маркируются обозначением «G11» и имеют зелёную либо синюю окраску. Неорганические ингибиторы включены в состав тосола — охлаждающей жидкости отечественного производства. Срок службы органичен 2-мя годами.

  • Органические ингибиторы

В силу ограниченного ресурса неорганических ингибиторов были разработаны более экологичные и химически стойкие аналоги — карбоксилаты. Соли карбоновых кислот экранируют не всю рабочую поверхность, а исключительно очаг коррозии, покрывая область тонкой плёнкой. Обозначаются как «G12». Срок службы — до 5-и лет. Имеют красную или розовую окраску.

В отдельных случаях «органику» смешивают с «неорганикой» с получением гибридных антифризов. Жидкость представляет смесь карбоксилатов и неорганических солей. Длительность использование составляет не более 3-х лет. Цвет — зелёный.

Состав концентрата в подобном случае включает минеральные реагенты и органические антикоррозионные присадки. Первые образуют наноплёнку по всей поверхности металла, вторые — защищают повреждённые участки. Срок использования достигает 20 лет.

Заключение

Охлаждающая жидкость снижает температуру замерзания воды и уменьшает коэффициент расширения. Химический состав антифриза представляет смесь дистиллированной воды со спиртами, а также включает ингибиторы коррозии и красители.

технические характеристики, преимущества и недостатки, совместимость с тосолом G1

Силовая установка автомобиля может безотказно работать только в ситуации, когда используется качественная охлаждающая жидкость. Некоторые автолюбители уверены, что к антифризу предъявляются невысокие требования. Это мнение ошибочно, и к выбору охлаждающей жидкости необходимо подходить ответственно. Одним из самых популярных на рынке является антифриз G11.

Основные виды жидкости

Охлаждающие жидкости для автомобилей называются антифризом. Английское слово antifreeze на русский переводится, как «незамерзающий». В состав всех охлаждающих жидкостей входят следующие вещества:

  • Этиленгликоль — около 90%.
  • Различные присадки — от 5 до 7%.
  • Вода — 3−5%.

Этиленгликоль представляет собой двухатомный спирт. В чистом виде это маслянистая жидкость, имеющая сладковатый вкус. Температура кипения вещества составляет 200 градусов, а замерзает оно при температуре в -12,3 градуса. Следует помнить, что этиленгликоль ядовит, и летальной для человека может стать доза в 200−300 г.

Так как в составе всех антифризов содержится в сумме 95% воды и двухатомного спирта, то отличаются они только присадками. Именно от этих веществ зависит качество работы силовой установки. Хотя выбору этих жидкостей и необходимо уделять повышенное внимание, сегодня не существует единого стандарта, и производители ориентируются на национальные.

Такой сложной ситуации в классификации не существует ни у каких других жидкостей, используемых автолюбителями. Следует отдать должное немецкому концерну Фольксваген, решившему классифицировать все антифризы. В результате на рынке представлены три группы веществ: G 11, G 12, и G 13.

Тосол класса G11

Производится антифриз G 11 по традиционной технологии — силикатной. В качестве присадок в жидкостях этого типа используются в различных сочетаниях такие неорганические вещества, как нитриты, бораты, нитраты, фосфаты и силикаты. Они покрывают защитным слоем поверхность системы охлаждения. Это позволяет защитить элементы конструкции от разрушения, но одновременно существенно уменьшается теплоотдача.

Кроме этого вещества, джи 11 имеют еще один недостаток — от вибраций защитный слой постепенно разрушается и осыпается. А также стоит заметить, что упавшие частицы защитного слоя подхватываются жидкостью и начинают выполнять роль абразивного материала, разрушая встречающиеся на пути детали. Именно из-за этого автолюбителям и приходится производить замену антифриза ежегодно.

Антифризы типов G 12 и G 13

Производители осознали, что жидкость G 11 обладает рядом недостатков, и направили свои усилия на их устранение. Это стало возможным после освоения технологии органических кислот, в частности карбоновых. При их использовании защитный слой образуется лишь в местах появления коррозии, а не на всей поверхности охлаждающей системы.

Тосол G 12 имеет следующие преимущества:

  • Высокий показатель теплоотдачи.
  • Защитный слой не осыпается под воздействием вибраций.
  • Срок эксплуатации составляет от 3 до 5 лет.

Однако без недостатков не обошлось — эти жидкости не являются средством профилактики коррозии и начинают работать лишь после ее появления. Чтобы избавиться от этого «минуса», производители решили объединить две технологии, и в результате на рынке появились продукты с индексом G 12+, еще через несколько лет и G 12++.

В 2012 году был создан еще одни класс тосола — G 13. Основным различием между этими жидкостями и предыдущими является безопасная и экологически чистая основа — пропиленгликоль. В остальном технологически они идентичны веществам класса G 12++.

Различия между G 12 и G 11

Так как эти вещества могут отличаться цветом, то вопрос о том, какой лучше использовать, весьма актуален. Следует помнить, что во время производства эти жидкости вовсе не имеют цвета. Красители добавляются лишь для того, чтобы потребитель смог отличить антифриз от других жидкостей. Вот в чем разница антифриза G11 и G12.

В настоящее время не существует единого стандарта, регламентирующего цветовую палитру антифризов. Технические характеристики антифриза G11 зеленого аналогичны параметрам других веществ этого класса. При выборе охлаждающей жидкости обращать внимание на цвет не стоит. Однако некоторые автолюбители подбирают вещество по этому параметру в зависимости от материала радиатора:

  • Латунь либо медь — антифриз G11 красный.
  • Алюминий и сплавы этого металла — антифриз зелёный G11 или синего цвета.

А вот вопрос о совместимости жидкостей разных классов весьма актуален. Следует помнить, что смешивать вещества G 11 с G 12 нельзя, так как второе вещество сразу потеряет все свои преимущества. Допускается совместное использование тосола G 12 и G 12+.

Чтобы избежать проблем при покупке поддержанного автомобиля, перед сменой антифриза стоит слить старый и полностью прочистить систему.

границ | Идентификация антифризных белков на основе ключевой эволюционной информации

Введение

Белки-антифризы могут защищать клетки и биологические жидкости от замерзания, препятствуя зарождению, препятствуя росту кристаллов льда и препятствуя перекристаллизации льда (Kandaswamy et al., 2011), и, таким образом, являются важными природными антифризами, которые широко используются в пищевых продуктах. сохранение (Zhan et al., 2018; Provesi et al., 2019; Song et al., 2019), медицина (Lee et al., 2012; Khan et al., 2019) и биотехнологических приложений (Naing and Kim, 2019). Впервые они были обнаружены в крови антарктических рыб около 50 лет назад (DeVries, Wohlschlag, 1969; DeVries et al., 1970). Более поздние исследования выявили их существование и у других живых организмов, которым в течение жизни приходится выдерживать отрицательные температуры, в том числе у растений (Griffith et al., 1992; Duman, Olsen, 1993), насекомых (Husby, Zachariassen, 1980), грибов (Duman и Олсен, 1993), и бактерии (Думан и Олсен, 1993).Однако, несмотря на их превосходные характеристики на молекулярном уровне, количество многих белков, которые могут быть получены в коммерческих целях, недостаточно для крупномасштабного промышленного применения (Nishimiya et al., 2008). Кроме того, некоторые важные белки-антифризы являются цитотоксическими, что серьезно ограничивает их потенциальное применение (Naing and Kim, 2019). Поэтому срочно необходима разработка инструментов для идентификации новых белков с антифризными функциями.

Однако, несмотря на схожие функции белков-антифризов, традиционные инструменты, которые ищут гомологичные белки на основе сходства последовательностей, такие как инструмент поиска базового локального выравнивания (BLAST) и итеративный метод определения положения (PSI)-BLAST, плохо работают при попытке идентифицировать антифризные белки (Kandaswamy et al., 2011; Эслами и др., 2018 г.; Nath and Subbiah, 2018), потому что антифризные белки демонстрируют большое разнообразие среди видов по своей структуре и свойствам последовательности. Например, места связывания льда у рыб умеренно гидрофобны (Jia, Davies, 2002), а у растений в основном гидрофильны (Ramya, 2017). Отчетливые физико-химические и структурные свойства также проявляются даже у филогенетически родственных видов. Предыдущие исследования костистых рыб выявили четыре неродственных типа белков-антифризов, классифицированных по их различиям в последовательности и структурных характеристиках (Ewart et al., 1999). Белки-антифризы I типа представляют собой α-спиральные белки, богатые аланином; тип II имеет лектиновые складки С-типа из смешанных α-спиралей и β-цепей и состоит в основном из Cys, Ala, Asn, Gln и Thr; тип III — это глобулярные белки без особой повторяющейся структуры; тип IV в основном состоит из Glu и Gln и имеет свернутые α-спиральные пучки (Cheung et al., 2017). У насекомых есть два типа антифризных белков, которые фундаментально различаются по своей первичной, вторичной и третичной структурам, несмотря на то, что оба содержат два ряда остатков Thr, образующих β-спирали (Jia and Davies, 2002).Точно так же в растениях были очищены и охарактеризованы 15 антифризных белков (Gupta and Deswal, 2014), которые имеют низкую гомологию и весьма разнообразные свойства в отношении аминокислотных последовательностей (Atici and Nalbantoglu, 2003). В целом, эти результаты свидетельствуют о том, что антифризные белки могут независимо развить свои способности связывания льда (Cheung et al., 2017), и это препятствует нашему пониманию взаимосвязи между последовательностью и функцией.

Несмотря на эти проблемы, некоторые исследователи пытались создать классификаторы для идентификации белков-антифризов, основанные главным образом на свойствах, полученных из последовательности (Doxey et al., 2006; Кандасвами и др., 2011 г.; Чжао и др., 2012 г.; Аппельс и др., 2018). Например, Докси и др. (2006) разработали алгоритм для прогнозирования антифризных белков на основе физико-химических характеристик поверхности. Их метод, к сожалению, не подходит для большинства белков, так как для большинства белков недоступны трехмерные кристаллографические структуры. В более поздних исследованиях по предсказанию антифризных белков использовались современные алгоритмы машинного обучения, которые продемонстрировали свою способность в других исследованиях, связанных с белками, таких как идентификация мембранных белков и их подкатегорий (Chou and Shen, 2007), предсказание субклеточной локализации белков с несколькими метками (Javed и Hayat, 2019), а также классификации вторичных структур белков (Ge et al., 2019). Большинство этих исследований были сосредоточены на особенностях, связанных с аминокислотным составом, и различные физико-химические свойства аминокислотных последовательностей широко использовались для идентификации белков-антифризов (Kandaswamy et al., 2011; Yu and Lu, 2011; Mondal and Pai, 2014; Pratiwi). и др., 2017). Напротив, несмотря на предполагаемую конвергентную эволюцию белков-антифризов, Zhao et al. (2012) построили классификатор с высокой производительностью исключительно на основе эволюционных признаков, полученных из матриц оценки положения (PSSM), предполагая, что эволюционная информация также важна для идентификации антифризных белков.Он и др. (2015) дополнительно сравнили характеристики эволюционных признаков с двумя показателями состава аминокислот (т. е. составом аминокислот и составом псевдоаминокислот) и показали, что признаки, полученные из PSSM, достигают более высоких показателей. Точно так же Ян и соавт. (2015) сообщили, что среди различных признаков, имеющих отношение к идентификации антифризных белков, наибольшую долю составляют признаки, полученные от PSSM, хотя другое исследование показало, что физико-химические свойства были более важными (Eslami et al., 2018). Тем не менее, эти результаты предполагают, что выявление эволюционной информации, лежащей в основе дифференциации антифризных и неантифризных белков, важно для улучшения нашего понимания взаимодействий белок-лед.

В этом исследовании, чтобы раскрыть механизмы взаимодействия белок-лед и предоставить эффективный и точный автоматизированный инструмент для идентификации антифризных белков, мы определили ключевую эволюционную информацию, лежащую в основе дифференциации антифризных и неантифризных белков.Сначала мы получили эволюционные признаки от PSSM. Проблема, которая не была решена в большинстве предыдущих исследований по созданию классификаторов на основе алгоритмов машинного обучения, заключается в том, что белки-антифризы встречаются редко по сравнению с белками, не являющимися антифризами. Это может привести к тому, что модели сосредоточатся на неантифризных белках, что ухудшит процесс обучения и оценку точности модели (ACC) (Yang et al., 2015). Поэтому мы создали предварительно обработанный набор обучающих данных, используя TEchnique взвешенного меньшинства передискретизации (MWMOTE) для создания синтетических белков-антифризов на основе взвешенных информативных белков-антифризов в наборе необработанных обучающих данных, чтобы устранить несбалансированную проблему обучения (Barua et al. ., 2014). В этом методе используется кластерный подход, чтобы гарантировать, что все сгенерированные белки-антифризы находятся в некоторых кластерах исходных белков-антифризов, и было показано, что он превосходит несколько других методов (Barua et al., 2014). После этого мы экономно выбрали ключевые функции, чтобы уменьшить избыточную и зашумленную информацию на основе процедуры выбора функций. Затем классификатор, основанный на выбранных ключевых признаках, был обучен с использованием метода опорных векторов (SVM) для различения антифризных и неантифризных белков.

Материалы и методы

Наборы данных

Наборы эталонных данных антифризных и неантифризных белков были получены от Kandaswamy et al. (2011). Ранее в исследовании Kandaswamy et al. был отобран 481 антифризный и 9439 неантифризных белков с низким сходством (≤40%). (2011), а 221 антифриз и все неантифризные белковые последовательности были извлечены из белков семян в базе данных Pfam (Sonnhammer et al., 1997). В этом исследовании мы дополнительно удалили последовательности, содержащие неоднозначные остатки, т.е.д., «Х», «В», «У» и «О». Всего было сохранено 479 антифризных и 9139 неантифризных белковых последовательностей для получения признаков из PSSM.

PSI-BLAST использовали для оценки PSSM для каждой последовательности на основе последовательностей в неизбыточной базе данных Swiss-PROT, которые имеют значительное сходство, с тремя итерациями и пороговым значением e 0,0001 (Bhagwat and Aravind, 2007; Zhu et др., 2019). Необработанные PSSM представляют собой матрицы n × 20; n строк указывают остатки запрашиваемого белка, где n — длина последовательности белка, а 20 столбцов представляют 20 стандартных аминокислот, которые могут существовать в родственных последовательностях белков.Элемент в i -й строке и j -м столбце оценивает частоту встречаемости конкретной аминокислоты (X) в позиции i в последовательности запроса, мутирующей в j -ю альтернативную аминокислоту (Z) в родственной последовательности. последовательности белков в процессе эволюции. Некоторые аминокислоты в строках каждого необработанного PSSM могут встречаться несколько раз. Затем ряды одинаковых аминокислот суммировали, чтобы сформировать матрицу 20 × 20. После этого матрица была преобразована в вектор с 400 измерениями [признаки; подробности см. в Zhao et al.(2012)]. Таким образом, каждый элемент вектора представляет собой возникновение замены конкретной аминокислоты (X) в запрашиваемом белке на альтернативную аминокислоту (Z) в родственных белках, что свидетельствует о сохранении аминокислоты X в каждом запрашиваемом белке. . Отрицательное (низкое) значение X–Z или положительное (высокое) значение X–X предполагает, что частота мутаций аминокислоты X в Z или другие аминокислоты случайно ниже, чем ожидалось, и, таким образом, X сохраняется. Некоторые последовательности не могли быть оценены в анализе PSSM и поэтому были исключены.Наконец, векторы, основанные на 398 антифризных и 7423 неантифризных белках, были объединены в единый набор данных, и 80% антифризных и неантифризных белков использовались в качестве обучающего набора данных, а оставшиеся 20% использовались в качестве тестовых данных. задавать.

Затем набор обучающих данных был предварительно обработан на основе MWMOTE с использованием R-пакета «imbalance» (Cordn et al., 2018), при этом было достигнуто соотношение 0,78 между антифризными и неантифризными белками.

Выбор функции

Характеристики были сначала ранжированы на основе взаимной информации с использованием ансамблевого подхода минимальной избыточности — максимальной релевантности (mRMR) (De Jay et al., 2013; Ван и др., 2018 г.; Юань и др., 2018). Таким образом, признаки с наивысшим рейтингом были как наиболее релевантными для различения антифризных и неантифризных белков, так и комплементарными друг другу (Ding and Peng, 2003). Затем в модели последовательно добавлялись функции, начиная с модели с наивысшим рангом, а классификатор обучался и оценивался на основе пятикратной перекрестной проверки и набора независимых тестовых данных с использованием метода SVM (см. ниже). Чтобы экономно выбрать ключевые функции для создания классификатора для различения антифризных и неантифризных белков, была сохранена модель, предшествовавшая модели с пониженной производительностью в независимом наборе тестовых данных.

Обучение модели и оценка

Машина опорных векторов — популярный классификатор, который решил несколько задач биоинформатики (Li et al., 2016; Chen et al., 2017; Bu et al., 2018; Zhang et al., 2018; Chao et al., 2019a, б; Sun et al., 2019; Wang et al., 2019). Пакет R «caret» использовался для обучения моделей и настройки гиперпараметров модели на основе SVM (Kuhn, 2008). Характеристики модели оценивались на основе ACC, чувствительности (SN), специфичности (SP) и площади под кривой рабочих характеристик приемника (AUC) с использованием пятикратной перекрестной проверки и набора независимых тестовых данных (Tan et al., 2019). ACC — это отношение количества правильно распознанных белков к общему количеству белков, оценивающее общую производительность модели. SN представляет собой отношение количества правильно распознанных белков-антифризов к количеству всех истинных белков-антифризов. SP представляет собой отношение количества правильно распознанных неантифризных белков к количеству всех истинных неантифризных белков. Напротив, AUC учитывает как SN, так и SP, оценивая способность модели распознавать антифризные белки среди немеченых антифризных белков и неантифризные белки среди немеченых неантифризных белков.Таким образом, он устойчив к несбалансированным данным. Более высокие значения AUC указывают на то, что модель лучше различает антифризные и неантифризные белки.

Кроме того, для сравнения производительности классификаторов, основанных на наборе необработанных данных, с классификаторами, основанными на наборе предварительно обработанных данных (созданных с помощью MWMOTE), и производительности классификаторов, основанных на тщательно отобранных ключевых функциях, с классификаторами, основанными на всех функциях, классификаторы также были обучены и оценены с использованием набора необработанных данных и набора предварительно обработанных данных со всеми функциями.Кроме того, для дальнейшего уменьшения размерности во всех наборах данных использовался анализ основных компонентов (ПК), а затем были обучены классификаторы, основанные на первых двух ПК, и их характеристики были нанесены на график для визуальной иллюстрации характеристик модели. Чтобы оценить важность каждой выбранной ключевой функции для первых двух ПК, их вклад оценивался на основе следующего уравнения:

Вклад=ri⁢j2/∑ri⁢j2

, где ri⁢j2 — коэффициент корреляции между i -м ключевым признаком и j -м ПК.

Результаты

Выбор ключевых признаков для различения незамерзающих и неантифризных белков

Семь признаков, полученных из PSSM, были тщательно отобраны в качестве ключевых признаков для различения антифризных и неантифризных белков (рис. 1А). Добавление дополнительных функций привело к первоначальному снижению производительности в наборе независимых тестовых данных в отношении AUC, ACC и SN, хотя при включении еще большего количества функций производительность увеличилась (рис. 1A).Основываясь на семи признаках, большинство белков были правильно распознаны в наборе обучающих данных, то есть 96% и 97% антифризных белков и неантифризных белков были правильно идентифицированы соответственно (таблица 1). Общий ACC и AUC составили 0,91 и 0,96 соответственно (таблица 1). В независимом тестовом наборе данных была успешно идентифицирована немного меньшая доля (63%) антифризных белков, и были правильно предсказаны 97% неантифризных белков, что привело к увеличению ACC, но уменьшению AUC по сравнению с тренировочным. набор данных (табл. 1).

Рис. 1. (A) Выбор ключевых признаков, полученных из позиционно-специфических оценочных матриц (PSSM) для различения антифризных и неантифризных белков. Характеристики были сначала ранжированы на основе взаимной информации с использованием подхода минимальной избыточности — максимальной релевантности ансамбля (mRMR). Начиная с признака с самым высоким рейтингом, к моделям последовательно добавлялись 200 признаков. Характеристики модели оценивались с использованием пятикратной перекрестной проверки и набора независимых тестовых данных на основе AUC, ACC, SN и SP.Семь лучших признаков были тщательно отобраны для создания классификатора для различения антифризных и неантифризных белков, а затем AUC, ACC и SN уменьшились в независимом наборе тестовых данных. (B) Распределение антифризных и неантифризных белков по первым двум основным компонентам (ПК). Стрелки указывают корреляции между каждым из семи признаков и PC1 и PC2. (C) Вклад каждой из семи функций в ПК1 и ПК2. Функции сортируются в порядке убывания в зависимости от их вклада.Ожидаемый средний вклад составлял 1/7, так как признаков было семь, и вклад каждого признака предполагался равномерным (Kassambara and Mundt, 2017).

Таблица 1. Показатели различения антифризов и неантифризов на основе метода опорных векторов (SVM) в различных наборах данных.

На первые два ПК, полученные из семи выбранных ключевых признаков, приходится 70% различий между признаками (рис. 1В).Вдоль PC1 замены Cys и Trp в неантифризных белках на Ala и Met, соответственно, в родственных белках увеличивались в соответствии с увеличением количества неантифризных белков (рис. 1B, C). Точно так же вдоль PC2 Gly и Arg в неантифризных белках чаще замещались Ala и Arg, соответственно, в родственных белках. Напротив, в антифризных белках было меньше замен Cys, Trp и Gly, но больше Arg было заменено Ser (рис. 1B, C). Только с первыми двумя PC были достигнуты относительно высокие характеристики в отношении различения антифризных и неантифризных белков (таблица 1 и рисунок 2C).Классификатор правильно идентифицировал 94 % антифризных белков и 78 % неантифризных белков в наборе данных для обучения и 61 % антифризных белков и 95 % неантифризных белков в независимом тестовом наборе данных (таблица 1). ACC и AUC составляли 0,87 и 0,90 в наборе обучающих данных соответственно и 0,93 и 0,82 в наборе данных независимого теста соответственно (таблица 1).

Рисунок 2. Показатели моделей для различения антифризных и неантифризных белков на основе первых двух основных компонентов (PC), полученных из (A) набор, (B) все функции, полученные из PSSM с использованием предварительно обработанного набора данных, основанного на методе взвешенной выборки меньшинства большинства (MWMOTE), и (C) семь выбранных ключевых функций с использованием предварительно обработанного набора данных.Верхние цифры основаны на пятикратной перекрестной проверке, а нижние цифры основаны на независимом наборе тестовых данных. Точные значения производительности см. в таблице 1. Кроме того, показаны значения решения, которые использовались для предсказания антифризных и неантифризных белков.

Производительность метода MWMOTE

Использование метода MWMOTE для создания набора предварительно обработанных данных значительно повысило производительность модели. При использовании всех функций почти каждый белок был правильно идентифицирован в наборе обучающих данных со значениями SN и SP, равными 1.00, а в независимом наборе тестовых данных 70% антифризных белков и 100% неантифризных белков были правильно распознаны (таблица 1 и рисунок 2B). Напротив, хотя классификатор, обученный со всеми функциями и набором необработанных данных, показал в целом высокие характеристики с точки зрения AUC, ACC и SP, это произошло за счет правильной идентификации антифризных белков, т. е. низкого SN (таблица 1). . Было предсказано, что большинство белков не являются антифризными белками, и только 65% и 67% антифризных белков были правильно распознаны в наборах обучающих и независимых тестов соответственно (таблица 1 и рисунок 2А).

Обсуждение

Мы обнаружили, что предварительная обработка на основе метода MWMOTE улучшила нашу способность различать антифризные и неантифризные белки. Семь из 400 функций, полученных от PSSM, были тщательно отобраны в качестве ключевых функций, обеспечивающих относительно высокие характеристики. Среди этих функций все еще была избыточная и зашумленная информация, которая была минимизирована с помощью компьютерного анализа с незначительной потерей способности распознавания. Эти результаты предполагают, что антифризные и неантифризные белки можно дифференцировать на основе нескольких признаков, полученных от PSSM, и, следовательно, небольшой информации об эволюции.

Дифференциация антифризных и неантифризных белков

Было показано, что белки-антифризы

произошли конвергентно от разных белковых семейств (Ewart et al., 1999; Nath et al., 2013; Nath and Subbiah, 2018). Здесь мы обнаружили, что могут существовать общие эволюционные отношения между белками-антифризами, т. Е. Cys, Trp и Gly являются консервативными, а их замены на Ala, Met и Ala, соответственно, редко встречаются в белках-антифризах. Этот результат удивителен, поскольку Cys, Trp, Gly, Met и Ala являются наиболее гидрофобными аминокислотными остатками (Rose et al., 1985), было показано, что они имеют большое сходство друг с другом с точки зрения гидрофобности (Riek et al., 1995) и, следовательно, частоты мутаций или замен Cys, Trp и Gly на Ala, Met и Ala соответственно. , должно быть высоким (Riek et al., 1995). Таким образом, сохранение Cys, Trp и Gly в белках-антифризах предполагает, что могло существовать эволюционное давление, чтобы сохранить эти аминокислоты в белках-антифризах, и сохранение Cys, Trp и Gly может придать белкам антифризную функцию, хотя основные механизмы до сих пор неясны.Точно так же Graham and Davies (2005) показали, что, несмотря на удивительное расхождение в первичных последовательностях, обе изоформы высокоэффективного антифризного белка, обнаруженного у снежных блох, начинаются с Gly. Считается, что Gly очень уникален и обладает высокой конформационной гибкостью, и он может занимать положения, такие как тесные повороты, которые невозможны для всех других аминокислот (Betts and Russell, 2003). Существование Gly может иметь важное значение для формирования различных поверхностей связывания льда в белках-антифризах (Jia and Davies, 2002; Doxey et al., 2006). Более того, дисульфидные связи, образованные парными остатками Cys, повсеместно распространены среди антифризных белков различных таксонов, включая насекомых (Li et al., 1998; Graether et al., 2000), бактерий (Bar et al., 2006), растений (Hon et al., 1994; Bar et al., 2006) и рыб (Davies and Hew, 1990), что может позволить белкам сопротивляться разрушению из-за адсорбции льдом или денатурационного стресса во время замораживания (Li et al., 1998). Trp представляет собой ароматическую аминокислоту с гидрофобной боковой цепью, и она имеет тенденцию быть скрытой в гидрофобных ядрах белков, потенциально образуя сайты связывания со льдом (Betts and Russell, 2003).Другое возможное объяснение сохранения Cys, Trp и Gly в белках-антифризах заключается в том, что эти аминокислоты имеют более высокую склонность к образованию α-спиралей (Koehl and Levitt, 1999), что важно для ингибирования роста кристаллов льда (Knight et al. др., 1991). В отличие от консервативности Cys, Trp и Gly в белках-антифризах, Arg в белках-антифризах чаще заменялся Ser и реже сам собой в родственных белках, что предполагает отсутствие консервативности Arg в белках-антифризах.Точно так же Nath et al. (2013) сравнили эволюционные различия между тремя типами белков-антифризов у ​​рыб и их соответствующими гомологичными белками, не являющимися антифризами, и обнаружили, что Arg обычно избегают во всех типах белков-антифризов. Однако важно отметить, что PSSM наших белков-антифризов были основаны на сравнении сходства последовательностей с родственными белками, но не обязательно белками с функцией антифриза. Белки-антифризы встречаются редко и различаются по своим последовательностям, и PSI-BLAST и BLAST испытывают трудности с использованием белка-антифриза в качестве последовательности запроса для поиска новых белков-антифризов на основе сходства (Kandaswamy et al., 2011; Эслами и др., 2018 г.; Нат и Суббиа, 2018 г.). Таким образом, некоторые из последовательностей, которые использовались для расчета PSSM наших белков-антифризов, могли быть последовательностями белков, не являющихся антифризами. Если это так, то высокая частота замены Arg в антифризных белках на Ser в неантифризных белках (или, другими словами, высокая частота замены Ser в неантифризных белках на Arg в антифризных белках) может указывать на важную мутацию, способствующую функции антифриза.Более строгий отбор белков при оценке PSSM может помочь прояснить это. Тем не менее, наши результаты, а также результаты предыдущих исследований показывают, что идентификация ключевой эволюционной информации важна для понимания взаимодействий белок-лед и для понимания развития антифризных белков из ранее существовавших неантифризных белков.

Сравнение наших семи ключевых характеристик с самыми современными инструментами для различения незамерзающих и незамерзающих белков

Благодаря достижениям в области секвенирования генома было накоплено большое количество секвенированных белков, которые нуждаются в функциональных аннотациях.Существует множество инструментов автоматической аннотации для идентификации белков-антифризов, таких как TargetFreeze (He et al., 2015), AFP_PSSM (Zhao et al., 2012), CryoProtect (Pratiwi et al., 2017) и afpCOOL (Eslami et al. , 2018). Однако эти инструменты используют слишком много функций (таблица 2), которые часто могут быть избыточными и приводить к переоснащению. Мы обнаружили, что высокие характеристики были достигнуты при использовании только семи ключевых функций, полученных от PSSM. По сравнению с другими методами наш метод использовал наименьшее количество признаков при достижении самого высокого коэффициента корреляции Мэтьюса (MCC), который представляет собой корреляцию между предсказанными и истинными классификациями и устойчив к несбалансированным данным (Boughorbel et al., 2017) и значения АСС, а также высокие SN и SP (табл. 2). Эти результаты показывают, что наша модель превосходит современные инструменты и поэтому может быть более подходящей для различения антифризных и неантифризных белков.

Таблица 2. Сравнение наших семи ключевых характеристик, полученных на основе оценочных матриц для конкретных позиций (PSSM), с существующими методами машинного обучения для различения антифризов и неантифризов с использованием независимых наборов тестовых данных.

Заключение

Понимание эволюции белков-антифризов важно для раскрытия взаимодействий между белками и льдом и, в более широком смысле, адаптации организмов к окружающей среде. Мы обнаружили, что консервация нескольких ключевых аминокислот показала противоположные тенденции в антифризных и неантифризных белках, предполагая, что имело место сильное давление отбора, связанное с этими аминокислотами, что привело к дифференциации между антифризными и неантифризными белками в отношении их связывания со льдом. емкости.Более того, мы показали, что эволюционная информация имеет решающее значение для разработки точных автоматизированных инструментов для различения антифризных и неантифризных белков. Таким образом, наша модель, основанная на семи ключевых характеристиках, полученных из PSSM, и превосходящая современные инструменты, является эффективным и важным инструментом, помогающим идентифицировать новые белки-антифризы и облегчать их использование.

Заявление о доступности данных

В этом исследовании были проанализированы общедоступные наборы данных. Эти данные можно найти в Kandaswamy et al.(2011).

Вклад авторов

SS, HD, DW и SH: концептуализация. СС: формальный анализ, написание и подготовка первоначального проекта. SS, HD, DW и SH: написание-обзор и редактирование. Все авторы прочитали и согласились с опубликованной версией рукописи.

Финансирование

Работа выполнена при поддержке Фонда естественных наук Китая (№ 61772119).

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Ссылки

Appels, R., Eversole, K., Feuillet, C., Keller, B., Rogers, J., Stein, N., et al. (2018). Расширение границ исследований и селекции пшеницы с использованием полностью аннотированного эталонного генома. Наука 361:eaar7191. doi: 10.1126/science.aar7191

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Атичи, О., и Налбантоглу, Б. (2003). Белки-антифризы высших растений. Фитохимия 64, 1187–1196. дои: 10.1016/s0031-9422(03)00420-5

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Бар М., Бар-Зив Р., Шерф Т. и Фасс Д. (2006). Эффективное производство свернутого и функционального антифризного белка β-спирали с высокой степенью дисульфидной связи в бактериях. Протеиновый экспресс. Очист. 48, 243–252. doi: 10.1016/j.pep.2006.01.025

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Баруа, С., Ислам, М.М., Яо, X., и Мурасе, К. (2014). MWMOTE — метод передискретизации меньшинства с взвешенным большинством для обучения несбалансированному набору данных. IEEE Trans. Знай. Инж. данных 26, 405–425. doi: 10.1109/ТКДЭ.2012.232

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Беттс, М.Дж., и Рассел, Р.Б. (2003). «Свойства аминокислот и последствия замен», в Bioinformatics for Geneticists , eds MR Barnes and IC Gray (London: Wiley).

Академия Google

Бхагват, М., и Аравинд, Л. (2007). «PSI-BLAST Tutorial», в Comparative Genomics , ed. Н. Х. Бергман (Тотова, Нью-Джерси: Humana Press).

Академия Google

Бухорбел С., Джаррей Ф. и Эль-Анбари М. (2017). Оптимальный классификатор для несбалансированных данных с использованием метрики коэффициента корреляции Мэтьюса. PLoS ONE 12:e0177678. doi: 10.1371/journal.pone.0177678

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Бу, Х. Д., Хао, Дж. К., Гуань, Дж. Х., и Чжоу, С. Г. (2018). Прогнозирование энхансеров из нескольких клеточных линий и тканей на разных стадиях развития на основе метода SVM. Курс. Биоинформ. 13, 655–660. дои: 10.2174/1574893613666180726163429

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Чао Л., Цзинь С., Ван Л., Го Ф. и Цзоу К. (2019a). AOPs-SVM: классификатор антиоксидантных белков на основе последовательностей с использованием машины опорных векторов. Фронт. биоинж. Биотехнолог. 7:224. doi: 10.3389/fbioe.2019.00224

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Чао, Л., Вэй, Л., и Цзоу, К. (2019b).SecProMTB: классификатор секреторных белков микобактерий туберкулеза на основе SVM с несбалансированным набором данных. Протеомика 19:e1

7. doi: 10.1002/pmic.201

7

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Cheung, RCF, Ng, T.B., and Wong, JH (2017). Белки-антифризы из разных организмов и их применение: обзор. Курс. прот. Пептидная наука. 18, 262–283. дои: 10.2174/1389203717666161013095027

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Чжоу, К.C. и Шен, HB (2007). MemType-2L: веб-сервер для прогнозирования мембранных белков и их типов путем включения информации об эволюции через Pse-PSSM. Биохим. Биофиз. Рез. коммун. 360, 339–345. doi: 10.1016/j.bbrc.2007.06.027

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Кордн И., Гарка С., Фернндес А. и Эррера Ф. (2018). дисбаланс: алгоритмы предварительной обработки несбалансированных наборов данных. Версия пакета R 1.0.2. Доступно онлайн по адресу: https://rdrr.io/cran/imbalance/ (по состоянию на 21 июля 2019 г.).

Академия Google

Дэвис, П.Л., и Хью, К.Л. (1990). Биохимия антифризных белков рыб. FASEB J. 4, 2460–2468. doi: 10.1096/fasebj.4.8.2185972

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Де Джей, Н., Папийон-Кавана, С., Олсен, К., Эль-Хачем, Н., Бонтемпи, Г., и Хайбе-Кайнс, Б. (2013). mRMRe: пакет R для параллельного выбора функций ансамбля mRMR. Биоинформатика 29, 2365–2368.doi: 10.1093/биоинформатика/btt383

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

ДеВриз, А.Л., Комацу, С.К., и Фини, Р.Е. (1970). Химические и физические свойства понижающих температуру замерзания гликопротеинов антарктических рыб. Дж. Биол. хим. 245, 2901–2908.

Академия Google

Дин, К., и Пэн, Х.К. (2003). «Выбор признаков минимальной избыточности на основе данных экспрессии генов микрочипов», в Proceedings of the Ieee Bioinformatics Conference 2003 , Los Alamitos, 523–528.doi: 10.1109/csb.2003.1227396

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Докси, А.С., Яиш, М.В., Гриффит, М., и МакКонки, Б.Дж. (2006). Упорядоченные поверхностные углероды различают белки-антифризы и их участки, связывающие лед. Нац. Биотехнолог. 24, 852–855. дои: 10.1038/nbt1224

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Думан, Дж. Г., и Олсен, Т. М. (1993). Термический гистерезис белковой активности у бактерий, грибов и филогенетически разнообразных растений. Криобиология 30, 322–328. doi: 10.1006/cryo.1993.1031

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Эслами, М., Ширали Хоссейн, Заде, Р., Такаллу, З., Махдевар, Г., Эмамджомех, А., и др. (2018). afpCOOL: инструмент для прогнозирования антифризного белка. Гелион 4:e00705. doi: 10.1016/j.heliyon.2018.e00705

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Ге, Ю., Чжао, С. и Чжао, X. (2019). Алгоритм пошаговой классификации вторичных структур белка на основе двухслойной модели SVM. Геномика 112, 1941–1946. doi: 10.1016/j.ygeno.2019.11.006

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Graether, S.P., Kuiper, M.J., Gagné, S.M., Walker, V.K., Jia, Z., Sykes, B.D., et al. (2000). Структура β-спирали и свойства связывания льда гиперактивного белка-антифриза насекомого. Природа 406, 325–328. дои: 10.1038/35018610

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Гриффит, М., Ala, P., Yang, D.S.C., Hon, W.C., and Moffatt, B.A. (1992). Белок-антифриз вырабатывается эндогенно в листьях озимой ржи. Завод физиол. 100, 593–596. doi: 10.1104/pp.100.2.593

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

He, X., Han, K., Hu, J., Yan, H., Yang, J.-Y., Shen, H.-B., et al. (2015). TargetFreeze: идентификация белков-антифризов по комбинации весов с использованием информации об эволюции последовательности и псевдоаминокислотного состава. Дж. Мембр. биол. 248, 1005–1014. doi: 10.1007/s00232-015-9811-z

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Hon, WC, Griffith, M., Chong, P., and Yang, D.S.C. (1994). Экстракция и выделение белков-антифризов из листьев озимой ржи ( Secale злаковый L.). Завод физиол. 104, 971–980. doi: 10.1104/стр.104.3.971

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Хасби, Дж. А., и Захариассен, К.Э. (1980). Антифризы в жидкостях организма зимнеактивных насекомых и пауков. Опыт 36, 963–964. дои: 10.1007/BF01953821

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Джавед, Ф., и Хаят, М. (2019). Прогнозирование субклеточной локализации белков с несколькими метками путем включения признаков последовательности в PseAAC Чжоу. Геномика 111, 1325–1332. doi: 10.1016/j.ygeno.2018.09.004

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Цзя З.C. и Дэвис, П.Л. (2002). Белки-антифризы: необычное взаимодействие рецептор-лиганд. Тенденции биохим. науч. 27, 101–106. doi: 10.1016/s0968-0004(01)02028-x

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Kandaswamy, K.K., Chou, K.C., Martinetz, T., Moller, S., Suganthan, P.N., Sridharan, S., et al. (2011). AFP-Pred: метод случайного леса для прогнозирования белков-антифризов по свойствам, полученным из последовательности. Ж. Теор. биол. 270, 56–62. дои: 10.1016/j.jtbi.2010.10.037

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Хан, М.С., Ибрагим, С.М., Адаму, А.А., Рахман, М.Б.А., Бакар, М.З.А., Нурдин, М.М., и соавт. (2019). Предтрансплантационные гистологические исследования трансплантатов кожи, криоконсервированных в антифризном пептиде, ориентированном на α-спираль антарктических дрожжей (Afp1m). Криобиология [в печати]. doi: 10.1016/j.cryobiol.2019.09.012

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Найт, К.A., Cheng, C.C., и DeVries, A.L. (1991). Адсорбция альфа-спиральных антифризных пептидов на специфических плоскостях поверхности кристаллов льда. Биофиз. Дж. 59, 409–418. doi: 10.1016/s0006-3495(91)82234-2

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Кун, М. (2008). Построение прогностических моделей в R с использованием пакета Caret. Дж. Стат. ПО 28, 1–26. дои: 10.18637/jss.v028.i05

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Ли, С.Г., Кох, Х.Ю., Ли, Дж. Х., Канг, С. Х., и Ким, Х. Дж. (2012). Криоконсервирующие эффекты рекомбинантного связывающего лед белка из арктических дрожжей leucosporidium sp на эритроциты. Заяв. Биохим. Биотехнолог. 167, 824–834. doi: 10.1007/s12010-012-9739-z

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Ли, Д., Джу, Ю., и Цзоу, К. (2016). Прогнозирование складок белка с помощью иерархически структурированного SVM. Курс. протеом. 13, 79–85. дои: 10.2174/157016461302160514000940

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Ли, Н., Кендрик, Б.С., Мэннинг, М.С., Карпентер, Дж.Ф., и Думан, Дж.Г. (1998). Вторичная структура антифризных белков перезимовавших личинок жука Dendroides canadensis . Арх. Биохим. Биофиз. 360, 25–32. doi: 10.1006/abbi.1998.0930

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Мондал С. и Пай П. П. (2014). Псевдоаминокислотный состав Чоу улучшает предсказание белка антифриза на основе последовательности. Ж. Теор.биол. 356, 30–35. doi: 10.1016/j.jtbi.2014.04.006

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Наинг, А. Х., и Ким, С. К. (2019). Краткий обзор применения белков-антифризов в криоконсервации и метаболической генной инженерии. 3 Биотех 9:9. doi: 10.1007/s13205-019-1861-y

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Нат, А., Чаубе, Р., и Суббиа, К. (2013). Взгляд на молекулярную основу конвергентной эволюции антифризных белков рыб. Вычисл. биол. Мед. 43, 817–821. doi: 10.1016/j.compbiomed.2013.04.013

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Нат, А., и Суббиа, К. (2018). Роль соответствующим образом разнообразного и сбалансированного обучения, а также тестирования наборов данных в достижении истинной эффективности классификаторов при прогнозировании антифризных белков. Нейрокомпьютинг 272, 294–305. doi: 10.1016/j.neucom.2017.07.004

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Нишимия Ю., Мие Ю., Хирано Ю., Кондо Х., Миура А. и Цуда С. (2008). Массовое приготовление и технологическая отработка антифризного протеина. Синтезиол. англ. Эд. 1, 7–14. doi: 10.5571/syntheng.1.7

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Pratiwi, R., Malik, A.A., Schaduangrat, N., Prachayasittikul, V., Wikberg, J.E.S., Nantasenamat, C., et al. (2017). CryoProtect: веб-сервер для классификации белков-антифризов от белков, не являющихся антифризами. J. Chem. 2017:15. дои: 10.1155/2017/9861752

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Провеси, Дж. Г., Нето, П. А. В., Ариси, А. К. М., и Аманте, Э. Р. (2019). Экстракция белков-антифризов из акклиматизированных к холоду листьев Drimys angustifolia и их применение для замораживания карамболы ( Averrhoa carambola ). Пищевая хим. 289, 65–73. doi: 10.1016/j.foodchem.2019.03.055

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Рамья, Л.(2017). Физико-химические свойства белков-антифризов насекомых и растений: численное исследование. Курс. науч. 112, 1512–1520.

Академия Google

Riek, R.P., Handschumacher, M.D., Sung, S.S., Tan, M., Glynias, M.J., Schluchter, M.D., et al. (1995). Эволюционное сохранение как гидрофильной, так и гидрофобной природы трансмембранных остатков. Ж. Теор. биол. 172, 245–258. doi: 10.1006/jtbi.1995.0021

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Роуз, Г.Д., Гезеловиц А.Р., Лессер Г.Дж., Ли Р.Х. и Зефус М.Х. (1985). Гидрофобность аминокислотных остатков глобулярных белков. Наука 229, 834–838. doi: 10.1126/science.4023714

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Song, D.H., Kim, M., Jin, E.S., Sim, D.W., Won, H.S., Kim, E.K., et al. (2019). Криопротекторное действие белка-антифриза, очищенного от личинок Tenebrio molitor, на овощи. Пищевые гидроколлоиды 94, 585–591.doi: 10.1016/j.foodhyd.2019.04.007

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Sonnhammer, E.L.L., Eddy, S.R., and Durbin, R. (1997). Pfam: обширная база данных семейств белковых доменов, основанная на начальном выравнивании. Прот. Структура Функц. Биоинформ. 28, 405–420.

Академия Google

Tan, J.X., Li, S.H., Zhang, Z.M., Chen, C.X., Chen, W., Tang, H., et al. (2019). Идентификация белков, связывающих гормоны, на основе методов машинного обучения. Матем. Бионауч. англ. 16, 2466–2480. doi: 10.3934/mbe.2019123

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Ван, С.П., Чжан, К., Лу, Дж., и Цай, Ю.Д. (2018). Анализ и предсказание сайтов нитрования тирозина с помощью метода mRMR и алгоритма машины опорных векторов. Курс. Биоинформ. 13, 3–13. дои: 10.2174/1574893611666160608075753

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Ван Ю., Ши Ф. К., Цао Л.Y., Dey, N., Wu, Q., Ashour, A.S., et al. (2019). Анализ морфологической сегментации и классификация машин опорных векторов на основе текстуры на микроскопических изображениях фиброза печени мышей. Курс. Биоинформ. 14, 282–294. дои: 10.2174/15748936146661

125221

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Ян Р., Чжан К., Гао Р. и Чжан Л. (2015). Эффективный предиктор белка антифриза с ансамблевыми классификаторами и исчерпывающими дескрипторами последовательностей. Междунар.Дж. Мол. науч. 16, 21191–21214. дои: 10.3390/ijms160921191

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Ю, К.С., и Лу, Ч.Х. (2011). Идентификация белков-антифризов и их функциональных остатков с помощью машины опорных векторов и генетических алгоритмов на основе композиций n-пептидов. ПЛОС ОДИН 6:8. doi: 10.1371/journal.pone.0020445

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Юань Ф., Лу Л., Чжан Ю.Х., Ван, С.П., и Цай, Ю.Д. (2018). Интеллектуальный анализ данных связанных с раком lncRNAs GO терминов и путей KEGG с использованием метода mRMR. Матем. Бионауч. 304, 1–8. doi: 10.1016/j.mbs.2018.08.001

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Zhan, X.M., Sun, D.W., Zhu, Z.W., and Wang, QJ (2018). Улучшение качества и безопасности замороженных мышечных продуктов с помощью новых технологий заморозки: обзор. Крит. Преподобный Food Sci. Нутр. 58, 2925–2938.дои: 10.1080/10408398.2017.1345854

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Чжан Н., Ю С., Го Ю., Ван Л., Ван П. и Фэн Ю. (2018). Различение клеток ramos и jurkat с текстурами изображений из проточной цитометрии с дифракционной визуализацией на основе машины опорных векторов. Курс. Биоинформ. 13, 50–56. дои: 10.2174/1574893611666160608102537

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Чжао, X.W., Ма, Z.Q., и Инь, М.Х. (2012). Использование машины опорных векторов и эволюционных профилей для предсказания последовательностей антифризных белков. Междунар. Дж. Мол. науч. 13, 2196–2207. дои: 10.3390/ijms13022196

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Zhu, X.J., Feng, C.Q., Lai, H.Y., Chen, W., and Lin, H. (2019). Прогнозирование структурных классов белков для последовательностей с низким сходством путем оценки различных признаков. Знать. На основе сист. 163, 787–793. doi: 10.1016/j.knosys.2018.10.007

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Обзор характеристик материалов, механизмов защиты от замерзания и применения криопротекторов (CPA)

Криоконсервация была ключевой технологией в медицине, консервировании пищевых продуктов и во многих других областях. В процессе замораживания образование кристаллов льда может привести к значительному повреждению замороженных образцов. Чтобы уменьшить ущерб, многие криопротекторы (CPA) были разработаны и добавлены в процессы криоконсервации для уменьшения объема льда, уменьшения размера льда, правильной формы льда и защиты клеток.В зависимости от характеристик материала CPA либо непроницаемы (например, антифризный белок, полиамфолиты и поливиниловый спирт), либо проницаемы (например, диметилсульфоксид, пролин и глицерин) для клеточных мембран. В этой работе представлены типичные CPA с характеристиками их материалов, механизмами защиты от замерзания и приложениями. Механизмы антифриза для различных CPA включают молекулярную адсорбцию на поверхности льда, водородные связи со льдом, изгибание поверхности льда, снижение температуры замерзания, ингибирование рекристаллизации льда, защиту клеточных мембран, снижение обезвоживания клеток и разрыв водородных связей между кристаллами льда для уменьшения размер кристаллов льда.На практике можно использовать различные CPA, поскольку их криоконсервирующие свойства действуют синергетически. В этом исследовании рассматриваются недавние применения CPA в пищевой, биологии и медицине, а также в сельском хозяйстве. Будущие работы для CPA предлагаются в повышении эффективности, выявлении механизмов, расширении применения и поиске новых CPA.

1. Введение

В последние годы спрос на криоконсервацию в пищевой, биологии, медицине и многих других областях становится все более высоким [1–3].Поскольку скорость порчи снижается при низких температурах, срок годности продуктов, а именно жизненные циклы организмов, можно продлить за счет замораживания [4]. Длительная криоконсервация клеток и тканей также необходима для сохранения их биоактивности [5]. Однако при замораживании организмы легко повреждаются следующими двумя типами повреждений: осмотическим повреждением и механическим повреждением, как показано на рисунке 1. Осмотическое повреждение вызывается замораживанием внеклеточного раствора, что приводит к увеличению концентрации растворенных веществ.Впоследствии клетки повреждаются осмотической дегидратацией. Механическая травма относится к колотому повреждению клеток острыми кристаллами льда [6]. При оттаивании мелкие кристаллы льда исчезают, а крупные растут, а именно происходит перекристаллизация льда, что согласуется с оствальдовским созреванием. Крупные кристаллы льда, образующиеся при перекристаллизации льда, могут вызывать тяжелые, вплоть до летальных исходов, механические повреждения клеток [7]. Эти два вида повреждений ограничивают развитие криоконсервации.


Чтобы ограничить осмотическое повреждение и механическое повреждение, исследователи стремятся разработать криопротекторы (CPA) для процессов криоконсервации.CPA представляют собой класс агентов, которые могут предотвратить или уменьшить ущерб от замерзания и/или оттаивания. Самые ранние CPA произошли от особых белков, а именно белков-антифризов (AFP), у полярных рыб, что позволило им выжить в экстремально холодных условиях минусовых температур [8]. Позднее различные АФП были обнаружены у насекомых [9, 10], бактерий [11], растений [12] и т.д. В последние годы, когда были раскрыты механизмы антифриза, некоторые белки-антифризы также были названы белками, связывающими лед (IBP), или белками структуры льда (ISP) в соответствии с их молекулярными взаимодействиями со льдом.Для удобства выражения в этой статье эти белки по-прежнему называются АФП.

В зависимости от характеристик материала CPA бывают непроницаемыми или проницаемыми для клеточных мембран. Проницаемые CPA представляют собой в основном небольшие молекулы, такие как диметилсульфоксид (ДМСО) [13] и пролин [14], которые могут проникать в клетки и предотвращать низкотемпературные повреждения клеток при криоконсервации. К непроницаемым CPA относятся АФП, поливиниловый спирт (ПВС) [15], полиамфолиты [16], оксид графена [17] и т.д.Эти типы CPA работают вне клеток, структурируя формы льда, чтобы уменьшить низкотемпературное повреждение. Хотя механизм проницаемых и непроницаемых CPA различен, оба типа CPA обладают хорошей криоконсервирующей способностью и во многих случаях могут использоваться совместно.

АФП широко используются во многих областях, но до сих пор с трудом достигают идеальной криоконсервации [18]. В последние десятилетия было обнаружено, модифицировано или синтезировано больше CPA для улучшения криоконсервации. В данной работе выбраны репрезентативные и популярные СЗД этих двух типов (проницаемые и непроницаемые).Их свойства, функции и механизмы подробно описаны в следующих разделах (кратко перечислены в таблице 1). В работе также представлены методы определения криозащитного действия вещества, области применения КПД и методы повышения активности КПД. На основе текущих выводов и обсуждений предлагаются будущие направления криоконсервации.

90 496

Типы CPA Структура Механизм Применение

непроницаемые СЗД AFP Сильный, необратимое связывание с льдом поверхности льда и вызывает искривление поверхности льда, снижая температуру замерзания и препятствуя рекристаллизации льда Пищевая промышленность, сельское хозяйство, криомедицина
ПВС Точка замораживания Couse с другими CPAS
Polyampolytes 9 Сперматозоиды


Проницаемый CPAS DMSO DMSO Диффундирование через мембраны, снижение дегидратации клеток во время замораживания А различные клетки (стандартные CPA)
Proline диффундируют через мембраны, снижение дегидратации , разрыв водородных связей между кристаллами льда, снижение образования крупных кристаллов льда Белковая структура антифриза снежной блохи [10]. b Структура относится к COOH-PLL [19].
2. Непроницаемые КПА
2.1. Antifreeze Protein (AFP)

AFP могут значительно снизить температуру замерзания раствора, тогда как большинство AFP не влияют на температуру плавления. Явление удержания температуры замерзания ниже точки плавления, а именно тепловой гистерезис (ТГ), достигается за счет адсорбции молекул АФП на кривизнах льдообразующей поверхности [18]. При эффекте Кельвина термодинамически молекулам H 2 O труднее связываться с изогнутой поверхностью, чем с плоской, что приводит к тепловому гистерезису [20].Благодаря тепловому гистерезису организмы не замерзают при температуре немного ниже 0°C, что позволяет избежать повреждений от замерзания. Еще одним свойством АФП является ингибирование рекристаллизации льда (ИРИ). АФП может ингибировать образование крупных кристаллов льда путем перекристаллизации мелких кристаллов льда, при этом крупные кристаллы могут прокалывать клетки и губительны для организмов.

Механизм рекристаллизации льда связан с оствальдовским созреванием, где ключевую роль в рекристаллизации льда играет диффузия свободных молекул H 2 O между кристаллами льда.АФП, адсорбированный на поверхности льда, может сдерживать диффузию H 2 O, тем самым препятствуя рекристаллизации льда [21]. IRI повышает морозоустойчивость организмов, в которых существуют только маленькие кристаллы льда. В некоторых сообщениях утверждается, что многие типы макромолекул обладают активностью IRI, тогда как только AFP обладают свойством TH [22]. Когда к образцу добавляют АФП, образующиеся кристаллы льда очень малы из-за активности ИРИ. Эти маленькие кристаллы льда, однако, могут объединяться, образуя большое скопление и сливаться, если изогнутые части двух кристаллов льда подходят слишком близко друг к другу.Поскольку система становится менее стабильной с ростом искривленного льда, кристаллы льда могут в конечном итоге стать сетчатой ​​структурой, чтобы сделать систему стабильной [23].

Существует три предполагаемых механизма адсорбции АФП на поверхности льда. Первая гипотеза заключается в образовании водородных связей [17], когда гидроксилы на АФП сначала прикрепляются к поверхности льда, образуя несколько водородных связей. Впоследствии гидроксилы занимают места атомов кислорода на льду, что приводит к образованию большего количества водородных связей.Вторая гипотеза касается гидрофобного эффекта. Замкнутые молекулы воды вокруг гидрофобных областей АФП могут диффундировать от гидрофобных областей, приводя к связыванию АФП со льдом с увеличением энтропии. Третий механизм называется гипотезой закрепленного клатрата, когда вокруг места связывания льда (IBS) AFP будут льдоподобные клатратные воды [24]. Ледоподобные клатратные воды обладают такими же физическими свойствами, как и квазижидкие слои воды на поверхности льда. Ледоподобный клатратный слой и квазижидкий слой сливались бы при замораживании, связывая АФП со льдом [20].

Антифризное свойство АФП также связано с клеточной культурой и локализацией (внутриклеточной или внеклеточной) АФП. Томас и др. [25] изучали локационный эффект АФП на клеточную суспензию и криоконсервацию монослоев. Результат показал, что при криоконсервации клеточной суспензии ни внутриклеточный, ни внеклеточный АФП не оказывали существенного влияния на восстановление клеток. В исследовании криоконсервации монослоя внутриклеточный АФП увеличивал восстановление клеток при низкой концентрации ДМСО, тогда как внеклеточный АФП увеличивал восстановление клеток при высокой концентрации ДМСО.

Как и у каждой медали две стороны, у AFP есть и недостатки. Сообщалось о цитотоксичности некоторых АФП в отношении эмбриональной печени человека (2 мг/мл АФП) и клеток эмбриональной почки (0,63 мг/мл АФП) [18, 26]. Проблема может быть решена с использованием искусственно синтезированных АФП вместо природных, чтобы избежать потенциальной иммуногенности и токсичности. Кроме того, при использовании высоких концентраций АФП форма внеклеточного льда изменится с дендритной на острую бипирамидальную, прокалывающую клеточные мембраны [27].

2.2. Поливиниловый спирт (ПВС)

Было доказано, что ПВС является эффективным макромолекулярным CPA, в основном за счет криозащитного эффекта IRI. В отличие от сильной необратимой адсорбции АФП взаимодействие ПВС со льдом слабое и обратимое. Содержание ПВС в растворе, адсорбированном на льду, может быть менее 9% [28]. Когда концентрация ПВС составляет всего 200 мкг, он все еще может эффективно ингибировать рекристаллизацию льда [29]. Активность IRI ПВС пропорциональна концентрации и молекулярной массе.ПВС с очень малой молекулярной массой практически не обладает ИРИ-активностью. Вейл и др. В работе [30] было доказано, что критическая степень полимеризации ПВС с ИПП-активностью равна 12. Если ПВС проявляет ИРИ-активность при степени полимеризации ниже 12, то причина может быть связана с его высоким индексом дисперсности полимера (ИПД), при котором образец содержал небольшое количество высокополимеризованного ПВС. В другом исследовании, когда ПВС со степенью полимеризации 10 обрывается катехолом, звездообразный полимер может образовываться под действием триггера Fe 3+ , где включается активность ИРИ [31].Полная структура PVA имеет решающее значение для его активности IRI [32]. Активность IRI снижается при добавлении гидрофобных или гидрофильных групп к ПВС, потому что добавленные группы в цепи ПВС разрушают его точное расположение гидроксилов для связывания льда. Даже если расположение гидроксилов существенно не изменяется, простое увеличение гидрофобности также приводит к снижению активности. Это не согласуется с предсказанием, что гидрофобность улучшает активность ИРИ [33]. В определенном диапазоне ИРИ-активность ПВС положительно коррелирует с рН раствора, но не зависит от типа положительных и отрицательных ионов [28].Хотя причина этого явления не изучена, рН должен влиять на физико-химические характеристики водородных связей [34] и поверхности льда [35].

Активность IRI ПВС обусловлена ​​его точно расположенными гидроксильными группами, которые могут быть соединены с поверхностью льда. Таким образом, ПВС может быть адсорбирован на поверхности льда за счет водородных связей. Напротив, хотя полиолы имеют несколько гидроксилов, их активность IRI очень слаба, поскольку нет точной гидроксильной структуры для связывания льда [36].В связи с этим открытием были синтезированы некоторые полимеры со структурой, похожей на ПВС (расположение гидроксилов), например, линейный полиглицерин [28].

2.3. Полиамфолит

Полиамфолиты представляют собой новые CPA со сбалансированными анионными и катионными боковыми цепями [37]. Мацумура и Хён [19] полимеризовали ε -поли-L-лизин (PLL) с янтарным ангидридом для получения полимеров с различными коэффициентами карбоксилирования (COOH-PLL). Они обнаружили, что COOH-PLL с коэффициентом карбоксилирования, равным 0.65 и концентрации 7,5% мас. обладал оптимальной криозащитной активностью. При использовании его в оптимальных условиях жизнеспособность клеток после оттаивания превышала 90% (лучше, чем при использовании 10% ДМСО). Впоследствии COOH-PLL стал центром исследований в области криоконсервации. Фуджикава и др. [38] обнаружили, что COOH-PLL не токсичен для клеток, и размороженные клетки могут продолжать выживать в COOH-PLL. Для сравнения, когда ДМСО используется для криоконсервации, его необходимо удалять сразу после оттаивания, чтобы предотвратить повреждение клеток его токсичностью.Как показано в таблице 2, COOH-PLL применялся для криоконсервации мезенхимальных стволовых клеток человека (hBMSC) [39], островковых клеток [40], спермы быка [41], индуцированных человеком плюрипотентных стволовых клеток (iPS) [42], и так далее. COOH-PLL может работать отдельно или в сочетании с другими CPA.


[19] [19] [38] [41] 0 10 9

Типы клеток Оптимальная концентрация (% мас) Соотношение на карбоксилирование Жизнеспособность (%) жизнеспособность контрольной группы (10% ДМСО) (%) Комбинация Артикул

Ячейка L929 7.5 0.65 > 95 ~ 80495 ~ 80495 ~ 80495 [19] [19]
Bovine Fibroblast клетки 5 96,5 ~ 85 ~ 85 [38]
Бычьи клетки кучевые 20 0,65 95,3 ~ 90 Отсутствует [38]
hBMSC 7,5 0,65 > 95 ~ 85 Отсутствует [39]
Islet Cell 20 None 74 74 74 Нет отчета 30% WT Этиленгликоль [40]
Bull Semen 0.75 () NOTE ~ 80495 ~ 80495 без отчета глицерин [41] [41]
9 0.65 61.6 Без отчета 0,75 млн. Суркоза, 6,5 м этилен гликоль [42]

Поиск новых полиамфолитов в качестве CPA также является горячей точкой исследований. Поли(метилвиниловый эфир-альт-малеиновый ангидрид) полимеризовали с диметиламиноэтанолом с получением полиамфолита [5].Карбоксил представляет собой анионную группу, а диметиламиногруппу представляет собой катионную группу. Этот полиамфолит может увеличить восстановление клеток при криоконсервации монослоя до 88%, а также может значительно снизить количество ДМСО, используемого при криоконсервации суспензии. Чтобы дополнительно объяснить взаимосвязь между структурой и активностью полиамфолитов, Stubbs et al. В работе [37] в качестве анионного и катионного компонентов использовали 2-(диметиламино)этилметакрилат (МДЭМА) и метакриловую кислоту (ММА). Высокопроизводительной ОПЦ-полимеризацией получено 120 полимеров.Их способность к криоконсервации измеряли по восстановлению эритроцитов после процессов замораживания-оттаивания. Результаты показали, что полимер, содержащий 4% этилметакрилата (HEMA), имел самое высокое восстановление клеток, в то время как полимер, содержащий 10% циклогексилметакрилата (CyMA), имел самое низкое восстановление клеток. Он показал, что простое повышение гидрофобности полимера не может улучшить криозащитную активность. Напротив, сильный гидрофобный эффект циклогексилметакрилата приводит к самой слабой криозащитной активности.

В отличие от ПВС и АФП большинство полиамфолитов обладают очень слабой активностью ИРИ. В настоящее время механизм действия полиамфолитов до конца не изучен. Но обычно считается, что полиамфолиты могут стабилизировать клеточные мембраны, тем самым предотвращая повреждения клеток, вызванные замораживанием [43].

2.4. Оксид графена (GO)

Оксид графена (GO) является классическим двумерным материалом, и недавно было обнаружено, что он подходит для криоконсервации [17]. После добавления ОГ в образец для замораживания скорость роста кристаллов льда значительно уменьшилась.На ГО много точно расположенных гидроксилов. Эти гидроксилы могут адсорбироваться на поверхности льда посредством водородных связей, изгибая поверхность льда и препятствуя росту льда. Это похоже на механизм AFP. GO также обладает хорошей биосовместимостью, что может улучшить активность сперматозоидов после оттаивания. Некоторые классические материалы можно подвергнуть криоконсервации, если они содержат много гидроксилов.

3. Проницаемые КЗС
3.1. Диметилсульфоксид (ДМСО)

ДМСО является классическим проницаемым CPA и широко используется для криоконсервации клеток [16].Было обнаружено, что ДМСО, открытый в 1959 году, обладает хорошей проницаемостью для живых клеток и может защищать замороженные эритроциты и сперматозоиды быков [44]. Впоследствии Эшвудсмит [45] обнаружил, что ДМСО может уменьшать повреждение клеток костного мозга мыши при замораживании при -79°С. Способность клеток к синтезу белков и липосом после оттаивания сохранялась на уровне 50-60%. Стифф и др. [46] объединили ДМСО с гидроксиэтилкрахмалом (ГЭК) для криоконсервации, что позволило напрямую заморозить клетки при температуре -80°C без необходимости программируемого охлаждения.

ДМСО может проникать в клетки и частично обезвоживать их, тем самым уменьшая повреждение клеток, вызванное льдом. Хотя ДМСО является эффективным CPA для большинства клеток, он представляет собой органический растворитель с присущей ему токсичностью, который может вызывать апоптоз, нарушения развития и нарушение функций ферментов [47, 48] и может вызывать аномальную дифференцировку стволовых клеток [49]. После оттаивания ДМСО также необходимо быстро промыть и удалить. Этот процесс может вызывать осмотические шоки, которые значительно повреждают клетки [50].Кроме того, ДМСО не подходит для криоконсервации монослоя клеток [25], так как клетки монослоя, как правило, могут быть повреждены при замораживании [51]. Поэтому многие исследователи ищут CPA, которые могут уменьшить или заменить использование ДМСО в криоконсервации.

3.2. Пролин

Пролин является эндогенной аминокислотой. Исследования показали, что пролин связан с морозоустойчивостью некоторых растений. Например, генетически модифицированный табак с высокой продуктивностью пролина обладает улучшенной устойчивостью к замораживанию в холодных условиях [52].Уизерс и Кинг [53] обнаружили, что пролин может защищать L-клетки Zea mays, демонстрируя более высокое восстановление клеток после оттаивания по сравнению с глицерином и ДМСО. Механизм связан с молекулярной диффузией через клеточную мембрану, где пролин проникает в клетки, чтобы противодействовать осмотическому повреждению, вызванному обезвоживанием в процессе замораживания. Кроме того, пролин может разрывать водородные связи между структурами льда, подавляя их рост, уменьшая механическое повреждение клеток от крупных кристаллов льда [14].Способность пролина к криоконсервации различных клеток показана в табл. 3. По сравнению с ДМСО пролин является эндогенным нетоксичным соединением с хорошей биосовместимостью и может быть пригоден для криоконсервации пищевых продуктов, клеток, тканей и органов [54].


[14]

Типы клеток Оптимальная концентрация Жизнеспособность Жизнеспособность контрольной группы (%) ссылка

Zea Mays Mays L 10% WT ~ 80495 ~ 80495 ~ 0 ~ 0 [53]
SRBC 4% WT 4% WT 72 0 [14]
GLG-82 6% Wt ~ 85 ~ 20 ~ 20 [14]
LTP-A-2 8% WT ~ 80 ~ 10 [14]
3T3 6% wt ~ 80495 ~ 80495 ~ 20 ~ 20 [14]
SMC 6% WT ~ 60495 ~ 5 [14]
Мышь OOCYTE 2 Моль / л 94.7 88.4 [54]

Пролин также использовался для криоконсервации некоторых живых насекомых. Косталь и др. [55] добавляли пролин в корм личинкам плодовой мухи. Потребление пролина увеличивало выживаемость личинок плодовой мухи с 0,7 до 42,1% при культивировании при -5°С. Считалось, что пролин уменьшает разворачивание белка и слияние клеточных мембран, тем самым улучшая выживаемость в холодных условиях.В другом исследовании Dou et al. [56] кормили пролином Camponotus japonicus Mayr (насекомое) в течение 5 дней. Когда насекомых охлаждали до -26,66°С, их выживаемость была более чем в два раза выше, чем в контрольной группе. Метаболитный анализ показал, что содержание пролина в Camponotus japonicus Mayr значительно увеличилось, что улучшило его устойчивость к замораживанию. Эти результаты обеспечивают теоретическую и техническую основу для замораживания более сложных тканей, органов и даже живых организмов.

4. Методы характеризации
4.1. Деятельность IRI

Деятельность IRI является важным показателем эффективности CPA. Наиболее распространенным методом измерения активности IRI является анализ на splat, при котором небольшое количество раствора, содержащего CPA, капают на ультрахолодное предметное стекло и отжигают при -8°C для рекристаллизации на льду. Размер ледяных зерен можно наблюдать под поляризационным микроскопом [57]. Другим методом определения активности IRI является сэндвич-тест с сахарозой, при котором CPA растворяют в растворе сахарозы высокой концентрации, быстро замораживают и отжигают при -6°C в течение определенного периода времени для наблюдения за размером зерен льда [58].Размер ледяных зерен обратно пропорционален активности ИРИ [36].

Средний размер зерна (MGS) и средний наибольший размер зерна (MLGS) используются для количественной характеристики активности IRI. MGS — это средняя площадь всех зерен льда в образце, и для автоматического определения MGS можно использовать программное обеспечение [59]. Небольшой MGS указывает на сильную активность IRI. MLGS — еще один индикатор размера зерна льда. В ранних отчетах за MLGS принимали среднюю площадь десяти крупнейших ледяных зерен в поле зрения [59].Совсем недавно MLGS считалась средней длиной наибольшей оси десяти крупнейших ледяных зёрен [60]. IRI-активность PVA и PBS, измеренная с помощью анализа splat, показана на рисунке 2 (наши исходные данные). Измерение MLGS проще, но менее точно по сравнению с измерением MGS. Эти два метода имеют свои преимущества и могут гибко использоваться на практике.

Скорость рекристаллизации льда является кинетической информацией для активности IRI и обычно измеряется с помощью модифицированного сэндвич-анализа сахарозы [23, 28, 61].Образец охлаждали до -50°С и отжигали при -5~-10°С в течение 1 часа для рекристаллизации. Каждые 2 минуты делаются микроскопические фотографии для расчета кубического среднего радиуса ледяных зерен. График зависимости среднего радиуса куба от времени, где наклон подогнанной прямой линии – константа скорости рекристаллизации льда () [23, 61]. Также возможно наблюдать за ростом одиночного кристалла льда и регистрировать изменение радиуса этого кристалла льда. Этот метод может быть более удобным, но менее точным в [62].Скорость роста льда, измеренная с помощью сэндвич-анализа сахарозы, показана на рисунке 3 (наши исходные данные). Как правило, маленький показатель указывает на сильную активность IRI. Взаимосвязь между концентрацией CPA и концентрацией CPA может быть получена повторными тестами в соответствии с теорией LWS (Лифшица-Слёзова-Вагнера), где график превышения концентрации CPA представляет собой S-образную кривую [61]. в точке перегиба S-образной кривой указывает на критическую эффективную концентрацию ЦФК [28].

В последнее время для обнаружения активности IRI используется дифракция рентгеновских лучей (XRD) [63].Количество ориентаций льда легко получить с помощью XRD, и оно обратно пропорционально размеру зерен льда. Кинетическая информация о росте кристаллов льда также может быть получена из графика изменения ориентации кристаллов льда во времени. Кроме того, размер кристаллов льда можно измерить в пробирке при замораживании и оттаивании для качественного определения активности ИРИ [14]. Большинство макромолекул могут проявлять активность IRI, когда концентрация достаточно высока. Например, ПЭГ не имеет значительного взаимодействия с поверхностью льда, но проявляет очевидную активность ИРИ, когда его концентрация достигает 100 мг/мл [36].

4.2. Термический гистерезис Активность

Термический гистерезис (TH) представляет собой разницу между точкой плавления и точкой замерзания. Точка плавления — это температура, при которой сосуществуют твердое и жидкое состояние, тогда как точка замерзания — это температура, при которой количество кристаллов льда начинает стремительно увеличиваться. Как упоминалось выше, обычно считается, что только АФП обладает активностью ТГ [22]. Классический метод измерения активности ТГ использует нанолитровую осмометрию, при которой образец быстро замораживают в нанолитровом приборе для осмометрии, а затем нагревают до получения мелких кристаллов льда.Затем образец охлаждают очень медленно до тех пор, пока под микроскопом не будет наблюдаться взрывной рост кристаллов льда. Разница температур составляет TH для двух процессов [12]. Однако этот метод легко нарушается некоторыми факторами, такими как скорость нагрева и охлаждения, что приводит к плохой воспроизводимости экспериментальных результатов [64]. Сонокристаллизация может полностью измерить процессы охлаждения, замораживания, нагревания и плавления в одном тесте, а также проверить активность ТГ, применяя ультразвук для запуска процесса кристаллизации раствора АФП.Этот метод четко показывает активность ТГ из кривой и имеет высокую воспроизводимость экспериментальных результатов [65]. Однако ТГ, полученный с помощью сонокристаллизации, отличается от полученного с помощью нанолитровой осмометрии, возможно, из-за различий в механизмах связывания АФП на ледяных поверхностях при обработке ультразвуком [66]. Колориметрический метод наночастиц золота (AuNP) также может тестировать активность TH. Этот метод прост и очень чувствителен. Предел обнаружения в 100 раз выше, чем у традиционных методов [67].ДСК является альтернативным, стабильным и воспроизводимым методом измерения активности ТГ. Образец можно охладить до -30°C и нагреть до частичного расплавления, при этом зарегистрированная температура является точкой плавления. При повторном охлаждении образца температура, при которой кристаллы льда начинают стремительно расти, является точкой замерзания. Разница между и указывает на ТГ-активность данного ЦПД. С помощью ДСК можно получить несколько значений для разных фракций льда, чтобы можно было получить различные значения TH для различных условий эксплуатации [68, 69].

4.3. Cell Activity

В макросенсоре клетки могут выживать после замораживания, а оттаивание является ключевым результатом выбора CPA в биологической криоконсервации. Исключение трипанового синего может обнаружить выживание клеток после оттаивания, когда мертвые клетки окрашиваются, а живые — нет. Как восстановление, так и жизнеспособность можно использовать для характеристики выживаемости клеток с помощью следующих уравнений: В целом клетки после оттаивания демонстрируют более высокие значения жизнеспособности, чем значения восстановления, поскольку только учет жизнеспособности клеток может привести к переоценке эффективности некоторых CPA [70].Время культивирования также играет важную роль в правильном измерении CPA. Плотность клеток в нулевой час намного выше, чем после 24-часового культивирования [71, 72]. Игнорирование значений восстановления клеток и времени культивирования может привести к ложным положительным результатам.

Существуют также опасения по поводу того, смогут ли клетки после оттаивания сохранять свои функции. По пролиферации клеток можно оценить функцию клеток. Клетки после оттаивания промывают раствором PBS и затем культивируют в чашке. Под микроскопом клеточную пролиферацию можно наблюдать, подсчитывая количество клеток в лунках планшета в течение 4 дней подряд.Наблюдаемые результаты всесторонне описывают функцию клеток после оттаивания, что лучше указывает на эффективность CPA [14].

Криоконсервация эритроцитов является распространенным методом биологического тестирования CPA, при котором скорость гемолиза эритроцитов используется для характеристики способности CPA. Обычно эритроциты охлаждают с помощью CPA в жидком азоте и медленно оттаивают при комнатной температуре, чтобы способствовать рекристаллизации льда. После центрифугирования супернатант собирают и измеряют поглощение при 415 нм с помощью спектрофотометра.Степень целостности эритроцитов можно рассчитать по поглощению по сравнению с контрольной группой [27]. Хотя криоконсервация сперматозоидов и яйцеклеток, стволовых клеток и других типов клеток также использовалась для тестирования CPA, эти методы слишком сложны для измерения эффективности CPA с точки зрения материала.

5. Приложения
5.1. Пищевые продукты

В пищевой промышленности криоконсервация часто используется для продления срока годности продуктов.Однако процессы замораживания и оттаивания наносят необратимый ущерб тканям и клеткам, влияя на вкус и питательную ценность пищевых продуктов. Некоторые классические CPA, такие как ДМСО и ПВС, не подходят для криоконсервации пищевых продуктов из-за их токсичности для человека. В настоящее время большинство CPA, используемых в пищевых продуктах, представляют собой AFP. Например, Ду и др. [73] добавил AFP к зеркальному карпу. После многократного замораживания-оттаивания качество мяса зеркального карпа было значительно лучше, чем у контрольной группы. Каледа и др. [23] использовали AFP для улучшения текстуры и вкуса (более гладкого) мороженого, где форма мороженого относительно остается неизменной в процессе таяния.Сонг и др. [4] применили АФП к таким овощам, как огурцы, морковь и кабачки. Результаты показали, что AFP значительно улучшает свежесть этих овощей после оттаивания. Лю и др. [74] добавили рекомбинантный антифризный белок моркови (rCaAFP) в замороженное тесто и обнаружили, что rCaAFP сохраняет способность к брожению и микроструктуру замороженного теста во время цикла замораживания-оттаивания, тем самым улучшая вкус и текстуру хлеба. Йе и др. [75] использовали рекомбинантные аналоги антифризного белка (rAFP) в мясе.После замораживания и оттаивания мясо показало меньшую потерю влаги и белка, а также улучшило сочность. Кальдерара и др. [76] обнаружили, что AFP может сократить время замораживания и оттаивания соуса для пасты, что очень важно для снижения затрат. Конг и др. [77] синтезировали антифризные пептиды на основе природного АФП. Они обнаружили, что цвет, структура, текстура и общее содержание антоцианов и антиоксидантов в вишне, обработанной антифризными пептидами, сохранялись, а потери сока уменьшались. Принято считать, что добавление АФП может улучшить вкус и качество замороженных продуктов.Но для людей с аллергией на белок добавление АФП в пищу может иметь потенциальный риск [7].

Вкус и свежесть замороженных продуктов можно улучшить по следующим причинам [78]. Активность IRI АФП может изменять размер и направление роста кристаллов льда, уменьшая повреждение клеточной мембраны, потерю воды и окисление белков. Кроме того, активность АФП TH может снизить температуру замерзания и уменьшить рост кристаллов льда внутри пищи. , что позволяет избежать денатурации белка [79].

5.2. Biology and Medicine

Живые клетки являются ключом ко всем видам клеточных приложений в современной медицине, таких как разработка лекарств, клеточная терапия и тканевая инженерия [80–82]. Криоконсервация является эффективным методом длительного сохранения различных клеток. Как упоминалось выше, большинство CPA могут улучшить выживаемость клеток после оттаивания. Некоторые CPA также улучшают биологическую активность зародышевых клеток. Например, Prathalingam et al. [83] обнаружили, что АФП ориентирует замороженные клетки с кристаллами льда, что приводит к повышению осмотической резистентности сперматозоидов и улучшению фертильности бычьей спермы.Юнис и др. [84] обрабатывали сперму Pan troglodytes антифризными пептидами, при этом подвижность сперматозоидов, целостность плазматической мембраны и целостность акросом значительно увеличивались после оттаивания.

Криоконсервация тканей и органов является более высоким уровнем для ХПА. Общие проблемы включают неравномерный нагрев, вызывающий тепловой стресс в процессе согревания, который нарушает клеточные взаимодействия для тканей и органов [85]. Манучехрабади и др. [86] использовали возбуждаемые радиочастотой мезопористые наночастицы оксида железа, покрытые кремнеземом, для нанотеплых свиных артерий, предварительно витрифицированных в VS55 (CPA).Процесс нанонагревания заставил все части ткани равномерно нагреваться. По сравнению со свежими артериями свиньи повторно нагретые артерии свиньи не имели существенных изменений в биомеханических свойствах. Предотвращение гетерогенных изменений температуры лежит в основе криоконсервации органов и организмов.

Некоторые АФП используются в криохирургии, которая является минимально инвазивной хирургической техникой, использующей низкую температуру для разрушения поврежденных тканей. Когда АФП составляет 10 мг/л, в клетках при низких температурах могут образовываться острые игольчатые кристаллы льда, разрушающие раковые клетки [87, 88].Антифризный пептид камбалы может действовать как адъювант для улучшения абляционного эффекта у крыс Копенгагена при криохирургии, что может повысить его эффективность [89]. Кроме того, низкие концентрации АФП в криохирургии могут уменьшить осложнения криоконсервации жизнеспособных тканей [90]. Эти результаты могут способствовать развитию криохирургии и дать новые идеи для уничтожения опухолевых клеток.

5.3. Сельское хозяйство

Заморозки ограничивают развитие сельского хозяйства в холодных условиях, например, зимой, в полярных регионах или на больших высотах.По статистике ежегодные потери сельского хозяйства от заморозков превышают миллиарды долларов США [91]. Решение проблемы замерзания может значительно способствовать развитию сельского хозяйства. Генетически модифицированные культуры, которые могут экспрессировать АФП, были выращены и показали превосходную морозостойкость. Чжу и др. [92] перенесли ген AFP (sbwAFP) еловой листовертки ( C. fumiferana ) в арабидопсис и поместили их при -20°C на 30 минут. Результат показал, что большая часть арабидопсиса дикого типа погибла, в то время как трансгенный арабидопсис показал более высокую выживаемость.Более того, устойчивость к замораживанию АФП-трансгенной пшеницы может быть значительно улучшена, при этом пшеница может выживать даже при -7°С [93]. Табак, который может экспрессировать sbwAFP, также проявлял сильную антифризную активность [94].

АФП-трансгенные животные также продемонстрировали большой потенциал. Ген AFP Macrozoarces americanus был успешно экспрессирован у золотых рыбок. При воздействии низкой температуры АФП-трансгенные золотые рыбки проявляли более высокую устойчивость к холоду [95]. Кроме того, ген AFP у лосося может способствовать высвобождению гормона роста, благодаря чему трансгенный лосось растет намного быстрее, чем дикий тип [96].Эти отчеты показывают, что АФП-трансгенные растения и животные имеют большой потенциал применения в сельском хозяйстве. Однако нынешние споры о генетически модифицированных технологиях сдерживают развитие.

6. Методы повышения эффективности CPA
6.1. Комбинирование с другими веществами

Комбинирование CPA с другими реагентами является распространенным методом повышения эффективности криоконсервации. Поскольку адсорбция ПВС на льду обратима [29], в растворе будет много свободных молекул ПВС, ожидающих поглощения и проявления ИРИ-активности.Ишибе и др. [21] обнаружили, что, хотя ПЭГ в низких концентрациях не обладал активностью IRI, он мог обеспечить силу истощения для адсорбции свободного ПВС на льду, чтобы повысить активность ПВС. Другие CPA в коллоидной форме также могут использовать полимеры с меньшей молекулярной массой для улучшения их активности за счет силы истощения. Сильно гидроксилированные блок-сополимерные черви не обладают криоконсервирующей активностью, но могут повышать активность ПВС [60]. Когда они используются синергетически, эритроциты могут быть эффективно криосохранены без добавления каких-либо органических растворителей.

Ниан и др. [78] использовали антифризный белок сельди (hAFP) с магнитными наночастицами хитозана ([email protected] 3 O 4 ) для обработки дорады методом вакуумной пропитки. Это может эффективно уменьшить повреждения во время циклов замораживания-оттаивания и предотвратить окисление белков и липидов. Кай и др. [97] также обнаружили, что магнитные наночастицы карбоксиметилхитозана (CCMN) в сочетании с АФП имеют хорошую криоконсервацию на миофибриллах красного морского леща и могут задерживать окисление белка и ингибировать механическое повреждение клеточных мембран, вызванное кристаллами льда.Ченг и др. [98] разработали холодочувствительные нанокапсулы (CR-NC) в качестве носителей, которые могут высвобождать трегалозу в островковые клетки β . Таким образом, восстановление после оттаивания клеток островков β составляет более 85%.

Поликарбоксилат может способствовать более эффективной адсорбции АФП на поверхности льда, заставляя лед расти только в более искривленных частях [99]. Таким образом, поликарбоксилат мог усиливать ТГ-активность АФП, а количество карбоксилатов было пропорционально активности. Кроме того, полигидроксисоединения могут образовывать сети водородных связей со свободной водой, что приводит к снижению эффективной концентрации свободной воды в сочетании со льдом [100].Следовательно, полигидроксисоединения также могут эффективно усиливать активность АФП. Уровень усиления положительно связан с количеством гидроксилов, но не связан с расположением гидроксилов и структурой углеродной цепи.

6.2. Структурная модификация КЗД

Изменение структуры КЗД существенно влияет на активность материала. Например, общие усилители АФП (такие как глицерин) теряют свое действие после модификации остатков аргинина на DAFP-1 жука 1,2-циклогександионом [101].Когда остатки аргинина восстанавливаются гидроксиламином, эти усилители АФП снова могут работать. Этот отчет показывает, что остатки аргинина являются важными группами на DAFP-1, которые взаимодействуют с энхансерами. В антифризном белке β -спирали (TmAFP) диких жуков имеется 7 спиралей, состоящих из аминокислот [102]. После удаления одного витка посредством структурной модификации ТГ-активность TmAFP значительно снижается. Когда две катушки добавляются, чтобы получить AFP с девятью катушками, его активность TH удваивается и достигает своего максимального значения.Однако, когда количество клубков превышает десять, активность TH относительно снижается, возможно, из-за неполного соответствия между сайтами связывания льда (IBS) и ледяной решеткой. Как сообщает Xu [103], кроличьи поликлональные антитела могут объединяться с АФП с образованием комплекса антитело-АФП. Этот комплекс в 7 или 8 раз больше, чем сам по себе АФП, и может занимать большую площадь на льду, повышая активность АФП. Когда два АФП соединены бок о бок пептидным линкером, активность этого димера удваивается.Однако если СРК в одном АФП инактивирован, активность димера всего в 1,2 раза больше, чем мономера. Когда два АФП соединены С-концевой дисульфидной связью, их СРК противоположны друг другу, поэтому они не могут адсорбироваться на поверхности льда одновременно. При этом димер также в 1,2 раза активнее мономера. В заключение, как показано в таблице 4, когда два IBS могут связываться с поверхностью льда одновременно, активность может быть удвоена. В противном случае активность димера возрастает только за счет увеличения объема [104, 105].



Димера Фигурки Методы соединения Активность (относительно мономера) Причины увеличения активности


C-терминал дисульфидной облигации 1.2 Объем увеличен
бок о бок с инактивацией AFP 1.2 Объем увеличился
бок о бок с активным AFP 2 Эффективные IBS удвоились


7.Заключение и перспективы

Методы криоконсервации нашли широкое применение в научных исследованиях, медицине, пищевой промышленности и других областях. Чтобы уменьшить ущерб от замораживания, во многих случаях необходимо использование CPA. Существует два вида CPA: проницаемые и непроницаемые. Проницаемые CPA представляют собой в основном небольшие молекулы, которые могут проникать в клетки в процессе охлаждения, чтобы уменьшить обезвоживание клеток, тем самым защищая клетки за счет уменьшения осмотического повреждения. Непроницаемые CPA представляют собой в основном макромолекулы, которые не проникают в клетки, а адсорбируются на льду, подавляя рост кристаллов льда и уменьшая их механическое повреждение клеток.Кроме того, AFP может снижать температуру замерзания, чтобы организмы не замерзали при низких температурах. Активность CPA может быть в основном охарактеризована активностью IRI, восстановлением/жизнеспособностью клеток и активностью TH.

Исследования механизма криоконсервации макромолекул, таких как ПВС и ОГ, показывают, что точно организованная гидроксильная структура является ключом к криоконсервирующей активности. Это напоминает нам о том, что для криоконсервации можно использовать и другие вещества с четкими гидроксильными структурами.Некоторые вещества, не обладающие способностью к криоконсервации, могут усиливать активность ЦПК за счет повышения дисперсности, растворимости и адсорбции. Поиск существующих материалов для изучения их криоконсервирующей активности является важным направлением исследований в ближайшем будущем. По сравнению с разработкой новых CPA этот метод требует меньше работы и может дать хорошие результаты. Удовлетворительные результаты могут быть получены и путем модификации структуры ЦПД.

В настоящее время существуют следующие направления исследований в области криоконсервации.(1) Поиск новых CPA . Например, ДМСО токсичен, тогда как АФП образует игольчатые кристаллы льда. Это горячая точка исследований в области криоконсервации для поиска дешевых, эффективных и не имеющих побочных эффектов CPA.(2) Выявление механизмов CPA . Взаимодействие между АФП и льдом до сих пор остается спорным, и механизм действия других СРА также до конца не изучен. Изучение механизмов может направлять разработку и применение CPA.(3) Расширение применения CPA .В настоящее время CPA в основном используются для криоконсервации пищевых продуктов, клеток и сельскохозяйственных культур. Фактически, CPA также можно применять к другим областям, которые сталкиваются с опасностью замерзания, таким как авиационные турбины, кабели и дорожное обледенение. Были некоторые отчеты, и в будущем это может стать предметом исследований [106, 107]. (4) Повышение эффективности CPA . Как обсуждалось выше, комбинирование и структурная модификация могут повысить эффективность CPA. Это более простой способ, чем разработка новых CPA, и с его помощью можно добиться лучших результатов.(5) Изучение криоконсервации тканей, органов и живых организмов . В настоящее время CPA в основном используются для криоконсервации клеток. Для тканей, органов и даже живых организмов ситуация сложнее, и нужно учитывать больше аспектов. В будущем считается, что органы можно долго криосохранять для решения проблемы трансплантации, а крионика будет существовать не только в фантастических фильмах.

Доступность данных

Все данные, использованные для подтверждения результатов этого исследования, включены в статью.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Благодарности

Эта работа была поддержана Национальным фондом естественных наук Китая (номер гранта 51374043).

Archer Extended Life 50/50 Предварительно разбавленная охлаждающая жидкость OAT

Archer Extended Life 50/50 Предварительно разбавленная охлаждающая жидкость/антифриз OAT изготовлена ​​на основе технологии органических кислот (OAT), которая обеспечивает полную защиту системы охлаждения на протяжении 1 000 000 миль пробега по дорогам. эксплуатации (8 лет или 20 000 часов эксплуатации вне дорог)* без использования дополнительных присадок к охлаждающей жидкости (SCA).

При необходимости долейте систему охлаждения, используя только Archer Extended Life или Archer Extended Life 50/50 предварительно разбавленную охлаждающую жидкость/антифриз OAT, чтобы обеспечить поддержание надлежащего уровня ингибитора.

Archer Extended Life Pre-Diluted OAT Coolant/Antifreeze представляет собой охлаждающую жидкость, не содержащую фосфатов, силикатов, нитритов и боратов, в которой используются ингибиторы органических кислот для обеспечения превосходной защиты от кавитации мокрых гильз и предотвращения коррозии типичных металлов системы охлаждения.

Archer Extended Life Pre-Diluted OAT представляет собой смесь 50/50 охлаждающей жидкости с увеличенным сроком службы и деионизированной воды. Использование деионизированной воды устраняет влияние минералов на пакет ингибиторов и оптимизирует характеристики охлаждающей жидкости. Использование деионизированной воды также предотвращает любые проблемы, вызванные накипью, такие как уменьшение рассеивания тепла и износ уплотнений.

*Для поддержания защиты, обеспечиваемой предварительно разбавленной охлаждающей жидкостью/антифризом OAT Archer Extended Life 50/50, должен присутствовать надлежащий уровень системы ингибиторов.Надлежащий уровень обычно достигается путем доливки охлаждающей жидкости/антифриза Archer с увеличенным сроком службы.

  • Предварительно разбавлен деионизированной водой, что устраняет необходимость добавления воды при первоначальном заполнении или при доливке
  • Устраняет необходимость в SCA и фильтрах охлаждающей жидкости, экономя время и деньги
  • Обеспечивает эффективную долговременную защиту от коррозии алюминия, меди и латуни, чугуна, стали и припоев
  • Обеспечивает исключительную долговременную совместимость с эластомерами
  • Для продления срока службы уровень загрязнения должен быть ниже 25 %
  • Совместим с большинством охлаждающих жидкостей.

 

Заказанное Количество: 12345678910
Размер товара: Выберите One12 x 1 QT2 x 1 GAL2 x 2,5 GAL5 GAL30 GAL55 GALBULKOTHERТребуется размер товара

Добавить в запрос Посмотреть запрос

Примечание: не все продукты доступны в указанных размерах

Сравнительный анализ антифризных признаков пар сестринских видов Антарктики и умеренных широт проливает свет на скорость потери адаптивных признаков в условиях ослабленного отбора

под расслабленным отбором
Заголовок:
Автор(ы): Уилсон, Лорали
Консультант(ы): Cheng-DeVries, Chi-Hing Christina
Автор(ы): Фуллер, Бекки; Катчен, Джулиан; Тан, Милтон
Факультет/Программа: Эволюция Экология Поведение
Дисциплина: Биология
Учреждение, присуждающее ученую степень: Университет Иллинойса в Урбана-Шампейн
Степень: М.С.
Жанр: Диссертация
Субъект(ы): нототениоид
антифриз гликопротеин
Антарктика
умеренно умеренный
расслабленный выбор
Харпагифер
Champsocephalus
Abstract: Антарктические нототениоидные рыбы, эндемичные для покрытого льдом, замерзающего (-1,9 °C) Южного океана, выживают благодаря выработке антифризных гликопротеинов (AFGP). За время эволюции несколько линий избежали изолированного холодного Южного океана к северу от Антарктического полярного фронта и успешно колонизировали умеренные субантарктические воды.В этом исследовании исследуется прогнозируемое снижение или потеря предшествующего адаптивного признака AFGP у избранных нототениоидных видов вторичного умеренного климата, когда давление отбора больше не существует. Величина изменения в экспрессии признаков AFGP может информировать об эволюционной истории этих видов, поскольку ген AFGP эволюционировал только один раз у нототениоидов. Мы определили эволюционный статус признака AFGP у южноамериканского нототениоида Harpagifer bispinis и сравнили его с родственным ему антарктическим видом Harpagifer antarcticus на генотипическом и фенотипическом уровнях.Мы обнаружили, что признак AFGP сохраняется на значительных уровнях у H. bispinis. Последовательности, кодирующие AFGP, остались в его ДНК и транскрибируются и экспрессируются в функциональные белки AFGP. Мы сравнили этот статус признака AFGP с другой парой сестринских нототениоидных видов, южноамериканской ледяной рыбой Champsocephalus esox и ее антарктической сестрой C. gunnari. C. esox географически встречается совместно с H. bispinis, и хотя последовательности, кодирующие AFGP, также сохраняются в его геноме, они не транскрибируются и не экспрессируются в белок.Мы построили калиброванную по времени байесовскую предполагаемую филогению и оценили аналогичные времена расхождения H. bispinis/H. antarcticus и C. esox/C. гуннари. Таким образом, несопоставимый темп изменения признака AFGP у этих двух пар видов указывает на то, что изменение предшествующего адаптивного признака должно включать другие факторы в дополнение ко времени в отсутствие очевидной селективной модальности.
Дата выпуска: 21.07.2020
Тип: Диссертация
URI: http://hdl.handle.net/2142/108725
Информация о правах: Copyright 2020 Loralee Wilson
Дата Доступно в IDEALS: 07.10.2020
Дата депонирования: 08.2020

Антифриз Охлаждающая жидкость


Дом, Библиотека по ремонту автомобилей, автозапчасти, аксессуары, инструменты, руководства и книги, автомобильный блог, ссылки, индекс Ларри Карли, авторское право AA1Car.com, 2019 г.

ПРОЧНОСТЬ ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ЖИДКОСТИ

Для всех легковых и легких грузовиков требуется смесь антифриза и воды не менее 50/50 в соотношении и воды для надлежащей защиты от замерзания, кипения и коррозии. .Смесь 50/50 обеспечит защиту от замерзания до -34 градусов по Фаренгейту с антифризом на основе этиленгликоля (EG) и до -26 градусов по Фаренгейту с антифризом на основе пропиленгликоля (PG).

Если вы используете ареометр для проверки концентрации антифриза в охлаждающей жидкости, имейте в виду, что удельный вес обычного антифриза EG отличается от удельного веса PG (плотность которого близка к воде). Так что, если кто-то добавил в систему охлаждения «менее токсичный» антифриз PG, вам понадобится либо специальный ареометр для измерения концентрации охлаждающей жидкости, либо рефрактометр (который работает с любым типом антифриза).

Увеличение концентрации антифриза в охлаждающей жидкости может обеспечить дополнительную защиту от замерзания в очень холодном климате, но максимальное содержание антифриза EG составляет 70%. Когда вернется жаркая погода, охлаждающую жидкость следует разбавить обратно до 50/50, поскольку антифриз охлаждает менее эффективно, чем вода.


Вы можете проверить силу охлаждающей жидкости с помощью недорогого тестера антифриза
, подобного этому.

СОСТОЯНИЕ ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ЖИДКОСТИ

Следующее, что нужно проверить, это состояние охлаждающей жидкости.Основной причиной выхода из строя радиатора является коррозия из-за отсутствия технического обслуживания системы охлаждения. Ингибиторы коррозии в обычном антифризе со временем постепенно истощаются, поэтому рекомендуемый интервал замены охлаждающей жидкости традиционно составляет каждые два года или 24 000–30 000 миль для профилактического обслуживания.

Новые формулы антифризов с «расширенным сроком службы», которые могут использоваться в течение 5 лет или 150 000 миль между заменами, сокращают потребность в обслуживании системы охлаждения и могут снизить риск преждевременного выхода из строя радиатора.Но в некоторых старых автомобилях до сих пор используется антифриз с обычными добавками в системах охлаждения. Поэтому, когда пренебрегают регулярными проверками и заменой охлаждающей жидкости, риск коррозии резко возрастает с каждым годом.

Проверка pH охлаждающей жидкости с помощью химически обработанных тест-полосок может помочь определить состояние охлаждающей жидкости. Но имейте в виду, что современные охлаждающие жидкости обычно работают при более низком уровне резервной щелочности (RA), чем раньше. Щелочность типичной смеси антифриз/вода зависит от пакета присадок в антифризе и может варьироваться от 8 до 14.Среднее значение раньше составляло около 10,5, но некоторые охлаждающие жидкости с увеличенным сроком службы теперь сохраняют защиту от коррозии при pH всего 8,3. В зависимости от используемых индикаторных полосок pH можно получить ложное указание на плохую охлаждающую жидкость. Поэтому, чтобы получить точные показания, вы должны знать, какая охлаждающая жидкость находится в системе, и использовать соответствующие тест-полоски для ее проверки.

РАЗЛИЧНЫЕ ТИПЫ АНТИФРИЗОВ

Какой тип антифриза следует использовать в системе охлаждения? К сожалению, определить тип охлаждающей жидкости, находящейся в системе охлаждения, не всегда просто.Вы не можете выбрать цвет, потому что он различается. Большинство обычных двухлетних антифризов для отечественных автомобилей в Северной Америке окрашены в зеленый цвет. Но Saturn и некоторые европейские производители также используют зеленый краситель для своих охлаждающих жидкостей с увеличенным сроком службы. Охлаждающая жидкость с увеличенным сроком службы DEX-COOL, которая используется в автомобилях GM 1996 года и более новых, окрашена в оранжевый цвет, чтобы отличить ее от обычного антифриза. При смешивании с другими типами антифризов цвет может измениться или не измениться в зависимости от дозировки. GM предупреждает, что смешивание охлаждающей жидкости с увеличенным сроком службы с обычной охлаждающей жидкостью сокращает срок службы охлаждающей жидкости до срока службы обычной охлаждающей жидкости.

Чтобы внести путаницу в цвета, некоторые европейские и корейские охлаждающие жидкости окрашены в синий цвет. Mercedes использует желтый краситель в своей охлаждающей жидкости. Новая охлаждающая жидкость Toyota с увеличенным сроком службы окрашена в красный цвет. Смешайте любое из вышеперечисленного, и трудно сказать, какого цвета может стать охлаждающая жидкость.

Настоящая разница между всеми этими охлаждающими жидкостями EG заключается в пакете присадок. Традиционные составы антифризов для бытового применения с алюминиевыми радиаторами, головками цилиндров или блоками цилиндров содержат большое количество силикатов (что на самом деле не требуется в чугунных двигателях с медно-латунными радиаторами).Силикаты образуют защитный барьер на алюминии, который защищает металл. Однако присадки к антифризам европейских и азиатских OEM-производителей обычно содержат меньше силикатов и в основном основаны на боратах для подавления коррозии. Европейские антифризы также не содержат фосфатов, потому что жесткая вода может реагировать с фосфатами с образованием отложений кальция и магния. Азиаты используют фосфаты, но не используют бораты и силикаты с низким содержанием или вообще без них, потому что они говорят, что бораты могут фактически усугубить проблему коррозии алюминия, если пренебречь охлаждающей жидкостью.

В охлаждающих жидкостях с увеличенным сроком службы используется совершенно другой химический состав, замедляющий коррозию, в котором используются карбоксилатные органические кислоты вместо силикатов, фосфатов или боратов.


Таблицы применения антифризов:


Щелкните изображение выше, чтобы просмотреть таблицу в полном размере.


Щелкните изображение выше, чтобы просмотреть диаграмму в полном размере.

Охлаждающие жидкости Euro Spec

Охлаждающие жидкости, отвечающие требованиям европейских производителей транспортных средств, включают G-05, G-30, G-40 и G-48.Вот описание каждой оценки:

G-05: гибридный антифриз HOAT, соответствующий спецификациям Ford & Chrysler (2002–2012 гг.), а также Mercedes (2011 г. и старше), Audi, VW и Porsche (2004 г. и старше).

G-30: формула OAT без силикатов и фосфатов. Соответствует спецификациям BS 6580:2010 для европейских приложений.

G-40: формула OAT с силикатами для автомобилей Mercedes, VW и других европейских производителей. Соответствует ASTM D3306, D4985 и D6210, VW TL 774G и TL774J, а также грузовикам Mercedes и Mercedes 325.5 спецификации.

G-48: Формула OAT с низким содержанием силикатов, низким pH и без фосфатов для автомобилей Volvo, BMW и MINI. Соответствует ASTM D3306 и D4985, GM 1988M и 1825M, Tesla (2013 г. и новее), Mercedes 325.0 до 2017 г. и BMW GS9400.


Универсальные охлаждающие жидкости

Чтобы избежать путаницы, некоторые поставщики антифризов (Peak и Prestone) продают антифризы «универсального» типа, совместимые со всеми типами антифризов и всеми марками и моделями автомобилей. Некоторые утверждают, что это не совсем так, но этот материал, похоже, работает нормально и широко используется на вторичном рынке.

ДОБАВЬТЕ ИЛИ ЗАМЕНИТЕ АНТИФРИЗ

При добавлении или замене охлаждающих жидкостей лучше всего следовать рекомендациям производителя автомобиля. Замените такой же на такой же, если возможно, используя тот же тип антифриза, который был в системе. Эту информацию можно найти в Руководстве по эксплуатации или на крышке радиатора или бачке с охлаждающей жидкостью. Или используйте универсальную охлаждающую жидкость , одобренную для ВСЕХ применений.

Какая охлаждающая жидкость лучше всего подходит для старых автомобилей? Если вашему легковому или грузовому автомобилю более 15 лет и у него биметаллический двигатель (железный блок и алюминиевые головки) и алюминиевый радиатор, наилучшую защиту, вероятно, обеспечит охлаждающая жидкость HOAT или G-05, содержащая силикаты.Силикаты помогают защитить алюминий от коррозии. С другой стороны, если у вас более старый автомобиль с железным или биметаллическим двигателем и медно-латунным радиатором , используйте охлаждающую жидкость с традиционной ЗЕЛЕНОЙ формулой. Присадки в традиционной охлаждающей жидкости обеспечивают лучшую защиту медно-латунных радиаторов.




Другие статьи о системе охлаждения:


Типы охлаждающей жидкости

Универсальная охлаждающая жидкость: один антифриз для всех?

Рециркуляция охлаждающей жидкости

Поиск и устранение утечек охлаждающей жидкости

Электролизная коррозия системы охлаждения (причины и способы устранения)

Обслуживание системы охлаждения

Системы рекуперации охлаждающей жидкости

Ремонт и замена радиатора

Обслуживание системы охлаждения

Что вы должны сделать?

Перегрев: Причины и крестики

Устранение неполадок Электрическое охлаждение Вентилятор

Устранение неполадок Охлаждающее вентилятор сцепление

Водяной насос Диагностика и замена

Ремень и шланг Услуги

Услуги нагревателя

Нажмите здесь, чтобы увидеть больше автомобильных технических статей


Обязательно посетите другие наши веб-сайты:

Авторемонт самостоятельно

Carley Automotive Software

OBD2HELP

Случайные пропуски зажигания

Scan Tool Help

Типы КОДОВ НЕИСПРАВНОСТЕЙ

5 90 свойств охлаждающих веществ

Хладагенты — вещества, с помощью которых теплота от охлаждаемых предметов передается хладагенту.


Основные требования к охлаждающим жидкостям:

  • низкая температура замерзания. Она должна быть ниже температуры испарения хладагентов в испарителе на 5-8 градусов;
  • большая теплоемкость и теплопроводность;
  • низкая вязкость и плотность;
  • химическая нейтральность к строительным материалам;
  • химическая стойкость и безвредность;
  • низкая стоимость и доступность.

Практически нет таких охлаждающих жидкостей, которые полностью удовлетворяли бы предъявляемым требованиям. Самый доступный теплоноситель — вода. Но так как температура замерзания высокая (0°С), то вода используется только в системах кондиционирования и процессах при положительных температурах. При отрицательных температурах обычно применяют водные растворы солей NaCl, CaCl2 и MgCl2 — рассолы. Теплофизические свойства рассолов, в том числе и температура замерзания, зависят от концентрации солей в растворе. Во всех есть так называемая рассольная или криогидратная эвтектическая концентрация, при которой раствор имеет очень низкую температуру замерзания.При дальнейшем увеличении концентрации соли температура замерзания раствора увеличивается. При охлаждении растворов (при любой концентрации) до температуры, лежащей ниже кривой, происходит выпадение в осадок либо льда, либо соли, что изменяет концентрацию рассола. При дальнейшем охлаждении раствор достигает состояния в криогидратной точке, при котором он полностью замерзает.


Параметры криогидратных точек:

для NaCl — Tc = -21,2°С; = 28.к = 27,6%; для CaCl2 — Tc = -55°С; = 42,55%.

Наиболее широко распространен в качестве охлаждающей жидкости раствор CaCl2. Он также обладает наиболее высокой коррозионной активностью. Необходимым условием возникновения коррозии является наличие кислорода. В открытых системах рассол насыщен кислородом примерно в 4 раза больше, чем в закрытых, вследствие чего коррозия в них протекает значительно сильнее.

С наименьшей скоростью коррозия протекает в растворах, поддерживающих слабощелочную реакцию (рН 7,5-8,5), что достигается добавлением некоторого количества едкого натра и известкового молока.Наиболее эффективным средством является добавление в рассол пассиваторов: силиката натрия, бихромата натрия, фосфорной кислоты. В закрытой системе рассола при использовании тщательно очищенной соли коррозия минимальна.

В рассолы иногда добавляют высокомолекулярные соединения (полиокс или полиакриламид — полимеры линейной структуры) в количестве 0,3-0,07%. Эти соединения способствуют снижению потерь на трение, увеличению производительности насосов и пропускной способности трубопроводов.

В последнее время все чаще в качестве хладагентов используют водные растворы гликолей.Водные растворы этиленгликоля и пропиленгликоля, а также спирты называются антифризами. Они имеют меньшую температуру замерзания, менее агрессивны к материалам конструкции, но и дороже по стоимости.

Найдите компанию-поставщика или торговую марку холодильного оборудования в нашем онлайн-каталоге.

Оценка глицерина (глицерина) в качестве основы антифриза/охлаждающей жидкости для двигателей большой мощности

Образец цитирования: Хадженс, Р., Херкамп Р., Фрэнсис Дж., Найман Д. и др., «Оценка глицерина (глицерина) в качестве основы антифриза/охлаждающей жидкости для двигателей большой мощности», Технический документ SAE 2007-01-4000, 2007, https ://doi.org/10.4271/2007-01-4000.
Скачать ссылку

Автор(ы): Р. Дуглас Хадженс, Ричард Д. Херкамп, Джейми Фрэнсис, Дэн А.Найман, Иоланда Бартоли

Филиал: Камминз Филтрэйшн, Камминз Инк.

Страницы: 18

Событие: Конференция и выставка Powertrain & Fluid Systems

ISSN: 0148-7191

Электронный ISSN: 2688-3627

Также в: SAE 2007 Transactions Journal of Fuels and Lubricants-V116-4

.

Автор: alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.