Los Alamos National Laboratory research-team genutzt hat Neutronen anzeigen zum ersten mal die entscheidende Rolle, die eine schwer fassbare Molekül spielt in bestimmten biologischen Reaktionen. Der Aufwand könnte Hilfe bei der Behandlung von Magen-Darm-Geschwüre oder saurem reflux-Krankheit, oder lassen Sie effizientere Umwandlung von holzartiger Abfälle in Kraftstoffe.

In einem Papier erscheinen in dieser Woche in Angewandte Chemie International Edition, Los Alamos Forscher sich einem internationalen team bei der Beschreibung der Rolle der schwer fassbaren hydronium-Ionen in der übertragung von Protonen während der Enzym-katalysierten Reaktionen.

Vor dieser Forschung, niemand hat jemals direkt erlebt, die Rolle der hydronium-Ionen -, ein Wasser-Molekül gebunden, um eine zusätzliche Wasserstoff-Ionen, in die makromolekulare Katalysatoren-der katalysemechanismen von Enzymen.

Forscher hatten ein Interesse an einem Enzym, das das Potenzial hat, zu ermöglichen, Umwandlung von Zucker in holzartiger Biomasse in Alkohol, eine mögliche alternative Kraftstoff, da das Enzym verliert seine Wirksamkeit, wenn der pH-Wert des milieu gesenkt wird-ein gemeinsames auftreten in das innere der industriellen Hefe-Zellen Vergärung zu Alkohol. Wie es sich herausstellt, diese biochemische Reaktion hat auch Auswirkungen für die Aktivierung von Protonen-Pumpen in den Magen, produziert, die überschüssige Säure in die betroffenen von Magen-Krankheiten.

Die Wissenschaftler versuchten herauszufinden, den Mechanismus hinter diesen Reaktionen. Neutronen aus dem Los Alamos Neutron Science Center eine mögliche Werkzeug für die Enthüllung des Geheimnis-agent auf das Herz der Chemie.

Hydroniumionen hatte nicht gesehen wurden, bevor Sie von Forschern, die versucht haben, verwenden Sie X-Strahlen, um zu verstehen, den chemischen Mechanismus der Enzyme. Dies ist, weil die kleinen Wasserstoff-Atome sind im wesentlichen unsichtbar unter der X-Strahlen. Zu helfen, machen Dinge sichtbar, die Forscher substituiert Wasserstoff in Ihrer Enzym-Proben mit deuterium, ein Isotop des Wasserstoffs, das verhält sich chemisch identisch nonisotopic Gegenstück. Deuterium ergibt sich eine eindeutige signal, wenn ein Beschuss mit Neutronen. Daher werden die Neutronen eine perfekte Methode für uncloaking die schwer hydroniumionen, erschien als eine pyramidenförmige Masse, die in das Enzym aktiven site, wo die Chemische Reaktion Auftritt.

Die Forscher entdeckten eine entscheidende Veränderung, da das system Sie studieren fiel in den sauren Bereich der pH-Skala (unten 6). Die hydronium-Ionen, die gesehen werden könnte, erleichtern die Bindung der Metall-Ionen-Cofaktor entscheidend für die Umwandlung der Zucker-Molekül in seine vergärbare form wurde plötzlich dehydriert-man denke an Wasser, H2O, entfernt von hydronium, H3O+. Der belegte Speicherplatz durch die relativ große hydronium-Ionen brach in ein winziges Volumen besetzt durch die restlichen Protonen (positiv geladene Wasserstoff-Ionen, H+). Diese räumliche Veränderung der molekularen Struktur verhindert der Zucker aus angegriffen durch das Enzym.

Die beobachteten Phänomen eine Antwort darüber, warum pH-Wert spielt eine so wichtige Rolle in dem Prozess und macht das Enzym inaktiv unter sauren Bedingungen. Wichtiger ist, dass es endgültig gezeigt, dass die hydronium-Ionen spielt eine wichtige Rolle beim transport von Protonen in diesen Arten von biochemischen Systemen.

„Das ist etwas, das noch nie zuvor gesehen“, sagte Los-Alamos-Forscher Andrey Kowalewski, leitende Autor des Papiers. „Dies beweist, dass die hydronium ist die aktive Chemische Mittel in unseren Studien der katalytischen Mechanismus der Enzyme.“

Die Forschung hat weitreichende Konsequenzen für die mögliche Rolle von hydroniumionen in anderen biologischen Systemen. Zusätzlich zu saurem reflux-Krankheit, die Forschung kann helfen, zu einem besseren Verständnis der metabolischen übertragung von Energie in lebenden Zellen oder Organismen.

Die anderen Mitglieder des Los Alamos research-team gehören Suzanne Fisher, Marat Mustyakimov, Thomas Yoshida, und Paul Langan (derzeit bei Oak Ridge National Laboratory).

Andere Institutionen in den Bemühungen der Universität von Toledo, Ohio

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