Cómo los cambios adaptativos en los fluidos celulares permiten que la vida marina haga frente a los estresores abióticos

Un conjunto de estresores abióticos plantea múltiples desafíos para la vida marina debido a su influencia generalizada en todas las clases de sistemas bioquímicos. Las variaciones en la temperatura, la presión hidrostática y la salinidad tienen el potencial de interrumpir las estructuras y funciones de todos los sistemas moleculares en los que depende la vida. En un artículo publicado en Ciencia y tecnología de la vida marinaEl profesor Somero se enfoca en gran medida en una clase de efectos estresantes que desafía el rendimiento de todos los tipos de sistemas moleculares grandes: proteínas, ácidos nucleicos y membranas de lipoproteínas.

Los efectos perturbadores de estos factores estresantes a nivel bioquímico a menudo resultan de su potencial para alterar el delicado equilibrio que se necesita entre la estabilidad y la flexibilidad de las estructuras de orden superior de estos grandes sistemas moleculares, que están estabilizados en gran medida por moléculas no covalentes (débiles). enlaces químicos como enlaces de hidrógeno, interacciones iónicas y efectos hidrofóbicos. Es importante destacar que todos los sistemas macromoleculares de una célula deben lograr este equilibrio entre flexibilidad y estabilidad si la fisiología de un organismo funciona de manera óptima.

Este equilibrio fisiológicamente importante entre la estabilidad y la flexibilidad de la estructura en sistemas moleculares grandes se logra en dos modales principales. En primer lugar, durante la evolución, las condiciones abióticas a las que se enfrenta un organismo conducen a adaptaciones de base genética en las estabilidades conformacionales de las proteínas y ciertos tipos de ácidos nucleicos, y a diferencias en la composición de los lípidos. Estas adaptaciones intrínsecas denotan que están codificadas en el genoma del organismo. En segundo lugar, complementando estas adaptaciones intrínsecas basadas en la secuencia en la estructura macromolecular son alteraciones en las composiciones químicas, los «contenidos micromoleculares», de soluciones biológicas que bañan macromoléculas e influyen en sus estabilidades y funciones. Los pequeños solutos orgánicos (osmolitos orgánicos) juegan un papel central en estas respuestas adaptativas. Estas adaptaciones extrínsecas debido a los osmolitos facilitan la retención de las diferencias evolucionadas en la estabilidad macromolecular en diferentes condiciones ambientales.

El artículo desarrolla un análisis paralelo entre las respuestas adaptativas a dos estresores físicos importantes de los océanos, la temperatura y la presión hidrostática. Para ambos estresores, los cambios adaptativos intrínsecos y extrínsecos son de vital importancia. El análisis se centra en las siguientes dos preguntas para discutir los cambios adaptativos en los sistemas de osmolitos. En primer lugar, ¿varía el poder estabilizador macromolecular de la reserva de osmolitos intracelulares con la temperatura (o presión) de adaptación evolutiva y con la exposición térmica (o presión) reciente de los organismos (efectos de aclimatación)? En segundo lugar, al modular el poder estabilizador de la reserva de osmolitos, ¿los cambios adaptativos implican alteraciones en los tipos de osmolitos utilizados, cambios en sus concentraciones absolutas o relativas, o una combinación de ambas estrategias?

El rango de tolerancia ambiental de una especie puede depender de cuán efectivamente se puede alterar la composición de osmolito de su fluido celular en la cara del estrés. El estudio saca las siguientes cuatro conclusiones principales: primero, en la mayoría de los organismos marinos, los osmolitos orgánicos pueden mantener (o restaurar) el equilibrio óptimo de la rigidez y la flexibilidad macromoleculares, que es una clave biológica para la función óptima de las macromoléculas. En segundo lugar, los cambios adaptativos en la composición y concentración de la reserva de osmolitos pueden tener efectos sobre las macromoléculas y los sistemas de biopelículas y desempeñar un papel importante en el establecimiento de la tolerancia ambiental óptima de los organismos. En tercer lugar, los osmolitos estabilizadores varían mucho en la eficacia con la que mejoran la estabilidad de las macromoléculas. En cuarto lugar, la capacidad de los sistemas de osmolitos para afinar el potencial de estabilización de los fluidos celulares frente a los cambios de temperatura (o presión) corporal que se producen en diferentes períodos de tiempo puede ayudar a los organismos a resistir los efectos de los cambios ambientales, en particular los cambios de temperatura que se producen debido a al calentamiento global.

Este artículo no solo ofrece a los biólogos marinos información nueva e importante sobre cómo la vida marina se adapta a los factores estresantes abióticos del mar, sino que estas investigaciones también enseñan a los bioquímicos físicos cosas críticas sobre la física de las interacciones agua-soluto y, para los que tienen mentalidad tecnológica, sugieren nuevas estrategias. para desarrollar soluciones que ayudan en la estabilización y preservación de materiales biológicos.

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