Osmoskyddande medel
Osmoprotektanter eller kompatibla lösta ämnen är små organiska molekyler med neutral laddning och låg toxicitet vid höga koncentrationer som fungerar som osmolyter och hjälper organismer att överleva extrem osmotisk stress . Osmoprotektanter kan placeras i tre kemiska klasser: betainer och associerade molekyler, sockerarter och polyoler och aminosyror. Dessa molekyler ackumuleras i celler och balanserar den osmotiska skillnaden mellan cellens omgivning och cytosolen . I växter kan deras ansamling öka överlevnaden under påfrestningar som torka. I extrema fall, såsom i bdelloida hjuldjur , tardigrader , artemia och nematoder , kan dessa molekyler tillåta celler att överleva genom att torka ut helt och låta dem gå in i ett tillstånd av suspenderad animation som kallas kryptobios .
Intracellulära osmoskyddande koncentrationer regleras som svar på miljöförhållanden som osmolaritet och temperatur via reglering av specifika transkriptionsfaktorer och transportörer . De har visat sig spela en skyddande roll genom att upprätthålla enzymaktivitet genom frys-upptiningscykler och vid högre temperaturer. Man tror för närvarande att de fungerar genom att stabilisera proteinstrukturer genom att främja preferentiell uteslutning från vattenskikten på ytan av hydratiserade proteiner. Detta gynnar den naturliga konformationen och tränger undan oorganiska salter som annars skulle orsaka felveckning.
Roll
Kompatibla lösta ämnen har en funktionell roll i jordbruket. Under höga stressförhållanden, såsom torka eller hög salthalt, visar växter som naturligt skapar eller tar upp osmoprotektanter ökad överlevnadsgrad. Genom att inducera uttryck eller upptag av dessa molekyler i grödor där de inte finns naturligt, ökar de områden där de kan odlas. En dokumenterad orsak till ökad tillväxt är reglering av toxiska reaktiva syrearter (ROS). Vid hög salthalt stimuleras ROS-produktionen av växtens fotosystem . Osmoprotektanter kan förhindra fotosystem-saltinteraktioner, vilket minskar ROS-produktionen. Av dessa skäl är införandet av biosyntetiska vägar som resulterar i skapandet av osmoprotektanter i grödor ett aktuellt forskningsområde, men att inducera uttryck i betydande mängder utgör för närvarande en barriär inom detta forskningsområde.
Osmoprotektanter är också viktiga för upprätthållandet av bakteriepopulationer i toppjorden. Uttorkning av toppjordar resulterar i ökad salthalt. I dessa situationer ökar jordmikroberna koncentrationen av dessa molekyler i deras cytoplasma till molarområdet vilket gör att de kan bestå tills förhållandena godkänns. I extrema fall tillåter osmoprotektanter celler att komma in i kryptobios. I detta tillstånd blir cytosolen och osmoprotektanterna ett glasliknande fast ämne som hjälper till att stabilisera proteiner och cellmembran från de skadliga effekterna av uttorkning.
Dessutom tillhandahåller osmoprotektanter en metod för att reglera genuttryck som svar på miljöosmolaritet. Närvaron av kompatibla lösta ämnen även i små koncentrationer har visat sig påverka genuttrycket. Deras effekter sträcker sig från att inducera produktion av mer kompatibla lösta ämnen till att reglera komponenter involverade i infektion, såsom fosfolipas C i Pseudomonas aeruginosa .
Se även