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5.5: El sistema de endomembranas y las proteínas - Biología

5.5: El sistema de endomembranas y las proteínas - Biología



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Habilidades para desarrollar

  • Enumere los componentes del sistema de endomembranas
  • Reconocer la relación entre el sistema de endomembranas y sus funciones.

El sistema de endomembranas (endo = "dentro") es un grupo de membranas y orgánulos (Figura ( PageIndex {1} )) en las células eucariotas que trabaja en conjunto para modificar, empaquetar y transportar lípidos y proteínas. Incluye la envoltura nuclear, los lisosomas y las vesículas, que ya hemos mencionado, y el retículo endoplásmico y el aparato de Golgi, que cubriremos en breve. Aunque no técnicamente dentro de la célula, la membrana plasmática está incluida en el sistema de endomembranas porque, como verá, interactúa con los otros orgánulos endomembranosos. El sistema de endomembranas no incluye las membranas de las mitocondrias ni de los cloroplastos.

Conexión de arte

Si una proteína de la membrana periférica se sintetizara en el lumen (interior) del RE, ¿terminaría en el interior o el exterior de la membrana plasmática?

El retículo endoplásmico

El retículo endoplásmico (RE) (Figura ( PageIndex {1} )) es una serie de sacos y túbulos membranosos interconectados que modifican colectivamente proteínas y sintetizan lípidos. Sin embargo, estas dos funciones se realizan en áreas separadas del ER: el ER rugoso y el ER suave, respectivamente.

La porción hueca de los túbulos del RE se llama luz o espacio cisternal. La membrana del RE, que es una bicapa de fosfolípidos incrustada con proteínas, es continua con la envoltura nuclear.

ER áspero

El retículo endoplásmico rugoso (RER) se llama así porque los ribosomas adheridos a su superficie citoplásmica le dan una apariencia tachonada cuando se mira a través de un microscopio electrónico (Figura ( PageIndex {2} )).

Los ribosomas transfieren sus proteínas recién sintetizadas al lumen del RER donde sufren modificaciones estructurales, como el plegamiento o la adquisición de cadenas laterales. Estas proteínas modificadas se incorporarán a las membranas celulares, la membrana del RE o las de otros orgánulos, o se secretarán de la célula (como hormonas proteicas, enzimas). El RER también produce fosfolípidos para las membranas celulares.

Si los fosfolípidos o las proteínas modificadas no están destinadas a permanecer en el RER, llegarán a su destino a través de vesículas de transporte que brotan de la membrana del RER (Figura ( PageIndex {1} )).

Dado que el RER se dedica a modificar proteínas (como las enzimas, por ejemplo) que serán secretadas por la célula, estaría en lo correcto al suponer que el RER es abundante en las células que secretan proteínas. Este es el caso de las células del hígado, por ejemplo.

ER suave

El retículo endoplásmico liso (SER) es continuo con el RER pero tiene pocos o ningún ribosoma en su superficie citoplásmica (Figura ( PageIndex {1} )). Las funciones del SER incluyen la síntesis de carbohidratos, lípidos y hormonas esteroides; desintoxicación de medicamentos y venenos; y almacenamiento de iones de calcio.

En las células musculares, un SER especializado llamado retículo sarcoplásmico es responsable del almacenamiento de los iones de calcio necesarios para desencadenar las contracciones coordinadas de las células musculares.

Video ( PageIndex {1} ): Puede ver una excelente animación del sistema de endomembranas aquí. Al final de la animación, hay una breve autoevaluación.

Conexión profesional: Cardiólogo:

La enfermedad cardíaca es la principal causa de muerte en los Estados Unidos. Esto se debe principalmente a nuestro estilo de vida sedentario y nuestras dietas ricas en grasas trans.

La insuficiencia cardíaca es solo una de las muchas afecciones cardíacas discapacitantes. La insuficiencia cardíaca no significa que el corazón haya dejado de funcionar. Más bien, significa que el corazón no puede bombear con la fuerza suficiente para transportar sangre oxigenada a todos los órganos vitales. Si no se trata, la insuficiencia cardíaca puede provocar insuficiencia renal e insuficiencia de otros órganos.

La pared del corazón está compuesta por tejido de músculo cardíaco. La insuficiencia cardíaca ocurre cuando la retícula endoplásmica de las células del músculo cardíaco no funciona correctamente. Como resultado, se dispone de un número insuficiente de iones calcio para activar una fuerza contráctil suficiente.

Los cardiólogos (cardi- = “corazón”; -ólogo = “uno que estudia”) son médicos que se especializan en el tratamiento de enfermedades cardíacas, incluida la insuficiencia cardíaca. Los cardiólogos pueden hacer un diagnóstico de insuficiencia cardíaca mediante un examen físico, los resultados de un electrocardiograma (ECG, una prueba que mide la actividad eléctrica del corazón), una radiografía de tórax para ver si el corazón está agrandado y otras pruebas. Si se diagnostica insuficiencia cardíaca, el cardiólogo generalmente prescribirá los medicamentos adecuados y recomendará una reducción en la ingesta de sal de mesa y un programa de ejercicio supervisado.

El aparato de Golgi

Ya hemos mencionado que las vesículas pueden brotar del ER y transportar su contenido a otra parte, pero ¿adónde van las vesículas? Antes de llegar a su destino final, los lípidos o proteínas dentro de las vesículas de transporte aún deben clasificarse, empaquetarse y etiquetarse para que terminen en el lugar correcto. La clasificación, etiquetado, empaquetado y distribución de lípidos y proteínas tiene lugar en el aparato de Golgi (también llamado cuerpo de Golgi), una serie de membranas aplanadas (Figura ( PageIndex {3} )).

El lado receptor del aparato de Golgi se llama cis cara. El lado opuesto se llama trans cara. Las vesículas de transporte que se formaron a partir del ER viajan al cis cara, fusionarse con ella y vaciar su contenido en la luz del aparato de Golgi. A medida que las proteínas y los lípidos viajan a través del Golgi, se someten a modificaciones adicionales que les permiten clasificarlos. La modificación más frecuente es la adición de cadenas cortas de moléculas de azúcar. Estas proteínas y lípidos recientemente modificados se etiquetan con grupos fosfato u otras moléculas pequeñas para que puedan dirigirse a sus destinos adecuados.

Finalmente, las proteínas modificadas y etiquetadas se empaquetan en vesículas secretoras que brotan del trans cara del Golgi. Mientras que algunas de estas vesículas depositan su contenido en otras partes de la célula donde serán utilizadas, otras vesículas secretoras se fusionan con la membrana plasmática y liberan su contenido fuera de la célula.

En otro ejemplo de función siguiente a la forma, las células que participan en una gran cantidad de actividad secretora (como las células de las glándulas salivales que secretan enzimas digestivas o las células del sistema inmunológico que secretan anticuerpos) tienen abundancia de Golgi.

En las células vegetales, el aparato de Golgi tiene la función adicional de sintetizar polisacáridos, algunos de los cuales se incorporan a la pared celular y otros se utilizan en otras partes de la célula.

Conexión profesional: genetista

Muchas enfermedades surgen de mutaciones genéticas que impiden la síntesis de proteínas críticas. Una de esas enfermedades es la enfermedad de Lowe (también llamada síndrome oculocerebrorenal, porque afecta los ojos, el cerebro y los riñones). En la enfermedad de Lowe, hay una deficiencia en una enzima localizada en el aparato de Golgi. Los niños con enfermedad de Lowe nacen con cataratas, generalmente desarrollan enfermedad renal después del primer año de vida y pueden tener capacidades mentales deterioradas.

La enfermedad de Lowe es una enfermedad genética causada por una mutación en el cromosoma X. El cromosoma X es uno de los dos cromosomas sexuales humanos, ya que estos cromosomas determinan el sexo de una persona. Las mujeres poseen dos cromosomas X, mientras que los hombres poseen un cromosoma X y uno Y. En las mujeres, se expresan los genes de solo uno de los dos cromosomas X. Por lo tanto, las mujeres que portan el gen de la enfermedad de Lowe en uno de sus cromosomas X tienen una probabilidad del 50/50 de tener la enfermedad. Sin embargo, los machos solo tienen un cromosoma X y los genes de este cromosoma siempre se expresan. Por lo tanto, los hombres siempre tendrán la enfermedad de Lowe si su cromosoma X porta el gen de la enfermedad de Lowe. Se ha identificado la ubicación del gen mutado, así como la ubicación de muchas otras mutaciones que causan enfermedades genéticas. A través de las pruebas prenatales, una mujer puede averiguar si el feto que está embarazada puede estar afectado por una de varias enfermedades genéticas.

Los genetistas analizan los resultados de las pruebas genéticas prenatales y pueden asesorar a las mujeres embarazadas sobre las opciones disponibles. También pueden realizar investigaciones genéticas que conduzcan a nuevos medicamentos o alimentos, o realizar análisis de ADN que se utilizan en investigaciones forenses.

Lisosomas

Además de su papel como el componente digestivo y la instalación de reciclaje de orgánulos de las células animales, los lisosomas se consideran parte del sistema de endomembranas. Los lisosomas también usan sus enzimas hidrolíticas para destruir patógenos (organismos que causan enfermedades) que podrían ingresar a la célula. Un buen ejemplo de esto ocurre en un grupo de glóbulos blancos llamados macrófagos, que son parte del sistema inmunológico de su cuerpo. En un proceso conocido como fagocitosis o endocitosis, una sección de la membrana plasmática del macrófago invagina (se pliega) y engulle un patógeno. La sección invaginada, con el patógeno en el interior, se desprende de la membrana plasmática y se convierte en una vesícula. La vesícula se fusiona con un lisosoma. Las enzimas hidrolíticas del lisosoma luego destruyen el patógeno (Figura ( PageIndex {4} )).

Resumen

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

El RER modifica proteínas y sintetiza fosfolípidos utilizados en las membranas celulares. El SER sintetiza carbohidratos, lípidos y hormonas esteroides; se dedica a la desintoxicación de medicamentos y venenos; y almacena iones de calcio. La clasificación, etiquetado, empaquetado y distribución de lípidos y proteínas tiene lugar en el aparato de Golgi. Los lisosomas son creados por la gemación de las membranas del RER y Golgi. Los lisosomas digieren macromoléculas, reciclan orgánulos desgastados y destruyen patógenos.

Conexiones de arte

[enlace] Si una proteína de la membrana periférica se sintetizara en el lumen (interior) del RE, ¿terminaría en el interior o el exterior de la membrana plasmática?

[enlace] Terminaría en el exterior. Una vez que la vesícula atraviesa el aparato de Golgi y se fusiona con la membrana plasmática, se vuelve del revés.

sistema endomembranoso
grupo de orgánulos y membranas en células eucariotas que trabajan juntas modificando, empaquetando y transportando lípidos y proteínas
retículo endoplásmico (RE)
serie de estructuras membranosas interconectadas dentro de células eucariotas que modifican colectivamente proteínas y sintetizan lípidos
Aparato de Golgi
orgánulo eucariota formado por una serie de membranas apiladas que clasifican, etiquetan y empaquetan lípidos y proteínas para su distribución
retículo endoplásmico rugoso (RER)
Región del retículo endoplásmico que está tachonada con ribosomas y participa en la modificación de proteínas y la síntesis de fosfolípidos.
retículo endoplásmico liso (SER)
región del retículo endoplásmico que tiene pocos o ningún ribosoma en su superficie citoplásmica y sintetiza carbohidratos, lípidos y hormonas esteroides; desintoxica ciertos químicos (como pesticidas, conservantes, medicamentos y contaminantes ambientales) y almacena iones de calcio

5.5 & # 8211 Procariotas beneficiosos

Al final de esta sección, podrá hacer lo siguiente:

  • Explicar la necesidad de la fijación de nitrógeno y cómo se logra.
  • Describir los efectos beneficiosos de las bacterias que colonizan nuestra piel y tracto digestivo.
  • Identificar procariotas utilizados durante el procesamiento de alimentos.
  • Describir el uso de procariotas en la biorremediación.

Afortunadamente, ¡solo unas pocas especies de procariotas son patógenas! Los procariotas también interactúan con los seres humanos y otros organismos de diversas formas que son beneficiosas. Por ejemplo, los procariotas son los principales participantes en los ciclos del carbono y el nitrógeno. Producen o procesan nutrientes en el tracto digestivo de humanos y otros animales. Los procariotas se utilizan en la producción de algunos alimentos para humanos y también se han reclutado para la degradación de materiales peligrosos. De hecho, ¡nuestra vida no sería posible sin los procariotas!


Abstracto

Recientemente se ha identificado un plastidio no fotosintético vestigial en parásitos protozoarios del filo Apicomplexa. El plastidio apicomplexano, o & # x0201capicoplast, & # x0201d es indispensable, pero la secuencia completa de ambos Plasmodium falciparum y Toxoplasma gondii Los genomas de apicoplast no han ofrecido ninguna pista sobre qué función metabólica esencial podría realizar este orgánulo en los parásitos. Para investigar las posibles funciones del apicoplasto, buscamos identificar genes codificados en el núcleo cuyos productos se dirigen al apicoplasto en Plasmodium y Toxoplasma. Aquí describimos genes nucleares que codifican proteínas ribosomales S9 y L28 y las enzimas biosintéticas de ácidos grasos, proteína transportadora acil (ACP), & # x003b2-cetoacil-ACP sintasa III (FabH) y & # x003b2-hidroxiacil-ACP deshidratasa (FabZ). Estos genes muestran una gran similitud con los homólogos de plastidios, y la inmunolocalización de S9 y ACP verifica que las proteínas se acumulen en el plastidio. Todas las proteínas supuestamente dirigidas a apicoplasto portan presecuencias N-terminales consistentes con el direccionamiento de plastidios, y se ha demostrado que la presecuencia de ACP es suficiente para apuntar a un reportero de proteína fluorescente verde recombinante al apicoplasto en transgénicos. T. gondii. La localización de ACP, y muy probablemente de FabH y FabZ, en el apicoplasto implica la biosíntesis de ácidos grasos como una función probable del apicoplasto. Además, la inhibición de P. falciparum el crecimiento por tiolactomicina, un inhibidor de FabH, indica un papel vital para la biosíntesis de ácidos grasos de apicoplasto. Debido a que los genes de biosíntesis de ácidos grasos identificados aquí son de un tipo bacteriano de plastidios y distintos de los de la vía equivalente en animales, la biosíntesis de ácidos grasos es potencialmente un objetivo excelente para las terapias dirigidas contra la malaria, la toxoplasmosis y otras enfermedades mediadas por apicomplexano.

El filo Apicomplexa es un grupo de endoparásitos obligados que incluye Plasmodium spp. (los agentes causantes de la malaria), Toxoplasma gondii (un patógeno oportunista importante asociado con el SIDA y los defectos de nacimiento congénitos), y varios otros parásitos de importancia médica y económica (Cryptosporidium, Eimeria, Babesia, y Theileria). Recientemente se ha demostrado que estos parásitos contienen un plastidio (1 & # x020135), conocido como apicoplasto, y la evidencia disponible sugiere que las 4.500 especies de apicomplexan, que parasitan a diversos grupos de animales, incluidos moluscos, gusanos, insectos y vertebrados (6 ), probablemente albergue este orgánulo (4, 7). El apicoplasto es indispensable en Toxoplasma (8) y Plasmodium (9), lo que probablemente explica su aparente ubicuidad en Apicomplexa.

El origen del apicoplasto es incierto (10). Hasta ahora, todos los apicoplastos examinados muestran caracteres comunes consistentes con un origen compartido (4, 11). Las múltiples membranas circundantes son consistentes con un origen endosimbiótico secundario (3, 12, 13), y el análisis filogenético de los datos de secuencia para la proteína plástida TufA alía débilmente los apicoplastos con los plástidos de algas verdes y plantas, lo que sugiere un endosimbionte de algas verdes (3). Por otro lado, la organización de los genes de las proteínas ribosomales es más congruente entre los apicoplastos y los plástidos no verdes (algas rojas, criptomonas y cromófitos), lo que posiblemente sugiere un endosimbionto diferente (7). Se cree que los dinoflagelados son los parientes más cercanos de la apicomplexa (6), pero se sabe muy poco sobre sus plastidios, que pueden derivar de una endosimbiosis primaria (14) o secundaria (12).

Una pregunta clave es por qué el apicoplasto se ha retenido en un grupo altamente especializado de parásitos intracelulares. El genoma de apicoplasto, aunque claramente homólogo a los genomas de plástidos de plantas y algas, está muy reducido y carece por completo de genes que se sabe que participan en la fotosíntesis (1, 3, 7, 10, 15). De los 68 genes del apicoplasto de la malaria, al menos 60 pueden atribuirse a funciones de & # x0201chouse-keep & # x0201d como la transcripción y la traducción (1, 15). Uno o más de los ocho ORF no identificados restantes pueden estar involucrados en alguna función clave para la retención de plástidos. Sin embargo, los plástidos también dependen de muchos cientos de proteínas codificadas en el núcleo que se dirigen al orgánulo (16). Hasta la fecha, no se ha informado de proteínas plástidas codificadas por el núcleo en el apicomplexa a pesar de la ausencia de numerosos genes esenciales de mantenimiento del genoma del apicoplasto (1, 7). Por lo tanto, hemos aprovechado la información de secuencia del Toxoplasma gondii bases de datos de etiquetas de secuencia expresadas (EST), y Plasmodium falciparum datos de la secuencia genómica, para identificar las proteínas plástidas candidatas codificadas por genes en el núcleo del parásito. Mostramos aquí que varias de estas proteínas están efectivamente dirigidas al apicoplasto, y su identidad proporciona las primeras pistas sobre la posible función de este intrigante orgánulo.


Notas BIOL 1004 - N / A

Teoría celular: los organismos están hechos de células y materiales producidos por ellos o Las células provienen de células preexistentes o La unidad organizativa más pequeña de la célula  Nota: Los virus se pueden purificar como productos químicos  La definición de células vivas excluye los virus que son partículas infecciosas no vivas

Base celular de la vida - Células: o Pequeños compartimentos unidos a la membrana que contienen iones, lípidos, proteínas, carbohidratos o La mayoría de las reacciones biológicas ocurren dentro de las células o Células encerradas por la membrana plasmática o Las células contienen citoplasma  Matriz semifluida llamada citosol

Células procariotas - Las bacterias son células procariotas - Las células procariotas tienen una estructura simple o Carecen de compartimentos internos - El ADN se encuentra dentro de la célula bacteriana o Nucleoide

Células eucariotas - Más complejas que las células bacterianas - El ADN está encerrado en un compartimento subcelular unido a la membrana llamado núcleo - Las algas, los hongos, las plantas y los animales son eucariotas

Tamaños de procariotas y eucariotas - Procariotas de menos de una micra de diámetro - Las células eucariotas pueden tener unas pocas micras de diámetro o un milímetro o Varios centímetros de longitud

Evolución de organismos multicelulares - Las células en organismos multicelulares se volvieron diferentes entre sí - Las células diferenciadas se organizaron en tejidos y órganos

Ventajas de la multicelularidad: desarrollo de un gran tamaño corporal o Los organismos más grandes ocupan diferentes nichos ambientales

  • Distribución del trabajo de parto o Diferentes células desarrollan diferentes capacidades Microscopía
  • Uso de microscopios para visualizar células o Microscopio óptico (LM) o Microscopio electrónico (EM)
  • Microscopía óptica o Usar lentes de vidrio para iluminar y recolectar luz o Usar luz verde con una longitud de onda de aproximadamente 500 nm  El límite es 200 nm Células de estudio
  • Las células se estudian utilizando microscopios de luz y electrónicos que amplían y resuelven objetos más pequeños de lo que el ojo humano puede ver.
  • Se pueden incrustar y seccionar físicamente muestras grandes para su observación en microscopios ópticos o electrónicos.
  • Los microscopios confocales permiten seccionar ópticamente muestras y reconstruir imágenes tridimensionales.
  • La visualización de las muestras se mejora mediante la tinción con tintes coloreados o opacos a los electrones.
  • Las moléculas específicas pueden localizarse marcándolas con anticuerpos o marcándolas genéticamente con proteínas fluorescentes.

Componentes de las células eucariotas - Núcleo o Característica dominante de la célula - Envoltura nuclear o Núcleo rodeado por una doble membrana  Envoltura nuclear o Cada dos membranas es una bicapa lipídica o Las moléculas entran en el núcleo a través de los poros de la envoltura nuclear - Poros nucleares o La envoltura está perforada (perforar y hacer un agujero) por los poros nucleares o La membrana interna es continua dentro de la membrana externa en los poros nucleares o Los poros son canales que regulan el movimiento de moléculas entre el citosol y el nucleoplasma - Estructura de los poros nucleares o Los poros nucleares contienen copias de 30 proteínas diferentes o Diámetro del canal interno anillos es de 50 nm - Función de los poros nucleares o El paso de moléculas más grandes (ADN, ARN, transcripciones de ARNm) regulado selectivamente - Envoltura nuclear o La membrana externa es continua con el retículo endoplásmico - Cromatina o Las moléculas de ADN largas en el núcleo se enrollan alrededor de grupos de proteínas histonas para formar culeosomas o Cuando la célula no se está dividiendo, algunas partes de las hebras de cromatina están muy agregadas le otros están dispersos

Componentes de células eucariotas: ribosomas y

Sistema endomembranoso

Ribosomas - Sitio de síntesis de proteínas o Estructuras granulares que constan de dos subunidades o Interactúan con moléculas de ARN mensajero  Ensamblan aminoácidos en polipéptidos según la secuencia de la cadena de ARNm Estructura del ribosoma - 25-30 nm de diámetro o Cada ribosoma consta de una subunidad pequeña y una grande o Subunidades del ribosoma hechas de proteínas de ARN y ensambladas en el nucleolo  Las subunidades salen del núcleo a través de los poros del núcleo en la envoltura nuclear

Ribosomas libres y ribosomas unidos: cuando las proteínas citosólicas formadas, los ribosomas permanecen libres en el citosol: cuando se forman proteínas de membrana o secretarias, los ribosomas se adhieren a la superficie del retículo endoplásmico

Polirribosomas: es posible que los ribosomas se unan a la misma molécula de ARNm o Luego aparecen como una cadena llamada polirribosoma o polisoma

Sistema de endomembranas: compartimentos intracelulares involucrados en el tráfico de proteínas o El citoplasma de las células eucariotas contiene una serie de compartimentos unidos a la membrana  Forman parte del sistema de endomembranas o El sistema de endomembranas incluye:  Retículo endoplásmico  Aparato de Golgi  Lisosomas  Vacuolas

o Puede moverse de un compartimento a otro  Ya sea por conexión directa o por transferencia en pequeñas vesículas de transporte Retículo endoplásmico

  • ER forma una red en el citoplasma o ER es una red de túbulos membranosos o Relación de volumen de superficie alta de la red ER
  • La red ER es dinámica o ER continua con envoltura nuclear o ER cambia continuamente el patrón de ramificación y formador

Retículo endoplásmico rugoso - RE + ribosomas = RE rugoso o Cuando los ribosomas están adheridos a la superficie del RE, referido al retículo endoplásmico rugoso o Superficie de los ribosomas del RE involucrada en la síntesis de proteínas  Se incorporarán a las membranas - Las proteínas pasan del ribosoma al RE o Como se sintetizan , las proteínas amenazan a través de la membrana del RE o Las proteínas secretadas pasan al lumen del RE rugoso - Síntesis de proteínas secretoras o En el lumen del RE, las proteínas se pliegan en la forma adecuada o Las cadenas de moléculas de azúcar se unen a algunas proteínas para formar glicoproteínas o La unión de cadenas de azúcar se llama glicosilación

Retículo endoplásmico liso: el RE liso carece de ribosomas unidos o RE que no tiene ribosomas adheridos a la superficie llamada retículo endoplásmico liso o Produce la mayoría de los lípidos en la célula o Contiene enzimas que desintoxican los compuestos liposolubles dañinos

El ER liso y el ER rugoso están conectados: aunque el ER rugoso y liso llevan diferentes reacciones biosintéticas, sus membranas son continuas o Significa que la célula debe ser capaz de mantener regiones de ER que tienen diferentes composiciones moleculares

Aparato de Golgi: proteínas elaboradas en ER transferidas a golgi para su modificación + empaquetado o Los polisacáridos también se fabrican aquí

Dinámica de las pilas de Golgi: la celda controla la distribución de las pilas de Golgi o Algunas células  Las pilas de Golgi ubicadas en un sitio particular

o El canal de Cl maduro se empaqueta en vesículas secretoras que lo llevan desde la cara trans del aparato de Golgi hasta la membrana plasmática de la célula epitelial. o La exocitosis de la vesícula secretora inserta el canal de Cl en la membrana plasmática en la superficie del pulmón.

  • Glicoproteínas de mucina o Polipéptido de glicoproteínas de mucina sintetizadas por ribosomas unidos al RE en células pulmonares y epiteliales o Después de la síntesis, el polipéptido pasa a la luz del RE donde se agregan algunos azúcares o Las glicoproteínas de mucina se mueven hacia las vesículas de transporte hasta el golgi, donde se agregan más cadenas de polisacáridos a la columna vertebral del polipéptido o Después de alcanzar la cara trans del Golgi, las glicoproteínas de mucina se clasifican y empaquetan para su transporte a las vesículas secretoras o La exocitosis de las vesículas secretoras libera mucinas en la superficie del epitelio pulmonar

Endocitosis: fusión de vesículas secretoras con la membrana plasmática durante la exocitosis o Aumento de la superficie de la membrana plasmática

Lisomas: degradación de los componentes ingeridos o Los componentes extracelulares captados por la endocitosis están destinados a degradarse en el comportamiento de la endomembrana.  Se denomina lisosoma o Compartimento ácido con un pH de 4,5-5.

Sistema de endomembranas: vacuolas de plantas o Muchas de las funciones que llevan a cabo los lisosomas en las células animales se producen en grandes vacuolas unidas a membranas.

Ribosomas y el sistema de endomembranas: conceptos principales

Ribosomas: los ribosomas son los sitios de síntesis de proteínas. - Las subunidades ribosómicas se forman en el nucleolo y se transportan al citoplasma. - En el citosol, una subunidad ribosómica grande y una pequeña se ensamblan alrededor de una hebra de ARNm. - Los ribosomas libres en el citosol sintetizan proteínas citosólicas. - Los ribosomas unidos a la superficie del retículo endoplásmico, sintetizan proteínas secretoras o de membrana. Retículo endoplásmico: el retículo endoplásmico (RE) es una red dinámica de túbulos membranosos en el citoplasma celular. - Smooth ER carece de ribosomas adheridos y es responsable de la síntesis de lípidos.

  • El ER rugoso tiene ribosomas adheridos a su superficie citoplásmica.
  • Durante su síntesis, las proteínas secretoras y de membrana pasan a través de la membrana rugosa del RE.

El aparato de Golgi: el aparato de Golgi recibe proteínas de carga y glicoproteínas del ER en su cara cis. - Las moléculas de carga se procesan a medida que se mueven a través de la pila de Golgi. - Las moléculas de carga maduras se clasifican y empaquetan en la red transcisterna y trans-Golgi. Vesículas de transporte: las pequeñas vesículas de transporte mueven las moléculas de carga desde la cara trans del aparato de Golgi hasta su destino objetivo. - Las vesículas de transporte se forman a través del ensamblaje de proteínas de andamiaje como la clatrina. - El desmontaje de la capa de clatrina permite que la vesícula de transporte se fusione con su membrana objetivo. Exocitosis y endocitosis: las proteínas, glicoproteínas y polisacáridos se secretan mediante la fusión de las vesículas de transporte con la membrana plasmática. - Los componentes solubles y unidos a la membrana son absorbidos por endocitosis. - Las moléculas internalizadas se reciclan o degradan. - Los lisosomas y las vacuolas son sitios importantes de degradación de material no deseado.

Organización y movimiento de componentes celulares.

Estructura - Citoesqueleto: o Red de fibras que se extiende por todo el citoplasma en la célula  Apoya la forma de la célula  Organiza y ancla las estructuras celulares

Tres componentes citoesqueléticos - Microfilamentos o Componente más delgado - Filamentos intermedios o Fibras con diámetros intermedios - Microtúbulos o Grueso de 3

Microfilamentos de actina: hechos de proteínas de actina o 7 nm de diámetro o compuestos de dos cadenas retorcidas proteínas de actina globulares: son dinámicos o se agregan o se desprenden de los extremos de los microfilamentos


Componentes del sistema

Membrana nuclear

La envoltura nuclear rodea el núcleo, separando su contenido del citoplasma. Tiene dos membranas, cada una de las cuales es una bicapa lipídica con proteínas asociadas. [20] La membrana nuclear externa es continua con la membrana del retículo endoplásmico rugoso y, al igual que esa estructura, presenta ribosomas adheridos a la superficie. La membrana externa también es continua con la membrana nuclear interna, ya que las dos capas están fusionadas en numerosos orificios diminutos llamados poros nucleares que perforan la envoltura nuclear. Estos poros tienen aproximadamente 120 nm de diámetro y regulan el paso de moléculas entre el núcleo y el citoplasma, permitiendo que algunas atraviesen la membrana, pero otras no. [21] Dado que los poros nucleares están ubicados en un área de alto tráfico, juegan un papel importante en la fisiología de las células. El espacio entre las membranas externa e interna se llama espacio perinuclear y está unido a la luz del RE rugoso.

La estructura de la envoltura nuclear está determinada por una red de filamentos intermedios (filamentos de proteína). Esta red está organizada en un revestimiento similar a una malla llamada lámina nuclear, que se une a la cromatina, las proteínas integrales de la membrana y otros componentes nucleares a lo largo de la superficie interna del núcleo. Se cree que la lámina nuclear ayuda a que los materiales dentro del núcleo lleguen a los poros nucleares y en la desintegración de la envoltura nuclear durante la mitosis y su reensamblaje al final del proceso. [2]

Los poros nucleares son altamente eficientes para permitir selectivamente el paso de materiales hacia y desde el núcleo, porque la envoltura nuclear tiene una cantidad considerable de tráfico. Las subunidades de ARN y ribosomales deben transferirse continuamente del núcleo al citoplasma. Las histonas, las proteínas reguladoras de genes, las polimerasas de ADN y ARN y otras sustancias esenciales para las actividades nucleares deben importarse del citoplasma. La envoltura nuclear de una célula de mamífero típica contiene 3000 & # 82114000 complejos de poros. Si la célula está sintetizando ADN, cada complejo de poros necesita transportar alrededor de 100 moléculas de histonas por minuto. Si la célula está creciendo rápidamente, cada complejo también necesita transportar alrededor de 6 subunidades ribosómicas grandes y pequeñas recién ensambladas por minuto desde el núcleo hasta el citosol, donde se utilizan para sintetizar proteínas. [22]

Retículo endoplásmico

1 & # 160 Núcleo & # 160 2 & # 160 Poro nuclear & # 160 3 & # 160 Retículo endoplásmico rugoso (RER) & # 160 4 & # 160 Retículo endoplásmico liso (SER) & # 160 5 & # 160 Ribosoma en el ER áspero & # 160 6 & # 160 Proteínas que se transportan & # 160 7 & # 160 Vesícula de transporte & # 160 8 & # 160 Aparato de Golgi & # 160 9 & # 160 Cis cara del aparato de Golgi & # 160 10 & # 160 Cara trans del aparato de Golgi & # 160 11 & # 160 Cisternas del aparato de Golgi

El retículo endoplásmico (RE) es un orgánulo de síntesis y transporte membranoso que es una extensión de la envoltura nuclear. Más de la mitad de la membrana total de las células eucariotas corresponde al RE. El ER está formado por sacos aplanados y túbulos ramificados que se cree que se interconectan, de modo que la membrana del ER forma una hoja continua que encierra un solo espacio interno. Este espacio altamente contorneado se llama luz del RE y también se conoce como espacio cisternal del RE. La luz ocupa aproximadamente el diez por ciento de todo el volumen celular. La membrana del retículo endoplásmico permite que las moléculas se transfieran selectivamente entre la luz y el citoplasma y, dado que está conectada a la envoltura nuclear, proporciona un canal entre el núcleo y el citoplasma. [23]

La sala de emergencias tiene un papel central en la producción, procesamiento y transporte de compuestos bioquímicos para su uso dentro y fuera de la célula. Su membrana es el sitio de producción de todas las proteínas y lípidos transmembrana para la mayoría de los orgánulos celulares, incluido el propio ER, el aparato de Golgi, lisosomas, endosomas, mitocondrias, peroxisomas, vesículas secretoras y la membrana plasmática. Además, casi todas las proteínas que saldrán de la célula, más las destinadas al lumen del RE, el aparato de Golgi o los lisosomas, se entregan originalmente al lumen del RE. En consecuencia, muchas de las proteínas que se encuentran en el espacio cisternal de la luz del retículo endoplásmico están allí solo temporalmente a medida que pasan en su camino hacia otras ubicaciones. Sin embargo, otras proteínas permanecen constantemente en la luz y se conocen como proteínas residentes en el retículo endoplásmico. Estas proteínas especiales contienen una señal de retención especializada formada por una secuencia específica de aminoácidos que les permite ser retenidos por el orgánulo. Un ejemplo de una proteína residente del retículo endoplásmico importante es la proteína chaperona conocida como BiP, que identifica otras proteínas que se han construido o procesado incorrectamente y evita que se envíen a sus destinos finales. [24]

El RE está involucrado en la clasificación cotraduccional de proteínas. Un polipéptido que contiene una secuencia señal de ER es reconocido por una proteína de reconocimiento de señal que detiene la producción de la proteína. El SRP transporta el polipéptido a la membrana del RE, donde se libera a través de un poro de la membrana y se reanuda la traducción. [25]

By using electron microscope, ribosomes ("particles") on the rough endoplasmic reticulum can be observed.

There are two distinct, though connected, regions of ER that differ in structure and function: smooth ER and rough ER. The rough endoplasmic reticulum is so named because the cytoplasmic surface is covered with ribosomes, giving it a bumpy appearance when viewed through an electron microscope. The smooth ER appears smooth since its cytoplasmic surface lacks ribosomes. [26]

Functions of the smooth ER

In the great majority of cells, smooth ER regions are scarce and are often partly smooth and partly rough. They are sometimes called transitional ER because they contain ER exit sites from which transport vesicles carrying newly synthesized proteins and lipids bud off for transport to the Golgi apparatus. In certain specialized cells, however, the smooth ER is abundant and has additional functions. The smooth ER of these specialized cells functions in diverse metabolic processes, including synthesis of lipids, metabolism of carbohydrates, and detoxification of drugs and poisons. [23] [26]

Enzymes of the smooth ER are vital to the synthesis of lipids, including oils, phospholipids, and steroids. Sex hormones of vertebrates and the steroid hormones secreted by the adrenal glands are among the steroids produced by the smooth ER in animal cells. The cells that synthesize these hormones are rich in smooth ER. [23] [26]

Liver cells are another example of specialized cells that contain an abundance of smooth ER. These cells provide an example of the role of smooth ER in carbohydrate metabolism. Liver cells store carbohydrates in the form of glycogen. The breakdown of glycogen eventually leads to the release of glucose from the liver cells, which is important in the regulation of sugar concentration in the blood. However, the primary product of glycogen breakdown is glucose-1-phosphate. This is converted to glucose-6-phosphate and then an enzyme of the liver cell's smooth ER removes the phosphate from the glucose, so that it can then leave the cell. [23] [26]

Enzymes of the smooth ER can also help detoxify drugs and poisons. Detoxification usually involves the addition of a hydroxyl group to a drug, making the drug more soluble and thus easier to purge from the body. One extensively studied detoxification reaction is carried out by the cytochrome P450 family of enzymes, which catalyze water-insoluble drugs or metabolites that would otherwise accumulate to toxic levels in cell membrane. [23] [26]

Muscle cells have another specialized function of smooth ER. The ER membrane pumps calcium ions from the cytosol into the cisternal space. When a muscle cell becomes stimulated by a nerve impulse, calcium goes back across the ER membrane into the cytosol and generates the contraction of the muscle cell. [23] [26]

Functions of the rough ER

Many types of cells export proteins produced by ribosomes attached to the rough ER. The ribosomes assemble amino acids into protein units, which are carried into the rough ER for further adjustments. These proteins may be either transmembrane proteins, which become embedded in the membrane of the endoplasmic reticulum, or water-soluble proteins, which are able to pass through the membrane into the lumen. Those that reach the inside of the endoplasmic reticulum are folded into the correct three-dimensional conformation. Chemicals, such as carbohydrates or sugars, are added, then the endoplasmic reticulum either transports the completed proteins, called secretory proteins, to areas of the cell where they are needed, or they are sent to the Golgi apparatus for further processing and modification. [23] [26]

Once secretory proteins are formed, the ER membrane separates them from the proteins that will remain in the cytosol. Secretory proteins depart from the ER enfolded in the membranes of vesicles that bud like bubbles from the transitional ER. These vesicles in transit to another part of the cell are called transport vesicles. [23] [26] An alternative mechanism for transport of lipids and proteins out of the ER are through lipid transfer proteins at regions called membrane contact sites where the ER becomes closely and stably associated with the membranes of other organelles, such as the plasma membrane, Golgi or lysosomes. [27]

In addition to making secretory proteins, the rough ER makes membranes that grows in place from the addition of proteins and phospholipids. As polypeptides intended to be membrane proteins grow from the ribosomes, they are inserted into the ER membrane itself and are kept there by their hydrophobic portions. The rough ER also produces its own membrane phospholipids enzymes built into the ER membrane assemble phospholipids. The ER membrane expands and can be transferred by transport vesicles to other components of the endomembrane system. [23] [26]

Aparato de Golgi

Micrograph of Golgi apparatus, visible as a stack of semicircular black rings near the bottom. Numerous circular vesicles can be seen in proximity to the organelle

The Golgi apparatus (also known as the Golgi body and the Golgi complex) is composed of separate sacs called cisternae. Its shape is similar to a stack of pancakes. The number of these stacks varies with the specific function of the cell. The Golgi apparatus is used by the cell for further protein modification. The section of the Golgi apparatus that receives the vesicles from the ER is known as the cis face, and is usually near the ER. The opposite end of the Golgi apparatus is called the trans face, this is where the modified compounds leave. The trans face is usually facing the plasma membrane, which is where most of the substances the Golgi apparatus modifies are sent. [28]

Vesicles sent off by the ER containing proteins are further altered at the Golgi apparatus and then prepared for secretion from the cell or transport to other parts of the cell. Various things can happen to the proteins on their journey through the enzyme covered space of the Golgi apparatus. The modification and synthesis of the carbohydrate portions of glycoproteins is common in protein processing. The Golgi apparatus removes and substitutes sugar monomers, producing a large variety of oligosaccharides. In addition to modifying proteins, the Golgi also manufactures macromolecules itself. In plant cells, the Golgi produces pectins and other polysaccharides needed by the plant structure. [29]

Once the modification process is completed, the Golgi apparatus sorts the products of its processing and sends them to various parts of the cell. Molecular identification labels or tags are added by the Golgi enzymes to help with this. After everything is organized, the Golgi apparatus sends off its products by budding vesicles from its trans face. [30]

Vacuolas

Vacuoles, like vesicles, are membrane-bound sacs within the cell. They are larger than vesicles and their specific function varies. The operations of vacuoles are different for plant and animal vacuoles.

In plant cells, vacuoles cover anywhere from 30% to 90% of the total cell volume. [31] Most mature plant cells contain one large central vacuole encompassed by a membrane called the tonoplast. Vacuoles of plant cells act as storage compartments for the nutrients and waste of a cell. The solution that these molecules are stored in is called the cell sap. Pigments that color the cell are sometime located in the cell sap. Vacuoles can also increase the size of the cell, which elongates as water is added, and they control the turgor pressure (the osmotic pressure that keeps the cell wall from caving in). Like lysosomes of animal cells, vacuoles have an acidic pH and contain hydrolytic enzymes. The pH of vacuoles enables them to perform homeostatic procedures in the cell. For example, when the pH in the cells environment drops, the H + ions surging into the cytosol can be transferred to a vacuole in order to keep the cytosol's pH constant. [32]

In animals, vacuoles serve in exocytosis and endocytosis processes. Endocytosis refers to when substances are taken into the cell, whereas for exocytosis substances are moved from the cell into the extracellular space. Material to be taken-in is surrounded by the plasma membrane, and then transferred to a vacuole. There are two types of endocytosis, phagocytosis (cell eating) and pinocytosis (cell drinking). In phagocytosis, cells engulf large particles such as bacteria. Pinocytosis is the same process, except the substances being ingested are in the fluid form. [33]

Vesículas

Vesicles are small membrane-enclosed transport units that can transfer molecules between different compartments. Most vesicles transfer the membranes assembled in the endoplasmic reticulum to the Golgi apparatus, and then from the Golgi apparatus to various locations. [34]

There are various types of vesicles each with a different protein configuration. Most are formed from specific regions of membranes. When a vesicle buds off from a membrane it contains specific proteins on its cytosolic surface. Each membrane a vesicle travels to contains a marker on its cytosolic surface. This marker corresponds with the proteins on the vesicle traveling to the membrane. Once the vesicle finds the membrane, they fuse. [35]

There are three well known types of vesicles. They are clathrin-coated, COPI-coated, and COPII-coated vesicles. Each performs different functions in the cell. For example, clathrin-coated vesicles transport substances between the Golgi apparatus and the plasma membrane. COPI- and COPII-coated vesicles are frequently used for transportation between the ER and the Golgi apparatus. [35]

Lisosomas

Lysosomes are organelles that contain hydrolytic enzymes that are used for intracellular digestion. The main functions of a lysosome are to process molecules taken in by the cell and to recycle worn out cell parts. The enzymes inside of lysosomes are acid hydrolases which require an acidic environment for optimal performance. Lysosomes provide such an environment by maintaining a pH of 5.0 inside of the organelle. [36] If a lysosome were to rupture, the enzymes released would not be very active because of the cytosol's neutral pH. However, if numerous lysosomes leaked the cell could be destroyed from autodigestion.

Spitzenkörper

The spitzenkörper is a component of the endomembrane system found only in fungi, and is associated with hyphal tip growth. It is a phase-dark body that is composed of an aggregation of membrane-bound vesicles containing cell wall components, serving as a point of assemblage and release of such components intermediate between the Golgi and the cell membrane. The spitzenkörper is motile and generates new hyphal tip growth as it moves forward. [8]

Detailed illustration of the plasma membrane. Including the structure of a phospholipid.

Membrana de plasma

The plasma membrane is a phospholipid bilayer membrane that separates the cell from its environment and regulates the transport of molecules and signals into and out of the cell. Embedded in the membrane are proteins that perform the functions of the plasma membrane. The plasma membrane is not a fixed or rigid structure, the molecules that compose the membrane are capable of lateral movement. This movement and the multiple components of the membrane are why it is referred to as a fluid mosaic. Smaller molecules such as carbon dioxide, water, and oxygen can pass through the plasma membrane freely by diffusion or osmosis. Larger molecules needed by the cell are assisted by proteins through active transport. [38]

The plasma membrane of a cell has multiple functions. These include transporting nutrients into the cell, allowing waste to leave, preventing materials from entering the cell, averting needed materials from leaving the cell, maintaining the pH of the cytosol, and preserving the osmotic pressure of the cytosol. Transport proteins which allow some materials to pass through but not others are used for these functions. These proteins use ATP hydrolysis to pump materials against their concentration gradients. [38]

In addition to these universal functions, the plasma membrane has a more specific role in multicellular organisms. Glycoproteins on the membrane assist the cell in recognizing other cells, in order to exchange metabolites and form tissues. Other proteins on the plasma membrane allow attachment to the cytoskeleton and extracellular matrix a function that maintains cell shape and fixes the location of membrane proteins. Enzymes that catalyze reactions are also found on the plasma membrane. Receptor proteins on the membrane have a shape that matches with a chemical messenger, resulting in various cellular responses. [39]


Agradecimientos

The authors thank Diana Elena Coman for insightful discussions, and Nives Škunca, Stefan Zoller and three anonymous reviewers for their invaluable feedback on an earlier version of the manuscript. This work was supported by the Swiss National Science Foundation (SNF) grant 31003A_127325/1 to M.A.

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Figura S1 Conserved and separated leucine-rich repeats (LRRs) across the kingdom of plants.

Cuadro S1 Influence of sequence quality on the reconstruction of the mode of evolution of tandem repeats (TRs) for Arabidopsis thaliana y Oryza sativa Japonica

Notas S1 Testing the robustness of the results to errors in sequence and orthology annotation.

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EXPRESIONES DE GRATITUD

We thank Dr. A. Nakano (RIKEN), Dr. R. Schekman (University of California, Berekley), Dr. T. Stevens (University of Oregon), Dr. M. Latterich (Salk Institute), Dr. D. J. Klionsky (University of Michigan), Drs. M. Sakaguchi and K. Mihara (Kyushu University), and Drs. N. Mizushima and T. Kirisako (NIBB), for providing strains, plasmids, or antibodies and Dr. Y. Hayashi, M. Kondo, and T. Notomi (NIBB) for technical support for EM analysis. This work was supported in part by Grants-in-Aids from the Ministry of Education, Science, Sports and Culture of Japan.


GEOPHYSICS, ECOLOGY

Wildfires show power-law behavior

Statistical physics and complexity theory have recently begun to be applied to natural hazards to understand relationships between their frequency and severity. In particular, power laws, which help predict the probability of events of varying magnitudes, have been applied in forecasting earthquakes, landslides, volcanic eruptions, asteroid impacts, and wildfires. A characteristic of power-law statistical distributions is their heavy tails, which implies that severe events are relatively rare but not impossible. To study the relationship between the spread of wildfires and their frequency in different ecoregions, Bruce Malamud et al. analyzed records from more than 88,000 wildfires in the United States from 1970 to 2000. The authors found that a power-law frequency density was a good fit for wildfire data in 18 separate regions grouped by climate, vegetation, and topography. The authors used normalized power-law exponents to compare the scaling of wildfire-burned areas between ecoregions and showed an east-to-west trend in the ratio of large to small fires. Malamud et al. also calculated recurrence intervals for each ecoregion, which they suggest could allow for a classification of wildfire regimes according to probabilistic hazard estimation in the same vein as is now used for earthquakes. ​ earthquakes.

U.S. ecoregions in wildfire analysis.

𠇌haracterizing wildfire regimes in the United States” by Bruce D. Malamud, James D. A. Millington, and George L. W. Perry (see pages 4694-4699)


Campbell Biology / Lisa A. Urry, Mills College, Oakland, California, Michael L. Cain, Bowdoin College, Brunswick, Maine, Steven A. Wasserman, Universidad de California, San Diego, Peter V. Minorsky, Mercy College, Dobbs Ferry, Nueva York, Jane B. Reece, Berkeley, California.

Esta edición fue publicada en 2017 por Pearson Education, Inc. en Nueva York, NY.

Descripción de la edición

1 volumen (varias páginas): ilustraciones (principalmente color), mapas de color 29 cm


Ver el vídeo: From DNA to protein - 3D (Agosto 2022).