Polifosfatos

Los polifosfatos inorgánicos son hoy dia mi fetiche de estudio. Heredado de la colaboración que por años tuvieron el fallecido Premio Nobel Arthur Kornberg y mi mentor de tesis Dr. Carlos A. Jerez. Kornberg es sin dudas el científico que más ha contribuido al descubrimiento de las funciones de este polímero. En mi tesis doctoral estudié el metabolismo de este polímero en bacterias y particularmente su carencia en la célula. Actualmente mi proyecto de investigación trata del uso de técnicas de biología molecular, genómica funcional, proteómica, así como de modelos matemáticos y uso de redes de interacción bionformáticas para estudiar la carencia de este biopolímero en la célula.

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Los Profesores Carlos A. Jerez (izquierda) y Arthur Kornberg (Premio Nobel de Medicina 1959, derecha) durante una visita a Stanford en el año 2005.

La principal fuente de energía en las bacterias como en la mayoría de los organismos vivos es el ATP, pero existen otras moléculas capaces de sustituir sus funciones como el polifosfato (poliP). Este es un polímero lineal formado por decenas y centenas de residuos de ortofosfato unidos por enlaces fosfoanhídrido ricos en energía.

Siendo el fosfato (Pi) un nutriente esencial, muchos organismos incluyendo bacterias, hongos, plantas y animales almacenan Pi y energía en la forma de poliP.

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Los polifosfatos inorgánicos. n representa el número de los residuos de fosfato.

Aparte de sus funciones obvias de reserva energética y de Pi, la regulación y función de los poliP en los seres vivos permaneció desconocida por muchos años debido a la falta de métodos analíticos específicos. Las primeras descripciones de poliP dan cuenta de la presencia de gránulos metacromáticos en los microorganismos. Estas partículas teñidas de rosa con colorantes básicos fueron llamadas “volutina” y se los confundía con ácidos nucleicos. Luego, con el advenimiento de la microscopía electrónica los poliP se observaron como gránulos densos a los electrones que desaparecían rápidamente bajo el haz de electrones, diferenciándose así de la cromatina. Actualmente los poliP se han encontrado en todos los seres vivos en los que se ha buscado: bacterias, hongos, protistas, plantas y animales y también en arqueas.

En bacterias, los poliP son principalmente citoplasmáticos, aunque se han encontrado asociados a otras estructuras celulares y se les puede observar como gránulos densos a los electrones o en forma soluble (Figura 2). También existen pequeñas cantidades de poliP en las membranas plasmáticas en complejo con poli-b-hidroxibutirato (PHB) y calcio. En eucariontes, los poliP se encuentran en distintos compartimentos celulares como vacuolas, pared celular y núcleo.

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Gránulos de poliP en una bacteria del género Pseudomonas (Foto tomada por mi).

Dentro de las funciones que se le han asignado en los microorganismos se encuentran las siguientes: 1 ) fuente de energía en la síntesis de ATP; 2 ) sustituto del ATP en la fosforilación de la glucosa y de algunas proteínas; 3 ) reserva de fosfato; 4 ) ventaja osmótica sobre el Pi, debido a que como polímero ofrece baja solubilidad en agua; 5 ) quelante de cationes divalentes; 6 ) amortiguador intracelular de iones alcalinos en algunos microorganismos; 7 ) elemento estructural junto con el poli-?-hidroxibutirato y el Calcio en la membrana de células competentes para la transformación bacteriana; 8 ) regulador del desarrollo celular debido a que se ha encontrado que el poliP y las actividades enzimáticas involucradas en su metabolismo se modifican durante los cambios en el desarrollo de algunos microorganismos en respuesta a la deficiencia de uno o varios nutrientes; 9 ) componente de la cápsula bacteriana que podría contribuir en la patogénesis de la infección.

Referencias generales del tema:

Kornberg A, Rao NN and Ault-Riché D. 1999. Inorganic polyphosphate: a molecule of many functions. Annu. Rev. Biochem. 68:89-125.

Brown MR, Kornberg A. 2004. Inorganic polyphosphate in the origin and survival of species. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 101:16085-16087.

 


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bioBlogia

Francisco P. Chávez Ph.D
Departamento de Biología
Facultad de Ciencias
Universidad de Chile
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