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La vida está compuesta principalmente por carbono, hidrógeno,
nitrógeno, oxígeno, azufre y fósforo. A pesar de estos
seis elementos conforman los ácidos nucleicos, proteínas y lípidos
y por lo tanto la mayor parte de la materia viva, es teóricamente
posible que algunos otros elementos de la tabla periódica
podría cumplir las mismas funciones. Aquí se describe un
bacteria, la cepa GFAJ-1 dela Halomonadaceae,
aislado de Mono Lake, CA, que sustituye el arsénico
de fósforo para sostener su crecimiento. Nuestros datos muestran
evidencia de arseniato de macromoléculas que normalmente
contienen fosfato, ácidos nucleicos y sobre todo
proteínas. El intercambio de uno de los principales elementos bio-puede
tienen un profundo significado evolutivo y geoquímico.
Dependencia biológica delos seis elementos principales nutrientes
carbono, hidrógeno, nitrógeno, oxígeno, azufre y fósforo es
complementa con una amplia selección de otros elementos, por lo general
metal (loid) s presentes en pequeñas cantidades que sirven crítica
las funciones celulares, tales como enzimas co-factores (1). Hay
muchos casos de estos elementos traza en sustitución de un
otros. Algunos ejemplosincluyen la sustitución de tungsteno
para el molibdeno y el cadmio, el zinc en algunas enzimas
las familias (2, 3) y el cobre de hierro como un portador de oxígeno en
algunos artrópodos y moluscos (4). En estos ejemplos y
otros, los elementos traza que el intercambio químico compartir
similitudes que faciliten el intercambio. Sin embargo, no hay
informes anteriores de sustituciones paracualquiera de los seis elementos principales
esencial para la vida. Aquí presentamos evidencia de que el arsénico puede
sustituto de fósforo en las biomoléculas de una naturallyoccurring
bacteria.
El arsénico (As) es un análogo químico de fósforo (P),
que se encuentra justo debajo de P en la tabla periódica. Arsénico
posee un radio similar atómica, así como casi idénticas
electronegatividad de P(5). La forma más común de P en
la biología es fosfato (PO4
3 -), que se comporta de manera similar a
arseniato (AsO4
3 -) en el rango de pH biológicamente relevantes
y los gradientes redox (6). La similitud físico-químicas
entre AsO4
3 - y PO4
3 - contribuye a la biológica
toxicidad de AsO4
3 - porque las vías metabólicas destinado a
PO4
3 - no puede distinguir entre las dos moléculas(7) y
arseniato se pueden incorporar en algunos pasos en la
vías [(6), y referencias en él]. Sin embargo, se cree que
abajo los procesos metabólicos generalmente no son compatibles
Como con-la incorporación de moléculas debido a diferencias en la
reactividad de los P-y As-compuestos (8). Estas aguas abajo
vías bioquímicas pueden requerir más químicamente
P estable basado en metabolitos, lavida útil de más fácil
hidrolizada como soporte de los análogos se cree que son demasiado cortos.
Sin embargo, dadas las similitudes de As y P, y por analogía
con sustituciones de elementos traza, la hipótesis que AsO4
3 -
específicamente podría sustituir a PO4
3 - en un organismo
mecanismos que poseen para hacer frente a la inestabilidad inherente
de AsO4
3 - compuestos (6). En estesentido, probado experimentalmente esta
hipótesis mediante el uso de AsO4
3 -, en combinación con ningún añadido PO4
3 -,
para seleccionar y aislar un microorganismo capaz de lograr
esta sustitución.
Geomicrobiología de GFAJ-1. Mono Lake, ubicado en
este de California es un cuerpo de agua hipersalinos y alcalinas
con altas concentraciones de arsénico disuelto (200 M en
promedio, 9). Se utilizócomo inóculo los sedimentos del lago en un
aeróbica artificial definido con un pH de 9,8 (10, 11)
contiene 10 mM de glucosa, vitaminas, trazas de metales, pero no
añadido PO4
3 - ni suplementos adicionales orgánicas complejas
(Por ejemplo, extracto de levadura, peptona) con un régimen de creciente
AsO4
3 - adiciones inicialmente abarca el rango de 100 a 5 M
mM. Estos enriquecimientos se...
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