¿Cómo cada orgánulo en una célula “sabe” qué hacer, a nivel molecular?

Los orgánulos son simplemente sacos membranosos que flotan en el citoplasma de las células eucariotas. En realidad no ‘saben’ cómo hacer nada.

Estas membranas permiten una diferenciación en el medio ambiente, lo que generalmente significa una concentración diferente de un cierto ion, o gradiente de iones, que por ejemplo es cómo las mitocondrias generan atp. Lo que hace que cualquier cosa en una célula sea única son las proteínas. Los diferentes orgánulos tienen diferentes enzimas y canales o receptores de proteínas en sus membranas.

La construcción de proteínas está dictada completamente por el ADN. Un ciclo de retroalimentación ‘activará’ un cierto segmento de ADN que luego se transcribirá en ARN y se traducirá en una secuencia de aminoácidos, que a su vez se dobla en una proteína. Una vez que la proteína compite con su función, otro ‘circuito de retroalimentación’ ‘le dirá’ al ADN que se apague y deje de producir esa proteína.

Piénselo de esta manera, los orgánulos son como las habitaciones de una casa, la cocina ‘sabe’ cómo cocinar, no, pero está preparada para que la gente pueda cocinar en ella.

Si quieres saber cómo funciona todo esto con mayor profundidad, te sugiero que busques en Google … solo hay toneladas, podría hablar todo el día. Si lo desea, podría hablar sobre cómo funcionan los ‘bucles de retroalimentación’, pero sería increíblemente largo.

¡Solo sepa que el ADN y las proteínas hacen casi TODO!

Electromagnetismo, no hay gravitación de la que hablar.

[Respuesta actualizada y aclarada, basada en una discusión en los comentarios.]

Las moléculas no “saben” qué hacer: simplemente reaccionan como la química (y la física) lo requieren.

Los orgánulos son grupos complejos de moléculas, dispuestos de la forma en que las interacciones electromagnéticas les indican que se organicen. No saben qué hacer: simplemente reaccionan como lo requiere la química (y la física). Pero sus acciones y reacciones no son precisamente las de un grupo de sus moléculas individuales: hay algo más, nacido de su orden estructurado. A eso lo llamamos una “propiedad emergente”.

A medida que ensambla más piezas de “nivel inferior” en compuestos estructurados, ordenados y superiores, “emergen” nuevas propiedades de las estructuras. Y así sucesivamente y así sucesivamente. En cada paso, los arreglos más complejos operan de acuerdo con las reglas básicas de química y física, modificadas, restringidas y expandidas por las estructuras de “nivel inferior” y sus propiedades emergentes. Todo el camino hasta las células, y los ensamblajes de células, y los órganos y organismos, como nosotros. En nosotros, particularmente, nuestros cerebros complejos, ordenados y estructurados tienen sus propias propiedades emergentes. Uno de los cuales llamamos “conciencia”.

Siempre es química y física hasta arriba, con una generosa cantidad de propiedades emergentes en cada nivel.


Si se mira lo suficientemente de cerca, esencialmente en todas partes hay propiedades emergentes que “brotan” de compuestos complejos, ordenados y estructurados: propiedades que obviamente no estaban allí en las piezas no ordenadas y no estructuradas antes de ensamblar el compuesto.

Piense en un automóvil, por ejemplo: un grupo desordenado de sus piezas y componentes no grita “medios de transporte terrestre controlables manualmente impulsados ​​por combustión interna” en ningún lado. Si no hubieras visto un auto antes, no sabrías para qué demonios estaba destinado el montón de piezas. Pero después de ver un automóvil completamente ensamblado y ver lo que hace, en retrospectiva, todo se vuelve (más o menos) claro. Esa es una propiedad emergente.

Es mucho más impresionante cuando no hay una “inteligencia guía” que ensambla las piezas, pero se autoensamblan espontáneamente a través de interacciones físicas (a menudo muy complejas). Ese es, por ejemplo, el caso de los orgánulos celulares: coloque sus piezas en un entorno adecuado y los orgánulos se ensamblan. Este autoensamblaje ocurre igualmente bien dentro de una celda o en un vaso de precipitados con los electrolitos y el pH adecuados. DNA autoensambla su conocida estructura de doble cadena sin ninguna ayuda en una simple solución tampón salina; también lo hacen los microtúbulos e incluso la compleja maquinaria Flagellum.

O tome un virus, posiblemente la última máquina molecular no viva: comanda la maquinaria molecular de una célula para fabricar una gran cantidad de sus partes constituyentes (moléculas de ADN o ARN y una variedad de proteínas) que luego se ensamblan en virus funcionales sin cualquier ayuda de la célula ya sobrecargada y a punto de reventar la célula infectada

Hay tantos ejemplos de estas estructuras de bajo nivel que se ensamblan en estructuras de nivel superior con propiedades emergentes . Cuanto más miras, con cuidado, más ves; pero necesita los dispositivos apropiados para verlos: son muy pequeños, ya que dependen de interacciones electromagnéticas (que pueden atraer y repeler, y por lo tanto pueden “buscar un equilibrio”), en comparación con estructuras más grandes que están cada vez más determinadas por la interacción gravitacional, que solo puede atraer (y, por lo tanto, solo puede alcanzar un mínimo cuando todo se colapsa en un punto adimensional).

* Editado ligeramente esta respuesta de página larga más legible *
Esta es una excelente pregunta. Por supuesto, tiene razón en que las acciones macroscópicas de los orgánulos celulares pueden descomponerse en interacciones microscópicas de moléculas (química), que pueden desglosarse aún más, al menos en teoría, en interacciones de átomos y partículas subatómicas (física).

Sin embargo, no hay gravitación involucrada, y tampoco diría realmente electromagnetismo, al menos no en el sentido clásico, aunque todas las reacciones químicas son inevitablemente interacciones electromagnéticas.

Está más en la línea de los intrincados usos de la termodinámica y la mecánica cuántica.

Déjame darte un ejemplo con un orgánulo con el que estoy muy familiarizado, las mitocondrias. Las mitocondrias son los reactores de energía de la célula y realizan la mayor parte del trabajo para convertir la energía química en carbohidratos en el ATP más desechable. Estaría más allá del alcance de una respuesta de Quora entrar en todos los procesos en las mitocondrias, así que echemos un vistazo: la cadena de transporte de electrones y cómo funciona en diferentes niveles.

Nivel Macromolecular:
La cadena de transporte de electrones mitocondriales está compuesta de varias proteínas, cada una con múltiples sitios activos a través de los cuales se mueven los electrones. Este transporte de electrones crea una corriente que la célula usa para producir el gradiente de protones requerido para producir ATP. ¡Básicamente es solo un cable biomolecular! Sin embargo, mirar el ETC solo a este nivel no nos dice nada acerca de cómo exactamente produce corriente sin un conductor como el cobre a través del cual los electrones pueden fluir. Para responder a esta pregunta, tenemos que ir un poco más profundo.

Nivel molecular / termodinámico:
Los sitios activos individuales de las proteínas en ETC están compuestos por algún tipo de complejo metálico que puede aceptar / donar electrones. Al comprender esta característica, podemos explicar cómo los electrones fluyen a través de una manera irreversible y no aleatoria a través de la termodinámica. Cada sitio activo en la cadena tiene un potencial de reducción mayor que el anterior. Básicamente, solo estamos diciendo que es energéticamente favorable que el electrón esté en la próxima proteína en la cadena de transporte, ¡así como es energéticamente favorable que una manzana esté en el suelo en lugar de en un árbol!

¿Pero a través de qué mecanismo se mueve el electrón de una proteína a la siguiente? La manzana se mueve al caer al suelo, pero sabemos que el electrón no se está moviendo directamente a través de los fosfolípidos de la membrana mitocondrial. Para tener una idea de esta pregunta, necesitamos poner nuestras manos aún más sucias. No hay vuelta atrás ahora, ¡aquí es donde llegamos a las cosas realmente difíciles!

Nivel mecánico atómico / cuántico:
La respuesta todavía es algo debatida, pero la mejor explicación para el mecanismo a través del cual un electrón se mueve a través del ETC es el túnel cuántico. No sé qué tan familiarizado está con la mecánica cuántica, pero básicamente el electrón desaparece en un sitio activo de proteínas y reaparece en el otro debido a las propiedades fundamentales de los sistemas cuánticos.

Aquí hay un ejemplo de un artículo escrito sobre el tema: Túneles de electrones en el complejo respiratorio I

Sin embargo, la verdad es que describir la biología en el nivel químico / físico fundamental sigue siendo un gran tema de investigación y un problema que no entendemos muy bien. Parte del problema es que las biomoléculas son tan complicadas que, incluso con varias aproximaciones, es difícil ejecutar simulaciones de su comportamiento utilizando solo teorías físicas.

Los orgánulos se señalizan entre sí químicamente, y los procesos que ocurren dentro de ellos son principalmente químicos.

Todo obedece a las leyes de la física en el nivel básico. Y entre las cuatro interacciones fundamentales (gravedad, fuerza electromagnética, fuerzas nucleares fuertes y nucleares débiles) de la naturaleza, la fuerza electromagnética es la más fuerte en la escala que solemos encontrar en nuestra vida diaria.

Así que estoy de acuerdo con usted en que ” casi todo es un uso complejo del electromagnetismo “. De hecho, todo lo que sucede a nuestro alrededor en esta escala es.

Mucha buena información aquí. Yo agregaría el fluir.
La “acción” generalmente se basa en proteínas. Muchas proteínas tienen secuencias que actúan como etiquetas o etiquetas que las dirigen a un orgánulo en particular. Esto los envía allí (a través de otras cosas en la celda), donde funcionan