In uno studio recentemente pubblicato su Angewandte Chemie International Edition , i ricercatori del Dipartimento di Biochimica Medica e Biofisica (MBB) del Karolinska Institutet hanno messo in discussione il vecchio paradigma che circonda gli isotopi degli elementi leggeri:carbonio, idrogeno, azoto e ossigeno. Questi isotopi si sono rivelati più potenti di quanto si pensasse.
Tradizionalmente, gli scienziati credevano che gli effetti isotopici nelle reazioni biochimiche fossero più o meno proporzionali alla differenza di massa tra gli isotopi. Ad esempio, una differenza di massa dello 0,5% tra enzimi normali e ultraleggeri (molecole con isotopi pesanti impoveriti 13 C, 2 H, 15 N e 18 O) dovrebbe produrre un effetto cinetico non superiore all'1%. Tuttavia, lo studio rivela che l'effetto può essere del 250%–300%, ovvero due ordini di grandezza maggiore del previsto, a seconda della temperatura.
Le simulazioni di dinamica molecolare, ampiamente utilizzate in migliaia di pubblicazioni scientifiche, hanno costantemente trascurato la composizione isotopica. I ricercatori devono ora ricalibrare i loro risultati, tenendo conto dell'influenza nascosta degli isotopi.
"I composti isotopicamente puri, come gli enzimi, hanno proprietà superiori rispetto ai composti convenzionali. Ciò riguarda non solo la chimica e la biochimica, ma anche la biologia e, forse, la medicina", afferma Roman Zubarev, professore e leader del gruppo di ricerca nel Roman Zubarev Group presso MBB .
Diversi settori della scienza e della tecnologia possono essere immediatamente colpiti. "In primo luogo, gli enzimi ultraleggeri possono essere immediatamente prodotti mediante espressione in E. coli coltivato in terreni isotopicamente impoveriti, come abbiamo fatto in questo lavoro. Questi enzimi funzionano 2-3 volte più velocemente dei corrispondenti enzimi espressi dallo stesso E. coli ma coltivati nei media normali.
"In secondo luogo, l'applicazione dell'effetto ultraleggero in biologia:si possono coltivare organismi ultraleggeri e studiare le loro proprietà devianti. Ad esempio, abbiamo coltivato C. elegans sull'E. coli ultraleggero e abbiamo scoperto che crescono più velocemente ma invecchiano e muoiono prima." /P>
"In terzo luogo, il campo di separazione isotopica può vedere una domanda enormemente aumentata per l'esaurimento degli isotopi pesanti. Potrebbe essere necessario sviluppare nuovi metodi, inclusa la cromatografia, per soddisfare questa domanda e ridurre il costo dei composti ultraleggeri.
"Infine, le tecniche per analizzare gli isotopi stabili nelle proteine, come la nostra spettrometria di massa con rapporto isotopico in trasformata di Fourier, susciteranno maggiore interesse", afferma Zubarev.
Ulteriori informazioni: Xuepei Zhang et al, Enzimi ultraleggeri e ultraveloci, Angewandte Chemie International Edition (2023). DOI:10.1002/anie.202316488
Informazioni sul giornale: Edizione Internazionale Angewandte Chemie
Fornito da Karolinska Institutet
