Farese and Walther (HSPH) 1: An Introduction to Lipid Droplets

Summary

El guion ofrece una visión fascinante del 'lípido droplet', un organelo esencial en el almacenamiento de energía en forma de lípidos en los sistemas biológicos. Se discute su importancia en el metabolismo, su presencia en células eukaryotas y procariotas, y su rol en tejidos dedicados como el tejido adiposo. Además, se explora su implicación en enfermedades como la obesidad y la lipodistrofia, y su relevancia industrial en la producción de aceites y biocombustibles. El guion invita a la investigación sobre la regulación y la biología subyacente de estos organelos.

Takeaways

• 🧬 Los lipídicos son organelos presentes en casi todas las células eucariotas y algunos procariotas, con funciones esenciales en el almacenamiento de energía.
• 🌟 El almacenamiento de energía en forma de lipídos, como los triacicilglicerols, es una moneda universal debido a su densidad energética y reducción para la oxidación.
• 💡 Los lipídicos se agrupan en una capa monocapa de fosfolípidos, diferenciada de las bicapas de otros organelos como el retículo endoplásmico o las mitocondrias.
• 🔬 El descubrimiento de los lipídicos se debe a su capacidad de difractar la luz, lo que permitió observarlos en células de hígado de rana por Richard Altmann.
• 🌱 Los lipídicos son importantes en procesos industriales, como la producción de aceites en semillas agrícolas y la producción de biocombustibles.
• 🍼 En el organismo, los lipídicos están involucrados en procesos como la secreción de leche en las glándulas mamarias, donde se almacena grasa.
• 🧩 Los lipídicos convierten las células en emulsiones, con una fase dispersa (los lipídicos) en una fase continua (citosol), requiriendo emulsificadores para estabilizar la estructura.
• 🏥 Las desbalances en la cantidad de lipídicos, como en la obesidad o la lipodistrofia, están asociados con resistencia a la insulina, diabetes y otras enfermedades.
• 🔍 La investigación actual se centra en entender los mecanismos moleculares que conectan el exceso de lipídos con enfermedades, como la lipotoxicidad.
• 💊 La lipotoxicidad, un término acuñado por Roger Unger, describe la toxicidad causada por el exceso de lipídos en tejidos donde normalmente no son abundantes, y puede llevar a diabetes y enfermedades cardiovasculares.
• 📚 El script invita a los espectadores a seguir interesados en el estudio de los lipídicos y su regulación, lo que es un área de investigación intensa.

Q & A

¿Quiénes son Bob Farese, Jr. y Toby Walther y qué hacen juntos?

Bob Farese, Jr. y Toby Walther son investigadores que dirigen un laboratorio conjunto en la Escuela de Salud Pública de Harvard, la Escuela de Medicina de Harvard y el Instituto Médico Howard Hughes en Massachusetts.

¿Qué es un lipídico?

Un lipídico es un tipo de organelo celular que almacena energía en forma de lípidos, principalmente triacilglucerólos o triglicéridos.

¿Por qué los triacilglucerólos son importantes para el almacenamiento de energía en los organismos?

Los triacilglucerólos son importantes porque son densos en energía, altamente reducidos y disponibles para la oxidación, y no requieren agua para su almacenamiento.

¿Cómo se diferencian los lipídicos de otros organelos celulares en cuanto a su estructura?

Los lipídicos se diferencian de otros organelos en que están rodeados por una monocapa en lugar de una bicapa, como es el caso de la retículo endoplásmico, las mitocondrias o el núcleo.

¿Qué es una emulsión y cómo se relaciona con los lipídicos dentro de las células?

Una emulsión es un sistema en el que más de una fase está presente al mismo tiempo. Las células con lipídicos se convierten en emulsiones, ya que los lipídicos forman una fase dispersa en la fasa continua del citosol.

¿Dónde se encuentran los lipídicos en las células eukaryotas y procariotas?

Los lipídicos se encuentran en casi todas las células eucariotas y también se encuentran en algunas procariotas, como Rhodococcus y micobacterias.

¿En qué tejido se almacena la mayor cantidad de triacilglucerólos en los humanos?

En los humanos, la grasa (tejido adiposo) almacena la mayoría de los triacilglucerólos y lípidos neutrales para el almacenamiento de energía.

¿Qué papel desempeñan los lipídicos en la producción de leche en las glándulas mamarias?

Los lipídicos tienen un papel importante en la secreción de lipídicos a través de un mecanismo no convencional en las células epiteliales mamarias para producir leche, que contiene mucha grasa.

¿Cómo está relacionada la acumulación excesiva de lipídicos con enfermedades como la obesidad y la lipodistrofia?

La obesidad es un estado de exceso de lipídicos en el organismo, mientras que la lipodistrofia es una situación en la que los lipídicos son escasos o ausentes. Ambas condiciones están asociadas con resistencia a la insulina, diabetes e illness.

¿Qué es la lipotoxicidad y cómo está relacionada con enfermedades cardiovasculares?

La lipotoxicidad es un término utilizado para describir la toxicidad causada por la acumulación excesiva de lípidos en tejidos donde normalmente no son abundantes, lo que puede llevar a enfermedades como la diabetes, la cardiomiopatía y la aterosclerosis.

¿Por qué los lipídicos y su almacenamiento son importantes en la industria agrícola y en la producción de biocombustibles?

Los lipídicos y su almacenamiento son importantes en la agricultura debido a la producción de aceites de semilla, y en la producción de biocombustibles, ya que se basa en el aumento de la producción de almacenamiento de triglicéridos en lipídicos.

Outlines

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🧬 Los glóbulos de grasa: Almacenes de energía celular

Bob Farese, Jr. y Toby Walther, de Harvard, presentan los glóbulos de grasa, estructuras celulares clave para el almacenamiento de energía. Se discute su importancia en la vida, ya que permiten a los sistemas biológicos mantener su estructura y realizar trabajo, a pesar de la variabilidad en la disponibilidad de energía. Los glóbulos de grasa almacenan triacilglucerólos, una forma altamente reducida y densamente energética de grasas. Se destaca su descubrimiento por Richard Altmann y su singularidad al ser bimembranados por una monocapa de fosfolípidos, en contraste con otras organelas. Además, se menciona su presencia en células eucariotas y procariotas, y su rol en el almacenamiento de energía en tejidos específicos como la grasa adiposa en humanos.

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🍼 Biología y enfermedades relacionadas con los glóbulos de grasa

Se exploran los problemas biológicos y procesos que involucran a los glóbulos de grasa, incluyendo su secretación en el tejido mamario para la producción de leche. Se discute el equilibrio necesario de estos glóbulos en las células y tejidos, y cómo su desequilibrio puede llevar a enfermedades como la obesidad y la lipodistrofia, ambas asociadas con la resistencia a la insulina y la diabetes. La acumulación excesiva de lípidos en tejidos donde no son comunes, denominada 'lipotoxicidad', puede causar daño y enfermedades cardiovasculares. La importancia industrial de los glóbulos de grasa en la producción de aceites y biocombustibles también se menciona, así como la compleja maquinaria celular que ha evolucionado para su síntesis y regulación.

Keywords

💡Lípido

Un lípido es una clase de moléculas orgánicas que son esenciales para la vida, incluyendo grasas, colesterol y vitaminas. En el video, los lípidos se mencionan como la forma principal en que los organismos almacenan energía, particularmente en forma de triaciclinoglicerilos o triglicéridos.

💡Drópletas de lípidos

Las drópletas de lípidos son organelos celulares que almacenan lípidos y son un tema central del video. Se definen como una burbuja de grasa rodeada por una monocapa de fosfolípidos y son importantes para el almacenamiento energético y la regulación metabólica.

💡Metabolismo

El metabolismo es el conjunto de procesos químicos por los que los organismos vivos transforman los nutrientes en energía y materiales para la construcción de células. En el video, se discute cómo las drópletas de lípidos juegan un papel en el metabolismo de lípidos y triglicéridos.

💡Emulsión

Una emulsión es una mezcla de dos líquidos inmiscibles, como aceite y agua, que se mantienen en suspensión gracias a un emulsificador. En el contexto del video, las células con drópletas de lípidos se convierten en emulsiones debido a la presencia de fases dispersas de lípidos en la citoplasma.

💡Tejido adiposo

El tejido adiposo es un tipo de tejido en los organismos multicelulares que almacena la mayor parte de los triglicéridos y lípidos como reserva de energía. En el video, se menciona cómo el tejido adiposo es un sitio dedicado para el almacenamiento de energía en humanos.

💡Lipotoxicidad

La lipotoxicidad se refiere a la toxicidad causada por el exceso de lípidos en el organismo, que puede llevar a enfermedades como la diabetes y las enfermedades cardiovasculares. En el video, se discute cómo la acumulación excesiva de drópletas de lípidos puede resultar en lipotoxicidad.

💡Lipopatía

La lipopatía es un estado de escasez o ausencia de grasa en el organismo, que también está asociada con problemas de salud como la resistencia a la insulina y la diabetes. Se menciona en el video como una condición opuesta a la obesidad.

💡Biocombustible

Un biocombustible es un tipo de combustible que se produce a partir de materia vegetal o animal. En el video, se menciona que la producción de biocombustibles depende en gran medida de la producción mejorada de triglicéridos en las drópletas de lípidos.

💡Bilis

La bilis es un líquido producido por el hígado que ayuda a la digestión de los lípidos. Aunque no se menciona directamente en el video, está relacionada con los procesos metabólicos que involucran a los lípidos y las drópletas de lípidos.

💡Fosfolípidos

Los fosfolípidos son una clase de lípidos que contienen una molécula de fosfato y son importantes para la estructura celular. En el video, se describe cómo las drópletas de lípidos están rodeadas por una monocapa de fosfolípidos.

💡Esteroles

Los esteroles son una forma en que los esteros se unen a otros compuestos, como los ácidos grasos, para formar moléculas complejas. En el video, se menciona que los esteroles son una parte del núcleo de las drópletas de lípidos.

Highlights

Bob Farese Jr. y Toby Walther dirigen un laboratorio conjunto en la Escuela de Salud Pública de Harvard y la Escuela de Medicina de Harvard, así como en el Instituto Médico Howard Hughes en Massachusetts.

El lipídico es un organelo fascinante que se discute en el video.

La vida está definida por un equilibrio abierto de energía que fluye a través del sistema biológico.

Los sistemas biológicos han evolucionado para almacenar energía metálica temporalmente, principalmente en forma de lípidos.

El triacilglicerol es la principal molécula donde los organismos almacenan energía.

Los triacilglisceroles son densos en energía, altamente reducidos y no requieren agua para su almacenamiento.

Los lipídicos fueron uno de los primeros organelos descubiertos debido a su capacidad para difractar la luz.

Los lipídicos están enlazados por una monocapa en lugar de una bicapa, lo que es típico de otros organelos.

Los lipídicos tienen un núcleo de lípidos neutros y una monocapa de fosfolípidos decorada con proteínas específicas.

La presencia de lipídicos convierte las células en emulsiones, lo que requiere emulsificadores para estabilizar la estructura.

Los lipídicos son omnipresentes y se encuentran en casi todas las células eucariotas y algunos procariotas.

El tejido adiposo en humanos almacena la mayoría del triacilglicerol para reservas energéticas.

Otras células en el cuerpo humano tienen la capacidad de crear y almacenar energía temporalmente en lipídicos.

El exceso de lipídicos puede llevar a la obesidad, mientras que la falta de grasa puede resultar en lipodistrofia.

El desequilibrio de lipídicos en las células y tejidos puede estar asociado con resistencia a la insulina, diabetes e illness.

El término 'lipotoxicidad' describe la toxicidad causada por el exceso de lípidos en tejidos donde normalmente no son abundantes.

La lipotoxicidad puede resultar en diabetes, cardiomiopatía y ateroesclerosis debido a la acumulación excesiva de lípidos.

Los lipídicos y el almacenamiento de triglicerídeos en ellos tienen importancia industrial, como en la producción de aceites de semilla y biocombustibles.

Los procesos biológicos que involucran la síntesis de lípidos y la formación de lipídicos son un área de investigación intensa.

Transcripts

Hello, I'm Bob Farese, Jr.

And I'm Toby Walther.

And we run a joint laboratory

at the Harvard School of Public Health

and Harvard Medical School,

and the Howard Hughes Medical Institute in Boston, Massachusetts.

And today, we'll tell you about a fascinating organelle

called the lipid droplet.

As you all know, life is defined

by an open equilibrium of energy

that flows through the biological system

and allows the system to maintain its structure

and to perform work.

But, of course, energy availability

and the need to expend energy

varies greatly over time.

And as a consequence,

pretty much all biological systems

have evolved mechanisms to temporarily store metabolic energy.

And they do so primarily, as you can see on the slide,

in the form of lipids,

that contain most of the metabolic stores in a human,

for instance.

The major lipid that most organisms store energy in

is in triacylglycerols or triglycerides.

And they are the universal currency of energy storage

because, one, they're energy dense;

two, they are highly reduced and available for oxidation;

and three, they don't require water for their storage.

In fact, as we all know,

oil and water don't mix,

so oils are partitioned separately from water,

as you can see in the movie on your left.

As a consequence of these somewhat unique properties,

lipid droplets were about the first organelles

to be discovered.

Because oil and water diffract light,

Richard Altmann was able to observe lipid droplets,

in this case, in frog liver cells,

where you can see the densely stained lipid droplets.

This is a really interesting book to look at,

by Richard Altmann.

He's also the person who discovered by bioblasts,

later termed mitochondria,

and termed... and coined the term nucleic acid or nucleinsäure.

So, lipid droplets are ubiquitous organelles,

but they're also highly unusual organelles.

As you can see in the electron micrograph

on the left from a hepatoma cell,

lipid droplets are bounded by a monolayer

instead of a bilayer,

which is typically what organelles

such as the endoplasmic reticulum mitochondria, or the nucleus,

which are also shown in the micrograph, have.

On the right is a schematic of lipid droplets

that shows their composition.

So, these organelles have a neutral lipid core,

which typically is sterol esters

or triglycerides or sometimes waxes,

wax esters.

And those neutral lipids are bounded by a phospholipid monolayer.

And the phospholipid monolayer is decorated

by specific proteins that number in the 10s to 100s

and are typically involved in lipid metabolism.

Now, the presence of lipid droplets

converts cells to emulsions.

An emulsion is a system where more than one phase

is present at the same time.

And in this case, the cell becomes an emulsion

because lipid droplets form a dispersed phase

in the continuous phase of the cytosol.

Because such a system is always metastable,

and there's a tendency for both phases

to just separate out from each other,

these is emulsifier or surfactant required

to lower the surface tension

and prevent all the droplets from coalescing together.

Now, as I mentioned, lipid droplets are ubiquitous.

They're found in almost all eukaryotic cells,

and they're even found in some prokaryotes.

These are some examples of lipid droplets

in different cell types,

and here we're visualizing lipid droplets

with a neutral lipid fluorescent dye,

such as BODIPY.

And as you can see,

there are some bacteria that have lipid droplets.

In this case, we're showing Rhodococcus,

but also mycobacteria have lipid droplets.

And also shown here are yeast cells,

with their typical 4-8 numbers of lipid droplets,

fly cells with lipid droplets,

or mammalian cells with lipid droplets.

In multicellular organisms,

often lipid storage is separated into a dedicated tissue.

For instance, in humans,

adipose tissue stores most of the triacylglycerol

and neutral lipid for energy stores.

Importantly, though,

pretty much all other cells in the human body

have the capacity to make lipid droplets

and store energy temporarily.

For instance, after a meal, the intestine stores, temporarily,

lipids and lipid droplets,

here shown in blue.

The liver takes up lipids from circulation

and from adipose tissue, actually,

and temporarily stores those lipids,

now shown in red here.

These are some of the most metabolically active organs.

It's also important to remember, for instance,

that the heart runs predominantly on fatty acids as a fuel,

and in some instances lipid droplets

become very prevalent, when, for instance,

heart function is compromised.

There are also a number of really fascinating biology problems

and processes that involve lipid droplets,

particularly the secretion of lipid droplets

in an unconventional mechanism,

in the mammary epithelium to make milk,

which of course has a lot of fat in it.

Now, as Toby mentioned, lipid droplets

are part of normal metabolism

and, in particular, lipid and triglyceride metabolism.

But a proper balance of lipid droplets

in cells and tissues is required,

because, as we all know,

basically obesity constitutes a state

where there's an excess abundance of lipid droplets

in the organism.

And conversely, lipodystrophy, or the lack of fat,

is a situation in which lipid droplets are scarce or absent.

And importantly, both of these conditions

are associated with insulin resistance

and diabetes and illness.

Now, the molecular mechanisms

that link the overaccumulation of lipids to disease

are still under intense investigation.

Generally, it is thought that excess lipids

flow over into tissues

where they're normally not very abundant.

This includes, for instance, the liver, muscle,

the pancreas, or the heart.

In those cases, it is thought that the lipids

-- the excess lipids --

interfere either directly or indirectly

with the normal physiological function of the tissue,

and this leads, then, to a form of toxicity.

This has led to a term known as lipotoxicity,

first coined by Roger Unger in the '80s.

In some cases, as Bob just mentioned,

this then results as an end effect in diabetes,

for instance.

In other cases, cardiovascular diseases,

such as cardiomyopathy and atherosclerosis,

are the consequence of overaccumulation of lipids and lipotoxicity.

Now, lipid droplets and triglyceride storage in lipid droplets

are also important in other processes --

for example, they have industrial importance.

So, for example, in agriculture,

seed oil production is a very important

aspect of lipid droplet storage,

and one that is...

that is under intense investigation for optimizing oil production.

Similarly, for renewable energy,

biofuel production essentially relies on the enhanced production

of triglyceride storage in lipid droplets.

As we told you, lipids and water don't mix,

and the formation of droplets

is a biophysical process.

However, cells have evolved

very complicated machinery

to synthesize lipids,

organize the formation of lipid droplets in specific sites,

and to regulate that process.

This is an intense area of investigation,

and if you want to learn more about it,

please stay tuned.