Nova istraživanja pokazuju kako elementi poput sumpora i selena utiču na ćelijske procese i razvoj bolesti

Na prvi pogled, periodni sistem elemenata deluje kao zatvoren i dobro poznat svet. Međutim, nova istraživanja pokazuju da čak i u njegovim „zaboravljenim“ delovima postoje elementi čija uloga u biologiji tek počinje da se razume. Upravo takva grupa su takozvani halkogeni – elementi poput sumpora, selena i telurijuma – koji su dugo posmatrani kao sporedni, a sada se otkrivaju kao ključni akteri u hemiji života.

Ovi elementi nalaze se na desnoj strani periodnog sistema, ispod kiseonika, i poznati su kao „rudotvorni“ jer često učestvuju u formiranju ruda u geološkim procesima. Ipak, njihova uloga ne završava se u stenama. U živim ćelijama oni učestvuju u jednoj od najvažnijih hemijskih ravnoteža – redoks procesima, odnosno stalnoj razmeni između oksidacije i redukcije koja održava stabilnost organizma, navodi SciTech Daily.

Preporučujemo

U tom sistemu sumpor već ima dobro poznatu ulogu. On je sastavni deo mnogih proteina i ključnih molekula, uključujući glutation – jedan od najvažnijih antioksidanasa u ćeliji. Glutation deluje kao zaštitni mehanizam koji neutrališe reaktivne molekule i sprečava oštećenje ćelija, čime direktno utiče na procese starenja i razvoj bolesti.

Međutim, ono što novo istraživanje donosi jeste širenje ove slike. Naučnici su pokazali da i teži „rođaci“ sumpora – selen i telurijum – mogu učestvovati u istim tim procesima, ali na načine koji su do sada bili gotovo nevidljivi. Problem je bio u tome što su molekuli koji sadrže kombinacije ovih elemenata izuzetno nestabilni i teško ih je proučavati klasičnim metodama.

Da bi prevazišli to ograničenje, istraživači sa Kjoto univerziteta razvili su novu eksperimentalnu strategiju koja omogućava direktno posmatranje veza između ovih elemenata, što su opisali u studiji. Umesto da se oslanjaju samo na indirektne metode poput masene spektrometrije, oni su koristili naprednu nuklearnu magnetnu rezonancu (NMR), koja može da vidi kako su atomi povezani u realnom vremenu.

U kontrolisanim uslovima, u vodenom rastvoru koji sadrži oksidovane oblike glutationa i cistina, naučnici su uveli atome selena i telurijuma i pratili kako se oni uključuju u postojeće molekule. Rezultat su bile takozvane trihalkogenidne strukture – molekuli u kojima su sumpor, selen i telurijum povezani u lance.

Ono što ovu pojavu čini posebno važnom jeste njihova hemijska aktivnost. Ovi molekuli pokazuju izraženu redoks reaktivnost, što znači da mogu aktivno učestvovati u procesima koji određuju ravnotežu između oksidativnog stresa i zaštite ćelije. Drugim rečima, oni nisu samo pasivni učesnici, već potencijalni regulatori ključnih bioloških funkcija.

Ovo otkriće menja način na koji posmatramo hemiju u živim sistemima. Do sada se smatralo da su određeni elementi dominantni u biološkim procesima, dok su drugi marginalni. Sada se pokazuje da i „retki“ elementi mogu imati specifične i važne uloge, posebno u finim hemijskim ravnotežama koje određuju sudbinu ćelije.

Jedan od najvažnijih aspekata ovog istraživanja jeste njegova potencijalna primena u medicini. Redoks procesi su direktno povezani sa oksidativnim stresom – stanjem koje se dovodi u vezu sa brojnim bolestima, uključujući neurodegenerativne poremećaje i rak. Takođe, ovi procesi imaju ključnu ulogu u ferroptozi, specifičnom obliku programirane ćelijske smrti koji je poslednjih godina u centru pažnje naučnika.

Razumevanje kako različiti halkogeni utiču na ove procese može otvoriti put ka razvoju novih terapijskih molekula. Naučnici već ističu da bi ovakva istraživanja mogla omogućiti dizajniranje jedinjenja koja ciljano utiču na redoks ravnotežu u ćelijama, što bi moglo imati primenu u lečenju bolesti povezanih sa oksidativnim oštećenjima.

U širem smislu, ovo istraživanje ukazuje na jednu važnu promenu u savremenoj nauci: pomeranje fokusa sa „velikih“ i očiglednih sistema na suptilne hemijske procese koji se odvijaju na nivou pojedinačnih atoma. Upravo u tim gotovo nevidljivim interakcijama kriju se mehanizmi koji određuju zdravlje i stabilnost živih organizama.

I zato ova priča nije samo o elementima koji formiraju rude, već o elementima koji, na mnogo dubljem nivou, oblikuju sam život.

(Telegraf Nauka / SciTech Daily)