Kompatible Solute

Kompatible Solute sind organische Verbindungen. Sie besitzen eine geringe molare Masse, sind bei physiologischem pH-Wert elektrisch neutral, aber polar und weisen sich durch eine hohe Löslichkeit in Wasser aus. Die Bezeichnung kompatible Solute beschreibt die Eigenschaft der Osmolyte, auch bei hohen cytoplasmatische Konzentrationen nicht mit dem Zellstoffwechsel zu interferieren. Kompatible Solute gehören verschiedenen Stoffklassen an, welche charakteristisch für die unterschiedliche Salztoleranz der jeweiligen Organismen sind:

• Zucker (Trehalose und Saccharose) 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.
• Polyole (Glycerol, Arabitol, Inositol) treten bei halophilen Pilzen sowie bei salz-toleranten Pflanzen auf
• Aminosäuren und Aminosäurederivate sind für Organismen mit erhöhter Salztoleranz charakteristisch und können in Konzentrationen über 500 mM akkumuliert werden. Dazu gehören
  • Prolin,
  • die Tetrahydropyrimidinderivate Ectoin und Hydroxyectoin,
  • Glycinbetain,
  • acetylierte Diaminosäuren und Glutaminderivate.

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Die Akkumulation erfolgt durch de novo-Synthese und durch Aufnahme aus dem Medium. Die Aufnahme der Solute wird, wenn beide Möglichkeiten offen stehen, 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.