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3.6: Organelos celulares - Biología

3.6: Organelos celulares - Biología


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Revisión de ribosomas

La figura ( PageIndex {1} ) representa una estructura importante en las células vivas. Es un componente de un ribosoma, la estructura celular donde se sintetizan las proteínas. Gran subunidad ribosómica (50S) de Haloarcula marismortui, frente a la subunidad 30S. Las proteínas ribosómicas se muestran en azul, el rRNA en ocre (un tono de marrón y amarillo), el sitio activo en rojo. Todas las células vivas contienen ribosomas, ya sean células procariotas o eucariotas. Sin embargo, solo las células eucariotas también contienen un núcleo y varios otros tipos de orgánulos.

Un orgánulo es una estructura dentro del citoplasma de una célula eucariota que está encerrada dentro de una membrana y realiza un trabajo específico. Los orgánulos están involucrados en muchas funciones celulares vitales. Los orgánulos en las células animales incluyen el núcleo, las mitocondrias, el retículo endoplásmico, el aparato de Golgi, las vesículas y las vacuolas. Los ribosomas no están encerrados dentro de una membrana, pero todavía se conocen comúnmente como orgánulos en las células eucariotas.

El núcleo

El núcleo es el orgánulo más grande de una célula eucariota y se considera el centro de control de la célula. Contiene la mayor parte del ADN de la célula, que forma los cromosomas y está codificado con las instrucciones genéticas para producir proteínas. La función del núcleo es regular la expresión génica, incluido el control de las proteínas que produce la célula. Además del ADN, el núcleo contiene un líquido espeso llamado nucleoplasma que es similar en composición al citosol que se encuentra en el citoplasma fuera del núcleo (Figura ( PageIndex {2} )). La mayoría de las células eucariotas contienen un solo núcleo, pero algunos tipos de células, como los glóbulos rojos, no contienen núcleo. Algunos otros tipos de células, como las células musculares, contienen múltiples núcleos.

Como puede ver en el modelo de la Figura ( PageIndex {2} ), la membrana que encierra el núcleo se llama membrana nuclear. En realidad, se trata de una doble membrana que encierra todo el orgánulo y aísla su contenido del citoplasma celular. Pequeños agujeros, llamados poros nucleares, permiten que las moléculas grandes atraviesen la envoltura nuclear con la ayuda de proteínas especiales. Las proteínas grandes y las moléculas de ARN deben poder atravesar la envoltura nuclear para que las proteínas puedan sintetizarse en el citoplasma y el material genético pueda mantenerse dentro del núcleo. los nucléolo que se muestra en el modelo a continuación está involucrado principalmente en el ensamblaje de ribosomas. Después de producirse en el nucleolo, los ribosomas se exportan al citoplasma donde participan en la síntesis de proteínas.

Mitocondrias

los mitocondria (plural, mitocondrias) es un orgánulo que hace que la energía esté disponible para la célula (Figura ( PageIndex {3} )). Esta es la razón por la que a veces se hace referencia a las mitocondrias como las plantas de energía de la célula. Usan energía de compuestos orgánicos como la glucosa para hacer moléculas de ATP (trifosfato de adenosina), una molécula portadora de energía que se usa casi universalmente dentro de las células para obtener energía.

Los científicos piensan que las mitocondrias alguna vez fueron organismos de vida libre porque contienen su propio ADN. Ellos teorizan que los antiguos procariotas infectaron (o fueron engullidos por) células procariotas más grandes, y los dos organismos desarrollaron una relación simbiótica que los benefició a ambos. Las células más grandes proporcionaron a los procariotas más pequeños un lugar para vivir. A cambio, las células más grandes obtuvieron energía extra de los procariotas más pequeños. Eventualmente, los procariotas más pequeños se convirtieron en huéspedes permanentes de las células más grandes, como orgánulos dentro de ellas. Esta teoría se llama teoría endosimbiótica, y es ampliamente aceptado por los biólogos hoy

Compartimentos mitocondriales

La naturaleza de doble membrana de las mitocondrias da como resultado cinco compartimentos distintos, cada uno con un papel importante en la respiración celular. Estos compartimentos son:

  1. la membrana mitocondrial externa,
  2. el espacio intermembrana (el espacio entre las membranas externa e interna),
  3. la membrana mitocondrial interna,
  4. las crestas (formadas por pliegues de la membrana interna), y
  5. la matriz (espacio dentro de la membrana interna).

Retículo endoplásmico

los retículo endoplásmico (ER) (plural, retículo) es una red de membranas de fosfolípidos que forman tubos huecos, láminas aplanadas y sacos redondos. Estos pliegues y sacos aplanados y huecos se denominan cisternas. La sala de emergencias tiene dos funciones principales:

  • Transporte: las moléculas, como las proteínas, pueden moverse de un lugar a otro dentro de la sala de emergencias, al igual que en una autopista intracelular.
  • Síntesis: los ribosomas que están adheridos al RE, de manera similar a los ribosomas no unidos, producen proteínas. Los lípidos también se producen en la sala de emergencias.

Hay dos tipos de retículo endoplásmico, retículo endoplásmico rugoso (RER) y retículo endoplásmico liso (SER):

  • Retículo endoplasmático rugoso está tachonado de ribosomas, lo que le da un aspecto "áspero". Estos ribosomas producen proteínas que luego se transportan desde el ER en pequeños sacos llamados vesículas de transporte. Las vesículas de transporte pellizcan los extremos del ER. El retículo endoplásmico rugoso trabaja con el aparato de Golgi para mover nuevas proteínas a sus destinos adecuados en la célula. La membrana del RER es continua con la capa exterior de la envoltura nuclear.
  • Retículo endoplasmático liso no tiene ribosomas adheridos, por lo que tiene una apariencia suave. SER tiene muchas funciones diferentes, algunas de las cuales incluyen la síntesis de lípidos, el almacenamiento de iones de calcio y la desintoxicación de fármacos. El retículo endoplásmico liso se encuentra tanto en células animales como vegetales y cumple diferentes funciones en cada una. El SER está formado por túbulos y vesículas que se ramifican para formar una red. En algunas células, hay áreas dilatadas como los sacos de RER. El retículo endoplásmico liso y el RER forman una red interconectada.

Aparato de Golgi

los Aparato de Golgi (Figura ( PageIndex {5} )) es un gran orgánulo que procesa proteínas y las prepara para su uso tanto dentro como fuera de la célula. Fue identificado en 1898 por el médico italiano Camillo Golgi. El aparato de Golgi modifica, clasifica y empaqueta diferentes sustancias para su secreción fuera de la célula o para su uso dentro de la célula. El aparato de Golgi se encuentra cerca del núcleo de la célula donde modifica las proteínas que se han liberado en las vesículas de transporte desde el retículo endoplásmico rugoso. También participa en el transporte de lípidos alrededor de la célula. Los pedazos de la membrana de Golgi se pellizcan para formar vesículas que transportan moléculas alrededor de la célula. Se puede pensar que el aparato de Golgi es similar a una oficina de correos; empaqueta y etiqueta "elementos" y luego los envía a diferentes partes de la celda. El aparato de Golgi tiende a ser más grande y más numeroso en las células que sintetizan y secretan grandes cantidades de materiales; por ejemplo, las células B plasmáticas y las células secretoras de anticuerpos del sistema inmunológico tienen complejos de Golgi prominentes.

El aparato de Golgi manipula productos del retículo endoplásmico rugoso (RE) y también produce nuevos orgánulos llamados lisosomas. Las proteínas y otros productos del RE se envían al aparato de Golgi, que las organiza, modifica, empaqueta y etiqueta. Algunos de estos productos se transportan a otras áreas de la célula y algunos se exportan desde la célula a través de exocitosis. Las proteínas enzimáticas se empaquetan como nuevos lisosomas.

La pila de cisternas tiene cuatro regiones funcionales: el red cis-Golgi, red de Golgi medial, endo-Golgi y trans-Golgi. Las vesículas del ER se fusionan con la red y posteriormente progresan a través de la pila desde el cis- al red trans-Golgi, donde son empaquetados y enviados a su destino. Cada cisterna incluye enzimas especiales de Golgi que modifican o ayudan a modificar las proteínas que viajan a través de ella. Las proteínas pueden modificarse mediante la adición de un grupo carbohidrato (glicosilación) o un grupo fosfato (fosforilación). Estas modificaciones pueden formar una secuencia señal en la proteína, que determina el destino final de la proteína. Por ejemplo, la adición de manosa-6-fosfato indica a la proteína los lisosomas.

Vesículas y vacuolas

Ambos vesículas y vacuolas son orgánulos en forma de saco que almacenan y transportan materiales en la célula. Las vesículas son mucho más pequeñas que las vacuolas y tienen una variedad de funciones. Las vesículas que se desprenden de las membranas del ER y del aparato de Golgi almacenan y transportan moléculas de proteínas y lípidos. Puede ver un ejemplo de este tipo de vesícula de transporte en la figura anterior. Algunas vesículas se utilizan como cámaras para reacciones bioquímicas. Otras vesículas incluyen:

  • Lisosomas, que utilizan enzimas para descomponer materias extrañas y células muertas.
  • Peroxisomas, que usan oxígeno para descomponer venenos.
  • Transportan vesículas, transportan contenidos entre orgánulos y entre el exterior y el interior de la célula.

Centriolos

Centriolos son orgánulos implicados en la división celular. La función de los centríolos es ayudar a organizar los cromosomas antes de que se produzca la división celular, de modo que cada célula hija tenga el número correcto de cromosomas después de que la célula se divida. Los centríolos se encuentran solo en células animales y se encuentran cerca del núcleo. Cada centríolo está compuesto principalmente por una proteína llamada tubulina. El centríolo tiene forma cilíndrica y consta de muchos microtúbulos, como se muestra en el modelo que se muestra a continuación.

Ribosomas

Los ribosomas son pequeñas estructuras donde se producen las proteínas. Aunque no están encerrados dentro de una membrana, con frecuencia se les considera orgánulos. Cada ribosoma está formado por dos subunidades, como la que se muestra en la parte superior de esta sección. Ambas subunidades constan de proteínas y ARN. El ARN del núcleo lleva el código genético, copiado del ADN, que permanece en el núcleo. En el ribosoma, el código genético del ARN se usa para ensamblar y unir aminoácidos para producir proteínas. Los ribosomas se pueden encontrar solos o en grupos dentro del citoplasma, así como en el RER.

Revisar

  1. Definir orgánulo.
  2. Describe la estructura y función del núcleo.
  3. Explica cómo el núcleo, los ribosomas, el retículo endoplásmico rugoso y el aparato de Golgi trabajan juntos para producir y transportar proteínas.
  4. ¿Por qué se hace referencia a las mitocondrias como las plantas de energía de la célula?
  5. ¿Qué papel juegan las vesículas y las vacuolas?
  6. ¿Por qué todas las células necesitan ribosomas, incluso las células procariotas que carecen de núcleo y otros orgánulos celulares?
  7. Explique la teoría endosimbiótica en lo que respecta a las mitocondrias. ¿Cuál es una pieza de evidencia que apoya esta teoría?
  8. Los lisosomas y peroxisomas son tipos de:
    1. A. Organelos
    2. B. Vesículas
    3. C. Vacuolas
    4. D. Tanto A como B
  9. ¿Cuál de los siguientes orgánulos encaja mejor con cada descripción de función? Elija solo un orgánulo para cada respuesta: aparato de Golgi, centriolos, nucleolo, núcleo, retículo endoplásmico rugoso
    1. una. Contiene las instrucciones genéticas para la producción de proteínas.
    2. B. Organiza los cromosomas antes de la división celular.
    3. C. Proporciona un marco para los ribosomas.
    4. D. Envases y etiquetas de proteínas
    5. mi. Ensambla ribosomas
  10. Verdadero o falso. Todas las células eucariotas tienen un núcleo.
  11. Verdadero o falso. La superficie exterior del núcleo de una célula eucariota no es completamente sólida.

3.6: Organelos celulares - Biología

¿Ha escuchado alguna vez la frase & # 8220 la forma sigue a la función? & # 8221 Es una filosofía que se practica en muchas industrias. En arquitectura, esto significa que los edificios deben construirse para apoyar las actividades que se llevarán a cabo en su interior. Por ejemplo, se debe construir un rascacielos con varios bancos de ascensores. Se debe construir un hospital para que su sala de emergencias sea fácilmente accesible.

Nuestro mundo natural originó el principio de forma siguiendo a la función, especialmente en biología celular, y esto se aclarará a medida que exploremos las células eucariotas. A diferencia de las células procariotas, células eucariotas tienen: (1) un núcleo unido a la membrana (2) numerosos grupos unidos a la membrana orgánulos—Como el retículo endoplásmico, aparato de Golgi, cloroplastos, mitocondrias y otros y (3) varios cromosomas en forma de bastón. Debido a que el núcleo de una célula eucariota está rodeado por una membrana, a menudo se dice que tiene un núcleo verdadero. La palabra 8221 significa órgano pequeño y, como ya se mencionó, Los orgánulos tienen funciones celulares especializadas, al igual que los órganos de su cuerpo tienen funciones especializadas.

Figura 1. Estas figuras muestran los orgánulos principales y otros componentes celulares de (a) una célula animal típica y (b) una célula vegetal eucariota típica. La célula vegetal tiene una pared celular, cloroplastos, plastidios y una vacuola central, estructuras que no se encuentran en las células animales. Las células vegetales no tienen lisosomas ni centrosomas.


Los orgánulos se pueden dividir en tres tipos.

En este artículo, vamos a dividir estos orgánulos / estructuras en tres tipos:

1. Orgánulos generales que están presentes en las células animales y vegetales todo el tiempo: membrana celular, citosol, citoplasma, núcleo, mitocondria, retículo endoplásmico rugoso y liso, aparato de Golgi, peroxisoma, lisosoma y citoesqueleto.

2. Orgánulos temporales que solo se encuentran en etapas específicas del ciclo de vida de la célula: cromosoma, centrosoma, autofagosoma y endosoma.

3. Organelos que solamente existir en el células vegetales - cloroplasto, vacuola central y pared celular.

Muchos orgánulos / estructuras únicos solo existen en tipos de células específicos. Por ejemplo, las vacuolas alimentarias en las amebas y los tricocistos en los paramecios, que no se encuentran en las células humanas. Por otro lado, algunas células humanas también tienen orgánulos únicos que no se pueden encontrar en ningún otro lugar, como los cuerpos de Weibel-Palade en las células de los vasos sanguíneos.


3.6: Organelos celulares - Biología

La Tabla 1 proporciona los componentes de las células procariotas y eucariotas y sus respectivas funciones.

Tabla 1. Componentes de células procariotas y eucariotas y sus funciones
Componente de celda Función ¿Presente en procariotas? ¿Presente en células animales? ¿Presente en las células vegetales?
Membrana de plasma Separa la célula del entorno externo controla el paso de moléculas orgánicas, iones, agua, oxígeno y desechos dentro y fuera de la célula.
Citoplasma Proporciona estructura al sitio celular de muchas reacciones metabólicas. Medio en el que se encuentran los orgánulos.
Nucleoide Ubicación del ADN No No
Núcleo Orgánulo celular que alberga el ADN y dirige la síntesis de ribosomas y proteínas. No
Ribosomas Síntesis de proteínas
Mitocondrias Producción de ATP / respiración celular No
Peroxisomas Oxida y descompone los ácidos grasos y aminoácidos y desintoxica los venenos. No
Vesículas y vacuolas Función digestiva de almacenamiento y transporte en células vegetales No
Centrosoma Papel no especificado en la división celular en células animales fuente de microtúbulos en células animales No No
Lisosomas Digestión de macromoléculas reciclado de orgánulos desgastados No No
Pared celular Protección, soporte estructural y mantenimiento de la forma celular. Sí, principalmente peptidoglicano en bacterias, pero no en arqueas. No Sí, principalmente celulosa
Cloroplastos Fotosíntesis No No
Retículo endoplásmico Modifica proteínas y sintetiza lípidos No
Aparato de Golgi Modifica, clasifica, etiqueta, empaqueta y distribuye lípidos y proteínas No
Citoesqueleto Mantiene la forma de la célula, asegura los orgánulos en posiciones específicas, permite que el citoplasma y las vesículas se muevan dentro de la célula y permite que los organismos unicelulares se muevan de forma independiente
Flagelos Locomoción celular Algunos Algunos No, a excepción de algunos espermatozoides de plantas.
Cilios Locomoción celular, movimiento de partículas a lo largo de la superficie extracelular de la membrana plasmática y filtración. No Algunos No

Como una célula procariota, una célula eucariota tiene una membrana plasmática, citoplasma y ribosomas, pero una célula eucariota es típicamente más grande que una célula procariota, tiene un núcleo verdadero (lo que significa que su ADN está rodeado por una membrana) y tiene otra membrana. orgánulos unidos que permiten la compartimentación de funciones. La membrana plasmática es una bicapa de fosfolípidos incrustada con proteínas. El nucleolo dentro del núcleo es el sitio para el ensamblaje de los ribosomas. Los ribosomas se encuentran en el citoplasma o están unidos al lado citoplasmático de la membrana plasmática o retículo endoplásmico. Realizan síntesis de proteínas. Las mitocondrias realizan la respiración celular y producen ATP. Los peroxisomas descomponen los ácidos grasos, los aminoácidos y algunas toxinas. Las vesículas y las vacuolas son compartimentos de almacenamiento y transporte. En las células vegetales, las vacuolas también ayudan a descomponer las macromoléculas.

Las células animales también tienen un centrosoma y lisosomas. El centrosoma tiene dos cuerpos, los centríolos, con un papel desconocido en la división celular. Los lisosomas son los orgánulos digestivos de las células animales.

Las células vegetales tienen una pared celular, cloroplastos y una vacuola central. La pared celular vegetal, cuyo componente principal es la celulosa, protege la célula, proporciona soporte estructural y da forma a la célula. La fotosíntesis tiene lugar en los cloroplastos. La vacuola central se expande, agrandando la célula sin necesidad de producir más citoplasma.

El sistema de endomembranas incluye la envoltura nuclear, el retículo endoplásmico, el aparato de Golgi, los lisosomas, las vesículas y la membrana plasmática. Estos componentes celulares trabajan juntos para modificar, empaquetar, etiquetar y transportar lípidos y proteínas de la membrana.

El citoesqueleto tiene tres tipos diferentes de elementos proteicos. Los microfilamentos aportan rigidez y forma a la célula y facilitan los movimientos celulares. Los filamentos intermedios soportan tensión y anclan el núcleo y otros orgánulos en su lugar. Los microtúbulos ayudan a la célula a resistir la compresión, sirven como pistas para las proteínas motoras que mueven las vesículas a través de la célula y empujan los cromosomas replicados hacia los extremos opuestos de una célula en división. También son los elementos estructurales de centriolos, flagelos y cilios.

Las células animales se comunican a través de sus matrices extracelulares y están conectadas entre sí mediante uniones estrechas, desmosomas y uniones gap. Las células vegetales están conectadas y se comunican entre sí mediante plasmodesmos.

Pregunta de práctica

En el contexto de la biología celular, ¿qué queremos decir con la forma sigue a la función? ¿Cuáles son al menos dos ejemplos de este concepto?


Orgánulos celulares

Utilice estas tarjetas didácticas para ayudar a memorizar información. Mire la tarjeta grande e intente recordar lo que hay en el otro lado. Luego haga clic en la tarjeta para darle la vuelta. Si conocía la respuesta, haga clic en el cuadro verde Conocer. De lo contrario, haga clic en el cuadro rojo No lo sé.

Cuando haya colocado siete o más tarjetas en el cuadro No sé, haga clic en "reintentar" para probar esas tarjetas nuevamente.

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Cuando necesite un descanso, pruebe una de las otras actividades enumeradas debajo de las flashcards como Matching, Snowman o Hungry Bug. Aunque puede parecer que estás jugando, tu cerebro todavía está haciendo más conexiones con la información para ayudarte.


Micrografías de electrones

21 Célula de plasma Ver diapositiva virtual EM
Esta micrografía electrónica muestra una célula secretora típica, una célula plasmática, que secreta proteína inmunoglobulina. Muchos de los principales tipos de orgánulos celulares son visibles en esta imagen. En el núcleo, se pueden identificar fácilmente áreas de eucromatina y heterocromatina. Utilice estas micrografías para revisar la estructura de los orgánulos. Asegúrese de reconocer las secciones favorables de los núcleos, las mitocondrias y el RE rugoso.

11 Envolvente nuclear - Sección transversal Ver diapositiva virtual EM
Esta micrografía electrónica muestra muy bien la doble membrana de la envoltura nuclear, incluidos algunos poros nucleares.

12 páncreas rugoso ER Ver diapositiva virtual EM
Esta micrografía electrónica muestra las típicas cisternas planas del retículo endoplásmico rugoso, que están tachonadas de ribosomas.

13 Aparato de Golgi - Páncreas exocrino Ver diapositiva virtual EM
El aparato de Golgi parece bastante inusual en esta micrografía electrónica. Esto se debe a las pilas agrandadas de cisternas (vacuolas de Golgi), que distorsionan la apariencia del complejo de Golgi.

227 Páncreas exocrino, detalle del acino Organelos de la vía secretoray ampView Virtual EM Slide
Las células acinares pancreáticas, como se muestra en esta micrografía electrónica, son células altamente especializadas para la secreción de proteínas. Por tanto, todos los orgánulos de la vía secretora de proteínas están bien representados y son claramente visibles en esta micrografía.

14 centriolos Ver diapositiva virtual EM
Esta imagen muestra dos centriolos, que representan la estructura central del centro organizador de microtúbulos (MTOC). Algunos microtúbulos también son visibles en las proximidades.

155 cilios Ver diapositiva virtual EM
Secciones transversales de cilios. La disposición típica 9 + 2 de los microtúbulos es especialmente evidente en EM # 156.

156 cilios: corte transversal en la tráquea humana Ver diapositiva virtual EM
Secciones transversales de cilios. La disposición típica 9 + 2 de los microtúbulos es especialmente evidente. Los cuerpos basales son centriolos y tienen 9 tripletes de microtúbulos sin par central.

170 Riñón - Corteza, tuble proximal Borde en cepilloVer diapositiva virtual EM
Esta micrografía EM muestra la apariencia típica de microvellosidades en la superficie apical de dos tipos de células con un borde estriado o en cepillo. Se muestra la célula de revestimiento epitelial de un túbulo proximal en el riñón.

213 Intestino delgado: microvellosidades Ver diapositiva virtual EM
Estudiar el aspecto típico de las microvellosidades en la superficie apical de esta célula que forma parte del borde estriado o en cepillo del intestino delgado.

16 Epitelio - Desmosoma y filamentos intermedios Ver diapositiva virtual EM
Se puede ver un desmosoma en la esquina superior derecha de esta micrografía electrónica de transmisión. El citoplasma está lleno de filamentos intermedios (tonofilamentos), algunos de los cuales están adheridos a la placa desmosómica.


El equipo utiliza biología sintética para dilucidar las complejidades de la función celular

Se utilizan simulaciones multiescala de sistemas a gran escala para identificar las condiciones ideales para la formación de orgánulos sin membrana en solución debido a la asociación preferida de proteínas funcionalizadas. Los modelos computacionales van desde simulaciones de partículas de cientos de miles de proteínas que interactúan hasta simulaciones de proteínas individuales con todos los detalles atomísticos. Crédito: Universidad Estatal de Arizona

Giovanna Ghirlanda y Matthias Heyden de la Universidad Estatal de Arizona, profesores de la Facultad de Ciencias Moleculares, y Sara Vaiana, profesora del Departamento de Física, están viendo nuestras células a través de una nueva lente que les permite obtener una visión novedosa de los mecanismos de varias actividades celulares.

Además de los orgánulos revestidos de membrana (el núcleo, las mitocondrias y el aparato de Golgi, por nombrar algunos), las células eucariotas albergan una variedad de compartimentos que carecen de una carcasa. Estos glóbulos líquidos a base de proteínas, llamados orgánulos sin membrana, llevan a cabo varias funciones celulares que serían menos eficientes o no serían posibles en el citoplasma. Y los investigadores ahora están aprendiendo que los orgánulos sin membrana podrían desempeñar un papel en la agregación de proteínas asociadas con la enfermedad, por ejemplo, el Alzheimer.

Ghirlanda, Heyden y Vaiana están explorando la biofísica que sustenta la formación de estos orgánulos y utilizando la información para diseñar otros artificiales. Su investigación explora un método innovador para lograr la compartimentación, con aplicaciones previsibles tanto en biología sintética como en catálisis.

En la última década, los investigadores han aprendido que un fenómeno conocido como separación de fase líquido-líquido (LLPS) gobierna la formación y función de varias de estas grandes estructuras sin membranas. La imagen emergente del interior de la célula es que el citoplasma y el nucleoplasma son fluidos complejos que pueden segregarse de manera estable, similar al aceite y el vinagre. Tomando prestados conocimientos de campos como la química física y la física de la materia blanda, donde las teorías que explican la separación de fases líquido-líquido han informado el desarrollo de productos que van desde estabilizadores en alimentos procesados ​​hasta cosméticos, desde ungüentos terapéuticos hasta pinturas, los biólogos ahora están desarrollando una nueva comprensión de las casi dos docenas de tipos de estructuras sin membranas caracterizadas hasta ahora.

La importancia de estas estructuras es cada vez más clara. Estas estructuras sin membranas se forman a través de la separación de fase líquido-líquido de biopolímeros como proteínas y ARN, típicamente en respuesta a un estímulo.

El equipo está investigando si LLPS se puede explotar para generar orgánulos sin membrana diseñados capaces de realizar funciones catalíticas complejas. Las aplicaciones de estas nuevas estructuras van desde mejorar la eficiencia de las cascadas de enzimas in vitro para aplicaciones industriales, hasta proporcionar una alternativa técnicamente simple y atractiva a las cápsulas de proteínas y los liposomas en células artificiales.

"Si tiene éxito, nuestro método resultará en una forma sencilla de obtener orgánulos sin membrana simplemente fusionando etiquetas diseñadas a las enzimas elegidas", explica Ghirlanda. "Además, nuestros métodos computacionales proporcionarán una forma de adaptar las secuencias de las etiquetas a las enzimas".

El trabajo simultáneo en el laboratorio de Ghirlanda se centra en el diseño de metaloproteínas artificiales. A largo plazo, su objetivo es generar orgánulos que contengan metaloenzimas artificiales capaces de catalizar la producción de hidrógeno y la reducción de dióxido de carbono.

El trabajo en el laboratorio de Heyden se centra en el establecimiento de métodos para la simulación por computadora de entornos abarrotados, como los que se encuentran en los orgánulos sin membrana: la investigación actual del equipo ha demostrado ser un gran campo de pruebas para estos métodos.

El laboratorio de Vaiana trabaja en la separación de fases en lo que respecta a las enfermedades neurodegenerativas. En este contexto, están estableciendo métodos biofísicos para caracterizar LLPS in vitro e in vivo. Están aplicando sus métodos a LLPS para ayudar a caracterizar los orgánulos sin membrana e identificar interacciones críticas que sustentan las transiciones de fase para cada secuencia.

Comprender el mecanismo y cuantificar las fuerzas impulsoras que conducen a la agregación de proteínas amiloides y la enfermedad podría conducir a una cura desesperadamente necesaria para la enfermedad de Alzheimer.

El trío (tres profesores) recibió recientemente una beca EAGER de la National Science Foundation para continuar su investigación. EAGER de NSF fue diseñado específicamente para la investigación potencialmente transformadora que explora nuevos temas, diferentes métodos o enfoques interdisciplinarios, exactamente lo que uno esperaría de una investigación innovadora.

En resumen, ver el entorno celular interno como un fluido que contiene múltiples gotas de líquido que funcionan como orgánulos sin membrana marca un punto de inflexión en la comprensión de la biología celular. El concepto es joven, y cómo y por qué la separación de fases líquido-líquido organiza el espacio intercelular siguen siendo preguntas abiertas. Pero ya está claro que el fenómeno sustenta la formación y funcionalidad de un número creciente de orgánulos sin membrana observados durante mucho tiempo. Con esta investigación, el equipo tiene como objetivo explotar este fenómeno para aplicaciones en catálisis y biología sintética.


Ver el vídeo: Organelos celulares (Mayo 2022).


Comentarios:

  1. Serena

    No hace falta decir nada.

  2. Dolphus

    Autor, leer comentarios, todo spam

  3. Quin

    En mi opinión, estás equivocado. Vamos a discutir. Envíeme un correo electrónico a PM, hablaremos.



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