¿Qué es la ecdisona?
2023-11-03
ecdisona es una hormona esteroide que desempeña un papel vital en la regulación del crecimiento, desarrollo y reproducción de insectos, crustáceos y plantas. Descubierta por primera vez en insectos en la década de 1950, la ecdisona se ha convertido en una importante molécula de señalización con numerosas aplicaciones médicas, agrícolas y biotecnológicas. Este artículo proporcionará una descripción detallada de la ecdisona, desde su estructura química y biosíntesis hasta sus diversas funciones biológicas y aplicaciones prometedoras en múltiples campos.
Introducción
La ecdisona es una prohormona esteroide y precursora de la principal hormona de muda de insectos, la 20-hidroxiecdisona. En insectos,20 beta hidroxiecdisona coordina las transiciones del desarrollo, incluidas las mudas larvarias, la metamorfosis y la reproducción. La hormona se produce en glándulas endocrinas especializadas y se libera en la sangre del insecto para iniciar cambios fisiológicos al unirse a los tejidos objetivo. La ecdisona ayuda a regular la expresión de una gran cantidad de genes implicados en la maduración y adaptación de los insectos.
En las plantas, la ecdisona tiene efectos protectores y promotores del crecimiento contra factores estresantes tanto abióticos como bióticos. El descubrimiento de las funciones multifacéticas de la ecdisona ha abierto posibilidades intrigantes para el control de insectos en la agricultura, la mejora de la productividad de las plantas y enfoques terapéuticos innovadores en medicina. Sin embargo, las aplicaciones de ecdisona también justifican una evaluación cuidadosa de los posibles impactos ecológicos y preocupaciones éticas.
Explorando la naturaleza de la ecdisona
ecdisona pertenece a un grupo de hormonas llamadas ecdisteroides, que son estructuralmente similares a las hormonas esteroides derivadas del colesterol en los vertebrados. Fue aislado y caracterizado por primera vez a partir de pupas de gusanos de seda en 1954 por Karlson y Butenandt, quienes lo llamaron "ecdisona", de la palabra griega ecdysis que significa muda.
La ecdisona desempeña un papel central en la regulación y coordinación del desarrollo de los insectos. Al estimular o suprimir genes específicos, controla diversos procesos que incluyen la muda de las larvas, la metamorfosis a las etapas de pupa y adulto, la reproducción y la diapausa, un período de latencia. El momento y la liberación de ecdisona deben controlarse con precisión para garantizar un crecimiento normal.
En las plantas, la ecdisona participa en diversos procesos fisiológicos como el alargamiento celular, el crecimiento de las raíces, el desarrollo de embriones y la reproducción. También permite que las plantas se adapten a los factores estresantes de su entorno desencadenando respuestas metabólicas protectoras.
Estructura química y biosíntesis de ecdisona.
La ecdisona pertenece a la familia de los esteroles polihidroxilados, los ecdisteroides. Su nombre químico es 2β,3β,14α,22R,25-pentahidroxicolest-7-en-6-ona. La estructura esteroide se compone de cuatro anillos de hidrocarburos fusionados con grupos hidroxilo en posiciones específicas.
En insectos y crustáceos, beta ecdisona Se sintetiza a partir de esteroles dietéticos en tejidos endocrinos como las glándulas protorácicas, los ovarios y los testículos. El colesterol se convierte en varios intermediarios mediante una serie de reacciones catalizadas por enzimas. La principal vía biosintética implica la hidroxilación y oxidación del 7-deshidrocolesterol para eventualmente producir ecdisona.
Las plantas producen ecdisona a través de la vía del mevalonato en el citoplasma y de una vía sin mevalonato en los plastidios. Enzimas clave como SMT y SMO catalizan pasos en la conversión de cicloartenol en ecdisona (7). Los factores ambientales como la temperatura, la nutrición y el estrés pueden afectar los niveles de ecdisona al regular la expresión genética de las enzimas biosintéticas.
Funciones y efectos de la ecdisona en insectos
En insectos larvales y ninfales, ecdisona inicia el desprendimiento o muda periódica del exoesqueleto. Detiene el crecimiento larvario al cambiar el metabolismo de la alimentación al comportamiento errante en preparación para la metamorfosis (8). La ecdisona estimula la producción de un nuevo exoesqueleto debajo del anterior.
En el último estadio larvario, un gran pulso de ecdisona hace que la larva deje de alimentarse y busque un sitio ideal para pupar. Al inicio de la metamorfosis, la ecdisona induce la formación de puparios y profundos cambios estructurales para transformarse en un adulto. El momento y la magnitud de la liberación de ecdisona se controlan con precisión.
La ecdisona y las hormonas juveniles trabajan juntas para coordinar las transiciones del desarrollo. La hormona juvenil previene la metamorfosis precoz durante las primeras etapas larvarias. La caída de la hormona juvenil justo antes de la pupa permite que la ecdisona induzca la metamorfosis. En las hembras adultas, la ecdisona estimula la vitelogénesis o la producción de óvulos.
Los agonistas de ecdisona pueden alterar el desarrollo de los insectos y se estudian como alternativas a los pesticidas convencionales. Pueden ser menos tóxicos para especies no objetivo. Sin embargo, los insectos pueden desarrollar resistencia a los agonistas de ecdisona.
Ecdisona en plantas: regulación del crecimiento y mecanismos de defensa
En las plantas, la ecdisona promueve el alargamiento, la diferenciación y el crecimiento celular. La ecdisona regula procesos como la germinación de semillas, el crecimiento de raíces, el desarrollo de flores, la senescencia y la abscisión. Ayuda a movilizar nutrientes para apoyar el rápido crecimiento de las plántulas y activar los mecanismos de defensa.
Los niveles de ecdisona aumentan dramáticamente cuando las plantas están bajo estrés biótico, como la herbivoría de insectos. Esto desencadena la producción de compuestos de defensa que rechazan a los atacantes o reducen la alimentación de los insectos. La ecdisona también permite a las plantas resistir el estrés abiótico, como la salinidad, la sequía, las temperaturas extremas y las toxinas químicas.
Se ha demostrado que las pulverizaciones foliares que contienen ecdisona aumentan el rendimiento de los cultivos, aceleran la floración y mejoran la resistencia a los patógenos. Sin embargo, los análogos sintéticos a veces pueden interferir con la reproducción de las plantas. Se necesitan métodos de aplicación y dosis adecuados para aprovechar los beneficios de la ecdisona en la agricultura.
Aplicaciones médicas y biotecnológicas de la ecdisona
Los ecdisteroides exhiben efectos anabólicos en los mamíferos, mejorando la síntesis de proteínas y el rendimiento físico sin efectos secundarios androgénicos. Se están investigando los análogos de ecdisona para usos terapéuticos, como apoyar el crecimiento muscular o tratar la diabetes y afecciones neurológicas.
En biotecnología, la ecdisona proporciona un poderoso sistema de expresión genética inducible en cultivos celulares y organismos transgénicos. El receptor de ecdisona se puede diseñar en células junto con un gen de interés. La adición de ecdisona desencadena una activación dosis dependiente del gen diana. Esto permite un control preciso sobre el momento y los niveles de expresión genética.
La ecdisona también se utiliza como un “ligando químico” no tóxico para destruir selectivamente células diseñadas después de que hayan cumplido su propósito, como en aplicaciones de terapia celular (16). Se están explorando más innovaciones basadas en ecdisona en biología sintética, ingeniería de proteínas y biosensores.
Consideraciones de seguridad e implicaciones éticas
Si bien la ecdisona es prometedora en muchos ámbitos, justifica un uso prudente. En la agricultura, se deben evaluar los efectos sobre las especies no objetivo y el desarrollo de resistencia. Como análogo de las hormonas humanas, sus aplicaciones médicas requieren perfiles de seguridad estrictos. Deben investigarse los impactos ambientales del uso a gran escala, incluida la acumulación de residuos y la exposición a la cadena alimentaria.
Las cuestiones éticas se centran en el bienestar de los insectos, el acceso equitativo a las terapias basadas en ecdisona, la transparencia con respecto a los organismos genéticamente modificados y la prevención del uso indebido de las biotecnologías. Se necesitan medidas políticas para garantizar el avance responsable y equilibrado de las innovaciones relacionadas con la ecdisona. La participación pública y la evaluación transparente de los riesgos versus los beneficios son cruciales.
¿Cómo se produce la ecdisona?
En insectos ecdysone Se sintetiza a partir del colesterol o fitoesteroles de la dieta en las glándulas protorácicas, los ovarios, los testículos y otros tejidos mediante una serie de pasos enzimáticos (20). La principal vía biosintética implica la conversión de 7-deshidrocolesterol en varios intermedios, incluidos ketodiol, ketotriol, 2-desoxiecdisona y, finalmente, ecdisona mediante la acción de enzimas específicas del citocromo P450 y otros catalizadores. Las señales ambientales como la temperatura y la nutrición regulan la biosíntesis de ecdisona controlando la expresión de las enzimas involucradas.
En las plantas, la ecdisona se produce tanto a través de la vía del mevalonato en el citoplasma como de la vía sin mevalonato en los plastidios a partir de pirofosfato de farnesilo o pirofosfato de geranilgeranilo. Enzimas como SMT, DWF4 y SMO median una serie de reacciones que transforman el cicloartenol en ecdisona. La exposición a la luz, las señales de desarrollo y los factores de estrés modulan la biosíntesis de ecdisona en las plantas.
¿Qué regula la hormona ecdisona?
ecdisona regula una amplia gama de procesos de desarrollo, fisiológicos y celulares (23):
-Crecimiento y muda en insectos inmaduros.
-Metamorfosis de larva a pupa y a adulta.
-Reproducción y producción de huevos en insectos adultos.
-Crecimiento, diferenciación celular y formación de órganos en plantas.
-Respuestas de adaptación al estrés en las plantas.
-Activación de la síntesis de compuestos de defensa en plantas.
-Expresión genética a través de receptores nucleares de ecdisona.
-Síntesis de proteínas y función enzimática.
-Metabolismo de lípidos, carbohidratos y proteínas.
-Homeostasis oxidativa y desintoxicación.
-Proliferación, diferenciación y apoptosis celular.
-Remodelación axonal y poda dendrítica en insectos.
-Comportamientos relacionados con la reproducción y la búsqueda de alimento.
¿Cuál es la diferencia entre la hormona juvenil y la ecdisona?
Si bien ambas son hormonas clave en los insectos, la hormona juvenil y la ecdisona tienen funciones contrastantes:
-La ecdisona inicia la muda y la metamorfosis, mientras que la hormona juvenil previene la metamorfosis.
-En las etapas preadultas, la ecdisona induce la muda mientras que la hormona juvenil suprime la maduración entre mudas.
-Los niveles altos de ecdisona y los niveles bajos de hormonas juveniles inducen la metamorfosis. La proporción opuesta mantiene el estadio larvario.
-La ecdisona es una hormona esteroide, mientras que la hormona juvenil es un sesquiterpenoide.
-La ecdisona se produce en las glándulas protorácicas, mientras que la hormona juvenil se sintetiza en los cuerpos allata.
-Los efectos de la ecdisona están mediados por receptores nucleares. La hormona juvenil utiliza receptores de membrana.
-Los niveles de ecdisona alcanzan su punto máximo en distintos momentos. La hormona juvenil tiene niveles fluctuantes relativamente bajos.
-En los adultos, la ecdisona impulsa la reproducción, mientras que la hormona juvenil regula los comportamientos relacionados con la búsqueda de alimento y la reproducción.
Su acción coordinada permite a los insectos realizar la transición entre etapas de la vida. La interacción entre la ecdisona y las hormonas juveniles garantiza el momento adecuado del desarrollo.
Conclusión
La ecdisona es una hormona multifuncional que coordina procesos de desarrollo diversos y complejos en insectos y plantas. Nuestra comprensión cada vez más profunda de las vías y funciones de señalización de la ecdisona continúa desentrañando su profunda influencia en la biología del organismo. Aprovechar las aplicaciones de la ecdisona en la agricultura, la medicina y la biotecnología es muy prometedor, pero también justifica una supervisión responsable en materia de eficacia, seguridad y consideraciones éticas. Es fundamental realizar más investigaciones y un diálogo abierto para crear un marco equilibrado que permita traducir la ciencia de la ecdisona en innovaciones efectivas en beneficio de la salud humana y el bienestar ecológico.
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Referencias
1. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4255510/
2.https: //www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0065280608600193
3. https://www.annualreviews.org/doi/10.1146/annurev-ento-020117-043231
4. https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2018.01248/full
