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2.1: Los múltiples roles del agua - Biología

2.1: Los múltiples roles del agua - Biología


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Agua y otras "cosas" pequeñas

"Nada en el mundo es tan suave y flexible como él,
Sin embargo, nada puede vencer mejor a los duros y fuertes,
Porque no pueden controlarlo ni eliminarlo.
Lo blando vence a lo duro,
El que cede vence al fuerte ";
Estas palabras provienen del Tao Te Ching de Lao Zu.

¡Convirtamos esto en un acertijo químico y aplíquelo a nivel nanoscópico a la bioquímica!

"Lo que pierde, lo gana,
Lo que dona lo acepta,
Es débil pero fuerte,
Fortalece pero destruye; "

¿Qué es? ¡La respuesta (una de las muchas posibles) es agua! Gana y pierde protones, dona y acepta electrones, puede ser un ácido / base más débil o más fuerte o un agente oxidante / reductor, y puede conducir a la formación o disolución de cristales, según las circunstancias.

El agua, al menos en nuestro planeta, parece necesaria para la vida. No conocemos ninguna forma de vida biológica que exista sin él. Esta molécula tiene una gran cantidad de propiedades que la hacen única en comparación con la mayoría de los otros líquidos y óptima para el tipo de vida en la tierra. Tiene propiedades de contraste y oposición. Investiguemos algunos.

Agua como disolvente:

La solubilidad es una propiedad que depende de la naturaleza tanto del soluto como del solvente. En una primera aproximación, les decimos a los estudiantes de los cursos de introducción a la química y la biología que para que un soluto se disuelva en un solvente y forme una solución (un ejemplo de una mezcla homogénea), la suma de interacciones no covalentes (fuerzas intermoleculares) entre soluto y solvente debe ser mayor que las de las moléculas de soluto y las de las moléculas de disolvente.

A medida que los estudiantes avanzan en las clases de química, se agregan matices a esa comprensión general, ya que se deben considerar las contribuciones entrópicas a la solubilidad. La entropía se describe a menudo como el grado de aparente desorden en el sistema. Dada esa descripción, los cambios en la entropía parecerían favorecer el estado soluble, ya que una solución de soluto en disolvente estaría más desordenada. Esa descripción simple debe ajustarse para tener en cuenta el estado ordenado del solvente (un clatrato) que rodea un soluto y de los "huecos" en el solvente para acomodar moléculas de soluto más grandes. También deben tenerse en cuenta las consideraciones de entalpía. La descripción de la entropía como medida del desorden no es precisa. Más bien, debería describirse como una medida del número de microestados de energía o partículas disponibles dentro de un sistema. Un aumento de entropía surgiría de un aumento en el número de tales microestados disponibles, lo que podría correlacionarse con un aumento en el desorden de un sistema.

Los estudiantes a menudo pueden considerar una molécula como soluble o insoluble en un solvente dado. Esta noción puede reforzarse mediante simples experimentos de partición líquido / líquido en experimentos de química orgánica en los que se utilizan dos disolventes inmiscibles (por ejemplo, agua y un éter). Sin embargo, el éter dietílico es parcialmente soluble en agua (1 g / 100 ml). Las moléculas no polares con pocos dipolos de enlace o ninguno se consideran generalmente insolubles. Los estudiantes sabrían que el ácido acético, una molécula de dos carbonos, es soluble en agua, pero ¿cuántos carbonos son necesarios para que la molécula se vuelva esencialmente insoluble? Moléculas con un solo grupo polar (-OH, CO2H) y una cadena larga de alquilo / acilo se describen mejor como anfifílicos. Anfífilos como el octanol (C8H17OH) y dodecil sulfato (CH3(CH2)10­CO2∟H) pueden formar agregados multimoleculares llamados micelas incluso cuando existen como un sistema bifásico, como se muestra en los siguientes equilibrios:

C8H17OH (líquido) ↔ C8H17OH (aq) ↔ C8H17OH (micela).

La siguiente estructura muestra una micela. Tenga en cuenta que todas las cadenas no polares están enterradas en el medio de la estructura esférica, mientras que las cabezas polares están expuestas al agua.

espaciador

Tenga en cuenta que las líneas grises que representan las colas no polares están ocultas de las moléculas de agua circundantes, que forman enlaces H con los grupos de cabezas polares.

Sin una solubilidad limitada, la siguiente reacción no podría ocurrir:

Carolina del Norte8H17OH(aq) ↔1-C8H17OH (micela).

Para resolver el problema general de la solublidad limitada de las moléculas orgánicas en la vida acuosa, las estructuras biomoleculares han evolucionado para "transportar" principalmente moléculas no polares como los ácidos carboxílicos de cadena larga (ácidos grasos) y el colesterol.

Inserte iCn3D de complejo de proteína de ácido graso y partícula de LDL o HDL.

Las mismas ideas se pueden aplicar a la solubilidad de las sales. Los estudiantes recordarán las reglas generales de solubilidad (todas las sales de Gp 1 y Gp 7 son solubles) de la introducción a la química. Las sales de los cationes divalentes son menos solubles debido a que las fuerzas iónicas atractivas dentro de la red cristalina sólida son demasiado fuertes para las interacciones compensatorias ion-dipolo entre el ión y el agua. De ahí las sales de Ca2+ y Fe2+ iones como CaCO3 y FeCO3 son generalmente insolubles (Ksp valores de 1,4 x 10-8 y 3,1 x 10-11, respectivamente). Las sales de calcio insolubles (carbonatos y silicatos) son necesarias para las conchas de xxx y los esqueletos de los vertebrados. Sin embargo, Ca libre2+ y Fe2+ Los iones se encuentran en compartimentos extracelulares e intracelulares. Cationes divalentes como Fe2+ pueden ser tóxicos en concentraciones más altas, por lo que han evolucionado formas de transportarlos y secuestrarlos de manera efectiva.

estructura iCn3D de la ferritina?

Finalmente, consideremos la solubilidad de los gases. Los que son más abundantes y relevantes son O2 y compañía2 ya que son los reactivos y productos de la respiración oxidativa. Los gases, aunque contienen átomos de oxígeno, son apolares y no tienen dipolo neto. Por tanto, son bastante insolubles en agua. Sin embargo, deben ser lo suficientemente solubles para permitir que los peces los extraigan del agua. Para resolver el problema de la solubilidad, la evolución ha producido proteínas que se unen al oxígeno a través de complejos de metales de transición unidos que contienen Fe.2+ (hemoglobina en vertebrados) y Cu+ iones en hemocianinas en algunos invertebrados).

Las interacciones del agua con otras moléculas comienzan inicialmente como interacciones no covalentes mediadas por fuerzas intermoleculares. Todas las interacciones biológicas también están mediadas por ello (excepto las iniciadas por fotones de luz). Las interacciones no covalentes son débiles, pero si son muchas, pueden dar lugar a interacciones muy fuertes.

Aquí están las interacciones no covalentes que median "fuerzas intermoleculares".

Fuerzas intermoleculares - Interacciones no covalentes

Interacción

Escribe

Ejemplo

Distancia
Dependencia

Fuerza relativa

(Kcal / Mol)

Dependencia de la dirección

Iónico

1 / r

60

no direccional

Dipolo iónico

1 / r2

3-5

direccional

Bonos H

4-6

direccional

Dipolo-dipolo

1 / r3

0.5-1

direccional

Dipolo inducido

Dipolo inducido

1 / r6

0.5

(depende del tamaño)

no direccional

Todas estas interacciones originales en la electrostática fuerza entre dos objetos cargados. Solo hay una ley que describe las fuerzas de atracción, y esa es la ley de Coulomb:

[F = dfrac {k Q_ {1} Q_ {2}} {r ^ {2}} ]

De esta fuerza se deriva toda la electrostática interacciones descrito en la tabla anterior. La magnitud de las atracciones para las interacciones depende de la forma en que se distribuye la carga en las especies atrayentes.

Agua como reactivo: ácidos y bases

H2O, con sus pares solitarios que se pueden compartir y Hs ligeramente positivos, es tanto una base como un ácido de Bronsted. Su química ácido-base, por lo tanto, se encuentra entre sus características más importantes.

El agua, que actúa como base, puede reaccionar tanto con ácidos fuertes como débiles. En la siguiente figura se muestran ejemplos de reacciones de un ácido fuerte (HCl) y ácidos débiles (ácidos acéticos y amonio) con agua.

Asimismo, el agua puede actuar como un ácido, si reacciona con una base más fuerte. Aquí están algunos ejemplos.

En el primer ejemplo, no se producen cambios netos. En el segundo, una amina desprotonada con carga negativa (una base más fuerte que el agua) puede aceptar un protón del agua, que actúa como un ácido.

Todas las reacciones ácido / base van predominantemente en la dirección de ácido más fuerte / base fuerte a ácido más débil / base más débil. Ya sea que el agua reaccione con un ácido fuerte, como el HCl, o uno débil como el ácido acético, el ácido más fuerte que realmente puede existir en un sistema acuoso es el H3O+(aq). Este es un ejemplo del efecto nivelador.

Agua como reactivo: nucleófilo / electrófilo

En las reacciones anteriores, caracterizamos el agua como un ácido o base de Bronsted. De manera más genérica, podríamos haber dicho que el agua es un ácido de Lewis (aceptor de pares de electrones) o una base de Lewis (donante de pares de electrones). En muchas reacciones, también podemos llamar al agua un nucleófilo (cuando comparte un par solitario) o un electrófilo (cuando sus átomos de H ligeramente positivos reaccionan con un nucleófilo.

Aquí hay unos ejemplos.

- Reacción del agua con un complejo de metales de transición. Esta reacción a continuación es efectivamente una reacción de subestación nucleófila en la que el agua desplaza el amoníaco como ligando.

[Cu (NH3)4(H2O)2]2+ + 4H2O ↔ Cu (H2O)6]2+ + 4NH3

- Hidratación de un alqueno. La reacción se cataliza mediante la adición de un protón de ácidos (como H2ASI QUE4) por lo que se puede llamar una hidratación electrofílica. Una vez protonado en el carbono que produce el carbocatión más estable, el agua como nucleófilo ataca el carbono positivo para producir el alcohol.

- Subestación nucleófila en un carbonilo electrófilo. Ésta es una reacción muy común. Cuando el agua es el nucleófilo, la reacción también se denomina reacción de hidrólisis. La siguiente reacción se muestra con OH- como nucleófilo en lugar de agua por simplicidad.

Agua como reactivo: Agente oxidante / reductor.

Todo el mundo sabe lo que sucede si arroja un trozo de Na o K sólido al agua. Se produce una reacción extremadamente exotérmica que libera H2 gas que puede incendiarse y provocar una explosión. La reacción del Na es:

2Na (s) + H2O → 2Na+(aq) + OH- (aq) + H2(g).

El número de oxidación del sodio elemental es 0, mientras que el Na+ es +1, lo que indica que el sodio metálico ha sido oxidado por el agua que actúa como agente oxidante.

Esta reacción ocurre con muchos metales puros, pero algunos que son menos reactivos (¿recuerdan la serie de actividades de la química introductoria?) Requieren ácido, una forma protonada de agua, como se muestra en la siguiente reacción:

Zn (s) + 2H3O+(aq) ⟶ Zn2+ (aq) + 2H2O (l) + H2(gramo)

Como en las reacciones ácido / base, en una reacción redox, un agente oxidante y un agente reductor reaccionan para formar un nuevo agente oxidante y reductor.

Otros reactivos pueden oxidar el agua para formar oxígeno. Considere el gas de flúor, por ejemplo:

3F2+ 2H2O → O2+ 4HF

F2 es un agente oxidante fuerte (como supondría por su electronegatividad) que O2 por lo que la reacción avanza vigorosamente hacia la derecha.

De mayor relevancia biológica es la oxidación del agua para producir O2 en la fotosíntesis, una serie compleja de reacciones que es efectivamente el reverso de la combustión:

6CO2 (g) + 6H2O (l) → C6H12O6(s) + 6O2(gramo).

Obviamente, esta reacción es endogónica y requiere una gran cantidad de energía, por lo que la reacción procede a producir el potente agente oxidante O2. El complejo especial que genera oxígeno en la fotosíntesis es el poderoso oxidante que puede oxidar H2O para formar el agente oxidante más débil, O2.


La forestación impulsa el oscurecimiento de las aguas superficiales a largo plazo

Martin Škerlep, Departamento de Biología, Universidad de Lund, Sölvegatan 37, 22362 Lund, Suecia.

Karlskrona kommun, Karlskrona, Suecia

Departamento de Gestión de Recursos Forestales, Universidad Sueca de Ciencias Agrícolas, Umeå, Suecia

Departamento de Biología, Universidad de Lund, Lund, Suecia

Departamento de Biología, Universidad de Lund, Lund, Suecia

Martin Škerlep, Departamento de Biología, Universidad de Lund, Sölvegatan 37, 22362 Lund, Suecia.

Karlskrona kommun, Karlskrona, Suecia

Departamento de Gestión de Recursos Forestales, Universidad Sueca de Ciencias Agrícolas, Umeå, Suecia

Departamento de Biología, Universidad de Lund, Lund, Suecia


Carbohidratos

Los carbohidratos son macromoléculas con las que la mayoría de los consumidores están algo familiarizados. Para perder peso, algunas personas se adhieren a dietas "bajas en carbohidratos". Los atletas, por el contrario, a menudo "cargan carbohidratos" antes de las competiciones importantes para asegurarse de que tienen la energía suficiente para competir a un alto nivel. Los carbohidratos son, de hecho, una parte esencial de nuestra dieta, los granos, las frutas y las verduras son fuentes naturales de carbohidratos. Los carbohidratos proporcionan energía al cuerpo, particularmente a través de la glucosa, un azúcar simple. Los carbohidratos también tienen otras funciones importantes en humanos, animales y plantas.

Los carbohidratos se pueden representar mediante la fórmula (CH2O)norte, dónde norte es el número de átomos de carbono en la molécula. En otras palabras, la proporción de carbono a hidrógeno y oxígeno es 1: 2: 1 en moléculas de carbohidratos. Los carbohidratos se clasifican en tres subtipos: monosacáridos, disacáridos y polisacáridos.

Los monosacáridos (mono- = "un" sacchar- = "dulce") son azúcares simples, el más común de los cuales es la glucosa. En los monosacáridos, el número de átomos de carbono suele oscilar entre tres y seis. La mayoría de los nombres de monosacáridos terminan con el sufijo -ose. Dependiendo del número de átomos de carbono en el azúcar, pueden conocerse como triosas (tres átomos de carbono), pentosas (cinco átomos de carbono) y hexosas (seis átomos de carbono).

Los monosacáridos pueden existir como una cadena lineal o como moléculas en forma de anillo en soluciones acuosas, generalmente se encuentran en forma de anillo.

La fórmula química de la glucosa es C6H12O6. En la mayoría de las especies vivas, la glucosa es una fuente importante de energía. Durante la respiración celular, la glucosa libera energía y esa energía se utiliza para ayudar a producir trifosfato de adenosina (ATP). Las plantas sintetizan glucosa usando dióxido de carbono y agua mediante el proceso de fotosíntesis, y la glucosa, a su vez, se usa para los requerimientos energéticos de la planta. El exceso de glucosa sintetizada a menudo se almacena como almidón que es degradado por otros organismos que se alimentan de las plantas.

Figura 3. La glucosa, la galactosa y la fructosa son monosacáridos isoméricos, lo que significa que tienen la misma fórmula química pero estructuras ligeramente diferentes.

La galactosa (parte de la lactosa o azúcar de la leche) y la fructosa (que se encuentra en la fruta) son otros monosacáridos comunes. Aunque la glucosa, la galactosa y la fructosa tienen todas la misma fórmula química (C6H12O6), difieren estructural y químicamente (y se conocen como isómeros) debido a las diferentes disposiciones de los átomos en la cadena de carbono (Figura 3).

Los disacáridos (di- = "dos") se forman cuando dos monosacáridos se someten a una reacción de deshidratación (una reacción en la que se produce la eliminación de una molécula de agua). Durante este proceso, el grupo hidroxilo (–OH) de un monosacárido se combina con un átomo de hidrógeno de otro monosacárido, liberando una molécula de agua (H2O) y formando un enlace covalente entre átomos en las dos moléculas de azúcar.

Los disacáridos comunes incluyen lactosa, maltosa y sacarosa. La lactosa es un disacárido que consta de los monómeros glucosa y galactosa. Se encuentra naturalmente en la leche. La maltosa, o azúcar de malta, es un disacárido formado a partir de una reacción de deshidratación entre dos moléculas de glucosa. El disacárido más común es la sacarosa o azúcar de mesa, que se compone de los monómeros glucosa y fructosa.

Una cadena larga de monosacáridos unidos por enlaces covalentes se conoce como polisacárido (poli- = "muchos"). La cadena puede ser ramificada o no ramificada y puede contener diferentes tipos de monosacáridos. Los polisacáridos pueden ser moléculas muy grandes. El almidón, el glucógeno, la celulosa y la quitina son ejemplos de polisacáridos.

El almidón es la forma almacenada de azúcares en las plantas y está compuesto de amilosa y amilopectina (ambos polímeros de glucosa). Las plantas pueden sintetizar glucosa y el exceso de glucosa se almacena como almidón en diferentes partes de la planta, incluidas las raíces y las semillas. El almidón que consumen los animales se descompone en moléculas más pequeñas, como la glucosa. Entonces, las células pueden absorber la glucosa.

El glucógeno es la forma de almacenamiento de glucosa en humanos y otros vertebrados, y está compuesto por monómeros de glucosa. El glucógeno es el equivalente animal del almidón y es una molécula altamente ramificada que generalmente se almacena en las células del hígado y los músculos. Siempre que los niveles de glucosa disminuyen, el glucógeno se descompone para liberar glucosa.

La celulosa es uno de los biopolímeros naturales más abundantes. Las paredes celulares de las plantas están hechas principalmente de celulosa, que proporciona soporte estructural a la célula. La madera y el papel son principalmente de naturaleza celulósica. La celulosa está formada por monómeros de glucosa que están unidos por enlaces entre átomos de carbono particulares en la molécula de glucosa.

Todos los demás monómeros de glucosa de la celulosa se voltean y se compactan apretadamente como cadenas largas y extendidas. Esto le da a la celulosa su rigidez y alta resistencia a la tracción, que es tan importante para las células vegetales. La celulosa que pasa por nuestro sistema digestivo se llama fibra dietética. Si bien los enlaces glucosa-glucosa en la celulosa no pueden ser degradados por las enzimas digestivas humanas, los herbívoros como las vacas, búfalos y caballos pueden digerir la hierba rica en celulosa y usarla como fuente de alimento. En estos animales, ciertas especies de bacterias residen en el rumen (parte del sistema digestivo de los herbívoros) y secretan la enzima celulasa. El apéndice también contiene bacterias que descomponen la celulosa, lo que le confiere un papel importante en el sistema digestivo de los rumiantes. Las celulasas pueden descomponer la celulosa en monómeros de glucosa que el animal puede utilizar como fuente de energía.

Los carbohidratos cumplen otras funciones en diferentes animales. Los artrópodos, como los insectos, las arañas y los cangrejos, tienen un esqueleto externo, llamado exoesqueleto, que protege las partes internas de su cuerpo. Este exoesqueleto está compuesto por la macromolécula biológica quitina, que es un carbohidrato nitrogenado. Está hecho de unidades repetidas de un azúcar modificado que contiene nitrógeno.

Así, a través de diferencias en la estructura molecular, los carbohidratos pueden cumplir funciones muy diferentes de almacenamiento de energía (almidón y glucógeno) y soporte y protección estructural (celulosa y quitina) (Figura 4).

Figura 4. Aunque sus estructuras y funciones difieren, todos los carbohidratos polisacáridos están formados por monosacáridos y tienen la fórmula química (CH2O)norte.

Carreras en acción

Dietista registrado

La obesidad es un problema de salud mundial y muchas enfermedades, como la diabetes y las enfermedades cardíacas, son cada vez más frecuentes debido a la obesidad. Ésta es una de las razones por las que se busca cada vez más a dietistas titulados para obtener asesoramiento. Los dietistas registrados ayudan a planificar programas de alimentación y nutrición para personas en diversos entornos. A menudo trabajan con pacientes en centros de salud, diseñando planes de nutrición para prevenir y tratar enfermedades. Por ejemplo, los dietistas pueden enseñarle a un paciente con diabetes cómo controlar los niveles de azúcar en sangre ingiriendo los tipos y cantidades correctos de carbohidratos. Los dietistas también pueden trabajar en hogares de ancianos, escuelas y consultorios privados.

Para convertirse en dietista registrado, es necesario obtener al menos una licenciatura en dietética, nutrición, tecnología alimentaria o un campo relacionado. Además, los dietistas registrados deben completar un programa de pasantías supervisadas y aprobar un examen nacional. Aquellos que siguen carreras en dietética toman cursos en nutrición, química, bioquímica, biología, microbiología y fisiología humana. Los dietistas deben convertirse en expertos en la química y las funciones de los alimentos (proteínas, carbohidratos y grasas).


2.1: Los múltiples roles del agua - Biología

Departamento de Biotecnología Agrícola, Facultad de Agricultura, Universidad de Agricultura y Tecnología de Orissa

Departamento de Biotecnología Agrícola, Facultad de Agricultura, Universidad de Agricultura y Tecnología de Orissa

  • Publicado: 2015 Recibido: 7 de enero de 2015 Disponible en J-STAGE: 29 de marzo de 2019 Aceptado: 1 de marzo de 2015 Publicación anticipada en línea: - Revisado: -

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El hierro es un micronutriente esencial para casi todos los organismos vivos debido a que juega un papel fundamental en los procesos metabólicos como la síntesis de ADN, la respiración y la fotosíntesis. Además, muchas vías metabólicas son activadas por el hierro y es un grupo protésico que forma parte de muchas enzimas. Un desequilibrio entre la solubilidad del hierro en el suelo y la demanda de hierro por parte de la planta son las causas principales de la clorosis férrica. Aunque es abundante en la mayoría de los suelos bien aireados, la actividad biológica del hierro es baja porque forma principalmente compuestos férricos altamente insolubles a niveles de pH neutros. El hierro juega un papel importante en varias vías fisiológicas y bioquímicas de las plantas. Sirve como componente de muchas enzimas vitales como los citocromos de la cadena de transporte de electrones y, por lo tanto, es necesario para una amplia gama de funciones biológicas. En las plantas, el hierro participa en la síntesis de clorofila y es esencial para el mantenimiento de la estructura y función del cloroplasto. Hay siete enfoques y combinaciones transgénicos que pueden usarse para aumentar la concentración de hierro en las semillas de arroz. El primer enfoque implica mejorar la acumulación de hierro en semillas de arroz expresando el gen de la ferritina bajo el control de promotores específicos del endospermo. El segundo enfoque consiste en aumentar las concentraciones de hierro en el arroz mediante la sobreexpresión del gen de la nicotianamina sintasa (NAS). La nicotianamina, que es un quelante de cationes metálicos, como Fe +2 y zinc (Zn +2), se biosintetiza a partir de metionina a través de S-adenosil metionina sintasa. El tercer enfoque es aumentar las concentraciones de hierro en el arroz y mejorar la entrada de hierro a las semillas mediante la expresión del gen transportador de nicotianamina Fe +2 OsYSL2. El cuarto enfoque para la biofortificación del hierro implica mejorar la absorción y translocación de hierro mediante la introducción de genes responsables de la biosíntesis de fitosideróforos (MA) de la familia del ácido mugineico. El quinto enfoque para mejorar la absorción de hierro del suelo es la sobreexpresión de los genes transportadores de hierro OsIRT1 o OsYSL15. El sexto enfoque para mejorar la captación y translocación de hierro es la sobreexpresión del factor de transcripción relacionado con la homeostasis del hierro OsIRO2. OsIRO2 es responsable de la regulación de genes clave implicados en la captación de hierro relacionada con los MA. El séptimo enfoque para mejorar la translocación del hierro de las hojas bandera a las semillas utiliza la eliminación del gen transportador de hierro vacuolar OsVIT1 u OsVIT2. La presente revisión analiza la toxicidad del hierro en las plantas con respecto al crecimiento y metabolismo de las plantas, la interacción de metales, los mecanismos de adquisición de hierro, la biofortificación del hierro, la homeostasis planta-hierro, la función de los genes en la mejora de los cultivos y las interacciones de los micronutrientes.


Dirección actual: Escuela de Ingeniería Civil y Ambiental, Universidad Tecnológica de Nanyang, Singapur, Singapur

Brittney A Beyer y Mingliang Fang: estos autores contribuyeron igualmente a este trabajo.

Afiliaciones

Departamento de Química, Instituto de Investigación Scripps, La Jolla, California, EE. UU.

Brittney A Beyer y Luke L Lairson

Instituto de Investigación Biomédica de California, La Jolla, California, EE. UU.

Brittney A Beyer, Benjamin Sadrian & amp Warren C Plaisted

Centro de Metabolómica y Espectrometría de Masas, Instituto de Investigación Scripps, La Jolla, California, EE. UU.

Mingliang Fang, J Rafael Montenegro-Burke y Gary Siuzdak

Departamento de Medicina Molecular, The Scripps Research Institute, La Jolla, California, EE. UU.

Bernard P C Kok y Enrique Saez

División de Biología de Células Madre, Instituto de Medicina Genética, Universidad de Hokkaido, Sapporo, Japón

Departamento de Biología Molecular y Computacional, The Scripps Research Institute, La Jolla, California, EE. UU.

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Contribuciones

B.A.B., M.F., G.S. y L.L.L. inició el proyecto, desarrolló la estrategia y generó el diseño experimental. B.A.B., W.C.P. y B.S. realizó biología molecular y experimentos basados ​​en células. M.F. y J.R.M.-B. realizó experimentos de espectrometría de masas y metabolómica. B.P.C.K., B.A.B. y M.F. realizó experimentos de OCR. B.A.B., M.F., W.C.P., B.S., J.R.M.-B., G.S. y L.L.L. datos interpretados. E.S. y T.K. contribuyó con ideas y comentarios esenciales. B.A.B., M.F., G.S. y L.L.L. escribió el manuscrito.

Autores correspondientes


Servicios de agua potable

La meta 6.1 de los Objetivos de Desarrollo Sostenible pide un acceso universal y equitativo al agua potable segura y asequible. El objetivo se rastrea con el indicador de & ldquo; servicios de agua potable administrados de manera equitativa & rdquo & ndash agua potable de una fuente de agua mejorada que se encuentra en las instalaciones, disponible cuando es necesario y libre de contaminación fecal y química prioritaria.

En 2017, 5.300 millones de personas utilizaron servicios de agua potable gestionados de forma segura, es decir, utilizaron fuentes de agua mejoradas ubicadas en las instalaciones, disponibles cuando se necesitaban y libres de contaminación. Los 2.200 millones de personas restantes sin servicios gestionados de forma segura en 2017 incluyeron:

  • 1.4 mil millones de personas con básico servicios, es decir, una fuente de agua mejorada ubicada en un viaje de ida y vuelta de 30 minutos
  • 206 millones de personas con limitado servicios, o una fuente de agua mejorada que requiera más de 30 minutos para recolectar agua
  • 435 millones de personas extraen agua de pozos y manantiales desprotegidos
  • 144 millones de personas recolectan agua superficial no tratada de lagos, estanques, ríos y arroyos.

Persisten marcadas desigualdades geográficas, socioculturales y económicas, no solo entre las zonas rurales y urbanas, sino también en los pueblos y ciudades donde las personas que viven en asentamientos de bajos ingresos, informales o ilegales suelen tener menos acceso a fuentes mejoradas de agua potable que otros residentes.


Halófilos: biología, adaptación y su papel en la descontaminación de ambientes hipersalinos

La maquinaria enzimática celular única de los microbios halófilos les permite prosperar en ambientes salinos extremos. El hecho de que estos microorganismos puedan prosperar en entornos hipersalinos se ha correlacionado con el elevado contenido de aminoácidos ácidos en sus proteínas, lo que aumenta el potencial de superficie de la proteína negativa. Debido a que estos microorganismos utilizan eficazmente los hidrocarburos como su única fuente de carbono y energía, pueden resultar valiosos agentes de biorremediación para el tratamiento de efluentes salinos y aguas hipersalinas contaminadas con compuestos tóxicos resistentes a la degradación. Esta revisión destaca las diversas estrategias adoptadas por los halófilos para compensar su entorno salino e incluye descripciones de estudios recientes que han utilizado estos microorganismos para la biorremediación de ambientes contaminados por hidrocarburos de petróleo. También se revisan los microbios conocidos productores de halotolerantes deshalogenasa, sus mecanismos de deshalogenación y cómo se estabilizan sus proteínas. En vista de su robustez en ambientes salinos, los esfuerzos para documentar todo su potencial con respecto a la remediación de ecosistemas hipersalinos contaminados merecen una mayor exploración.

Esta es una vista previa del contenido de la suscripción, acceda a través de su institución.


Figura 1

Figura 1. Co-reconstitución de mito-CI, Q10, AOX y CE-F1F0 en Q10-liposomas para la producción de nanovesículas regeneradoras de energía (erNVs). (A) Ilustración esquemática y secuencia de reacción de un erNV. CI oxida NADH a NAD +, reduce Q10y bombea protones para formar Δpag Q10H2 es reoxidada por AOX para mantener la rotación de CI, y el Δpag es usado por CE-F1F0 para generar ATP. (B) Ensayos de extinción de fluorescencia de ACMA. La formación de ΔpH en erNVs a partir de oxidación de NADH por mito-CI o hidrólisis de ATP por CE-F1F0 se detectó utilizando el colorante ACMA sensible al pH. El sistema se equilibró durante 5 minutos después de la adición de ACMA, antes de la adición de NADH / ATP. (C) Medidas de síntesis de ATP. Una medición típica de síntesis de ATP en erNVs usando el ensayo de luminiscencia basado en luciferina / luciferasa. Una vez que se estableció la luminiscencia de fondo, se añadió una alícuota estándar de ATP 0,2 µM como estándar interno para la cuantificación, y se inició la síntesis de ATP impulsada por NADH mediante la adición de NADH 200 µM. (D) Controles que muestran la especificidad de la catálisis. No se detectó síntesis de ATP cuando cualquiera de mito-CI, CE-F1F0, Q10, o AOX se omitieron de los erNV o cuando estaban presentes 10 μg / ml de gramicidina A (GramA). Los datos son promedios medios con valores de error propagado (SEM) de réplicas técnicas triplicadas. A menos que se indique lo contrario (panel D), los erNV se prepararon utilizando el protocolo estándar. Consulte Materiales y métodos para obtener detalles experimentales.


Arrecifes

Los arrecifes comprenden algunos de los hábitats biológicos más densos del mundo en cuanto al número de especies dentro de un área determinada. Pueden ser increíblemente diversos. Incluso arrecifes de agua fría. Sin embargo, los arrecifes tropicales son los más conocidos y existen en la mayoría de las aguas tropicales. Los arrecifes están formados por corales y otros depósitos calcinados, generalmente sobre un afloramiento rocoso en el fondo del océano. Sin embargo, los arrecifes también pueden evolucionar en otras cosas, lo que ha dado lugar a la capacidad humana de crear arrecifes artificiales.

Actualmente, gran parte de la atención de la biología marina se centra en los arrecifes de coral y el fenómeno meteorológico de El Niño. En 1998, los arrecifes de coral experimentaron un evento de blanqueamiento "una vez en mil años", que acabó con vastas extensiones de arrecifes en todo el mundo, debido a que las temperaturas de la superficie del mar subieron muy por encima de lo normal. Algunos arrecifes se están recuperando, pero los científicos dicen que el 58% de los arrecifes de coral del mundo están ahora en peligro y predicen que el calentamiento global podría exacerbar esta tendencia.


Conclusiones

Las acuaporinas, presentes en todo tipo de tejidos vegetales, controlan el transporte de agua a través de las membranas y pueden regular el flujo de agua en plantas enteras cambiando su cantidad y actividad. En el estudio actual, mediante tecnología transgénica, encontramos que expresar ectópicamente MdPIP13 confirió una mayor tolerancia a la sequía a los tomates transgénicos parcialmente a través de la reducción de la pérdida de agua controlada por el cierre de los estomas en las hojas. Además, los frutos de tomate transgénicos que expresan ectópicamente MdPIP13 eran más grandes y pesados ​​con células más grandes y congestionadas, lo que podría resultar de un transporte de agua más eficiente a través de las membranas en las células de la fruta transgénica. Nuestro estudio proporcionará nuevas inspiraciones para el mejoramiento molecular, mediante la ingeniería de manzanas con frutos grandes a través de un transporte de agua eficiente en condiciones de buen riego y una mayor tolerancia a la sequía en situaciones de déficit hídrico, lo que contribuirá a la producción de manzanas.


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