在《Angewandte Chemie 国际版》最近发表的一项研究中，卡罗林斯卡学院医学生物化学和生物物理学系 (MBB) 的研究人员对围绕轻元素碳、氢、氮和氧同位素的旧模式提出了质疑。这些同位素现在的威力比人们想象的还要强大。
一般来说，科学家认为生化反应中的同位素效应或多或少与同位素之间的质量差成正比。例如，正常酶和超轻酶（重同位素13 C、2 H、15 N 和18 O 已耗尽的分子）之间 0.5% 的质量差异应产生不超过 1% 的动力学效应。然而，研究表明，效果可能达到 250%–300%，比预期大两个数量级，具体取决于温度。
分子动力学模拟广泛应用于数千种科学出版物，但一直忽视同位素组成。研究人员现在必须重新校准他们的结果，考虑同位素的隐藏影响。
“同位素纯化合物，例如酶，与传统化合物相比具有优越的特性。这不仅影响化学和生物化学，还影响生物学，可能还影响医学，”MBB 罗曼·祖巴列夫小组的教授兼研究组组长 Roman Zubarev 说。
科学技术的几个领域可能会立即受到影响。“首先，正如我们在这项工作中所做的那样，通过在同位素耗尽的培养基中生长的大肠杆菌中表达，可以立即产生超轻酶。这些酶的工作速度比同样的大肠杆菌在正常培养基中表达的相应酶快2-3倍。第二，超轻效应在生物学上的应用——人们可以培育超轻生物并研究它们的偏差特性。例如，我们在超轻的大肠杆菌上培养秀丽隐杆线虫，发现它们生长得更快，但也衰老和死亡得更快。第三，同位素分离领域对重同位素耗竭的需求将大幅增加。可能需要开发包括色谱法在内的新方法来满足这一需求，并降低超轻化合物的成本。最后，分析蛋白质稳定同位素的技术，如我们的傅立叶变换同位素比质谱法，将得到更大的兴趣。”
论文原文：
Zhang X, Meng Z, Beusch C, et al. Ultralight Ultrafast Enzymes. Angew Chem Int Ed Engl. Published online November 27, 2023. doi:10.1002/anie.202316488
