Forscher Neutronen zu spionieren On The Elusive Hydronium-Ion - könnte in der Behandlung von Magengeschwüren oder saurem Reflux Disease Beihilfe

Ein Los Alamos National Laboratory Forschungsteam hat Neutronen genutzt werden, um zum ersten Mal sehen die kritische Rolle , die ein schwer Molekül spielt in bestimmten biologischen Reaktionen . Der Aufwand konnte in der Behandlung von Beihilfen Magengeschwüren oder saurem Reflux Krankheit oder ermöglichen eine effizientere Umwandlung von Holzabfällen in Kraftstoffen .

In einem Papier erscheinen in dieser Woche in Angewandte Chemie , Los Alamos -Forscher kommen ein internationales Team in der Beschreibung der Rolle, die der schwer fassbaren Hydronium-Ion in den Transfer von Protonen während der Enzym - katalysierten Reaktionen gespielt.

Vor dieser Forschung hat sich noch niemand direkt die Rolle des Hydronium-Ion , ein Wassermolekül zu einer zusätzlichen Wasserstoffionen gebunden , in makromolekulare Katalysatoren - katalytischen Mechanismen von Enzymen erlebt.

Forscher haben ein Interesse daran, ein Enzym, das Potential , um die Umwandlung von Zuckern in holzige Biomasse in Alkohol, einem potentiellen alternativen Brennstoff ermöglicht hat , da das Enzym verliert seine Wirksamkeit , wenn der pH -Wert des Milieus wird abgesenkt , ein gemeinsames Auftreten in das Innere Industrie Hefezellen gärenden Alkohol. Wie sich herausstellt , hat diese biochemische Reaktion auch Auswirkungen für die Aktivierung der Protonenpumpen in den Magen, die überschüssige Säure unter den von Magenerkrankungen befallen erzeugt .

Die Wissenschaftler wollten herausfinden, den Mechanismus hinter dieser Reaktionen . Neutronen vom Los Alamos Neutron Science Center ein mögliches Instrument für die Enthüllung des Geheimagenten im Herzen der Chemie.

Hydroniumionen vorher nicht von den Forschern , die Röntgenstrahlen verwenden, um den chemischen Mechanismus der Enzyme zu verstehen versucht gesehen. Dies ist, weil winzige Wasserstoffatome unter Röntgenstrahlen im Wesentlichen unsichtbar . Zu helfen, Dinge sichtbar , die Forscher substituierte Wasserstoff in ihrer Enzymproben mit Deuterium, ein Isotop des Wasserstoffs , die chemisch identisch mit seinem nicht-isotopischen Gegen verhält . Deuterium liefert ein klares Signal , wenn sie mit Neutronen beschossen . Daher vorgesehen Neutronen eine perfekte Methode zur uncloaking die schwer fassbare Wasserstoffionen , die als pyramidenförmige Masse im aktiven Zentrum des Enzyms in dem die chemische Reaktion erschien .

Die Forscher entdeckten, eine entscheidende Veränderung , da das System sie das Studium fiel in den sauren Bereich der pH-Skala (unter 6) . Die Hydronium-Ion , die gesehen könnte die Erleichterung der Bindung eines Metallionen- Co-Faktor von entscheidender Bedeutung für die Umsetzung des Zuckermoleküls in seine vergärbare Form werden plötzlich dehydriert denken Wasser , H2O, aus Hydronium , H3O entfernt . Der Raum, der durch die relativ große Hydroniumion besetzt kollabiert in ein winziges Volumen durch den verbleibenden Protonen ( eine positiv geladene Wasserstoffionen , H) besetzt ist. Diese räumliche Veränderung in der molekularen Struktur verhindert den Zucker von dem Enzym angegriffen.

Das beobachtete Phänomen vorgesehen Antwort warum pH spielt so eine wichtige Rolle in dem Prozess und ist das Enzym unter sauren Bedingungen inaktiv. Noch wichtiger ist, endgültig dargestellt , dass das Hydroniumion spielt eine wichtige Rolle beim Transport von Protonen in diesen Arten von biochemischen Systemen .

"Das ist etwas, das nie zuvor gesehen hat ", sagte Los Alamos -Forscher Andrey Kovalevsky , Hauptautor des Papiers. " Das beweist, dass Hydronium ist die aktive chemische Mittel in unsere Studien der katalytischen Mechanismus von Enzymen. "

Die Forschung hat weitreichende Auswirkungen für die mögliche Rolle von Wasserstoffionen in anderen biologischen Systemen. Neben Säurereflux -Krankheit, kann die Forschung helfen , ein besseres Verständnis der metabolischen Energietransfer in lebenden Zellen oder lebenden Organismen.

Andere Mitglieder des Los Alamos Forschungsteam gehören Suzanne Fisher, Marat Mustyakimov , Thomas Yoshida, und Paul Langan (derzeit Oak Ridge National Laboratory ) .

Andere Institutionen bei den Bemühungen beteiligt sind die Universität Toledo, Ohio ; das Institut Laue Langevin , Grenoble, Frankreich ; Keele University , Staffordshire, England ; und der ISIS -Anlage Oxfordshire, England .

Los Alamos Finanzierung für die Forschung kam zum Teil aus dem Labor von Directed Forschungs- und Entwicklungsprogramm ( LDRD ) und das US Department of Amt für Biologische und Umweltforschung ( DOE - OBER ) Energy . Die Finanzierung wurde durch die National Institutes of Health zur Verfügung gestellt.