Um Fenômeno Negligenciado

Por University of California - Santa Barbara, 28 de janeiro de 2023

Segundo os pesquisadores, esse comportamento recém-descoberto tem implicações para a compreensão da função dos íons de fosfato na biocatálise, no balanço energético das células e na formação de biomateriais.

Durante uma investigação direta sobre o processo de montagem de aglomerados de fosfato de cálcio, uma equipe de pesquisadores da Universidade da Califórnia, Santa Bárbara e da Universidade de Nova York se deparou com uma descoberta inesperada: os íons de fosfato na água têm uma tendência a alternar entre seus padrões frequentemente observados. estado hidratado e um estado "escuro" previamente desconhecido e misterioso.

Os pesquisadores acreditam que esse comportamento recém-descoberto tem implicações significativas para a compreensão da função dos íons de fosfato na biocatálise, no balanço de energia dentro das células e na criação de biomateriais. O estudo foi publicado recentemente na revista Proceedings of the National Academy of Sciences.

Fosfato bicálcico em pó. Crédito: Universidade da Califórnia – Santa Bárbara

"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"}]">RNA." Também é um componente estrutural de nossos ossos e membranas celulares, acrescentou ela.

Quando ligados ao cálcio, os fosfatos formam pequenos aglomerados moleculares a caminho de formar depósitos minerais nas células e nos ossos. Isso é o que Han e os colaboradores Matthew Helgeson da UCSB e Alexej Jerschow da NYU estavam se preparando para estudar e caracterizar, na esperança de descobrir comportamentos quânticos em aglomerados de fosfato simétricos propostos pelo professor de física da UCSB, Matthew Fisher. Mas, primeiro, os pesquisadores tiveram que estabelecer experimentos de controle, que envolveram varreduras de íons de fosfato na ausência de cálcio por meio de espectroscopia de ressonância magnética nuclear (NMR) e microscopia eletrônica de transmissão criogênica (crio-TEM).

Mas como os alunos da UCSB e da NYU no projeto estavam coletando dados de referência, que envolviam o isótopo de ocorrência natural fósforo 31 em soluções aquosas em várias concentrações e temperaturas, seus resultados não correspondiam às expectativas. Por exemplo, disse Han, a linha que representa o espectro para 31P durante as varreduras de NMR deve se estreitar com o aumento das temperaturas.