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¿Cuál es la consistencia del citosol?

¿Cuál es la consistencia del citosol?


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Imagina que de alguna manera tienes una taza de citosol puro. ¿Cuál sería su consistencia? Es decir, ¿qué tan grueso, qué tan pegajoso y qué viscoso sería?


El citosol es en realidad tan viscoso como el agua. (es decir, ~ 1 cP o 1 mPa / s).

De la Introducción de Bicknese et al. 1993

En fibroblastos y varios tipos de células epiteliales, la viscosidad de la fase fluida fue de 1.1-1.5 cP, no mucho más alto que el del agua (1 cP) (Periasamy et al., 1992). Las mediciones recientes de la viscosidad citoplasmática en células CV1 y PtK1 mediante un método radiométrico novedoso respaldaron la conclusión de que la viscosidad en fase fluida en el citoplasma a granel es similar al del agua (Luby-Phelps et al., 1993).

Y de la conclusión:

La viscosidad aparente en fase fluida cerca de la membrana plasmática celular fue de 1,1 ± 0,2 cP (fibroblasto) y 1,0 ± 0,2 cP (MDCK), no significativamente diferente de la viscosidad medida en el citoplasma en masa lejos de la membrana plasmática.

Curiosamente, el artículo cita los siguientes estudios:

En los fibroblastos, la viscosidad de la fase fluida dependía débilmente de la temperatura (energía de activación de Arrhenius 3-5 kcal / mol) y casi independiente del volumen celular (Fushimi y Verkman, 1991).


Nota:

cP = centipoise

  • Un centipoise (cP) es una unidad de medida de viscosidad dinámica no perteneciente al SI (no perteneciente al Sistema Internacional) en el sistema de unidades centímetro gramo segundo (CGS). Es un múltiplo de la unidad de viscosidad base CGS denominada poise (P)

  • 1 cP = 0,01 g / cm / s

  • 1 cP = 1 mPa / s

Fuente:

Bicknese S., N. Periasamy, S. B. Shohet y A. S. Verkman. 1993. Viscosidad citoplásmica cerca de la membrana plasmática celular: medición por microfluorimetría de campo de frecuencia de campo evanescente. Diario biofísico 65: 1272: 1282


Otras lecturas:

  1. Beals et al 1999

  2. Gyurov y Token 2011

  3. Guthrie y Nettesheim 2012

  4. Kalwarczyk 2011


Citosol

los citosol, también conocido como matriz citoplasmática o plasma terrestre, [2] es uno de los líquidos que se encuentran dentro de las células (líquido intracelular (ICF)). [3] Está separado en compartimentos por membranas. Por ejemplo, la matriz mitocondrial separa la mitocondria en muchos compartimentos.

En la célula eucariota, el citosol está rodeado por la membrana celular y es parte del citoplasma, que también comprende las mitocondrias, plástidos y otros orgánulos (pero no sus estructuras y fluidos internos); el núcleo celular está separado. Por tanto, el citosol es una matriz líquida alrededor de los orgánulos. En los procariotas, la mayoría de las reacciones químicas del metabolismo tienen lugar en el citosol, mientras que algunas tienen lugar en las membranas o en el espacio periplásmico. En eucariotas, mientras que muchas vías metabólicas todavía ocurren en el citosol, otras tienen lugar dentro de los orgánulos.

El citosol es una mezcla compleja de sustancias disueltas en agua. Aunque el agua forma la gran mayoría del citosol, su estructura y propiedades dentro de las células no se comprenden bien. Las concentraciones de iones como sodio y potasio en el citosol son diferentes a las del líquido extracelular. Estas diferencias en los niveles de iones son importantes en procesos como la osmorregulación, la señalización celular y la generación de potenciales de acción en células excitables como las endocrinas, nerviosas. y células musculares. El citosol también contiene grandes cantidades de macromoléculas, que pueden alterar el comportamiento de las moléculas a través del apiñamiento macromolecular.

Aunque alguna vez se pensó que era una solución simple de moléculas, el citosol tiene múltiples niveles de organización. Estos incluyen gradientes de concentración de moléculas pequeñas como el calcio, grandes complejos de enzimas que actúan juntas y participan en las vías metabólicas y complejos de proteínas como proteasomas y carboxisomas que encierran y separan partes del citosol.


Datos curiosos sobre el citoplasma

  • Un tipo diferente de fluido - El citoplasma se compone de aproximadamente un 80% de agua.
  • El citoplasma parece estar en todas partes. El citoplasma llena todos los espacios entre el núcleo y la membrana celular. Estos espacios también se denominan "sustancia celular".
  • Espera tu turno - Además de permitir que los orgánulos y las moléculas se muevan, el citoplasma también actúa para mantenerlos en su lugar.
  • Referencias fantasmales - El citoplasma que rodea al núcleo se llama "endoplasma". El citoplasma cercano a la membrana celular se llama "ectoplasma". Es posible que esté familiarizado con el término "ectoplasma", ya que se usa en películas como Ghost Busters, y sí, también es pegajoso y gelatinoso.
  • Citoplasma con otro nombre: Hay un citoplasma dentro del núcleo que es diferente al citoplasma fuera del núcleo. El citoplasma dentro del núcleo se llama "nucleoplasma".
  • Elija su citoplasma - El citoplasma en realidad puede ser acuoso o gelatinoso, dependiendo de la actividad dentro de la célula.

Citoesqueleto

Aunque el citoplasma puede parecer que no tiene forma ni estructura, en realidad está muy organizado. Un marco de andamios de proteínas llamado el citoesqueleto proporciona estructura al citoplasma y a la célula. El citoesqueleto consta de microfilamentos en forma de hilo, filamentos intermedios y microtúbulos que atraviesan el citoplasma. Puede ver estos filamentos y túbulos en las celdas de la Figura 4.5.2. Como sugiere su nombre, el citoesqueleto es como un "esqueleto" celular. Ayuda a la célula a mantener su forma y también ayuda a mantener las estructuras celulares (como orgánulos) en su lugar dentro del citoplasma.


Parte 2: Mecanismos de formación de gotitas de lípidos

00: 00: 15.10 Hola, soy Toby Walther.
00: 00: 17.04 Y yo soy Bob Farese, Jr.
00: 00: 19.10 Y dirigimos un laboratorio conjunto en la Escuela de Salud Pública de Harvard
00: 00: 22.12 y Harvard Medical School.
00: 00: 24.05 Y en esta conferencia,
00: 00: 26.16 vamos a discutir algunos de los mecanismos y fisiología
00: 00: 28.23 de formación de gotas de lípidos.
00: 00: 31.14 Como mencionamos en nuestra conferencia introductoria,
00: 00: 33.28 las células tienen esta notable capacidad
00: 00: 36.15 para organizar la formación de gotitas de lípidos
00: 00: 40.24 dentro de la celda
00: 00: 42.26 de manera dispersa y regular.
00: 00: 45.06 Y esto genera muchas preguntas,
00: 00: 47.10 como, ¿cómo hacen esto las células?
00: 00: 48.27 ¿Qué maquinaria proteica está involucrada en la formación de gotitas de lípidos?
00: 00: 53.23 ¿cómo se dirigen las proteínas a las superficies de estos orgánulos?
00: 00: 58.01 y cuáles son las funciones de estos orgánulos
00: 01: 01.11 en células y en organismos?
00: 01: 03.25 Para empezar, en esta conferencia
00: 01: 07.07 vamos a mostrar una animación realizada por Janet Iwasa
00: 01: 10.27 que ilustra una imagen de cómo creemos que se forman las gotas de lípidos.
00: 01: 14.17 Aquí puede ver el retículo endoplásmico,
00: 01: 16.16 el sitio de síntesis de lípidos neutros,
00: 01: 18.29 y ves acil CoA graso
00: 01: 21.01 y sustratos de diacilglicerol
00: 01: 23.03 que se unen covalentemente
00: 01: 25.13 a través de las acciones de las enzimas DGAT
00: 01: 27.15 - DGAT1 y DGAT2 -
00: 01: 29.10 para formar triglicéridos.
00: 01: 30.29 La fase de estos triglicéridos se separa dentro del plano de la bicapa,
00: 01: 36.01 y se acumulan a través de la maduración de Ostwald,
00: 01: 39.14 y luego brotan hacia la superficie citosólica del RE
00: 01: 43.25 para formar una gota.
00: 01: 45.17 Pueden ver que eso sucede aquí.
00: 01: 47.16 Y a medida que crece la gota de lípido,
00: 01: 49.21 el ángulo de superficie entre la gota de lípido
00: 01: 53.14 y la sala de emergencias cambia,
00: 01: 55.14 y eventualmente la gota brotará.
00: 01: 57.12 Y la pregunta es, ¿cómo ocurre este proceso?
00: 01: 59.18 Y ha sido nuestra hipótesis, y la de otros,
00: 02: 02.12 que las proteínas deben participar en la formación de estos orgánulos.
00: 02: 08.02 Ahora, al menos conceptualmente,
00: 02: 09.23 puedes desarmar ese complejo conjunto de reacciones
00: 02: 12.12 en pasos individuales.
00: 02: 14.07 Esos no tienen que ocurrir necesariamente de forma secuencial en el tiempo,
00: 02: 16.25 pero se pueden separar para que los analicemos
00: 02: 19.20 uno por uno.
00: 02: 21.09 En el primer paso, como Bob acaba de mencionar,
00: 02: 23.10 ocurre la síntesis de triglicéridos,
00: 02: 26.00 y se forma la lente inicial.
00: 02: 27.25 En el siguiente paso,
00: 02: 30.04 discutiremos cómo, inicialmente,
00: 02: 32.26 la gota de lípido crece y brota específicamente en una dirección,
00: 02: 35.29 hacia el citosol.
00: 02: 37.20 En otro paso,
00: 02: 40.21 las proteínas se reclutan específicamente
00: 02: 42.29 a la superficie de las gotitas de lípidos.
00: 02: 45.06 Y cuando están allí,
00: 02: 46.21 a menudo catalizan reacciones
00: 02: 49.01 que permiten la expansión de la gota de lípidos
00: 02: 50.20 en un último paso.
00: 02: 53.14 Entonces, comencemos con el paso 1 de la formación de gotas de lípidos:
00: 02: 56.20 síntesis de triglicéridos y formación de lentes,
00: 02: 59.13 donde los triglicéridos se juntan dentro del plano de la bicapa.
00: 03: 02.25 Para empezar, en este paso,
00: 03: 04.29 tenemos que pasar por la vía de la síntesis de glicerolípidos
00: 03: 08.10 que fue descubierto por Eugene Kennedy y compañeros de trabajo
00: 03: 11.24 y reportado en 1960.
00: 03: 14.07 Y esta es la principal vía de síntesis de lípidos
00: 03: 16.13 que da lugar a ambos fosfolípidos
00: 03: 18.07 así como el triglicérido lipídico neutro.
00: 03: 20.20 En este camino,
00: 03: 22.19 que también ocurre en el retículo endoplásmico,
00: 03: 24.18 ácidos grasos, que puede ver en el extremo izquierdo de esta diapositiva,
00: 03: 28.08 están unidos covalentemente, en una reacción que requiere ATP,
00: 03: 31.28 por ACSL, o acil-CoA sintetasas,
00: 03: 35.06 para formar ácidos grasos activados llamados acil-CoA grasos.
00: 03: 39.15 Estos acil-CoA grasos, entonces,
00: 03: 42.06 están unidos covalentemente a una columna vertebral de glicerol
00: 03: 44.17 en una serie de pasos enzimáticos
00: 03: 46.21 para dar lugar al ácido fosfatídico o diacilglicerol.
00: 03: 51.07 Y esos pasos se catalizan
00: 03: 53.05 por una serie de enzimas como las enzimas GPAT
00: 03: 55.19 - glicerol fosfato acil transferasas
00: 03: 59.25 Enzimas AGPAT - acil glicerol fosfato acil transferasas
00: 04: 02.16 y el grupo fosfato se elimina del ácido fosfatídico
00: 04: 05.11 para formar diacilglicerol por PAP,
00: 04: 08.13 o fosfatasa de ácido fosfatídico.
00: 04: 11.11 Ahora, ácido fosfatídico y diacilglicerol
00: 04: 15.04 puede dar lugar a fosfolípidos,
00: 04: 17.17 pero en el paso final de producir triglicéridos,
00: 04: 20.06 diacilglicerol se une covalentemente
00: 04: 22.21 a un acil-CoA para formar triacilglicerol
00: 04: 25.18 a través de las acciones de las enzimas DGAT.
00: 04: 28.16 Entonces, como mencioné, la actividad DGAT
00: 04: 30.27 fue descrito alrededor de 1960,
00: 04: 33.24 pero no fue por otros 40 años
00: 04: 35.28 que comenzamos a comprender los procesos moleculares
00: 04: 38.15 de producir triglicéridos.
00: 04: 41.10 Entonces, a fines de la década de 1990,
00: 04: 45.11 nosotros y la gente de Calgene
00: 04: 49.21 identificó las enzimas que producen triglicéridos,
00: 04: 51.17 y esos ahora se conocen como DGAT1 y DGAT2.
00: 04: 54.25 Entonces, esto es fascinante.
00: 04: 56.16 Tenemos dos enzimas,
00: 04: 58.04 y estas dos enzimas tienen evolución convergente
00: 05: 02.09 ya que ambos catalizan el mismo paso bioquímico,
00: 05: 04.27 pero evolucionaron por separado
00: 05: 07.03 y forman parte de diferentes familias de genes y proteínas.
00: 05: 09.24 Entonces, DGAT1 es parte de la familia MBOAT.
00: 05: 12.05 DGAT2 tiene su propia familia
00: 05: 14.25 que constituye DGAT y MGAT
00: 05: 17.00 y cera sintasas.
00: 05: 18.25 Ambas enzimas
00: 05: 20.23 se encuentran en el retículo endoplásmico,
00: 05: 22.17 pero como puede ver, como se muestra aquí,
00: 05: 25.02 tienen topologías muy diferentes.
00: 05: 27.05 DGAT1 es un. es una proteína de membrana politópica
00: 05: 30.07 con múltiples dominios transmembrana
00: 05: 32.10 y es una proteína muy hidrofóbica.
00: 05: 35.06 DGAT2, por otro lado,
00: 05: 37.03 tiene un dominio transmembrana incrustado
00: 05: 39.01 que lo ancla al retículo endoplásmico,
00: 05: 42.10 como se muestra aquí.
00: 05: 46.06 Ambas enzimas han sido objeto de
00: 05: 49.22 desarrollo de inhibidores farmacéuticos.
00: 05: 51.09 Y de hecho, hay muy específicos
00: 05: 53.16 e inhibidores altamente efectivos
00: 05: 55.12 para la enzima DGAT1 y DGAT2
00: 05: 57.24 que son útiles tanto en.
00: 06: 00.05 para herramientas de laboratorio
00: 06: 04.10 y se han incluido en ensayos clínicos.
00: 06: 08.11 Ahora, actualmente, solo tenemos un entendimiento
00: 06: 10.21 de los mecanismos moleculares de la síntesis de triglicéridos
00: 06: 13.23 catalizado por DGAT1.
00: 06: 15.28 Específicamente, recientemente,
00: 06: 18.18 pudimos resolver la estructura,
00: 06: 21.03 la estructura molecular de esta enzima.
00: 06: 23.28 Y como puede ver aquí por microscopía crioelectrónica,
00: 06: 25.29 lo que se ha hecho evidente es que DGAT1 genera.
00: 06: 29.25 está presente como un dímero en la membrana del retículo endoplásmico,
00: 06: 34.18 y. donde la mayor parte de la proteína
00: 06: 37.08 está realmente dentro de la bicapa de la membrana.
00: 06: 40.01 Resulta que la enzima se forma, como,
00: 06: 43.11 un dímero en forma de mariposa
00: 06: 45.23 eso es un cruce muy íntimo
00: 06: 49.19 y vinculado entre las dos subunidades.
00: 06: 52.00 Cuando miras una de las subunidades,
00: 06: 53.26 es fascinante ver cómo creemos ahora
00: 06: 56.14 ocurre el mecanismo molecular de la síntesis de triglicéridos.
00: 06: 59.25 La enzima tiene un canal
00: 07: 02.27 que llega desde el lado citosólico
00: 07: 04.20 todo el camino a través de la membrana
00: 07: 06.12 al lado luminal.
00: 07: 08.27 Además, hay una cavidad lateral,
00: 07: 11.17 o una puerta,
00: 07: 13.25 hacia el plano de la membrana.
00: 07: 15.22 Profundamente dentro de la enzima,
00: 07: 17.20 y profundamente dentro del plano de la membrana,
00: 07: 20.02 existe el supuesto sitio catalítico.
00: 07: 21.24 Cuando miramos eso
00: 07: 25.04 en una estructura que también contiene sustratos
00: 07: 27.10 y una densidad que probablemente
00: 07: 29.23 es el diacilglicerol aceptor de acilo,
00: 07: 32.21 lo que resulta evidente es que el sustrato acil-CoA
00: 07: 35.28 llega al sitio activo desde el lado citosólico
00: 07: 39.11 ya sea directamente del citoplasma
00: 07: 41.10 o tal vez lateralmente desde la membrana,
00: 07: 43.18 y posiciona el grupo carbonilo
00: 07: 47.12 que se utiliza para la esterificación
00: 07: 50.11 justo al lado del aceptor de acilo,
00: 07: 52.08 la densidad similar al diacilglicerol,
00: 07: 54.16 justo al lado del sitio activo.
00: 07: 56.21 Ese segundo sustrato llega a través de la puerta lateral
00: 08: 00.20 directamente a ese núcleo hidrofóbico
00: 08: 03.00 en medio de la enzima.
00: 08: 04.24 Ahora pensamos que en el siguiente paso,
00: 08: 06.20 se libera el triacilglicerol,
00: 08: 08.28 posiblemente directamente en la memoria a través de esa puerta lateral,
00: 08: 11.18 iniciando el siguiente paso,
00: 08: 14.05 caída inicial de lípidos. crecimiento de gotitas de lípidos
00: 08: 16.07 y formación de lentes.
00: 08: 17.29 Entonces, a medida que comenzamos a tener una comprensión molecular
00: 08: 19.26 de cómo se fabrican los triglicéridos
00: 08: 21.28 y liberado en la membrana,
00: 08: 23.15 esto nos lleva al segundo paso de la formación de gotas de lípidos,
00: 08: 25.20 y es decir,
00: 08: 27.21 ¿cómo se separan las fases de los triglicéridos?
00: 08: 30.06 dentro del plano de la bicapa
00: 08: 31.26 y luego convertirse en una gota de lípido en ciernes inicial?
00: 08: 36.14 Ahora, este es un problema difícil de abordar,
00: 08: 39.22 y hemos tenido mucha suerte
00: 08: 41.23 adoptando enfoques de tipo de sistemas
00: 08: 43.09 para identificar la maquinaria de formación de gotitas de lípidos.
00: 08: 45.22 Lo que se muestra aquí es una pantalla
00: 08: 47.24 que realizamos recientemente
00: 08: 49.18 en células de macrófagos humanos
00: 08: 51.06 que estaban cargados con colesterol y triglicéridos
00: 08: 54.04 para formar gotitas de lípidos,
00: 08: 55.12 y luego usamos ARNi
00: 08: 58.02 para derribar los genes en el genoma
00: 09: 00.06 y determinar cuál de estos genes
00: 09: 02.12 era necesario para la formación normal de gotas.
00: 09: 04.20 Y desde una pantalla como esta,
00: 09: 06.10 obtuvimos, como puede ver,
00: 09: 08.08 500 hits por. que están involucrados en la biología de las gotas de lípidos.
00: 09: 11.28 Ahora, del análisis de imágenes,
00: 09: 14.22 podemos clasificar las características
00: 09: 17.11 de cómo estas diferentes inhibiciones de genes
00: 09: 21.07 afectan la biología de las gotas de lípidos,
00: 09: 23.18 y luego clasificarlos en diferentes fenotipos, como puede ver.
00: 09: 26.21 Entonces, tenemos algunas clases
00: 09: 29.10 donde hay gotas muy pequeñas y dispersas,
00: 09: 31.23 y otras clases donde las gotas son bastante grandes y están agrupadas,
00: 09: 34.05 por ejemplo.
00: 09: 36.06 Algunos ejemplos de estas diferentes clases
00: 09: 38.06 se puede ver en estas imágenes,
00: 09: 40.01 donde, de nuevo,
00: 09: 41.26 tenemos una variedad de fenotipos de gotitas de lípidos muy fuertes
00: 09: 44.01 causado por derribos de genes individuales.
00: 09: 46.20 Algunos de los genes que causan estos diferentes fenotipos
00: 09: 49.25 se muestran a la derecha, aquí,
00: 09: 51.21 y obviamente, hoy no podemos discutir
00: 09: 54.01 muchos de los hits de la pantalla.
00: 09: 55.15 Sin embargo, diré,
00: 09: 57.22 todos estos hits se pondrán a disposición del público
00: 09: 59.16 en una plataforma de gotas de lípidos
00: 10: 01.25 que se lanzará muy pronto.
00: 10: 04.09 Uno de los éxitos de los que nos gustaría hablar hoy
00: 10: 06.25 este se llama BSCL2 o seipin.
00: 10: 10.04 BSCL2 es el gen que codifica la proteína seipin,
00: 10: 12.28 y este éxito fue uno de los más fuertes en nuestra pantalla,
00: 10: 16.06 y por supuesto atrajo nuestro interés
00: 10: 18.00 porque nosotros y los demás
00: 10: 21.22 han identificado seipin como una proteína muy importante
00: 10: 24.17 en la formación de gotas de lípidos.
00: 10: 26.19 Entonces, seipin. que es seipin?
00: 10: 28.13 seipin es una proteína ER,
00: 10: 30.20 como se muestra en la caricatura a su izquierda,
00: 10: 32.22 que tiene terminales N y C
00: 10: 34.14 que están orientados hacia el citosol.
00: 10: 36.18 Tiene dos dominios transmembrana
00: 10: 39.02 y un bucle conservado evolutivamente
00: 10: 42.15 que está orientado hacia el lumen de la sala de emergencias.
00: 10: 45.26 Y seipin fue identificado en 2001
00: 10: 48.18 como gen causante.
00: 10: 52.00 uno de los genes causantes de la lipodistrofia generalizada congénita,
00: 10: 56.15 cuál. un ejemplo de ese síndrome,
00: 10: 59.07 donde hay una falta de grasa corporal,
00: 11: 01.19 se muestra en la imagen de la derecha.
00: 11: 03.09 Ahora, a lo largo de los años,
00: 11: 05.17 nosotros y muchos otros laboratorios hemos trabajado en la proteína seipin
00: 11: 08.05 porque muchos laboratorios lo han identificado
00: 11: 10.25 como fundamental para la formación de gotas de lípidos,
00: 11: 13.03 y algunos de esos laboratorios se enumeran en la parte inferior.
00: 11: 16.15 Algunos de los principales hallazgos
00: 11: 19.10 que son importantes para comprender
00: 11: 22.07 papel potencial de seipin en la formación de gotas de lípidos
00: 11: 24.13 se enumeran en esta diapositiva.
00: 11: 25.20 Una es que la eliminación de seipin
00: 11: 26.28 - que se identificó por primera vez como.
00: 11: 29.09 hecho en pantallas en levadura por Goodman Lab
00: 11: 32.08 o el laboratorio de Rob Yang -
00: 11: 33.16 muestran que la deleción de seipin
00: 11: 35.25 da como resultado gotas de lípidos de gran tamaño,
00: 11: 37.00 gotitas de lípidos muy gigantes que se encuentran en las células.
00: 11: 39.23 El laboratorio de Joel Goodman también mostró originalmente
00: 11: 42.01 que seipin homooligomeriza
00: 11: 44.06 para formar un gran complejo macromolecular.
00: 11: 47.00 Y varios laboratorios también mostraron
00: 11: 50.26 que seipin se localiza en las uniones de gotitas de lípidos ER en la levadura.
00: 11: 55.26 Ahora, esta diapositiva muestra una figura en la que
00: 11: 59.06 te mostramos el fenotipo celular
00: 12: 01.08 para la deleción de seipin.
00: 12: 02.28 A su izquierda, puede ver que
00: 12: 04.29 gotas de lípidos se forman en estas células de Drosophila
00: 12: 06.18 de manera organizada,
00: 12: 08.28 como te mostramos en algunos de los videos anteriores.
00: 12: 11.10 Cargamos con oleato, forman triglicéridos,
00: 12: 13.05 y las gotas se forman de manera dispersa.
00: 12: 16.06 A tu derecha está lo que pasa
00: 12: 18.01 en células deficientes en seipin.
00:12: 20.05 Y en este caso, lo que vemos es algo completamente diferente.
00: 12: 24.01 Hay algunas gotas de lípidos grandes preexistentes,
00: 12: 25.29 pero en lugar de tener gotas de lípidos de tamaño normal,
00: 12: 30.05 lo que vemos es una miríada de gotitas de lípidos muy pequeñas
00: 12: 32.27 que se encuentran en todo el retículo endoplásmico,
00: 12: 37.01 que se ven claramente diferentes a las gotas de tamaño normal
00: 12: 41.26 encontrado en la situación de tipo salvaje.
00:12: 43.29 Ahora, ¿cómo es que la proteína realmente hace esto?
00: 12: 46.02 Una observación temprana interesante en nuestro laboratorio
00: 12: 49.02 fue eso cuando realmente miramos.
00: 12: 51.19 cómo se ve la proteína,
00: 12: 53.19 forma focos en el retículo endoplásmico.
00: 12: 56.18 Lo que puedes ver en la película de la izquierda
00: 12: 58.25 es una célula de Drosophila, como la que Bob acaba de mostrar,
00: 13: 01.16 donde hemos modificado el genoma de las células
00: 13: 04.26 para expresar una versión de seipin
00: 13: 06.20 que tiene un GFP justo al final de una proteína,
00: 13: 09.01 en su locus endógeno.
00: 13: 11.06 Y lo que puedes ver es que esta celda ahora
00: 13: 14.10 tiene estos focos verdes,
00: 13: 16.02 que se mueven rápidamente a través del retículo endoplásmico
00: 13: 18.22 - ahora se muestra en rojo aquí -
00: 13: 20.12 casi como si solo fueran a escanear la sala de emergencias
00: 13: 23.04 para la formación inicial de gotitas de lípidos.
00: 13: 25.27 Y resulta que esta es una característica conservada
00: 13: 28.24 para seipin,
00: 13: 30.13 porque no solo forma puntos en las células de Drosophila,
00: 13: 33.02 pero como puede ver a la derecha, aquí,
00: 13: 35.17 también en células de mamíferos,
00: 13: 37.01 y lo mismo ocurre en muchos otros sistemas
00:13: 38.19 donde la gente ha mirado.
00:13: 40.13 Ahora, ¿cuál es la naturaleza molecular de estos focos?
00: 13: 42.26 Nuestro entendimiento actual
00: 13: 45.02 es impulsado por observaciones,
00: 13: 47.02 de nuevo, por microscopía crioelectrónica,
00: 13: 49.04 donde hemos aislado y purificado seipin,
00: 13: 52.27 en este caso, de células de Drosophila.
00:13: 54.28 Y lo que observas es que
00:13: 58.04 Seipin tiene tres partes.
00: 14: 00.13 Hay dos extensiones cortas en la parte del terminal N y C
00: 14: 04.22 que se predice que ambos enfrentarán el lado citosólico.
00: 14: 08.03 Cada subunidad también tiene dos dominios transmembrana
00: 14: 10.09 que atraviesan la membrana ER.
00: 14: 13.13 Y luego hay una gran,
00: 14: 15.09 dominio luminal bastante conservado,
00: 14: 16.26 ahora se muestra en verde en la caricatura.
00: 14: 20.18 En nuestra estructura crio-EM, lo que observamos es
00: 14: 27.00 particularmente que el dominio luminal se pliega
00: 14: 29.27 en un pliegue alfa / beta muy, muy sólido,
00: 14: 32.00 que se asemeja a las proteínas de unión a lípidos,
00: 14: 34.07 que se organizan en una estructura de anillo
00: 14: 39.17 que contiene 10, 11 o 12 subunidades,
00: 14: 41.08 dependiendo de la especie.
00: 14: 42.29 También puede ver que los dominios transmembrana
00: 14: 45.18 están por encima de eso
00: 14: 47.11 y abarcan la membrana bicapa,
00: 14: 49.17 pero en la estructura,
00: 14: 51.01 esos no se resolvieron,
00:14: 52.17 presumiblemente porque eran bastante flexibles.
00: 14: 55.16 Ahora, analizando la estructura del dominio plegado
00: 14: 58.08 en el lado luminal,
00: 14: 59.23 lo que observamos son dos características particulares.
00: 15: 03.12 Una es que este anillo realmente subyace
00: 15: 06.18 justo debajo de la membrana,
00: 15: 08.03 parecido a lo que podría llamarse un lavador molecular
00: 15: 09.24 que básicamente ancla toda la maquinaria
00: 15: 14.00 - ya sabes, un complejo de proteínas muy grande en este punto,
00: 15: 16.18 con, como, 12 subunidades -
00: 15: 18.06 justo debajo de la sala de emergencias.
00: 15: 20.02 La segunda característica que parece ser específica para seipin
00: 15: 22.20 en esta clase de moléculas relacionadas
00: 15: 25.25 es que hay una hélice
00: 15: 29.16 que está presente en todas las moléculas de seipin
00: 15: 32.06 que se han descrito hoy
00: 15: 34.10 que se presiona y se orienta directamente sobre la membrana.
00: 15: 38.06 Esta hélice hidrofóbica, aislada,
00: 15: 40.06 es suficiente para unir triglicéridos,
00: 15: 42.14 llevándonos al modelo que este complejo
00: 15: 45.15 organiza el original.
00: 15: 47.04 la formación inicial de gotitas de lípidos.
00: 15: 50.05 Dicho esto, este modelo predice, por supuesto,
00: 15: 55.06 que uno puede aislar triglicéridos en este complejo
00: 15: 57.01 a medida que se forma.
00:15: 58.21 Y lo hemos intentado y nunca lo hemos logrado.
00: 16: 01.03 Hay un segundo acertijo aquí,
00: 16: 03.04 y es que esta hélice hidrofóbica
00: 16: 05.21 está altamente conservado evolutivamente en secuencia,
00: 16: 08.12 una característica que no necesariamente esperaría
00: 16: 10.17 si el único papel de esto fuera ser hidrofóbico
00: 16: 13.02 e interactuar con el aceite.
00: 16: 14.29 Entonces, basándonos en esto, teníamos un rompecabezas,
00: 16: 18.02 y planteamos la hipótesis de que puede haber
00:16: 20.26 Falta un componente en este complejo de ensamblaje.
00: 16: 22.20 Y aquí hay un experimento
00: 16: 24.28 que Jeeyun Chung en nuestro laboratorio llevó a cabo,
00: 16: 26.26 en el que hizo una inmunoprecipitación,
00: 16: 29.06 o un experimento desplegable,
00: 16: 30.28 usando el seipin de tipo salvaje,
00: 16: 33.02 que se muestra a su izquierda,
00: 16: 34.27 o una molécula de seipin
00: 16: 37.18 en el que eliminó esta hélice hidrofóbica altamente conservada,
00: 16: 39.19 que se muestra a la derecha.
00:16: 41.05 Y al derribar a todos los interactores,
00: 16: 43.05 ella encontró un hit
00: 16: 48.01 que fue derribado específicamente con la proteína de tipo salvaje
00: 16: 49.21 pero no con la proteína mutante que eliminó esta hélice hidrofóbica.
00: 16: 52.06 Y eso es muy fácil de ver
00: 16: 55.11 en la parte superior derecha de la figura, aquí,
00: 16: 57.15 y ese gen.
00: 17: 00.06 la proteína que fue derribada por el tipo salvaje
00: 17: 01.22 es una proteína que se llamó TMEM159.
00: 17: 04.25 Entonces, ¿qué es TMEM159?
00: 17: 07.01 Bueno, entonces.
00: 17: 12.03 ahora hemos nombrado factor de ensamblaje de gotitas de lípidos TMEM159,
00: 17: 14.16 y ese nombre habla de lo que pensamos.
00:17: 17.27 su participación en el ensamblaje de las gotitas de lípidos.
00:17: 21.03 Entonces, no se sabía mucho sobre esto.
00: 17: 24.01 cuando lo identificamos como un interactor seipin.
00: 17: 25.22 TMEM159 o LDAF1,
00:17: 27.17 es una proteína del retículo endoplásmico.
00: 17: 29.27 161 aminoácidos.
00: 17: 32.14 Su topología sugiere los extremos N y C
00:17: 36.01 están hacia el citoplasma.
00: 17: 37.21 Y las características de la proteína
00:17: 40.17 sugieren que forma una horquilla doble,
00:17: 45.02 como hemos modelado en esta caricatura.
00: 17: 47.22 El gen y la proteína se identificaron originalmente
00: 17: 49.23 en hígado graso murino
00: 17: 51.10 que había sido inducida por PPAR-gamma
00: 17: 53.00 en un modelo nocaut
00:17: 55.07 donde había hígado graso.
00:17: 57.23 Y una de las cosas que nos llamó la atención
00: 18: 00.00 cuando hicimos este pulldown
00: 18: 01.04 resultó que la caída
00: 18: 04.24 de TMEM159 o LDAF1
00: 18: 06.28 también estaba altamente correlacionado con seipin
00: 18: 09.16 en la pantalla de todo el genoma que les mostré anteriormente.
00: 18: 12.22 Entonces, Jeeyun pasó a purificar LDAF1,
00: 18: 17.07 como me referiré ahora,
00: 18: 20.08 como se muestra aquí, de células de mamíferos.
00: 18: 21.22 Y cuando ella derriba y purifica LDAF1,
00: 18: 23.22 ella también copurifica el seipin.
00: 18: 28.15 Y estas dos proteínas
00: 18: 30.19 ahora forman un complejo estequiométrico.
00: 18: 32.24 Es importante destacar que, como Toby mencionó antes,
00: 18: 34.24 cuando purificamos seipin solo antes,
00: 18: 37.18 no pudimos copurificar triacilglicerol con seipin.
00: 18: 41.15 Pero hicimos el descubrimiento aquí
00: 18: 44.20 que cuando purificamos el complejo de ambas proteínas juntas,
00: 18: 47.16 como puede ver en el cuarto desde el carril izquierdo,
00: 18: 52.20 el complejo tirado hacia abajo en el gel Coomassie en la parte inferior
00: 18: 55.08 también muestra la presencia de triacilglicerol.
00: 18: 57.14 Si agregamos ácido oleico a las células
00: 18: 59.20 e impulsa la formación de gotas de lípidos,
00: 19: 01.11 el complejo purifica aún más triacilglicerol,
00: 19: 04.00 como puede ver.
00: 19: 05.19 Y si usáramos inhibidores DGAT
00: 19: 07.24 en esa situación,
00:19: 09.09 bloqueamos el triacilglicerol.
00:19: 10.29 Entonces, todo esto es evidencia para nosotros de que este complejo,
00: 19: 13.05 juntos,
00: 19: 15.06 está interactuando con triacilglicerol
00: 19: 17.23 durante la formación de gotas de lípidos.
00: 19: 20.14 Pasamos a estudiar LDAF1
00: 19: 23.27 en el contexto de las celdas,
00: 19: 25.22 y uno de esos experimentos se muestra aquí.
00: 19: 28.08 En este experimento,
00: 19: 29.26 lo que se ha hecho es que
00: 19: 32.09 LDAF1 y seipin han sido etiquetados,
00: 19: 34.16 usando tecnología CRISPR,
00:19: 36.04 en sus loci endógenos con proteínas fluorescentes.
00: 19: 40.04 Además, etiquetamos PLIN3,
00: 19: 42.23 que hemos identificado como uno de
00:19: 45.25 los primeros detectores de una gota de lípido en formación.
00: 19: 48.00 Y así, se muestra en esta diapositiva
00: 19: 49.28 son tres ejemplos de formación de gotitas de lípidos,
00: 19: 52.12 según lo detectado por la señal PLIN3,
00: 19: 55.17 en el conjunto inferior de.
00: 19: 58.27 en la fila inferior de estos paneles.
00: 20: 00.15 Y en todos los casos,
00: 20: 01.16 cuando podemos detectar por primera vez la formación de gotitas de lípidos,
00: 20: 04.11 está ocurriendo en el mismo lugar
00: 20: 06.27 como donde tenemos LDAF1 y seipin.
00: 20: 08.17 Entonces, esto nos da
00: 20: 11.11 más evidencia de que el complejo seipin-LDAF1
00: 20: 14.00 es el sitio donde las gotas de lípidos
00: 20: 16.27 se están formando en estas células.
00: 20: 19.15 Ahora, si este modelo es correcto,
00: 20: 21.14 hay un par de predicciones simples.
00: 20: 23.18 Una de las predicciones más fuertes es que,
00: 20: 26.06 si el complejo determina dónde se forman las gotas de lípidos,
00: 20: 28.27 deberíamos poder mover el complejo
00: 20: 31.11 a un sitio donde normalmente no está localizado,
00: 20: 33.10 o donde solo algunos de ellos son aleatorios,
00: 20: 35.10 y ahora deberían formarse gotitas de lípidos,
00: 20: 37.27 preferiblemente, en esos sitios.
00: 20: 39.29 En este experimento, usamos un truco de biología química
00: 20: 42.21 en el que hemos generado
00: 20: 45.07 una versión heterodimerizante artificial químicamente inducida
00: 20: 49.12 de LDAF1
00: 20: 51.20 que se puede unir a un ancla de membrana plasmática.
00: 20: 54.20 Cuando agregamos a las células que expresan esas dos construcciones
00: 20: 59.06 un heterodimerizador químico,
00: 21: 00.20 lo que ocurre es que esas dos partes de las proteínas
00: 21: 03.20 forman un complejo,
00: 21: 05.19 y eso arrastra todo el retículo endoplásmico
00: 21: 08.04 muy cerca de la membrana plasmática.
00:21: 11.19 Normalmente, hay muy poco plasma.
00:21: 13.29 retículo endoplásmico justo debajo de la membrana plasmática.
00:21: 16.20 Pero cuando inducimos esto,
00: 21: 18.23 lo que observamos es.
00: 21: 20.07 por microscopía de reflexión interna total.
00: 21: 22.19 es que tanto LDAF1 está dirigido,
00: 21: 25.13 como predeciría,
00: 21: 27.01 pero ahora también se traen seipin
00: 21: 28.18 porque está en un complejo proteína-proteína con LDAF1,
00: 21: 31.21 no interactuando directamente con el ancla.
00: 21: 35.03 Esto ahora genera un escenario
00: 21: 37.26 en el que justo debajo de la membrana plasmática
00: 21: 40.00 tenemos mucho, mucho ER
00:21:42.15 que está atado a él.
00:21: 44.05 Y lo importante e interesante es
00:21: 46.27 cuando ahora miramos la formación de gotas de lípidos,
00: 21: 49.01 vemos que ahora se forman muchas, muchas gotas de lípidos
00: 21: 51.24 debajo de la membrana plasmática,
00:21: 53.20 porque ahora tienes este complejo ahí,
00:21: 55.12 que normalmente no se encuentra allí.
00:21: 57.04 En una célula de tipo salvaje que no tiene.
00: 21: 59.01 o en una celda que no ha sido expuesta al dimerizador,
00: 22: 01.16 una celda de control,
00: 22: 03.02 solo vemos muy, muy pocas gotas
00: 22: 05.03 formándose justo debajo de la membrana plasmática.
00:22: 07.22 Pero como puede ver en la cuantificación de la derecha, aquí,
00: 22: 11.07 o en las imágenes fijas tomadas de una película a la izquierda,
00:22: 13.03 tan pronto como coloques este complejo justo debajo de la membrana plasmática,
00:22: 16.03 ahora, muchas, muchas gotas de lípidos se forman allí,
00:22: 18.18 porque ahora la maquinaria está ahí
00:22: 20.04 para catalizar esta reacción.
00: 22: 23.15 Entonces, estos son algunos de los aspectos más destacados
00:22:25.16 of studies where we have identified
00:22:28.01 at least a couple components
00:22:30.07 of a lipid droplet assembly complex:
00:22:32.17 seipin, which we and others
00:22:34.24 had identified over the years
00:22:36.25 as being crucial to this complex
00:22:38.17 and this other protein, LDAF1.
00:22:40.10 And what's shown here is our working model
00:22:42.13 for how this might work.
00:22:44.03 So, as we mentioned,
00:22:46.02 triglycerides are made through the actions of, for example,
00:22:48.22 DGAT enzymes in the endoplasmic reticulum.
00:22:50.14 And they are initially released into the plane of the bilayer.
00:22:55.06 It's our hypothesis, then,
00:22:56.29 at the moment,
00:22:58.23 that the seipin-LDAF1 complex
00:23:01.06 becomes the site
00:23:03.28 where these triglycerides can nucleate and phase separate
00:23:06.00 to begin to form lipid droplets.
00:23:07.25 And what's really intriguing
00:23:09.23 is this complex brings together, for example, in humans,
00:23:12.19 66 membrane-spanning domains in a very small area
00:23:16.18 that might create hydrophobic surfaces
00:23:19.04 for this. for this nucleation.
00:23:21.26 catalytic step to occur.
00:23:23.24 So, shown here, then,
00:23:25.29 are triglyceride molecules
00:23:28.07 that have begun to form a lens
00:23:30.07 in the setting of this complex.
00:23:31.29 And as you can see, LDAF1 begins to
00:23:36.14 provide curvature to the membrane,
00:23:38.02 which may also facilitate bending of the membrane
00:23:40.09 and droplet formation.
00:23:42.27 The droplet then grows.
00:23:44.26 And what we didn't show you,
00:23:46.11 but we have data indicating,
00:23:48.02 is that as the droplet is growing
00:23:50.15 LDAF1 coats the surface of the droplet.
00:23:52.12 Here, we think LDAF1 provides surface-modulating qualities,
00:23:56.18 such as lowering the surface tension
00:23:58.06 and regulating some of the protein composition
00:24:00.03 of the developing droplet.
00:24:02.13 So, that's the current model.
00:24:04.01 And obviously, this model will require further testing.
00:24:06.26 And one other aspect of this model
00:24:09.14 is that, as Toby mentioned before,
00:24:11.16 there are domains of seipin
00:24:13.25 that appear very similar
00:24:16.20 to lipid-binding domains,
00:24:18.04 so it may be that this complex
00:24:20.12 also has some role in directing lipid trafficking
00:24:22.21 -- whether that be neutral lipids or phospholipids --
00:24:25.22 during the formation of lipid droplets.
00:24:28.02 That also remains to be further tested.
00:24:31.11 So, in this part of our lectures,
00:24:32.24 we told you about triglyceride synthesis
00:24:34.20 and the initial stages of lipid droplet formation
00:24:37.02 at the endoplasmic reticulum.
00:24:38.24 But what happens next?
00:24:40.11 How do the lipid droplets acquire their specific proteome?
00:24:43.13 How do they grow in size
00:24:45.15 and detach from the ER?
00:24:46.26 And what are their functions in the cell?
00:24:49.09 So, we'll tell you about that in the next part of our lectures.
00:24:52.11 Stay tuned.


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142 Cards in this Set

The capturing and using of the energy of living systems.

How do cells get the energy they need?

Chemical sources (respiration) or the sun (photosynthesis)

What are the primary energy sources that the cell can use?

Complex carbs have storage properties. What are the two storage forms of glucose?

Glycogen (animal cells) and Starch (plant cells)

What component of fat is the highest source of energy?

When sugars and fats are broken down, their energy must be captured and stored in forms that can be readily used called:

Give some examples of activated carriers.

ATP, Acetyl CoA, NADH, NADPH, FADH2

What percentage of cellular energy is used to make proteins?

The energy available to do work is called:

Free energy or G (Gibbs Free Energy)

For a chemical reaction, if a reactant/substrate X has a greater energy than product Y:

For a chemical reaction, if a product Y has a greater energy than reactant/substrate X:

If ΔG is negative, the reaction is:

If ΔG is positive, the reaction is:

If ΔG is 0, the reaction is:

The breakdown of glucose makes a lot of energy. The reaction:

Glucose + 6 O2 --> 6CO2 + 6 H2O = ___ kcal/Mol

Rank the energy content of the following: ATP, ADP, AMP

What are the three mechanisms to generate ATP?

Photophosphorylation, Oxidative Phosphorylation, and Substrate Level Phosphorylation

This ATP generating mechanism involves the absorption of sunlight coupled to ATP synthesis.

This ATP generating mechanism involves energy from activated carriers (NADH, FADH2) coupled with ATP synthesis (paired with the electron transport chain)

This ATP generating mechanism uses enzymes to catalyze reactions coupled directly to ATP synthesis.

Substrate Level Phosphorylation

When O2 is available, what percentage of energy may be captured and stored as ATP?

Where does the Krebs cycle occur?

Describe the overview of Glycolysis.

-Occurs in both the presence and absence of oxygen

Objective: To make ATP from energy extracted from sugars.

What are the products of glycolysis?

Glucose is broken down into 2 pyruvate molecules through glycolysis. From here, it can take one of three pathways. Name them and indicate their oxygen requirements.

>Krebs Cycle (requires oxygen)

>Lactic Acid (does not requires oxygen)

>Ethanol (does not require oxygen)

What determines the path that the pyruvates will take post-glycolysis?

The process by which 2 pyruvates are turned into lactic acid is also called:

Describe the process of pyruvate being converted into lactic acid.

>No additional ATP is made

>There is energy in lactate, but under these conditions, the cell cannot extract this energy.

2 pyruvates, under anaerobic conditions, can turn into Lactate or ____ + waste ____

Where does Lactic Acid and Ethanol + CO2 production coupled with glycolysis occur?

In the cytosol in the absence of oxygen

True or False: Fermentation and Ethanol production both produce additional ATP when paired with glycolysis which produces 2 ATP.

FALSE there is a net production of 2 ATP only from glycolysis. No extra ATP is produced from fermentation or ethanol production.

Anaerobic Respiration captures ___ % of energy from glucose.

Aerobic Respiration captures ___% of oxygen from glucose.

In the presence of Oxygen, Pyruvate is imported into the mitochondria and oxidized into this compound, which can enter the Krebs Cycle.

TRUE OR FALSE: Though often drawn together, the Krebs Cycle and the oxidation of pyruvate are actually two separate processes.

The oxidation of pyruvate (pyruvate --> Acetyl CoA) is actually three reactions catalyzed by three enzymes at the same place. This three enzyme complex is called:

Pyruvate Dehydrogenase Complex

How many reactions occur in the Krebs Cycle that extract energy from Acetyl CoA?

Describe the products of the Krebs Cycle

2 Pyruvates --> 2 Acetyl CoA -->

>2 ATP (used to do cellular work)

>8 NADH (high energy transfer electrons in ETC)

In what reactions is NADH produced? FADH2?

NADH - Glycolysis, Krebs Cycle, Oxidation of Pyruvate

What kind of fats are most often used as an energy source?

Triglycerides (3 fatty acid tails)

Where does the β-Oxidation of Fatty Acids occur?

What happens during the β-oxidation of fatty acids?

-Fats and Lipids are broken down by enzymes into fatty acids

-These acids are oxidized into Acetyl CoA

-FADH2 is produced, NADH is produced, and Acetyl CoA is produced which can enter the Krebs Cycle

-Fatty acid tails have a lot of carbon atoms, so more energy can be produced

-FADH2 and NADH donate electrons in the electron transport chain

β-Oxidation can also occur in this region, but no ATP is used.

Describe what happens during β-oxidation in the peroxisome.

>Acetyl CoA is exported to the cytosol

>NADH is exported to the cytosol

>FADH2 is used to break down hydrogen peroxide

What is the objective of the peroxisome?

This part of the mitochondria surrounds the organelle completely and has big porins in it that allow rapid traffic to pass. It is selectively permeable, but a lot of things are allowed to cross because the porins are so big.

In this area of the mitochondria, many reactions occur.

This portion of the mitochondria runs along the outer membrane and occasionally extends finger-like projections into the outer membrane. By folding, it greatly increases surface area. Two things that happen here: Electron Transport reactions and ATP synthesis

This is the aqueous region inside the inner membrane that has the consistency of cytosol. Certain reactions occur here.

What percentage of the organism's genome does mitochondrial DNA make up? (plants and animals)

Where are most proteins in the mitochondria made?

They are nuclear encoded and synthesized in the cytosol, then transported into the mitochondria

List processes that occur within the mitochondria.

>Citric Acid/Krebs Cycle (matrix)

>Beta Oxidation of fatty acids

>Electron transport chain (inner membrane)

>ATP synthesis (Inner membrane)

Describe the electron transport chain's composition.

A chain/group of large protein complexes and some smaller proteins that are embedded in the membrane. They accept and donate electrons from FADH2 and NADH. This is a series of REDOX reactions that move substances through the complexes.

NADH has to enter the electron transport chain (moved from cytosol into mitochondria) but it is NOT permeable to the membrane. How does it enter?

How does the malate shuttle work?

The energetic equivalent of NADH is moved across the inner membrane because NADH cannot get across.

Oxaloacetate picks up the high energy electrons from NADH and gives them to something else that can carry them across. Oxaloacetate is converted to malate which CAN move across, and when it is across the membrane, it reclaims its electrons.

This mechanism moves pyruvate from the cytosol into the mitochondrial matrix.

True or False: The glycolysis products (NADH and pyruvate) are moved into the mitochondria with a proton gradient and malate shuttle. The products of pyruvate oxidation and the citric acid cycle (NADH, FADH2, ATP, Acetyl CoA) are in the mitochondria, but in the wrong part.

This is a protein complex that uses the energy of a proton gradient to make ATP. All the energy from FADH2 and NADH is converted to ATP through this. It is located in the inner membrane.

True or False: The energy used to move protons from one side of the electron transport chain to the other is used to generate a pH gradient.

True or False: NADH and FADH2 donate their electrons at the same location in the electron transport chain.

What is the role of Oxygen in the electron transport chain?

Oxygen is the terminal electron acceptor (at the end of the chain). Electrons must be pulled out of the chain. As electrons are donated and passed through complexes, water is formed and holds onto some electrons.

What is the reaction corresponding to oxygen's purpose in the electron transport chain?

Which protein allows oxygen to act as the terminal electron acceptor?

Cytochrome oxidase complex

True or False: The electron transport chain converts one type of active carrier into another.

True NADH or FADH2 into ATP

The ATP synthase is coupled to the proton gradient. How do these two work together?

1. The energy of the electron transport chain is used to pump protons across the membrane.

2. The energy in the proton gradient is harnessed by ATP synthase to make ATP

What is the coupling of the proton gradient and synthesis of ATP called?

Where does chemiosmosis occur and what type of phosphorylation occurs in each area?

Mitochondria (oxidative phosphorylation)

Chloroplasts/thylakoid membrane (photophosphorylation)

This concept is described as the electron flow through the electron transport chain pumps protons across the membrane.

How are proton gradients used in bacterial cells?

There are certain molecules that, when embedded in the membrane, they collapse the ion gradients. It's like poking holes into the membrane, and the energy source is suddenly lost. Molecules that do this are called:

How much ATP is generated by aerobic metabolism for one molecule of glucose per product?

-Some ATP is produced directly by substrate level phosphorylation (Glycolysis?)

What are the products of glycolysis, the oxidation of pyruvate, and the krebs cycle? How much ATP do they produce?

TOTAL = 36 ATP (theoretical yield)

What is the theoretical yield and observed yield of aerobic respiration?

What are some causes of lower ATP yield in aerobic respiration?

Inner mitochondrial membranes leak protons and proton gradient is used for other purposes

Compare efficiency in aerobic and anaerobic respiration

We break down glucose, carbons, hydrogens and oxygens end up in water, and the energy associated with all chemical bonds is captured in ATP. What happens to the rest of the energy?

What do we call organisms that can retain the heat produced by ATP production?

This is the outermost structure of the plant cell, residing outside of the cell membrane. It is made of cellulose and other types of polysaccharides. It's very complex and does not break down well.

This structure of the plant cell is found in mature cells and is surrounded by a membrane. It can sometimes be so big that it can push all other organelles against the cell membrane. It can occupy 80-95% of the cellular space. It contains water, and the hydrostatic pressure is what gives plant cells their support.

This is a group of double-membrane enclosed organelles.

Amyloplasts and Chloroplasts

These plastids hold starch and sometimes can hold so much starch that they look like they are empty. They are used by plant cells to detect gravity and are similar to statoliths in the inner ear.

These plastids are found in plants and algae. Their numbers vary from 20-50 per cell. Some bacteria are photosynthetic but do not contain these.

How are mitochondria similar to chloroplasts?

They both have double membranes (envelope)

They both contain their own DNA

They can make proteins, but not a lot of proteins. Most are made in the cytosol and are imported into the organelle.

This chloroplast component is the part that is not occupied by the membranes. It is aqueous based.

The stroma is similar to what component of the mitochondria?

This component of the chloroplast is sometimes stacked up like pancakes, but sometimes they are individual in the cell.

If we took the thylakoid membrane and sliced them open, we see that they have spaces inside. These spaces, cavities, or openings are called:

Thylakoid Lumen/Thylakoid spaces

What percentage of cellular DNA is the DNA in chloroplasts?

In what three places can we find DNA in cells

Mitochondria, chloroplasts, nucleus

In what three places can proteins be synthesized?

In cytosol, in mitochondria, in chloroplasts

What are the three objectives in photosynthesis?

a.) Capture solar energy and convert it into chemical energy for the use of other living things

b.) Can use inorganic carbons (CO2) and convert them to organic carbon (sugars)

c.) Source of atmospheric oxygen (O2) released as waste

What is the summary equation of photosynthesis?

6 CO2 + 6 H2O --> 6 (CH2O) + 6 O2

What does each component in oxygenic photosynthesis do?

H2O -> Used as a source of electrons and hydrogens

O2 - Released from the water molecule

The type of photosynthesis that releases oxygen, particularly by plants, algae and cyanobacteria is called

What is the alternative form of photosynthesis called and what is its equation?

What does each component in anoxygenic photosynthesis do?

H2S - Source of protons and electrons (rotten egg smell)

Where do light reactions occur?

Where do dark reactions occur?

What occurs during the light reactions?

Light energy is absorbed and converted to chemical energy (ATP, NADH) using various pigments

Chlorophyll and other pigments function to absorb light energy in a structure/unit called a:

What are the three components of a photosystem?

-Chlorophyll acting as an antennae

-Chlorophyll acting as a reaction center

What occurs in the reaction center in the photosystem?

Light energy in the chlorophyll molecules excite the electrons, bringing them to a higher energy levelP

Photosystems are part of the

Photosystem II can break apart water molecules and extract the electrons and proteins from this water. The electrons are used to replace the electrons lost in the reaction center chlorophyll. Se llama

What happens to the products of photolysis

Electrons are donated to chlorophyll to replace lost electrons

Hydrogen accumulates in the thylakoid lumen (later will made a proton gradient)

Oxygen is released in the atmosphere

ATP synthesis is this type of phosphorylation.

Photophosphorylation is a type of

What are the three major pathways involved in dark reactions?

Describe the process of the C3 pathway

First reaction: CO2 + RuBP --> 2 PGA

PGA is further metabolized by the calvin cycle which requires a lot of ATP and NADPH to produce G3P

Rubisco catalyzes two reactions. ¿Qué son?

CO2 + RuBP --> PGA is the first step in what process?

O2 + RuBP --> PGA + PGLY is the first step in what process?

The photorespiration pathway metabolizes what?

The photorespiration pathway occurs in three organelles. ¿Qué son?

Chloroplast, peroxisome, mitochondria

This is the idea what photorespiration results in the loss of CO2 and therefore lowers the rate of photosynthesis.

What determines whether rubisco uses CO2 or O2?

The relative amount closest to Rubisco

C4 and CAM attempt to shove carbon dioxide closer to rubisco and prevent photosynthesis from being reduced. C4 is the basic carbon fixation pathway (Calvin Cycle). C4 and CAM modify the C3 pathway, elevating CO2 at rubisco. This reduces photorespiration and increases photosynthesis.

This is the degradative process by which large molecules are broken down into smaller ones. Usually energy is released, starting with high energy through a step by step process. Energy is captured and stored in activated carriers.

This is a biosynthetic pathway used to build up substances. It requires energy.


Extracellular Fluid Composition

The extracellular fluid is mainly cations and anions. The cations include: sodium (Na+ = 136-145 mEq/L), potassium (K+ = 3.5-5.5 mEq/L) and calcium (Ca2+ = 8.4-10.5 mEq/L). Anions include: chloride ( mEq/L) and hydrogen carbonate (HCO3- 22-26 mM). These ions are important for water transport throughout the body.

Plasma is mostly water (93% by volume) and contains dissolved proteins (the major proteins are fibrinogens, globulins, and albumins), glucose, clotting factors, mineral ions (Na+, Ca++, Mg++, HCO3- Cl- etc.), hormones and carbon dioxide (plasma being the main medium for excretory product transportation). These dissolved substances are involved in many varied physiological processes, such as gas exchange, immune system function, and drug distribution throughout the body.


Cellular Dimensions

Most cells are of microscopic size. Animal and plant cells are typically 10 to 30 μm in diameter, and many bacteria are only 1 to 2 μm long.

What limits the dimensions of a cell? The lower limit is probably set by the minimum number of each of the different biomolecules required by the cell. The smallest complete cells, certain bacteria known collectively as mycoplasma, are 300 nm in diameter and have a volume of about 10 -14 mL. A single ribosome is about 20 nm in its longest dimension, so a few ribosomes take up a substantial fraction of the cell's volume. In a cell of this size, a 1 μMETRO solution of a compound represents only 6,000 molecules.

Figure 2-2 Smaller cells have larger ratios of surface area to volume, and their interiors are therefore more accessible to substances diffusing into the cell through the surface. When the large cube (representing a large cell) is subdivided into many smaller cubes (cells), the total surface area increases greatly without a change in the total volume, and the surface-to-volume ratio increases accordingly.

The upper limit of cell size is set by the rate of difl'usion of solute molecules in aqueous systems. The availability of fuels and essential nutrients from the surrounding medium is sometimes limited by the rate of their diffusion to all regions of the cell. A bacterial cell that depends upon oxygen-consuming reactions for energy production (an aerobio cell) must obtain molecular oxygen (O2) from the surrounding medium by diffusion through its plasma membrane. The cell is so small, and the ratio of its surface area to its volume is so large, that every part of its cytoplasm is easily reached by O2 diffusing into the cell. As the size of a cell increases, its surface-to-volume ratio decreases (Fig. 2-2), until metabolism consumes O2 faster than diffusion can supply it. Aerobic metabolism thus becomes impossible as cell size increases beyond a certain point, placing a theoretical upper limit on the size of the aerobic cell.

There are interesting exceptions to this generalization that cells must be small. The giant alga Nitella has cells several centimeters long. To assure the delivery of nutrients, metabolites, and genetic information (RNA) to all of its parts, each cell is vigorously "stirred" by active cytoplasmic streaming (p. 43). The shape of a cell can also help to compensate for its large size. A smooth sphere has the smallest surface-to-volume ratio possible for a given volume. Many large cells, although roughly spherical, have highly convoluted surfaces (Fig. 2-3a), creating larger surface areas for the same volume and thus facilitating the uptake of fuels and nutrients and release of waste products to the surrounding medium. Other large cells (neurons, for example) have large surface-to-volume ratios because they are long and thin, star-shaped, or highly branched (Fig. 2-3b), rather than spherical.

Figure 2-3 Convolutions of the plasma membrane, or long, thin extensions of the cytoplasm, increase the surface-to-volume ratio of cells. (a) Cells of the intestinal mucosa (the inner lining of the small intestine) are covered with microvilli, increasing the area for absorption of nutrients from the intestine. (b) Neurons of the hippocampus of the rat brain are several millimeters long, but the long extensions (axons) are only about 10 nm wide.


Enzimas

16.4.3 Sucrose Synthesis and Degradation

Sucrose is the most abundant disaccharide containing glucose and a fructose molecule as fruit sugars. It is the major form of sugar translocated from photosynthetic to nonphotosynthetic tissues via phloem. Its synthesis occurs in cytoplasm of photosynthetic cells in the following way:

Sucrose is translocated from cytosol of photosynthetic cells to nonphotosynthetic tissues (roots, tubers, and seeds) and may be stored temporarily as sucrose or further converted to starch. For this, sucrose is catalyzed to its monomers by sucrose synthase.

Furthermore, the activated precursor for starch biosynthesis is ADP-glucose, so UDP is replaced with ADP and ADP-glucose can then enter starch synthesis via starch synthase.


Publisher’s note: Springer Nature remains neutral with regard to jurisdictional claims in published maps and institutional affiliations.

Supplementary Figure 1 Overall structure of drSLC38A9.

a, Central panel, side view in plane of lysosomal membrane. The position of the Fab fragment bound on the luminal side is shown by a gray triangle above the luminal loops. Left panel, cytosolic view showing the vestibule at the cytosolic side. Right panel, luminal view. At the luminal side, residues on TM1b, loop 5–6 and loop 7–8 are grouped in cluster 1 (W128, K131, Q132, R344, E411, P415) and those in TM6a, TM10 and TM11 are grouped in cluster 2 (P348, G491, R495, N542, Q546). An enlarged window from the luminal view encompasses luminal gating cluster 1 and cluster 2. B, The electron density of the determined asymmetric unit of drSLC38A9–Fab crystals. Each asymmetric unit contained two drSLC38A9 molecules (labeled SLC38A9 mol 1 and mol 2) as well as two Fab fragments (labeled Fab mol 1 and Fab mol 2). C,D, Examples of the quality of the electron density maps in the determined structure with fitting of the model of drSLC38A9–Fab.

Supplementary Figure 2 Crystal packing and asymmetric unit of the drSLC38A9–Fab complex.

a, Crystal packing showing the drSLC38A9–Fab complex lattice. Fab fragments (gray) stack tightly along the crystallographic B axis and are connected by drSLC38A9 (cyan) layers in the crystallographic C.A plane in a propeller-like head-to-side manner. One asymmetric unit is selected to show the building block that is composed of two Fab (orange) and two drSLC38A9 (red) molecules. B, Interactions between drSLC38A9 and adjacent Fab fragments. One drSLC38A9 (red) makes contacts with four other molecules. The biologically functional contact is between the luminal loops of drSLC38A9 (red) and the complementarity-determining regions (CDRs) of the Fab (orange). The three other contacts, which appear to be crystal contacts and nonspecific, occur between loop 2–3 (red) and TM5 (blue 1) and between TM3, TM10 (red) and a groove shaped from the two adjacent Fab fragments (green 2 and yellow 3).

Supplementary Figure 3 Superposition of drSLC38A9 (colored) and AdiC (3L1L) (translucent yellow).

TM3, TM4, TM8 and TM9 are used in the superimposition. The location of the bound arginine in drSLC38A9 is shown by the dashed oval. Structural alignment was performed in PyMOL. AdiC to drSLC38A9 r.m.s. deviation = 3.57 Å, Cealign for 72 residues.

Supplementary Figure 4 Elution profile of the ΔN-SLC38A9–Fab assembly.

a, The solid line represents the elution trace of the ΔN-SLC38A9–Fab complex and unbound Fab. The dashed line is the elution trace of pure ΔN-SLC38A9. An apparent peak shift was observed for the formation of the ΔN-SLC38A9–Fab complex. B, Fractions selected in the red box in a were sampled and analyzed by SDS–PAGE before being pooled and concentrated for crystallization.


Ver el vídeo: 32. Biología celular. Componentes del citosol (Diciembre 2022).