Aminokyselina podobná mykosporinu - Mycosporine-like amino acid

Aminokyseliny podobné mykosporinu (MAA) jsou malé sekundární metabolity produkované organismy, které žijí v prostředích s velkým množstvím slunečního světla, obvykle v mořském prostředí. Přesný počet sloučenin v této třídě přírodní produkty je teprve třeba určit, protože byly objeveny teprve nedávno a neustále jsou objevovány nové molekulární druhy; k dnešnímu dni je však jejich počet kolem 30.^[1][2] Běžně se označují jako „mikrobiální“ opalovací krémy „Ačkoli se předpokládá, že jejich funkce není omezena na ochranu před sluncem.^[3]

Pozadí

MAA jsou v mikrobiálním světě velmi rozšířené a byly hlášeny u mnoha mikroorganismů včetně heterotrofní bakterie,^[4] sinice,^[5] mikrořasy,^[6] ascomycetous ^[7] a bazidiomycetous^[8] houby, stejně jako některé mnohobuněčné organismy jako makrořasy a mořští živočichové.^[9] Většina výzkumů prováděných na MAA je na jejich absorbující světlo a záření chránící vlastnosti. První důkladný popis MAAs byl proveden u sinic žijících na vysoké úrovni UV záření životní prostředí.^[10] Hlavní sjednocující charakteristikou mezi všemi MAA je absorpce UV záření. Všechny MAA absorbují UV světlo, které může být destruktivní pro biologické molekuly (DNA, bílkoviny, atd.). Ačkoli se většina výzkumů MAA provádí na jejich fotoochranných schopnostech, považují se také za multifunkční sekundární metabolity, které mají mnoho buněčných funkcí.^[3] MAA jsou účinné antioxidant molekuly a jsou schopné se stabilizovat volné radikály uvnitř jejich kruhové struktury. Kromě ochrany buněk před mutacemi pomocí UV záření a volných radikálů jsou MAA schopné zvýšit buněčnou toleranci vysušení, solný stres a tepelný stres.^[11]

Chemie

Aminokyseliny podobné mykosporinu jsou spíše malé molekuly (<400 Da ). Struktury více než 30 MAA byly vyřešeny a všechny obsahují ústřední cyklohexenon nebo cyklohexeniminový kruh a širokou škálu substitucí.^[12] Předpokládá se, že prstencová struktura absorbuje UV světlo a přijímá volné radikály. Všechny MAA absorbují ultrafialové záření vlnové délky, typicky mezi 310 a 362 nm.^[9][13] Jsou považovány za jedny z nejsilnějších přírodních absorbérů UV záření.^[14] Právě tato vlastnost pohlcující světlo umožňuje MAA chránit buňky před škodlivými UV-B a UV-A komponenty sluneční světlo. Biosyntetické dráhy MAA závisí na konkrétní molekule MAA a organismu, který ji produkuje. Tyto biosyntetické dráhy mají často společné enzymy a metabolické meziprodukty s cestami primární metabolismus.^[15] Příkladem je shikimate cesta který se klasicky používá k výrobě aromatických aminokyselin (fenylalanin, tyrosin a tryptofan ); s mnoha meziprodukty a enzymy z této dráhy využívanými při biosyntéze MAA.^[15]

Příklady

^[16]

Funkce

Odezvy ultrafialového světla

Ochrana před UV zářením

Ultrafialový UV-A a UV-B záření je škodlivé pro živé systémy. Důležitým nástrojem používaným k řešení expozice UV záření je biosyntéza malé molekuly opalovací krémy. MAA se podílejí na ochraně před UV zářením. Genetický základ pro tuto implikaci pochází z pozorované indukce syntézy MAA, když jsou organismy vystaveny UV záření. To bylo pozorováno u vodních živočichů droždí,^[17] sinice,^[18] námořní dinoflageláty^[19] a nějaká Antarktida rozsivky.^[3] Když MAA absorbují UV světlo, energie se rozptýlí jako teplo.^[20][21] UV-B fotoreceptory byly identifikovány v sinicích jako molekuly odpovědné za reakce indukované UV zářením, včetně syntézy MAA.^[22]

MAA známý jako palythin, odvozený od Mořská řasa Bylo zjištěno, že chrání buňky lidské kůže před UV zářením i v nízkých koncentracích.^[23]

„MAA se vedle svých ekologických výhod jeví jako multifunkční fotoprotektivní sloučeniny,“ říká Dr. Karl Lawrence, hlavní autor článku o výzkumu. „Pracují prostřednictvím přímé absorpce fotonů UVR [ultrafialového záření], podobně jako syntetické filtry. Působí také jako silné antioxidanty, což je důležitá vlastnost, protože expozice slunečnímu záření vyvolává vysokou hladinu oxidačního stresu, a to je něco, co vidět na syntetických filtrech. “

Ochrana před oxidačním poškozením

Některé MAA chrání buňky před reaktivními formami kyslíku (tj. singletový kyslík, superoxidové anionty, hydroperoxylové radikály a hydroxylové radikály ).^[3] Reaktivní formy kyslíku mohou být vytvářeny během fotosyntéza; dále podporuje myšlenku, že MAA poskytují ochranu před UV zářením. Mykosporin-glycin je MAA, který poskytuje antioxidační ochranu už dříve Oxidační stres geny reakce a antioxidant jsou indukovány enzymy.^[24][25] MAA-glycin (mykosporin-glycin) je schopen uhasit singletový kyslík a hydroxylové radikály velmi rychle a efektivně.^[26] Některé oceánské mikrobiální ekosystémy jsou vystaveny vysokým koncentracím kyslíku a intenzivnímu světlu; tyto podmínky pravděpodobně způsobí vysokou hladinu reaktivních forem kyslíku. V těchto ekosystémech bohatých na MAA sinice může poskytovat antioxidační aktivitu.^[27]

Doplňkové pigmenty ve fotosyntéze

MAA jsou schopny absorbovat UV světlo. Studie publikovaná v roce 1976 prokázala, že zvýšení obsahu MAA bylo spojeno se zvýšením fotosyntetické dýchání.^[28] Další studie provedené na mořských sinicích ukázaly, že MAA syntetizované v reakci na UV-B korelovaly se zvýšením fotosyntetické pigmenty.^[29] Ačkoli to není absolutní důkaz, tato zjištění implikují MAA jako doplňkové pigmenty fotosyntéza.

Fotoreceptory

Oči pro mantis krevety obsahují čtyři různé druhy aminokyselin podobných mykosporinu jako filtry, které v kombinaci se dvěma různými vizuálními pigmenty pomáhají oku detekovat šest různých pásů ultrafialového světla.^[30] Tři z MAA s filtrem jsou označeny porphyra-334, mykosporin-gly, a gadusol.^[31]

Stresové reakce na životní prostředí

Solný stres

Osmotický stres je definován jako potíže s udržováním správných tekutin v buňce v a hypertonický nebo hypotonický životní prostředí. MAA se hromadí v buňce cytoplazma a přispět k osmotický tlak v rámci buňka, čímž se uvolňuje tlak ze solného stresu v hypertonickém prostředí.^[3] Jako důkaz toho se MAA zřídka vyskytují ve velkých množstvích v sinice žijící ve sladkovodním prostředí. Ve fyziologickém roztoku a hypertonický prostředí, sinice často obsahují vysoké koncentrace MAA.^[32] U některých byl zaznamenán stejný jev halotolerant houby.^[7] Koncentrace MAA v cyanobakteriích žijících v hypersolném prostředí však zdaleka není množství potřebné k vyvážení slanosti. Proto další osmotický rozpuštěné látky musí být také přítomen.

Vysoušecí stres

Vysušení Stres (sucho) je definován jako podmínky, kdy se voda stává faktorem omezujícím růst. MAA byly údajně u mnoha nalezeny ve vysokých koncentracích mikroorganismy vystaven stresu suchem.^[33] Zejména sinice druhy, které jsou vystaveny vysušení, UV záření a oxidační stres bylo prokázáno, že mají MAA v extracelulární matrix.^[34] Ukázalo se však, že MAA neposkytují dostatečnou ochranu před vysokými dávkami UV záření.^[5]

Tepelné napětí

Tepelné (tepelné) napětí je definováno jako teploty smrtelné nebo inhibiční vůči růstu. Ukázalo se, že koncentrace MAA jsou nadměrně regulovány, když je organismus pod tepelné namáhání.^[35][36] Víceúčelové MAA mohou být také kompatibilní soluty pod mrazivé podmínky, protože ve studeném vodním prostředí byl zaznamenán vysoký výskyt organismů produkujících MAA.^[3]

Reference

Další čtení