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¿Cómo convierte tu cuerpo los alimentos en combustible?  Los científicos rastrearon átomos individuales para descubrirlo: ScienceAlert

¿Cómo convierte tu cuerpo los alimentos en combustible? Los científicos rastrearon átomos individuales para descubrirlo: ScienceAlert

Dentro de nuestros cuerpos, en cada momento, nuestras células organizan una compleja danza de átomos y moléculas que utilizan energía para crear, distribuir y difundir las sustancias de las que depende nuestra vida.

Y esto no es sólo en nuestro Cuerpos: Todos los animales realizan la danza metabólica y resulta que ninguno lo hace de la misma manera.

en Nueva búsqueda Publicado en Avance de la cienciaAnalizamos átomos de carbono específicos en aminoácidos (los componentes básicos de las proteínas) para descubrir firmas distintas del metabolismo de diferentes especies.

Estas huellas digitales revelan cómo diferentes criaturas cumplen los requisitos para sobrevivir, crecer y reproducirse, y ofrecen una forma completamente nueva de comprender el metabolismo con un detalle sin precedentes.

Imagen más detallada

Hemos desarrollado una nueva forma de estudiar el metabolismo (los procesos químicos dentro del cuerpo que lo mantienen vivo y funcionando) que revela muchos más detalles que los métodos anteriores. Nuestra nueva tecnología analiza los isótopos dentro de los aminoácidos para aprender cómo funciona el metabolismo.

Los isótopos son copias de un mismo elemento químico con diferentes masas. Por ejemplo, el tipo de carbono más común es el carbono-12, pero también existe un isótopo llamado carbono-13 que es un poco más pesado. Podemos medir la proporción de isótopos pesados ​​y ligeros en moléculas biológicas como las proteínas para identificar el organismo que los produjo.

Tradicionalmente, los científicos analizan la proporción total de isótopos de toda la proteína. Esto puede revelar cierta información, especialmente sobre los tipos de cosas que come el animal, pero es como promediar una imagen de televisión compleja en un solo píxel de luz: se pierde toda la información detallada.

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Recientemente, los científicos pudieron medir isótopos en… Cada uno de los veinte aminoácidos individuales. Que forman las proteínas. Esto es como tener 20 puntos de luz, lo cual es mejor, pero aún así no es muy preciso.

Nuestro nuevo método va más allá al medir los isótopos en un átomo de carbono específico en cada aminoácido. Es como ver cada píxel de una imagen de televisión, brindándonos información metabólica sorprendentemente detallada.

Encuentra el carbono adecuado

Usamos una sustancia química llamada ninhidrina para cortar y aislar el átomo de carbono que queríamos de cada aminoácido. Luego enviamos estos átomos de carbono (de una parte metabólicamente activa del aminoácido llamado grupo carboxilo) a través de una máquina llamada espectrómetro de masas para leer sus huellas isotópicas.

Esta investigación comenzó hace más de una década y se ha convertido en un proyecto de colaboración entre la Universidad Griffith y Queensland Health. En 2018, trabajando con nuestros colegas en Japón, pudimos hacer precisamente eso Está despejado Que realmente podríamos usar nihidrina para aislar los átomos de carbono que queríamos de los aminoácidos.

La siguiente etapa fue combinar la tecnología de nihidrina con un proceso llamado cromatografía líquida de alto rendimiento, que puede separar diferentes tipos de aminoácidos.

En 2019, pudimos hacer precisamente eso un informe Análisis de isótopos específicos de locus de muchos mamíferos diferentes. Descubrimos que podíamos distinguir una «huella» metabólica clara para cada mamífero.

Las cuatro etapas del metabolismo.

En nuestro trabajo reciente, probamos una amplia gama de animales, incluidos ostras, vieiras, langostinos, calamares y peces. Descubrimos que los patrones isotópicos en los aminoácidos se remontan a la bioquímica de las mitocondrias, las pequeñas centrales eléctricas que proporcionan energía a las células de todos los animales y plantas, así como a muchos otros organismos.

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Hemos identificado cuatro fases diferentes del metabolismo: lipogénesis, catabolismo lipídico, síntesis de proteínas y catabolismo proteico. Los animales combinan estas etapas de diferentes maneras para lograr el crecimiento y la reproducción.

Por ejemplo, los mamíferos adultos utilizan la grasa como almacenamiento para regular su temperatura, mientras que los langostinos adultos descomponen sus propias proteínas para producir las grasas que necesitan para reproducirse.

También descubrimos que los humanos que estudiamos mostraban un estado metabólico muy estable y equilibrado, lo que quizás no sea sorprendente dada nuestra dieta generalmente estable y nutritiva. Curiosamente, esto era bastante similar a lo que encontramos en la muestra de ostras.

En este trabajo, estudiamos individuos con un metabolismo generalmente normal. Las aplicaciones futuras pueden incluir estudios en grupos con metabolismo anormal, como el cáncer, la obesidad y el hambre.

Profundizando en los análogos de los aminoácidos, podremos comprender como nunca antes el metabolismo en eucariotas, en animales, plantas y hongos.

James CarterInvestigador asistente, Universidad Griffith; Brian FryProfesor Emeritus, Universidad GriffithY Caitlin O’MaraInvestigador, Instituto Australiano de Ríos, Universidad Griffith

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