adaptación a bajas temperaturas
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7/25/2019 adaptacin a bajas temperaturas
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ADAPTACIONES A BAJAS
TEMPERATURAS
Ao de la Diversificacin Productiva y del Fortalecimiento de laEducacin
Universidad Nacional del
CallaoCiencia, Tecnologa rumbo al Tercer MilenioFACULTAD DE INGENIERA AMBIENTAL DE RECURSOS NATURALES
Shewanella oneidensis
MR-1
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Los seres humanos estamos asistiendo a labsqueda de rastros de vida en otroscuerpos del sistema solar, donde loscientfcos suponen que en algn momentode su historia existieron masas de agualquida. Esto habra permitido el origen y la
evolucin de ormas de vida sustentadas enprincipios similares a las conocidas en laierra.
INTRODUCCI!N
En nuestro planeta tambi!n existenambientes naturales donde crecen yse reproducen microorganismosadaptados a condiciones extremas.
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"ctualmente, se defnen dierentes grupos de organismos extremflos de acuerdo con las condiciones ambientales en las que sedesarrollan preerentemente
#entro de este variado mundo de los microorganismos extremflos, los sicrflos son uno de los grupos que ha centrado m$s laatencin de los investigadores en los ltimos a%os. Estos seclasifcan en dos grandes grupos de acuerdo con el grado deadaptacin a las ba&as temperaturas'
(icroflos (icrotolerantes
#ierentes condicionesambientales )extremas* ygrupos de organismosadaptados a ellas +extrem
flos.
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a sicrflos estrictos u obligados(on aquellos que
pueden crecer a /0, presentan una velocidad decrecimiento ptima a menos de 12/0 y no pueden crecer atemperaturas mayores de 3/0.
b sicrflos acultativos o sicrotolerantes(onmicroorganismos que pueden crecer a /0 pero que
presentan temperaturas ptimas superiores a los 12/0.
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Ada"#aciones a
$a%as #e&"era#'ras
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4no de los problemas de vivir a temperaturas cercanasal punto de congelacin del agua es precisamente elagua que se congela y que aumenta su volumen 5 lossicroflos sinteti6an mol!culas crio protectoras queactan como anticongelantes que les evitan llegar alpunto de congelacin
E&emplo' el etilen glicol y otrosanticongelantes que se les ponen a losradiadores de los autos son similares
alas sustancias que sinteti6an lospsicroflos con este fn.
En el agua
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4na parte undamental de la c!lula es la membrana
, ya que es la que asla al sistema del mediopermitiendo que se mantenga ordenado a pesar delas condiciones exteriores .
Los osolpidos normalmente tienencadenas casi lineales , esta orma esespecialmente sensible atemperaturas ba&as .
En la membrana
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4na manera eectiva que han desarrollado losorganismos adaptados para vivir en el rio espromover la ormacin de dobles enlaces en las
cadenas que impiden la compactacin de lascadenas y mantienen la 7uide6 de la membranaincluso a ba&as temperaturas
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8E"9:L;(8:
Las respuestas metablicas a temperaturas ba&as sondependientes de la fsiologa especfca de cada organismopsicrflo .
(us membranas contienen una mayor proporcin de$cidos grasos insaturados lo que ayuda a mantener el
estado semi7uido de la membrana a ba&as temperaturas .
procesos por los cualesse obtiene la energa y losnutrientes +carbono, por
e&emplo que se necesita paravivir y reproducirse
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E?@;8"( A(;0B:C;L"(
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La actividad de las en6imas depende en gran parte de la
temperatura de reaccin.
La constante cataltica +kcat
, que corresponde al nmero de
mol!culas de sustrato convertidas en producto por sitio activo porunidad de tiempo
0urva de actividad en uncin de la temperatura
despla6ada hacia ba&as temperaturas. 0onstante cataltica +Dcat o efciencia cataltica
+DcatF8 mayor que la de sus contrapartes mesolicas en el rango de temperatura
comprendido aproximadamente entre G H /0. Estabilidad t!rmica reducida, la cual se ve
re7e&ada en la inactivacin de las en6imaspsicrolicas a temperaturas moderadas.
E?@;8"( A(;0B:C;L"(
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Fle(i$ilidad es#r'c#'ral
Modelo del cono de "le)a&ien#o
"ro"'es#o "ara en*i&as"sicro+,licas - #er&o+,licas .(e representa la variacinde la energa potencial +E en uncinde la diversidad conormacional
En el termograma superior semuestra la
comparacin entre una IGamilasapsicrolica +"GA y una IGamilasamesolica +"G8 mientras que en eltermograma inerior semuestra la comparacin entre unaosoglicerato quinasa psicrolica +CG
8ovimientosmoleculares
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ESTABILIDAD
ESTRUCTURAL" trav!s del c$lculo de los par$metros termodin$micos de estabili6acin de
diversas en6imas, se ha demostrado que la energa libre de estabili6acin+JKE(, que corresponde a la energa necesaria para denaturar la estructuraen6im$tica nativa a una temperatura dada, es notoriamente menor para granparte de las en6imas psicrolicas en comparacin a sus homlogasmesolicas y termolicas . Esto permite reafrmar la nocin de inestabilidadestructural +mayor 7exibilidad que poseen las en6imas psicrolicas, la cualaparentemente es la principal &ustifcacin de la gran actividad que presentan
estas en6imas a ba&as temperaturas.En el gr$fco se muestra lacomparacin de la variacin de laenerga libre de estabili6acin versustemperatura para una IGamilasapsicrolica +"GA, una
IGamilasa mesolica +"G8 y una IGamilasa termolica +"G.
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La #er&ola$ilidad ca#al,#ica es 'n as"ec#o)enerali*ado den#ro de las en*i&as ada"#adas a$a%as #e&"era#'ras/ las c'ales "oseen #asas deinac#ivaci0n #1r&ica 2'e son varios 0rdenes de
&a)ni#'d &a-or en co&"araci0n a las en*i&as&eso+,licas.
De"endencia #1r&ica dela cons#an#e ca#al,#ica
de 'na en*i&a"sicro+,lica - s'3o&0lo)a &eso+,lica .Los puntos negrosrepresentan una IGamilasapsicrolica y los puntos
blancos representan una IGamilasa mesolica.
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ACTI4IDAD EN5IMATICA
?o poseen tantosamino$cidos con variosenlaces inicos +amino$cidoscargados para mantener suestructura, pues la misma no
es muy aectada por latemperatura en la que sedesarrolla.
Aero las bacterias psicrflasdeber$n tener tipos
especiales de en6imas queuncionan m$s eectivamentea temperaturas ba&as, por laba&a energa cin!tica delmedio
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ADAPTACIONES
MOLECULARES
Belacin existente entre la plasticidad molecular y elaumento de actividad cataltica a ba&as temperaturas,
Las en6imas psicrolicas tienden a presentar menorhidroobicidad interna.
#iversas en6imas psicrolicas exhiben una mayor cantidadde residuos cargados negativamente en su superfcie . Estoincrementa las interacciones con el solvente, avoreciendo la7exibilidad a ba&as temperaturas.
0ada en6ima psicrolica adopta su propia estrategia de
adaptacin al ro combinando uno o m$s de los actoresmencionados anteriormente, adem$s de posibles actoresan desconocidos
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"#? "B?
4no de los procesos que se limitan m$scon las ba&as temperaturas es la sntesis
de protenas y su plegamiento.
Los enlaces que mantienen unida a ladoble cadena de "#? se estabili6an,haciendo m$s dicil abrir esta mol!culapara sinteti6ar el "B?
Las protenas necesarias para la sntesisde "B? son dicilmente transportadas adonde se requieren debido al eecto dela diusin.
"dem$s de este problema, el "B?
mensa&ero posee estructurassecundarias que al ser estabili6adas a
ba&as temperaturas, difcultan el procesode traduccin.
Los psicrflos aprovechan esto y en sugenoma tienen una mayor cantidad deadenina y timina, lo cual hace que lascadenas se unan de manera menos
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AB:E;?"( DIFICULTAD EN ELPLEGAMIENTO DE LASPROTENAS
Alegamiento de una protena ,as comosu estructura fnal
las protenas no sedoblenadecuadamente y
los grupos deamino$cidos nopolares de&en deubicarse en la partecentral.
Si no lle)a a s'con6)'raci0n6nal/ la c1l'la la
des#r'-e "araevi#ar s'ac'&'laci0n -2'e "'edanda7arla.
"gua pierde el eecto pol
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Arotenas de choque t!rmico +heatGshocD proteins,Msp.
Est$n implicadas
en varios como'
Arevencin y sintesis deagregados aberrantes de
protenas ranslocacin Ensambla&e de comple&os
multiproteicos
Ple)a&ien#o"ro#eico
asis#ido "or
8s"
Enprocariot
as yeucariota
s
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MspN
Estabili6an las cadenas depolip!ptidos durante la
traduccin en el nacimientode una nueva protena ydurante el transporte de lospolip!ptidos a loscompartimentos subcelularespara que puedan atravesar las
membranas pero impidiendola ormacin deagregados.Aertence lachaperona #naF
Cacilitan el plegamiento delas protenas hacia su
conormacin nativa ante unasituacin deestr!s. Aertenece lachaperonina KroELbacteriana,
0haperoninas GMspO
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En ocasiones los miembros de las amilias MspN y MspO actanen con&unto en una accin secuencial, por e&emplo, durante eltransporte de protenas y duranteel plegamiento de otras de nueva sntesis
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Arotenas de choque en rio +coldGshocD proteins,0sp.
Aresente enprocariotas
ranscripcin raduccin Alegamiento de protenas Begulacin de la 7uide6 membranal
0sp" 'protena de unin a $cidos nucleicos que supone
un regulador transcripcional de otras 0sps
;mplicadas
Arotenas de aclimatacin al ro, coldGacclimationproteins +0aps
(inteti6adas durante el crecimiento continuo a ba&astemperaturas
#escrito en
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bacterias,diatomeas,
hongos ,plantas,
insectos ypeces
PROTENAS
ANTICONGELANTES+"CA( (e unen al hielo e inhiben su
crecimiento disminuyendo el punto decongelacin de la solucin +actividadde hist!resis t!rmica o bieninhibiendo la re cristali6acin de laspartculas de hielo impidiendo as sucrecimiento
Evitan el congelamiento citoplasm$tico y elda%o a nivel de las membranas celulares, ypermiten la sobrevivencia a ba&as temperaturas
"CA se une a la superfcie del hielo, loobliga a crecer enrentes curvados,que reba&an el punto de congelacin.
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Modelo de la +'si0n an#icon)elan#e in#eracci0n de"ro#e,nas con 3ielo
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Estr!s por rio
#isminucin de la 7uide6 de la membrana
Estabili6acin de estructuras secundarias de #?" y B?" Alegamiento lento o inefciente de protenas "daptacin de los ribosomas a traba&ar a ba&as temperat "lteracin del metabolismo
E+ec#os de lae("osici0n al
Frio
(ituacin que condiciona cambiostransitorios o permanentes +actividaden6im$tica, capacidad antig!nica oviabilidad de adaptacin en la
bacteria.
Arocesos deenriamientonatural o porcongelacin
ex situ
Aeriodo delatencia' laactividad
en6im$ticadisminuye y
sucedencambios
morolgicos,fsiolgicos y
gen!ticos
Estadotransitor
io nocultivabl
e
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)racias