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carboxisoma: definición, explicaciones

definición carboxisoma:

El carboxisoma son microcomatimentos en células bacterianas que contienen enzimas de carga de carbono. Estos son cuerpos de proteínas poliédricas monocarriles de 80 a 140 nanómetros de diámetro. Constituyen la mayor parte del mecanismo de concentración de CO2.

Modelo para la estructura del carboxisoma:
estructura carboxisoma
Las estructuras bacterianas carboxisomas y relacionadas muestran la anhidrasa de Rubisco y Carbónica que están dispuestas en un núcleo enzimático (organizado por varias proteínas centrales) y encapsulados en una carcasa de proteínas.

El carboxisoma, a veces nombrado cuerpo poliédrico citoplásmico, es una inclusión citoplásmica de la forma poliédrica presente en ciertas bacterias. Contiene la enzima Ribulosa-1,5-bisfosfato-carboxilasa-oxigenasa (Rubisco), responsable de la fijación del dióxido de carbono durante la fotosíntesis.
Carboxisomas son un ejemplo de un grupo más grande de microcompartimientos de proteínas bacterianas (microcompartimientos bacterianos) con diferentes funciones, Pero estructuras similares, basadas en una homología de familias de proteínas de membrana.
El carboxisoma son microcompatimentos bacterianos que contienen enzimas involucradas en la fijación de carbono. Consisten en carcasas de proteínas poliédricas de aproximadamente 80-140nómetros de diámetro. Se cree que tienen la función de concentrar el dióxido de carbono para superar la ineficiencia de Rubisco, enzima predominante en la fijación del carbono limitante y la enzima (factor limitante) del ciclo de Calvin.
Estos microcompartimientos están en todas las cianobacterias y en Muchas bacterias quimiotróficas que establecen dióxido de carbono. Cyanobacteria carboxisoma en forma de organismo poliédrico contiene Rubisco, especialmente en bacterias nitrificantes, bacterias fotosintéticas y bacterias quimolitótróficas. En concreto, los carboxisomas se encuentran en todas las cianobacterias y thiobacilli (Thiobacillus).

Estructura, arquitectura:

estructuralmente, el carboxisoma tiene 20 facetas o cuasicosaedredes, generalmente sobre 80 a 120 nanómetros de diámetro. El carboxisoma tiene una membrana externa que consta de varios miles de subunidades de proteínas, que encapsula dos enzimas, anhidrase carbónico y ribulosfato de carboxilasa.
Hay dos tipos de carboxisoma: α-carboxisomas y β-carboxisomas, que difieren por su composición en proteínas. En α-carboxisomas, existe el tipo de Rubisco I, que se distribuye en varias capas, y los genes responsables de la síntesis de proteínas de carboxisozimas se organizan en un operador. En β-carboxisomas, existe el tipo Rubisco II, que no tiene subunidades regulatorias restringidas y se organiza en una estructura paracristal densa por medio de una proteína especial, y sus genes forman varios grupos independientes. Cianobacterias en α-carboxisomas en vivo en un entorno donde la cantidad de dióxido de carbono disuelto es ilimitado (por ejemplo, aguas oligotróficas del océano), mientras que las cianobacterias β-carboxisomas viven donde el dióxido de carbono disuelto en el medio ambiente es lagos alcalinos limitados con alta densidad de organismos fotosintéticos).

Propiedades y funciones en la celda:

Los carboxisomas son parte de un mecanismo de concentración efectivo que permite que las bacterias autotróficas absorben de manera efectiva el CO2 en casi todas las condiciones. El bicarbonato (HCO3-) se transporta en la celda por transporte activo, luego penetra en el carboxisoma. Allí, el dióxido de carbono y el cambio de pH aceleran y transforman HCO3- CO2, que está fijado por el Rubisco en forma de 3-fosfoglice. Por lo tanto, se crea un aumento local en la concentración de dióxido de carbono en lugar de la mayor concentración de Rubisco. El número de células que contienen carboxisomas aumenta cuando la cantidad de carbono inorgánico (HCO3-, CO2) en el medio disminuye. Además de los carboxisomas habituales que contienen enzimas de fijación de carbono, hay al menos siete especies de estas estructuras que se parecen a los virus que llenan varios funciones Algunos de ellos se han encontrado en bacterias no fotosintéticas, donde han estado involucradas en varias reacciones catalíticas asociadas con la liberación de carbono, el metabolismo de nitrógeno y la producción de energía. Por ejemplo, Escherichia coli, Klebsiella, Clostridium, Fusobacterium, Shigella, Listeria y Yersinia utilizan tales microcompartimientos para extraer carbono para generar energía al descomponer el 1,2-propanodiol, etanolamina o ambos.Cabe señalar que la salmonela salmonela enterica, cultivada en propanodiol, mostró la presencia en el carboxisoma de la enzima clave de este proceso, deshidrogenasa. Todas estas bacterias que no tienen un accesorio de carbono inorgánico, las microcompuentes bacterianas que se encuentran en estas bacterias se han designado como enterosomas. También se debe tener en cuenta que la formación de bacterias por los anthaéérosoles tiene lugar en el momento de la infección de animales o humanos, lo que indica directamente su asociación con la patogenicidad del microorganismo.
indirectamente, el valor del carboxilo para el Las células se confirmaron mediante estudios en los que los carboxisomas de cianobacterias se marcaron con moléculas de una proteína fluorescente verde. Resultó que los carboxisomas están ubicados a lo largo de las líneas, lo que contribuye a su distribución igual en la división celular.

Valor en la evolución de los microorganismos:

de muchas capsides virales también se componen De proteínas hexagonales y pentagonales. Los estudios que utilizan el método de micrografía electrónica criogénica han confirmado la geometría aproximada de veintidós dimensiones del carboxisoma y visualizó las moléculas de enzimas en el interior, ubicadas en varias capas concéntricas. Además, las formas no hexagonales de ciertos carboxisomas pueden explicarse por la variación de la teoría de las membranas delgadas heterogéneas. Dado que los carboxisomas son estructuralmente muy similares a los virus en apariencia y estructura, y también debido a los informes de aislamiento del ADN en una etapa temprana, muchos científicos han sido tentados a asociar el origen de carboxilo con bacteriófagos.. Sin embargo, los estudios subsiguientes han refutado estas conclusiones, porque se ha encontrado que el ADN, aislado de los cuerpos icosaedricos, fue en realidad parte de los nucleros bacterianos.
Los científicos creen que los carboxisomas aparecieron durante la evolución de las cianobacterias como adaptación a una concentración más baja de CO2, especialmente en el agua, se difunde diez mil veces más lentamente que el aire y que su solubilidad depende en gran medida del pH. Además, Rubisco es extremadamente sensible a las altas concentraciones de oxígeno, que son un competidor directo para su centro activo, por lo que la cuestión de su aislamiento y su protección fue particularmente aguda. Con los carboxisomas, se produjo la evolución de los transportistas y bombas altamente específicas para el HCO3. Los mecanismos de concentración, como el CO2, han permitido a las cianobacterias dominar con éxito una gran cantidad de nichos ecológicos y extenderse virtualmente en todos los hábitats acuáticos.

uso potencial de la biotecnología carboxisoma:

como ¿Es el caso con otros microcompartimientos bacterianos, el carboxisoma atrae mucha atención a los investigadores para aplicaciones en biología sintética? Se ha demostrado que la transferencia de un módulo genético que codifica un alfa-carboxisoma produce estructuras carboxisomas en E. coli.
La bioingeniería de «conchas» de carboxisomas se ha demostrado y la beta-carboxisomes construida con proteínas quiméricas o conchas quiméricas han sido reportado. Si se pueden instalar en las plantas, los carboxisomas pueden aumentar la eficacia fotosintética de las plantas. Para este propósito, las proteínas beta-carboxisomales y la forma de IB Rubisco se expresaron en tabaco, pero aún no se han obtenido carboxisomas funcionales.

Historia del descubrimiento:

para La primera vez, los carboxisomas fueron detectados por microscopía electrónica en 1956 en Cyanobacteria Phormidium Uncinatum y, posteriormente, en la década de 1960, se encontraron objetos corticales similares en otras cianobacterias. En 1961, estas estructuras se llamaban cuerpos poliédricos y se descubrieron en los próximos años en algunas bacterias quimiotróficas que establecen dióxido de carbono (por ejemplo, halothiobacillus, acidithiobacillus, nitrobacter y nitrococcus).
debido a la similitud. Carboxyles (carboxilasas) con Partículas de fagos, los científicos han sido durante mucho tiempo escépticos acerca de la idea de que pueden ser organistas funcionales de la célula bacteriana. Sin embargo, este escepticismo desapareció rápidamente cuando, en 1973, Jessup Shively y sus colegas de la Universidad de Clemson han aislado el carboxisoma de Thiobacillus napolitanus, después de lo cual se mostró Rubisco y la ausencia de ADN. Los autores propusieron designar estas organizas de carboxisomas, ya que los nuevos organismos estaban involucrados en la fijación del carbono.

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