Los científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) del Departamento de Energía de EE. UU. Han hecho un descubrimiento sorprendente que podría ayudar a explicar nuestro riesgo de desarrollar enfermedades crónicas o cánceres a medida que envejecemos. y cómo nuestra comida se descompone con el tiempo.

Y lo que es más, sus hallazgos, que fueron reportados recientemente en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias ( PNAS ), apuntan a un vínculo inesperado entre la química del ozono en nuestra atmósfera y la capacidad cableada de nuestras células para protegerse de las enfermedades.

"La belleza de la naturaleza es que a menudo decide utilizar químicas similares en todo el sistema, pero nunca pensamos que encontraríamos un vínculo común entre la química atmosférica, y la química de nuestros cuerpos y alimentos, "dijo Kevin Wilson, el subdirector de la División de Ciencias Químicas de Berkeley Lab que dirigió el estudio. "Nuestro estudio es el primero en explorar otra vía química que podría afectar qué tan bien las células de nuestro cuerpo, e incluso nuestra comida, pueden responder al estrés oxidativo, como la contaminación, tiempo extraordinario."

Nuestros cuerpos y algunas de nuestras comidas favoritas incluida la carne, nueces, y aguacates, tienen mucho en común:están hechos de moléculas orgánicas, como los lípidos insaturados, que son bloques de construcción importantes para las paredes celulares.

Lípidos insaturados y otras moléculas orgánicas, como carbohidratos y proteínas, se degradan lentamente con el tiempo debido a una reacción en cadena, conocida como autooxidación, iniciada por radicales de oxígeno e hidroxilo, un tipo de especie de oxígeno reactivo. Los radicales hidroxilo atacan insidiosamente los lípidos insaturados en nuestro cuerpo y nuestra comida, dorando los aguacates más frescos, por ejemplo.

El daño a nuestro cuerpo por radicales hidroxilo, sin embargo, es más devastador que un aguacate oxidado. Como nosotros envejecemos, décadas de exposición a radicales hidroxilo y otras especies reactivas de oxígeno debilitan lenta pero seguramente los lípidos insaturados de nuestro cuerpo. Este daño irreversible aumenta el estrés oxidativo y la probabilidad de desarrollar cáncer y enfermedades crónicas relacionadas con la edad como el Alzheimer.

Un enlace inesperado

Por décadas, Los científicos creían que los radicales hidroxilo actuaban solos cuando atacaban a los lípidos insaturados.

Pero Wilson y su equipo de investigación encontraron que los radicales hidroxilo tienen un socio sorprendente en el crimen, y se conoce con el nombre de "intermedio de Criegee".

Los intermedios Criegee son altamente reactivos, moléculas exóticas propuestas por primera vez por el químico Rudolf Criegee en 1975 para explicar cómo los contaminantes emitidos por los automóviles y las fábricas reaccionan con la capa de ozono en nuestra atmósfera.

Entonces, en 2015, décadas después del revolucionario descubrimiento de Criegee, Wilson y la coautora Nadja Heine se sorprendieron al observar una especie química llamada "ozonidos secundarios":moléculas que contienen carbono, hidrógeno, y oxígeno, durante una reacción de hidroxilo con lípidos insaturados en la fuente de luz avanzada (ALS) de Berkeley Lab. (Heine era investigadora postdoctoral en la División de Ciencias Químicas de Berkeley Lab en el momento del estudio).

Lo que desconcertó a los investigadores es que los ozonidos secundarios no suelen estar asociados con los lípidos insaturados; bastante, son productos de una reacción intermedia de Criegee con aldehídos atmosféricos, que son compuestos orgánicos derivados de alcoholes.

"Nos preguntabamos, ¿Los intermediarios de Criegee funcionan con hidroxilo en la degradación de los lípidos insaturados en los alimentos? el plastico, ¿y las células de nuestro cuerpo? ”, dijo Wilson.

Ir a una búsqueda del tesoro

Debido a que los intermedios de Criegee tienen una existencia fugaz, es difícil observarlos directamente. Entonces, los investigadores utilizaron un proceso de eliminación para concentrarse en ellos.

El autor principal, Meirong Zeng, investigador postdoctoral en la División de Ciencias Químicas de Berkeley Lab, empleó una técnica llamada espectroscopía de masas en el ALS para iluminar las nanogotas de lípidos bajo luz ultravioleta. El ALS es una instalación de sincrotrón financiada por el DOE que emite haces de rayos X, ultravioleta, y luz infrarroja para soportar docenas de experimentos simultáneos para explorar la estructura microscópica y la composición química de muestras en una amplia gama de disciplinas científicas.

Cuando añadió moléculas de alcohol "depuradoras" que se sabe que reaccionan solo con intermediarios de Criegee a las nanogotas de lípidos, observó que la tasa de degradación de los lípidos disminuyó notablemente, como consecuencia de la reactividad de las moléculas depuradoras con los intermediarios de Criegee y, por lo tanto, los volvió inertes. Dijo Zeng.

También encontraron que una vez que los intermedios de Criegee habían sido desactivados por las moléculas depuradoras, la reacción produjo productos similares al peróxido, y no liberó ozonidos secundarios, Dijo Zeng.

Los investigadores creen que estos resultados proporcionan evidencia de una nueva vía de degradación de lípidos donde el hidroxilo hambriento de lípidos genera intermedios de Criegee. que luego dan a luz a un nuevo lote de hidroxilo; el hidroxilo recién formado envía una nueva generación de intermedios de Criegee; y el ciclo sigue y sigue.

"Esto nos sorprendió porque se sabía que los radicales hidroxilo causaban daño oxidativo a las células, pero lo que no se sabía antes de nuestro estudio es que el hidroxilo hace esto a través de la formación de intermedios de Criegee, "Añadió Wilson.

Dado que las enfermedades crónicas, cáncer, y el deterioro de los alimentos se han relacionado con el daño celular causado por los radicales hidroxilo, Los investigadores creen que los intermedios de Criegee también podrían desempeñar un papel similar en la degradación molecular que nos hace vulnerables a las enfermedades a medida que envejecemos. y eso hace que la comida se pudra.

Un nuevo camino para los antioxidantes

El descubrimiento podría sentar las bases para una nueva clase de antioxidantes, desde vitaminas hasta conservantes naturales de alimentos, Añadió Zeng.

"Es un descubrimiento emocionante. Esto nos dio una imagen más completa de los mecanismos detrás de la degradación celular y la enfermedad que fue completamente inesperada". " ella dijo.

"Completar este trabajo requirió años de arduo trabajo por parte de Nadja y Meirong, y las capacidades únicas de la fuente de luz avanzada para sondear la química compleja, ", Dijo Wilson." Esperamos que los resultados de nuestro estudio inspiren a los investigadores a explorar más a fondo la bioquímica de los intermedios de Criegee, lípidos y antioxidantes, que son necesarios para ayudar a las personas de diversas formas:desde la prevención de enfermedades hasta la conservación de los alimentos ".

A continuación, los investigadores planean trabajar con teóricos en Berkeley Lab para estudiar las propiedades cuánticas, como la estructura electrónica, en juego en la reacción de hidroxilo / intermedio de Criegee para evaluar mejor cómo podría operar este ciclo en las células humanas, comida, y en materiales que contienen lípidos insaturados como plásticos y combustibles.