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Ácido indol-3-acético

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

Biosíntesis

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

En ratas, el AIA es un producto del metabolismo microbiano endógeno y colónico del triptófano de la dieta junto con el triptofol . Esto se observó por primera vez en ratas infectadas por Trypanosoma brucei gambiense . [6] Un experimento de 2015 demostró que una dieta rica en triptófano puede disminuir los niveles séricos de IAA en ratones, pero que en humanos, el consumo de proteínas no tiene un efecto confiable y predecible 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, la IAA tiene muchos efectos diferentes, como inducir el alargamiento y la división celular con todos los resultados posteriores para el crecimiento y desarrollo de las plantas. A mayor escala, el IAA sirve como molécula de señalización necesaria para el desarrollo de los órganos de las plantas y la coordinación del crecimiento.

Regulación de genes vegetales

El 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 ubiquitina ligasa (E3), lo que resulta en la ubiquitinación de las proteínas Aux/IAA con mayor velocidad. [11] Las proteínas Aux/IAA se unen a las proteínas del factor de respuesta auxina (ARF), formando un heterodímero que suprime la actividad del ARF. [12] En 1997 se describió cómo los ARF se unen a elementos genéticos de respuesta a auxinas en promotores de genes regulados por auxinas, activando generalmente la transcripción de ese gen cuando una proteína Aux/IAA no está unida. [13]

IAA inhibe la muerte celular fotorrespiratoria dependiente en mutantes de catalasa fotorrespiratoria . Esto sugiere un papel de la señalización de auxinas en la tolerancia al estrés. [14]

Fisiología bacteriana

La producción de AIA está muy extendida entre las bacterias ambientales que habitan en suelos y aguas, pero también en huéspedes vegetales y animales. La distribución y la especificidad del sustrato de las enzimas involucradas 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. [dieciséis]

Simbiosis fúngica

Los hongos pueden formar un manto fúngico alrededor de las raíces de plantas perennes llamado ectomicorriza . Se demostró que un hongo específico de la picea llamado Tricholoma vaccinum produce IAA a partir de triptófano y lo excreta por sus hifas . Esto indujo la ramificación en los cultivos y mejoró la formación de redes Hartig . El hongo utiliza un transportador Mte1 de extrusión tóxica y de múltiples fármacos (MATE). [17] Se están llevando a cabo 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 olor de las heces, se produce a partir del triptófano mediante ácido indolacético. La descarboxilación da el metilindol. [19] [20]

Síntesis

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

Alternativamente, el compuesto se ha sintetizado mediante síntesis de indol de Fischer utilizando 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 promover el crecimiento en Imperial Chemical Industries Ltd. Después de 7 años de investigación, cambió la dirección de su estudio para probar las mismas sustancias en altas concentraciones para 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 metabólica y ambientalmente más estable, condujo al ácido 2,4-diclorofenoxiacético (2,4-D) y al ácido 2,4,5-triclorofenoxiacético (2,4,5- T), tanto herbicidas fenoxi como análogos de IAA. Robert Pokorny, un químico industrial de 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, y finalmente las matan. Introducidos por primera vez en 1946, estos herbicidas se usaban ampliamente en la agricultura a mediados de la década de 1950. [ cita necesaria ]

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

Toxicidad/efectos para la salud en mamíferos

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

El IAA figura en su MSDS como mutagénico para células somáticas de mamíferos y posiblemente cancerígeno según datos de animales. Puede causar efectos reproductivos adversos (fetotoxicidad) y defectos de nacimiento según datos en animales. No hay datos en humanos hasta 2008. [27] Está catalogado como un posible irritante para 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 y los ojos son estándar para compuestos moderadamente venenosos e incluyen un enjuague minucioso en el caso de la piel y los ojos, aire fresco en el caso de la inhalación y contacto inmediato con un médico en todos los casos para determinar el mejor tratamiento. de acción y no inducir el vómito cuando se ingiere. La clasificación de riesgo para la salud de 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] IAA es un ligando directo del receptor de aril hidrocarburo , [29] y el tratamiento con IAA en ratones indica efectos protectores del hígado en un modelo de enfermedad del hígado graso no alcohólico . [30] Los seres humanos suelen tener niveles relativamente altos de IAA en su suero (~1 µM), pero esto puede aumentar aún más en ciertas enfermedades y puede ser un marcador de mal pronóstico 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 encontró que los ratones normales tenían un promedio de 3,7 veces más AIA 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 del desarrollo

La IAA produce microcefalia en ratas durante la etapa temprana del desarrollo de la corteza cerebral. El tratamiento con IAA de ratas preñadas, a 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 dio como resultado la apoptosis de las células neuroepiteliales y una disminución significativa del tamaño del cerebro en relación con el peso corporal en ratas embrionarias. [33]

inmunotoxina

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

En 2002 se planteó la hipótesis de que el IAA junto con la peroxidasa de rábano picante (HRP) podría utilizarse en la terapia dirigida contra el cáncer. Las moléculas de radicales IAA se unirían a las células marcadas por HRP y las células reactivas a HRP serían eliminadas selectivamente. [35] En 2010, experimentos in vitro demostraron este concepto de IAA como inmunotoxina cuando se usó en estudios preclínicos de terapia dirigida contra el cáncer, ya que inducía apoptosis en la vejiga [34] y en neoplasias malignas hematológicas. [36]

Referencias

Wikimedia Commons tiene medios relacionados con el ácido indolacético .
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