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.
Figura 1. Doctores 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.
Figura 2. 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.
Figura 3. 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-β-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.
Referencias relacionadas con mi trabajo.
Chávez FP, Mauriaca C, Jerez CA. Constitutive and regulated expression vectors to construct polyphosphate deficient bacteria. BMC Res Notes. 2009 2: 50.
Gordillo F, Chávez FP, Jerez CA. Motility and chemotaxis of Pseudomonas sp. B4 towards polychlorobiphenyls and chlorobenzoates. FEMS Microbiol Ecol. 2007 60:322-8.
Chávez FP, Gordillo F, Jerez CA. Adaptive responses and cellular behaviour of biphenyl-degrading bacteria toward polychlorinated biphenyls. Biotechnol Adv. 2006 24:309-20. Review
Chávez FP, Lünsdorf H, Jerez CA. Growth of polychlorinated-biphenyl-degrading bacteria in the presence of biphenyl and chlorobiphenyls generates oxidative stress and massive accumulation of inorganic polyphosphate. Appl Environ Microbiol. 2004 70:3064-72.
Cardona ST, Chávez FP, Jerez CA. The exopolyphosphatase gene from Sulfolobus solfataricus: characterization of the first gene found to be involved in polyphosphate metabolism in Archaea. Appl Environ Microbiol. 2002 68:4812-9.
Te saludo desde Paraguay, estoy trabajando con lodos activados de EDARs. Para la identificacion de bacterias filamentosas utilizamos para la identificación de polifosfatos las tinciones de Neisser y la de PHA. Teóricamente ambos buscan lo mismo, pero la segunda nos indica la presencia de gránulos. Cuál sería la explicacion de que en ocaciones se presenten bacterias Neisser negativas pero PHA positivas, o viceversa.
Saludos
Tomas,
Si bien todos los microorganismos son capaces de sintetizar polifosfatos no todos forman gránulos electrodendos observables al microscopio electronico. Esto sin dudas esta relacionado con la cantidad de poliP que es capaz de sintetizar el microorganismo. Por ejemplo Escherichia coli produce poliP por lo que seria Neisser positiva sin embargo en ninguna condicion de crecimiento es capaz de producir gránulos por lo que seria PHA negativa.
adquirí un producto para ducha que contiene pastillas de polifosfato,segun parece reduce duresas, y ademas contiene KDF aleacion de cobre y zinc de alta pureza. Mi pregunta es si no es perjudicial a la salud, y sobre todo para alguien alérgico. Saludo Susana
Estimada Susana. Justo elotro dia me entere de que el «milk shake» que tanto le gusta a mi hijo contiene polifosfato de sodio.
En los alimentos los utilizan como secuestrantes (ligantes) de metales, como estabilizantes y como emulsificantes. También son usados para evitar la pérdida de agua durante el procesamiento y almacenamiento de los productos. No se conoce ningun riesgo e imagino que quien unico pueda tener problema son personas que tengan problemas para regular el metabolismo de fosfato.
Por cierto me mude de sitio. El nuevo esta en http://www.microbioblogia.com
Gracias
Estoy estudiando la apliacion de tripolifosfato de sodio en el musculo de trucha para aumentar su capacidad de retencion de agua, con un maximo de trasa en el musculo de 0.5 mg/g ; mi pregunta si hay efectos posibles para la salud, gracias por la respuesta.
Buenas tardes a todos desde colombia. Ya es la segunda vez que leo sobre la presencia de polifosfatos en la celula. La primera vez me sorprendio mucho saber que estos polímeros se encuentran en nuestro organismo y que sustituian a las moléculas de ATP. Le agradezco Dr Francisco por la información. Di con esta pagina porque busco todo lo relacionado con polifofatos, dado a que mi tesis en química trato sobre una transición de fase del fosfato diácido de potasio. Estoy en búsqueda de polímeros que sean conductores iónicos y por ello quiero saber si los polifosfatos lo son y que regalo que su fuente de síntesis sea bateriana » es un regalo».
Hola,
trabajo en una panadería y el agua para fabricar el pan viene tratado con un descalcificador que tiene polifosfato sódico al 30%. He leído que puede tener un efecto inhibidor de las levaduras, es así?, puede estar perjudicándome en la calidad y el crecimiento del pan? Gracias.
Estimado Rony
Le envie un mensaje personal enviandole el numero de catalogo donde puede conseguir polifosfatos con una alta pureza.
Estimado Joaquin,
Estuve buscando alguna información y aunque no hay mucho al respecto al parecer el polifosfato sí podría tener un efecto inhibitorio en el crecimiento de la levadura. Ahora las concentraciones que se necesitarian deberian ser altas. En un articulo brasileño (http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S1517-83822001000100003&script=sci_arttext) determinaron que era aproximadamente 5 g/ml. Ahora es posible que en un menor porcentaje no sea inhibitorio pero si afecte de alguna forma el metabolismo de la levadura y por actividad biotecnológica.
Saludos,
P.S. Recuerde que mi nuevo sitio esta disponible en http://bioblogia.com