En un estudio publicado recientemente en Angewandte Chemie International Edition , investigadores del Departamento de Bioquímica y Biofísica Médicas (MBB) del Instituto Karolinska han cuestionado el antiguo paradigma que rodea a los isótopos de elementos ligeros:carbono, hidrógeno, nitrógeno y oxígeno. Estos isótopos ahora han resultado ser más poderosos de lo que se pensaba.
Tradicionalmente, los científicos creían que los efectos isotópicos en las reacciones bioquímicas eran más o menos proporcionales a la diferencia de masa entre los isótopos. Por ejemplo, una diferencia de masa del 0,5% entre las enzimas normales y ultraligeras (moléculas con isótopos pesados empobrecidos 13 C, 2 H, 15 N y 18 O) debería producir un efecto cinético de no más del 1%. Sin embargo, el estudio revela que el efecto puede ser del 250 % al 300 %, lo que es dos órdenes de magnitud mayor de lo esperado, dependiendo de la temperatura.
Las simulaciones de dinámica molecular, ampliamente utilizadas en miles de publicaciones científicas, han pasado por alto sistemáticamente la composición isotópica. Los investigadores ahora deben recalibrar sus resultados, teniendo en cuenta la influencia oculta de los isótopos.
"Los compuestos isotópicamente puros, como las enzimas, tienen propiedades superiores a los compuestos convencionales. Esto afecta no sólo a la química y la bioquímica, sino también a la biología y, posiblemente, a la medicina", afirma Roman Zubarev, profesor y líder del grupo de investigación en el grupo Roman Zubarev del MBB. .
Varias áreas de la ciencia y la tecnología pueden verse afectadas inmediatamente. "En primer lugar, las enzimas ultraligeras pueden producirse inmediatamente mediante la expresión en E. coli cultivada en medios isotópicamente empobrecidos, como lo hemos hecho en este trabajo. Estas enzimas funcionan entre 2 y 3 veces más rápido que las enzimas correspondientes expresadas por la misma E. coli pero cultivada en medios normales.
"En segundo lugar, la aplicación del efecto ultraligero en biología:se pueden cultivar organismos ultraligeros y estudiar sus propiedades de desviación. Por ejemplo, cultivamos C. elegans en la E. coli ultraligera y descubrimos que crecen más rápido pero también envejecen y mueren antes. /P>
"En tercer lugar, el campo de la separación de isótopos puede experimentar una demanda enormemente mayor para el agotamiento de isótopos pesados. Es posible que sea necesario desarrollar nuevos métodos, incluida la cromatografía, para satisfacer esta demanda y reducir el costo de los compuestos ultraligeros.
"Por último, las técnicas para analizar isótopos estables en proteínas, como nuestra espectrometría de masas de relación isotópica por transformada de Fourier, despertarán un mayor interés", afirma Zubarev.
Más información: Xuepei Zhang et al, Enzimas ultraligeras y ultrarrápidas, Edición internacional Angewandte Chemie (2023). DOI:10.1002/anie.202316488
Información de la revista: Edición internacional Angewandte Chemie
Proporcionado por el Instituto Karolinska
