Przełom w biochemii i medycynie. 67-letnia zagadka B1 rozwiązana

Witamina B1, znana jako tiamina, od lat fascynuje naukowców swoją rolą w organizmie. Dzięki najnowszemu odkryciu to, co wydawało się niemożliwe, właśnie stało się faktem: badacze z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Riverside potwierdzili kluczową hipotezę sprzed 67 lat!

Odkrycie to otwiera drzwi do nowych badań i potencjalnych zastosowań w medycynie. Ujawniona tajemnica biochemii pozwoli na skuteczniejsze leczenie ludzi, nowe terapie z mniejszymi skutkami ubocznymi, może pomóc milionom. Jak to możliwe, że coś uznawanego za „niemożliwe” okazało się prawdą? Szczegóły poniżej.

Hipoteza sprzed dekad

W 1958 roku chemik z Uniwersytetu Columbia, Ronald Breslow zaproponował śmiałą hipotezę: witamina B1, kluczowa dla metabolizmu węglowodanów, może generować karbeny – cząsteczki z atomem węgla posiadającym tylko sześć elektronów zamiast ośmiu, co czyni je niezwykle reaktywnymi.

Karbeny zwykle szybko reagują z innymi cząsteczkami, co sprawia, że ich stabilność w wodzie, medium pełnym cząsteczek gotowych do reakcji, wydawała się nieprawdopodobna. A nasze organizmy w większości składają się właśnie z wody.

Breslow zasugerował, że w tiaminowym pirofosforanie (TPP), aktywnym metabolicie witaminy B1, powstaje stabilny karben, który odgrywa kluczową rolę w enzymatycznych reakcjach metabolicznych, stanowiących istotny, biochemiczny fundament funkcjonowania naszych organizmów.

Pomysł Breslowa był przełomowy, ale przez dekady stanowił jedynie śmiałą hipotezę. Brakowało dowodów eksperymentalnych. Karbeny w wodzie uznawano za efemeryczne, niemal mityczne cząsteczki, które znikają, zanim można je zbadać – aż do teraz.

Swoją drogą to ciekawe, że dziś naukowcy potrafią aktywować i dezaktywować geny za pomocą światła, a hipoteza Breslowa musiała czekać niemal 70 lat na swoje potwierdzenie.

Przełom w laboratorium

Zespół pod kierownictwem prof. Vincenta Lavallo z UC Riverside podjął wyzwanie zweryfikowania hipotezy Breslowa. W artykule opublikowanym w Science Advanced badacze opisali, jak udało im się wyizolować i ustabilizować karben pochodzący z witaminy B1 w środowisku wodnym. Kluczem było zastosowanie zaawansowanych technik spektroskopii i modelowania molekularnego, które pozwoliły „uchwycić” tę ulotną cząsteczkę w akcji.

Naukowcy stworzyli model TPP w laboratorium i zaobserwowali, że w określonych warunkach karben nie tylko powstaje, ale pozostaje stabilny wystarczająco długo, by odgrywać swoją biologiczną rolę.

„To pierwszy raz, kiedy ktoś był w stanie zaobserwować stabilny karben w wodzie” – powiedział Vincent Lavallo, profesor chemii na UC Riverside i autor korespondencyjny artykułu. „Ludzie uważali to za szalony pomysł. Ale okazuje się, że Breslow miał rację”.

Stabilność karbenu w wodzie wynikać ma z unikalnej struktury TPP, która „osłania” reaktywny atom węgla, zapobiegając niepożądanym reakcjom.

Dlaczego to ważne?

Odkrycie ma znaczenie nie tylko dla chemii, ale także dla biologii i medycyny. Witamina B1 jest niezbędna do prawidłowego funkcjonowania enzymów, które przekształcają węglowodany w energię. Niedobór tiaminy prowadzi do poważnych schorzeń, takich jak beri-beri czy zespół Wernickego-Korsakowa.

Zrozumienie, jak TPP wykorzystuje karbeny, może pomóc w opracowaniu nowych terapii dla chorób związanych z metabolizmem lub niedoborem witaminy B1. To potencjalna rewolucja w biomedycynie ważniejsza od niedawno przez nas opisywanego tatuowania niesporczaków.

Co więcej, stabilne karbeny w wodzie otwierają nowe możliwości w chemii syntetycznej. Karbeny są cennymi katalizatorami w syntezie leków i materiałów, ale ich niestabilność w wodzie ograniczała ich zastosowanie. Odkrycie zespołu Lavallo może zainspirować nowe metody tworzenia bardziej efektywnych i ekologicznych procesów chemicznych, które działają w środowisku wodnym – bardziej przyjaznym dla środowiska niż organiczne rozpuszczalniki.

Jak to działa w naszym ciele?

Wyobraźmy sobie TPP jako mikroskopijną maszynę w naszych komórkach. Kiedy jemy produkty bogate w witaminę B1 – takie jak pełnoziarniste pieczywo, orzechy czy wieprzowina (szczególnie schab wieprzowy jest obfity w tę witaminę) – nasz organizm przekształca tiaminę w TPP. Ta cząsteczka, działając jak enzym, przyspiesza reakcje chemiczne, które dostarczają energii naszym mięśniom, mózgowi i sercu. Karben w TPP jest jak precyzyjne narzędzie, które umożliwia te reakcje, a jego stabilność w wodzie sprawia, że proces jest niezawodny nawet w wilgotnym środowisku komórki.

Odkrycie potwierdza, że natura „wynalazła” sposób na wykorzystanie karbenów miliony lat temu, długo zanim chemicy zaczęli je badać. To kolejny dowód na to, jak wyrafinowane są biochemiczne mechanizmy w naszym organizmie powstałe na drodze ewolucji. Nauka to fascynująca dziedzina, dlatego warto budować nią zainteresowanie już wśród dzieci, a nasz ranking najlepszych laptopów dla ucznia może w tym pomóc.

To dopiero początek

Ważne jest też to, że odkrycie otwiera nowe ścieżki poznania metabolizmu komórkowego. Zespół z UC Riverside planuje dalsze badania nad innymi potencjalnymi karbenami w biologii. Naukowcy chcą zbadać, czy inne witaminy lub enzymy również wykorzystują stabilne karbeny, co mogłoby ujawnić kolejne sekrety metabolizmu. W dłuższej perspektywie odkrycie może prowadzić do nowych leków, które naśladują działanie TPP, lub do bardziej efektywnych katalizatorów chemicznych inspirowanych naturą. Co niezwykle istotne, leki oparte na karbenach, najprawdopodobniej byłyby bardziej precyzyjne i pozbawione znaczącej liczby skutków ubocznych w porównaniu do medykamentów, jakimi dysponujemy obecnie.

Potwierdzenie hipotezy Breslowa po 67 latach to nie tylko triumf naukowy, ale także przypomnienie, jak wiele tajemnic wciąż skrywa nasz organizm. Stabilne karbeny w wodzie, kiedyś uważane za niemożliwe, mogą zmienić sposób, w jaki myślimy o biochemii, syntezie chemicznej, a nawet leczeniu chorób. Czy witamina B1 stanie się kluczem do nowych technologii w biochemii molekularnej i medycynie? Odpowiedzi przyniosą kolejne badania, ale już teraz jedno jest pewne: chemia wciąż potrafi nas zaskakiwać.

Źródło: ScienceAlert, Science Advanced, UC Riverside. Zdjęcie otwierające: Supapich Methaset / Shutterstock

Część odnośników to linki afiliacyjne lub linki do ofert naszych partnerów. Po kliknięciu możesz zapoznać się z ceną i dostępnością wybranego przez nas produktu – nie ponosisz żadnych kosztów, a jednocześnie wspierasz niezależność zespołu redakcyjnego.

Artykuł Przełom w biochemii i medycynie. 67-letnia zagadka B1 rozwiązana pochodzi z serwisu ANDROID.COM.PL - społeczność entuzjastów technologii.