Kак тялото превръща храната в гориво
Във всеки един момент клетките в тялото ни изпълняват сложен танц между 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, група учени анализират специфични въглеродни атоми в аминокиселините – градивните елементи на протеините – за да открият отличителни отпечатъци на метаболизма на различните видове.
Тези 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.
Групата разработва нов начин за изучаване на метаболизма, който разкрива много повече подробности от предишните методи. Той разглежда изотопите в аминокиселините – изотопите са варианти 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. Може да се измери съотношението между тежките и леките изотопи в биологични молекули, като например протеини, за да се научи 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 това с какви неща се храни животното. Но това е все едно да се усредни цялото изображение на монитора в един пиксел – губи се огромно количество 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 – по-добре, но все още няма много детайл.
Новият метод обаче стига още по-далеч, като измерва изотопите в определен въглероден атом на всяка аминокиселина. Това е като да виждаме всеки пиксел в телевизионното изображение – което дава невероятно подробна информация за метаболизма.
Използва се химикал, наречен нинхидрин, за да се отреже и изолира желания въглероден атом от всяка аминокиселина. След това тези въглеродни атоми – от много метаболитно активната част на аминокиселината, наречена карбоксилна група – се пускат през машина, наречена масспектрометър, за да се разчетат техните изотопни отпечатъци.
Това изследване всъщност започва преди повече от десетилетие и сега е съвместен проект между университета „Грифит“ и здравната служба в Куинсланд. През 2018 г., заедно с колеги от Япония, учените успяват да демонстрират, че наистина може да се използва нихидрин, за да се изолира желаните въглеродни атоми от аминокиселините.
Следващият етап е да се комбинира тази техника с процес, наречен високоефективна течна хроматография, който може да раздели различните видове аминокиселини.
През 2019 г. те докладват за специфичен по позиция изотопен анализ на няколко различни бозайника, при който е установено, че може да се разграничи ясен метаболитен „пръстов отпечатък“ на всеки бозайник.
Четирите фази на метаболизма
В последната работа на екипа той тества по-широк кръг животни, включително стриди, миди, скариди, калмари и риба. Така установява, 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.
Разграничени са 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 постигнат растеж и размножаване.
Например възрастните бозайници използват мазнини, за да регулират температурата си, докато възрастните скариди консумират собствените си белтъци, за да създадат мазнините, от които се нуждаят за размножаване.
Установява се също, че изследваните хора демонстрират много балансиран метаболизъм в стабилно състояние, което може би не е изненадващо, като се има предвид като цяло стабилната и питателна диета, която приемат по време на теста. Интересно е, че това е доста сходно с резултатите в теста със стриди.
* * *
В тази работа са изследвани лица с общо взето нормален метаболизъм. В бъдеще може да се направят изследвания на групи с анормален метаболизъм, като например хора с рак, затлъстяване и булимия.
