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¿Por qué los eucariotas tienen tres tipos diferentes de filamentos del citoesqueleto?

¿Por qué los eucariotas tienen tres tipos diferentes de filamentos del citoesqueleto?


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Ok: SI, los microtúbulos y los microfilamentos tienen diferentes propósitos. Pero, ¿cuál es la ventaja biológica de tener estos tres tipos sobre otros organismos? No sé si estoy siendo claro.


Mientras que los eucariotas contienen microtúbulos que contienen tubulina y filamentos de actina, existen homólogos procariotas. Por ejemplo, la proteína FitZ, el homólogo bacteriano de tubulina más común [1], participa en la división celular. Los genes de esta proteína están realmente presentes en el ADN nuclear eucariota y la proteína facilita la división de los organelos mitrocrondria y cloroplasto que fueron creados por endosimbiosis [2].

De manera similar, MreB funciona como el análogo procariótico más común de la actina.

Con respecto a los filamentos IF, ciertamente subconjuntos como las láminas nucleares se encuentran de forma única dentro de Eukarya, sin embargo, un artículo publicado por Bafchi [4] ha sugerido que las proteínas similares a IF están presentes dentro de las bacterias.

  1. Bi, E. y Lutkenhaus, J. (1991). Estructura del anillo FtsZ asociada con la división en Escherichia coli. Nature, 354 (6349), 161-164. doi: 10.1038 / 354161a0
  2. Margolin W. FTSZ Y LA DIVISIÓN DE CÉLULAS Y ORGANELOS PROKARIÓTICOS. Nature revisa la biología celular molecular. 2005; 6 (11): 862-871. doi: 10.1038 / nrm1745.
  3. Gunning, P. W., Ghoshdastider, U., Whitaker, S., Popp, D. y Robinson, R. C. (2015). La evolución de filamentos de actina de composición y funcionalidad distintos. Revista de ciencia celular, 128 (11), 2009-2019. doi: 10.1242 / jcs.165563
  4. Bagchi S, Tomenius H, Belova LM, Ausmees N. Proteínas similares a filamentos intermedios en bacterias y función citoesquelética en Streptomyces. Microbiología molecular. 2008; 70 (4): 1037-1050. doi: 10.1111 / j.1365-2958.2008.06473.x.

3 clases principales de fibras proteicas en el citoesqueleto | Celda

Los microtúbulos son estructuras largas en forma de hilo que miden aproximadamente 25 nm de diámetro y su longitud varía hasta varios milímetros.

Los microtúbulos tienen las siguientes dos propiedades principales:

(i) Forma larga y rígida, y

(ii) Capacidad de generar movimiento.

Los túbulos citoplasmáticos son similares a los microtúbulos que forman la columna vertebral de los centriolos, cilios, flagelos y huso mitótico.

Los microtúbulos contienen un núcleo hueco de 15 nm de diámetro y su diámetro exterior es de 25 nm. La pared de un microtúbulo contiene 13 filamentos que están formados por la proteína tubulina. Hay dos tipos de tubulinas: α-tubulina y β-tubulina. Las tubulinas hacen una & # 8220dimer & # 8221 de aproximadamente 8 nm de longitud y 110.000 Daltons M.W.

Los dímeros de tubulina están dispuestos a lo largo para producir proto-filamentos. Un total de 13 protofilamentos construyen un microtúbulo. Estos protofilamentos están dispuestos de forma helicoidal con respecto a los dímeros de tubulina (fig. 2.25).

Las regiones desde las que se extienden los microtúbulos se denominan centros de organización de microtúbulos que son de diferentes tipos, como cuerpos basales, cinetocoros y centrosoma. La polimerización de la tubulina en microtúbulos requiere las proteínas accesorias llamadas MAP-1 y MAP-2 (proteínas asociadas a los microtúbulos). Estas proteínas (PM 300.000 Daltons) están relacionadas con el montaje y desmontaje de los microtúbulos.

Fibras proteicas en el citoesqueleto: Clase 2. Filamentos de actina:

Los filamentos de actina están compuestos de proteínas y están relacionados con los delgados filamentos de los músculos. La proteína monomérica tiene 43.000 Dalton de peso molecular. Estas moléculas de actina se polimerizan en largos filamentos. Dos de estos filamentos se enrollan uno alrededor del otro de manera helicoidal.

Estos filamentos se presentan como filamentos organizados individuales, haces de filamentos regularmente reticulados y filamentos reticulados con menos regularidad. Estos filamentos ejercen fuerza para mover una celda en la superficie o para cambiar la forma de la celda internamente. Interactúan con & # 8216myosin & # 8217 para generar la fuerza.

Fibras proteicas en el citoesqueleto: Clase # 3. Filamentos intermedios:

Los filamentos intermedios están formados por proteínas. Son de los siguientes cinco tipos, cada tipo de filamento se encuentra en un tipo particular de celda:

(i) Neurofilamento, que se encuentra en la célula neuronal.

(ii) Queratina, que se encuentra en las células epiteliales o cutáneas.

(iii) Vimentina, que se encuentra en las células mesenquimales.

(iv) Desmina, que se encuentra en células miogénicas (músculos),

(v) GFAP, que se encuentra en las células astrogliales (cerebrales).

Cada filamento tiene una región central de más de 300 aminoácidos. Forma una varilla con organización helicoidal. Las regiones N-terminal y C-terminal difieren en el tipo particular de microfilamento. La mayoría de estos filamentos proporcionan rigidez a la forma de la celda.


Biología 171

Al final de esta sección, podrá hacer lo siguiente:

  • Describe el citoesqueleto
  • Compare las funciones de los microfilamentos, los filamentos intermedios y los microtúbulos.
  • Comparar y contrastar cilios y flagelos
  • Resumir las diferencias entre los componentes de células procariotas, células animales y células vegetales.

Si eliminara todos los orgánulos de una célula, ¿serían la membrana plasmática y el citoplasma los únicos componentes que quedarían? No. Dentro del citoplasma, todavía habría iones y moléculas orgánicas, además de una red de fibras proteicas que ayudan a mantener la forma de la célula, aseguran algunos orgánulos en posiciones específicas, permiten que el citoplasma y las vesículas se muevan dentro de la célula y habilitan a las células. dentro de los organismos multicelulares para moverse. En conjunto, los científicos llaman citoesqueleto a esta red de fibras proteicas. Hay tres tipos de fibras dentro del citoesqueleto: microfilamentos, filamentos intermedios y microtúbulos ((Figura)). Aquí examinaremos cada uno.


Microfilamentos

De los tres tipos de fibras proteicas del citoesqueleto, los microfilamentos son los más estrechos. Funcionan en movimiento celular, tienen un diámetro de aproximadamente 7 nm y se componen de dos hebras entrelazadas de proteínas globulares, que llamamos actina ((Figura)). Por esta razón, también llamamos filamentos de actina a los microfilamentos.


El ATP impulsa a la actina a ensamblar su forma filamentosa, que sirve como pista para el movimiento de una proteína motora que llamamos miosina. Esto permite que la actina participe en eventos celulares que requieren movimiento, como la división celular en células eucariotas y la transmisión citoplasmática, que es el movimiento circular del citoplasma celular en las células vegetales. La actina y la miosina abundan en las células musculares. Cuando los filamentos de actina y miosina se deslizan uno al lado del otro, los músculos se contraen.

Los microfilamentos también proporcionan cierta rigidez y forma a la celda. Pueden despolimerizarse (desmontarse) y reformarse rápidamente, lo que permite que una célula cambie de forma y se mueva. Los glóbulos blancos (las células de su cuerpo que luchan contra las infecciones) hacen un buen uso de esta capacidad. Pueden trasladarse a un sitio de infección y fagocitar el patógeno.

Para ver un ejemplo de un glóbulo blanco en acción, observe cómo el glóbulo blanco persigue bacterias en un breve lapso de tiempo de la célula capturando dos bacterias. Engulle a uno y luego pasa al otro.

Filamentos intermedios

Varias hebras de proteínas fibrosas que se enrollan juntas comprenden filamentos intermedios ((Figura)). Los elementos del citoesqueleto reciben su nombre del hecho de que su diámetro, de 8 a 10 nm, se encuentra entre los de los microfilamentos y los microtúbulos.


Los filamentos intermedios no tienen ningún papel en el movimiento celular. Su función es puramente estructural. Soportan tensión, manteniendo así la forma de la célula y anclan el núcleo y otros orgánulos en su lugar. (Figura) muestra cómo los filamentos intermedios crean un andamio de apoyo dentro de la celda.

Los filamentos intermedios son el grupo más diverso de elementos citoesqueléticos. Varios tipos de proteínas fibrosas se encuentran en los filamentos intermedios. Probablemente esté más familiarizado con la queratina, la proteína fibrosa que fortalece el cabello, las uñas y la piel y la epidermis.

Microtúbulos

Como su nombre lo indica, los microtúbulos son pequeños tubos huecos. Los dímeros polimerizados de α-tubulina y β-tubulina, dos proteínas globulares, comprenden las paredes de los microtúbulos y # 8217s ((Figura)). Con un diámetro de aproximadamente 25 nm, los microtúbulos son citoesqueletos & # 8217 componentes más anchos. Ayudan a la célula a resistir la compresión, proporcionan una pista a lo largo de la cual las vesículas se mueven a través de la célula y tiran de los cromosomas replicados hacia los extremos opuestos de una célula en división. Al igual que los microfilamentos, los microtúbulos se pueden desmontar y reformar rápidamente.


Los microtúbulos son también los elementos estructurales de los flagelos, cilios y centriolos (estos últimos son el centrosoma y dos cuerpos perpendiculares). En las células animales, el centrosoma es el centro organizador de microtúbulos. En las células eucariotas, los flagelos y los cilios son muy diferentes estructuralmente de sus contrapartes en los procariotas, como discutimos a continuación.

Flagelos y cilios

Los flagelos (singular = flagelo) son estructuras largas, similares a pelos, que se extienden desde la membrana plasmática y permiten que una célula entera se mueva (por ejemplo, espermatozoides, Euglenay algunos procariotas). Cuando está presente, la célula tiene solo un flagelo o algunos flagelos. Sin embargo, cuando hay cilios (singular = cilio), muchos de ellos se extienden a lo largo de toda la superficie de la membrana plasmática. Son estructuras cortas, similares a pelos, que mueven células enteras (como los paramecios) o sustancias a lo largo de la superficie exterior de la célula (por ejemplo, los cilios de las células que recubren las trompas de Falopio que mueven el óvulo hacia el útero, o los cilios que recubren el células del tracto respiratorio que atrapan las partículas y las mueven hacia las fosas nasales).

A pesar de sus diferencias en longitud y número, los flagelos y los cilios comparten una disposición estructural común de microtúbulos denominada "matriz 9 + 2". Este es un nombre apropiado porque un solo flagelo o cilio está formado por un anillo de nueve dobletes de microtúbulos, rodeando un solo doblete de microtúbulos en el centro ((Figura)).


Ahora ha completado una amplia encuesta de componentes de células procariotas y eucariotas. Para obtener un resumen de los componentes celulares de las células procariotas y eucariotas, consulte la (Figura).

Componentes de células procariotas y eucariotas
Componente de celda Función ¿Presente en procariotas? ¿Presente en células animales? ¿Presente en las células vegetales?
Membrana de plasma Separa la célula del ambiente externo controla el paso de moléculas orgánicas, iones, agua, oxígeno y desechos dentro y fuera de la célula.
Citoplasma Proporciona presión de turgencia a las células vegetales en forma de líquido dentro del sitio de la vacuola central de muchos medios de reacciones metabólicas en los que se encuentran los orgánulos.
Nucleolo Área oscurecida dentro del núcleo donde se sintetizan las subunidades ribosómicas. No
Núcleo Orgánulo celular que alberga el ADN y dirige la síntesis de ribosomas y proteínas. No
Ribosomas Síntesis de proteínas
Mitocondrias Producción de ATP / respiración celular No
Peroxisomas Oxida y descompone los ácidos grasos y aminoácidos, y desintoxica los venenos. No
Vesículas y vacuolas Función digestiva de almacenamiento y transporte en células vegetales No
Centrosoma Papel no especificado en la división celular en células animales fuente de microtúbulos en células animales No No
Lisosomas Digestión de macromoléculas reciclado de orgánulos desgastados No Algunos
Pared celular Protección, soporte estructural y mantenimiento de la forma de la celda. Sí, principalmente peptidoglicano No Sí, principalmente celulosa
Cloroplastos Fotosíntesis No No
Retículo endoplásmico Modifica proteínas y sintetiza lípidos No
Aparato de Golgi Modifica, clasifica, etiqueta, empaqueta y distribuye lípidos y proteínas No
Citoesqueleto Mantiene la forma de la célula, asegura los orgánulos en posiciones específicas, permite que el citoplasma y las vesículas se muevan dentro de la célula y permite que los organismos unicelulares se muevan de forma independiente.
Flagelos Locomoción celular Algunos Algunos No, a excepción de algunos espermatozoides vegetales.
Cilios Locomoción celular, movimiento de partículas a lo largo de la membrana plasmática y la superficie extracelular # 8217s y filtración Algunos Algunos No

Resumen de la sección

El citoesqueleto tiene tres tipos de elementos proteicos diferentes. De más estrecho a más ancho, son los microfilamentos (filamentos de actina), los filamentos intermedios y los microtúbulos. Los biólogos a menudo asocian los microfilamentos con la miosina. Aportan rigidez y forma a la célula y facilitan los movimientos celulares. Los filamentos intermedios soportan tensión y anclan el núcleo y otros orgánulos en su lugar. Los microtúbulos ayudan a la célula a resistir la compresión, sirven como pistas para las proteínas motoras que mueven las vesículas a través de la célula y empujan los cromosomas replicados hacia los extremos opuestos de una célula en división. También son el elemento estructural de centriolos, flagelos y cilios.

Respuesta libre

¿Cuáles son las similitudes y diferencias entre las estructuras de centriolos y flagelos?

Los centríolos y los flagelos se parecen en que están formados por microtúbulos. En los centríolos, dos anillos de nueve "tripletes" de microtúbulos están dispuestos en ángulo recto entre sí. Esta disposición no ocurre en los flagelos.

¿En qué se diferencian los cilios y los flagelos?

Los cilios y los flagelos se parecen en que están formados por microtúbulos. Los cilios son estructuras cortas, similares a pelos, que existen en grandes cantidades y generalmente cubren toda la superficie de la membrana plasmática. Los flagelos, por el contrario, son estructuras largas, parecidas a pelos, cuando los flagelos están presentes, una célula tiene solo uno o dos.

Describe cómo los microfilamentos y microtúbulos están involucrados en la fagocitosis y destrucción de un patógeno por un macrófago.

Un macrófago engulle a un patógeno reordenando sus microfilamentos de actina para doblar la membrana plasmática alrededor del patógeno. Una vez que el patógeno está sellado en un endosoma dentro del macrófago, la vesícula se recorre a lo largo de los microtúbulos hasta que se combina con un lisosoma para digerir el patógeno.

Compare y contraste los límites que utilizan las células vegetales, animales y bacterianas para separarse del entorno que las rodea.

Los tres tipos de células tienen una membrana plasmática que bordea el citoplasma en su lado interior. En las células animales, el lado exterior de la membrana plasmática está en contacto con el entorno extracelular. Sin embargo, en las células vegetales y bacterianas, una pared celular rodea el exterior de la membrana plasmática. En las plantas, la pared celular está hecha de celulosa, mientras que en las bacterias la pared celular está hecha de peptidoglicano. Las bacterias gramnegativas también tienen una cápsula adicional hecha de lipopolisacáridos que rodea su pared celular.

Glosario


Eucariotas

Los eucariotas son organismos formados por una o más células que poseen un núcleo unido a la membrana (que alberga el ADN), así como orgánulos unidos a la membrana. A diferencia de los procariotas, el ADN está organizado en cromosomas lineales. Los organismos eucariotas pueden ser organismos multicelulares o unicelulares. Los eucariotas unicelulares se conocen como protistas (que incluyen amebas, algas y dinoflagelados). Los protistas tienden a ser mucho más grandes (10-1000x) que los procariotas y, como todos los eucariotas, tienen un núcleo y orgánulos verdaderos. Dentro de Eukarya, la multicelularidad surgió al menos tres veces dando lugar a plantas, animales y hongos de hoy en día.

Origen de la hipótesis de la endomembrana

Se cree que los eucariotas surgieron de un arqueo ancestral, debido a su proximidad sugerida por la filogenia de Carl Woese (Fig. 1). Si bien todos los procariotas tienen ADN circular, todos los eucariotas tienen ADN lineal. Por lo tanto, la célula que es ancestral de todos los eucariotas debe haber tenido ADN lineal. En algún momento del pasado, el ADN circular ancestral de los arqueos se cortó y se hizo lineal. En realidad, esto planteó un problema importante en la replicación del ADN, debido a problemas de acortamiento de los cromosomas. Esto se resolvió con la aparición de la telomerasa, de un híbrido proteína / ARN, que permitió que los extremos de los cromosomas se replicaran por completo.

La hipótesis de origen nuclear predominante sugiere pliegues de la membrana celular (también llamada membrana plasmática) de un arqueo ancestral (Fig. 3a). Imagina un grupo de bolsas de papel marrón. Si comenzara a comprimirlos, el papel comenzaría a doblarse sobre sí mismo. Ésta es una buena metáfora de la hipótesis del plegado. La evidencia que respalda esto proviene de la presencia de tales pliegues en especies procariotas que se multiplican en áreas restringidas (Fig. 3b). A diferencia de una bolsa de papel, la membrana celular está compuesta de fosfolípidos, que son capaces de desprenderse de la membrana externa. La hipótesis del origen nuclear sugiere que los pliegues desprendidos condensaron y encerraron el ADN a medida que los fosfolípidos se volvieron a unir entre sí (Figura 3), formando la membrana nuclear y el retículo endoplásmico, que forman un sistema contiguo, con estos orgánulos conectados físicamente entre sí. El núcleo y el retículo endoplásmico son parte del sistema de endomembranas, dentro de las células eucariotas, que también incluyen el aparato de Golgi, vesículas y lisosomas (Fig. 4). Se cree que estos orgánulos surgieron de manera similar (posiblemente como sinónimos) como el núcleo y el retículo endoplásmico, pero están separados del núcleo y del retículo endoplásmico.

Figura 3. Origen de la hipótesis de la endomembrana. a) Los eucariotas surgieron de una célula arcaica ancestral. El ADN es que algunos procariotas se concentran dentro de la célula, en un área conocida como nucleoide. B) La membrana celular de la célula arquea ancestral comenzó a plegarse sobre sí misma formando una membrana plasmática dentro de la célula. Vemos esto en ciertas especies de bacterias, y en algunos casos estos pliegues aíslan el nucleiodo. C) El primer núcleo verdadero se formó con los pliegues separados de la membrana celular y encerró los cromosomas, creando una envoltura nuclear. El retículo endoplásmico está conectado físicamente a la envoltura nuclear, pero llega al citoplasma de la célula. Los orgánulos adicionales del sistema de endomembranas incluyen el aparato de Golgi, vesículas y lisosomas.

Figura 4. Sistema de endomembranas de una célula eucariota. El ADN lineal, conocido como cromosomas, alojado dentro del núcleo genera moléculas de ARN. Las moléculas de ARN procesadas salen de la envoltura nuclear a través de poros nucleares y entran en el retículo endoplásmico rugoso (o el citoplasma) y se adhieren a un ribosoma (sintetizado en el nucleolo del núcleo), donde se sintetiza una proteína. Unido al retículo endoplásmico rugoso está el retículo liso, que carece de ribosomas y es responsable de la síntesis de lípidos. Una vez que se sintetiza una proteína, puede viajar al aparato de Golgi a lo largo de la red del citoesqueleto. En el aparato de Golgi, la proteína puede modificarse y empaquetarse para su uso dentro de la célula o excretarse. Los lisosomas son vesículas especializadas que son responsables de descomponer una variedad de bioquímicos.

A diferencia de los procariotas, los eucariotas tienen un núcleo verdadero (Figura 4), definido como ADN alojado dentro de una envoltura nuclear, también llamada membrana nuclear. La envoltura nuclear es una doble membrana compuesta predominantemente por bicapas de fosfolípidos y está salpicada por poros nucleares. Estas aberturas en la envoltura nuclear permiten el movimiento de moléculas específicas dentro y fuera del núcleo. Es decir, el ARNm sale del núcleo a través de los poros nucleares y los nucleótidos ingresan al núcleo para crear ADN y ARN nuevos. Dentro del núcleo se alojan varias hebras de ADN lineal, conocidas como cromosomas. Cuando mires el núcleo bajo el microscopio, verás una mancha oscura dentro del núcleo, el nucleolo, que es la instalación de fabricación de ribosomas.

Se cree que la principal ventaja que proporciona el núcleo es la regulación génica, al separar la transcripción y la traducción. La transcripción es el proceso en el que un segmento de ADN (conocido como gen) codifica un ARN mensajero (ARNm). Después de la transcripción, los eucariotas se someten a una modificación postranscripcional en la que los segmentos (intrones) del ARNm no procesado (o transcripción primaria) se eliminan antes de abandonar el núcleo, y los segmentos restantes (exones) se vuelven a unir, formando un ARNm maduro. El ARNm maduro sale del núcleo a través de un poro nuclear y viaja a un ribosoma. El ribosoma lee el ARNm maduro y con la ayuda del ARN de transferencia (ARNt) une los aminoácidos en una secuencia específica que genera una proteína. Los procariotas (que no tienen núcleo) pasan por la transcripción y la traducción simultáneamente y, por lo tanto, son incapaces de regular los genes a través de la modificación postranscripcional.

El retículo endoplásmico es un orgánulo de membrana terminal contiguo a la envoltura nuclear que consta de una serie de membranas aplanadas e interconectadas. El retículo endoplásmico rugoso alberga ribosomas y es un lugar importante para la síntesis de proteínas, vesículas y lisosomas. El retículo endoplásmico liso carece de ribosomas y, por lo tanto, es incapaz de síntesis de proteínas, pero funciona principalmente como el centro de producción de lípidos, a saber: fosfolípidos, lípidos y esteroides.

En resumen, dentro del núcleo, el ADN sintetiza moléculas de ARN a través de la transcripción, en la que un segmento preciso de ADN (conocido como gen) se abre y sintetiza una hebra específica de ARNm (consulte la Figura 6). Una vez que se sintetiza el ARNm, se produce una modificación postranscripcional en la que se vuelven a unir los segmentos (intrones) del ARNm y los segmentos restantes del ARNm (exones). Este ARNm maduro (compuesto por exones reincorporados) sale del núcleo a través del poro nuclear y entra en el citoplasma o en el retículo endoplásmico rugoso (ER rugoso). Ya sea en el citoplasma o en el RE rugoso, el ARNm maduro se adhiere a un ribosoma. En el ribosoma, comienza el proceso de traducción en el que el ARNm codifica la síntesis de una proteína. Una vez que la proteína se sintetiza completamente en el ribosoma, la proteína abandona el RE rugoso a través de una vesícula de transporte.

Figura 5. Endocitosis, pinocitosis y exocitosis. En la endocitosis, las partículas más grandes pueden ingresar a la célula en los bolsillos de la membrana celular. Estos bolsillos se pellizcan formando vesículas. Los lisosomas se fusionan con estas vesículas y descomponen pequeñas moléculas biológicas (pinocitosis) o partículas de alimentos (fagocitosis). Los lisosomas también pueden fusionarse con los propios orgánulos defectuosos de la célula y reciclarse en su material para su reutilización, en un proceso conocido como autofagia. Los materiales destinados a la excreción se empaquetan en vesículas secretoras, que se fusionan con la membrana celular y liberan el material de desecho al espacio intermembrana.

Las vesículas son orgánulos dentro de una célula, que consisten en líquido encerrado por una bicapa de fosfolípidos. Las vesículas realizan muchas funciones diferentes dentro de la célula: el movimiento de sustancias dentro y fuera de una célula, así como el movimiento de sustancias dentro de una célula y como unidades de almacenamiento. Ciertas biomoléculas grandes, como las proteínas, son incapaces de atravesar la membrana celular a través de mecanismos de transporte pasivo, como la difusión. En la endocitosis, la membrana celular envuelve moléculas más grandes a través del transporte activo (Figura 5). Estas moléculas se acumulan en los bolsillos de la bicapa de fosfolípidos, que crecen hacia adentro, utilizando energía (ATP). A medida que el bolsillo de la membrana celular crece hacia adentro, la bicapa de fosfolípidos comienza a juntarse hacia el exterior de la célula. Finalmente, la bolsa se desprende de la membrana celular y se convierte en una vesícula. Dado que las vesículas están formadas por fosfolípidos, son capaces de fusionarse con (y emerger de) otras membranas de orgánulos, así como la membrana celular. En la exocitosis, una forma de transporte activo, una vesícula secretora se fusiona con la membrana celular liberando material de desecho (Figura 5). Las vesículas de transporte mueven moléculas biológicas de un orgánulo a otro, utilizando energía (ATP). Por ejemplo, ciertas proteínas se transportan dentro de una vesícula de transporte desde el retículo endoplásmico rugoso al aparato de Golgi para su posterior procesamiento.

Las vesículas hacen más que mover sustancias dentro, dentro y fuera de la célula. Dado que las vesículas se separan del citosol, el cuerpo principal de líquido dentro de la célula, las vesículas pueden tener un entorno bioquímico diferente. Las vacuolas son vesículas especializadas que contienen predominantemente agua y se pueden encontrar en muchos eucariotas, incluidas plantas y animales. En las células animales, las vacuolas son muy pequeñas, mientras que en las células vegetales la vacuola suele ser el orgánulo más grande de la célula. En la mayoría de las células vegetales, la vacuola permite que la célula mantenga el equilibrio osmótico y el almacenamiento de nutrientes. Las vacuolas también almacenan pigmentos en las células de los órganos de las plantas de colores, como los pétalos de las flores, proporcionándoles color. Las vacuolas dentro de las semillas de las plantas pueden almacenar proteínas y grasas, que sirven como una rica fuente de energía para desarrollar semillas.

Figura 6. Síntesis, modificación y envío de proteínas. El ADN codifica la producción de ARNm dentro del núcleo. El ARNm sale de la envoltura nuclear a través de un poro nuclear y entra en el retículo endoplásmico rugoso, donde se adhiere a un ribosoma y se sintetiza una proteína. La proteína sale del RE rugoso a través de una vesícula de transporte y entra en la cara cis del aparato de Golgi, donde se modifica e identifica dentro de las cisternas del Golgi. La proteína modificada sale del Golgi a través de la cara trans a través de una vesícula secretora, donde (dependiendo de la proteína) se adhiere a otro orgánulo o membrana celular, o se excreta de la célula por exocitosis.

Los lisosomas son vesículas especializadas que participan en la digestión celular. Contienen una variedad de enzimas que les permiten descomponer una amplia gama de moléculas biológicas engullidas por la célula. En un proceso conocido como fagocitosis (Figura 5), ​​las vesículas que contienen alimentos ingresan a la célula a través de la endocitosis que se fusionan con los lisosomas, que liberan sus enzimas digestivas en el orgánulo fusionado (Figura 5), ​​descomponiendo biomoléculas como carbohidratos, lípidos, ácidos nucleicos y proteínas en sus monómeros fundamentales. Estos monómeros pueden ser utilizados por los mecanismos de la célula para formular sus propias biomoléculas únicas (es decir, ADN y proteínas). Además de digerir las partículas de alimentos, los lisosomas ayudan a la célula reciclando sus propios orgánulos y biomoléculas defectuosas, en un proceso conocido como autofagia. Una vez que estas estructuras se descomponen, la célula puede volver a ensamblar los monómeros para formar nuevas biomoléculas y orgánulos. También se cree que los lisosomas están implicados en la muerte celular preprogramada en especies multicelulares. A medida que los organismos se desarrollan de una sola célula a un adulto, adoptan muchas formas diferentes. Se piensa que este cambio ocurre por la muerte predeterminada de ciertas células durante momentos específicos de desarrollo. Por ejemplo, en una etapa muy temprana del desarrollo humano, los embriones tienen colas y manos y pies palmeados. A medida que el feto se desarrolla, la cola comienza a encogerse y las membranas entre los dedos de las manos y los pies desaparecen. Esto sucede porque esas células mueren por sus propios lisosomas, pero ayuda en el desarrollo general de ese organismo.

Algunas proteínas sintetizadas requieren un procesamiento adicional y se transportan al aparato de Golgi para ser modificadas. Una vesícula de transporte desde el retículo endoplásmico rugoso con la proteína no modificada viaja al cis-cara del aparato de Golgi a lo largo de la red del citoesqueleto de la célula. El aparato de Golgi es una colección de membranas aplanadas conocidas como cisternas. Una vez que la vesícula de transporte que contiene proteínas entra en el aparato de Golgi, algunos de los enlaces peptídicos se rompen y reorganizan, creando una proteína alterada. Además, se colocan etiquetas de identificación en la proteína que permiten colocarla exactamente donde está diseñada. La proteína modificada sale del aparato de Golgi a través del cara trans y se conecta a la red del citoesqueleto, viajando a su ubicación identificada. Las proteínas empaquetadas en vesículas de transporte están destinadas a la secreción por exocitosis o para ser utilizadas por la célula. El aparato de Golgi se puede considerar como una oficina de correos, en la que las proteínas se etiquetan, empaquetan y envían al destino apropiado.

Figura 7. Movimiento celular en un organismo unicelular por cilios y flagelos. Una función del citoesqueleto permite que los organismos unicelulares se muevan. Los cilios son múltiples protuberancias pequeñas de filamentos que emergen más allá de la membrana celular, que laten en forma de onda permitiendo el movimiento celular y el agua rica en nutrientes a través de la superficie. Filamentos más grandes, conocidos como flagelos, que se extienden desde el látigo del citoesqueleto en un movimiento hacia adelante y hacia atrás, lo que permite una forma de movilidad altamente eficiente.

El citoesqueleto es una red interconectada de filamentos de proteínas que existe en todas las células, incluidas las procariotas y eucariotas. El citoesqueleto cumple muchas funciones diferentes dentro de la célula. Su función principal es proporcionar resistencia contra la compresión, lo que permite que la célula mantenga su forma general (similar al esqueleto de un animal). Esto permite el crecimiento unicelular uno junto al otro de la resistencia a la deformación mecánica. En organismos multicelulares, esta resistencia permite la estabilización del tejido y la integridad estructural.

El citoesqueleto también participa en el movimiento celular. Las proteínas del citoesqueleto son capaces de contraerse y liberarse, lo que altera la forma de la célula permitiendo que la célula se mueva. Por ejemplo, en las células musculares, los filamentos de actina se contraen para acortar la célula. En algunas células, el citoesqueleto se extiende más allá de la membrana celular y forma cilios o flagelos (Figura 7). Los cilios son protuberancias que se proyectan más allá del cuerpo de la célula y son comunes en muchos tipos diferentes de células. Ciertas especies unicelulares procariotas y eucariotas tienen cilios que laten en ondas coordinadas que les permiten maniobrar a través del agua o mover el agua sobre la superficie celular como mecanismo de alimentación. Este es un ejemplo de cilios móviles. Los cilios móviles también existen en especies multicelulares. Por ejemplo, la célula dentro de la tráquea de los vertebrados late continuamente para eliminar la mucosidad y las partículas de suciedad del cuerpo. Los cilios móviles de las trompas de Falopio en los seres humanos son responsables de transportar el óvulo desde el ovario hasta el útero. Los flagelos suelen ser mucho más largos, más gruesos pero menos numerosos que los cilios. Esta extensión extrema del citoesqueleto se mueve hacia adelante y hacia atrás creando un mecanismo de locomoción eficiente.

En eucariotas, la red del citoesqueleto también es responsable del movimiento de vesículas dentro de la célula. Una vez que un ribosoma crea una proteína en el retículo endoplásmico rugoso, se va cuando el RE se pellizca y forma una vesícula de transporte. Esta vesícula de transporte se mueve a lo largo de los filamentos del citoesqueleto hacia el aparato de Golgi. Una vez procesada, la proteína sale del aparato de Golgi en una vesícula para ser transportada dentro o fuera de la célula a través de exocitosis. El citoesqueleto también juega un papel en la endocitosis y el transporte de orgánulos.

El citoesqueleto es fundamental en la división celular. Los procariotas se dividen en un proceso conocido como fisión binaria. Después de la replicación del ADN, los filamentos del citoesqueleto se contraen migrando las hebras de ADN a los polos opuestos de la célula. Otro filamento contrae el centro de la célula, pellizcando la membrana celular y la pared celular, produciendo finalmente dos células. Durante la mitosis y la meiosis en eucariotas, los filamentos emergen de los centriolos y se adhieren a los cromosomas. Estos filamentos se contraen, eventualmente separando los cromosomas emparejados y tirando de ellos hacia polos opuestos. Una vez que esto ocurre, un filamento diferente contrae el citoplasma, en un proceso conocido como citocinesis, dividiendo la célula madre en dos células hijas.

Figura 8. Estructuras de una mitocondria. La mitocondria es un orgánulo de doble membrana dentro de los eucariotas que participan en la respiración aeróbica. La membrana externa tiene proteínas, llamadas porinas, que permiten que moléculas de tamaño mediano entren y salgan de la mitocondria, generando una solución acuosa en el espacio intermembrana similar al citosol. Sin embargo, quedan grandes proteínas producidas por la mitocondria. La membrana interna está muy plegada en estructuras conocidas como crestas y es principalmente responsable de la fosforilación oxidativa en la cadena de transporte de electrones, y la proteína ATP sintasa genera en última instancia la mayor parte del ATP producido durante la respiración celular. El ambiente dentro de la membrana interna, conocido como matriz, contiene una variedad de enzimas (sobre todo las responsables del ciclo del ácido cítrico) y ADN mitocondrial residual capaz de sintetizar su propio ARN y proteínas.

La mitocondria es el orgánulo responsable de la respiración celular en casi todos los eucariotas. Las mitocondrias son orgánulos que se han descrito como la fuente de energía de la célula porque sintetizan la mayoría del trifosfato de adenosina (ATP) de los eucariotas, la fuente química de energía utilizada por todos los organismos. Las mitocondrias se componen de varios compartimentos (Figura 8) que cumplen funciones específicas. Las mitocondrias tienen dos membranas (una interna y una externa) y un espacio intermembrana entre ellas. Mientras que la membrana externa es de forma esférica a oblonga, la membrana interna se pliega sobre sí misma formando varias invaginaciones, conocidas como crestas. La membrana externa tiene complejos de proteínas conocidos como porinas, que permiten que moléculas de tamaño pequeño a mediano se difundan libremente dentro y fuera del orgánulo. Por lo tanto, el espacio intermembrana es bastante similar al citosol, con la excepción de moléculas grandes (específicamente proteínas) que son incapaces de moverse a través de la membrana externa. Los pliegues, o crestas, de la membrana interna aumentan el área de superficie, lo cual es importante ya que es aquí donde ocurre gran parte de la bioquímica de la cadena de transporte de electrones de la respiración celular, incluidas las reacciones redox de fosforilación oxidativa y la síntesis de ATP. El espacio dentro de la membrana interna, conocido como matriz, es donde ocurren muchas reacciones bioquímicas, incluido el ciclo del ácido cítrico. También dentro de la matriz se encuentran el ADN y los ribosomas. ¿Pero cómo?

Los eucariotas ancestrales generaban ATP al realizar la glucólisis dentro del citosol dentro de la célula. Todos los eucariotas actuales también pasan por glucólisis. Sin embargo, la producción neta de la glucólisis es de 2 ATP. Los eucariotas con mitocondria pueden generar hasta 36 ATP, una eficiencia energética 16 veces mayor.

Hay dos hipótesis sobre el origen de las mitocondrias: endosimbiótica y autógena. La hipótesis endosimbiótica (cuando a un organismo le gusta el interior de otro beneficiando mutuamente a ambos) (Figura 9) sugiere que la mitocondria era originalmente una célula procariota engullida por una célula eucariota temprana hace más de 2000 millones de años. Mientras que la hipótesis autógena sugiere que el ADN de un eucariota ancestral se dividió y salió del núcleo, que fue atrapado por una bicapa de fosfolípidos, engullido por una bicapa adicional, lo que le dio dos membranas. Esto debe haber ocurrido antes de la divergencia original de las bacterias de Archaea / Eukarya, y se conserva como remanente en eucariotas. Sin embargo, las mitocondrias tienen muchas similitudes con las bacterias, lo que hace que la mayoría de los científicos desacrediten la hipótesis autógena en apoyo de la hipótesis endosimbiótica.

Figura 9. Origen de la mitocondria. Según la hipótesis de la endosimbiosis, un eucariota ancestral (a) engulló, pero no digirió, una protobacteria (b). In an increasingly oxygen rich environment, this bacterium was capable of extracting much more energy (ATP) from biological molecules than the eukaryote alone. The protobacteium benefited from a supply of undigested food particles, and eventually became an endosymbiotic mitochondrion (c), living inside the eukaryote.

The endosymbiotic hypothesis posits a single unicellular eukaryotic cell (see Figure 3c) engulfed a bacterium (now known as the mitochondrion), approximately between 1.7 and 2.2 billion years ago. It is unclear whether this engulfment of the mitochondrion occurred before, during or after the origin of the nucleus. Instead of digesting the bacterium for food, the eukaryotic cell retained it. This proved to be one of the most important interactions for the evolution of life on Earth. ¿Por qué? This eukaryotic cell could take one molecule of glucose and net 32 ATP, rather than 2 ATP prior to the engulfment. It is thought that the mitochondrion also benefited from this relationship in two ways. First, it got protection. Being housed in a much larger cell (100-1000x larger than itself), it was no longer preyed upon by bacteria-eating microorganisms. Second, the the eukaryote alone is incapable of digesting many biological molecules. This first mitochondrion flourished inside its host due to an abundance of half-eaten molecules. Perhaps the best evidence that the bacteria benefited from this relationship is that bacteria resembling the mitochondrion are extinct, but mitochondria are not. What is extraordinary to ponder is that this happened once….in a single cell. Following the emergence of the first ancestral eukaryote, this new organism was so successful that it multiplied and diversified at such a tremendous rate that scientists are still trying to understand how eukaryotes are related just beyond the root of Eukarya. Whatever happened, this single cell was so successful that it eventually gave rise to all protists, plants, fungi and animals on earth.

A significant body of evidence exists to support the endosymbiotic hypothesis. 1) Mitochondria are the same size as the average bacterium. 2) The strongest evidence is that mitochondria have their own DNA, and can manufacture some of their own, RNA, ribosomes and proteins. And in fact, if you sequence the DNA of the mitochondrion and compare it with taxa from the entire tree of life, the DNA sequence is most closely related to a bacteria (not a eukaryote). In addition, mitochondrial DNA is composed of multiple copies of the same, circular chromosomes. Eukaryotes, in contrast, have DNA that is organized as many different, linear chromosomes. 3) Mitochondria are double-membraned, most organelles are single-membraned. It is thought that when the original eukaryote engulfed the mitochondrion, the membrane of the original eukaryote (phagocytic vacuole) wrapped up the mitochondrion, like a bag within bag). 4) Interestingly, the internal membrane of the mitochondrion has a lipid composition more similar to bacteria, whereas the external membrane has a lipid composition more similar to eukaryotes. Only one other eukaryotic organelle has two membranes, and it is thought that this organelle was consumed by a descendent of this first aerobic eukaryote. That organelle was the chloroplast, which helped give rise to photosynthetic eukaryotes and eventually plants.

Figura 10. Comparison of a chloroplast and cyanobacterium. Chloroplasts are thought to have originated from a singular, endosymbiotic event in which a eukaryote engulfed, but did not digest, a cyanobacterium. In both structures, chlorophyll (the site of the light reactions) is housed on membranes of internal structures known as thylakoids. Membranes of thylakoids in cyanobacteria run parallel to the cell membrane. Whereas thylakoids in chloroplasts stack generating structures called grana, enhancing the internal surface area allowing for more chlorophyll and thus, greater efficiency. Both cyanobacteria and chloroplast have nucleoids, containing circular DNA capable of producing RNA and proteins. They also both have two membranes, likely a remnant of an endosymbiotic event. The fluid between the thylakoids and inner membrane, known as the stroma, is the location of the Calvin cycle.

Chloroplasts are photosynthetic organelles found in plant and algal cells. The photosynthetic pigment, chlorophyll, captures light energy and converts it into chemical energy. Chlorophyll is housed on the membrane of pancake-shaped structures, known as thylakoids, within the body of the chloroplast. Thylakoids tend to stack on top of each other forming stacks, known as grana. Adjacent grana can be connected together by membranous bridges, called lumen. Light reactions of photosynthesis occur on the membrane of the thylakoid, splitting water (H2O). Energy is generated during this anabolic reaction, which is used to synthesize ATP. Single oxygen atoms bind to form oxygen gas (O2), a waste product. Hydrogens are captured by NADP to form NADPH. ATP and NADPH enter into the stroma, or fluid between the thylakoids and cell membrane. In the stroma, ATP is used to drive the Calvin cycle, in a series of catabolic reactions occurs where hydrogens are stripped from NADPH and rearranged with the atoms of carbon dioxide (CO2) to form the sugar, glucose (C6H12O6).

Approximately a billion years ago, a cyanobacterium entered into eukayrotic cell. It either entered as an internal parasite, or was engulfed similar to how the mitochondrion. However the cyanobacterium entered the cell, modern day chloroplasts do not have a eukaryotic phagocytic vacuole, which was either lost, in the case of engulfment, or never occurred, in the case of parasitism. Cyanobacteria (and primitive chloroplasts, i.e. glaucophytes) represent a type of bacteria known as Gram-negative, which have a double membrane with a cell wall sandwiched between, made of peptidoglycan, a polysaccharide absent in eukaryotes but present in bacteria (but not archaea). Thus it is posited the double membrane of the chloroplast represent the inner and outer membranes of the original cyanobacterium. However unlike the mitochondrion, there is no presence of a eukaryotic membrane, in contemporary plant cells.

Figure 11. Origin of the chloroplast. A heterotrophic, mitochondrion-containing eukaryote (a) was either parasitized by or engulfed a cyanobacterium (b), producing an autotrophic, photosynthetic eukaryotic cell (c).

This new structure gave the eukaryote the significant advantage of becoming autotrophic, being able to generate chemical energy from sunlight via photosynthesis. Prior to this eukaryotes were heterotrophic, in which they had to extract food from their environment either through filter feeding or predation. The eukaryotic host must have had mitochondria prior to the engulfment of the cyanobacterium, as all photosynthetic eukaryotes presently have mitochondria. Over time, most of the cyanobacterial DNA was either lost or assimilated into the nuclear chromosomes of the eukaryotic host. Most proteins needed by modern day chloroplasts are synthesized by the eukaryotic transcription and translation, and imported to the chloroplast. Some bacterial DNA (plastid DNA) persists within modern-day chloroplasts. At approximately 100 genes, the plastid DNA is capable of producing some of its own proteins, similar to (but far fewer than) the mitochondrion.

Most scientists concur that all chloroplasts within eukaryotes have been traced back to a singular endosymbiotic event, with one exception, even though many eukaryotes with chloroplasts are distantly related to each other. This suggests that the chloroplast endosymbiosis event occurred early in eukaryote evolution, but has been being lost several times over throughout evolutionary history. There are three chloroplast lineages (most primitive to most recent): glaucophyte (blue-green algae), rhodophyte (red algae) and chloroplastidan (green algae and land plants).

Plant cells vs. animal cells

Plants and animals are eukaryotic organisms. So they share a similar internal structure of organelles and other cellular structures (Figure 12-13). Plant cells differ in three main ways from animal cells. (1) Plant cells have photosynthetic organelles, chloroplasts, that appear green under a compound microscope. (2) While animal cells have vacuoles, a plant cell’s vacuoles are very large in comparison. The main function of plant vacuoles is to store water between precipitation events. (3) Plant cells have thick primary cell walls made of the polysaccharide, cellulose. Plant cells involved in structural support also have a secondary cell wall made of a very dense polysaccharide, lignin. This gives plants a roughly polygonal shape, whereas animal cells (which lack a cell wall) have a more amorphous shape.

Figura 12. A typical animal cell. Plant cells have many of same internal cellular structures and organelles as animals cells, with a few exceptions. While both animal and plant contain vacuoles useful for water and nutrient storage, a plant cell's vacuoles is enormous by comparison. This is a result of an immotile life style, and being dependent on rain. Animals in contrast are motile, and either live in water or are capable of moving to search for water.

Figure 13. A typical plant cell. In addition to large vacuoles, plant cells contain chloroplasts, whereas animal cells do not. Plant cells also have a cell wall made of the polysaccharide, cellulose that helps the cell maintain its rigid structure as plants grow.


Myosins on the Move.

In recent years, the number of identified myosin superfamily members has increased exponentially. It has become clear that virtually all eukaryotic cells, not only muscle cells, express a multitude of different myosin molecules (14). The myosins share a conserved motor domain that consists of separate head and neck regions. The head region contains the ATP- and actin-binding sites and exhibits actin-activated ATPase activity. The neck region consists of an extended α-helix of variable length that binds between one and six light polypeptide chains of calmodulin or calmodulin-related proteins. This neck region is proposed to serve as a lever arm for force production (15). Physiological modification of the light chains (i.e., by phosphorylation) contributes to the regulation of motor function. During its mechanochemical cycle, the myosin responsible for muscle contraction does not move processively along the actin filament. Instead, it holds on for only a short period and then spends considerable time detached from the filament (16). Therefore, to achieve continuous movement along actin filaments, a high density of myosin motors is required. Accordingly, muscle myosin self-assembles into filaments. The multitude of newly discovered myosin molecules are believed not to form filaments, and the mechanochemical properties for most remain to be investigated. In addition to the motor domain, the different myosin molecules contain diverse tail domains that are postulated to specify function, perhaps by determining the target of force generation. These tail domains frequently contain amino acid sequence motifs that are also found in other proteins (17). The elucidation of the targets to which the different myosins bind represents an important challenge for the future. The tail domain of a myosin identified from rat tissue, myr5, serves to negatively regulate signal transduction by the small Ras-related G protein Rho (18). Rho regulates the organization of the actin cytoskeleton and various other cellular processes (19, 20). This finding suggests the fascinating possibility that initiation and flow of information might be coupled to directed force production along actin filaments.


Flagelos y cilios

Flagella (singular = flagellum) are long, hair-like structures that extend from the plasma membrane and are used to move an entire cell, (for example, sperm, Euglena). Cuando está presente, la célula tiene solo un flagelo o algunos flagelos. When cilia (singular = cilium) are present, however, they are many in number and extend along the entire surface of the plasma membrane. They are short, hair-like structures that are used to move entire cells (such as paramecium) or move substances along the outer surface of the cell (for example, the cilia of cells lining the fallopian tubes that move the ovum toward the uterus, or cilia lining the cells of the respiratory tract that move particulate matter toward the throat that mucus has trapped).


Microtúbulos

Como su nombre lo indica, los microtúbulos son pequeños tubos huecos. The walls of the microtubule are made of polymerized dimers of α-tubulin and β-tubulin, two globular proteins (Figure). Con un diámetro de aproximadamente 25 nm, los microtúbulos son los componentes más anchos del citoesqueleto. Ayudan a la célula a resistir la compresión, proporcionan una pista a lo largo de la cual las vesículas se mueven a través de la célula y tiran de los cromosomas replicados hacia los extremos opuestos de una célula en división. Like microfilaments, microtubules can dissolve and reform quickly.

Microtubules are hollow. Their walls consist of 13 polymerized dimers of α-tubulin and β-tubulin (right image). The left image shows the molecular structure of the tube.

Los microtúbulos también son los elementos estructurales de los flagelos, cilios y centriolos (estos últimos son los dos cuerpos perpendiculares del centrosoma). De hecho, en las células animales, el centrosoma es el centro organizador de microtúbulos. En las células eucariotas, los flagelos y los cilios son muy diferentes estructuralmente de sus contrapartes en los procariotas, como se analiza a continuación.


Resumen

  • The cytoplasm consists of everything inside the plasma membrane of the cell.
  • The cytoskeleton is a cellular “skeleton” that crisscrosses the cytoplasm. Three main cytoskeleton fibers are microtubules, intermediate filaments, and microfilaments.
  • Microtubules are the thickest of the cytoskeleton structures and are most commonly made of filaments which are polymers of alpha and beta tubulin.
  • Microfilament are the thinnest of the cytoskeleton structures and are made of two thin actin chains that are twisted around one another.

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Why eukaryotes have three different types of cytoskeleton filaments? - biología

Al final de esta sección, podrá hacer lo siguiente:

  • Describe the cytoskeleton
  • Compare the roles of microfilaments, intermediate filaments, and microtubules
  • Compare and contrast cilia and flagella
  • Summarize the differences among the components of prokaryotic cells, animal cells, and plant cells

Si eliminara todos los orgánulos de una célula, ¿serían la membrana plasmática y el citoplasma los únicos componentes que quedarían? No. Within the cytoplasm, there would still be ions and organic molecules, plus a network of protein fibers that help maintain the cell’s shape, secure some organelles in specific positions, allow cytoplasm and vesicles to move within the cell, and enable cells within multicellular organisms to move. Collectively, scientists call this network of protein fibers the cytoskeleton. There are three types of fibers within the cytoskeleton: microfilaments, intermediate filaments, and microtubules ((Figure)). Aquí examinaremos cada uno.

Figura 1. Microfilaments thicken the cortex around the cell’s inner edge. Like rubber bands, they resist tension. There are microtubules in the cell’s interior where they maintain their shape by resisting compressive forces. There are intermediate filaments throughout the cell that hold organelles in place.

Microfilamentos

De los tres tipos de fibras proteicas del citoesqueleto, los microfilamentos son los más estrechos. They function in cellular movement, have a diameter of about 7 nm, and are comprised of two globular protein intertwined strands, which we call actin ((Figure)). For this reason, we also call microfilaments actin filaments.

Figura 2. Two intertwined actin strands comprise microfilaments.

ATP powers actin to assemble its filamentous form, which serves as a track for the movement of a motor protein we call myosin. This enables actin to engage in cellular events requiring motion, such as cell division in eukaryotic cells and cytoplasmic streaming, which is the cell cytoplasm’s circular movement in plant cells. La actina y la miosina abundan en las células musculares. Cuando los filamentos de actina y miosina se deslizan uno al lado del otro, los músculos se contraen.

Los microfilamentos también proporcionan cierta rigidez y forma a la celda. Pueden despolimerizarse (desmontarse) y reformarse rápidamente, lo que permite que una célula cambie de forma y se mueva. Los glóbulos blancos (las células de su cuerpo que luchan contra las infecciones) hacen un buen uso de esta capacidad. They can move to an infection site and phagocytize the pathogen.

Enlace al aprendizaje

To see an example of a white blood cell in action, watch a short time-lapse video of the cell capturing two bacteria. Engulle a uno y luego pasa al otro.

Filamentos intermedios

Several strands of fibrous proteins that are wound together comprise intermediate filaments ((Figure)). Cytoskeleton elements get their name from the fact that their diameter, 8 to 10 nm, is between those of microfilaments and microtubules.

Figura 3. Intermediate filaments consist of several intertwined strands of fibrous proteins.

Los filamentos intermedios no tienen ningún papel en el movimiento celular. Su función es puramente estructural. They bear tension, thus maintaining the cell’s shape, and anchor the nucleus and other organelles in place. (Figure) shows how intermediate filaments create a supportive scaffolding inside the cell.

Los filamentos intermedios son el grupo más diverso de elementos citoesqueléticos. Several fibrous protein types are in the intermediate filaments. You are probably most familiar with keratin, the fibrous protein that strengthens your hair, nails, and the skin’s epidermis.

Microtúbulos

Como su nombre lo indica, los microtúbulos son pequeños tubos huecos. Polymerized dimers of α-tubulin and β-tubulin, two globular proteins, comprise the microtubule’s walls ((Figure)). With a diameter of about 25 nm, microtubules are cytoskeletons’ widest components. Ayudan a la célula a resistir la compresión, proporcionan una pista a lo largo de la cual las vesículas se mueven a través de la célula y tiran de los cromosomas replicados hacia los extremos opuestos de una célula en división. Al igual que los microfilamentos, los microtúbulos se pueden desmontar y reformar rápidamente.

Figura 4. Microtubules are hollow. Their walls consist of 13 polymerized dimers of α-tubulin and β-tubulin (right image). The left image shows the tube’s molecular structure.

Microtubules are also the structural elements of flagella, cilia, and centrioles (the latter are the centrosome’s two perpendicular bodies). In animal cells, the centrosome is the microtubule-organizing center. In eukaryotic cells, flagella and cilia are quite different structurally from their counterparts in prokaryotes, as we discuss below.

Flagelos y cilios

The flagella (singular = flagellum) are long, hair-like structures that extend from the plasma membrane and enable an entire cell to move (for example, sperm, Euglena, and some prokaryotes). Cuando está presente, la célula tiene solo un flagelo o algunos flagelos. However, when cilia (singular = cilium) are present, many of them extend along the plasma membrane’s entire surface. They are short, hair-like structures that move entire cells (such as paramecia) or substances along the cell’s outer surface (for example, the cilia of cells lining the Fallopian tubes that move the ovum toward the uterus, or cilia lining the cells of the respiratory tract that trap particulate matter and move it toward your nostrils.)

A pesar de sus diferencias en longitud y número, los flagelos y los cilios comparten una disposición estructural común de microtúbulos denominada "matriz 9 + 2". This is an appropriate name because a single flagellum or cilium is made of a ring of nine microtubule doublets, surrounding a single microtubule doublet in the center ((Figure)).

Figura 5. This transmission electron micrograph of two flagella shows the microtubules’ 9 + 2 array: nine microtubule doublets surround a single microtubule doublet. (credit: modification of work by Dartmouth Electron Microscope Facility, Dartmouth College scale-bar data from Matt Russell)

You have now completed a broad survey of prokaryotic and eukaryotic cell components. For a summary of cellular components in prokaryotic and eukaryotic cells, see (Figure).

Components of Prokaryotic and Eukaryotic Cells
Componente de celda Función ¿Presente en procariotas? ¿Presente en células animales? ¿Presente en las células vegetales?
Membrana de plasma Separa la célula del ambiente externo controla el paso de moléculas orgánicas, iones, agua, oxígeno y desechos dentro y fuera de la célula.
Citoplasma Proporciona presión de turgencia a las células vegetales en forma de líquido dentro del sitio de la vacuola central de muchos medios de reacciones metabólicas en los que se encuentran los orgánulos.
Nucleolo Área oscurecida dentro del núcleo donde se sintetizan las subunidades ribosómicas. No
Núcleo Orgánulo celular que alberga el ADN y dirige la síntesis de ribosomas y proteínas. No
Ribosomas Síntesis de proteínas
Mitocondrias Producción de ATP / respiración celular No
Peroxisomas Oxidize and thus break down fatty acids and amino acids, and detoxify poisons No
Vesículas y vacuolas Función digestiva de almacenamiento y transporte en células vegetales No
Centrosoma Unspecified role in cell division in animal cells microtubule source in animal cells No No
Lisosomas Digestión de macromoléculas reciclado de orgánulos desgastados No Algunos
Pared celular Protection, structural support, and maintenance of cell shape Sí, principalmente peptidoglicano No Sí, principalmente celulosa
Cloroplastos Fotosíntesis No No
Retículo endoplásmico Modifica proteínas y sintetiza lípidos No
Aparato de Golgi Modifica, clasifica, etiqueta, empaqueta y distribuye lípidos y proteínas No
Citoesqueleto Mantiene la forma de la célula, asegura los orgánulos en posiciones específicas, permite que el citoplasma y las vesículas se muevan dentro de la célula y permite que los organismos unicelulares se muevan de forma independiente.
Flagelos Locomoción celular Algunos Algunos No, except for some plant sperm cells
Cilios Cellular locomotion, movement of particles along plasma membrane’s extracellular surface, and filtration Algunos Algunos No

Resumen de la sección

The cytoskeleton has three different protein element types. De más estrecho a más ancho, son los microfilamentos (filamentos de actina), los filamentos intermedios y los microtúbulos. Biologists often associate microfilaments with myosin. Aportan rigidez y forma a la célula y facilitan los movimientos celulares. Los filamentos intermedios soportan tensión y anclan el núcleo y otros orgánulos en su lugar. Los microtúbulos ayudan a la célula a resistir la compresión, sirven como pistas para las proteínas motoras que mueven las vesículas a través de la célula y empujan los cromosomas replicados hacia los extremos opuestos de una célula en división. También son el elemento estructural de centriolos, flagelos y cilios.

Preguntas de revisión

Which of the following have the ability to disassemble and reform quickly?


Conclusión

Thus, we examined the structure and functions of the cytoskeleton. It plays an exceptionally important role in the life of the cell, providing its most important processes.

All cytoskeletal components interact. This is confirmed by the existence of direct contacts of microfilaments, intermediate filaments and microtubules.

According to modern ideas, the most important link that unites various cellular parts and carries out data transfer is the cytoskeleton.


Ver el vídeo: Prokaryotic Vs. Eukaryotic Cells (Julio 2022).


Comentarios:

  1. Nasida

    Publicación autorizada :), Curious ...

  2. Rousse

    Lo siento, pero creo que estás equivocado. Estoy seguro. Puedo defender mi posición. Envíeme un correo electrónico a PM, hablaremos.

  3. Lutz

    Creo que eso no está presente.



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