Copper isotope composition of hemocyanin.
Concholepas concholepas
Fujii, T, Moynier, F., Paquet, M
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0946672X22000475?casa_token=4vRK1wtrsMgAAAAA:peWlFbpz8jZFWKN1or7bzjFNnC8Zq3JuNyH_S0Npmk9tMxTo_sRrrOo7MEaa27KwLAsq2yEExA
Fondo
El cobre es un metal que desempeña un papel central en la biología, por ejemplo, como cofactor en varias enzimas redox. Su composición isotópica estable se utiliza como trazador de su transporte en organismos vivos y como biomarcador de enfermedades que afectan su homeostasis. Si bien la aplicación de isótopos estables de cobre a estudios biológicos es un campo en crecimiento, actualmente no existen estándares biológicos que se analicen sistemáticamente en los diferentes laboratorios, como es el caso de las muestras geológicas (por ejemplo, mediante el uso de muestras de basalto ampliamente disponibles). Por lo tanto, es primordial que la comunidad establezca dicho estándar. El cobre también se une al oxígeno de la proteína respiratoria, la hemocianina, en la hemolinfa de los moluscos y artrópodos y, por tanto, es fundamental para la respiración de estas especies.
Métodos
Aquí, se analiza la composición isotópica de Cu de la hemocianina de diferentes especies modernas de moluscos y artrópodos (lapa crenulada Keyhole Megathura, cangrejo herradura Limulus polyphemus y abulón chileno Concholepas concholepas), así como las limitaciones teóricas sobre el origen de estos fraccionamientos isotópicos mediante cálculos ab initio. informó.
Resultados
Los factores de fraccionamiento isotópico para Cu(I) y Cu(II), tanto en hemocianina como en agua de mar, predicen un enriquecimiento en el isótopo más ligero de Cu en la hemocianina en más de 1 permil en comparación con el agua de mar. La hemocianina del abulón chileno y del cangrejo herradura tiene composiciones de isótopos de Cu (δ65Cu = +0,63 ± 0,04‰ y +0,61 ± 0,04‰, respectivamente, siendo δ65Cu la desviación permil de la relación 65Cu/63Cu del estándar NIST SRM 976), similar a la del pulpo reportada en la literatura (+0,62‰), que son indistinguibles del agua de mar, lo que sugiere una absorción cuantitativa de Cu por parte de estos organismos. Por el contrario, la lapa Keyhole se enriquece en el isótopo más ligero de Cu, lo que está en línea con el cálculo ab initio y, por lo tanto, con el fraccionamiento isotópico de Cu durante la incorporación de Cu a la hemocianina.
Conclusiones
Debido a que estas muestras estándar de hemocianina están ampliamente disponibles, podrían servir en el futuro como estándares entre laboratorios para verificar la precisión de las mediciones isotópicas de Cu en matrices biológicas.
Background
Copper is a metal that plays a central role in biology, for example, as co-factor in various redox enzymes. Its stable isotopic composition is being used as tracer of its transport in living organisms and as a biomarker for diseases affecting its homeostasis. While the application of copper stable isotopes to biological studies is a growing field, there are presently no biological standards that are systematically analyzed in the different laboratories, as it is the case for geological samples (e.g., by using widely available basalt samples). It is therefore paramount for the community to establish such standard. Copper also binds oxygen in the respiratory protein, hemocyanin, in the hemolymph of mollusks and arthropods and is thus critical to respiration for these species.
Methods
Here, the Cu isotope composition of hemocyanin of different modern species of mollusks and arthropods (Megathura crenulate Keyhole limpet, Limulus polyphemus Horseshoe crab and Concholepas concholepas Chilean abalone), as well as theoretical constraints on the origin of these isotopic fractionations through ab initio calculations are reported.
Results
The isotopic fractionation factors for Cu(I) and Cu(II), both in hemocyanin and in seawater, predict an enrichment in the lighter isotope of Cu in the hemocyanin by over 1 permil compared to seawater. The hemocyanin of Chilean abalone and Horseshoe crab have Cu isotope compositions (δ65Cu = +0.63 ± 0.04‰ and +0.61 ± 0.04‰, respectively, with δ65Cu the permil deviation of the 65Cu/63Cu ratio from the NIST SRM 976 standard), similar to that of the octopus reported in literature (+0.62‰), that are undistinguishable from seawater, suggesting quantitative Cu absorption for these organisms. Conversely, the Keyhole limpet is enriched in the lighter isotope of Cu, which is in line with the ab initio calculation and therefore Cu isotopic fractionation during incorporation of Cu into the hemocyanin.
Conclusions
Because these hemocyanin standard samples are widely available, they could serve in the future as inter-laboratory standards to verify the accuracy of the Cu isotopic measurements on biological matrices.
