Ultralette ultrahurtige enzymer:Isotoper kraftigere end tidligere antaget

I en nyligt offentliggjort undersøgelse i Angewandte Chemie International Edition , har forskere ved Institut for Medicinsk Biokemi og Biofysik (MBB) ved Karolinska Institutet sat spørgsmålstegn ved det gamle paradigme omkring isotoper af lette grundstoffer - kulstof, brint, nitrogen og oxygen. Disse isotoper er nu dukket op som stærkere end man troede.

Traditionelt troede forskerne, at isotopiske virkninger i biokemiske reaktioner var mere eller mindre proportionale med masseforskellen mellem isotoper. For eksempel en 0,5 % masseforskel mellem normale og ultralette enzymer (molekyler med udtømte tunge isotoper ¹³ C, ² H, ¹⁵ N og ¹⁸ O) bør give en kinetisk effekt på højst 1 %. Undersøgelsen afslører dog, at effekten kan være 250 %-300 %, hvilket er to størrelsesordener større end forventet, afhængigt af temperaturen.

Molekylær dynamik-simuleringer, der er meget brugt i tusindvis af videnskabelige publikationer, har konsekvent overset isotopsammensætning. Forskere skal nu omkalibrere deres resultater og tage højde for isotopers skjulte indflydelse.

"Isotopisk rene forbindelser, såsom enzymer, har overlegne egenskaber sammenlignet med konventionelle forbindelser. Dette påvirker ikke kun kemi og biokemi, men også biologi og muligvis medicin," siger Roman Zubarev, professor og forskningsgruppeleder i Roman Zubarev Group ved MBB .

Flere områder inden for videnskab og teknologi kan umiddelbart blive berørt. "For det første kan ultralette enzymer umiddelbart produceres ved ekspression i E. coli dyrket i isotopisk udtømte medier, som vi har gjort i dette arbejde. Disse enzymer virker 2-3 gange hurtigere end de tilsvarende enzymer udtrykt af den samme E. coli, men dyrket i normale medier.

"For det andet, anvendelse af den ultralette effekt i biologi - man kan dyrke ultralette organismer og studere deres afvigende egenskaber. For eksempel dyrkede vi C. elegans på den ultralette E. coli og fandt ud af, at de vokser hurtigere, men også ældes og dør hurtigere.

"For det tredje kan isotopadskillelsesfeltet se en enormt øget efterspørgsel efter udtømning af tunge isotoper. Nye metoder, herunder kromatografi, skal muligvis udvikles for at tilfredsstille denne efterspørgsel og reducere omkostningerne ved ultralette forbindelser.

"Endelig vil teknikkerne til at analysere stabile isotoper i proteiner, såsom vores Fourier Transform Isotopic Ratio Mass Spectrometry, få øget interesse," siger Zubarev.

Flere oplysninger: Xuepei Zhang et al., Ultralight Ultrafast Enzymes, Angewandte Chemie International Edition (2023). DOI:10.1002/anie.202316488

Journaloplysninger: Angewandte Chemie International Edition

Leveret af Karolinska Institutet