Modeling the effect of daytime duration on the biosynthesis of terpenoid precursors
Los terpenoides son sustancias químicas valiosas en las industrias farmacéutica, biotecnológica, cosmética y biomédica. Su biosíntesis se basa en la polimerización de monómeros de isopentenil difosfato (IPP) y/o dimetilalil difosfato (DMAPP), que las plantas sintetizan mediante la vía citosólica del...
| Autores principales: | , , , , , , , |
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| Formato: | info:ar-repo/semantics/artículo |
| Lenguaje: | Inglés |
| Publicado: |
Frontiers Media
2025
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| Materias: | |
| Acceso en línea: | http://hdl.handle.net/20.500.12123/22264 https://www.frontiersin.org/journals/plant-science/articles/10.3389/fpls.2024.1465030/full https://doi.org/10.3389/fpls.2024.1465030 |
| Sumario: | Los terpenoides son sustancias químicas valiosas en las industrias farmacéutica, biotecnológica, cosmética y biomédica. Su biosíntesis se basa en la polimerización de monómeros de isopentenil difosfato (IPP) y/o dimetilalil difosfato (DMAPP), que las plantas sintetizan mediante la vía citosólica del ácido mevalónico (MVA) y la vía plastídica del metileritritol-4-fosfato (MEP). La regulación circadiana afecta la actividad de las vías MVA y MEP en tres niveles: disponibilidad de sustrato, expresión génica de las enzimas de la vía y utilización de IPP y DMAPP para sintetizar terpenoides complejos. Existe una brecha en la comprensión de la interacción entre el ritmo circadiano y la dinámica y regulación de ambas vías. En este artículo, creamos un modelo matemático de las vías MVA y MEP en plantas que incorpora los efectos de los ritmos circadianos. Posteriormente, utilizamos el modelo para investigar cómo las variaciones anuales y latitudinales en el ritmo circadiano afectan la biosíntesis de IPP y DMAPP. Descubrimos que, a pesar de las fluctuaciones significativas en las horas de luz, la amplitud de las oscilaciones en las concentraciones de IPP y DMAPP se mantiene estable, lo que destaca la robustez del sistema. También examinamos el impacto de la eliminación de la regulación circadiana de diferentes partes del modelo en su comportamiento dinámico. Descubrimos que la regulación de la disponibilidad de sustrato de la vía por sí sola resulta en una mayor sensibilidad a los cambios en la luz diurna, mientras que la regulación de la expresión génica por sí sola conduce a oscilaciones de concentración de IPP/DMAPP menos robustas. Nuestros resultados sugieren que la regulación circadiana combinada de la disponibilidad de sustrato, la expresión génica y la utilización del producto, junto con los bucles reguladores específicos de MVA y MEP, crean un régimen operativo óptimo. Este régimen mantiene el flujo de la vía estrechamente acoplado a la demanda y estable a lo largo de un amplio rango de horas de luz, equilibrando el comportamiento dinámico de las vías y asegurando la robustez en respuesta a la demanda celular de IPP/DMAPP. |
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