logo_solinea
Czym jest ektoina? Ile o niej wiesz?

Czym jest ektoina? Ile o niej wiesz?

Aminokwas, ekstremolit, osmolit… W literaturze pada wiele mądrych słów na określenie, czym tak naprawdę jest ektoina. Spieszymy z odpowiedzią! Ektoina (ectoine) jest cyklicznym aminokwasem o niewielkiej masie cząsteczkowej, wytwarzanym przez niektóre ekstremofile (mikroorganizmy bytujące w ekstremalnych warunkach środowiskowych). W toku ewolucji bakterie wykształciły szereg niezwykłych mechanizmów ochronnych i adaptacyjnych, które pozwalają im przetrwać i funkcjonować w skrajnych biotopach. Jednym z nich jest produkcja i akumulacja substancji o działaniu osmoprotekctyjnym – niskocząsteczkowych związków organicznych, których rola polega na wyrównywaniu zewnątrzkomórkowego ciśnienia osmotycznego i wpływie na turgor (stan jędrności) komórek.

Spis treści:
f04b3e2f4ba3aa353c2e7c990f6d71483b0e1ea3

Właściwości ektoiny: ochrona w warunkach ekstremalnych

Ektoina należy do substancji kompatybilnych (w lit. ang. compatible solutes; zgodne/kompatybilne substancje rozpuszczone), które silnie wiążą cząsteczki wody. To tzw. osmoprotektant, który może gromadzić się w komórkach w wysokich stężeniach, nie zakłócając zachodzących w nich reakcji. Ektoina chroni komórkę przed szkodliwym wpływem czynników środowiskowych, jak promieniowanie czy stres osmotyczny.

Ektoina należy do ekstremolitów – związków syntetyzowanych (wytwarzanych) przez mikroorganizmy ekstremofilne, np. bakterie halofilne, które rozwijają się w warunkach dużego zasolenia (na pustyniach solnych), przy małej wilgotności i skrajnej ekspozycji na promieniowanie UV. Zasiedlają środowiska, w których temperatura w dzień może przekraczać 60 st. C, a w nocy spadać poniżej 0 st. C. Synteza ektoiny należy do mechanizmów zabezpieczających halofile przed szkodliwym wpływem warunków zewnętrznych. Ektoina, wiążąc wodę, tworzy ochronny płaszcz wodny wokół najważniejszych struktur komórek bakteryjnych. W analogiczny sposób ektoina może wpływać protekcyjnie na komórki ludzkiego organizmu.

Syntezę (produkcję) ektoiny inicjują więc ekstremalne warunki środowiska. Gdy ustaje działanie czynnika stresowego, dochodzi do zahamowania syntezy tego związku. (Do czynników stresowych należą bardzo wysokie lub niskie temperatury, duże zasolenie, obecność substancji niesprzyjających wzrostowi mikroorganizmów).

Ektoina a stres osmotyczny

Ektoina to osmolit – cząsteczka wspomagająca osmoregulację, czyli zachowanie równowagi wodno-elektrolitowej komórek. Od stabilnej gospodarki wodno-elektrolitowej, regulowanej w procesie osmozy, zależy m.in. prawidłowa struktura i metabolizm komórki bakteryjnej.

Komórki, pod wpływem stresu osmotycznego (np. wzrostu ciśnienia osmotycznego), inicjują mechanizmy, dzięki którym mogą poradzić sobie ze szkodliwymi skutkami tego stanu. Procesy osmoregulacyjne dążą do zapewnienia turgoru komórki (stanu właściwego napięcia ściany komórkowej), czyli utrzymania warunków sprzyjających prawidłowemu rozwojowi bakterii. Osmoregulacja (mająca na celu zachowanie równowagi wodno-elektrolitowej komórki) obejmuje m.in. akumulację związków osmoregulacyjnych – osmolitów (w wyniku syntezy). Osmolity to małe cząsteczki organiczne, które wpływają na stabilizację błon i białek komórkowych bez zakłócania centralnego metabolizmu komórki.

Ektoina to związek polarny, dobrze rozpuszczalny i obojętny elektrycznie; wytwarzany, gdy ciśnienie osmotyczne wewnątrz komórki jest zbyt wysokie (ektoina zapobiega nadmiernej utracie wody przez komórkę). W warunkach hiperosmotycznych dochodzi do odwodnienia cytoplazmy i związanego z tym spadku turgoru w komórkach. Ochronę przed tymi czynnikami stanowi synteza i kumulacja substancji osmoprotekcyjnych (jak ektoina), dzięki którym poprawia się stan hydratacji (uwodnienia) cytoplazmy.

Ektoina, jako cząsteczka ochronna, wywiera korzystny wpływ na objętość i turgor komórek (zależnych od stopnia uwodnienia) oraz zdolność komórek do funkcjonowania w ekstremalnych warunkach.

65fc670373b0cb79ef886215193073c9a6869681
Literatura:​
  • Fiedurek J.,Trytek M. Wpływ stresu kwasowego i osmotycznego na wytwarzanie metabolitów przy użyciu mikroorganizmów. Postępy Mikrobiologii. 2016; 55 (2): 195–204.
  • Harding T., Brown M.W., Simpson A.G. et al. Osmoadaptative Strategy and Its Molecular Signature in Obligately Halophilic Heterotrophic Protists. Genome Biology and Evolution. 2016; 8 (7): 2241–2258.
  • Bownik A., Stępniewska Z. Ectoine as a promising protective agent in humans and animals. Archives of Industrial Hygiene and Toxicology. 2016; 67 (4): 260–265.
  • Czech L., Hermann L., Stöveken N. et al. Role of the Extremolytes Ectoine and Hydroxyectoine as Stress Protectants and Nutrients: Genetics, Phylogenomics, Biochemistry, and Structural Analysis. Genes. 2018; 9 (4), [dostęp online].
  • Zabłotni A., Dziadosz A. Ekstremofile – mikroorganizmy z przeszłością i z przyszłością. Postępy Mikrobiologii. 2013; 52 (4): 381–395.
  • Eiberweiser A., Nazet A., Kruchinin S.E. et al. Hydration and ion binding of the osmolyte ectoine. Journal of Physical Chemistry B. 2015; 119: 15203–15211.
  • Kuhlmann, A.U., Hoffmann, T., Bursy J. et al. Ectoine and hydroxyectoine as protectants against osmotic and cold stress: Uptake through the SigB-controlled betaine-choline- carnitine transporter-type carrier EctT from Virgibacillus pantothenticus. Journal of Bacteriology. 2011; 193: 4699–4708.
  • Pastor J.M., Salvador M,. Argandona, M. et al. Ectoines in cell stress protection: Uses and biotechnological production. Biotechnology Advances . 2010; 28: 782–801.
  • Graf R., Anzali S., Buenger J. et al. The multifunctional role of ectoine as a natural cell protectant. Clinics in Dermatology. 2008; 26 (4): 326–33.
  • Gajewski P. (red.). Interna Szczeklika 2018. Wydawnictwo Medycyna Praktyczna, Kraków 2018.
  • Hahn, M.B., Solomun T., Wellhausen R. et al. Influence of the compatible solute ectoine on the local water structure: Implications for the binding of the protein G5P to DNA. Journal of Physical Chemistry B. 2015; 119: 15212–15220.
  • Bownik A., Stępniewska Z. Protective effects of ectoine on behavioral, physiological and biochemical parameters of Daphnia magna subjected to hydrogen peroxide.Comparative Biochemistry and Physiology Part C Toxicology & Pharmacology. 2015; 170: 38–49.
  • Szabelak A., Schulz M., Bownik A. Efekty oddziaływania ektoiny na zwierzęta i człowieka. Medycyna Weterynaryjna. 2018, Nov 15; DOI: dx.doi.org/10.21521/mw.6162, [dostęp online].
  • Hahn, M.B., Meyer, S., Schröter M.A. et al. DNA protection by ectoine from ionizing radiation: Molecular mechanisms. Physical Chemistry Chemical Physics. 2017; 19: 25717–25722.
  • Jacyszyn K., Nartowski K., Pluta J. et al. Ektoina – naturalny ekstraprotektant pozyskiwany z ekstremofilów. Mechanizm działania i zastosowanie w produktach leczniczych i kosmetycznych. Farmacja Polska. 2014; 70 (6): 305–311.

PODOBNE WPISY

Solinea

Poznaj nasze produkty

0
0
Twój Koszyk