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Aminoácido similar a la micosporina

Los aminoácidos similares a las micosporinas (MAA) son pequeños metabolitos secundarios producidos por organismos que viven en ambientes con grandes volúmenes de luz solar, generalmente ambientes marinos. El número exacto de compuestos dentro de esta clase de productos naturales aún no se ha determinado, ya que se han descubierto relativamente recientemente y constantemente se descubren nuevas especies moleculares; sin embargo, hasta la fecha su número ronda los 30. [1] [2] Se los describe comúnmente como “ protectores solares microbianos ”, aunque se cree que su función no se limita a la protección solar. [3] Los MAA representan un gran potencial en cosmética y aplicaciones biotecnológicas. De hecho, sus propiedades de absorción de rayos UV permitirían crear productos derivados de fotoprotectores naturales, potencialmente inofensivos para el medio ambiente y eficaces contra los daños causados ​​por los rayos UV. [4]

Fondo

Los MAA están muy extendidos en el mundo microbiano y se han informado en muchos microorganismos, incluidas bacterias heterótrofas , [5] cianobacterias , [6] microalgas , [7] hongos ascomicetos [8] y basidiomicetos [9] , así como en algunos organismos multicelulares como macroalgas y animales marinos. [10] La mayor parte de las investigaciones realizadas sobre los MAA se centran en sus propiedades de absorción de luz y protección contra la radiación . La primera descripción exhaustiva de los MAA se realizó en cianobacterias que viven en un entorno con alta radiación ultravioleta . [11] La principal característica unificadora entre todos los MAA es la absorción de luz ultravioleta. Todos los MAA absorben luz ultravioleta que puede ser destructiva para las moléculas biológicas ( ADN , proteínas , etc.). Aunque la mayor parte de la investigación de los MAA se realiza sobre sus capacidades fotoprotectoras, también se los considera metabolitos secundarios multifuncionales que tienen muchas funciones celulares. [3] Los MAA son moléculas antioxidantes eficaces y pueden estabilizar los radicales libres dentro de su estructura de anillo. Además de proteger a las células de la mutación a través de la radiación ultravioleta y los radicales libres, los MAA pueden aumentar la tolerancia celular a la desecación , el estrés salino y el estrés térmico . [12]

Química

Los aminoácidos similares a las micosporinas son moléculas bastante pequeñas (<400 Da ). Se han resuelto las estructuras de más de 30 MAA y todas contienen un anillo central de ciclohexenona o ciclohexenimina y una amplia variedad de sustituciones. [13] Se cree que la estructura del anillo absorbe la luz ultravioleta y se adapta a los radicales libres. Todos los MAA absorben longitudes de onda ultravioleta , normalmente entre 310 y 362 nm. [10] [14] Se consideran uno de los absorbentes naturales más potentes de la radiación UV. [15] Es esta propiedad de absorción de luz la que permite a los MAA proteger las células de los componentes dañinos UV-B y UV-A de la luz solar . Las vías biosintéticas de los MAA dependen de la molécula de MAA específica y del organismo que la produce. Estas vías biosintéticas a menudo comparten enzimas e intermediarios metabólicos comunes con las vías del metabolismo primario . [16] Un ejemplo es la vía del shikimato que se utiliza clásicamente para producir los aminoácidos aromáticos ( fenilalanina , tirosina y triptófano ); con muchos intermediarios y enzimas de esta vía utilizados en la biosíntesis de MAA. [dieciséis]

Ejemplos

[17]

Funciones

Respuestas a la luz ultravioleta

Protección contra la radiación UV

La radiación ultravioleta UV-A y UV-B es perjudicial para los sistemas vivos. Una herramienta importante utilizada para hacer frente a la exposición a los rayos UV es la biosíntesis de protectores solares de moléculas pequeñas . Los MAA han sido implicados en la protección contra la radiación UV. La base genética de esta implicación proviene de la inducción observada de la síntesis de MAA cuando los organismos se exponen a la radiación ultravioleta. Esto se ha observado en levaduras acuáticas , [18] cianobacterias , [19] dinoflagelados marinos [20] y algunas diatomeas antárticas . [3] Los MAA también se han identificado en 572 especies de otras algas: 45 especies en Chlorophyta, 41 especies en Phaeophyta, 486 especies en Rhodophyta [21] que también presentan propiedades antienvejecimiento, antiinflamatorias, antioxidantes y cicatrizantes. Cuando los MAA absorben luz ultravioleta, la energía se disipa en forma de calor. [22] [23] Los fotorreceptores UV-B se han identificado en las cianobacterias como las moléculas responsables de las respuestas inducidas por la luz UV, incluida la síntesis de MAA. [24] Helioguard™365 que contiene Porphyra-334 y shinorina derivada de Porphyra umbilicalis ya es una crema en el mercado, fue desarrollada por la bioquímica Mibelle AG y muestra efectos preventivos contra los rayos UVA. Se ha descubierto que un MAA conocido como palitina, derivado de algas marinas , protege las células de la piel humana de la radiación ultravioleta incluso en bajas concentraciones. [25]

"Los MAA, además de sus beneficios medioambientales, parecen ser compuestos fotoprotectores multifuncionales", afirma el Dr. Karl Lawrence, autor principal de un artículo sobre la investigación. "Funcionan mediante la absorción directa de fotones UVR [radiación ultravioleta], de manera muy similar a los filtros sintéticos. También actúan como potentes antioxidantes, lo cual es una propiedad importante ya que la exposición a la radiación solar induce altos niveles de estrés oxidativo, y esto es algo que no visto en filtros sintéticos."

Protección contra el daño oxidativo

Algunos MAA protegen a las células de especies reactivas de oxígeno (es decir, oxígeno singlete , aniones superóxido, radicales hidroperoxilo y radicales hidroxilo ). [3] Durante la fotosíntesis se pueden crear especies reactivas de oxígeno ; respaldando aún más la idea de que los MAA brindan protección contra la luz ultravioleta. La micosporina-glicina es un MAA que proporciona protección antioxidante incluso antes de que se induzcan los genes de respuesta al estrés oxidativo y las enzimas antioxidantes . [26] [27] MAA-glicina (micosporina-glicina) es capaz de apagar el oxígeno singlete y los radicales hidroxilo de manera muy rápida y eficiente. [28] Algunos ecosistemas microbianos oceánicos están expuestos a altas concentraciones de oxígeno y luz intensa; Es probable que estas condiciones generen altos niveles de especies reactivas de oxígeno. En estos ecosistemas, las cianobacterias ricas en MAA pueden estar proporcionando actividad antioxidante. [29]

Pigmentos accesorios en la fotosíntesis.

Los MAA son capaces de absorber la luz ultravioleta . Un estudio publicado en 1976 demostró que un aumento en el contenido de MAA se asociaba con un aumento en la respiración fotosintética . [30] Otros estudios realizados en cianobacterias marinas mostraron que los MAA sintetizados en respuesta a los rayos UV-B se correlacionaban con un aumento en los pigmentos fotosintéticos . [31] Aunque no son una prueba absoluta, estos hallazgos implican a los MAA como pigmentos accesorios para la fotosíntesis .

Fotorreceptores

Los ojos de la gamba mantis contienen cuatro tipos diferentes de aminoácidos similares a las micosporinas como filtros, que combinados con dos pigmentos visuales diferentes ayudan al ojo a detectar seis bandas diferentes de luz ultravioleta. [32] Tres de los MAA de filtro se identifican con porphyra-334, mycosporine-gly y gadusol. [33]

Respuestas al estrés ambiental

estrés salino

El estrés osmótico se define como la dificultad para mantener los líquidos adecuados en la célula dentro de un ambiente hipertónico o hipotónico . Los MAA se acumulan dentro del citoplasma de una célula y contribuyen a la presión osmótica dentro de una célula , aliviando así la presión del estrés salino en un ambiente hipertónico. [3] Como prueba de esto, los MAA rara vez se encuentran en grandes cantidades en cianobacterias que viven en ambientes de agua dulce. Sin embargo, en ambientes salinos e hipertónicos , las cianobacterias suelen contener altas concentraciones de MAA. [34] El mismo fenómeno se observó en algunos hongos halotolerantes . [8] Sin embargo, la concentración de MAA dentro de las cianobacterias que viven en ambientes hipersalinos está lejos de la cantidad necesaria para equilibrar la salinidad. Por lo tanto, también deben estar presentes solutos osmóticos adicionales .

Estrés por desecación

El estrés por desecación (sequía) se define como condiciones en las que el agua se convierte en el factor limitante del crecimiento. Según se informa, se han encontrado MAA en altas concentraciones en muchos microorganismos expuestos al estrés por sequía. [35] Se ha demostrado que particularmente las especies de cianobacterias que están expuestas a la desecación , la radiación UV y el estrés de oxidación poseen MAA en una matriz extracelular . [36] Sin embargo, se ha demostrado que los MAA no proporcionan suficiente protección contra altas dosis de radiación UV. [6]

Estrés termal

El estrés térmico (calórico) se define como temperaturas letales o inhibidoras del crecimiento. Se ha demostrado que las concentraciones de MAA aumentan cuando un organismo está bajo estrés térmico . [37] [38] Los MAA multipropósito también podrían ser solutos compatibles en condiciones de congelación , porque se ha informado una alta incidencia de organismos productores de MAA en ambientes acuáticos fríos. [3]

Referencias

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