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carboxysome: definição, explicações

definição carboxysome:

o carboxysoma são microcomatímetros em células bacterianas contendo enzimas de fixação de carbono. Estes são corpos de proteína poliédrica monocamada de 80 a 140 nanômetros de diâmetro. Eles constituem a maior parte do mecanismo de concentração de CO2.

Modelo para a estrutura do carboxysome:
estrutura carboxysome
a vista de carboxisome e estruturas bacterianas relacionadas mostra o anidrase Rubisco e Carbonic que são organizados em um núcleo enzimático (organizado por várias proteínas centrais) e encapsuladas em uma caixa de proteína.

O carboxysome, às vezes chamado corpo poliedral citoplasmático, é uma inclusão citoplasmática de forma poliédral presente em certas bactérias. Contém a enzima ribulose-1,5-bisfosfato-carboxilase-oxigenase (Rubisco), responsável pela fixação de dióxido de carbono durante a fotossíntese. O carboxysomes é um exemplo de um grupo maior de microcompartments de proteína bacterianas (microcomppartments bacterianos) com diferentes funções, Mas estruturas semelhantes, com base em uma homologia de famílias de proteínas de membrana. O carboxysoma são microcompatímetros bacterianos contendo enzimas envolvidas na fixação de carbono. Eles consistem em conchas de proteína poliédrica de cerca de 80-140nômetros de diâmetro. Acredita-se que eles têm a função de concentrar o dióxido de carbono para superar a ineficiência de rubisco, enzima predominante na fixação do carbono limitante e enzima (fator limitante) do ciclo de Calvin.
Estes microcompartments estão em todas as cianobactérias e em Muitas bactérias quimiotróficas que fixam dióxido de carbono. Cianobactérias carboxisoma na forma de organismo poliédral contêm Rubisco, especialmente em bactérias nitrificantes, bactérias fotossintéticas e bactérias quimolitotróficas. Em concreto, Carboxysomas são encontrados em todas as cianobactérias e tiobacilos (tiobacillus).

estrutura, arquitetura:

estruturalmente, o carboxysoma tem 20 facetas ou quase icossausdes, geralmente 80 a 120 nanômetros de diâmetro. O carboxysome tem uma membrana externa que consiste em vários milhares de subunidades de proteína, que encapsula duas enzimas, anidrase carbônica e ribulosfosfato de carboxilase. Existem dois tipos de carboxisoma: α-carboxysomas e β-carboxysomas, que diferem por sua composição em proteína. Em α-Carboxysomas, há o tipo Rubisco I, que é distribuído em várias camadas, e os genes responsáveis pela síntese de proteínas carboxysokysozyme são organizados em um operador. Em β-carboxysomas, há o tipo Rubisco II, que não tem subunidades regulamentares restringidas e é organizada em uma densa estrutura paracistral por meio de uma proteína especial, e seus genes formam vários grupos independentes. As cianobactérias em α-carboxysomas vivem em um ambiente em que a quantidade de dióxido de carbono dissolvido é ilimitada (por exemplo, águas oligotroficas do oceano), enquanto a cianobactérias β-carboxysome vive onde o dióxido de carbono dissolvido no ambiente é lagos alcalinos limitados com alta densidade de organismos fotossintéticos).

Propriedades e funções na célula:

Os carboxysomas fazem parte de um mecanismo efetivo de concentração que permite que as bactérias autorroficas absorvem efetivamente o CO2 em quase todas as condições. Bicarbonato (HCO3-) é transportado na célula por transporte ativo, então penetra no carboxysome. Lá, o dióxido de carbono e a mudança de pH aceleram e transformam o HCO3-CO2, que é fixado pelo Rubisco na forma de 3-fosfoglicerate. Assim, um aumento local na concentração de dióxido de carbono em vez da maior concentração de Rubisco é criado. O número de células que contêm carboxysomas aumenta quando a quantidade de carbono inorgânico (HCO3-, CO2) no meio diminui. Além dos habituais carboxysomas contendo enzimas fixas de carbono, há pelo menos sete espécies dessas estruturas semelhantes a vírus. funções. Alguns deles foram encontrados em bactérias não fotossintéticas, onde estão envolvidas em várias reações catalíticas associadas à liberação de carbono, metabolismo de nitrogênio e produção de energia. Por exemplo, Escherichia Coli, Klebsiella, Clostridium, Fusobacterium, Shigella, Listeria e Yersinia usam tais microcompartments para extrair carbono para gerar energia decompondo 1,2-propanodiol, etanolamina ou ambos.Deve-se notar que Salmonella Salmonella Enterica, cultivada no Propanediol, mostrou a presença no carboxisoma da enzima chave desse processo, desidrogenase. Todas essas bactérias que não têm apego de carbono inorgânico, os microcompactos bacterianos encontrados nessas bactérias foram designados como enterosomas. Deve-se notar também que a formação de bactérias pelos antiérosols ocorre no momento da infecção de animais ou humanos, que indica diretamente a sua associação com a patogenicidade do microrganismo. Indiretamente, o valor do carboxilo para o A célula foi confirmada por estudos em que os carboxisomas de cianobactérias foram marcados com moléculas de uma proteína fluorescente verde. Descobriu-se que o carboxysomas está localizado ao longo das linhas, o que contribui para a sua igual distribuição na divisão celular.

valor na evolução dos microorganismos:

de muitos capsides virais também são feitos de proteínas hexagonais e pentagônicas. Estudos utilizando o método de micrografia eletrônica criogênico confirmaram a geometria aproximada de vinte e duas dimensões do carboxysome e visualizou as moléculas enzimáticas dentro, localizadas em várias camadas concêntricas. Além disso, as formas não hexagonais de certos carboxysomas podem ser explicadas pela variação da teoria das membranas finas heterogêneas. Como os carboxisomas são estruturalmente muito semelhantes aos vírus em aparência e estrutura, e também por causa dos relatórios de isolamento do DNA em um estágio inicial, muitos cientistas foram tentados a associar a origem do carboxilo com bacteriófagos.. No entanto, os estudos subseqüentes refutam essas conclusões, porque foi descoberto que o DNA, isolado de corpos icosédricos, na verdade era parte dos nucleóides bacterianos. Os cientistas acreditam que os carboxysomes apareceram durante a evolução das cianobactérias como adaptação a uma menor concentração de CO2, especialmente na água, difundir dez mil vezes mais lentamente do que o ar e que sua solubilidade depende fortemente do pH. Além disso, o Rubisco é extremamente sensível a altas concentrações de oxigênio, que são um concorrente direto para seu centro ativo, portanto, a questão do seu isolamento e sua proteção foi particularmente aguda. Com os carboxysomas, a evolução das transportadoras e bombas altamente específicas para o HCO3-íon ocorreu. Mecanismos de concentração como CO2 permitiram que a cianobactérias dominassem com sucesso um grande número de nichos ecológicos e se espalhe virtualmente em todos os habitats aquáticos.

Uso potencial de biotecnologia carboxysome:

É o caso com outros microcompartimentos bacterianos, o carboxysome atrai muita atenção dos pesquisadores para aplicações na biologia sintética. A transferência de um módulo genético que codifica um alfa-carboxysome foi mostrada para produzir estruturas carboxisome em E. coli.
A bioengenharia de “conchas” de carboxysomas foi demonstrada e beta-carboxysomes construídos com proteínas quiméricas ou conchas quiméricas foram relatado. Se eles podem ser instalados em plantas, o CarboxySomas pode aumentar a eficácia fotossintética das plantas. Para este propósito, as proteínas beta-carboxisomal e a forma ib rubisco foram expressas no tabaco, mas os carboxisomas funcionais ainda não foram obtidos.

Histórico da descoberta:

para A primeira vez, o CarboxySomas foi detectado por microscopia eletrônica em 1956 em cianobactérias não-acinaturos de phormidium e, mais tarde, na década de 1960, objetos corticais semelhantes foram encontrados em outras cianobactérias. Em 1961, essas estruturas foram chamadas de corpos poliédricos e foram descobertos nos anos seguintes em algumas bactérias quimiotróficas que fixam dióxido de carbono (por exemplo, halothobacillus, acidithiobacillus, nitrobacter e nitrococcus). Por causa da semelhança. Carboxyles (carboxilases) com Partículas de fagos, os cientistas têm sido céticos com a ideia de que podem ser organistas funcionais da célula bacteriana. No entanto, esse ceticismo desapareceu rapidamente quando, em 1973, Jessup com vigorosos e seus colegas da Universidade de Clemson isolou o carboxisoma de Thiobacillus napolitanus, após o qual Rubisco e a ausência de DNA foram mostrados. Os autores propuseram nomear esses organizadores de carboxysome, uma vez que novos organismos estavam envolvidos na fixação do carbono.

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