Незамеченный феномен

Калифорнийский университет – Санта-Барбара, 28 января 2023 г.

По мнению исследователей, это недавно обнаруженное поведение имеет значение для понимания функции фосфат-ионов в биокатализе, энергетическом балансе в клетках и формировании биоматериалов.

В ходе простого исследования процесса сборки кальциево-фосфатных кластеров группа исследователей из Калифорнийского университета, Санта-Барбары и Нью-Йоркского университета наткнулась на неожиданный вывод: ионы фосфата в воде имеют тенденцию переключаться между часто наблюдаемыми состояниями. гидратированное состояние и ранее неизвестное и загадочное «темное» состояние.

Исследователи полагают, что это недавно обнаруженное поведение имеет важное значение для понимания функции ионов фосфата в биокатализе, энергетическом балансе внутри клеток и создании биоматериалов. Исследование недавно было опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Порошок дикальцийфосфата. Предоставлено: Калифорнийский университет – Санта-Барбара.

"Phosphate is everywhere," said UCSB chemistry professor Songi Han, one of the authors of a paper in the Proceedings of the National Academy of Sciences. The ion consists of one phosphorus atomAn atom is the smallest component of an element. It is made up of protons and neutrons within the nucleus, and electrons circling the nucleus." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">atom surrounded by four oxygen atoms. "It's in our blood and in our serum," Han continued. "It's in every biologist's buffer, it's on our DNADNA, or deoxyribonucleic acid, is a molecule composed of two long strands of nucleotides that coil around each other to form a double helix. It is the hereditary material in humans and almost all other organisms that carries genetic instructions for development, functioning, growth, and reproduction. Nearly every cell in a person's body has the same DNA. Most DNA is located in the cell nucleus (where it is called nuclear DNA), but a small amount of DNA can also be found in the mitochondria (where it is called mitochondrial DNA or mtDNA)." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">DNA and RNARibonucleic acid (RNA) is a polymeric molecule similar to DNA that is essential in various biological roles in coding, decoding, regulation and expression of genes. Both are nucleic acids, but unlike DNA, RNA is single-stranded. An RNA strand has a backbone made of alternating sugar (ribose) and phosphate groups. Attached to each sugar is one of four bases—adenine (A), uracil (U), cytosine (C), or guanine (G). Different types of RNA exist in the cell: messenger RNA (mRNA), ribosomal RNA (rRNA), and transfer RNA (tRNA)." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">РНК». Это также структурный компонент наших костей и клеточных мембран, добавила она.

Связываясь с кальцием, фосфаты образуют небольшие молекулярные кластеры на пути к образованию минеральных отложений в клетках и костях. Это то, что Хан и его коллеги Мэтью Хельгесон из UCSB и Алексей Джершоу из Нью-Йоркского университета готовились изучить и охарактеризовать в надежде раскрыть квантовое поведение в симметричных фосфатных кластерах, предложенное профессором физики UCSB Мэтью Фишером. Но сначала исследователям пришлось провести контрольные эксперименты, которые включали сканирование ионов фосфата в отсутствие кальция с помощью спектроскопии ядерного магнитного резонанса (ЯМР) и криогенной трансмиссионной электронной микроскопии (крио-ТЕМ).

Но когда студенты UCSB и Нью-Йоркского университета, участвовавшие в проекте, собирали справочные данные, в которых участвовал природный изотоп фосфора 31 в водных растворах при различных концентрациях и температурах, их результаты не совпали с ожиданиями. Например, сказал Хан, линия, которая представляет спектр 31P во время сканирования ЯМР, должна сужаться с повышением температуры.