Osmoprotector
Los osmoprotectores o solutos compatibles son pequeñas moléculas orgánicas con carga neutra y baja toxicidad a altas concentraciones que actúan como osmolitos y ayudan a los organismos a sobrevivir al estrés osmótico extremo . [1] Los osmoprotectores se pueden clasificar en tres clases químicas: betaínas y moléculas asociadas, azúcares y polioles y aminoácidos. Estas moléculas se acumulan en las células y equilibran la diferencia osmótica entre el entorno de la célula y el citosol . [2] En las plantas, su acumulación puede aumentar la supervivencia durante situaciones de estrés como la sequía. En casos extremos, como en rotíferos bdelloides , tardígrados , camarones en salmueray nemátodos , estas moléculas pueden permitir que las células sobrevivan y se sequen por completo y que entren en un estado de animación suspendida llamado criptobiosis . [3]
Las concentraciones de osmoprotectores intracelulares se regulan en respuesta a condiciones ambientales como la osmolaridad y la temperatura mediante la regulación de factores de transcripción y transportadores específicos . Se ha demostrado que desempeñan un papel protector al mantener la actividad enzimática a través de ciclos de congelación-descongelación y a temperaturas más altas. Actualmente se cree que funcionan estabilizando las estructuras de las proteínas promoviendo la exclusión preferencial de las capas de agua en la superficie de las proteínas hidratadas. Esto favorece la conformación nativa y desplaza las sales inorgánicas que de otro modo causarían un plegado incorrecto. [4]
Papel
Los solutos compatibles tienen un papel funcional en la agricultura. En condiciones de alto estrés, como la sequía o la alta salinidad, las plantas que crean o absorben osmoprotectores de forma natural muestran mayores tasas de supervivencia. Al inducir la expresión o absorción de estas moléculas en cultivos en los que no están presentes de forma natural, aumentan las áreas en las que se pueden cultivar. Una razón documentada para un mayor crecimiento es la regulación de las especies tóxicas de oxígeno reactivo (ROS). En alta salinidad, la producción de ROS es estimulada por los fotosistemas.de la planta. Los osmoprotectores pueden prevenir las interacciones fotosistema-sal, reduciendo la producción de ROS. Por estas razones, la introducción de rutas biosintéticas que dan como resultado la creación de osmoprotectores en los cultivos es un área de investigación actual, pero la inducción de expresión en cantidades significativas representa actualmente una barrera en esta área de investigación. [5]
Los osmoprotectores también son importantes para el mantenimiento de las poblaciones de bacterias de la capa superior del suelo. La desecación de los suelos superiores produce un aumento de la salinidad. En estas situaciones, los microbios del suelo aumentan la concentración de estas moléculas en su citoplasma en el rango molar, lo que les permite persistir hasta que las condiciones lo aprueben. [2] En casos extremos, los osmoprotectores permiten que las células entren en criptobiosis. En este estado, el citosol y los osmoprotectores se convierten en un sólido similar al vidrio que ayuda a estabilizar las proteínas y las membranas celulares de los efectos dañinos de la desecación. [6]
Además, los osmoprotectores proporcionan un método para regular la expresión génica en respuesta a la osmolaridad ambiental. Se ha demostrado que la presencia de solutos compatibles incluso en pequeñas concentraciones afecta la expresión génica. Sus efectos van desde la inducción de la producción de solutos más compatibles hasta la regulación de componentes implicados en la infección, como la fosfolipasa C en Pseudomonas aeruginosa . [7]
Ver también
Referencias
- ^ Lang F (octubre de 2007). "Mecanismos e importancia de la regulación del volumen celular". Revista del Colegio Americano de Nutrición . 26 (5 Suppl): 613S – 623S. doi : 10.1080 / 07315724.2007.10719667 . PMID 17921474 . S2CID 1798009 .
- ^ a b Kempf, Bettina; Bremer, Erhard (octubre de 1998). "Respuestas de estrés de Bacillus subtilis a entornos de alta osmolaridad: captación y síntesis de osmoprotectores". Revista de Biociencias . 23 (4): 447–455. doi : 10.1007 / BF02936138 . S2CID 24591953 .
- ^ Sussich F, Skopec C, Brady J, Cesàro A (agosto de 2001). "Deshidratación reversible de trehalosa y anhidrobiosis: ¿del estado de solución a un cristal exótico?". Investigación de carbohidratos . 334 (3): 165–76. doi : 10.1016 / S0008-6215 (01) 00189-6 . PMID 11513823 .
- ^ Burg, Maurice B .; Ferraris, Joan D. (21 de marzo de 2008). "Osmolitos orgánicos intracelulares: función y regulación" . Revista de Química Biológica . 283 (12): 7309–7313. doi : 10.1074 / jbc.R700042200 . PMC 2276334 . PMID 18256030 .
- ^ Singh, Madhulika; Kumar, Jitendra; Singh, Samiksha; Singh, Vijay Pratap; Prasad, Sheo Mohan (25 de julio de 2015). "Funciones de los osmoprotectores en la mejora de la tolerancia a la salinidad y la sequía en las plantas: una revisión". Revisiones en Ciencias Ambientales y Bio / Tecnología . 14 (3): 407–426. doi : 10.1007 / s11157-015-9372-8 . S2CID 82611168 .
- ^ Crowe JH, Carpenter JF, Crowe LM (1998). "El papel de la vitrificación en la anhidrobiosis". Revisión anual de fisiología . 60 : 73-103. doi : 10.1146 / annurev.physiol.60.1.73 . PMID 9558455 .
- ^ Shoriridge, Virginia D .; Lazdunski, Andrée; Vasil, Michael L. (abril de 1992). "Osmoprotectores y fosfato regulan la expresión de fosfolipasa C en Pseudomonas aeruginosa". Microbiología molecular . 6 (7): 863–871. doi : 10.1111 / j.1365-2958.1992.tb01537.x . PMID 1602966 . S2CID 24853602 .
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