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Clase 05: Membranas y transporte - Biología

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Clase 05: Membranas y transporte

Clase 05: Membranas y transporte - Biología

1. Las partículas se mueven a través de las membranas por difusión simple, difusión facilitada, ósmosis y transporte activo.

Gradiente de concentración: Las moléculas pueden difundirse a través de las membranas desde áreas de mayor a menor concentración mediante:

  • Difusión simple: viajan directamente a través de la membrana si son pequeños y sin carga, evitando así la repulsión por las colas hidrófobas y no polares de los fosfolípidos en el medio de la membrana.
  • Ósmosis = el movimiento pasivo de moléculas de agua, a través de una membrana parcialmente permeable, desde una región de menor concentración de soluto a una región de mayor concentración de soluto.
    • hipertónico = mayor concentración de solutos
    • hipotónico = menor concentración de soluto
    • isotónico = concentraciones iguales de soluto

    2. Aplicación: Estructura y función de los canales de potasio para facilitar la difusión en los axones.

    • Difusión facilitada: viajando a través de proteínas de transporte especiales, si se ajustan a los requisitos de forma y carga para encajar a través de los canales proporcionados por las proteínas de transporte.

    3. Aplicación: Estructura y función de bombas de sodio-potasio para el transporte activo y canales de potasio para facilitar la difusión en los axones.

    Contra el gradiente de concentración: Mueve la sustancia de un área donde está en menor concentración a un área donde está en mayor concentración.

    • Generalmente proporcionado por ATP
    • A menudo, al fosforilar la bomba de proteínas a medida que se hidroliza el ATP

    4. Las vesículas mueven materiales dentro de las células.

    • Síntesis de proteínas: rER produce proteínas que viajan a través del lumen del ER
    • Transporte en vesículas: Las membranas producidas por el rER fluyen en forma de vesículas de transporte al Golgi, que transportan proteínas dentro de las vesículas.
    • Modificación: El aparato de Golgi modifica las proteínas producidas en rER
    • Transporte a membrana: Golgi pellizca las vesículas que contienen proteínas modificadas y viajan a la membrana plasmática
    • Exocitosis: Las vesículas luego se fusionan con la membrana plasmática, liberando su contenido por

    5. La fluidez de las membranas permite que los materiales se introduzcan en las células por endocitosis o se liberen por exocitosis.

    • Los lípidos se mueven lateralmente en una membrana, pero es raro que se muevan a través de la membrana.
    • La cola de hidrocarburos insaturados de los fosfolípidos tiene torceduras que impiden que las moléculas se empaqueten juntas, lo que mejora la fluidez de la membrana.
    • El colesterol reduce la fluidez de la membrana al reducir el movimiento de fosfolípidos a temperaturas moderadas, pero también dificulta la solidificación a bajas temperaturas.

    6. Aplicación: Los tejidos u órganos que se utilizarán en procedimientos médicos deben bañarse en una solución con la misma osmolaridad que el citoplasma para prevenir


    Clase 05: Membranas y transporte - Biología

    C2006 / F2402 '04 Esquema de la conferencia # 4 - actualizado el 28/01/04 11:13 a. M.

    2004 Deborah Mowshowitz, Departamento de Ciencias Biológicas, Universidad de Columbia, Nueva York NY

    Nota: Las referencias para propósitos se dan primero para la sexta edición y luego en () para la quinta edición si son diferentes.

    I. ¿Cómo se ve una celda real? ¿Dónde están los cruces, etc.?

    una. Especialización. Todas las células del organismo multicelular están especializadas, no existe una `` célula típica ''.

    B. Tipos . Aproximadamente 200 tipos de células diferentes por humano.

    C. Tejido = Grupo de celdas con estructura y función similares que funcionan como una unidad.

    D. 4 tipos principales de células / tejidos - músculo, nervio, conectivo, epitelial

    mi. Nota terminológica : & quottissue & quot también se utiliza de forma no específica para referirse a un grupo de células derivadas de un órgano o sistema como en & quot; tejido renal & quot. Un riñón es un órgano formado por muchos tipos de tejidos diferentes.

    B. Los cuatro tipos principales de tejidos (Ver Propósitos 40.2)

    una. Músculo - especializado para la contracción.

    B. Nervioso - la célula individual se llama neurona. Especializados en conducción de mensajes.

    C. Conectivo - células dispersas en una matriz extracelular. La matriz extracelular puede ser sólida (como en el hueso), líquida (como en la sangre) o semisólida (como un gel) como en el cartílago, adiposo. (Tenga en cuenta que la grasa del tejido adiposo se almacena dentro de las células adiposas en vesículas, no entre las células de la matriz). Consulte Purves 40.4 o Becker 11-1.

    D. Epitelial - ejemplo de celdas con muchos tipos de uniones

    1. Células estrechamente unidas

    2.Revestimientos de maquillaje de superficies externas e internas

    3. Generalmente hojas . Puede tener una o más capas

    4. Suele descansar sobre material de soporte no celular = lámina basal = parte de la ECM secretada por las células

    5. Funciones habituales: absorción selectiva (transporte), protección, secreción.

    6. Un ejemplo : capa epitelial que rodea el intestino. Consulte el folleto 3A y la fig. De Becker. 11-18 (11-14) o Propósitos 40.3.

    Esto conduce al siguiente tema: ¿Cómo funciona el epitelio intestinal (y varios tipos de uniones) en el transporte? ¿Cómo atraviesan las sustancias una capa de células epiteliales?

    Ahora intente con los problemas 1-12 a 1-14. A estas alturas ya debería poder resolver todos los problemas del conjunto de problemas n. ° 1.

    II. Tipos de transporte a través de membranas (de pequeñas moléculas / iones). Para obtener un resumen general, consulte la parte inferior del folleto 3B. Como referencia, los tipos de transporte están numerados del 1 al 5 en el folleto 3B y en la tabla de amperios a continuación. Véase también Becker, fig. 8-2.

    A. Tipos básicos de transporte: clasificados por tipo de proteína (o ninguna) involucrada (consulte el folleto 3B)

    1. Sin proteínas involucradas - Difusión simple (caso 1). Eficaz solo para moléculas hidrófobas (como hormonas esteroides), gases y moléculas muy pequeñas que pueden difundirse a través de las bicapas lipídicas. Consulte la tabla 8-1 de Becker y la figura 8-5.

    2. Proteína involucrada - la proteína es un canal, permeasa (portador o intercambiador) o bomba. Casos 2-5.

    una. canal (caso 2) - la proteína forma un poro que permite el paso de materiales hidrófilos a través de la bicapa lipídica. (El paso a través de un canal puede denominarse difusión, difusión facilitada o ninguna, según el texto).

    B. transportador - permease, portador o bomba - la proteína se une a la (s) sustancia (s) en un lado de la bicapa, la proteína cambia de conformación y libera la sustancia en el otro lado de la bicapa. Casos 3-5.

    B. Otras formas de clasificar el transporte

    1. Activo frente a pasivo - si las sustancias fluyen por sus gradientes (transporte pasivo - casos 1 a 3) o son empujadas hacia arriba en sus gradientes mediante el uso de energía (transporte activo - casos 4 y 5). Consulte la tabla 8-2 de Becker.

    una. Transporte pasivo - la sustancia desciende por su gradiente de concentración. Esto puede ser por difusión simple, a través de un canal o con la ayuda de una proteína transportadora. Casos 1-3.

    B. Transporte activo - la sustancia asciende en su gradiente de concentración (como en la reacción (a) a continuación) con la ayuda de la proteína "bomba" y el gasto de energía (una de las reacciones etiquetadas (b) a continuación). Véase la fig. De Becker. 8-9 para comparar los 2 tipos de actos. transporte.

    (1). Transporte activo primario (Caso 4) - la energía para el transporte se obtiene mediante hidrólisis de ATP. En otras palabras, se acoplan las siguientes dos reacciones:

    (a). X fuera --- & gt X en , donde [X] en excede [X] fuera

    (B). ATP + H2O - & gt ADP + PI.

    (2). Transporte activo secundario (Caso 5): la energía es suministrada por una segunda sustancia que desciende por el gradiente ITS (reacción (b) a continuación). Se acoplan las siguientes dos reacciones:

    Un ejemplo: Co-transporte de glucosa / Na +: se empuja la glucosa hasta su gradiente por la energía derivada del Na + que va abajo su gradiente. X = glucosa Y = Na +.

    Nota IMPORTANTE: Puede que se haya utilizado ATP para establecer el gradiente de [Y], pero el ATP es no directamente involucrado aquí. Por ejemplo: la bomba de Na + / K + se puede utilizar para establecer un gradiente de Na +. (Este es el transporte activo primario y usa ATP). Una vez que existe un gradiente de Na +, el Na + que desciende por su gradiente proporciona la energía para mover la glucosa. (Este es un transporte activo secundario y no requiere ATP).

    2. Dirección en que se mueven las cosas (Ver Becker fig. 8-7 o Purves 5.9.)

    Tipo de transporte

    Dirección X se mueve

    Fuente de energía para transportar X

    ** Nota: Estos enlaces son a animaciones de transporte realizadas por Steve Berg en la Universidad Estatal de Winona. Su sitio web tiene muchas animaciones agradables de procesos celulares y moleculares.

    III. Cómo se mide el transporte (Ejemplo = en fantasmas RBC) - Dos tipos de curvas. Folleto 4C. ¿Cómo caracteriza el transporte?

    Una curva # 1: Mida la absorción de X con el tiempo en alguna concentración (exterior, esencialmente fija) de X plot conc. de X en el interior frente al tiempo. Esto le permite distinguir el transporte activo y pasivo.

    1. Para transporte activo de moléculas neutras, [Xen] en equilibrio superará [Xfuera].

    2. Para transporte pasivo de moléculas neutras, [Xen] en equilibrio será igual a [Xfuera].

    (Si se carga X, la situación es más complicada, como se explica a continuación).

    Pregunta: Si mide la absorción por segunda vez, utilizando una concentración más alta de X, ¿será la pendiente de la curva n. ° 1 la misma?

    B. Curva # 2: Mida la tasa inicial de absorción de X (de la curva n. ° 1) a concentraciones variables de la tasa de absorción de X agregada (exterior) frente a la concentración. (vea el folleto o Purves 5.10 en la 5ª ed. o Becker fig. 8-6). Esto le permite averiguar qué tipo de proteína (si alguna) está involucrada en el transporte.

    1. Si está involucrada una proteína similar a una enzima (transportadora o bomba) en el transporte, la curva será hiperbólica: la proteína transportadora o de bombeo se saturará a una [X] alta al igual que lo hace una enzima. ¿Por qué? Si [X] es lo suficientemente alto, todas las moléculas de proteína estarán "ocupadas" o enganchadas, y el transporte alcanzará un máximo. valor. Agregar más X no aumentará la velocidad de transporte. (Igual que llegar a Vmax con una curva V vs [S] para una enzima).

    2. Si no hay proteína o una proteína similar a un canal , está involucrado en el transporte, la curva será lineal (a concentraciones fisiológicas, es decir, razonables de X.). No hay ningún evento que requiera mucho tiempo, como la unión de X o un cambio conformacional importante en la proteína que limite la velocidad de la reacción a un [X] alto. (Nota: para un canal la curva voluntad saturar a niveles extremadamente altos de X.)

    C.Para ambas curvas, está considerando la reacción Xfuera --- & gt Xen. Entonces, ¿cuál es la diferencia?

    1. En la curva n. ° 1 , estás viendo cómo la concentración de Xen varía con el tiempo (comenzando con una concentración fija de Xfuera), y mirando el producir - ¿Cuál es el valor final de [Xen]? Cual es el valor de xen] cuando la curva n. ° 1 se estabiliza?

    2. En la curva n. ° 2 , estás mirando el índice de absorción (flujo) para diferentes concentraciones iniciales de Xfuera. ¿Cuál es la pendiente de la curva n. ° 1 (para diferentes concentraciones iniciales de Xfuera)?

    IV. Cinética y propiedades de cada tipo de transporte: cómo diferencia los casos.

    A. Difusión simple (caso 1)

    1. Curva n. ° 1 (captación o concentración de la sustancia X en el interior representado en función del tiempo) mesetas en [X]en = [X]fuera.

    2. Curva n. ° 2 (la absorción de X representada frente a la concentración de X añadida en el exterior) no se satura.

    3. Energía: Rxn (X en & lt - & gt X fuera) es estrictamente reversible. (Keq = 1 cambio de energía libre estándar = 0 en equil. [X]en = [X]fuera).
    El cambio real de energía libre y la dirección de transporte dependen de la concentración de X. Si [X] es mayor en el exterior, X entrará y viceversa.

    4. Importancia . Utilizado por hormonas esteroides, algunas moléculas pequeñas, gases. Solo las cosas que son muy pequeñas o no polares pueden usar este mecanismo para cruzar las membranas. Los materiales pueden difundirse en los capilares al difundirse a través del líquido en los espacios. Entre las celdas. (Las células que rodean los capilares no tienen uniones estrechas, excepto en el cerebro).

    B. Transporte mediado por portador = Difusión facilitada utilizando una proteína portadora (Caso 3)

    1. Curva n. ° 1 lo mismo que arriba.

    2. Curva n. ° 2 satura. (Ver Becker fig. 8-6)

    3. Mecanismo: El portador actúa como enzima o permeasa, con Vmax, Kmetro etc. Véase la fig. de Becker. 8-8.

    4. Energía Como se indicó anteriormente, la sustancia fluye hacia abajo en su gradiente, por lo que el transporte es reversible, dependiendo de las concentraciones relativas de entrada y salida.

    5. Regulación: Las proteínas de transporte se pueden regular al menos de 3 formas. Los métodos ayb son comunes a muchas proteínas y solo se enumeran aquí para su comparación (detalles en otra parte). El método c es exclusivo de las proteínas transmembrana.

    una. retroalimentación alostérica inhibición / activación de proteínas transportadoras

    B. modificación covalente (reversible) de las proteínas transportadoras - las modificaciones comunes son

    (1). fosforilación - adición de grupos fosfato - catalizada por quinasas

    (2). desfosforilación - eliminación de grupos fosfato - catalizada por fosfatasas.

    C. extracción / inserción del portador en las membranas . Un transportador o proteína de poro recién fabricada se inserta en la membrana de una vesícula mediante un mecanismo que se analizará más adelante. La fusión de la vesícula con los insertos de la membrana plasmática transporta la proteína a la membrana plasmática donde puede promover el transporte. El brote de una vesícula de regreso al citoplasma elimina la proteína de transporte y detiene el transporte. La inserción / eliminación de la proteína de transporte por fusión / gemación de la vesícula puede ser reversible. Un ejemplo de esto se da a continuación en el tema IV.

    Para ver cómo analiza la absorción, intente el problema 2-1. Para resumir todo hasta ahora, intente 2-4.

    1. Curva n. ° 1 - Igual que arriba excepto

    una. Tasa de transporte muy alta - Pendiente inicial de la Curva # 1 muy pronunciada.

    B. Los canales suelen conducir iones. Esto tiene consecuencias. La curva n. ° 1 se estabiliza como arriba con [X]en = [X]fuera solamente si X es neutral o no hay potencial eléctrico; consulte el punto 4 a continuación.

    2. Curva n. ° 2 : Forma de difusión simple (lineal, sin saturación) a concentraciones fisiológicas. (Las mesetas de la curva solo se encuentran en concentraciones extraordinariamente altas, por lo que asumimos que no hay saturación).

    3. Mecanismo. La falta de saturación y la alta velocidad de transporte indican que máx. La capacidad del canal es muy grande y no se alcanza fácilmente. Esto se explica por uno o ambos de los siguientes:

    una. La unión del ion a la proteína del canal es débil. (Kmetro & gt & gt 1) y / o

    B. Sin cambios conformacionales importantes de la proteína del canal es necesaria para que los iones pasen.

    Consulte Purves 44.6 (41.6) para comparar las bombas de iones y los canales de iones Becker p. 203 (209) para la comparación de proteínas transportadoras y de canal. Tenga en cuenta que los canales son muy específicos a pesar de las características a & amp b: cada canal transporta solo una o una cantidad muy pequeña de sustancias relacionadas. (El mecanismo de especificidad no se comprende del todo, pero es un tema candente de investigación en la actualidad).

    4 . Terminología. La difusión a través de un canal a veces se denomina "difusión facilitada" porque se necesita una proteína (para formar el canal) para el transporte a través de la membrana. Sin embargo, la difusión a través de un canal también se denomina a veces & quotsimple diffusion, porque la velocidad de transporte en función de [X] es generalmente lineal, como en el caso de la difusión simple, como se explica en el punto # 2 anterior. En otras palabras, la cinética del paso a través de un canal es lineal (a concentraciones fisiológicas de X), como la difusión simple, no hiperbólica, como en el transporte mediado por portadores o en las reacciones catalizadas por enzimas estándar. Quizás el mejor término para el transporte a través de un canal es & quot; difusión mediada por canal & quot.

    una. Algunos canales están cerrados =% de tiempo que se controla una puerta en particular (pero cada puerta individual está completamente abierta o cerrada)

    (1). Activada por ligando: se abre o se cierra en respuesta a los ligandos (= sustancias químicas que se unen a la sustancia en discusión). Las sustancias típicas que abren canales activados por ligandos son hormonas, neurotransmisores, etc. Para ver una imagen, consulte Purves 44.15 (41.14).

    (2). Cerrado por voltaje: se abre o se cierra en respuesta a cambios de voltaje. Permite la transmisión de señales eléctricas como en los músculos y los nervios; véanse las figs. De Becker. 9-9 y 9-10.

    (3). Cerrado mecánicamente: se abre o se cierra en respuesta a la presión. Importante en el tacto, la audición y el equilibrio.

    B. Algunos canales están abiertos todo el tiempo. (no cerrado) Un ejemplo = K + canales de fuga. Estos permiten que un poco de K + salga o "se filtre" de las células, lo que hace que las células tengan una carga negativa general leve. Esto es fundamental para la conducción de impulsos por nervios y músculos, como se explicará en detalle más adelante. ¿Por qué los canales de fuga solo permiten que se vaya & quot; un poco & quot de K +? Vea abajo.

    7. La mayoría de los canales son canales iónicos. - transportar partículas cargadas, no moléculas neutras. Esto plantea nuevas consideraciones energéticas:

    una. Rol del encargado: Si X está cargado, debe considerar tanto el gradiente químico como el voltaje amperio (gradiente de carga). Ambos pueden "empujar" iones de la misma manera o en direcciones opuestas.

    B. Resultado del cargo: Keq no suele ser 1 aquí: la curva n. ° 1 se estabiliza cuando el gradiente químico y el voltaje están equilibrados (no necesariamente en [X]fuera = [X]en). Ejemplo: los iones de K + dejan de filtrarse fuera de la célula y se alcanza el equilibrio de K + cuando la diferencia de carga a través de la membrana celular (que empuja al K + hacia adentro) equilibra la diferencia de concentración a través de la membrana (que empuja al K + hacia afuera).

    Ver problema 2-6, A. ¿Se puede descartar el transporte a través de un canal ?.

    D. Transporte activo (Casos 4 y 5)

    1. Curva n. ° 1 : cuando se estabiliza, [X]en mayor que [X]fuera - porque el movimiento de la sustancia está vinculado a alguna otra reacción de liberación de energía. (Esto supone que estamos siguiendo la reacción Xfuera - & gt X en)

    2. Curva n. ° 2 satura. Proteína similar a una enzima involucrada: actúa como transportador o bomba.

    3. Energía: K no fácilmente reversibleeq not = 1 y delta G estándar not = cero. La reacción general generalmente tiene un delta G estándar negativo grande porque en reacción general el transporte de X (cuesta arriba, contra la pendiente) se acopla a una reacción muy cuesta abajo, como se muestra en II. B. arriba. La reacción cuesta abajo es

    una. División de ATP (en transporte activo primario), o

    B. Ejecución de algún ion (digamos Y) por su gradiente (en transporte activo secundario).

    4 . Transporte activo secundario - ¿Cómo encaja el ATP? El proceso ocurre en 2 pasos:

    una. Paso 1. Etapa preparatoria: La división de ATP establece un gradiente de algún ión (digamos Y), generalmente un catión.

    B. Paso 2. Transporte activo secundario adecuado: Y corre abajo su gradiente, y la energía obtenida se utiliza para impulsar X hasta su gradiente. Véase la fig. De Becker. 8-10.

    C. En general: El paso (1) es el transporte activo primario el paso (2) es secundario y puede continuar (en ausencia de ATP) hasta que el gradiente de Y se disipa. Tenga en cuenta que el paso (1) no puede ocurrir en absoluto sin ATP, pero el paso (2) puede continuar sin ATP (por un tiempo).

    5. ¿Cómo se diferencian los dos tipos? El primario depende directamente de la división del ATP, el secundario continuará incluso en ausencia de ATP hasta que el gradiente de Y disminuya.

    Pruebe el problema 2-2.

    6. Algunos ejemplos y posibles mecanismos (vea el folleto 4B, textos y animaciones de amplificador para modelos). Haga clic en los enlaces para ver las animaciones.


    Clase 05: Membranas y transporte - Biología

    BIOL 1013 - BIOLOGÍA DE LA CÉLULA

    El siguiente texto y material representan una copia de algunas de mis notas que formaron la base de algunas de mis conferencias impartidas durante la tercera parte del curso Biología de la célula (BIOL 1013). Consulte sus propias notas, folletos y el libro de texto (biología celular esencial, 2ª edición, de Alberts, et al. 2004 - las asignaciones de lectura están en el programa de estudios) para informacion adicional. Si nota algún error en el siguiente documento, le agradecería que me lo informara. LAS ASIGNACIONES DE LECTURA enumeradas en los capítulos 11, 12, 13 y 14 coinciden con el libro de texto biología celular esencial, 2ª ed., Por Alberts, Bray, Hopkin, Johnson, Lewis, Raff, Roberts y Walter, 2004, publicado por Garland Science - Taylor & amp Francis Group.

    Para obtener información muy útil, visite el siguiente sitio web: Biología I, animaciones, películas y enlaces de tutoriales interactivos. Visite las categorías: Transporte celular, Respiración celular y Fotosíntesis. En particular, consulte las animaciones de McGraw-Hill Publisher publicadas en este sitio. Puede que le resulte bastante informativo.

    ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE LA MEMBRANA

    Las membranas biológicas están formadas por una bicapa de fosfolípidos (colas hidrofóbicas - ácidos grasos y cabezas hidrofílicas - grupo fosfato) y proteínas (periféricas e integrales o transmembrana) proteínas == & gt Modelo de mosaico fluido de la estructura de la membrana.

    Si las colas de ácidos grasos están insaturadas, se doblan y esto aumenta la fluidez de la membrana y la hace más inestable. Otros lípidos, como el colesterol (animales) y el ergosterol (hongos) se integran en la membrana.

    Propiedades de las membranas biológicas

    Experimento mental: se coloca suavemente un vaso de precipitados que contiene un 2% de sacarosa en un vaso de precipitados más grande que contiene agua destilada. La sacarosa tenderá a difundirse desde el vaso pequeño hacia el vaso más grande a lo largo de un gradiente de concentración. El agua también tenderá a difundirse en el vaso de precipitados desde una región de alta concentración (agua destilada circundante) a una región de baja concentración (el agua desplazada por la presencia de un soluto: sacarosa).

    Si coloca una membrana semipermeable (es decir, permeable al agua, pero impermeable a la sacarosa) sobre la superficie del vaso de precipitados pequeño, entonces la sacarosa no puede cruzar la barrera pero el agua sí. La ósmosis es el movimiento del agua a través de una membrana de permeabilidad diferencial a lo largo de un gradiente de concentración.

    Energía potencial (almacenada) del agua = potencial hídrico expresado en unidades de presión (bares o megapascales - Mpa). Cuando el agua tiende a moverse de una región de mayor concentración (mayor potencial) a una región de menor concentración (o menor potencial), esto se conoce como potencial hídrico. Agregue una membrana, esto se llama potencial osmótico.

    TONICIDAD (tonos = tensión)

    El uso de estos términos siempre está relacionado con otra solución. Por ejemplo:

    PRESIÓN DEL TURGOR: el agua que ingresa a la célula empuja la membrana celular contra la pared celular, lo que provoca una presión de turgencia. La pérdida de agua de la vacuola / citoplasma provoca la contracción del contenido celular o PLASMOLISIS. La pérdida de agua de las células vegetales da como resultado tejido marchito.

    Glóbulos rojos o glóbulos rojos o eritrocitos:

    La difusión facilitada ocurre por medio de un canal o proteína transportadora, la puerta se abre y se cierra, o la puerta permanece abierta continuamente. El proceso funciona a lo largo de un gradiente de concentración y no requiere entrada de energía == & gt ¡TRANSPORTE PASIVO !.

    TRANSPORTE ACTIVO == & gt transporte de una sustancia a través de la membrana contra el gradiente de concentración y requiere la entrada de energía (enlace de alta energía del ATP).

    La configuración para el cotransporte generalmente requiere una inversión de energía por parte de la celda. La proteína del canal permite el paso de una sustancia que atrae a otra. Ambas sustancias pueden moverse a través de la membrana juntas (simportación) o en direcciones opuestas entre sí (antipuerto).

    Las bombas de iones utilizan un gradiente electroquímico para impulsar sustancias a través de la membrana.

    EXOCITOSIS: evita el transporte de la membrana y permite el movimiento de grandes moléculas y cantidades a través de la membrana hacia la célula.

    Respiración celular: la conversión de energía química (que se encuentra en los enlaces químicos que mantienen unida a la molécula de glucosa) en enlaces químicos que mantienen los grupos fosfato en trifosfato de adenosina (ATP). El proceso es una degradación paso a paso del azúcar mediada en cada paso por una enzima específica.

    ATP = moneda energética. De manera análoga a la situación en la que si la glucosa fuera un billete de un dólar, el ATP sería un montón de cinco o centavos.

    La respiración celular puede ocurrir en presencia o ausencia de oxígeno:

    Metabolismo anaeróbico (ausencia de oxígeno) = fermentación (fermentación alcohólica o ácida láctica).

    Metabolismo aeróbico (se requiere presencia de oxígeno) = fosforilación oxidativa.

    Tanto el metabolismo anaeróbico como el aeróbico o la respiración comienzan con la ruptura de un azúcar de seis carbonos (glucosa) en dos moléculas de un compuesto de tres carbonos llamado piruvato. Este proceso se llama GLICOLISIS (REACCIONES QUE ROMPER EL AZÚCAR) y comienza en el citoplasma., Se necesitan dos ATP para poner en marcha la glucólisis y, como resultado, se producen 4, lo que hace que el rendimiento neto de ATP sea igual a 2 ATP. El piruvato se puede utilizar para la respiración aeróbica (con oxígeno) para producir muchas moléculas de ATP (34 ATP) o en fermentación (produciendo solo 2 ATP + 2 NADH). Solo los organismos que poseen células eucariotas que contienen mitocondrias son capaces de respirar en presencia de oxígeno. Ciertos tipos de bacterias y levaduras pueden transformar el piruvato en etanol (alcohol) y una molécula de dióxido de carbono (que se encuentra en la cerveza, el vino y la masa de pan). Otros tipos de bacterias y células animales pueden transformar el piruvato en ácido láctico (que se encuentra en el yogur, el chucrut y los músculos con exceso de trabajo). Debido a que la glucosa solo se descompone parcialmente, se captura poca energía en forma de ATP (un total neto de 2 ATP y 2 NADH). Sabemos esto porque si quema alcohol, se libera energía en forma de calor y luz.

    La ecuación general para la respiración aeróbica es:

    El piruvato (un compuesto de 3 carbonos) producido por la glucólisis se degrada aún más por otras reacciones químicas mediadas por enzimas hasta que se descompone en nada más que agua y dióxido de carbono. Esto ocurre durante un proceso llamado CICLO DE KREBS (también llamado ciclo TCA - ciclo del ácido tricarboxílico y ciclo del ácido cítrico). Durante este proceso, las moléculas de 6NADH, 2FADH2y se generan 2ATP. Las reacciones químicas del ciclo de Krebs producen productos que continúan alimentándose de sí mismos, siempre que haya un suministro continuo de acetil CoA generado a partir de piruvato (que produce un NADH) disponible al comienzo del proceso. Los productos del ciclo de Krebs (NADH, FADH2) se utilizan para alimentar el siguiente paso de la respiración, que es la fosforilación oxidativa por transporte de electrones. Se liberan electrones e iones de hidrógeno (produciendo NAD +, FAD +). Los electrones se mueven de una molécula aceptora de electrones a otra. Estos aceptores de electrones están incrustados en la membrana interna de la mitocondria. A medida que estos se mueven hacia adelante y hacia atrás a través de la membrana, la energía contenida en estos electrones se utiliza para transportar hidrógenos adicionales a través de la membrana hacia el compartimento exterior. Hidrógenos liberados de NADH y FADH2, aumente aún más esta concentración. Los iones de hidrógeno se eliminan del compartimento interior, cuando se combinan con los electrones y el oxígeno (el aceptor de electrones final) produciendo agua. En consecuencia, se desarrolla un gradiente de concentración electroquímica entre los compartimentos exterior e interior de la mitocondria. Estos iones eventualmente pueden difundirse de regreso al compartimiento interno a través de la membrana al pasar a través de la proteína del canal a (ATPasa o ATP sintasa); este proceso se llama quimiosmosis. y Pi para producir ATP. Se estima que cada molécula de NADH es responsable de generar 3 moléculas de ATP FADH2 = 2 ATP.

    Autótrofos - & quotself feeder & quot. Los ejemplos incluyen organismos fotosintéticos (por ejemplo, cianobacterias, algas verdes y plantas).

    Heterótrofos - & quot; otro alimentador & quot. Los ejemplos incluyen bacterias, algunos protistas (por ejemplo, amebas, paramecios, mohos de limo), hongos, plantas parásitas no fotosintéticas (por ejemplo, cuscuta, pipa india) y animales.

    Metabolismo: capacidad para adquirir y utilizar energía.

    Cada vez que se produce una transferencia de energía, se pierde algo de energía en forma de calor.

    Fotosíntesis - un conjunto de reacciones mediadas por enzimas en las que la energía luminosa del sol se convierte en energía de enlace químico de glucosa y ATP.

    La reacción química general para la fotosíntesis es:

    En eucariotas, el orgánulo asociado con la fotosíntesis es el cloroplasto. Las clorofilas ayb, los pigmentos que absorben la luz (junto con los pigmentos accesorios como los carotenoides) están incrustados en la membrana tilacoide que forma el sistema de membrana y grana (interior del tilacoide - pH de 5.0) dentro del cloroplasto. El sistema de membrana grana y tilacoide está rodeado por el estroma (pH de 8,0).

    ¿Por qué las plantas son verdes? La presencia del pigmento clorofila (ayb) en el tilacoide hace que el cloroplasto parezca de color verde. La luz solar, dentro del espectro visible del espectro electromagnético, está compuesta por diferentes longitudes de onda o colores de luz. Cuando la luz golpea una hoja, parte de la luz se absorbe, parte pasa o se transmite a través de la hoja (como la luz a través de un filtro) y el resto se refleja. La razón por la que las hojas son verdes se debe al hecho de que los colores como el rojo y el azul se absorben, mientras que el verde y el amarillo se reflejan en ti. Cuando la luz aterriza en la retina de su ojo, su cerebro lo percibe como el color verde. Este fenómeno también explica por qué vemos cualquier objeto como de un color frente a otro. Los objetos que son rojos reflejan las longitudes de onda rojas de la luz y absorben todas las demás longitudes de onda.Los objetos que son negros reflejan poca luz, la mayor parte de la luz se absorbe mientras que los objetos que parecen ser blancos reflejan la mayor parte de la luz, se absorbe poca luz.

    La luz solar contiene energía que, en las condiciones adecuadas, se puede convertir en otras formas de energía: por ejemplo, energía de enlace químico, electricidad, energía cinética, calor, etc.

    La luz posee propiedades tanto de ondas como de partículas. Paquetes de energía llamados fotones. Cuanto más corta es la longitud de onda de la luz, más energía contiene por fotón. Cuanto más larga es la longitud de onda de la luz, menos energía contiene por fotón. Las longitudes de onda de la luz se miden en unidades muy pequeñas llamadas nanómetros.

    La fotosíntesis se desarrolla en dos pasos principales: (1) Durante las reacciones dependientes de la luz, los pigmentos de los cloroplastos capturan la energía de la luz y el agua se divide para producir iones de hidrógeno, electrones y oxígeno. Cuando la luz incide en los electrones del átomo de magnesio, se excita. Los electrones saltan a un nivel de energía más alto y la energía se transfiere por fluorescencia (a través de fotones de longitudes de onda más largas y menos energía) de una molécula de pigmento a la siguiente en un complejo de antenas hasta que se "captura" en el centro de reacción. Este electrón energético se canaliza al sistema de transporte de electrones incrustado en la membrana tilacoide del cloroplasto. Los electrones se originan por la descomposición del agua (fotólisis), que libera iones de hidrógeno y oxígeno. Los electrones se mueven de un aceptor de electrones a otro en la membrana tilacoide, comenzando en el Fotosistema II (P680) y moviéndose a través del Fotosistema I (P700). Los electrones energéticos y los iones de hidrógeno se utilizan para generar ATP mediante fotofosforilación no cíclica y quimiosmosis (el hidrógeno pasa a través de la proteína del canal, ATPasa o ATP sintasa) y NADPH (de NADP +). La energía originalmente en la luz, ahora está presente en los enlaces químicos asociados con ATP y NADPH. El método antes mencionado (fotofosforilación no cíclica) ocurre en plantas eucariotas: algas, musgos, helechos, coníferas y plantas con flores. La fotofosforilación cíclica se produce en procariotas (cianobacterias) y los electrones se utilizan una y otra vez. Tenga en cuenta que en la fotofosforilación cíclica no se genera oxígeno ni NADPH.

    (2) Las reacciones dependientes de la luz están asociadas con el sistema de membrana tilacoide. La energía en ATP y NADPH se utiliza durante las reacciones independientes de la luz, para "fijar" el carbono en CO2 produciendo un carbohidrato más complejo. La serie de reacciones químicas mediadas por enzimas responsables de la captura e incorporación de carbono gaseoso en compuestos de carbono quotsólido se denomina CICLO DE CALVIN-BENSON (también denominado CICLO C3 fotosíntesis). La enzima que inicialmente inicia el proceso reaccionando con CO2 se llama ribulosa bisfosfato carboxilasa. Esta es la proteína natural más abundante producida en la tierra.


    Biología celular 05: El citoesqueleto Parte I: Actina

    los citoesqueleto Hay muchas cosas para la célula: un andamio estructural que le da forma a la célula, un sistema de transporte intracelular, un impulsor de la motilidad celular y un mediador de la división celular, por nombrar algunos de los más importantes. En consecuencia, el citoesqueleto recibe dos conferencias, dedicadas a sus dos piezas más importantes: esta semana sobre la actina (rojo abajo) y la próxima semana sobre microtúbulos (el verde debajo del azul son los núcleos).

    El citoesqueleto es una red de proteínas 3D dinámica conectada a la membrana y algunos orgánulos. Hay tres elementos en el citoesqueleto, cada uno una cadena de unidades proteicas específicas:

    Debido a que el citoesqueleto es modular y consta de polímeros de proteínas individuales, puede expandirse o contraerse para cambiar la forma celular, moverse y responder a los estímulos. Los sistemas citoesqueléticos varían mucho entre los tipos de células, respondiendo en parte a las señales recibidas desde fuera de la célula.

    La conferencia de hoy se centrará en los microfilamentos, pero aquí hay una breve introducción a las otras dos cosas. Los microtúbulos se extienden por toda la célula, proporcionando un marco organizativo para los orgánulos. Dan forma a los cilios y flagelos en eucariotas, y forman los husos que separan las cromátidas hermanas durante la mitosis. Los filamentos intermedios son específicos de cada tejido. Apoyan el núcleo y la membrana nuclear, brindan soporte estructural celular y promueven la formación de barreras en las células del cabello, la piel y las uñas. Hasta donde sabemos, no tienen ninguna función de transporte & # 8211, es decir, son no sustratos sobre los que las proteínas motoras pueden caminar. Por el contrario, tanto los microfilamentos como los microtúbulos sirven como sistemas de transporte. La kinesina y la dineína, impulsadas por ATP, caminan sobre microtúbulos (anterógrado y retrógrado respectivamente), como se tratará con más detalle en la próxima lección. La miosina camina sobre microfilamentos de actina, el foco de la conferencia de hoy.

    Los microfilamentos son polímeros de actina. Pueden formar estructuras complejas manteniéndose juntas de diferentes maneras por una variedad vertiginosa de proteínas de unión a actina. Los microfilamentos organizan la membrana plasmática: las células animales tienen una & # 8216 corteza celular & # 8216 que es una capa rica en actina justo debajo de la membrana. La actina también forma el anillo contráctil que sujeta la célula en dos durante la mitosis.

    La formación de microfilamentos de actina se retrata en el video Inner Life of the Cell, aunque es quizás mi parte menos favorita de este video realmente asombroso. Susan Lindquist señaló que este video hace dos grandes sacrificios para hacer que lo que está sucediendo en la celda sea visualmente inteligible: (1) concentración y (2) velocidad. A diferencia del elegante espacio negativo del video, todas las moléculas de una celda están empaquetadas una al lado de la otra, deslizándose unas sobre otras e interactuando constantemente. Y las moléculas a la temperatura corporal se mueven a unas 25 millas por hora, mientras que la célula tiene solo 10-30 μm de ancho [wikilibros], lo que significa que cada segundo que pasa proporciona una cantidad astronómica de oportunidades para interacciones moleculares. Estos dos factores & # 8211 velocidad y densidad & # 8211 son cruciales para todo lo que sucede en la celda, y omitirlos es un sacrificio necesario para cualquier representación de video, pero para mí es especialmente problemático al mostrar la formación de actina. Este video hace que parezca que las proteínas de actina simplemente supieran unirse por arte de magia para formar filamentos:

    Los microfilamentos de actina también forman lamelipodios y filapodios, dos estructuras críticas para la movilidad hacia adelante de las células móviles. Lamellipodia son una red similar a una malla de filamentos de actina dentro del citoplasma que extienden un borde de ataque suave en el & # 8216front & # 8217 de las células migratorias. Los filapodios son protuberancias puntiagudas con forma de dedos de filamentos de actina que se extienden más como un borde irregular. Ambos son necesarios para la migración celular adecuada en algunas células, y ambos están compuestos de actina & # 8211 solo con diferentes proteínas organizadoras que dan lugar a diferentes superestructuras de microfilamentos. La actina también es un componente estructural de las microvellosidades, otra característica que se observa solo en algunos tipos de células (intestinos y óvulos), y las fibras de estrés son importantes para la contracción muscular y se adhieren a las uniones que unen las células (células epiteliales y cardiomiocitos).

    La actina viene en tres isoformas principales (y algunas menores que ganamos & # 8217t cubrimos aquí). Los tres grandes se denominan predeciblemente alfa-actina, beta-actina y gamma-actina y están codificados por los tres genes ACTA1, ACTB y ACTG1. Cada isoforma es

    25 de las cuales varían entre estas tres isoformas & # 8211 y solo el 20% de las cuales varían entre especies, desde algas hasta humanos, lo que indica una fuerte conservación. Pero esa pequeña variabilidad da lugar a grandes diferencias de función entre las isoformas. Alfa es importante en estructuras contráctiles como el anillo contráctil para la mitosis beta es importante en la corteza celular y en el borde de ataque de las células móviles (lamelipodios y filapodios) y gamma es importante en las fibras de estrés. En conjunto, estos constituyen el 10% de la masa celular en las células musculares [según la clase 20% según Wikipedia].

    Independientemente de la isoforma (alfa / beta / gamma), la actina se llama G-actina (para g lobular) cuando es un monómero y F-actina (para filamentosa) cuando es un polímero. Los monómeros de actina son polares con un extremo & # 8216 púas & # 8217 (+) y un extremo & # 8216 punteado & # 8217 (-). En los radios del citoesqueleto, el extremo (+) apunta a la superficie celular y el (-) apunta al centro de la célula. El extremo (-) tiene una hendidura de unión a ATP, y la actina debe unirse a ADP o ATP para polimerizar en absoluto, con una inclinación mucho mayor hacia la polimerización cuando se une a ATP que cuando se une a ADP. Las actinas generalmente también se unen a un ión (más a menudo Mg 2+, a veces K + o Na +) y las concentraciones de iones determinan si se favorece la formación o disociación de filamentos.

    Se dice que la formación de filamentos tiene lugar en tres pasos:

    1. Nucleación. Este es el paso limitante de la velocidad y los monómeros de actina # 8211 tienen una afinidad limitada para formar oligómeros entre sí, pero una mayor afinidad para unirse a un filamento existente. Es como que tu primer millón es el más difícil de ganar, o que nadie quiere venir a la fiesta hasta que sepan quién más estará allí. Específicamente, los dímeros de actina se disocian muy fácilmente, pero una vez que se forma un trímero, es relativamente estable y puede actuar como semilla para atraer otras moléculas de G-actina. Aparentemente se necesitan tres para bailar el tango.
    2. Alargamiento. Una vez que ha ocurrido la nucleación, y siempre que las concentraciones de iones y actina G lo favorezcan, el filamento se alargará rápidamente.Los monómeros de actina G prefieren unirse al extremo (+) de un filamento, por lo que ese extremo crecerá más rápido, pero en muchas condiciones el extremo (-) también crecerá.
    3. Estado estable. Finalmente, el filamento crecerá hasta donde las concentraciones ambientales de G-actina y los iones necesarios se hayan agotado lo suficiente como para que la velocidad de disociación del monómero de actina del filamento sea igual a la velocidad de alargamiento. La disociación ocurre más en el extremo (-) y el alargamiento más en el extremo (+), por lo que incluso en equilibrio, el filamento sigue siendo dinámico y tiene una apariencia de & # 8216treadmilling & # 8217.

    Lo anterior es una ligera simplificación porque la nucleación de filamentos y el equilibrio entre elongación y disociación también dependen de las proteínas de unión a actina. Las profilinas (genes: PFN1-4) son pequeñas proteínas que promueven el intercambio de ADP por ATP en la hendidura de actina: se unen al extremo (+) de la G-actina unida a ADP cuando el ATP es más abundante y liberan el ADP, lo que permite una intercambio para que ocurra. Profilin también bloquea (-) el crecimiento final, promoviendo así aún más & # 8216treadmilling & # 8217. Las cofilinas (genes: CFL1, CFL2, DSTN) retuercen y desestabilizan los filamentos, promoviendo la disociación. La timosina beta 4 (gen: TMSB4X) es otra pequeña proteína que se une a la actina unida a ATP y bloquea físicamente la adición al filamento en cada extremo y, por lo tanto, evita el alargamiento excesivo de los filamentos en condiciones de abundante ATP.

    Otras proteínas pueden & # 8216 tapar & # 8217 completamente los extremos de un filamento, evitando el montaje o desmontaje. CapZ (genes: CAPZA1-3, CAPZB) son (+) específicos del extremo, las tropomodulinas (genes: TMOD1-4) son (-) específicos del extremo y se encuentran en células inmóviles que, dado que no se mueven, quieren estabilidad , filamentos de actina que no se expanden y no se contraen, y la gelsolina (gen: GSN) es (+) específica del extremo y tiene una capacidad dependiente de Ca 2+ para cortar los filamentos.

    La nucleación es promovida por & # 8216actina nucleando proteínas & # 8217 que ayudan a unir los monómeros. Principalmente, las forminas (muchos genes) ayudan a formar filamentos largos y rectos y el dímero Arp2 / 3 (genes: ARPC2 & amp ARPC3) ayuda a formar filamentos ramificados, por ejemplo en lamellipodia.

    Las formas tienen dos dominios (llamados FH1 y FH2 para la homología 1 y 2 de las formas) que forman un complejo en forma de rosquilla que promueve el alargamiento en el extremo (+). Específicamente, FH1 es rico en prolina y la profilina (ver arriba) es atraída por dominios ricos en prolina. Entonces, la formina se cuelga en el extremo (+) de la F-actina y recluta la profilina que atrae la G-actina unida a ATP, que luego se puede agregar al filamento. Por tanto, la forma actúa eficazmente para aumentar la local concentración de actina G por encima del umbral crítico para que se produzca el alargamiento. También previene el taponamiento final (+).

    La propia formina está regulada por proteínas Rho G. Recuerde, proteína G significa GTPasa, una proteína que puede unirse a GTP e hidrolizarlo a GDP como fuente de energía. Ciertas señales extracelulares pueden activar Rho-GEF (cualquiera de un grupo de proteínas diferentes con un dominio compartido) para cargar Rho con GTP. Cuando (y solo cuando) Rho está vinculado a GTP, & # 8216 abre & # 8217 formin en la configuración de rosquilla para que pueda hacer su trabajo.

    El Arp en Arp2 / 3 significa proteína relacionada con la actina. Para hacer su trabajo de promover la ramificación de filamentos, necesita NPF (factor promotor de nucleación) así como WASp (proteína del síndrome de Wiskott-Aldrich). Cuando Arp y WASp se unen al lado de un filamento (es decir, no en el extremo (+) o (-)), permiten que se forme un nuevo filamento hacia ese lado, con su extremo (-) apuntando hacia el tronco del filamento original. Este proceso también está regulado por una proteína Rho, Cdc42 (gen: CDC42) que (cuando se une a GTP) regula WASp que a su vez activa Arp2 / 3.

    Un género de bacterias llamado Listeria han descubierto cómo secuestrar nuestros sistemas de actina para su propio beneficio. Listeria tiene su propia proteína actina, ActA, que utiliza sus propias células & # 8217 Arp2 / 3 para reclutar sus propios monómeros de actina para formar un & # 8216comet & # 8217 que lo impulsa alrededor de la célula, como se muestra en este video:

    Para estudiar la actina, los investigadores suelen utilizar:

      de Amanita casquillos de muerte, que se adhieren a los filamentos de actina (y los estabiliza, evitando la despolimerización) & # 8211 que & # 8217s por qué es tóxico y por qué es & # 8217s útil para obtener imágenes para ver dónde está la actina de las esponjas, que une la G-actina a previene la formación de filamentos, bloqueando la motilidad celular y la citocinesis de los mohos, que tapa el extremo (+) de los filamentos, evitando el alargamiento
  • jaspakinolida de esponjas [ver Bubb 2000] que promueve la nucleación al estabilizar los dímeros de actina, lo que hace más probable que permanezcan juntos el tiempo suficiente para formar un trímero, momento en el que pueden comenzar a alargarse en un filamento. Al hacerlo, reduce efectivamente la concentración crítica de G-actina requerida para la formación de filamentos.
  • Por supuesto, los propios filamentos de actina están organizados en varias superestructuras. Las proteínas de reticulación ayudan a determinar qué estructura se formará. Además de Arp2 / 3, que como se mencionó anteriormente promueve la ramificación, también se destacan los siguientes:

      une dos filamentos muy juntos con la misma polaridad (es decir, & # 8216 puntiagudos & # 8217 en la misma dirección), importante para formar esos picos dentados en filapodia. (gen: ACTN1), una proteína más grande, puede unir dos filamentos que están más separados que la fimbrina. (genes: FLNA, FLNB, FLNC) es una especie de & # 8216hinge & # 8217, que une dos filamentos de actina en un ángulo grande y, por lo tanto, ayuda a formar una malla de filamentos de actina.
    • las proteínas ERM (ezrin, radixin y moesin) unen filamentos de actina paralelos, con sus extremos (+) apuntando hacia afuera en las puntas de las microvellosidades. es un tetrámero formado por 2 subunidades alfa (genes: SPTA1, SPTAN1) y 2 beta (genes: SPTB, SPTBN1,2,4,5) apuntadas en direcciones opuestas. El complejo de espectrina une un filamento de actina en cada extremo y es una parte fundamental de la formación de los triángulos que forman los hexágonos en la corteza celular (ver más abajo).

    (gracias al usuario de Wikimedia Commons kupirijo)

    Este tetrámero de espectrina se representa en Vida interior de la célula:

    Hasta ahora hemos hablado del papel estructural de los microfilamentos. También tienen una función de transporte, sirviendo como una especie de conjunto de vías de tren para que las proteínas motoras impulsadas por ATP se muevan. La miosina es la principal proteína motora que actúa sobre los microfilamentos. Tiene una & # 8216head & # 8217 que se une a la actina y se une a ATP, un & # 8216neck & # 8217 que actúa como palanca & # 8211 su longitud determina la zancada a la que camina la miosina & # 8211 y una & # 8216tail & # 8217 que une la carga para ser transportada. La cola es muy variable, ya que su secuencia determina qué carga se unirá. La cabeza debe quemar una molécula de ATP por cada & # 8216paso & # 8217 que necesite. Las miosinas son una gran familia de proteínas que vienen en 13 clases diferentes (los genes que comienzan con MYO, MYH y MYL & # 8211, H y L son para componentes de cadenas pesadas y ligeras). Estas son solo algunas de las clases:

    • Las miosinas de clase I acoplan filamentos de actina a la membrana celular y participan en la endocitosis. Tienen solo una & # 8216head & # 8217 que une actina y ATP.
    • La clase II hace contracción muscular. Tienen dos & # 8216heads & # 8217 que les permiten & # 8216walk & # 8217 alternando qué cabeza se une.
    • Los de clase V tienen dos cabezas y & # 8216 caminan & # 8217 hacia el extremo (+) de los filamentos, pero parecen pasar la mayor parte del tiempo simplemente caminando en la cinta de correr: no transportan vesículas sino que las mantienen en el periferia celular. En la levadura organiza los orgánulos en virtud de su región de cuello largo y 6 cadenas ligeras y colas. Pero en los animales, los microtúbulos (tema de la próxima semana) se ocupan de la organización de los orgánulos.
    • La clase VI tiene dos cabezas y es la clase que puede & # 8216 caminar & # 8217 hacia el extremo (-), realizando el movimiento retrógrado de llevar las vesículas endocíticas más profundamente dentro de la célula.

    Las personas han estudiado los movimientos de la miosina in vitro a través de un ensayo de deslizamiento de filamentos: atar la miosina a un lado del vidrio y luego agregar ATP y filamentos de actina marcados con fluorescencia y ver en qué dirección filamentos moverse. Estos son los experimentos que revelaron que la mayoría de las miosinas (todas menos la Clase VI) se mueven hacia el extremo (+), lo cual se puede ver porque las miosinas empujan el extremo (-) hacia afuera cuando la miosina está atada y el filamento se mueve libremente. .

    Cuando miras las fibras musculares bajo un microscopio, ves dos partes principales: filamentos gruesos, que son miosina II, y filamentos delgados que son actina. Cuando las neuronas motoras disparan hacia las células musculares, las vías postsinápticas indican al retículo sarcoplásmico (una palabra especial para el RE en las células musculares) que libere sus reservas de Ca 2+. La miosina II es dependiente de Ca 2+, por lo que cuando el calcio se precipita hacia el citosol, la miosina II comienza a quemar ATP para intentar & # 8216 escalar & # 8217 hacia el extremo (+) de la actina, pero como está haciendo esto desde ambos extremos, en realidad no se mueve, sino que junta los filamentos de actina. Eso es lo que es la contracción muscular a nivel molecular. Aquí está en forma de video:

    Y un poco más alejado:

    La motilidad celular es importante para encontrar alimento y evitar presas en organismos unicelulares, y para el desarrollo embrionario, el cierre de heridas y el control de infecciones / enfermedades en organismos multicelulares. Para moverse, las celdas deben tener un & # 8216front & # 8217 y un & # 8216back & # 8217. En la parte delantera, los filamentos de actina extienden la célula hacia adelante a través de lamellipodios y filapodios extendidos. Estas células también tienen una especie de & # 8216bottom & # 8217 donde las proteínas de la membrana como la integrina se adhieren a la matriz extracelular (o un portaobjetos de vidrio, etc. en el laboratorio) en relación con la cual se está produciendo el movimiento. En la & # 8216back & # 8217 de la célula, la contracción de la fibra de estrés / miosina II aleja a la célula de los sitios de adhesión antiguos & # 8211 a menudo las proteínas de adhesión se rompen, con las colas aún unidas a la superficie de adhesión anterior y las cabezas endocitosadas en la célula. . En la parte delantera y trasera, las proteínas adaptadoras (Arp2 / 3 y formin respectivamente) se unen a la red de actina a la membrana plasmática a través de proteínas G ancladas a la membrana: en la parte delantera, Arp2 / 3 se une a las proteínas G ancladas a la membrana. Las señales extracelulares a menudo inducen a la célula a moverse mediante la señalización a través de proteínas G, principalmente las proteínas de la familia Rho, incluidas Rac, Cdc42, GDI (inhibidor de disociación / desplazamiento de GDP).

    sección de discusión

    Suraneni 2012 estudió fibroblastos de ratón homocigóticos para el knockout de ARPC3, por lo que no tienen complejo Arp2 / 3 funcional. Las células no pudieron formar lamelipodias. Todavía formaban algo que se parecía mucho a los filopodios, pero que Suraneni no caracterizó a nivel molecular. Las células aún se movían, pero carecían de direccionalidad & # 8211 se movían más como una caminata aleatoria, y cuando se agregó un gradiente de factor de crecimiento epidérmico (EGF), se movieron más rápido pero no pudieron subir el gradiente como se suponía.

    Acerca de Eric Vallabh Minikel

    Eric Vallabh Minikel está en una búsqueda de por vida para prevenir la enfermedad priónica. Es un científico que trabaja en el Broad Institute of MIT y Harvard.


    Parte 2: Acceso alterno del transportador de glucosa

    00: 00: 09.01 Hola. Soy Nieng Yan.
    00: 00: 10.05 Soy profesor en la Facultad de Medicina,
    00: 00: 13.28 Universidad de Tsinghua, Beijing, China.
    00: 00: 15.02 Bienvenido a la serie de seminarios iBiology.
    00: 00: 17.25 En la parte 2,
    00: 00: 19.13 Me gustaría compartir contigo
    00: 00: 20.29 uno de los principales intereses de investigación en mi laboratorio.
    00: 00: 24.03 Es decir, el esclarecimiento de la estructura
    00: 00: 25.29 de un proceso fisiológico muy fundamental
    00: 00: 29.16, la captación celular de glucosa.
    00: 00: 33.25 Todos sabemos que la glucosa es la principal fuente de energía
    00: 00: 37.10 para la mayoría de las vidas en la Tierra.
    00: 00: 39.28 Del libro de texto de bioquímica
    00: 00: 42.23 o biología celular,
    00: 00: 44.10 todos aprendieron cómo se quema la glucosa
    00: 00: 48.08 para liberar energía para mantener la vida.
    00: 00: 50.14 Sabemos a través de la glucólisis,
    00: 00: 52.08 una molécula de glucosa se divide en
    00: 00: 55.29 dos moléculas de piruvato,
    00: 00: 57.06 y durante este proceso
    00: 00: 59.01 Se generan dos moléculas de ATP.
    00: 01: 01.23 Y en las condiciones aeróbicas,
    00: 01: 05.13 las moléculas de piruvato
    00: 01: 08.06 se queman más a través del ciclo TCA,
    00: 01: 10.24 o el ciclo del ácido cítrico,
    00: 01: 13.02 y la cadena de transporte de electrones,
    00: 01: 15.17 para generar dióxido de carbono.
    00: 01: 20.03 Y durante este proceso.
    00: 01: 21.20 Quiero decir, si es un metabolismo completo,
    00: 01: 24.05 entonces se puede usar una glucosa para
    00: 01: 26.26 producen más de 30 moléculas de ATP.
    00: 01: 30.00 Esa es la moneda energética para toda la vida.
    00: 01: 34.13 Sin embargo, antes del metabolismo de la glucosa,
    00: 01: 38.12 también hay un paso crítico
    00: 01: 40.17 - es decir, llevar la glucosa a la célula.
    00: 01: 44.15 De la parte 1,
    00: 01: 46.07 Ya te dije que la glucosa
    00: 01: 47.28 es altamente hidrofílico,
    00: 01: 51.08 eso significa que son solubles en agua.
    00: 01: 52.08 Sin embargo, la celda está rodeada por
    00: 01: 56.22 la bicapa lipídica hidrofóbica.
    00: 01: 57.26 Entonces, la glucosa no puede ingresar a la celda
    00: 02: 00.02 mediante difusión libre.
    00: 02: 01.13 Debe haber diferentes proteínas
    00: 02: 04.24 para mediar en este proceso.
    00: 02: 06.18 Estas proteínas se llaman transportadores de glucosa.
    00: 02: 10.14 Entonces, como vemos aquí,
    00: 02: 14.19 el transportador de glucosa es importante,
    00: 02: 16.16 es esencial para la captación celular de glucosa.
    00: 02: 20.07 Y, a lo largo de los años,
    00: 02: 23.14 hemos identificado diferentes tipos de transportadores de glucosa,
    00: 02: 27.01 y se están identificando más transportadores de glucosa,
    00: 02: 31.06 pero entre todos esos,
    00: 02: 33.03 los más rigurosamente caracterizados
    00: 02: 37.13 se denominan GLUT, como se muestra aquí,
    00: 02: 38.25 G-L-U-T,
    00: 02: 40.26 transportadores de glucosa.
    00: 02: 43.18 Entonces, en los cuerpos humanos,
    00: 02: 47.22 hay una gran familia llamada
    00: 02: 49.15 superfamilia facilitadora principal,
    00: 02: 51.07 y los GLUT pertenecen a esta familia.
    00: 02: 52.16 Incluso dentro de la familia GLUT,
    00: 02: 54.23 hay 14 isoformas diferentes
    00: 02: 57.01 que exhiben especificidad tisular
    00: 02: 59.28 y especificidad del sustrato.
    00: 03: 02.05 Como se resume aquí, por ejemplo,
    00: 03: 05.04 GLUT1 funciona en el cerebro y los glóbulos rojos,
    00: 03: 08.28 y GLUT2 es para hígado.
    00: 03: 11.28 GLUT3 también se llama transportador de glucosa neuronal,
    00: 03: 14.27 indicando que funciona en neuronas.
    00: 03: 17.10 Y GLUT4 es muy famoso
    00: 03: 19.14 - lleva la glucosa a los adipocitos y las células musculares.
    00: 03: 24.27 Entonces, estos son los cuatro GLUT más famosos
    00: 03: 28.19 - GLUT 1, 2, 3, 4.
    00: 03: 30.13 Y para las otras 10 isoformas diferentes,
    00: 03: 32.28 desafortunadamente, para algunos de ellos,
    00: 03: 35.07 sus sustratos permanecen sin caracterizar.
    00: 03: 38.24 Oh, además, para estos transportadores de glucosa,
    00: 03: 41.07 a pesar de la similitud de secuencia entre sí,
    00: 03: 44.00 en realidad pueden tener
    00: 03: 47.11 diferentes afinidades de unión para la glucosa
    00: 03: 51.06 y para otros azúcares similares,
    00: 03: 54.19 y tienen diferentes tasas de rotación.
    00: 03: 56.24 Por ejemplo, GLUT1 puede tomar
    00: 04: 00.25 hasta 1200 glucosa por segundo,
    00: 04: 04.09 pero eso es. sí, eso es muy rápido.
    00: 04: 06.13 sin embargo, GLUT3.
    00: 04: 08.19 para GLUT3, el número es 6000.
    00: 04: 10.09 es cinco veces más rápido que GLUT1,
    00: 04: 13.15 y esto es asombroso.
    00: 04: 15.05 Debido a su fundamental
    00: 04: 18.02 importancia en fisiología,
    00: 04: 19.28 te puedes imaginar,
    00: 04: 21.10 mal funcionamiento o mala regulación de estas proteínas
    00: 04: 24.29 están asociados con diversas enfermedades.
    00: 04: 28.17 Por ejemplo, síndrome de deficiencia de GLUT1
    00: 04: 31.20 es en realidad una enfermedad genética rara
    00: 04: 34.13 manifestado por una convulsión de inicio temprano
    00: 04: 37.24 o retraso en el desarrollo.
    00: 04: 40.10 Y GLUT2, porque está asociado con el hígado.
    00: 04: 43.15 entonces, mutaciones de GLUT2
    00: 04: 46.11 están asociados con
    00: 04: 50.12 un tipo de enfermedad llamada síndrome de Fanconi-Bickel.
    00: 04: 52.24 Y cada vez más evidencia muestra que
    00: 04: 57.02 GLUT1 y GLUT3 se sobreexpresan en las células cancerosas,
    00: 05: 01.19 especialmente células tumorales sólidas,
    00: 05: 04.11 debido al llamado efecto Warburg.
    00: 05: 06.01 Te lo acabo de decir,
    00: 05: 08.26 sin oxígeno, una glucosa puede ser
    00: 05: 11.23 convertido en piruvato.
    00: 05: 13.01 Durante este proceso, se generan dos moléculas de ATP.
    00: 05: 15.17 Sin embargo, en presencia de oxígeno,
    00: 05: 18.23 es decir, aromático.
    00: 05: 20.18 o, lo siento, condiciones aeróbicas,
    00: 05: 22.28 sobre. Quiero decir, más de 30 moléculas de ATP.
    00: 05: 25.02 se puede generar.
    00: 05: 26.10 Para tumores sólidos,
    00: 05: 27.26 por lo general es en condiciones hipóxicas.
    00: 05: 30.23 Eso es. ya sabes, eso significa que solo puede.
    00: 05: 34.22 una glucosa solo puede generar dos ATP.
    00: 05: 37.10 En consecuencia, más transportadores de glucosa
    00: 05: 39.25 tienen que ser expresados
    00: 05: 43.14 para llevar más azúcar a
    00: 05: 46.08 compensar estas cantidades.
    00: 05: 47.23 Y para GLUT4,
    00: 05: 49.12 es muy famoso por
    00: 05: 51.10 su asociación con la diabetes mellitus tipo 2
    00: 05: 54.17 y obesidad.
    00: 05: 56.29 Entonces, como acabo de mencionar,
    00: 05: 59.03 los transportadores de glucosa pertenecen a
    00: 06: 01.12 la llamada superfamilia facilitadora principal.
    00: 06: 04.25 De hecho,
    00: 06: 06.27 son los prototipos de este
    00: 06: 09.10 la mayor familia de transportadores activos secundarios.
    00: 06: 12.22 Y para los miembros de esta familia,
    00: 06: 16.00 en realidad, están muy extendidos en todas las especies,
    00: 06: 19.04 de bacterias a seres humanos.
    00: 06: 20.17 Y los miembros de esta familia
    00: 06: 22.07 tienen un espectro muy amplio de sustratos,
    00: 06: 25.22 de iones, azúcares,
    00: 06: 28.07 aminoácidos, o incluso péptidos.
    00: 06: 31.05 Y en términos de mecanismos de transporte,
    00: 06: 35.26 si ya viste la parte 1,
    00: 06: 39.08 en realidad, los miembros de esta familia pueden ser
    00: 06: 42.02 uniportadores, simportadores o antiportadores.
    00: 06: 44.15 Eso es en términos de las orientaciones del transporte.
    00: 06: 47.00 Y, como también te dije,
    00: 06: 49.20 un acceso alterno general
    00: 06: 53.18 modelo o mecanismo
    00: 06: 55.08 se ha propuesto dar cuenta
    00: 06: 56.29 para todos los transportadores secundarios.
    00: 06: 58.23 Especialmente para miembros de MFS,
    00: 07: 01.05 esto funciona muy bien.
    00: 07: 02.27 Y pensamos eso porque
    00: 07: 04.24 Los GLUT son los prototipos en la comprensión de esta familia,
    00: 07: 07.17 por lo que la caracterización estructural y bioquímica de GLUT
    00: 07: 12.17 también puede arrojar luz sobre el entendimiento
    00: 07: 15.04 de otros miembros de esta gran familia.
    00: 07: 18.07 Bien, ¿por qué es un prototipo?
    00: 07: 20.16 ¿especialmente GLUT1?
    00: 07: 22.08 Porque era uno de los
    00: 07: 24.29 primeros transportadores en ser clonados
    00: 07: 26.26 y caracterizado.
    00: 07: 29.06 Entonces, déjame llevarte a la historia.
    00: 07: 31.05 En realidad, la caracterización de la absorción de glucosa
    00: 07: 35.15 en nuestras células sanguíneas
    00: 07: 38.01 se remonta a hace aproximadamente un siglo.
    00: 07: 40.15 Y en ese momento ya se descubrió que
    00: 07: 45.22 la tasa de absorción o la "difusión".
    00: 07: 47.15 en ese momento la gente no sabía que era transporte activo,
    00: 07: 50.03 así que todavía lo llamaron difusión.
    00: 07: 52.25 pero un estudiante de doctorado descubrió que
    00: 07: 56.03 el coeficiente de difusión depende en realidad de la concentración,
    00: 07: 59.09 sugiriendo que no fue difusión libre.
    00: 08: 02.00 En 1948, LeFevre, en un documento,
    00: 08: 05.24 especuló sobre el componente de transporte activo,
    00: 08: 10.03 aunque no especificó
    00: 08: 11.22 ya sea proteína o algo más,
    00: 08: 13.15 pero solo especuló que habría
    00: 08: 16.15 un mecanismo de transporte activo.
    00: 08: 19.04 Y en la década de 1950, Widdas,
    00: 08: 21.00 en su famoso periódico,
    00: 08: 23.12 propuso un llamado mecanismo portador de soluto móvil.
    00: 08: 26.21 De hecho,
    00: 08: 29.02 este mecanismo era tan famoso
    00: 08: 30.19 que todos los transportadores secundarios en humanos
    00: 08: 35.15 llevan el nombre de SLC.
    00: 08: 38.24 Entonces, por ejemplo, GLUT1 es en realidad.
    00: 08: 41.08 el nombre del gen para GLUT1 es SLC2A1,
    00: 08: 45.06 pero no lo llames flojo,
    00: 08: 47.02 porque a los científicos no les gusta ese nombre,
    00: 08: 49.11 así que es SLC.
    00: 08: 51.17 Y luego.
    00: 08: 53.04 y hasta ahora se trata de estos componentes.
    00: 08: 55.04 Y en 1977, estos científicos
    00: 08: 58.18 en realidad fueron capaces de purificar
    00: 09: 01.14 el componente proteico de los glóbulos rojos
    00: 09: 04.01 y reconstituirlos en un liposoma,
    00: 09: 07.01 y reconstituyeron la captación de glucosa.
    00: 09: 10.13 Entonces, llamaron a este componente proteico
    00: 09: 12.22 GLUT1.
    00: 09: 14.17 Y luego, en 1985,
    00: 09: 16.12 El laboratorio de Harvey Lodish clonó GLUT1,
    00: 09: 19.20 y cuando la secuencia estaba disponible
    00: 09: 22.20 estaba claro que esta proteína contiene
    00: 09: 25.16 12 hélices transmembrana.
    00: 09: 27.24 Y en la década de 1990,
    00: 09: 30.26 los esfuerzos del estudio se cambiaron
    00: 09: 33.16 a las investigaciones fisiopatológicas,
    00: 09: 35.25 así como caracterizaciones estructurales,
    00: 09: 38.10 porque nos gustaría entender su estructura,
    00: 09: 41.07 para ver su estructura,
    00: 09: 42.17 para entender
    00: 09: 44.18 su mecanismo funcional y mecanismo de enfermedad.
    00: 09: 47.13 Sin embargo, 30 años.
    00: 09: 49.24 Pasaron casi 30 años.
    00: 09: 52.11 así que lo que aprendimos del libro de texto
    00: 09: 54.01 sobre la estructura de GLUT1 seguía siendo esto,
    00: 09: 56.26 el publicado por Harvey Lodish en 1985.
    00: 10: 00.19 Esta es la estructura topológica.
    00: 10: 03.06 Muy bien, umm.
    00: 10: 05.12 entonces, comencé mi laboratorio en 2007
    00: 10: 07.17 y estábamos muy interesados ​​en la estructura de GLUT
    00: 10: 10.14 porque pensamos que podría ayudar
    00: 10: 13.00 abordan muchas preguntas interesantes,
    00: 10: 14.25 como se enumeran aquí.
    00: 10: 16.05 Por supuesto, lo primero es
    00: 10: 19.01 intentas ver la arquitectura de GLUT,
    00: 10: 21.18 ese es el propósito más directo, pero superficial.
    00: 10: 25.04 Y con la estructura
    00: 10: 27.14 podríamos ser capaces de revelar
    00: 10: 29.11 la base molecular subyacente a la selectividad del sustrato,
    00: 10: 32.14 por qué selecciona glucosa,
    00: 10: 35.22 pero no, por ejemplo, maltosa.
    00: 10: 38.19 Y nosotros.
    00: 10: 40.14 porque entendemos que estos transportadores
    00: 10: 43.09 siguen este ciclo de acceso alterno,
    00: 10: 46.07 así que nos gustaría revelar los cambios conformacionales
    00: 10: 48.26 durante el ciclo de transporte,
    00: 10: 50.12 para comprender su mecanismo funcional.
    00: 10: 54.00 Y también esperamos
    00: 10: 57.12 proporcionan una interpretación molecular
    00: 10: 59.10 para todas estas mutaciones relacionadas con la enfermedad.
    00: 11: 03.26 Y, para mi propia investigación,
    00: 11: 06.27 También estoy muy interesado en la diferencia,
    00: 11: 08.21 la diferencia mecanicista,
    00: 11: 10.05 entre simportadores,
    00: 11: 11.20 particularmente simportadores de protones,
    00: 11: 13.16 y facilitadores,
    00: 11: 15.01 pero es posible que no tenga tiempo para entrar en los detalles de esta parte.
    00: 11: 17.27 Y finalmente, porque las proteínas de membrana
    00: 11: 21.18 están incrustados en la bicapa lipídica,
    00: 11: 24.05 realmente nos gustaría entender
    00: 11: 27.00 cómo los modulan los lípidos,
    00: 11: 28.28 y hay más y más preguntas.
    00: 11: 30.15 simplemente surgen durante su investigación.
    00: 11: 32.26 Entonces, para abordar estas preguntas,
    00: 11: 34.27 empezamos no con un transportador de glucosa,
    00: 11: 37.26 pero con sus familiares,
    00: 11: 40.21 sus parientes de E. coli,
    00: 11: 42.21 que son técnicamente más fáciles que la proteína humana.
    00: 11: 46.24 Así que determinamos las dos estructuras de
    00: 11: 50.09 Simportadores de protones-azúcar de E. coli,
    00: 11: 53.02 FucP y XylE.
    00: 11: 55.21 Entonces, como indica el nombre,
    00: 11: 58.02 son simportadores de protones,
    00: 11: 59.12 lo que significa que explotan este gradiente de protones transmembrana
    00: 12: 02.18 para impulsar la absorción de los sustratos,
    00: 12: 05.08 ya sea L-fucosa o D-xilosa,
    00: 12: 07.21 desde un entorno de baja concentración
    00: 12: 10.20 al interior de alta concentración de la célula.
    00:12: 13.13 En los últimos tres años, tuvimos mucha suerte.
    00: 12: 16.27 Finalmente pudimos determinar
    00: 12: 18.21 las estructuras cristalinas de GLUT1,
    00: 12: 21.08 y su GLUT3 estrechamente relacionado,
    00: 12: 24.25 en tres conformaciones diferentes.
    00: 12: 27.02 Eso significa que adoptan diferentes estados
    00: 12: 30.04 durante un ciclo de transporte,
    00: 12: 31.21 como se muestra aquí.
    00: 12: 32.25 Entonces, todo el camino desde
    00: 12: 35.22 abierto hacia afuera, ocluido y abierto hacia adentro.
    00: 12: 37.18 Cuando digo hacia afuera o hacia adentro,
    00: 12: 40.08 que se refiere al sitio de unión del sustrato,
    00: 12: 42.21 eso es. recuerde, para el acceso alterno,
    00: 12: 47.01 eso es. el sitio de unión del sustrato
    00: 12: 48.28 nunca se puede exponer
    00: 12: 50.29 a ambos lados de la membrana,
    00: 12: 54.09 por lo que siempre está abierto hacia un lado,
    00: 12: 55.27 viene el sustrato,
    00: 12: 57.07 y esta proteína sufre un cambio conformacional
    00: 13: 00.04 para exponer el sustrato
    00: 13: 02.07 al otro lado.
    00: 13: 03.20 Esto se llama acceso alterno.
    00: 13: 05.13 Entonces, con estas tres estructuras,
    00: 13: 07.00 tenemos una comprensión relativamente mejor
    00: 13: 08.23 de este ciclo de transporte de GLUT.
    00: 13: 11.16 Muy bien, lo primero.
    00: 13: 13.06 Para abordar la cuestión de la arquitectura.
    00: 13: 15.19 pero, antes de eso, sé
    00: 13: 19.18 mucha gente está interesada en la cristalización de proteínas de membrana
    00: 13: 21.28 y GLUT1 ha sido un objetivo durante varias décadas.
    00: 13: 25.12 ¿Por qué pudimos cristalizar
    00: 13: 28.19 y determinar la estructura
    00: 13: 30.17 de esta proteína tan intrigante?
    00: 13: 31.15 En retrospectiva, hay tres elementos clave
    00: 13: 35.23 que contribuyó a la cristalización de GLUT1
    00:13: 38.26 y nos dio los cristales difractantes.
    00:13: 41.21 Primero, introdujimos mutaciones puntuales.
    00: 13: 45.01 primero es eliminar la glicosilación,
    00: 13: 47.10 que realmente representa grandes problemas
    00: 13: 50.29 para la cristalización.
    00: 13: 52.12 Y la otra mutación puntual,
    00: 13: 54.17 glutamato-329 a glutamina,
    00: 13: 57.10 esta es una mutación relacionada con la enfermedad
    00: 14: 00.18 originalmente identificado en GLUT4,
    00: 14: 03.02 y se sugirió a l
    00: 14: 05.21 Ock la proteína en la conformación abierta hacia adentro,
    00: 14: 08.24 que fue exactamente el caso, como se ve en nuestra estructura.
    00: 14: 12.09 Y segundo, en el detergente que usamos para la cristalización
    00: 14: 16.01 es nonil-glucósido.
    00: 14: 17.03 Volveré más tarde con
    00:14: 19.01 por qué esto era importante.
    00: 14: 20.04 Y tercero, ya sabes, para los transportadores de glucosa,
    00: 14: 22.05 son muy móviles,
    00: 14: 23.14 para intentar frenarlos,
    00: 14: 25.08 para bloquearlos en ciertas conformaciones,
    00: 14: 27.08 así que hicimos todos los experimentos a baja temperatura,
    00: 14: 29.21 a 4 grados Celsius
    00: 14: 31.08 - eso ayudó mucho.
    00: 14: 33.06 Y para abreviar una larga historia,
    00:14: 35.25 Un día en particular, mi estudiante me mostró estos cristales,
    00:14: 39.06 estos diminutos cristales.
    00:14: 40.21 Pensé, probablemente,
    00: 14: 43.02 eran contaminaciones de células de insectos,
    00: 14: 45.08 sin embargo, ya sabes,
    00: 14: 47.07 no está de más enviarlos al sincrotrón
    00: 14: 49.29 para la recopilación de datos
    00: 14: 51.08 y enviamos este monocristal
    00: 14: 53.08 al sincrotrón de Shanghai,
    00: 14: 54.24 y varias horas después
    00: 14: 56.12 resolvimos la estructura
    00:14: 58.13 ese era exactamente nuestro objetivo, GLUT1.
    00: 15: 00.16 Como se muestra aquí, esta estructura
    00: 15: 04.00 exhibe un pliegue MFS muy típico,
    00: 15: 08.02 recuerde, superfamilia facilitadora principal.
    00: 15: 10.11 Contiene 12 hélices transmembrana,
    00: 15: 13.10 con los primeros 6 nombrados el
    00: 15: 17.14 Dominio N o dominios N-terminales,
    00: 15: 19.03 mostrado en plata,
    00: 15: 20.26 y el terminal C en azul.
    00: 15: 23.07 Y muy inesperadamente,
    00: 15: 25.01 también vemos un dominio helicoidal intracelular,
    00: 15: 28.25 lo llamamos ICH.
    00: 15: 30.07 En realidad, este dominio.
    00: 15: 32.03 este pequeño dominio alberga
    00: 15: 34.03 mucha serina o treonina o lisina,
    00: 15: 36.27 por lo que estos residuos son probablemente
    00: 15: 38.28 importante para su modificación posterior a la traducción.
    00: 15: 42.01 Ahora, con esta estructura,
    00: 15: 43.27 realmente podemos dar la respuesta a muchas preguntas.
    00: 15: 49.05 Entonces, como pregunté al principio
    00: 15: 52.03 - entonces, ¿cuál es el mecanismo de selectividad del sustrato?
    00: 15: 55.07 Para este propósito, en realidad examinamos,
    00: 15: 57.18 a través de un enfoque bioquímico,
    00: 16: 01.13 la selectividad del azúcar por GLUT1 y GLUT3,
    00: 16: 04.09 que se muestran aquí son los resultados para GLUT3.
    00: 16: 06.14 Como puede ver, de hecho,
    00: 16: 08.13 esta proteína tiene una especie de selectividad estricta,
    00: 16: 14.13 y uno.
    00: 16: 15.16 dondequiera que veas estos más bajos,
    00: 16: 17.09 estas barras más cortas,
    00: 16: 19.02 eso significa estos azúcares
    00: 16: 21.09 puede inhibir la absorción de glucosa,
    00: 16: 23.27 lo que significa que pueden ser reconocidos por GLUT3,
    00: 16: 25.23 para competir por la unión de glucosa.
    00: 16: 28.19 Y cuando examinamos estos químicos,
    00: 16: 31.06 muy interesante
    00: 16: 33.09 encontramos una característica común,
    00: 16: 34.23 es decir, su grupo hidroxilo C3
    00: 16: 37.22 todos apuntan a una orientación,
    00: 16: 39.23 lo que significa que el grupo hidroxilo C3 es importante.
    00:16: 43.02 Esa es la conclusión de la bioquímica,
    00: 16: 46.29 de nuestras caracterizaciones bioquímicas.
    00: 16: 49.20 Entonces, ¿cómo es una molécula de azúcar?
    00: 16: 52.29 reconocido por la proteína?
    00: 16: 55.00 Entonces, la respuesta es del
    00: 16: 56.24 estructura de muy alta resolución de GLUT3.
    00: 16: 59.06 Entonces, determinamos GLUT3
    00: 17: 02.10 en complejo con su sustrato, D-glucosa,
    00: 17: 04.10 a una resolución de 1.5 Angstrom,
    00: 17: 08.13 y aquí se muestra el mapa de densidad electrónica omitida.
    00:17: 10.19 Como puede ver, es hermoso.
    00:17: 12.21 Para nuestra sorpresa, nos identificamos.
    00: 17: 15.11 aunque solo, ya sabes,
    00: 17: 17.20 agregue glucosa a la proteína
    00: 17: 19.11 e identificamos dos diferentes
    00: 17: 22.05 formas anoméricas de glucosa,
    00: 17: 26.01 simplemente por el mapa de densidad de electrones.
    00: 17: 27.23 Como puede ver, tanto la glucosa alfa como la beta
    00: 17: 31.20 están presentes en la estructura.
    00:17: 33.26 Quiero decir, tengo que aclarar.
    00: 17: 35.15 entonces, una proteína solo puede unirse a una glucosa,
    00: 17: 39.03 pero para la cristalografía, ya sabes,
    00: 17: 41.15 este es el promedio de muchos miles de millones de moléculas,
    00:17: 44.18 para que sepa que algunas proteínas se unen a la forma alfa,
    00:17: 47.16 algunos se unen a la forma beta.
    00:17: 49.16 Y esta observación,
    00: 17: 51.07 esta observación estructural
    00:17: 53.02 en realidad resolvió una controversia a largo plazo,
    00: 17: 55.13 es decir, si los transportadores de glucosa
    00: 17: 58.19 puede reconocer la forma alfa de glucosa,
    00: 18: 01.26 porque sabemos que la forma beta es la predominante,
    00: 18: 04.18 la forma dominante en solución.
    00: 18: 05.22 Y esta observación muestra, sí,
    00: 18: 07.28 GLUT1 o GLUT3,
    00: 18: 09.20 pueden atar y transportar
    00: 18: 12.15 ambas formas anoméricas de D-glucosa.
    00: 18: 16.05 Muy bien.
    00: 18: 17.28 Otro descubrimiento interesante es que,
    00: 18: 19.20 como te dije,
    00: 18: 21.04 los transportadores de glucosa tienen dos dominios distintos,
    00: 18: 24.08 Dominio N y dominio C.
    00: 18: 26.08 Sin embargo, en la estructura de GLUT3
    00: 18: 28.19 en complejo con glucosa,
    00: 18: 31.17 así como en la estructura de GLUT1
    00: 18: 34.03 en presencia de esta molécula de detergente NG.
    00: 18: 37.27 ¿qué es NG?
    00: 18: 39.04 En realidad, es un derivado de la glucosa,
    00: 18: 41.21 por eso NG es importante para nosotros
    00: 18: 44.09 para capturar la estructura de GLUT1
    00: 18: 46.09 - imita la unión del sustrato.
    00: 18: 48.13 Y si comparas estas dos estructuras,
    00: 18: 50.11 una característica común es
    00: 18: 52.08 el dominio C proporciona
    00: 18: 54.08 el sitio de alojamiento principal para la glucosa,
    00: 18: 58.22 entonces el dominio C
    00: 19: 01.09 es el principal sitio de unión al sustrato.
    00: 19: 04.04 Entonces, ¿qué hace el dominio N?
    00: 19: 07.08 Está bien.
    00: 19: 08.14 Entonces, antes de eso, ya sabes,
    00: 19: 10.10 intentamos completar el ciclo de acceso alterno
    00: 19: 13.09 por, ya sabes.
    00: 19: 16.11 en el intento de capturar otra conformación,
    00: 19: 19.09 es decir, el exterior abierto,
    00: 19: 20.28 porque ahora tenemos GLUT3
    00: 19: 23.01 en complejo con glucosa
    00: 19: 25.01 en la conformación ocluida,
    00: 19: 26.10 es decir, el sustrato está atrapado
    00: 19: 28.10 en el centro del transportador
    00: 19: 31.20 y aislado de ambos lados de la membrana.
    00: 19: 34.22 Y GLUT1 está abierto hacia el interior de la celda,
    00:19: 38.02 por lo que se llama abierto hacia adentro.
    00:19: 39.11 Ahora, todavía necesitamos esta conformación abierta hacia afuera.
    00: 19: 44.00 Para capturar la estructura abierta hacia afuera,
    00:19: 46.18 Realmente teníamos algo de pensamiento racional.
    00: 19: 49.04 Entonces, la gente siempre dice eso
    00: 19: 51.01 la cristalización es un arte,
    00: 19: 52.12 parece que tienes que hacer muchas pruebas,
    00:19: 54.12 pero en este caso realmente lo hicimos
    00:19: 57.10 algo de pensamiento racional.
    00: 19: 58.09 Es decir, cuando obtuvimos la estructura de GLUT1,
    00: 20: 00.22 Te dije que NG es importante, ¿verdad?
    00: 20: 04.02 Así que introdujimos varios factores,
    00: 20: 05.22 como la mutación E329Q,
    00: 20: 08.28 es decir, para bloquear la conformación abierta hacia adentro,
    00: 20: 10.19 y luego, cuando vemos la unión de NG a la proteína,
    00: 20: 13.28 como puede ver en la cola,
    00: 20: 16.01 la cola alifática de este detergente,
    00: 20: 17.29 en realidad lo es
    00: 20: 20.20 alineando el vestíbulo intracelular,
    00: 20: 24.18 cuando la cantidad de azúcar es
    00: 20: 27.19 coordinado específicamente por el dominio C-terminal.
    00: 20: 30.06 Entonces, adelante.
    00: 20: 31.18 entonces, básicamente, la presencia de esta cola alifática
    00: 20: 35.00 excluye el cierre de estos dos dominios
    00: 20: 39.00 en el lado intracelular,
    00: 20: 40.22 es decir, para estabilizar esta conformación abierta hacia adentro
    00: 20: 44.08 - con esta cola alifática,
    00: 20: 46.19 no se puede cerrar, ¿verdad?
    00: 20: 48.10 Entonces, en esta línea de pensamiento,
    00: 20: 50.27 pensamos, si podemos encontrar una sustancia química,
    00: 20: 53.07 un derivado de glucosa,
    00: 20: 55.07 que tiene algunos grupos químicos
    00: 20: 57.14 en el otro lado,
    00: 20: 59.08 en la parte superior del anillo de azúcar,
    00: 21: 01.06 probablemente eso pueda impedir
    00: 21: 04.12 el cierre de la proteína en el lado extracelular,
    00: 21: 07.01 es decir, capturar
    00: 21: 09.24 una conformación abierta hacia afuera.
    00:21: 11.02 ¿Tenemos este tipo de productos químicos?
    00: 21: 12.29 Sí, tenemos muchos disacáridos
    00: 21: 15.22 que son derivados de la glucosa.
    00: 21: 17.28 Como se muestra aquí, seleccionamos algunos
    00:21: 20.15 y examinamos su capacidad para inhibir la absorción de glucosa.
    00: 21: 24.22 Como se muestra aquí, resulta que
    00: 21: 26.27 la maltosa era un potente inhibidor,
    00: 21: 28.26 y cuando revisamos la literatura
    00: 21: 30.22 esto fue muy consistente,
    00:21:32.00 porque se consideraba maltosa.
    00: 21: 34.06 se sugirió como inhibidor exofacial,
    00: 21: 37.26 eso significa que puede inhibir la absorción de glucosa
    00: 21: 40.16 desde el lado extracelular.
    00: 21: 44.10 Para abreviar una larga historia,
    00: 21: 45.25 en presencia de maltosa
    00:21: 47.29 de hecho cristalizamos la proteína
    00: 21: 50.17 usando fase cúbica lipídica.
    00:21: 52.14 Nos dio dos estructuras diferentes.
    00:21: 56.01 Uno es casi idéntico a.
    00: 22: 00.17 mostrado a la izquierda, es casi idéntico
    00: 22: 01.28 al GLUT3 unido a glucosa,
    00: 22: 04.17 y se ocluye de.
    00: 22: 06.19 entonces, la maltosa está unida en el centro,
    00: 22: 08.16 ocluido de cualquier lado de la membrana.
    00:22: 11.01 Pero la otra forma de cristal
    00:22: 15.03 nos da esta conformación abierta hacia afuera,
    00:22: 18.22 así que esto fue realmente una casualidad,
    00:22: 21.02 Quiero decir, los mezclamos juntos
    00:22: 22.15 y nos dio dos estructuras cristalinas diferentes.
    00: 22: 25.12 Entonces, me enfocaré en la ilustración
    00: 22: 27.25 de esta conformación abierta hacia afuera,
    00: 22: 29.02 con comparación del GLUT1 abierto hacia adentro
    00: 22: 32.11 y el GLUT3 ocluido.
    00:22: 34.10 Entonces, ahora tenemos estas tres conformaciones
    00:22: 36.28 Lo mostré antes.
    00:22: 38.06 Podríamos generar una transformación
    00: 22: 40.03 que ilustra todo el proceso de transporte.
    00:22: 44.17 Como ves aquí,
    00: 22: 46.25 exterior abierto, llegada de glucosa,
    00: 22: 48.24 y sufre este acceso alterno
    00: 22: 52.00 por la rotación relativa de estos dos dominios,
    00: 22: 55.23 y se libera el sustrato
    00:22: 57.15 en el interior de la celda.
    00: 23: 01.06 Y, muy interesante,
    00: 23: 02.13 recuerda este pequeño dominio,
    00: 23: 05.12 se muestra en amarillo,
    00: 23: 06.27 es el ICH, dominio helicoidal intracelular,
    00: 23: 09.17 y durante el cambio de conformación,
    00: 23: 11.13 también podemos verlo
    00:23: 14.04 sufre un reordenamiento entre dominios.
    00: 23: 15.26 En cierto modo, restringe
    00: 23: 18.07 los dominios N y C
    00: 23: 20.01 por abrir demasiado,
    00: 23: 21.17 por lo que este dominio ICH,
    00: 23: 23.20 lo llamamos el pestillo,
    00: 23: 25.17 para asegurar esta puerta intracelular.
    00: 23: 31.07 Está bien.
    00:23: 33.03 De la película, podrías pensar, hmm.
    00: 23: 34.21 estos dos dominios se someten a una rotación de cuerpo rígido,
    00: 23: 36.21 pero un examen detenido de las estructuras
    00: 23: 39.27 del GLUT3 abierto y ocluido hacia afuera
    00:23: 44.21 Sugiero, no, no es un cuerpo rígido.
    00:23: 46.20 En realidad, podemos ver muy sofisticados
    00: 23: 50.06 reordenamiento local de los elementos del dominio C.
    00: 23: 53.27 Como se muestra aquí, el que se muestra en cian
    00: 23: 57.06 es el dominio C
    00: 24: 01.08 y el que está en verde es el dominio N.
    00: 24: 02.03 Preste atención a este motivo TM7.
    00: 24: 06.02 Puedes ver que se dobla, se dobla.
    00: 24: 10.09 ¿Verdad? Este es TM7.
    00: 24: 13.02 No solo una flexión.
    00: 24: 15.07 entonces, cuando se muestran las cadenas laterales,
    00: 24: 17.06 verá que en realidad también se somete a una rotación,
    00: 24: 21.28 por lo que este TM7 sufre
    00: 24: 24.11 reordenamiento local muy complicado
    00: 24: 27.20 doblando.
    00: 24: 29.25 la combinación de flexión y rotación.
    00: 24: 32.03 Entonces, si esto es inducido por la unión del sustrato
    00: 24: 34.28 o este es el llamado equilibrio dinámico,
    00: 24: 38.15 queda por caracterizar más,
    00: 24: 40.22 y nuestras simulaciones MD preliminares
    00:24: 43.06 sugieren que esto es un equilibrio dinámico.
    00: 24: 47.00 incluso en ausencia de sustrato,
    00: 24: 49.09 puedes ver este tipo de cambio conformacional de TM7.
    00:24: 53.00 Ahora, aquí está la pregunta.
    00: 24: 55.18 por qué el dominio C, que se muestra en cian,
    00: 24: 58.04 es tan flexible,
    00:24: 59.28 mientras que el dominio N es tan rígido, como una piedra?
    00:25: 03.25 Y cuando examinamos el interior de estos dos dominios,
    00:25: 08.08 la respuesta es muy clara.
    00: 25: 09.22 Entonces, como se muestra aquí,
    00: 25: 12.10 los guiones rojos representan enlaces de hidrógeno.
    00: 25: 16.07 Como puede ver,
    00:25: 18.14 el interior del dominio N es realmente hidrofílico,
    00: 25: 22.28 por lo que la estructura de alta resolución de GLUT3
    00: 25: 25.18 nos permitió identificar
    00: 25: 29.02 siete moléculas de agua dentro del dominio N de GLUT3,
    00:25: 32.12 y estas moléculas de agua, juntas,
    00: 25: 34.02 interactúan con un conjunto de grupos de muchos residuos polares
    00: 25: 38.10 como una tira de enlaces de hidrógeno,
    00: 25: 40.01 y esto estabiliza el dominio N,
    00:25: 45.12 por lo que lo hace muy rígido durante el cambio de conformación.
    00: 25: 48.04 En contraste, el interior del dominio C
    00: 25: 51.14 es altamente hidrofóbico,
    00: 25: 54.12 como se muestra aquí,
    00: 25: 55.29 entonces estos residuos hidrofóbicos,
    00: 25: 57.12 solo se contactan entre ellos
    00: 26: 00.12 a través de interacciones de Van der Waals,
    00: 26: 02.07 por lo que hacen que el interior sea relativamente grasoso,
    00: 26: 05.11 y eso es más fácil para doblar y girar.
    00: 26: 08.04 Entonces, el análisis estructural
    00: 26: 10.08 realmente proporciona una buena respuesta
    00: 26: 12.05 para tener en cuenta las distintas características
    00: 26: 14.12 del dominio N y el dominio C
    00: 26: 16.04 durante el ciclo de acceso alterno.
    00:26: 19.19 Está bien.
    00:26: 21.06 Ahora, lo haré.
    00: 26: 23.01 que se muestra aquí es el diagrama muy simple
    00: 26: 25.03 de acceso alterno.
    00:26: 26.14 Con nuestras estructuras, las tres estructuras,
    00: 26: 27.28 somos capaces de
    00: 26: 30.15 actualiza este modelo con funciones más sofisticadas.
    00: 26: 34.24 Como puede ver, TM7
    00: 26: 36.27 y también TM10,
    00:26: 38.18 sufren un cambio conformacional local,
    00: 26: 40.21 y la rotación relativa general
    00: 26: 42.20 de los dominios N y C
    00: 26: 44.11 da como resultado la exposición alterna
    00: 26: 48.15 del sustrato a cada lado de la membrana.
    00: 26: 50.08 Y, además, preste atención
    00: 26: 52.19 a estas barras amarillas,
    00: 26: 54.07 son el dominio ICH intracelular,
    00:26: 56.08 los llamamos el pestillo,
    00:26: 57.16 el pestillo intracelular.
    00:26: 59.05 Bien, ahora con la estructura.
    00:27: 01.23 Pudimos mapear las mutaciones relacionadas con la enfermedad.
    00:27: 06.12 Se le muestra un ejemplo de las mutaciones.
    00: 27: 08.29 identificado en pacientes
    00:27: 11.05 con el llamado síndrome de deficiencia de GLUT-1.
    00:27: 14.04 Entonces, en total, se identificaron más de 40 mutaciones.
    00:27: 17.10 Entonces, cuando los mapeamos
    00: 27: 19.06 en la estructura de GLUT1,
    00: 27: 20.24 muy interesante nos dimos cuenta de que
    00:27: 24.03 se agruparon en tres áreas,
    00: 27: 26.25 como se muestra aquí.
    00:27: 27.29 Entonces, el área 1 es realmente
    00: 27: 31.11 involucrado en la unión del sustrato
    00:27: 34.03 y es fácil entender cómo las mutaciones de este grupo
    00: 27: 37.19 afectaría el reconocimiento del sustrato o la unión del sustrato,
    00:27: 40.13 comprometiendo así la actividad de transporte.
    00: 27: 44.11 Y el grupo 2, como se muestra aquí,
    00: 27: 46.29 resaltado por este círculo cian.
    00:27: 50.22 el círculo cian.
    00: 27: 53.09 entonces, básicamente se asignaron a la interfaz
    00: 27: 58.09 entre ICH, dominio N y dominio C,
    00:28: 01.14 y juntos constituyen la puerta intracelular.
    00: 28: 03.10 Y, como era de esperar,
    00:28: 05.11 El grupo 3 se asigna a la puerta extracelular.
    00:28: 08.13 Entonces, la estructura realmente proporciona
    00: 28: 11.01 una hermosa respuesta a
    00:28: 13.26 comprender la mayoría de estas mutaciones asociadas a enfermedades,
    00: 28: 16.24 para que afecten la unión del sustrato
    00: 28: 19.19 o las dos puertas,
    00: 28: 21.03 afectando por tanto el ciclo de acceso alterno
    00: 28: 24.06 de la proteína.
    00: 28: 25.18 Está bien. Ahora, con estos resultados,
    00: 28: 27.12 podemos abordar las preguntas
    00:28: 29.05 preguntó al principio, ¿verdad?
    00: 28: 31.22 Entonces, conocemos la arquitectura
    00: 28: 33.16 y proporcionamos una base
    00: 28: 35.20 para ver la selección del sustrato
    00:28: 38.06 y revelamos tres conformaciones de GLUT1 y GLUT3
    00: 28: 43.08 durante el ciclo de transporte, el ciclo de acceso alterno,
    00: 28: 48.07 y proporcionamos algunas respuestas
    00:28: 49.29 a las mutaciones relacionadas con la enfermedad.
    00:28: 52.10 Y, con respecto a la diferencia mecanicista
    00: 28: 56.10 entre simportadores y facilitadores,
    00: 28: 58.12 ahora estamos haciendo algunas simulaciones de MD
    00: 29: 00.03 y caracterizaciones bioquímicas,
    00: 29: 02.02 y tenemos algunas pistas tentativas,
    00:29: 04.16 pero esto realmente requiere más caracterizaciones.
    00:29: 07.29 Y ahora nuestro enfoque se ha desplazado a
    00: 29: 11.02 la modulación de la actividad de transporte
    00: 29: 14.07 por lípidos, así como, ya sabes,
    00:29: 16.09 el estudio cinético de los ciclos de transporte.
    00:29: 18.25 Y finalmente, estamos muy interesados ​​en
    00: 29: 21.13 diseño de ligando basado en estructura,
    00:29: 23.05 porque estas proteínas son importantes dianas farmacológicas.
    00:29: 27.06 Entonces, con esto, me gustaría concluir mi charla.
    00: 29: 29.15 reconociendo a la gente
    00:29: 32.22 quien hizo posible este trabajo.
    00:29: 34.04 Entonces, Dong, él era mi postdoctorado.
    00:29: 37.17 quien ha sido el principal impulsor de este proyecto,
    00:29: 40.17 estaba liderando este equipo de estudiantes de pregrado de Tsinghua
    00: 29: 44.00 y estudiantes de posgrado
    00: 29: 45.13 para dilucidar las estructuras
    00: 29: 47.17 de GLUT1 y GLUT3,
    00:29: 49.01 y ahora es profesor en la Universidad de Tsinghua.
    00:29: 51.23 Y este trabajo fue en colaboración con muchos colegas,
    00: 29: 55.23 en Tsinghua o en los EE. UU.,
    00: 29: 57.10 como se muestra aquí.
    00:29: 59.21 Y me gustaría agradecerle por ver este seminario en línea.

    • Parte 1: Introducción a las proteínas transportadoras de membrana

    Secreción y endocitosis

    La vía secretora en las células eucariotas se usa para enviar proteínas y lípidos a la membrana plasmática y ciertos orgánulos unidos a la membrana y para liberar material fuera de la célula. Hay dos tipos de secreciones: constitutivas y reguladas. La secreción constitutiva es la vía predeterminada y se usa principalmente para reponer material en la membrana plasmática y ciertos orgánulos unidos a la membrana. La secreción regulada termina en vesículas secretoras que almacenan el material secretado hasta que una señal desencadena la fusión con la membrana plasmática. Ambos tipos de secreción utilizan la misma vía, pero las secuencias de señales desvían las proteínas hacia la vía regulada. Las células también recuperan material de la membrana plasmática mediante endocitosis. Este material puede reciclarse a la membrana plasmática o degradarse en el lisosoma.

    Principios de la vía secretora

    Las proteínas y los lípidos se sintetizan en el ER y luego se transportan al Golgi. Las proteínas se clasifican en el aparato de Golgi y se envían a la membrana plasmática, lisosomas o vesículas secretoras. El transporte de proteínas y lípidos entre compartimentos unidos a la membrana está mediado por vesículas que brotan de un compartimento y luego se fusionan con el compartimento siguiente. Rabs, tethers y SNARE aumentan la probabilidad de que las vesículas se fusionen con la membrana diana correcta. Las células mantienen la integridad y la funcionalidad del RE y del Golgi al inhibir que las proteínas residentes entren en las vesículas y recuperen las proteínas que escapan.

    Glicosilación

    La glicosilación es la unión covalente de azúcares a proteínas que ocurre con la mayoría de las proteínas en el RE. La glicosilación ayuda a las proteínas a plegarse, dirige las proteínas a orgánulos específicos (por ejemplo, lisosoma) e inhibe la proteólisis. Además, muchas proteínas en la superficie de las células y en la matriz extracelular que rodea a las células están fuertemente glicosiladas para una variedad de propósitos biológicos.

    La glicosilación ligada a N se produce en el RE e implica la adición de un grupo de 14 azúcares al grupo amina de las asparaginas. Los grupos contienen una mezcla de N-acetilglucosamina, manosa y glucosa. Los residuos de glucosa se eliminan en el RE antes de que la proteína se transporte al Golgi. En el Golgi, las cadenas laterales de azúcar pueden modificarse aún más mediante la eliminación y adición de diferentes azúcares.

    La glicosilación ligada a O es la segunda forma e implica la adición de azúcares a serinas o treoninas. La glicosilación ligada a O probablemente comienza en el Golgi mediante la adición de un solo azúcar. Otras enzimas agregan azúcares en grupos de dos y las cadenas laterales de azúcar pueden volverse extremadamente largas.

    El complejo de Golgi es una pila de cisternas de membrana con composiciones bioquímicas únicas. Las cisternas generalmente se denominan red cis, medial, trans y trans-Golgi con proteína que ingresa al cis desde el RE y sale del TGN. Las cisternas parecen contener un conjunto único de enzimas que modifican las cadenas laterales de azúcar en las proteínas. Por ejemplo, la manosa se elimina principalmente en la cisterna medial, mientras que la galactosa se agrega en la cisterna trans.

    Transporte vesicular

    El transporte entre los compartimentos de la membrana está mediado por pequeñas vesículas. Las vesículas contienen una cubierta de proteína que impulsa la formación de vesículas y recluta proteínas en vesículas. Las vesículas se dirigen al compartimento correcto mediante una combinación de proteínas Rab y SNARE. Los Rab son una gran familia de pequeñas proteínas de unión a GTP, y cada compartimento de la membrana en la vía secretora parece contener una proteína Rab única. Las SNARE son proteínas en vesículas y compartimentos de membrana que se emparejan para mediar la fusión. Las SNARE comprenden otra gran familia de proteínas y los diferentes compartimentos probablemente contienen proteínas SNARE únicas.

    Formación de vesículas

    La formación de vesículas a partir del RE se comprende con mayor claridad y servirá como ejemplo de cómo se forman las vesículas. Es probable que el mecanismo sea similar para otros compartimentos. El ensamblaje de una cubierta de proteína impulsa la formación y el ensamblaje de la cubierta comienza con la unión de la pequeña proteína de unión a GTP Sar1. Sar1-GTP se asocia con ER e inserta una pequeña hélice en la valva exterior de la bicapa de la membrana ER para iniciar la curvatura de la membrana. Sar1-GTP recluta otros dos conjuntos de proteínas que forman la cubierta de la vesícula: el complejo Sec23-Sec24 que se une a las proteínas de carga y el complejo Sec13-Sec31 que ayuda a impulsar la formación de la vesícula. La selección de carga para la mayoría de las proteínas requiere una secuencia señal que interactúe con el complejo Sec23-24. Las proteínas solubles dentro de la luz del RE se asocian con receptores de carga que contienen una secuencia señal que se une a Sec23-Sec24. El complejo de la capa que rodea a las vesículas del RE se llama COP II.

    Dirigirse a las vesículas para corregir el compartimento

    Dos conjuntos de proteínas parecen ayudar a que las vesículas se fusionen con la membrana diana correcta. Un conjunto incluye ataduras que se localizan en los compartimentos de la membrana diana e interactúan con los componentes de la capa de la vesícula. Se han identificado varias ataduras diferentes en las células y cada una parece localizarse en un compartimento distinto. Las correas forman estructuras que se extienden desde la membrana del compartimento hacia el citosol. Esto puede ayudar a que las ataduras interactúen con las vesículas que llegan del compartimento de la membrana anterior.

    Un segundo conjunto de proteínas que ayuda a dirigir correctamente la vesícula a la membrana adecuada son las SNARE. Las SNARE también median la fusión entre membranas. Las vesículas contienen una proteína SNARE (vSNARE) y los compartimentos de membrana contienen de 2 a 3 proteínas SNARE (tSNARE). Las proteínas SNARE en vesículas y compartimentos de membrana interactúan con especificidad. Las células animales expresan 35 proteínas SNARE diferentes, pero solo ciertos conjuntos de SNARE interactúan entre sí. Al localizar aquellas SNARE que interactúan solo con las vesículas y su membrana objetivo, las células se aseguran de que las vesículas se fusionen con su membrana objetivo correcta.

    Fusión de membranas

    Las proteínas SNARE median la fusión entre las vesículas y su compartimento de membrana diana. Las proteínas SNARE contienen regiones largas que forman estructuras helicoidales. Los dominios helicoidales en vSNARE y tSNARE interactúan y parecen cerrarse. Se cree que la energía liberada a través del emparejamiento completo de vSNARE y tSNARE impulsa la fusión entre la membrana de la vesícula y la membrana del compartimento, aunque el mecanismo exacto sigue sin estar claro.

    Algunas vesículas se acoplan a su membrana objetivo pero no se fusionan. Por ejemplo, las vesículas secretoras almacenan proteínas y otras moléculas pequeñas hasta que se le indica a la célula que las libere. Algunas vesículas secretoras se acoplan a la membrana plasmática a través de la interacción de vSNARE y tSNARE, pero se evita que las SNARE se emparejen por completo para impulsar la fusión de la membrana. Las señales externas desencadenan la eliminación de la inhibición del emparejamiento, lo que permite que las vesículas se fusionen con la membrana plasmática.

    Clasificación de proteínas en la red trans-Golgi

    Al llegar a la red trans-Golgi, la mayoría de las proteínas se dirigen a su destino final. La vía predeterminada parece ser el transporte a la membrana plasmática, ya que la membrana plasmática necesita reemplazar continuamente lípidos y proteínas. Otras proteínas se clasifican en lisosomas y vesículas secretoras. La señal para enviar una proteína al lisosoma involucra la cadena lateral del azúcar. La mayoría de las proteínas lisosomales contienen manosa 6-fosfato que se agrega en el cis-Golgi. El receptor que se une a la manosa 6-fosfato reside en la red trans-Golgi y recluta proteínas de la cubierta a la red trans-Golgi. La clatrina forma la capa alrededor de estas vesículas y las vesículas acumulan proteínas lisosomales antes de brotar de la red trans-Golgi. Estas vesículas se fusionan con los endosomas. El lumen de los endosomas tiene un pH bajo, lo que hace que el receptor de manosa 6-fosfato se disocie de las proteínas lisosomales. El receptor de manosa 6-fosfato se devuelve a la red trans-Golgi y la vesícula que contiene las proteínas lisosomales madura en un lisosoma funcional.

    Algunas proteínas se clasifican en vesículas secretoras que almacenan estas proteínas hasta que se le indica a la célula que las libere. El mecanismo por el cual las proteínas se clasifican en vesículas secretoras, ya que estas proteínas no comparten una secuencia señal de clasificación común.

    Endocitosis

    Las células no solo liberan material al entorno externo, sino que también absorben material del exterior de la membrana plasmática a través de la endocitosis. Hay varias formas de endocitosis.

    La fagocitosis permite que algunas células (macrófagos, neutrófilos) se traguen y absorban partículas grandes como microorganismos y células muertas. La fagocitosis implica la protrusión de la membrana plasmática alrededor de la partícula. La protuberancia es impulsada por la polimerización de actina. La membrana plasmática finalmente rodea la partícula y se fusiona para encerrarla por completo y formar una gran vesícula endocítica.

    La pinocitosis forma vesículas mucho más pequeñas (

    100 nm) y permite que las células absorban pequeñas cantidades de líquido extracelular y porciones de la membrana plasmática. Una forma de pinocitosis es la endocitosis mediada por clatrina que permite que las células absorban proteínas específicas de la superficie celular.

    La endocitosis mediada por clatrina comienza con la formación de un hoyo en la membrana plasmática. El hoyo está rodeado en el lado citoplásmico por proteínas adaptadoras que unen la clatrina al hoyo. Los adaptadores también interactúan con proteínas de la membrana plasmática que están dirigidas a la endocitosis. El pozo puede acomodar

    1000 proteínas. La polimerización de la clatrina impulsa la formación de una vesícula que eventualmente se desprende de la membrana plasmática. La dinamina GTPasa cataliza la reacción de pellizco. Las vesículas recubiertas de clatrina se fusionan con endosomas donde el pH bajo disocia los ligandos de los receptores. Algunas proteínas luego regresan a la membrana plasmática, mientras que otras se dirigen al lisosoma donde se degradan.


    Transporte molecular en las membranas celulares.

    Se ha hecho cada vez más evidente durante la última década que las membranas celulares están equipadas con factores que desempeñan funciones específicas en el transporte de sustancias orgánicas e inorgánicas desde el exterior de la célula al interior de la célula o de un compartimento de la célula a otro. Los procesos de difusión normales (a menudo llamados difusión pasiva) ocurren pero estos pueden ser lentos, dependiendo de las concentraciones de las sustancias involucradas. La difusión pasiva sólo conduce a una concentración dentro de la célula no superior a la exterior, excepto en circunstancias en las que la unión de la sustancia a un constituyente de la célula tiene lugar en la célula o en un compartimento de la célula. Los componentes de la membrana celular que controlan las velocidades de transporte iónico y molecular, y que pueden conducir a la consecución de concentraciones de iones y moléculas en la célula sustancialmente más altas que las del exterior, pueden desempeñar papeles tan importantes como los de las enzimas en la célula. control del crecimiento, metabolismo y función celular. El proceso por el cual una sustancia se transfiere a través de la membrana celular de tal manera que está específicamente controlada, que puede conducir a la acumulación de la sustancia en la célula contra un gradiente de concentración, y que es asistida por energía, i. mi. junto con los procesos metabólicos, a menudo se denomina transporte activo. Los componentes específicos ubicados en la membrana celular e involucrados en los procesos de transporte generalmente se denominan transportadores.


    Resumen de la charla

    Esta conferencia sobre fotoblanqueo y fotoactivación describe cómo la recuperación de fluorescencia después del fotoblanqueo (FRAP), la pérdida de fluorescencia en el fotoblanqueo (FLIP) y la fotoactivación de fluoróforos pueden proporcionar información sobre la dinámica de las moléculas en las células. Los usos de estas técnicas incluyen el estudio del movimiento de proteínas a través de compartimentos de membrana, el comportamiento de difusión de moléculas en el citosol y las membranas, la dinámica de los polímeros citoesqueléticos y el recambio de proteínas.

    Preguntas

    1. ¿Qué técnica sería la más adecuada para cuantificar el recambio de proteínas?
      1. Microscopía de fluorescencia de dos fotones
      2. Fotoactivación
      3. Recuperación de fluorescencia después del fotoblanqueo (FRAP)
      4. Pérdida de fluorescencia en fotoblanqueo (FLIP)
      1. Microscopía de fluorescencia de dos fotones
      2. Fotoactivación
      3. Recuperación de fluorescencia después del fotoblanqueo (FRAP)
      4. Pérdida de fluorescencia en fotoblanqueo (FLIP)
      1. La exposición con luz infrarroja se convierte de fluorescencia roja a verde
      2. Fluorescencia reversible on-off con ciclos de luz
      3. La exposición con luz azul se convierte de verde a rojo fluorescencia
      4. La exposición a la luz azul cambia el espectro de absorción.
      1. El recambio de la proteína es alto
      2. Se están produciendo mecanismos de transporte activo y difusión.
      3. Una fracción de las moléculas blanqueadas son inmóviles y no intercambiables.
      4. Una fracción de la fluorescencia se ha fotoconvertido a otra longitud de onda.

      Respuestas


      La estructura del cloroplasto.

      En las plantas, la fotosíntesis tiene lugar principalmente en las hojas, que constan de muchas capas de células y tienen lados superior e inferior diferenciados. El proceso de fotosíntesis no ocurre en las capas superficiales de la hoja, sino en una capa intermedia llamada mesófilo (Figura 1).

      Figura 1 No todas las células de una hoja realizan la fotosíntesis. Las células dentro de la capa media de una hoja tienen cloroplastos, que contienen el aparato fotosintético. (crédito de Zephyris wikimedia)

      El intercambio de gases de dióxido de carbono y oxígeno se produce a través de pequeñas aberturas reguladas llamadas estomas.

      Figura 2 Estoma de hoja de tomate (singular de estomas). Crédito de la foto: Photohound Wikimedia Public Domain.

      En eucariotas, la fotosíntesis tiene lugar dentro de un orgánulo llamado cloroplasto. Algunos procariotas pueden realizar la fotosíntesis, pero no contienen cloroplastos (u otros orgánulos unidos a la membrana). En las plantas, existen células que contienen cloroplasto en el mesófilo. Los cloroplastos están rodeados por una doble membrana similar a la doble membrana que se encuentra dentro de una mitocondria. Dentro del cloroplasto hay una tercera membrana que forma estructuras apiladas en forma de disco llamadas tilacoides. Incrustadas en la membrana tilacoide hay moléculas de clorofila, un pigmento (una molécula que absorbe la luz) a través del cual comienza todo el proceso de fotosíntesis. La clorofila es responsable del color verde de las plantas. La membrana tilacoide encierra un espacio interno llamado luz o espacio tilacoide. Otros tipos de pigmentos también participan en la fotosíntesis, pero la clorofila es, con mucho, el más importante. Como se muestra en figura 3, una pila de tilacoides se llama granum, y el espacio que rodea al granum se llama estroma (no confundir con los estomas, las aberturas de las hojas).

      figura 3 estructura del cloroplasto. Tenga en cuenta que el cloroplasto está rodeado por una doble membrana, pero también contiene un tercer conjunto de membranas, que encierran a los tilacoides.

      Así como la estructura de las mitocondrias era importante para su capacidad de realizar la respiración celular aeróbica, la estructura del cloroplasto permite que tenga lugar el proceso de fotosíntesis. Tanto las reacciones dependientes de la luz como el ciclo de Calvin tienen lugar dentro del cloroplasto.


      Ver el vídeo: Lecture 08, concept 11: Membrane transport - passive vs. active u0026 non-mediated vs. mediated (Agosto 2022).