Los osmolitos orgánicos son pequeños solutos utilizado por las células de numerosos organismos y tejidos para mantener el volumen celular. Estos solutos son aminoácidos y derivados, polioles y azúcares, metilaminas, compuestos metilsulfonados y urea. A excepción de la urea, a menudo son llamados "solutos compatibles", un término que indica la falta de efectos perturbadores sobre macromoléculas celulares.
Sin embargo, estas características no siempre pueden existir, por tres razones. En primer lugar, algunos de estos solutos pueden tener protección singular en funciones metabólicas. En segundo lugar, algunos de estos solutos estabilizan las macromoléculas y contrarrestan perturbaciones. En tercer lugar, la estabilización de solutos parece ser utilizada en la naturaleza sólo para contrarrestar perturbaciones de macromoléculas. Algunos de estos solutos tienen aplicaciones en la biotecnología, la agricultura y
medicina.
medicina.
Protección
Cada vez es más claro que algunos osmolitos y solutos no son metabólicamente inertes, sino más bien intervienen en reacciones que pueden proteger las células de varias formas. La taurina es quizás la más estudiada. La taurina es relativamente alta en el corazón de los mamíferos y las células del cerebro, donde puede servir como osmolito importante en graves estados de deshidratación. Es esencial para el desarrollo neuronal de mamíferos.
Aunque no es claro cómo la taurina ejerce sus efectos en el desarrollo se dice que es citoprotector al actuar como un antioxidante, modulador de calcio, neuromodulador sináptico y estabilizador de la membrana al parecer la mayoría de estos efectos pueden
ser indirectos.
ser indirectos.
En algunos casos, los osmolitos pueden ser compatibles, es decir, no perturban las estructuras de proteínas, mientras que al mismo actúan como antioxidantes. Por ejemplo, se ha encontrado que muchos polioles cíclicos como el manitol, que son utilizados por muchas plantas para la retención de agua, también puede eliminar los radicales libres generados durante la sequía y el frío.
El equilibrio redox y la protección de la hipoxia
El glicerol se ha demostrado que en gran medida que es compatible con la función de las proteínas, pero su síntesis también requiere el uso de NADH. Esto puede ser esencial para mantener el equilibrio redox celular (por la regeneración de NAD) durante el metabolismo anaeróbico, de hecho,levaduras mutantes incapaces de hacer el glicerol no sólo son altamente sensibles al estrés osmótico, también se acumulan excesivamente NADH y por lo tanto no puede crecer.
El glicerol puede también ayudar a reducir la producción de radicales de oxígeno. La acumulación de prolina como osmolito en plantas que sufren estrés hídrico también pueden ser básica para el mantenimiento de los estados redox. Recientemente, altos niveles celulares de la trehalosa en las moscas de la fruta y en células transfectadas de mamíferos se ha encontrado que confieren una mayor resistencia a la hipoxia.
Muchos hidratos de carbono pequeños han sido seleccionados como anticongelantes coligativos. Además, ciertos ácidos aminoácidos como la prolina también se acumulan en algunos animales que son tolerantes a las heladas. También constituyen una fuente de energía listos para usarse después de la congelación. Un segundo grupo de crio-protectores pueden tener la función de estabilización que otros solutos no. En particular, la prolina y la trehalosa parece que se unen a la cabeza de los grupos fosfolípidos de la membrana, en efecto sustitución de las moléculas de agua. Por lo tanto, pueden estabilizar las membranas durante la contracción de la célula.
Aplicaciones prácticas de los osmolitos
Como se ha examinado, las propiedades de osmolitos son cada vez más útiles en biología molecular, la agricultura y la biotecnología. Por ejemplo, Welch y sus colegas han sugerido que los osmolitos de estabilización podría rescatar a las proteínas mal plegadas en las enfermedades humanas. También puede evitar un mal plegamiento de priones. Los cultivos también se están diseñado para acumular una gran variedad de los llamados solutos compatibles a condiciones de estrés. Algunos de estos solutos, especialmente la taurina y, a veces inositol y glicina-betaína, son los ingredientes principales de una serie de bebidas energéticas, sin embargo, se recomienda precaución en todos estos usos. Ya que muchos de estos solutos son únicos en reacciones metabólicas con lo que podrían causar interferencias en las reacciones o agregados de proteínas si se utiliza cuando sus propiedades no osmóticas no son necesarias.
Aún queda mucho por aprender acerca de la evolución de los siatemas de osmolitos. Las interacciones del agua-soluto en proteínas aún no se entienden completamente. Las funciones de protección no osmótica de osmolitos han sido bien documentadas en algunos casos, pero en otros sólo son especulativas o no se conocen.
En conclusión, una variedad de tipos de estrés (oxidativo, perturbación proteica, etc) pueden ocurrir con la escasez de agua, y muchos osmolitos probablemente tiene propiedades únicas que protegen a las células de estos trastornos, ya sea a través de reacciones metabólicas como antioxidante o estabilización de macromoléculas a través de la relación agua-soluto o interacciones soluto-macromolécula. La comprensión de estas propiedades son de gran ayuda en la aclaración adaptaciones bioquímicas básicas.
Artículo Original:
Yancey P.H. 2005. Organic osmolytes as compatible, metabolic and counteracting cytoprotectants in high osmolarity and other stresses. The Journal of Experimental Biology 208, 2819-2830
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