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¿Por qué algunas células no producen purinas?

¿Por qué algunas células no producen purinas?


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Se dice que los eritrocitos, los leucocitos polimorfonucleares y el cerebro no pueden producir purinas. Y la razón dada según este sitio es:

El tejido cerebral humano tiene un nivel bajo de PRPP glutamil amidotransferasa (Imagen de reacción, Figura 33-2) y, por lo tanto, depende en parte de purinas exógenas. Los eritrocitos y los leucocitos polimorfonucleares no pueden sintetizar 5-fosforribosilamina (estructura III, figura 33-2) y, por tanto, utilizan purinas exógenas para formar nucleótidos.

Mi pregunta es ¿por qué estas células no producen las enzimas necesarias para la síntesis de purinas? ¿Cuál podría ser el significado funcional de tal ausencia?

Mi intento: al principio pensé que los eritrocitos como tales no tienen núcleo, por lo que no necesitan síntesis de purinas para la división celular, pero no entiendo por qué necesitan purinas de una fuente externa (como se dijo en el sitio anterior) . También las células cerebrales son neuronas y neuroglia, de las cuales las primeras no se dividen (excepto en algunas áreas del cerebro) pero también necesitan purinas. Los últimos se dividen pero no producen la enzima requerida. ¿Por qué?

Entonces mis preguntas son:

  1. ¿Por qué las células que no se replican necesitan purinas? (Puede ser para la formación de coenzimas, corrígeme si me equivoco)

  2. ¿Por qué las células que también se dividen no producen las proteínas necesarias (enzimas)?


Voy a lanzar esta idea por ahí. No pude encontrarlo en ningún lugar hasta ahora.

Hay varios parásitos muy antiguos que tienen su hogar dentro de los eritrocitos y neutrófilos. Plasmodium es uno, el agente causante de la malaria. Tripanosoma es otro. Estas cosas son eucariotas degenerados antiguos y su estilo de vida como parásitos intracelulares probablemente también sea antiguo.

Estas cosas tampoco pueden producir purinas, pero las necesitan y necesitan muchas, porque se reproducen rápidamente. Si la célula huésped no tiene la maquinaria para producir purinas, el parásito no puede secuestrar esa maquinaria para producir realmente las purinas. Lo mejor que pueden hacer es secuestrar las vías de recuperación que tienen estas células.

De https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC259377/

La aparente competencia entre los parásitos y las células huésped por las purinas disponibles sugiere que el agotamiento de las purinas extracelulares debe considerarse como un método para tratar las infecciones por tripanosomas extracelulares.

De https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4405406/

Plasmodium Los parásitos de especies, como muchos otros parásitos protozoarios, son auxótrofos de purina, incapaces de realizar de novo biosíntesis de purinas. Dependen del anfitrión para proporcionar purinas.

Eso no explica las células cerebrales, a menos que la falta de síntesis de purinas sea una defensa de las células cerebrales contra Toxoplasma, otro parásito eucariota.

Nada me complacería más que alguien abriera brechas en esta teoría. Una predicción de esta teoría: los eritrocitos de todos los animales deberían carecer de síntesis de purinas, incluidas las aves, que padecen una forma de paludismo y cuyos eritrocitos sí tienen núcleo.


Estante para libros

Estantería NCBI. Un servicio de la Biblioteca Nacional de Medicina, Institutos Nacionales de Salud.

Alberts B, Johnson A, Lewis J y col. Biología molecular de la célula. 4ª edición. Nueva York: Garland Science 2002.

  • De acuerdo con el editor, se puede acceder a este libro mediante la función de búsqueda, pero no se puede navegar.


Biología molecular de la célula. 4ª edición.

Los seres humanos están expuestos a millones de patógenos potenciales a diario, a través del contacto, la ingestión y la inhalación. Nuestra capacidad para evitar la infección depende en parte del sistema inmunológico adaptativo (que se analiza en el capítulo 24), que recuerda los encuentros anteriores con patógenos específicos y los destruye cuando vuelven a atacar. Sin embargo, las respuestas inmunitarias adaptativas tardan en desarrollarse en la primera exposición a un nuevo patógeno, ya que los clones específicos de las células B y T tienen que activarse y expandirse, por lo que puede llevar una semana más o menos antes de que las respuestas sean efectivas. Por el contrario, una sola bacteria con un tiempo de duplicación de una hora puede producir casi 20 millones de descendientes, una infección en toda regla, en un solo día. Por lo tanto, durante las primeras horas y días críticos de exposición a un nuevo patógeno, confiamos en nuestra Sistema inmune innato para protegernos de infecciones.

Las respuestas inmunitarias innatas no son específicas de un patógeno en particular como lo son las respuestas inmunitarias adaptativas. Dependen de un grupo de proteínas y células fagocíticas que reconocen las características conservadas de los patógenos y se activan rápidamente para ayudar a destruir a los invasores. Mientras que el sistema inmunológico adaptativo surgió en evolución hace menos de 500 millones de años y está confinado a los vertebrados, se han encontrado respuestas inmunes innatas tanto en vertebrados como en invertebrados, así como en plantas, y los mecanismos básicos que los regulan se conservan. Como se analizó en el capítulo 24, las respuestas inmunitarias innatas en los vertebrados también son necesarias para activar las respuestas inmunitarias adaptativas.


Fermentación

La fermentación comienza con la glucólisis, pero no involucra las dos últimas etapas de la respiración celular aeróbica (el ciclo de Krebs y la fosforilación oxidativa). Durante la glucólisis, dos portadores de electrones NAD + se reducen a dos moléculas de NADH y se producen 2 ATP netos. El NADH debe oxidarse nuevamente para que la glucólisis pueda continuar y las células puedan continuar produciendo 2 ATP. Las células no pueden producir más de 2 ATP en la fermentación porque la fosforilación oxidativa no ocurre debido a la falta de oxígeno. Hay dos tipos de fermentación, fermentación alcohólica y fermentación con ácido láctico. Nuestras células solo pueden realizar la fermentación con ácido láctico, sin embargo, hacemos uso de ambos tipos de fermentación utilizando otros organismos.

Fermentación alcohólica

Fermentación alcohólica El proceso mediante el cual sucede esto se resume en la Figura ( PageIndex <2> ). Las dos moléculas de piruvato que se muestran en este diagrama provienen de la división de la glucosa a través de la glucólisis. Este proceso también produce 2 moléculas de ATP. La descomposición continua del piruvato produce acetaldehído, dióxido de carbono y, finalmente, etanol. La fermentación alcohólica requiere los electrones de NADH y da como resultado la generación de NAD +.

La levadura en la masa de pan también utiliza la fermentación alcohólica para obtener energía y produce dióxido de carbono como producto de desecho. El dióxido de carbono que se libera provoca burbujas en la masa y explica por qué sube la masa. ¿Ves los pequeños agujeros en el pan en la Figura ( PageIndex <3> )? Los agujeros estaban formados por burbujas de gas dióxido de carbono.

Figura ( PageIndex <3> ): Los agujeros del gas de dióxido de carbono en la masa de pan quedan después de que el pan se hornea.

Fermentación de ácido láctico

Fermentación de ácido láctico es llevado a cabo por ciertas bacterias, incluidas las bacterias del yogur. También lo llevan a cabo las células musculares cuando las trabaja duro y rápido. Así es como los músculos del velocista de la Figura ( PageIndex <1> ) obtienen energía para su actividad de corta duración pero intensa. El proceso mediante el cual sucede esto se resume en la Figura ( PageIndex <2> ). Nuevamente, dos moléculas de piruvato y dos de ATP resultan de la glucólisis. La reducción de piruvato utilizando los electrones transportados por NADH produce lactato (es decir, ácido láctico). Si bien esto es similar a la fermentación alcohólica, no se produce dióxido de carbono en este proceso.

¿Alguna vez corrió una carrera, levantó pesos pesados ​​o participó en alguna otra actividad intensa y notó que sus músculos comienzan a sentir una sensación de ardor? Esto puede ocurrir cuando las células musculares utilizan la fermentación del ácido láctico para proporcionar ATP para obtener energía. La acumulación de ácido láctico en los músculos provoca la sensación de ardor. La sensación dolorosa es útil si hace que deje de trabajar demasiado los músculos y les permita un período de recuperación durante el cual las células pueden eliminar el ácido láctico.


¿Qué es una mutación?

Durante toda la vida, nuestro ADN puede sufrir cambios o mutaciones en la secuencia de bases: A, C, G y T. Esto da como resultado cambios en las proteínas que se fabrican. Esto puede ser algo bueno o malo.

Una mutación es un cambio que ocurre en nuestra secuencia de ADN., ya sea por errores al copiar el ADN o como resultado de factores ambientales como la luz ultravioleta y el humo del cigarrillo. Las mutaciones pueden ocurrir durante la replicación del ADN si se cometen errores y no se corrigen a tiempo. Las mutaciones también pueden ocurrir como resultado de la exposición a factores ambientales como el tabaquismo, la luz solar y la radiación. A menudo, las células pueden reconocer cualquier daño que pueda causar una mutación y repararlo antes de que se convierta en una mutación fija.

Las mutaciones contribuyen a la variación genética dentro de las especies. Las mutaciones también se pueden heredar, especialmente si ocurren en una célula germinal (óvulo o esperma reproductivo). Es más probable que las mutaciones que tienen un efecto positivo se transmitan continuamente. Por ejemplo, el trastorno de la anemia de células falciformes es causado por una mutación en el gen que instruye la construcción de una proteína llamada hemoglobina. Esto hace que los glóbulos rojos adquieran una forma anormal, rígida y de hoz. Sin embargo, en las poblaciones africanas, tener esta mutación también protege contra la malaria.

Sin embargo, la mutación también puede alterar la actividad genética normal y causar enfermedades, como el cáncer. El cáncer es la enfermedad genética humana más común y está causada por mutaciones que ocurren en varios genes que controlan el crecimiento. A veces, los genes defectuosos que causan cáncer pueden existir desde el nacimiento, lo que aumenta las probabilidades de que una persona tenga cáncer.

Figura 1. Una ilustración para mostrar un ejemplo de una mutación de ADN. Crédito de la imagen: Genome Research Limited


Henrietta carece de "células inmortales"

Los investigadores médicos utilizan células humanas cultivadas en laboratorio para aprender las complejidades de cómo funcionan las células y probar teorías sobre las causas y el tratamiento de las enfermedades. Las líneas celulares que necesitan son & # 8220inmortales & # 8221 & # 8212; pueden crecer indefinidamente, congelarse durante décadas, dividirse en diferentes lotes y compartirse entre los científicos. En 1951, un científico del Hospital Johns Hopkins en Baltimore, Maryland, creó la primera línea celular humana inmortal con una muestra de tejido tomada de una joven negra con cáncer de cuello uterino. Esas células, llamadas células HeLa, se volvieron rápidamente invaluables para la investigación médica, aunque su donante siguió siendo un misterio durante décadas. En su nuevo libro, La vida inmortal de Henrietta carece, la periodista Rebecca Skloot rastrea la historia de la fuente de las asombrosas células HeLa, Henrietta Lacks, y documenta el impacto de la línea celular tanto en la medicina moderna como en la familia Lacks.

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¿Quién era Henrietta Lacks?
Ella era una cultivadora de tabaco negro del sur de Virginia que contrajo cáncer de cuello uterino cuando tenía 30 años. Un médico de la Universidad Johns Hopkins tomó un pedazo de su tumor sin decírselo y lo envió al pasillo a los científicos que habían estado tratando de hacer crecer tejidos en cultivo. durante décadas sin éxito. Nadie sabe por qué, pero sus células nunca murieron.

¿Por qué son tan importantes sus células?
Las células de Henrietta & # 8217s fueron las primeras células humanas inmortales jamás cultivadas en cultivo. Fueron esenciales para desarrollar la vacuna contra la polio. Subieron en las primeras misiones espaciales para ver qué pasaría con las células en gravedad cero. Desde entonces, muchos hitos científicos han utilizado sus células, incluida la clonación, el mapeo de genes y la fertilización in vitro.

Ha habido mucha confusión a lo largo de los años sobre la fuente de las células HeLa. ¿Por qué?
Cuando se tomaron las celdas, se les dio el nombre en clave HeLa, para las dos primeras letras de Henrietta y Lacks. Hoy en día, anonimizar las muestras es una parte muy importante de la investigación sobre células. Pero eso no era algo que preocupara mucho a los médicos en la década de 1950, por lo que no fueron muy cuidadosos con su identidad. Cuando algunos miembros de la prensa estuvieron cerca de encontrar a la familia de Henrietta, el investigador que & # 8217 había cultivado las células creó un seudónimo & # 8212Helen Lane & # 8212 para desviar a los medios de comunicación. Finalmente, también aparecieron otros seudónimos, como Helen Larsen. Su nombre real no se filtró realmente al mundo hasta la década de 1970.

¿Cómo se interesó por primera vez en esta historia?
Aprendí sobre Henrietta por primera vez en 1988. Tenía 16 años y era estudiante en una clase de biología en un colegio comunitario. Todo el mundo aprende sobre estas células en biología básica, pero lo único de mi situación es que mi maestra realmente conocía el nombre real de Henrietta y que era negra. Pero eso es todo lo que sabía. En el momento en que supe de ella, me obsesioné: ¿Tenía hijos? ¿Qué piensan de que parte de su madre esté viva todos estos años después de su muerte? Años más tarde, cuando comencé a interesarme por escribir, una de las primeras historias que me imaginé escribiendo fue la suya. Pero no fue hasta que fui a la escuela de posgrado que pensé en intentar localizar a su familia.

Una célula cancerosa HeLa en división. (& # 169 Dr. Thomas Deerinck / Visuals Unlimited / Corbis) La etapa de metafase de una división celular HeLa humana. (& # 169 Dr. Richard Kessel / Dr. Gene Shih / Visuals Unlimited / Corbis) Las subespecies de células HeLa han evolucionado en los laboratorios y algunos sienten que la línea celular ya no es humana, sino una nueva forma de vida microbiana. Estas células se muestran en verde, el citoplasma es rojo y las estructuras dentro del citoplasma son azules. (& # 169 Nancy Kedersha / Facción científica / Corbis) La etapa profase de la mitosis en la división de estas células HeLa humanas. (& # 169 Dr. Richard Kessel / Dr. Gene Shih / Visuals Unlimited / Corbis) Esta micrografía de fluorescencia de una célula HeLa muestra los microfilamentos citoesqueléticos en rojo y los núcleos se tiñen con Hoechst en azul. (& # 169 Visuals Unlimited / Corbis)

¿Cómo se ganó la confianza de la familia de Henrietta & # 8217?
Parte de eso fue que simplemente no me iría y estaba decidido a contar la historia. Me llevó casi un año convencer a la hija de Henrietta, Deborah, de que hablara conmigo. Sabía que estaba desesperada por conocer a su madre. Entonces, cuando comencé a hacer mi propia investigación, le diría todo lo que encontré. Fui a Clover, Virginia, donde se crió Henrietta, y busqué a sus primas, luego llamé a Deborah y dejé estas historias sobre Henrietta en su buzón de voz. Porque parte de lo que estaba tratando de transmitirle era que no estaba escondiendo nada, que podríamos aprender juntos sobre su madre. Después de un año, finalmente dijo, está bien, dejemos que & # 8217s hagamos esto.

¿Cuándo se enteró su familia de las células de Henrietta & # 8217s?
Veinticinco años después de la muerte de Henrietta, un científico descubrió que muchos cultivos de células que se pensaba eran de otros tipos de tejidos, incluidas las células de mama y próstata, eran en realidad células HeLa. Resultó que las células HeLa podían flotar en partículas de polvo en el aire y viajar en las manos sin lavar y contaminar otros cultivos. Se convirtió en una enorme controversia. En medio de eso, un grupo de científicos rastreó a los parientes de Henrietta para tomar algunas muestras con la esperanza de que pudieran usar el ADN de la familia para hacer un mapa de los genes de Henrietta y así poder saber qué cultivos celulares eran HeLa y que no eran & # 8217t, para comenzar a solucionar el problema de la contaminación.

Entonces, un postdoctorado llamado Henrietta & # 8217s marido un día. Pero tenía una educación de tercer grado y ni siquiera sabía qué era una celda. La forma en que entendió la llamada telefónica fue: & # 8220 Nosotros & # 8217 tenemos a su esposa. Ella & # 8217 está viva en un laboratorio. Hemos estado investigando sobre ella durante los últimos 25 años. Y ahora tenemos que evaluar a sus hijos para ver si tienen cáncer. & # 8221 Lo cual no fue & # 8217t lo que dijo el investigador. Los científicos no sabían que la familia no entendía. A partir de ese momento, sin embargo, la familia quedó atrapada en este mundo de investigación que no entendían y las células, en cierto sentido, se apoderaron de sus vidas.

¿Cómo hicieron eso?
Esto fue más cierto para la hija de Henrietta. Deborah nunca supo que su madre era una niña cuando Henrietta murió. Siempre había querido saber quién era su madre, pero nadie hablaba de Henrietta. Entonces, cuando Deborah descubrió que esta parte de su madre todavía estaba viva, se desesperó por comprender lo que eso significaba: ¿Le dolió a su madre cuando los científicos inyectaron virus y toxinas en sus células? ¿Los científicos habían clonado a su madre? ¿Podrían esas células ayudar a los científicos a hablarle sobre su madre, como cuál era su color favorito y si le gustaba bailar?

Sin embargo, los hermanos de Deborah no pensaron mucho en las células hasta que descubrieron que había dinero de por medio. Las células HeLa fueron los primeros materiales biológicos humanos comprados y vendidos, lo que ayudó a lanzar una industria multimillonaria. Cuando los hermanos de Deborah se enteraron de que la gente estaba vendiendo frascos de las células de su madre y que la familia no recibía el dinero resultante, se enojaron mucho. La familia de Henrietta ha vivido en la pobreza la mayor parte de su vida y muchos de ellos no pueden pagar un seguro médico. Uno de sus hijos no tenía hogar y vivía en las calles de Baltimore. Entonces, la familia lanzó una campaña para obtener parte de lo que sentían que se les debía económicamente. Consumió sus vidas de esa manera.

Estas células HeLa se tiñeron con tintes especiales que resaltan partes específicas de cada célula. El ADN en el núcleo es amarillo, los filamentos de actina son azul claro y las mitocondrias & # 8212 los generadores de energía de la célula & # 8212 son rosas. (& # 169 Omar Quintero) Las células de Henrietta Lacks fueron esenciales en el desarrollo de la vacuna contra la polio y se utilizaron en hitos científicos como la clonación, el mapeo de genes y in vitro fertilización. (Cortesía de la familia Lacks) Margaret Gey y Minnie, una técnica de laboratorio, en el laboratorio Gey en Johns Hopkins, alrededor de 1951. (Cortesía de Mary Kubicek) En La vida inmortal de Henrietta carece, la periodista Rebecca Skloot rastrea la historia de la fuente de las increíbles células HeLa. (Cortesía de Random House, Inc.) Skloot conoció a Henrietta por primera vez en 1988 gracias a un profesor de biología de un colegio comunitario. (Cortesía de Random House, Inc.)

¿Cuáles son las lecciones de este libro?
Para los científicos, una de las lecciones es que hay seres humanos detrás de cada muestra biológica utilizada en el laboratorio. Gran parte de la ciencia actual gira en torno al uso de tejido biológico humano de algún tipo. Para los científicos, las células suelen ser como tubos o moscas de la fruta: son solo herramientas inanimadas que siempre están en el laboratorio. Las personas detrás de esas muestras a menudo tienen sus propios pensamientos y sentimientos sobre lo que debería suceder con sus tejidos, pero generalmente se los deja fuera de la ecuación.

¿Y para el resto de nosotros?
La historia de las células HeLa y lo que sucedió con Henrietta a menudo se ha presentado como un ejemplo de un científico blanco racista que hace algo malicioso con una mujer negra. Pero eso no es exacto. La historia real es mucho más sutil y complicada. Lo que es muy cierto acerca de la ciencia es que hay seres humanos detrás de ella y, a veces, incluso con la mejor de las intenciones, las cosas salen mal.

Una de las cosas que no quiero que la gente tome de la historia es la idea de que el cultivo de tejidos es malo. Gran parte de la medicina actual depende del cultivo de tejidos. Pruebas de VIH, muchos medicamentos básicos, todas nuestras vacunas ... No tendríamos nada de eso si no fuera para los científicos que recolectan células de personas y las cultivan. Y la necesidad de estas células será mayor, no menor. En lugar de decir que no queremos que eso suceda, solo tenemos que ver cómo puede suceder de una manera que todos estén de acuerdo.


Biología celular: la nueva anatomía celular

Una colección de intrigantes estructuras celulares, algunas olvidadas durante mucho tiempo y otras descubiertas recientemente, mantiene a los biólogos pegados a sus microscopios.

En 2008, Chalongrat Noree se enfrentó a una tarea nada envidiable: examinar manualmente cientos de cepas de levadura bajo un microscopio. Cada cepa tenía una proteína diferente etiquetada con una etiqueta fluorescente, y Noree, un estudiante graduado de la Universidad de California en San Diego, buscaba estructuras interesantes en las células.

Pero no pasó mucho tiempo hasta que el trabajo de parto de Noree dio resultados: en un mes, comenzó a encontrar una amplia variedad de proteínas que se ensamblaban en grupos o hebras largas. “Imagine que cada semana encuentra una nueva estructura intracelular”, dice Jim Wilhelm, biólogo celular y asesor de Noree. "Si fuera una máquina tragamonedas, valdría la pena cada vez que tiraras de la manija".

En estos días, los diagramas de libros de texto de estructuras celulares como el núcleo, la mitocondria, el ribosoma y el aparato de Golgi están comenzando a parecer obsoletos. Las nuevas técnicas de imagenología, los datos del genoma, el interés de disciplinas ajenas a la biología celular y un poco de serendipia están llamando la atención sobre un intrincado paisaje de tubos, sacos, grupos, hebras y cápsulas que pueden estar involucrados en todo, desde la comunicación intercelular hasta la eficiencia metabólica. Algunos incluso podrían aprovecharse para su uso en la administración de medicamentos o en la síntesis de productos industriales, como los biocombustibles.

Algunas de estas estructuras se conocen desde hace décadas, mientras que otras solo han salido a la luz recientemente. El equipo de Wilhelm, por ejemplo, ha encontrado seis tipos de filamentos que nunca se habían descrito o que se habían pasado por alto en gran medida. "Te imaginas, ¿cuántas estructuras podrían haberse perdido en la celda?" dice Wilhelm. "Aparentemente, mucho más de lo que imagina".

Líneas de comunicación

Una estructura que está recibiendo un nuevo escrutinio es el nanotubo de la membrana: un delgado hilo de membrana suspendido entre las células. En 2000, Amin Rustom, entonces estudiante de posgrado en la Universidad de Heidelberg en Alemania, estaba usando un tinte recién adquirido para observar células tumorales de rata bajo un microscopio de fluorescencia. Pero decidió omitir algunos pasos de lavado en el protocolo. “Dijo: 'Vi algo, no sé qué es, pero parece interesante'”, recuerda su antiguo asesor, Hans-Hermann Gerdes, un biólogo celular que ahora trabaja en la Universidad de Bergen en Noruega. Los tubos que Rustom había notado eran tan rectos que Gerdes inicialmente se preguntó si serían rayones en el plato.

El equipo concluyó en un estudio de 2004 1 que las estructuras, que podían abarcar la distancia de varias células, eran canales que podían transportar pequeños orgánulos celulares. Ese mismo año, Daniel Davis, inmunólogo molecular del Imperial College de Londres, y sus colegas propusieron que las células inmunitarias podrían enviarse señales entre sí a través de dichos tubos 2. En ese momento, recuerda Davis, "siempre había gente en la audiencia que decía: 'Vi esas hebras a finales de los setenta u ochenta'". Pero los observadores anteriores prestaron poca atención a los tubos.

Los informes de 2004 impulsaron más estudios, que han encontrado nanotubos en muchos tipos de células de mamíferos. El equipo de Davis descubrió que los nanotubos podrían ayudar a ciertos glóbulos blancos a matar las células cancerosas, ya sea actuando como un lazo que atrae a la célula cancerosa o proporcionando un conducto para enviar señales letales 3. Los nanotubos también pueden conducir señales eléctricas, lo que podría permitir que las células se coordinen durante la migración o la cicatrización de heridas, según un estudio de 2010 de Gerdes y sus colegas 4. El VIH y los priones, proteínas infecciosas mal plegadas, pueden incluso viajar a lo largo de los tubos 5,6.

Algunos investigadores se muestran escépticos de que los nanotubos puedan formar canales abiertos. “No está claro que haya un túnel continuo real”, dice Jennifer Lippincott-Schwartz, bióloga celular de los Institutos Nacionales de Salud de EE. UU. En Bethesda, Maryland. Y hasta ahora, los nanotubos se han estudiado principalmente en cultivo celular. Bloquear la formación de nanotubos en organismos vivos podría dar pistas sobre su importancia, dice Davis. Pero tales manipulaciones a menudo perturban otros procesos cruciales.

Puntos calientes de productividad

Los investigadores han estado desconcertados durante mucho tiempo sobre cómo algunos procesos metabólicos funcionan de manera tan eficiente. Si las proteínas involucradas no están muy juntas, las moléculas intermedias podrían perderse en la “desconcertante masa de enzimas en la célula”, dice Stephen Benkovic, biólogo químico de la Universidad Estatal de Pensilvania en University Park. Las proteínas a menudo se ensamblan para llevar a cabo una tarea en particular (se requiere un gran complejo para copiar el ADN, por ejemplo), pero Benkovic y otros se han preguntado si las enzimas metabólicas podrían agruparse en una línea de ensamblaje de varios pasos, pasando moléculas a veces inestables de un 'trabajador' a la siguiente.

El grupo de Benkovic encontró evidencia de que este agrupamiento ocurre en enzimas que producen un precursor de nucleótidos de purina, que son componentes del ADN y ARN. El equipo marcó cada enzima con una etiqueta fluorescente y las observó en células vivas bajo el microscopio. Cuando una célula se vio privada de purinas, las enzimas se agruparon en un grupo, que el equipo denominó 'purinosoma' 7. El año pasado, el equipo informó que los purinosomas se encuentran en una malla de fibras proteicas llamadas microtúbulos, como bayas en una zarza 8. Las moléculas producidas por los purinosomas se pueden convertir en el trifosfato de adenosina combustible celular, por lo que Benkovic especula que los purinosomas pueden ayudar a impulsar el transporte de orgánulos y materiales alrededor de la célula en pistas de microtúbulos.

Sin embargo, Edward Marcotte, biólogo de sistemas de la Universidad de Texas en Austin, aconseja precaución al interpretar estos resultados. Él y sus colegas también han visto grupos de enzimas: en 2009, informaron que habían encontrado 180 tipos de grupos formadores de proteínas en células de levadura hambrientas 9. Pero no está claro si los grupos tienen un propósito útil, como mejorar la eficiencia metabólica o actuar como depósitos de almacenamiento, o son el resultado de fallas celulares provocadas por la inanición, dice Marcotte.

Algunos investigadores están analizando más de cerca los elegantes contenedores de proteínas bacterianas llamados microcompartimentos. Vistos por primera vez hace unos 50 años, estas cápsulas de proteínas en forma de poliedro se asemejan a la capa exterior de un virus 10. Pero a diferencia de los virus, que empaquetan material genético, los microcompartimentos contienen enzimas que llevan a cabo reacciones importantes, como convertir el dióxido de carbono en una forma de carbono que la célula puede utilizar. Los científicos sospechan que las cáscaras hacen que las reacciones sean más eficientes, mantienen los productos intermedios tóxicos alejados del resto de la célula y protegen las enzimas de las moléculas que podrían obstaculizar su desempeño.

En 2005, los cristalógrafos de proteínas ayudaron a revelar los detalles más finos de las cápsulas. Los microcompartimentos “simplemente no habían atraído aún la atención de los biólogos estructurales”, dice Todd Yeates, un biólogo estructural de la Universidad de California en Los Ángeles. Él y sus colegas encontraron que algunas proteínas de la cáscara se ensamblan en mosaicos de seis lados que se unen para formar los lados de un microcompartimento 11. Cada baldosa tiene un agujero en el centro que podría permitir el paso de las moléculas.

Además de tener una estructura ordenada, los microcompartimentos también pueden alinearse en filas ordenadas. Pamela Silver, bióloga sintética de la Facultad de Medicina de Harvard en Boston, Massachusetts, y sus colegas informaron 12 el año pasado que en las cianobacterias, ciertos microcompartimentos llamados carboxisomas “permanecían más o menos alineados en el centro de la célula”, dice Silver. Esta ordenada disposición permite que las células asignen carboxisomas uniformemente a las células hijas cuando se dividen.

Los biólogos ahora están ansiosos por explotar estas cápsulas para usos industriales cargándolas con diferentes enzimas. Por ejemplo, Yeates y su equipo planean intentar diseñar microcompartimentos para producir biocombustible. Algunos investigadores han logrado empaquetar proteínas fluorescentes o enzimas de otras especies en las cáscaras, lo que sugiere que es posible modificar el contenido de las cápsulas.

Los microcompartimentos todavía ofrecen mucho territorio inexplorado. Los científicos no están seguros, por ejemplo, de cómo se organizan exactamente las enzimas dentro de las cápsulas, dice Cheryl Kerfeld, bióloga estructural del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley en Berkeley, California. "Realmente no sabemos cómo se ve allí".

Otros paquetes subcelulares que llaman la atención son los exosomas, pequeños sacos rodeados de membranas que se forman dentro de la célula y luego se escupieron. Estos recipientes a nanoescala se descubrieron en la década de 1980 y luego se ignoraron durante aproximadamente una década, considerados una forma de embolsar la basura celular. "La gente pensaba que eran basura, básicamente", dice Jan Lötvall, alergólogo clínico de la Universidad de Gotemburgo en Suecia.

El interés por los exosomas aumentó en 1996, cuando Graça Raposo, bióloga celular ahora en el Instituto Curie y el Centro Nacional de Investigación Científica en París, y sus colegas examinaron los exosomas escupidos por las células B, un tipo de glóbulo blanco. Aunque la tecnología para examinarlos, la microscopía electrónica, no era nueva, no era muy popular en ese momento porque “simplemente estaba pasada de moda”, dice Raposo. Utilizándola y otras técnicas, el equipo informó que los humildes vasos podrían hacer algo útil: mostrar restos de proteína patógena en sus superficies, estimulando a las células inmunitarias a montar defensas contra una infección 13. Los científicos se sintieron aún más intrigados cuando el equipo de Lötvall informó en 2007 que los exosomas podían transportar ARN mensajero 14, parte del cual podría ser recogido y traducido a una célula receptora. Esto sugirió que los envíos podrían permitir que las células afecten la producción de proteínas en sus vecinos. El estudio “realmente demostró que los exosomas eran un vehículo para comunicar información importante entre células”, dice Clotilde Théry, bióloga celular que también trabaja en el Instituto Curie.

Los investigadores ahora están tratando de usar exosomas para administrar medicamentos a partes específicas del cuerpo, con la esperanza de que, debido a que los exosomas son 'naturales', es menos probable que sean tóxicos o provoquen una respuesta inmune que otros vasos, como los lípidos artificiales. sacos o cáscaras de proteínas. Este año, Matthew Wood, un neurocientífico de la Universidad de Oxford, Reino Unido, y sus colegas informaron 15 de un intento en ratones: el equipo cargó exosomas con ARN artificial destinado a obstaculizar la producción de una proteína involucrada en la enfermedad de Alzheimer y los etiquetó con una molécula. dirigiéndolos a las neuronas y la barrera hematoencefálica. Los exosomas entregaron con éxito su carga y redujeron la producción de la proteína sin efectos nocivos obvios, encontró el equipo. Otros científicos están tratando de extraer exosomas de los fluidos corporales y analizar su contenido para diagnosticar el cáncer o desplegar exosomas para provocar respuestas inmunes contra los tumores.

Finalmente, el grupo de Wilhelm y otros han encontrado filamentos que unen enzimas por cientos o miles, lo suficiente, en algunos casos, para abarcar casi toda la célula. Una de las enzimas formadoras de filamentos que encontró el equipo de Wilhelm fue la CTP sintasa, que constituye un componente básico para el ADN y el ARN 16. Otros dos equipos descubrieron los mismos filamentos en moscas de la fruta y bacterias aproximadamente al mismo tiempo 17,18. Un investigador, Ji-Long Liu, biólogo celular de la Unidad de Genómica Funcional del Consejo de Investigación Médica de la Universidad de Oxford, los llamó citoofidios (o 'serpientes celulares') debido a sus formas de serpientes en las células de las moscas. Wilhelm sospecha que los investigadores encontraron los mismos filamentos en la década de 1980, pero nunca identificaron la proteína.

Estas estructuras podrían permitir que la célula encienda y apague las enzimas en masa, sugiere Wilhelm. Por ejemplo, si las enzimas de un filamento están inactivas, la célula podría activarlas todas disolviendo la hebra.

En algunas bacterias, los filamentos de enzimas también parecen tener un propósito estructural, algo así como los filamentos de actina que forman parte del citoesqueleto en células más complejas. Cuando Zemer Gitai, un biólogo celular de la Universidad de Princeton en Nueva Jersey, y sus colegas estudiaron las estructuras de una bacteria en forma de coma llamada Caulobacter crescentus, they found that CTP-synthase filaments kept the cells' curvature in check. If there was too little of the enzyme, the cells curled up tightly if there was too much, they straightened out 18 .

It is not clear why curvature is important for the bacterium, says Gitai, but the findings suggest that the cells may have co-opted enzyme filaments to preserve cell shape. Researchers already suspect that actin is related to the enzyme hexokinase. It is possible that the cytoskeleton arose from filaments that originally formed to regulate the cell's metabolism, Gitai says.

Although the purpose and importance of some of these emerging structures is not yet clear, the research illustrates that the act of simply observing cells and their contents is alive and well. “A key aspect of doing great science is exploration,” says Davis. “I think that there's a tremendous amount that we learn just by watching.”


ATP vs. GTP/CTP - Why does nature use ATP for energy coupling? (Apr/03/2006 )

I am preparing my final exam and just asked myself a simple question which turned out to be not so simple.

Why does nature use (in most cases) ATP to couple energy into reactions? Why not GTP or CTP?
(Actually, GTP is used for some processes, but I don't know any reactions that use CTP)
The amount of energy they provide upon hydrolysis into ADP/GDP/CDP and Pyrophosphate is the same.
So there should be some evolutionary advantage, which is the reason to favor ATP.

hi
i don't have a strick answer, but i realized once that GTP gives some energy in reactions and also serves as cofactor for G proteins.
And A and G are purines. So probably purines are better holded than pyrimidines.
But why A vs G .

Hola,
ATP: Adenosine is the all-purpose nucleotide, assuming several roles in almost every pathway in the cell. Adenosine can be used as a source of energy, acting alone as ATP or combined with other nucleotides, like niacin in NAD or riboflavin in FAD. Enzymes which directly hydrolyse ATP into ADP and phosphate are called ATPases. ATPases are found throughout the cell performing a wide variety of functions from pumping ions across the membrane to running all of the cytoplasmic motors that shuttle material around the cell and drive cilia, flagella, and muscles. Adenosine is also used extensively by the cell as a source of phosphates for modifying proteins - several proteins require phosphorylation to be activated or inactivated, and this is used by the cell to control which enzymes are on or off. The enzymes which phosphorylate other proteins are called kinases and all require ATP to function. There are several other functions of Adenosine that I won't go into here to save space.

GTP
: Guanosine is used similarly to Adenosine, but in fewer roles. There are a very few instances in which GTP is used as a phosphate donor or an energy source, most notable of which is Tubulin, which must hydrolyze GTP to GDP to form the microtubules of the cytoskeleton. There are several other GTPase enzymes in the cell, however most of these enzymes are not used for their enzymatic properties, but rather are used to transmit signals throughout the cell. G-proteins are a specific class of GTPases which use their binding to GTP to interact with other enzymes to activate the cell. Many hormones and neurotransmitters have receptors that use G-proteins to transmit their signals to the rest of the cell. There are several other GTPases, including the Ras and Rab families of small GTPases, that are all also used to transmit signals and to control other intercellular traffic through their binding to GTP.

UTP
: Uridine is used for a different purpose from the purine nucleotides. The most common example of this is in glycogen synthesis. Many cells in the body (especially in the liver) store glucose (sugar) in the form of glycogen, a complex starch composed of long, branching chains of glucose molecules. To enhance this reaction, free glucose molecules prepared for addition by reacting them with UTP to produce UDP-glucose and free phosphate. This makes the glucose molecules more reactive, since the glucose-phosphate bond in UDP-glucose is a high energy bond. As the UDP-glucose is added to glycogen, the UDP is released, and the energy is used to attach the glucose to the glycogen molecule. In fact, Uridine is used for UDP-glucose, UDP-galactose, UDP-mannose, etc., the building blocks of numerous carbohydrates that are essential for many cellular functions.

CTP
: Cytidine is used very similarly to Uridine, however instead of sugars, CTP is used with fats. CDP-diacylglycerol, CDP-ethanolamine, and CDP-choline are the building blocks of the phospholipids that make up the cell membrane. Since all cells require intact membranes to survive, this is an exceedingly important cellular function.

The purine nucleotides have a wide range of uses, while the pyrimidines act more as handles than anything else. This is probably due to the more reactive nature of the purine rings, which makes ATP especially an ideal co-enzyme.

I doubt there's an energy reason -- as you noted, there's an equal amount of energy in the phospate bonds of other nucleotides.

It's likely that this is an evolutionary preference -- an early enzyme worked with ATP, and through evolution, other orthologous genes arose through gene duplication and genetic drift. Nature doesn't waste time reinventing the wheel, so since the early ancestor used ATP, so do the bulk of its orthologs.

As the cell became more complex, the ability to separate energy-producing enzymatic reactions on the basis of the nucleotide providing the bonds becomes beneficial, and thus orthologs which preferencially use GTP, for example, were selected for.

The inter-related nature of these genes can not only be seen at the sequence level, but also in their catalytic abilities -- most of these enzymes show a strong preference for "their" NTP, but will also catalyse other nucleotide triphosphates as well, at a greatly reduced rate.

A similar example can be found regarding the isocitrate dehydrogenases -- some of which reduce NAD (to make ATP, BTW) and others of which reduce NADP (in the synthesis of certain amino acids).

BTW, I suppose it is equally likely that ATP is the most wide-spread energy-providing NTP used by the cell because it was the first one that could be synthesized by the cell, or that it is the one most easily synthesized, or some other reasons (likely a combination of reasons).


Karyokinesis, also known as mitosis, is divided into a series of phases—prophase, prometaphase, metaphase, anaphase, and telophase—that result in the division of the cell nucleus (Figure 2). Karyokinesis is also called mitosis.

Conexión de arte

Figure 2. Karyokinesis (or mitosis) is divided into five stages—prophase, prometaphase, metaphase, anaphase, and telophase. Las imágenes de la parte inferior se tomaron mediante microscopía de fluorescencia (de ahí el fondo negro) de células teñidas artificialmente con tintes fluorescentes: la fluorescencia azul indica ADN (cromosomas) y la fluorescencia verde indica microtúbulos (aparato de huso). (credit “mitosis drawings”: modification of work by Mariana Ruiz Villareal credit “micrographs”: modification of work by Roy van Heesbeen credit “cytokinesis micrograph”: Wadsworth Center/New York State Department of Health scale-bar data from Matt Russell)

Which of the following is the correct order of events in mitosis?

  1. Las cromátidas hermanas se alinean en la placa de metafase. El cinetocoro se adhiere al huso mitótico. El núcleo se reforma y la célula se divide. Las proteínas de cohesina se descomponen y las cromátidas hermanas se separan.
  2. El cinetocoro se adhiere al huso mitótico. Las proteínas de cohesina se descomponen y las cromátidas hermanas se separan. Las cromátidas hermanas se alinean en la placa de metafase. El núcleo se reforma y la célula se divide.
  3. El cinetocoro se une a las proteínas cohesinas. Las cromátidas hermanas se alinean en la placa de metafase. El cinetocoro se rompe y las cromátidas hermanas se separan. El núcleo se reforma y la célula se divide.
  4. El cinetocoro se adhiere al huso mitótico. Las cromátidas hermanas se alinean en la placa de metafase. Las proteínas de cohesina se descomponen y las cromátidas hermanas se separan. El núcleo se reforma y la célula se divide.

During prophase, the “first phase,” the nuclear envelope starts to dissociate into small vesicles, and the membranous organelles (such as the Golgi complex or Golgi apparatus, and endoplasmic reticulum), fragment and disperse toward the periphery of the cell. El nucleolo desaparece (se dispersa). Los centrosomas comienzan a moverse hacia los polos opuestos de la célula. Los microtúbulos que formarán el huso mitótico se extienden entre los centrosomas y los separan más a medida que se alargan las fibras de los microtúbulos. Las cromátidas hermanas comienzan a enrollarse con más fuerza con la ayuda de proteínas de condensación y se vuelven visibles bajo un microscopio óptico.

Figure 3. During prometaphase, mitotic spindle microtubules from opposite poles attach to each sister chromatid at the kinetochore. En anafase, la conexión entre las cromátidas hermanas se rompe y los microtúbulos tiran de los cromosomas hacia polos opuestos.

During prometaphase, the “first change phase,” many processes that were begun in prophase continue to advance. Los restos del fragmento de la envoltura nuclear. El huso mitótico continúa desarrollándose a medida que más microtúbulos se ensamblan y se estiran a lo largo de la antigua área nuclear. Los cromosomas se vuelven más condensados ​​y discretos. Each sister chromatid develops a protein structure called a kinetochore in the centromeric region (Figure 3). Las proteínas del cinetocoro atraen y se unen a los microtúbulos del huso mitótico. A medida que los microtúbulos del huso se extienden desde los centrosomas, algunos de estos microtúbulos entran en contacto y se unen firmemente a los cinetocoros. Una vez que una fibra mitótica se adhiere a un cromosoma, el cromosoma se orientará hasta que los cinetocoros de las cromátidas hermanas se enfrenten a los polos opuestos. Eventualmente, todas las cromátidas hermanas se unirán a través de sus cinetocoros a los microtúbulos de los polos opuestos. Los microtúbulos del huso que no se acoplan a los cromosomas se denominan microtúbulos polares. Estos microtúbulos se superponen entre sí a mitad de camino entre los dos polos y contribuyen al alargamiento celular. Los microtúbulos astrales se encuentran cerca de los polos, ayudan en la orientación del huso y son necesarios para la regulación de la mitosis.

During metaphase, the “change phase,” all the chromosomes are aligned in a plane called the metaphase plate, or the equatorial plane, midway between the two poles of the cell. Las cromátidas hermanas todavía están fuertemente unidas entre sí por las proteínas cohesinas. En este momento, los cromosomas están condensados ​​al máximo.

During anaphase, the “upward phase,” the cohesin proteins degrade, and the sister chromatids separate at the centromere. Cada cromátida, ahora llamada cromosoma, es empujada rápidamente hacia el centrosoma al que está unido su microtúbulo. La célula se alarga visiblemente (forma ovalada) a medida que los microtúbulos polares se deslizan entre sí en la placa de metafase donde se superponen.

During telophase, the “distance phase,” the chromosomes reach the opposite poles and begin to decondense (unravel), relaxing into a chromatin configuration. Los husos mitóticos se despolimerizan en monómeros de tubulina que se utilizarán para ensamblar componentes citoesqueléticos para cada célula hija. Se forman envolturas nucleares alrededor de los cromosomas y aparecen nucleosomas dentro del área nuclear.


Resumen

In multicellular organisms, cells that are no longer needed or are a threat to the organism are destroyed by a tightly regulated cell suicide process known as programmed cell death, or apoptosis. Apoptosis is mediated by proteolytic enzymes called caspases, which trigger cell death by cleaving specific proteins in the cytoplasm and nucleus. Caspases exist in all cells as inactive precursors, or procaspases, which are usually activated by cleavage by other caspases, producing a proteolytic caspase cascade. The activation process is initiated by either extracellular or intracellular death signals, which cause intracellular adaptor molecules to aggregate and activate procaspases. Caspase activation is regulated by members of the Bcl-2 and IAP protein families.

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