Kompatible Solute

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Kompatible Solute sind organische Verbindungen von geringer molarer Masse, sind bei physiologischem pH-Wert elektrisch neutral, aber polar und zeichnen sich durch eine hohe Löslichkeit in Wasser und geringe Toxizität aus.

Eigenschaften[Bearbeiten]

Die Bezeichnung kompatible Solute beschreibt die Eigenschaft der Osmolyte, auch bei hohen cytoplasmatischen Konzentrationen nicht mit dem Stoffwechsel zu interferieren.

Kompatible Solute gehören verschiedenen Stoffklassen an, welche charakteristisch für die unterschiedliche Salztoleranz der jeweiligen Organismen sind:[1]

  • Zucker (Trehalose und Saccharose,[2] und Schwefelverbindungen (z. B. Dimethylsulfoniopropionat) sind typisch für nicht halophile und halotolerante Mikroorganismen. Solute dieser Gruppe werden durch Synthese in cytoplasmatischen Konzentrationen bis zu etwa 500 mM akkumuliert. Insbesondere Trehalose wird als allgemeiner Stressmetabolit angesehen und wird auch von E. coli akkumuliert. Wenn Trehalose in hyperthermophilen Archaeen als Stressmetabolit gebildet wird, ist das hauptsächlich vorkommende kompatible Solut meist Mannosylglycerat und Di-myo-inositol-phosphat.[1]
  • Polyole
    • Glycerol[4] tritt bei halophilen Pilzen sowie bei salz-toleranten Pflanzen auf
    • Arabitol tritt bei halophilen Pilzen sowie bei salz-toleranten Pflanzen auf[4]
    • Inositol tritt bei halophilen Pilzen sowie bei salz-toleranten Pflanzen auf[4]
    • Zyklisches 2,3-Bis(di)phosphoglycerat in Methanogenen[1]
    • Diglycerolphosphat in Archaeoglobus fulgidus[1]
    • Di-myoinositol-phosphat in hyperthermophilen Archaeen und Bakterien[1]
    • Di-mannosyl-di-myo-inositol-phosphat in Thermotoga sp.[1]
  • Aminosäuren und Aminosäurederivate sind für Organismen mit erhöhter Salztoleranz charakteristisch und können in Konzentrationen über 500 mM akkumuliert werden. Dazu gehören

Die Akkumulation erfolgt durch de-novo-Synthese und durch Aufnahme aus dem Medium. Die Aufnahme der Solute wird, wenn beide Möglichkeiten offenstehen, bevorzugt, da sie energetisch günstiger ist. Stehen Transportsysteme für kompatible Solute zur Verfügung, reduziert sich die Energie deutlich, die für die Osmoadaptation aufgewandt werden muss, sobald brauchbare Verbindungen in der Umgebung vorhanden sind. Beide Mechanismen, de novo-Synthese und Aufnahme aus dem Medium, werden sowohl von halotoleranten als auch halophilen Organismen verwirklicht. So konnte in Glycinbetain produzierenden Cyanobakterien effiziente Glycinbetain-Transporter nachgewiesen werden. Vergleichbare Glycinbetain-Transportersysteme konnten in Halorhodospira halochloris und in salz-toleranten und salzabhängigen methanogenen Archaea gefunden werden.

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. a b c d e f g h i N. Empadinhas, M. S. da Costa: Diversity and biosynthesis of compatible solutes in hyper/thermophiles. In: International microbiology : the official journal of the Spanish Society for Microbiology. Band 9, Nummer 3, September 2006, S. 199–206, ISSN 1139-6709. PMID 17061210.
  2. a b c S. Klähn, M. Hagemann: Compatible solute biosynthesis in cyanobacteria. In: Environmental microbiology. Band 13, Nummer 3, März 2011, S. 551–562, ISSN 1462-2920. doi:10.1111/j.1462-2920.2010.02366.x. PMID 21054739.
  3. a b N. Empadinhas, M. S. da Costa: To be or not to be a compatible solute: bioversatility of mannosylglycerate and glucosylglycerate. In: Systematic and applied microbiology. Band 31, Nummer 3, August 2008, S. 159–168, ISSN 0723-2020. doi:10.1016/j.syapm.2008.05.002. PMID 18599240.
  4. a b c S. Hohmann, M. Krantz, B. Nordlander: Yeast osmoregulation. In: Methods in enzymology. Band 428, 2007, S. 29–45, ISSN 0076-6879. doi:10.1016/S0076-6879(07)28002-4. PMID 17875410.