Вы когда-нибудь задумывались, как ваше тело превращает пищу в топливо? Мы отслеживали атомы, чтобы выяснить

Внутри нашего тела в каждый момент наши клетки организуют сложный танец атомов и молекул, которые используют энергию для создания, распределения и распространения веществ, от которых зависит наша жизнь.

И это не только в наш Тела: Все животные танцуют танец метаболизма, и оказывается, что ни одно из них не делает это одинаково.

в Новый поиск В журнале Science Advances мы проанализировали конкретные атомы углерода в аминокислотах — строительных блоках белков — чтобы обнаружить отличительные особенности метаболизма разных видов.

Эти отпечатки пальцев показывают, как разные существа отвечают требованиям выживания, роста и размножения, и предлагают совершенно новый способ понять метаболизм в беспрецедентных деталях.

Более детальное изображение

Мы разработали новый метод изучения метаболизма — химических процессов внутри вашего тела, которые поддерживают вашу жизнь и функционирование — который раскрывает гораздо больше деталей, чем предыдущие методы. Наша новая технология изучает изотопы аминокислот, чтобы узнать, как работает метаболизм.

Изотопы – это копии одного и того же химического элемента с разной массой. Например, наиболее распространенным типом углерода является углерод-12, но существует также изотоп углерод-13, который немного тяжелее. Мы можем измерить соотношение тяжелых и легких изотопов в биологических молекулах, таких как белки, чтобы идентифицировать организм, который их произвел.

Подробнее: Объяснитель: Что такое аналог?

Традиционно ученые анализируют общее соотношение изотопов всего белка. Это может дать некоторую информацию, особенно о том, что ело животное, но это все равно, что усреднить сложное телевизионное изображение в один пиксель света — вы потеряете всю подробную информацию.

Совсем недавно учёным удалось измерить изотопы в Каждая из отдельных 20 аминокислот из которых состоят белки. Это похоже на 20 световых точек — это лучше, но все равно не очень точно.

Наш новый метод идет еще дальше, измеряя изотопы определенного атома углерода в каждой аминокислоте. Это похоже на просмотр каждого пикселя телевизионного изображения, дающего нам удивительно подробную информацию о метаболизме.

Найдите правильный углерод

Мы использовали химическое вещество под названием нингидрин, чтобы разрезать и изолировать нужный атом углерода от каждой аминокислоты. Затем мы отправили эти атомы углерода — из высоко метаболически активной части аминокислоты, называемой карбоксильной группой, — через машину, называемую масс-спектрометром, чтобы прочитать отпечатки их изотопов.

Это исследование началось более десяти лет назад и превратилось в совместный проект Университета Гриффита и Фонда здравоохранения Квинсленда. А в 2018 году, работая с нашими коллегами в Японии, мы смогли Ясно Что мы могли бы использовать нигидрин для выделения нужных нам атомов углерода из аминокислот.

Следующим этапом стало объединение технологии Нигидрина с процессом, называемым высокоэффективной жидкостной хроматографией, который позволяет разделять различные типы аминокислот.

И в 2019 году мы сделали отчет Локус-специфичный изотопный анализ нескольких различных млекопитающих. Мы обнаружили, что можем различать отдельные метаболические «отпечатки пальцев» каждого млекопитающего.

Четыре стадии обмена веществ

В нашей недавней работе мы протестировали самых разных животных, включая моллюсков, гребешков, креветок, кальмаров и рыбу. Мы обнаружили, что структуру изотопов аминокислот можно проследить до биохимии митохондрий, крошечных энергетических центров, которые обеспечивают энергию в клетках всех животных и растений, а также многих других организмов.

Мы определили четыре различных стадии метаболизма: липогенез, разрушение жира, протеиногенез и распад белка. Животные по-разному комбинируют эти стадии для достижения роста и размножения.

Например, взрослые млекопитающие используют жир в качестве хранилища для регулирования температуры, а взрослые креветки расщепляют свои собственные белки, чтобы получить жиры, необходимые для размножения.

Читать далее: Почему крупные животные более энергоэффективны? Новый ответ на многовековую биологическую загадку

Мы также обнаружили, что люди, которых мы изучали, демонстрировали очень стабильное и сбалансированное метаболическое состояние, что, возможно, неудивительно, учитывая наш в целом стабильный и питательный рацион. Интересно, что это было очень похоже на то, что мы обнаружили в образце устриц.

В данной работе мы изучали лиц, у которых в целом нормальный обмен веществ. Будущие приложения могут включать исследования в группах населения с аномальным обменом веществ, таких как рак, ожирение и голод.

Углубляясь в аналоги аминокислот, мы сможем понять метаболизм у эукариот, как никогда раньше, у животных, растений и грибов.