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Ácido indol-3-acético

El ácido indol-3-acético ( IAA , 3-IAA ) es la hormona vegetal más común de origen natural de la clase de las auxinas . Es la más conocida de las auxinas y ha sido objeto de amplios estudios por parte de los fisiólogos vegetales. [1] El IAA es un derivado del indol , que contiene un sustituyente carboximetilo. Es un sólido incoloro soluble en disolventes orgánicos polares.

Biosíntesis

El IAA se produce predominantemente en las células del ápice ( brote ) y en las hojas muy jóvenes de una planta . Las plantas pueden sintetizar IAA mediante varias vías biosintéticas independientes. Cuatro de ellas parten del triptófano , pero también existe una vía biosintética independiente del triptófano. [2] Las plantas producen IAA principalmente a partir del triptófano a través del ácido indol-3-pirúvico. [3] [4] El IAA también se produce a partir del triptófano a través de la indol-3-acetaldoxima en Arabidopsis thaliana . [5]

En ratas, el IAA es un producto del metabolismo microbiano endógeno y colónico a partir del triptófano dietético junto con el triptófano . Esto se observó por primera vez en ratas infectadas por Trypanosoma brucei gambiense . [6] Un experimento de 2015 mostró que una dieta alta en triptófano puede disminuir los niveles séricos de IAA en ratones, pero que en humanos, el consumo de proteínas no tiene un efecto predecible y confiable sobre los niveles plasmáticos de IAA. [7] Se sabe que las células humanas producen IAA in vitro desde la década de 1950, [8] y se ha identificado el gen crítico de biosíntesis IL4I1. [9] [10]

Efectos biológicos

Como todas las auxinas, el IAA tiene muchos efectos diferentes, como inducir la elongación y la división celular con todos los resultados subsiguientes para el crecimiento y el desarrollo de las plantas. A mayor escala, el IAA actúa como molécula de señalización necesaria para el desarrollo de los órganos de las plantas y la coordinación del crecimiento.

Regulación de genes vegetales

La IAA ingresa al núcleo de la célula vegetal y se une a un complejo proteico compuesto por una enzima activadora de ubiquitina (E1), una enzima conjugadora de ubiquitina (E2) y una ligasa de ubiquitina (E3), lo que da como resultado la ubiquitinación de las proteínas Aux/IAA con mayor velocidad. [11] Las proteínas Aux/IAA se unen a las proteínas del factor de respuesta a la auxina (ARF), formando un heterodímero que suprime la actividad del ARF. [12] En 1997 se describió cómo los ARF se unen a elementos de genes de respuesta a la auxina en promotores de genes regulados por auxina, generalmente activando la transcripción de ese gen cuando una proteína Aux/IAA no está unida. [13]

El IAA inhibe la muerte celular dependiente de la fotorrespiración en mutantes de la catalasa fotorrespiratoria . Esto sugiere que la señalización de la auxina tiene un papel en la tolerancia al estrés. [14]

Fisiología bacteriana

La producción de AIA está muy extendida entre las bacterias ambientales que habitan en suelos, aguas, pero también en huéspedes vegetales y animales. La distribución y la especificidad del sustrato de las enzimas implicadas sugieren que estas vías desempeñan un papel más allá de las interacciones entre plantas y microbios. [15] Enterobacter cloacae puede producir AIA a partir de aminoácidos aromáticos y de cadena ramificada. [16]

Simbiosis fúngica

Los hongos pueden formar un manto fúngico alrededor de las raíces de las plantas perennes llamado ectomicorriza . Se ha demostrado que un hongo específico de la pícea llamado Tricholoma vaccinum produce IAA a partir del triptófano y lo excreta de sus hifas . Esto induce la ramificación en los cultivos y mejora la formación de redes de Hartig . El hongo utiliza un transportador de extrusión tóxica y de múltiples fármacos (MATE) Mte1. [17] Se están realizando investigaciones sobre hongos productores de IAA para promover el crecimiento y la protección de las plantas en la agricultura sostenible. [18]

Biosíntesis de escatol

El escatol , el odorante de las heces, se produce a partir del triptófano a través del ácido indol acético. La descarboxilación da lugar al metilindol. [19] [20]

Síntesis

Químicamente, se puede sintetizar mediante la reacción del indol con ácido glicólico en presencia de una base a 250 °C: [21]

Alternativamente, el compuesto ha sido sintetizado mediante síntesis de indol de Fischer usando ácido glutámico y fenilhidrazina . [22] El ácido glutámico se convirtió en el aldehído necesario mediante degradación de Strecker .

Se han desarrollado muchos métodos para su síntesis desde su síntesis original a partir de indol-3-acetonitrilo. [23]

Historia y análogos sintéticos

William Gladstone Tempelman estudió sustancias para estimular el crecimiento en Imperial Chemical Industries Ltd. Después de siete años de investigación, cambió la dirección de su estudio para probar las mismas sustancias en altas concentraciones con el fin de detener el crecimiento de las plantas. En 1940 publicó su hallazgo de que el IAA mataba plantas de hoja ancha en un campo de cereales. [24]

La búsqueda de un ácido con una vida media más larga, es decir, un compuesto metabólicamente y ambientalmente más estable, condujo al ácido 2,4-diclorofenoxiacético (2,4-D) y al ácido 2,4,5-triclorofenoxiacético (2,4,5-T), ambos herbicidas fenoxi y análogos del IAA. Robert Pokorny, un químico industrial de la CB Dolge Company en Westport, Connecticut, publicó su síntesis en 1941. [25] Cuando se rocían sobre plantas dicotiledóneas de hoja ancha, inducen un crecimiento rápido y descontrolado, que finalmente las mata. Introducidos por primera vez en 1946, estos herbicidas se usaban ampliamente en la agricultura a mediados de la década de 1950. [ cita requerida ]

Otros análogos de auxina sintéticos menos costosos que se encuentran en el mercado para su uso en horticultura son el ácido indol-3-butírico (IBA) y el ácido 1-naftalenacético (NAA). [26]

Efectos tóxicos/sobre la salud de los mamíferos

Se han realizado pocas investigaciones sobre los efectos del AIA en los seres humanos y los datos sobre toxicidad son limitados. No se han creado datos sobre efectos cancerígenos, teratogénicos o sobre el desarrollo en los seres humanos.

El IAA está listado en su MSDS como mutagénico para células somáticas de mamíferos y posiblemente cancerígeno según datos animales. Puede causar efectos reproductivos adversos (fetotoxicidad) y defectos de nacimiento según datos animales. No hay datos humanos a partir de 2008. [27] Está listado como un posible irritante de la piel, los ojos y las vías respiratorias, y se advierte a los usuarios que no lo ingieran. Los protocolos para la ingestión, inhalación y exposición de la piel/ojos son estándar para compuestos moderadamente venenosos e incluyen enjuague completo en el caso de la piel y los ojos, aire fresco en el caso de inhalación y contactar inmediatamente a un médico en todos los casos para determinar el mejor curso de acción y no inducir el vómito en caso de ingestión. La clasificación de riesgo para la salud NFPA 704 para IAA es 2, lo que denota un riesgo de incapacitación temporal con exposición intensa o prolongada, pero no crónica, y una posibilidad de lesión residual. [28] El IAA es un ligando directo del receptor de hidrocarburos arílicos , [29] y el tratamiento con IAA en ratones indica efectos hepatoprotectores en un modelo de enfermedad del hígado graso no alcohólico . [30] Los seres humanos suelen tener niveles relativamente altos de IAA en el suero (~1 μM), pero esto puede aumentar aún más en determinadas enfermedades y puede ser un marcador de pronóstico deficiente para la salud cardiovascular. [31] Se desconoce si este IAA se origina a partir de la biosíntesis endógena a través de IL4I1 o de la microbiota intestinal . Un estudio de 2021 descubrió que los ratones normales tenían un promedio de 3,7 veces más IAA en sus heces en comparación con los ratones libres de gérmenes , lo que sugiere que el microbioma de los mamíferos contribuye significativamente a la cantidad circulante general. [32]

Toxicidad para el desarrollo

El IAA produce microcefalia en ratas durante la etapa temprana del desarrollo de la corteza cerebral. El tratamiento con IAA de ratas preñadas, en una dosis de 1 gramo por kg de peso corporal por día, disminuyó las actividades locomotoras de los embriones/fetos de rata; el tratamiento con IAA y el análogo 1(metil)-IAA resultó en la apoptosis de células neuroepiteliales y disminuyó significativamente el tamaño del cerebro en relación con el peso corporal en ratas embrionarias. [33]

Inmunotoxina

El IAA es un ligando que induce la apoptosis en los mamíferos. A partir de 2010, las vías de transducción de señales son las siguientes: IAA/HRP activa las quinasas de proteína activadas por mitógeno p38 y las quinasas N-terminales c-Jun . Induce la caspasa-8 y la caspasa-9 , lo que da como resultado la activación de la caspasa-3 y la escisión de las poli(adp-ribosa) polimerasas . [34]

En 2002 se había planteado la hipótesis de que el IAA acoplado a la peroxidasa de rábano picante (HRP) podría utilizarse en la terapia dirigida contra el cáncer. Las moléculas de IAA radical se unirían a las células marcadas por HRP y las células reactivas a HRP serían eliminadas selectivamente. [35] En 2010, los experimentos in vitro demostraron este concepto del IAA como inmunotoxina cuando se utilizó en estudios preclínicos de terapia dirigida contra el cáncer, ya que indujo la apoptosis en la vejiga [34] y en neoplasias hematológicas. [36]

Referencias

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