Las membranas celulares microbianas y el ADN se rompen a altas temperaturas, mientras que las proteínas sufren desnaturalización (un cambio en la forma que lleva a la pérdida de actividad biológica). Por ejemplo, las bacterias y los virus se eliminan de manera efectiva cuando la carne se calienta a más de 75 °C. Sin embargo, tales temperaturas no son suficientes para matar a los termófilos. Algunos hipertermófilos que viven cerca de manantiales calientes o ventilaciones hidrotermales en el fondo del mar pueden incluso sobrevivir y reproducirse en agua hirviendo. Entonces, ¿por qué estos arqueas: termófilos y hipertermófilos persisten en la zona prohibida de la vida?
Hidrocarburos Saturados y Enlaces Éter en Membranas Celulares
Los ácidos grasos en los fosfolípidos son insaturados. Su cola de hidrocarburo está doblada 30° por enlaces dobles carbono-carbono cis y es relativamente corta. Cuando forman una bicapa de fosfolípidos, la débil atracción intermolecular y los espacios conducen a una fuerte fluidez en la membrana celular que puede ser destruida inmediatamente por altas temperaturas. Por lo tanto, los termófilos y hipertermófilos producen una membrana celular de monocapa más robusta que otros organismos para soportar altas temperaturas. Dos moléculas de glicerol están unidas a dos ácidos grasos saturados ramificados más largos de alrededor de 40 átomos de carbono a través de enlaces éter. Una molécula es recta, aproximadamente tan larga como dos fosfolípidos. Están dispuestas de manera compacta para formar una membrana celular de monocapa muy gruesa que no se separa en el medio como una bicapa de fosfolípidos. La fluidez deficiente y la fuerte integridad son muy adecuadas para soportar altas temperaturas.
Núcleo Hidrofóbico de Proteínas y Aminoácidos
Las arqueas que viven en agua hirviendo tienen más aminoácidos hidrofóbicos para formar núcleos hidrofóbicos más grandes y empaquetados de manera más compacta en las proteínas, especialmente aminoácidos aromáticos con partes hidrofóbicas más grandes. En la superficie de la proteína, una abundancia de aminoácidos cargados forma enlaces iónicos y puentes salinos para mantener una forma estable. La cisteína es más prevalente en los termófilos, ya que se utiliza para construir enlaces disulfuro que pliegan y estabilizan las proteínas. El enlace disulfuro es ligeramente más débil que los enlaces covalentes, pero mucho más fuerte que los enlaces de hidrógeno. Estas características aseguran que las proteínas termófilas no perderán su actividad incluso en agua hirviendo.
ADN Estable🧬 en Termófilos y Hipertermófilos
Las parejas de bases G-C son más prevalentes en el ADN de los termófilos, ya que G y C tienen tres enlaces de hidrógeno, mientras que A y T solo tienen dos. El citoplasma es rico en iones metálicos y compuestos amínicos que disminuyen la repulsión de los grupos fosfato negativos en el ADN, lo que lleva a una doble hélice estable. Ciertos mecanismos especiales restringen la exposición directa del ADN a entornos acuosos: el ADN está unido a histonas resistentes al calor; enzimas catalizan el ADN en superenrollamientos positivos, una estructura más retorcida y compacta para evitar que los enlaces de hidrógeno en las bases se rompan. Los hipertermófilos han evolucionado ADN polimerasas y enzimas de reparación resistentes a altas temperaturas que pueden replicar, transcribir y reparar ADN en entornos extremos.