Em um estudo publicado recentemente na Angewandte Chemie International Edition , pesquisadores do Departamento de Bioquímica Médica e Biofísica (MBB) do Karolinska Institutet questionaram o antigo paradigma em torno dos isótopos de elementos leves – carbono, hidrogênio, nitrogênio e oxigênio. Esses isótopos surgiram agora como mais poderosos do que se pensava.



Tradicionalmente, os cientistas acreditavam que os efeitos isotópicos nas reações bioquímicas eram mais ou menos proporcionais à diferença de massa entre os isótopos. Por exemplo, uma diferença de massa de 0,5% entre enzimas normais e ultraleves (moléculas com isótopos pesados ​​esgotados ¹³ C, ² H, ¹⁵ N e ¹⁸ O) deve produzir um efeito cinético não superior a 1%. No entanto, o estudo revela que o efeito pode ser de 250% a 300%, o que é duas ordens de grandeza maior do que o esperado, dependendo da temperatura.

Simulações de dinâmica molecular, amplamente utilizadas em milhares de publicações científicas, têm negligenciado consistentemente a composição isotópica. Os investigadores devem agora recalibrar os seus resultados, tendo em conta a influência oculta dos isótopos.

"Compostos isotopicamente puros, como enzimas, têm propriedades superiores em comparação aos compostos convencionais. Isso afeta não apenas a química e a bioquímica, mas também a biologia e, possivelmente, a medicina", diz Roman Zubarev, professor e líder do grupo de pesquisa do Grupo Roman Zubarev da MBB. .

Diversas áreas da ciência e da tecnologia podem ser imediatamente afetadas. "Primeiro, enzimas ultraleves podem ser imediatamente produzidas pela expressão em E. coli cultivada em meio isotopicamente empobrecido, como fizemos neste trabalho. Essas enzimas funcionam 2 a 3 vezes mais rápido do que as enzimas correspondentes expressas pela mesma E. coli, mas cultivadas em mídia normal.

"Em segundo lugar, a aplicação do efeito ultraleve na biologia - é possível cultivar organismos ultraleves e estudar suas propriedades divergentes. Por exemplo, cultivamos C. elegans na E. coli ultraleve e descobrimos que eles crescem mais rápido, mas também envelhecem e morrem mais cedo.

"Terceiro, o campo de separação de isótopos pode ver um enorme aumento na demanda pelo esgotamento de isótopos pesados. Novos métodos, incluindo cromatografia, podem precisar ser desenvolvidos para satisfazer essa demanda e reduzir o custo de compostos ultraleves.

"Finalmente, as técnicas para analisar isótopos estáveis ​​em proteínas, como a nossa espectrometria de massa de razão isotópica com transformada de Fourier, terão maior interesse", diz Zubarev.

Mais informações: Xuepei Zhang et al, Ultralight Ultrafast Enzymes, Angewandte Chemie International Edition (2023). DOI:10.1002/anie.202316488
Informações do diário: Angewandte Chemie Edição Internacional

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