U nedavno objavljenoj studiji u Angevandte Chemie International Edition, istraživači na Odeljenju za medicinsku biohemiju i biofiziku (MBB) na Institutu Karolinska doveli su u pitanje staru paradigmu koja okružuje izotope lakih elemenata – ugljenika, vodonika, azota i kiseonika. Ovi izotopi su sada postali moćniji nego što se mislilo.
Tradicionalno, naučnici su verovali da su izotopski efekti u biohemijskim reakcijama više ili manje proporcionalni razlici u masi između izotopa. Na primer, razlika u masi od 0,5% između normalnih i ultralakih enzima (molekuli sa osiromašenim teškim izotopima 13 C, 2 H, 15 N i 18 O) bi trebalo da daju kinetički efekat ne veći od 1%. Međutim, studija otkriva da efekat može biti 250%–300%, što je dva reda veličine veće od očekivanog, u zavisnosti od temperature.
Simulacije molekularne dinamike, koje se široko koriste u hiljadama naučnih publikacija, dosledno su previđale izotopski sastav. Istraživači sada moraju ponovo da kalibriraju svoje rezultate, uzimajući u obzir skriveni uticaj izotopa.
„Izotopski čista jedinjenja, kao što su enzimi, imaju superiorna svojstva u poređenju sa konvencionalnim jedinjenjima. Ovo utiče ne samo na hemiju i biohemiju, već i na biologiju i, moguće, medicinu“, kaže Roman Zubarev, profesor i vođa istraživačke grupe u grupi Roman Zubarev u MBB-u.
Na nekoliko oblasti nauke i tehnologije može se odmah uticati. „Prvo, ultralaki enzimi se mogu odmah proizvesti ekspresijom u E. coli uzgojenoj u medijumima osiromašenim izotopima, kao što smo uradili u ovom radu. Ovi enzimi rade 2-3 puta brže od odgovarajućih enzima koje eksprimira ista E. coli, ali uzgajana u normalnim medijima.
„Drugo, primena ultralakog efekta u biologiji—mogu se uzgajati ultralaki organizmi i proučavati njihova odstupanja. Na primer, uzgajali smo C. elegans na ultralakoj E. coli i otkrili da oni rastu brže, ali takođe stare i umiru ranije.
„Treće, polje odvajanja izotopa može videti izuzetno povećanu potražnju za iscrpljivanjem teških izotopa. Nove metode, uključujući hromatografiju, možda će morati da se razviju da bi se zadovoljila ova potražnja i smanjila cena ultralakih jedinjenja.“
„Konačno, tehnike za analizu stabilnih izotopa u proteinima, kao što je naša masena spektrometrija izotopskog odnosa Fourierove transformacije, dobiće povećano interesovanje“, kaže Zubarev.
