Във всеки един момент в тялото ни клетките оркестрират сложен танц от атоми и молекули, които използват енергия за създаване, разпределяне и използване на веществата, от които зависи животът ни.

И това не е само в нашите тела: всички животни изпълняват този танц на обмяната на веществата и се оказва, че нито едно от тях не го прави по един и същи начин.

В ново изследване, публикувано в Science Advances, анализирахме специфични въглеродни атоми в аминокиселините - градивните елементи на протеините - за да открием отличителни отпечатъци на метаболизма на различните видове.

Тези пръстови отпечатъци разкриват как различните същества отговарят на изискванията за оцеляване, растеж и размножаване и предлагат изцяло нов начин за разбиране на метаболизма в безпрецедентни подробности.

По-подробна картина

Разработихме нов начин за изучаване на метаболизма - химичните процеси в тялото ви, които ви поддържат живи и функциониращи - който разкрива много повече подробности от предишните методи. Новата ни техника разглежда изотопите в аминокиселините, за да види как работи метаболизмът.

Изотопите са разновидности на един и същ химичен елемент с различни маси. Например най-разпространеният вид въглерод е въглерод-12, но има и изотоп, наречен въглерод-13, който е малко по-тежък. Можем да измерим съотношението между тежките и леките изотопи в биологични молекули, като например протеини, за да научим повече за организма, който ги е произвел.

Традиционно учените анализират общото съотношение на изотопите в целия протеин. Това може да разкрие известна информация, особено за нещата, с които се храни животното, но е все едно да усредните сложно телевизионно изображение в един пиксел светлина - губите цялата подробна информация.

Наскоро учените успяха да измерят изотопите във всяка от 20-те отделни аминокиселини, от които се състоят протеините. Това е все едно да разполагате с 20 светлинни точки – има подобрение, но все още не е много нюансирано.

Нашият нов метод отива още по-далеч, като измерва изотопите в определен въглероден атом на всяка аминокиселина. Това е като да виждаме всеки пиксел в телевизионното изображение, което ни дава невероятно подробна информация за метаболизма.

Намиране на подходящия въглерод

Използвахме химикал, наречен нинхидрин, за да отрежем и изолираме желания въглероден атом от всяка аминокиселина. След това изпратихме тези въглеродни атоми - от особено метаболитно активната част на аминокиселината, наречена карбоксилна група - през машина, наречена масспектрометър, за да разчетем техните изотопни отпечатъци.

Това изследване започна преди повече от десетилетие и се превърна в съвместен проект между университета "Грифит" и здравната служба в Куинсланд. През 2018 г., докато работехме с колеги от Япония, успяхме да демонстрираме, че наистина можем да използваме нихидрин, за да изолираме желаните въглеродни атоми от аминокиселините.

Следващият етап беше да комбинираме нашата техника с нихидрин с процес, наречен високоефективна течна хроматография, който може да отдели различни видове аминокиселини.

През 2019 г. успяхме да докладваме за специфичен за позицията изотопен анализ за няколко различни бозайника. Установихме, че можем да разграничим ясен метаболитен "пръстов отпечатък" на всеки бозайник.

Четирите фази на метаболизма

В последната ни работа тествахме по-широк кръг животни, включително стриди, миди, скариди, калмари и риба. Установихме, че моделите на изотопите в аминокиселините могат да бъдат проследени до биохимията на митохондриите - малките енергийни централи в клетките на всички животни и растения, както и на много други организми.

Определихме четири различни фази на метаболизма: създаване на мазнини, унищожаване на мазнини, създаване на протеини и унищожаване на протеини. Животните комбинират тези фази по различни начини, за да растат и да се размножават.

Например възрастните бозайници складират мазнините в своеобразен килер, за да регулират температурата си, докато възрастните скариди канибализират собствените си белтъци, за да създадат мазнините, от които се нуждаят за размножаване.

Установихме също, че хората, които изследвахме, показват много балансиран метаболизъм в стабилно състояние, което може би не е изненадващо, като се има предвид нашата принципно стабилна и питателна диета. Интересно е, че това е доста сходно с нещата, което открихме в пробата от стриди.

В тази работа изследвахме лица с общо взето нормален метаболизъм. Бъдещите приложения могат да включват изследвания на групи с анормален метаболизъм, като например рак, затлъстяване и гладуване.

Като надникнем дълбоко в изотопите на аминокиселините, ще можем да разберем метаболизма на еукариотите, както никога досега, при животните, растенията и гъбите.

Автори: Джеймс Картър (James Carter), младши научен сътрудник, Университет Грифит (Griffith University); Брайън Фрай (Brian Fry), почетен професор, Университет Грифит (Griffith University), и Кейтлин О'Мара (Kaitlyn O'Mara), научен сътрудник, Австралийски речен институт, Университет Грифит (Griffith University).

Тази статия е препубликувана от The Conversation под лиценза Creative Commons и преведена от Obekti.bg с любезното съгласие на нейните автори. Прочетете оригиналната статия тук.