Gli ioni fosfato mostrano una tendenza a passare tra uno stato idratato a uno stato precedentemente sconosciuto.
Lo ione fosfato è di particolare interesse a causa della sua presenza in campo biologico sotto forma di ioni fosfato liberi, proteine fosforilate, RNA, DNA e ATP
Sono componenti strutturali delle membrane cellulari e delle ossa e veicoli di accumulo di energia tramite adenosina trifosfato e fosfocreatina
Le specie contenenti fosfato sono in costante movimento durante tutto il ciclo del fosforo e si accumulano all’interno delle cellule di tutti gli organismi viventi.
La scoperta di uno stato sconosciuto del fosfato potrebbe avere implicazioni significative per comprendere la loro funzione nella biocatalisi, equilibrio energetico all’interno delle cellule e creazione di biomateriali.
La scoperta è avvenuta nel corso degli studi sul processo di assemblaggio dei cluster di fosfato di calcio ad opera di un team di ricercatori dell’Università della California, Santa Barbara e della New York University.
L’obiettivo dello studio era quello di scoprire comportamenti quantistici nei cluster di fosfati simmetrici e per far ciò bisognava preliminarmente impostare esperimenti di controllo.
Questi prevedono scansioni di ioni fosfato in assenza di calcio tramite spettroscopia di risonanza magnetica nucleare (NMR) e microscopia elettronica a trasmissione criogenica.
La ricerca
La risonanza magnetica nucleare con l’isotopo del fosforo 31P dà indicazioni sulla composizione, la dinamica e le proprietà strutturali delle interfacce della membrana lipidica, delle biomolecole fosforilate, dei polifosfati e dei precursori della formazione ossea.
Hanno utilizzato soluzioni acquose a concentrazioni e temperature variabili contenenti questo isotopo. Tuttavia i risultati non corrispondevano alle aspettative. Infatti la linea che rappresenta lo spettro per l’isotopo 31P durante le scansioni NMRdovrebbe restringersi con l’aumentare delle temperature.
Sorprendentemente si sono misurati spettri che si stavano allargando, facendo l’esatto contrario del risultato atteso.
Operando con soluzioni acquose di fosfato di sodio a diverse concentrazioni e temperature si è riscontrato un allargamento della linea con l’aumentare della temperatura per tutte le specie contenenti fosfato testate. Ciò suggerisce che esiste un meccanismo molecolare comune per i gruppi fosfato esposti al solvente
La scoperta
Dopo molte ipotesi si è giunti alla conclusione che gli ioni fosfato stavano formano ammassi in un’ampia che eludevano il rilevamento spettroscopico diretto.
Le variazioni che avvengono a temperature maggiori sono dovute all’aumentare degli stati assemblati a seguito di disidratazione
A temperature più basse, i fosfati in soluzione si legano a molecole d’acqua che formano uno strato d’acqua protettivo. A temperature più elevate perdono i loro scudi d’acqua e aderiscono l’uno all’altro.
La scoperta che i fosfati possono assemblarsi spontaneamente potrebbe far luce su altri processi biologici fondamentali come la biomineralizzazione e le interazioni proteiche.