在冷知识上,诺贝尔奖得主也犯了错

来源: 生物通 / 作者: 2021-04-08
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D2O 在化学上几乎和 H2O 一样,它是一种稳定的自然存在的同位素。近 100 年前,重水被分离出来后不久,“重水尝起来是什么味道” 的问题就出现了,但直到现在才得到满意的答案。

现在,研究人员 Pavel Jungwirth 和 Phil Mason 与捷克科学院有机化学与生物化学研究所(IOCB Prague)的 Carmelo Tempra 和学生 Victor Cruces Chamorro,以及希伯来大学的 Masha Niv 小组和慕尼黑技术大学的 Maik Behrens,使用分子动力学模拟,基于细胞实验、小鼠模型和人类受试者,找到这些问题的答案。

他们将结果发表在《Communications Biology》杂志上,阐明了与普通水不同,重水味道对人类来说是甜的,而对小鼠来说则不是,导致这种效应是由人类甜味受体介导的。

重水 (D2O) 与正常水 (H2O) 的区别仅仅在于 H-D 同位素取代,因此,不应该在化学上有区别。由于 D 的质量是 H 的两倍而造成的微不足道的 10% 的密度变化,D2O 与 H2O 在性质上的差异,如 pH 值或熔点和沸点,确实是非常小的。这些差异仅仅是由于核量子效应,即零点振动的变化,导致 D2O 中氢键的强度略强于 H2O。

“尽管这两种同位素名义上在化学上是相同的,但我们已经证明人类可以通过味道 (基于化学感觉) 来区分 H2O 和 D2O,后者有明显的甜味,”Pavel Jungwirth 对他们的主要研究结果评论道。在他们的工作中,作者用小鼠试验和转染了人类甜味受体 TAS1R2/TAS1R3 的 HEK 293T 细胞的试验,以及分子建模来补充对人类受试者的味觉实验。结果一致指出,重水的甜味是由 TAS1R2/TAS1R3 受体介导的。未来的研究应该能够阐明确切的作用位点和作用机制,以及 D2O 特别激活 TAS1R2/TAS1R3 的原因,从而产生甜味(但不是其他)味道。

虽然这显然不是一种实用的甜味剂,但重水可以开拓甜味分子广阔的化学空间。由于重水已被用于医疗程序,这一发现可以引起甜味感受器的反应,这种感受器不仅位于舌头上,还位于人体的其他组织,这对临床医生和病人来说是一个重要的信息。此外,由于 D2O 在化学结构测定中的广泛应用,化学家将从了解目前的观察中受益。

最后值得一提的是,八十六年前《Science》杂志发表了因发现氘而获得诺贝尔奖的 H. C. Urey 写的一篇短文 (H. C. Urey & G. Failla, Science, 81, 273, 1935. http://doi.org/10.1126/science.81.2098.273-a),在当时他权威地指出,D2O 在味道上与 H2O 没有区别,这对正在进行的关于该主题的讨论具有强烈的误导作用。

Pavel Jungwirth 总结说:“因此,我们的研究使用最先进的实验和计算机建模方法解决了关于重水甜味的古老争议,证明了一个小的核量子效应可以对味道这样的基本生物学功能产生显着影响识别”。

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Pavel Jungwirth 领导捷克科学院有机化学和生物化学研究所 (https://jungwirth.group.uochb.cz) 的研究团队,担任特聘教授。

Pavel Jungwirth 在国际期刊上发表了 300 多篇原创论文,包括《科学》、《自然化学》和《美国国家科学院学报》,被引用超过 15000 次。他是美国化学学会出版的《物理化学杂志》的执行编辑。

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