Осмопротектор
Осмопротекторы или совместимые растворенные вещества представляют собой небольшие органические молекулы с нейтральным зарядом и низкой токсичностью при высоких концентрациях, которые действуют как осмолиты и помогают организмам пережить экстремальный осмотический стресс . [ 1 ] Осмопротекторы можно отнести к трем химическим классам: бетаины и связанные с ними молекулы, сахара и полиолы , а также аминокислоты. Эти молекулы накапливаются в клетках и уравновешивают осмотическую разницу между окружением клетки и цитозолем . [ 2 ] У растений их накопление может повысить выживаемость во время стрессов, таких как засуха. В крайних случаях, например, у бделлоидных коловраток , тихоходок , артемий и нематод , эти молекулы могут позволить клеткам выжить, будучи полностью высушенными, и позволить им войти в состояние анабиоза, называемое криптобиозом . [ 3 ]
Внутриклеточные концентрации осмопротекторов регулируются в ответ на условия окружающей среды, такие как осмолярность и температура, посредством регуляции специфических факторов транскрипции и переносчиков . Было показано, что они играют защитную роль, поддерживая активность ферментов в циклах замораживания-оттаивания и при более высоких температурах. В настоящее время считается, что они действуют путем стабилизации белковых структур, способствуя преимущественному исключению водных слоев на поверхности гидратированных белков. Это благоприятствует нативной конформации и вытесняет неорганические соли, которые в противном случае могли бы вызвать неправильное сворачивание. [ 4 ]
Роль
[ редактировать ]Растения
[ редактировать ]Совместимые растворенные вещества играют функциональную роль в сельском хозяйстве. В условиях сильного стресса, таких как засуха или высокая засоленность, растения, которые естественным образом создают или поглощают осмопротекторы, демонстрируют повышенную выживаемость. Стимулируя экспрессию или поглощение этих молекул сельскохозяйственными культурами, в которых они естественным образом отсутствуют, увеличивается площадь площадей, на которых их можно выращивать. Одной из документально подтвержденных причин ускоренного роста является регулирование токсичных активных форм кислорода (АФК). В условиях высокой солености продукция АФК стимулируется фотосистемами растения . Осмопротекторы могут предотвращать взаимодействие фотосистемы и соли, снижая выработку АФК. По этим причинам внедрение путей биосинтеза, которые приводят к созданию осмопротекторов в сельскохозяйственных культурах, является текущей областью исследований, но стимуляция экспрессии в значительных количествах в настоящее время создает барьер в этой области исследований. [ 5 ]
Бактерии
[ редактировать ]Осмопротекторы также важны для поддержания популяций бактерий верхнего слоя почвы. Высыхание верхнего слоя почвы приводит к повышению засоления. В таких ситуациях почвенные микробы увеличивают концентрацию этих молекул в своей цитоплазме до молярного уровня, что позволяет им сохраняться до тех пор, пока не окажутся благоприятные условия. [ 2 ] В крайних случаях осмопротекторы позволяют клеткам войти в криптобиоз. В этом состоянии цитозоль и осмопротекторы становятся стеклообразным твердым веществом, которое помогает стабилизировать белки и клеточные мембраны от разрушительного воздействия высыхания. [ 6 ]
Осмопротекторы регулируют экспрессию генов в ответ на осмолярность окружающей среды, поскольку совместимые растворенные вещества даже в небольших концентрациях влияют на экспрессию генов, начиная от индукции производства более совместимых растворенных веществ и заканчивая регулированием компонентов, участвующих в инфекции, таких как фосфолипаза C у Pseudomonas aeruginosa . [ 7 ]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Ланг Ф. (октябрь 2007 г.). «Механизмы и значение регуляции объема клеток» . Журнал Американского колледжа питания . 26 (5 доп.): 613S–623S. дои : 10.1080/07315724.2007.10719667 . ПМИД 17921474 . S2CID 1798009 .
- ^ Jump up to: а б Кемпф, Беттина; Бремер, Эрхард (октябрь 1998 г.). «Стрессовые реакции Bacillus subtilis на среду с высокой осмолярностью: поглощение и синтез осмопротекторов». Журнал биологических наук . 23 (4): 447–455. дои : 10.1007/BF02936138 . S2CID 24591953 .
- ^ Сусич Ф, Скопец С, Брэйди Дж, Сезаро А (август 2001 г.). «Обратимая дегидратация трегалозы и ангидробиоз: от состояния раствора к экзотическому кристаллу?». Исследование углеводов . 334 (3): 165–76. дои : 10.1016/S0008-6215(01)00189-6 . ПМИД 11513823 .
- ^ Бург, Морис Б.; Феррарис, Джоан Д. (21 марта 2008 г.). «Внутриклеточные органические осмолиты: функции и регуляция» . Журнал биологической химии . 283 (12): 7309–7313. дои : 10.1074/jbc.R700042200 . ПМК 2276334 . ПМИД 18256030 .
- ^ Сингх, Мадулика; Кумар, Джитендра; Сингх, Самикша; Сингх, Виджай Пратап; Прасад, Шео Мохан (25 июля 2015 г.). «Роль осмопротекторов в повышении засоленности и засухоустойчивости растений: обзор». Обзоры по наукам об окружающей среде и био/технологиям . 14 (3): 407–426. дои : 10.1007/s11157-015-9372-8 . S2CID 82611168 .
- ^ Кроу Дж. Х., Карпентер Дж. Ф., Кроу Л. М. (1998). «Роль витрификации в ангидробиозе». Ежегодный обзор физиологии . 60 : 73–103. doi : 10.1146/annurev.phyol.60.1.73 . ПМИД 9558455 .
- ^ Шориридж, Вирджиния Д.; Лаздунски, Андре; Василь, Майкл Л. (апрель 1992 г.). «Осмопротекторы и фосфат регулируют экспрессию фосфолипазы C у Pseudomonas aeruginosa». Молекулярная микробиология . 6 (7): 863–871. дои : 10.1111/j.1365-2958.1992.tb01537.x . ПМИД 1602966 . S2CID 24853602 .
 | Эта по клеточной биологии статья незавершена . Вы можете помочь Википедии, расширив ее . |