1. Wayne M. Becker Lewis J. Kleinsmith Jeff Hardin www.pearsoneducacion.com El mundo de la clula es un texto actual, de gran rigor cientfico y muy fcil de abordar. Los temas se presentan desde los conceptos bsicos a los ms elaborados, incluyendo detalles de modelos celulares que facilitan la comprensin y numerosas referencias a aspectos celulares y moleculares de la patologa. Esto unido a los numerosos, claros y precisos esquemas, hace que sea un libro muy ameno. En este contexto, podemos considerar que el presente libro representa un texto bsico y con un nivel muy adecuado, para las disciplinas de Citologa y Biologa Celular para estudiantes de Biologa, Medicina, Farmacia, Bioqumica y Odontologa. Igualmente es un excelente libro de consulta para estudiantes de las diplomaturas de ptica, Fisioterapia y Enfermera, entre otras. El libro incluye un CD que contiene vdeos, cuestiones prcticas por captulos, resmenes, glosario, links especializados y un navegador para bases de datos relacionadas con la biologa celular. Becker Kleinsmith Hardin Elmundodelaclula 6 edicin 6 ed. Incluye CD-ROM El mundo de la clula Otros libros de inters: William S. Klug, Michael R. Cummings y Charlotte A. Spencer. Conceptos de gentica 8 edicin, Madrid, PEARSON PRENTICE HALL, 2006. ISBN: 978-84-205-5014-0 Teresa Audesink, Gerald Audesink y Bruce E. Byers: Biologa.La vida en la tierra. 8 edicin Madrid, PEARSON PRENTICE HALL, 2008. ISBN: 978-970-261-194-3

2. 0-Principios 4/10/06 18:22 Pgina ii 3. EL MUNDO DE LA CLULA 0-Principios 4/10/06 18:22 Pgina i 4. 0-Principios 4/10/06 18:22 Pgina ii 5. EL MUNDO DE LA CLULASEXTA EDICIN WAYNE M. BECKER University of Wisconsin, Madison LEWIS J. KLEINSMITH University of Michigan, Ann Arbor JEFF HARDIN University of Wisconsin, Madison Colaboracin Captulos 9-12 GREGORY PAUL BERTONI Traduccin y revisin tcnica igo Azcoitia Elas Alberto Muoz Cspedes Facultad de Biologa Universidad Complutense de Madrid Equipo de traduccin Madrid Mxico Santaf de Bogot Buenos Aires Caracas Lima Montevideo San Juan San Jos Santiago So Paulo Reading, Massachusetts Harlow, England igo Azcoitia Elas Facultad de Biologa Universidad Complutense de Madrid Lidia Blzquez-Llorca Instituto de Neurobiologa Ramn y Cajal, CSIC M.a del Pilar Cano Barquilla Facultad de Medicina Universidad Complutense de Madrid Marta del lamo Camuas Centro de Biologa Molecular Severo Ochoa Universidad Autnoma de Madrid Pilar Fernndez Mateos Facultad de Medicina Universidad Complutense de Madrid Alberto Muoz Cspedes Facultad de Biologa Universidad Complutense de Madrid Sergio Veiga Herreros Instituto de Neurobiologa Ramn y Cajal, CSIC 0-Principios 4/10/06 18:22 Pgina iii 6. Todos los derechos reservados. Queda prohibida, salvo excepcin prevista en la Ley, cualquier forma de reproduccin, distribucin, comunicacin pblica y transformacin de esta obra sin contar con autorizacin de los titulares de propiedad intelectual. La infraccin de los derechos mencionados puede ser constitutiva de delito contra la propiedad intelectual (arts. 270 y sgts. Cdigo Penal). DERECHOS RESERVADOS 2007 por PEARSON EDUCACIN, S. A. Ribera del Loira, 28 28042 Madrid (Espaa) EL MUNDO DE LA CLULA Wayne M. Becker, Lewis J. Kleinsmith y Jeff Hardin ISBN 10: 84-205-5013-2 ISBN 13: 978-84-205-5013-8 Depsito Legal: ADDISON WESLEY es un sello editorial autorizado de PEARSON EDUCACIN, S.A. Authorized translation from the English language edition, entitled WORLD OF THE CELL, 6TH Edition by BECKER, WAYNE M.; KLEINSMITH, LEWIS J.; HARDIN, JEFF, published by Pearson Education Inc, publishing as Benjamin Cummings, Copyright 2006 Equipo editorial: Editor: Miguel Martn-Romo Tcnico editorial: Marta Caicoya Equipo de produccin: Director: Jos A. Clares Tcnico: Jos A. Hernn Diseo de cubierta: Equipo de diseo de Pearson Educacin, S.A. Composicin: COPIBOOK, S.L. Impreso por: IMPRESO EN ESPAA - PRINTED IN SPAIN Este libro ha sido impreso con papel y tintas ecolgicos EL MUNDO DE LA CLULA Wayne M. Becker, Lewis J. Kleinsmith y Jeff Hardin PEARSON EDUCACIN, S.A., Madrid, 2007 ISBN 10: 84-205-5013-2 ISBN 13: 978-84-205-5013-8 Materia: Clulas, 576 Formato: 215 270 Pginas: 1008 Datos de catalogacin bibliogrfica 0-Principios 4/10/06 18:22 Pgina iv 7. v Acerca de los autores xxiii Prlogo xxv Agradecimientos xxix 1 Una visin de la clula 1 2 La qumica de la clula 19 3 Las macromolculas de la clula 45 4 Clulas y orgnulos 81 5 Bioenergtica: el flujo de energa en la clula 115 6 Enzimas: los catalizadores de la vida 139 7 Membranas: estructura, qumica y funcin 169 8 Transporte a travs de membrana: saltando la barrera de permeabilidad 211 9 Metabolismo de la energa quimiotrfica: glucolisis, fermentacin 243 10 Metabolismo quimitrofo de la energa: respiracin aerobia 273 11 El metabolismo fototrfico de la energa: fotosntesis 317 12 Compartimentos intracelulares: retculo endoplsmico, complejo de Golgi, endosomas, lisosomas y peroxisomas 351 13 Mecanismos de transduccin de seal: I. Seales elctricas en clulas nerviosas 397 14 Mecanismos de transduccin de seal: II. Mensajeros y receptores 429 15 El citoesqueleto 465 16 Movimiento celular: motilidad y contractilidad 495 17 Ms all de la clula: estructuras extracelulares, adhesin y uniones celulares 527 18 Base estructural de la informacin celular: DNA, cromosomas y el ncleo 558 19 Ciclo celular, replicacin del DNA y mitosis 605 20 Reproduccin sexual, meiosis y recombinacin gentica 659 21 Expresin gnica: I. El cdigo gentico y la transcripcin 709 22 Expresin gnica: II. Sntesis y clasificacin de protenas 747 23 La regulacin de la expresin gnica 781 24 Clulas cancerosas 833 Apndice Principios y tcnicas de microscopa 873 Glosario 907 Crditos de fotos e ilustraciones 935 ndice analtico 939 CONTENIDO BREVE 0-Principios 4/10/06 18:22 Pgina v 8. 0-Principios 4/10/06 18:22 Pgina ii 9. Acerca de los autores xxiii Prlogo xxv Agradecimientos xxix Captulo 1 Una visin de la clula 1 La teora celular: una historia breve 1 La emergencia de la teora celular moderna 4 La rama de la citologa estudia la estructura celular 4 La bioqumica estudia la qumica de la estructura y la funcin biolgica 9 La rama de la gentica se centra en el flujo de informacin 10 Hechos y el mtodo cientfico 12 Perspectiva 14 Problemas 14 Bibliografa recomendada 16 Anexo 1A: Unidades de medida en biologa celular 2 Anexo 1B: Biologa, hechos y el mtodo cientfico 12 Captulo 2 La qumica de la clula 19 La importancia del carbono 20 Las molculas que contienen carbono son estables 21 Las molculas que contienen carbono son diversas 22 Las molculas que contienen carbono pueden formar estereoismeros 23 La importancia del agua 23 Las molculas de agua son polares 24 Las molculas de agua son cohesivas 25 El agua tiene una alta capacidad estabilizadora de la temperatura 25 El agua es un solvente excelente 26 La importancia de las membranas con permeabilidad selectiva 27 Una membrana es una bicapa lipdica con protenas embebidas en ella 28 Las membranas son selectivamente permeables 29 La importancia de la sntesis por polimerizacin 29 Las macromolculas son responsables de la forma en la funcin de los sistemas vivientes 29 Las clulas contienen tres clases diferentes de macromolculas 32 Las macromolculas se sintetizan por polimerizacin gradual de monmeros 32 La importancia del auto ensamblaje 34 Muchas protenas se autoensamblan 35 Las chaperonas participan en el ensamblaje de algunas protenas 35 Las uniones e interacciones no covalentes son importantes en el plegado de macromolculas 37 El autoensamblaje tambin ocurre en otras estructuras celulares 38 El virus del mosaico del tabaco es un buen ejemplo de autoensamblaje 39 El autoensamblaje tiene lmites 39 El ensamblej jerrquico proporciona ventajas a la clula 40 Perspectiva 42 Problemas 42 Bibliografa recomendada 44 Anexo 2A: Tempus Fugit y el arte de hacer relojes 41 Captulo 3 Las macromolculas de la clula 45 Protenas 45 Los aminocidos son los monmeros de las protenas 46 Los polipptidos y las protenas son los polmeros 49 En los plegamientos y estabilizacin de las protenas intervienen diferentes tipos de enlaces e interacciones 50 vii CONTENIDO 00-Contenido 29/9/06 16:00 Pgina vii 10. La estructura de las protenas depende de la secuencia e interacciones de los aminocidos 52 cidos nuclicos 59 Los monmeros son los nucletidos 59 Los polmeros son el DNA y el RNA 62 El DNA es una hlice de doble cadena 64 Polisacridos 67 Los monmeros son los monosacridos 67 Los polisacridos de reserva y estructurales son los polmeros 69 La estructura de los polisacridos depende de la naturaleza de los enlaces glicosdicos implicados 72 Lpidos 72 Los cidos grasos son los ladrillos de varios tipos de lpidos 72 Los triacilgliceroles son lpidos de reserva 74 Los fosfolpidos son importantes en la estructura de las membranas 74 Los glicolpidos son componentes especializados de la membrana 75 Los esteroides son lpidos con muchas funciones 76 Perspectiva 76 Problemas 77 Bibliografa recomendada 79 Anexo 3A: En busca de la doble hlice 64 Captulo 4 Clulas y orgnulos 81 Propiedades y estrategias de las clulas 81 Todos los organismos son eucariotas, eubacterias o arqueas 81 Las clulas tienen muchas formas y tamaos 82 Las clulas eucariotas se valen de orgnulos para compartimentar sus funciones 83 Los procariotas y las eucariotas difieren entre s en mltiples aspectos 84 La especializacin celular demuestra la unidad y la diversidad de la biologa 87 Panormica de las clulas eucariontes: cuadros de una exposicin 88 El ncleo es el centro de informacin celular 89 Las membranas intracelulares y los orgnulos definen compartimientos 90 El citoplasma de las clulas eucariontes est formado por el citosol y el citoesqueleto 103 La matriz extracelular y la pared vegetal son el exterior de la clula 105 Virus, viroides y priones: agentes que invaden clulas 107 Un virus est formado por un ncleo de DNA o RNA, rodeado por una cubierta proteica 107 Los viroides son pequeas molculas circulares de RNA 109 Los priones son partculas proteicas infecciosas 109 Perspectiva 109 Problemas 110 Bibliografa recomendada 112 Anexo 4A: Orgnulos y enfermedades humanas 92 Anexo 4B: Descubriendo los orgnulos: la importancia de las centrfugas y las orservaciones casuales 100 Captulo 5 Bionergtica: el flujo de energa en la clula 115 La importancia de la energa 116 Las clulas necesitan energa para impulsar seis tipos de cambios diferentes 116 La mayora de los organismos obtienen la energa de la luz del sol o de las molculas orgnicas de los alimentos 118 La energa fluye continuamente a travs de la biosfera 118 El flujo de energa a travs de la biosfera va acompaado de un flujo de materia 120 Bioenergtica 121 Para entender el flujo de energa, necesitamos comprender los sistemas, el calor y el trabajo 121 La primera ley de la termodinmica nos dice que la energa se conserva 122 La segunda ley de la termodinmica nos dice que las reacciones tienen direccionalidad 123 La entropa y la energa libre son dos medios alternativos para evaluar la espontaneidad termodinmica 125 Entender el G 130 La constante de equilibrio es una medida de la direccionalidad 130 El G se puede calcular con facilidad 130 La variacin estndar de la energa libre es el G medido en condiciones estndar 131 En resumen: significado de G y de G 133 Variacin de la energa libre: ejemplos de clculo 134 La vida y el estado estable: las reacciones que se mueven hacia el equilibrio sin llegar nunca a alcanzarlo 134 Perspectiva 135 Problemas 135 Bibliografa recomendada 138 Anexo 5A: Los frijoles saltarines y la energa libre 126 viii Contenido 00-Contenido 29/9/06 16:00 Pgina viii 11. Captulo 6 Enzimas: los catalizadores de la vida 139 Energa de activacin y el estado metaestable 139 La barrera de activacin energtica debe ser superada antes de que se pueda verificar una reaccin qumica 140 El estado metaestable es el resultado de la barrera de activacin 140 Los catalizadores superan la barrera de la energa de activacin 141 Enzimas como catalizadores biolgicos 142 La mayora de las enzimas son protenas 142 La unin del sustrato, la activacin y la reaccin se producen en el sitio activo 146 Cintica enzimtica 148 La mayora de las enzimas siguen la cintica de Michaelis-Menten 150 Cul es el significado de Vmax y Km ? 151 Por qu son importantes Vmax y Km para los Bilogos celulares? 153 La grfica doble recproca es una forma til de representar los datos cinticos 153 Un ejemplo de determinacin de Km y Vmax 154 Los inhibidores enzimticos actan irreversible o reversiblemente 156 Regulacin enzimtica 156 Las enzimas alostricas se regulan por molculas diferentes de los reactivos y los productos 157 Las enzimas alostricas manifiestan interacciones cooperativas entre subunidades 160 Las enzimas tambin se pueden regular por la adicin o eliminacin de grupos qumicos 160 Ribozimas: molculas de RNA con actividad enzimtica 161 Perspectiva 164 Problemas 164 Bibliografa recomendada 167 Anexo 6A: Monos y cacahuetes 150 Captulo 7 Membranas: estructura, qumica y funcin 169 Las funciones de las membranas 170 Las membranas definen lmites y sirven como barreras de permeabilidad 170 En las membranas se sitan protenas especficas y por tanto son los lugares donde se realizan funciones especficas 170 Las protenas de membrana regulan el transporte de solutos 171 Las protenas de membrana detectan y transmiten seales elctricas y qumicas 171 Las protenas de membrana median en la adhesin celular y la comunicacin clula-clula 171 Modelos de la estructura de la membrana: una perspectiva experimental 172 Overton y Langmuir: los lpidos son componentes importantes de la membrana 172 Gorter y Grendel: la base de la estructura de la membrana es una bicapa lipdica 173 Davson y Danielli: las membranas tambin contienen protenas 173 Robertson: todas las membranas comparten una estructura subyacente comn 174 Una investigacin ms detallada revel los principales defectos del modelo de Davson y Danielli 174 Singer y Nicholson: una membrana consiste en un mosaico de protenas dentro de una bicapa lipdica fluida 175 Unwin y Henderson: la mayora de las protenas de membrana contienen segmentos transmembrana 177 Descubrimientos recientes mejoran nuestros conocimientos sobre la estructura de la membrana 177 Los lpidos de membrana: la parte fluida del modelo 178 Las membranas contienen varias de las principales clases de lpidos 178 La cromatografa en capa fina es una tcnica importante para el anlisis de los lpidos 180 Los cidos grasos son esenciales en la estructura y funcin de la membrana 181 Asimetra de membrana: la mayora de los lpidos se distribuyen de manera desigual entre las dos monocapas 181 La bicapa lipdica es fluida 183 Las membranas funcionan correctamente slo en estado fluido 184 La mayora de los organismos pueden regular la fluidez de la membrana 187 Las balsas lipdicas son regiones concretas de lpidos de membrana que estn implicadas en la sealizacin celular 188 Protenas de membrana: la parte mosaico del modelo 188 La membrana consiste en un mosaico de protenas: evidencias de microscopa con criofractura 188 Las membranas contienen protenas integrales, protenas perifricas y protenas ancladas a lpidos 190 Las protenas se pueden separar por electroforesis en geles de poliacrilamida con SDS 193 Resulta cada vez ms viable determinar la estructura tridimensional de las protenas de membrana 195 Contenido ix 00-Contenido 29/9/06 16:00 Pgina ix 12. La biologa molecular ha contribuido enormemente a nuestro conocimiento sobre las protenas de membrana 195 Las protenas de membrana tienen varias funciones 196 Las protenas de membrana estn orientadas asimtricamente a travs de la bicapa lipdica 197 Muchas protenas de membrana estn glicosiladas 201 Las protenas de membrana varan en cuanto a su movilidad 202 Perspectiva 205 Problemas 206 Bibliografa recomendada 209 Anexo 7A: Revolucionando el estudio de las protenas de membrana: el impacto de la biologa molecular 198 Captulo 8 Transporte a travs de membrana: saltando la barrera de permeabilidad 211 Las clulas y el proceso de transporte 211 Los solutos cruzan la membrana por difusin simple, difusin facilitada o transporte activo 212 El movimiento de solutos a travs de la membrana est determinado por su gradiente de concentraciones o su potencial electroqumico 213 La membrana plasmtica del eritrocito como ejemplo de los mecanismos de transporte 213 Difusin simple: movimiento no asistido a favor de gradiente 213 La difusin mueve a los solutos hasta alcanzar el equilibrio 214 smosis es la difusin de agua a travs de una membrana con permeabilidad selectiva 215 La difusin simple est limitada a molculas pequeas no polares 215 La tasa de difusin simple es directamente proporcional al gradiente de concentraciones 218 Difusin facilitada: movimiento a favor de gradiente, asistido por protenas 220 Las protenas transportadoras y los canales proteicos facilitan la difusin empleando mecanismos diferentes 220 Las protenas transportadoras alternan entre dos estados conformacionales 220 Las protenas transportadoras son anlogas a las enzimas, por su especificidad y cintica 220 Las protenas transportadoras movilizan uno o dos solutos 221 El transportador de glucosa del eritrocito y el intercambiador de aniones son ejemplos de protenas transportadoras 221 Los canales proteicos facilitan la difusin, formando tneles hidrfilos en la membrana 223 Transporte activo: movimiento en contra de gradiente, asistido por protenas 224 El acoplamiento del transporte activo a una fuente de energa, puede ser directo o indirecto 225 El transporte activo directo se realiza mediante cuatro tipos de ATPasas 226 El transporte activo indirecto est impulsado por gradientes inicos 228 Ejemplos de transporte activo 228 Transporte activo directo: la bomba de NA /K mantiene los gradientes inicos 229 Transporte activo indirecto: el simporte de sodio impulsa la entrada de glucosa 233 La bomba de protones bacteriorrodopsina se vale de la energa lumnica para transportar protones 234 Energtica del transporte 234 En el caso de los solutos sin carga, el transporte depende exclusivamente del gradiente de concentraciones 234 Cuando los solutos estn cargados, la G del transporte depende del potencial electroqumico 236 Ms all de iones y molculas pequeas: secrecin y entrada de macromolculas y partculas 237 Perspectiva 238 Problemas 238 Bibliografa recomendada 241 Anexo 8A: smosis: un caso especial de difusin de agua 216 Anexo 8B: Transporte a travs de membrana, fibrosis qustica y el futuro de la terapia gnica 230 Captulo 9 Metabolismo de la energa quimiotrfica: glucolisis, fermentacin 243 Rutas metablicas 243 ATP: el acoplador universal de energa 244 El ATP tiene dos enlaces fosfoanhdrido ricos en energa 244 La hidrlisis del ATP es altamente exergnica debido a la repulsin electrosttica y a la estabilizacin por resonancia 245 El ATP es un importante intermediario del metabolismo energtico celular 246 Metabolismo energtico quimitrofo 248 Las oxidaciones biolgicas normalmente implican la eliminacin de electrones y protones y son altamente exergnicas 248 Las coenzimas como el NAD funcionan como aceptores de electrones en las oxidaciones biolgicas 249 x Contenido 00-Contenido 29/9/06 16:00 Pgina x 13. La mayora de los quimitrofos consiguen la energa necesaria por oxidacin de las molculas orgnicas de los alimentos 249 La glucosa es uno de los sustratos oxidables ms importantes del metabolismo energtico 250 La oxidacin de la glucosa es altamente exergnica 250 El catabolismo de la glucosa produce mucha ms energa en presencia que en ausencia de oxgeno 251 Basndose en sus requerimientos de oxgeno, los organismos son aerbicos, anaerbicos o facultativos 251 Glucolisis y fermentacin: produccin de ATP en ausencia de oxgeno 251 La glucolisis genera ATP por catlisis de la glucosa a piruvato 252 El destino del piruvato depende de si el oxgeno se encuentra o no disponible 255 En ausencia de oxgeno, el piruvato entra en la ruta fermentativa y regenera NAD 255 La fermentacin libera slo una pequea fraccin de la energa libre del sustrato pero conserva esa energa eficientemente como ATP 257 Sustratos alternativos para la glucolisis 258 El glicerol y otros azcares se catabolizan tambin por la ruta glucoltica 258 Los polisacridos se degradan para dar lugar a azcares fosfato que entran en la ruta glucoltica 258 Gluconeognesis 258 Regulacin de la glucolisis y gluconeognesis 261 Las enzimas clave en las rutas glucoltica y gluconeogentica estn sujetas a regulacin alostrica 262 La fructosa-2,6-bifosfato es un importante regulador de la glucolisis y de la gluconeognesis 263 Perspectiva 267 Problemas 267 Bibliografa recomendada 271 Anexo 9A: Qu pasa con el azcar? 264 Captulo 10 Metabolismo quimiotrofo de la energa: respiracin aerobia 273 Respiracin celular: maximizando el rendimiento del ATP 273 La respiracin aerobia produce mucha ms energa que la fermentacin 275 La respiracin incluye la glucolisis, el ciclo del TCA, el transporte de electrones y la sntesis de ATP 275 La mitocondria: donde tiene lugar todo el proceso 275 Las mitocondrias se encuentran con frecuencia en los lugares en los que la necesidad de ATP es mayor 276 Son las mitocondrias redes interconectadas en vez de orgnulos independientes? 276 Las membranas externa e interna definen dos compartimientos separados 278 Las funciones mitocondriales tienen lugar en membranas especficas o dentro de los compartimientos 279 En los procariotas, las funciones respiratorias se localizan en la membrana plasmtica y en el citoplasma 280 El ciclo del cido tricarboxlico: a vueltas con la oxidacin 280 El piruvato se convierte en acetil coenzima A mediante la descarboxilacin oxidativa 281 El ciclo del TCA comienza con la entrada de acetato en forma de acetil CoA 282 En dos reacciones de oxidacin del ciclo del TCA se forma NADH y se libera CO2 282 La produccin directa de GTP (o ATP) tiene lugar en una etapa del ciclo del TCA 284 Las reacciones oxidativas finales del ciclo del TCA generan FADH2 y NADH 284 En resumen: Los productos del ciclo del TCA son CO2, ATP, NADH y FADH2 284 Varias enzimas del ciclo del TCA estn sujetas a una regulacin alostrica 285 El ciclo del TCA desempea un papel central en el catabolismo de grasas y protenas 287 El ciclo del TCA constituye una fuente de precursores para rutas anablicas 289 El ciclo del glioxilato convierte el acetil CoA en carbohidratos 289 Transporte de electrones: flujo de electrones desde las coenzimas al oxgeno 289 El sistema de transporte de electrones conduce los electrones desde las coenzimas reducidas al oxgeno 292 El sistema de transporte de electrones consiste en cinco tipos diferentes de transportadores 292 Los transportadores de electrones funcionan en una secuencia que viene determinada por sus potenciales de reduccin 294 La mayora de los transportadores estn organizados en cuatro grandes complejos respiratorios 295 Los complejos respiratorios se mueven libremente dentro de la membrana interna 297 El gradiente electroqumico de protones: la clave para el acoplamiento de energa 298 El transporte de electrones y la sntesis de ATP son fenmenos asociados 299 El modelo quimiosmtico: el eslabn perdido es un gradiente de protones 299 La oxidacin de las coenzimas bombea los protones suficientes para generar 3 ATP por cada NADH y 2 ATP por cada FADH2 300 El modelo quimiosmtico ha sido comprobado por un conjunto impresionante de evidencias 300 Contenido xi 00-Contenido 29/9/06 16:00 Pgina xi 14. 1. El transporte de electrones provoca el bombeo de protones fuera de la matriz mitocondrial 300 2. Los componentes del sistema de transporte de electrones estn orientados asimtricamente dentro de la membrana mitocondrial interna 301 3. Las vesculas que contienen los complejos I, III o IV, establecen gradientes de protones 301 4. La fosforilacin oxidativa requiere un compartimiento rodeado por una membrana 301 5. Las sustancias desacoplantes impiden tanto la sntesis de ATP como la generacin de un gradiente de protones 301 6. El gradiente de protones tiene la suficiente energa para impulsar la sntesis de ATP 302 7. Gradientes de protones artificiales pueden impulsar la sntesis de ATP en ausencia de transporte de electrones 302 Sntesis de ATP: juntando las piezas 303 Las partculas F1 tienen actividad ATP sintasa 303 El complejo Fo F1 : el transporte de protones a travs de Fo permite que F1 sintetice ATP 304 La sntesis de ATP por FoF1 implica la rotacin fsica de la subunidad gamma 304 El modelo quimiosmtico implica un trfico de protones dinmico a travs de la membrana 307 La respiracin aerobia: resumen global 307 El mximo rendimiento de ATP en la respiracin aerobia es de 36-38 ATPs por molcula de glucosa 308 La respiracin aerobia es un proceso muy eficaz 311 Perspectiva 312 Problemas 312 Bibliografa recomendada 315 Anexo 10A: El ciclo del Glioxlato, los glioxisomas y la germinacin de semillas 290 Captulo 11 El metabolismo fototrfico de la energa: fotosntesis 317 Una visin general de la fotosntesis 317 El cloroplasto: un orgnulo fotosinttico 319 Los cloroplastos estn compuestos por tres sistemas de membranas 320 La transduccin de energa fotosinttica 324 La clorofila es el vnculo primario de la vida con la luz del sol 324 Los pigmentos accesorios incrementan el acceso a la energa solar 325 Las molculas que captan la luz se organizan en fotosistemas y complejos antena 326 Los fottrofos oxignicos tienen dos tipos de fotosistemas 326 Fotorreduccin (sntesis de NADPH) en los fottrofos oxignicos 326 El fotosistema II transfiere los electrones desde el agua a una plastoquinona 327 El complejo citocromo b6/f transfiere los electrones desde el plastoquinol a la plastocianina 329 El fotosistema I transfiere los electrones desde la plastocianina a la ferredoxina 329 La ferredoxina NADP reductasa cataliza la reduccin de NADP 330 La fotofosforilacin (sntesis de ATP) en fottrofos oxignicos 330 El complejo ATP sintetasa se une al transportador de protones a travs de la membrana del tilacoide para sintetizar ATP 330 La fotofosforilacin cclica permite a una clula fotosinttica equilibrar la sntesis de NADPH y ATP para cubrir sus necesidades precisas de energa 331 El sistema completo de transduccin de energa 331 El centro de reaccin fotosinttico de un bacteria prpura 332 La asimilacin fotosinttica del carbono: el ciclo de Calvin 333 El dixido de carbono entra en el ciclo de Calvin mediante la carboxilacin de la ribulosa-1,5-bifosfato 334 El 3-fosfoglicerato se reduce para formar gliceraldehdo-3-fosfato 334 La regeneracin de la ribulosa-1,5-bifosfato permite la asimilacin continua del carbono 336 El ciclo de Calvin completo 336 El ciclo de Calvin est muy regulado para asegurar la mxima eficiencia 336 Regulacin de la fijacin de carbono mediante la rubisco activasa 337 Transduccin de la energa fotosinttica y ciclo de Calvin 338 Sntesis de carbohidratos 338 El gliceraldehdo-3-fosfato y la dihidroxiacetona fosfato se combinan para forman glucosa-1-fosfato 338 La biosntesis de sacarosa ocurre en el citosol 339 La biosntesis de almidn se produce en el estroma del cloroplasto 340 Otras vas de asimilacin fotosinttica 340 La actividad oxigenasa de la rubisco disminuye la eficiencia fotosinttica 340 La va del glicolato devuelve al ciclo de Calvin el carbono reducido a partir de fosfoglicolato. 341 Las plantas C4 minimizan la fotorrespiracin confinando la rubisco a clulas que contienen concentraciones altas de CO2 343 Las plantas CAM minimizan la fotorrespiracin y la prdida de agua abriendo sus estomas slo de noche 345 Perspectiva 346 xii Contenido 00-Contenido 29/9/06 16:00 Pgina xii 15. Problemas 347 Bibliografa recomendada 349 Anexo 11A: Teora endosimbionte y la evolucin de las mitocondrias y cloroplastos a partir de bacterias primitivas 322 Captulo 12 Comportamientos intracelulares: retculo endoplsmico, complejo de Golgi, endosomas, lisosomas y peroxisomas 351 El retculo endoplsmico 352 Los dos tipos bsicos de retculo endoplsmico difieren en estructura y funcin 353 El RE rugoso est implicado en la sntesis y procesamiento de protenas 353 El RE liso est implicado en la detoxificacion, el metabolismo de hidratos de carbono y otros procesos celulares 359 El RE desempea un papel esencial en la biosntesis de membranas 360 El complejo de Golgi 361 El complejo de Golgi est formado por una serie de cisternas 362 Flujo de lpidos y protenas a travs del complejo de Golgi 363 Papel del RE y el complejo de Golgi en la glicosilacin de protenas 364 Funciones del RE y el complejo de Golgi en el trfico de protenas 367 Las protenas especficas del RE llevan etiquetas de recuperacin 368 Las protenas del complejo de Golgi se pueden clasificar por la longitud de sus dominios transmembrana 368 La distribucin de protenas lisosomales hacia los endosomas y lisosomas, es un ejemplo de la clasificacin de protenas en la RTG 368 Las rutas de secrecin transportan molculas hacia el exterior de la clula 370 Exocitosis y endocitosis: transporte de material a travs de la membrana plasmtica 371 La exocitosis libera molculas de la clula en el medio extracelular 372 La endocitosis facilita la importacin, asociada a vesculas, de molculas extracelulares 372 Las vesculas cubiertas en los procesos celulares de transporte 378 Las vesculas cubiertas de clatrina estn rodeadas por redes de clatrina y protenas adaptadoras 378 El ensamblaje de las cubiertas de clatrina dirige la formacin de vesculas en la membrana plasmtica y en la RTG 380 Las vesculas cubiertas de tipo COPI y COPII, conectan el RE y las cisternas del complejo de Golgi 381 Las protenas SNARE facilitan la fusin de las vesculas con las membranas de destino 381 Los lisosomas y la digestin celular 383 Los lisosomas aslan a las enzimas digestivas, del resto de la clula 383 Los lisosomas se forman a partir de los endosomas 384 Las enzimas lisosomales intervienen en varios procesos digestivos 384 Las enfermedades lisosomales de acumulacin, suelen deberse a la retencin de materiales no digeribles 386 Las vacuolas vegetales: orgnulos multifuncionales 387 Los peroxisomas 388 El descubrimiento de los peroxisomas fue posible gracias a innovaciones metodolgicas en la centrifugacin en gradiente de densidad 388 La mayora de las funciones de los peroxisomas estn relacionadas con el metabolismo del perxido de hidrgeno 390 Las clulas vegetales tienen peroxisomas especiales, no encontrados en las clulas animales 390 La biognesis de los peroxisomas ocurre por divisin de peroxisomas preexistentes 391 Perspectiva 393 Problemas 394 Bibliografa recomendada 396 Anexo 12A: La centrifugacin: una tcnica imprescindible en biologa celular 354 Anexo 12B: El colesterol, el receptor de LDH y la endocitosis mediada por receptores 376s Captulo 13 Mecanismos de transduccin de seal: I. Seales elctricas en clulas nerviosas 397 El sistema nervioso 397 Las neuronas estn especficamente adaptadas para la transmisin de seales elctricas 398 Comprensin del potencial de membrana 399 El potencial de membrana en reposo depende de las concentraciones diferenciales de iones dentro y fuera de la neurona 400 La ecuacin de Nerst describe la relacin entre potencial de membrana y la concentracin inica 402 Los iones retenidos dentro de la clula tienen efectos importantes sobre el potencial de reposo 402 Las concentraciones estacionarias de los iones comunes afectan al potencial de reposo de la membrana 403 Contenido xiii 00-Contenido 29/9/06 16:00 Pgina xiii 16. La ecuacin de Goldman describe los efectos combinados de los iones sobre el potencial de membrana 403 Excitabilidad elctrica 405 Los canales inicos actan como compuertas para el movimiento de iones a travs de la membrana 405 Las tcnicas de Patch clamp y de biologa molecular permiten monitorizar individualmente la actividad de canales inicos 405 Dominios especficos de los canales dependientes de voltaje funcionan como sensores e inactivadores 407 Potencial de accin 408 Los potenciales de accin propagan seales elctricas a lo largo de un axn 409 Los potenciales de accin implican cambios rpidos en el potencial de la membrana del axn 410 Los potenciales de accin son consecuencia del rpido movimiento de iones a travs de los canales de la membrana axonal 410 Los potenciales de accin se propagan a lo largo del axn sin perder intensidad 413 La vaina de mielina acta como un aislante elctrico rodeando al axn 414 Transmisin sinptica 416 Los neurotransmisores transmiten las seales a travs de las sinapsis 416 Niveles elevados de calcio estimulan la secrecin de neurotransmisores desde las neuronas presinpticas 419 La secrecin de neurotransmisor requiere el anclaje y fusin de las vesculas con la membrana plasmtica 420 Los neurotransmisores son detectados por receptores especficos en las neuronas postsinpticas 421 Los neurotransmisores deben ser inactivados poco despus de su liberacin 422 Integracin y procesamiento de seales nerviosas 422 Las neuronas pueden integrar seales procedentes de otras neuronas mediante sumacin temporal y espacial 424 Las neuronas pueden integrar seales excitadoras e inhibidoras procedentes de otras neuronas 424 Perspectiva 425 Problemas 425 Bibliografa recomendada 427 Anexo 13A: Flechas envenenadas, mordeduras de serpientes y gases nerviosos 423 Captulo 14 Mecanismos de transduccin de seal: II. Mensajeros y receptores 429 Seales qumicas y receptores celulares 429 Las clulas pueden recibir distintos tipos de seales qumicas 430 La unin de los ligandos a sus receptores indica interacciones especficas 431 La unin al receptor activa una secuencia de procesos de transduccin de seal dentro de la clula 432 Receptores acoplados a protenas G 433 Los receptores con siete dominios transmembrana actan a travs de protenas G 433 Un tipo de protena G emplea AMP cclico como mensajero secundario 435 La interrupcin de la sealizacin por protenas G produce numerosas enfermedades humanas 437 Muchas protenas G usan inositol trifosfato y diacilglicerol como segundos mensajeros 437 La liberacin de iones de calcio es un evento clave en muchos procesos de sealizacin 439 El xido ntrico acopla la activacin de un receptor unido a protena G en las clulas endoteliales a la relajacin de clulas musculares lisas de los vasos sanguneos 443 Receptores asociados a protenas kinasa 444 Los receptores tirosina kinasa se agregan y se autofosforilan 444 Los receptores tirosina kinasa inician una cascada de transduccin de seal que implica a Ras y MAP kinasa 445 Los receptores tirosina kinasa activan diversas vas de sealizacin 449 Los factores de crecimiento como mensajeros 449 La interrupcin de la sealizacin de los factores de crecimiento a travs de los receptores tirosina kinasa puede tener efectos dramticos en el desarrollo embrionario 450 Otros factores de crecimiento transducen sus seales a travs de receptores serina/treonina kinasa 450 Las vas de los receptores de factores de crecimiento comparten algunos aspectos 452 La interrupcin de la sealizacin por factores de crecimiento puede conducir al cncer 452 Sistema hormonal endocrino y paracrino 453 Las seales hormonales se pueden clasificar por la distancia a la que viajan hasta sus clulas diana 453 Las hormonas controlan muchas funciones fisiolgicas 453 Las hormonas animales se pueden clasificar por sus propiedades qumicas 453 Las hormonas y los receptores adrenrgicos son un buen ejemplo de regulacin endocrina 455 Las prostaglandinas son un buen ejemplo de regulacin paracrina 458 Sealizacin celular y apoptosis 458 La apoptosis est desencadenada por seales de muerte o por la retirada de factores de supervivencia 460 Perspectiva 461 xiv Contenido 00-Contenido 29/9/06 16:00 Pgina xiv 17. Problemas 462 Bibliografa recomendada 463 Anexo 14A: Utilizacin de modelos genticos para estudiar la sealizacin celular 446 Captulo 15 El citoesqueleto 465 Principales elementos estructurales del citoesqueleto 465 Tcnicas para el estudio del citoesqueleto 467 Las tcnicas modernas de microscopa han revolucionado el estudio del citoesqueleto 467 Se pueden usar ciertas drogas y mutaciones para desorganizar las estructuras citoesquelticas 467 Microtbulos 469 Existen dos tipos de microtbulos que son responsables de muchas funciones en la clula 469 Los heterodmeros de tubulina son las protenas con las que se construyen los microtbulos 469 Los microtbulos se forman mediante la incorporacin de dmeros de tubulina en sus extremos 470 La incorporacin de los dmeros de tubulina tiene lugar con mayor rapidez en los extremos ms de los microtbulos 471 La hidrlisis de GTP contribuye a la inestabilidad dinmica de los microtbulos 472 Los microtbulos se originan dentro de la clula en centros organizadores de microtbulos 474 Los MTOCs organizan y polarizan los microtbulos en la clula 475 La estabilidad de los microtbulos est estrechamente regulada en las clulas 476 Ciertas drogas afectan al ensamblaje de los microtbulos 477 Los microtbulos estn regulados en toda su longitud por protenas asociadas a microtbulos 477 Microfilamentos 478 La actina es la protena con la que se construyen los microfilamentos 478 En las clulas existen diferentes tipos de actinas y de protenas relacionadas con la actina 479 Los monmeros de actina-G polimerizan en microfilamentos de actina-F 479 Las clulas pueden regular dinmicamente la manera y el lugar donde se ensambla la actina 480 Ciertas protenas y drogas especficas afectan a la dinmica del polmero en los extremos de los microfilamentos 481 Los fosfolpidos de inositol regulan a las molculas que afectan a la polimerizacin de la actina 482 La ramificacin de la actina est controlada por el complejo Arp2/3 482 Rho, Rac y Cdc-42 regulan la polimerizacin de la actina 482 Las protenas de unin a actina regulan la interaccin entre microfilamentos 485 Los haces de filamentos de actina forman el ncleo de las microvellosidades 486 La actina se une a las membranas por mltiples protenas 487 Filamentos intermedios 488 Las protenas de los filamentos intermedios son especficas para cada tejido 488 Los filamentos intermedios se forman a partir de subunidades filamentosas 489 Los filamentos intermedios confieren resistencia mecnica a los tejidos 490 El citoesqueleto es una estructura integrada mecnicamente 491 Perspectiva 492 Problemas 492 Bibliografa recomendada 494 Anexo 15A: Los microorganismos infecciosos pueden moverse dentro de las clulas usando colas de actina 446 Captulo 16 Movimiento celular: motilidad y contractilidad 495 Sistemas mviles 495 Movimiento intracelular basado en los microtbulos: quinesina y dinena 496 Las MAPs motoras desplazan orgnulos a lo largo de los microtbulos, durante el transporte axonal 496 Las quinesinas se mueven a lo largo de los microtbulos a travs de la hidrlisis de ATP 497 Las quinesinas son una gran familia de protenas, con funciones y estructuras variadas 498 Las dinenas pueden agruparse en dos clases principales: del axonema y citoplasmticas 499 Las MAPs motoras participan en el transporte intracelular de vesculas 499 Movimientos basados en los microtbulos 500 Los cilios y los flagelos son apndices mviles propios de las clulas eucariotas 500 Los cilios y los flagelos estn formados por un axonema unido a un corpsculo basal 501 El deslizamiento de los microtbulos en el axonema provoca que los cilios y los flagelos se doblen 504 Movimientos celulares dependientes de actina: las miosinas 504 Las miosinas desempean diferentes funciones en la motilidad celular 504 Contenido xv 00-Contenido 29/9/06 16:00 Pgina xv 18. Algunas miosinas se mueven a pasos cortos a lo largo de los filamentos de actina 505 Movimiento basado en los filamentos: el msculo 507 Las clulas del msculo esqueltico estn formadas por filamentos finos y gruesos 507 Los sarcmeros estn formados por grupos ordenados de actina, miosina y protenas accesorias 508 El modelo de deslizamiento de filamentos explica la contraccin muscular 510 Los puentes mantienen juntos los filamentos y el ATP impulsa su movimiento 512 El calcio regula la contraccin muscular 513 El acoplamiento elctrico entre las clulas musculares cardacas permite su contraccin coordinada 516 El msculo liso se asemeja ms a las clulas no musculares que al msculo esqueltico 517 Movimientos basados en actina, en clulas no musculares 518 La migracin celular por lamelipodios implica ciclos de extensin, unin, cambio de lugar y desunin 518 El movimiento ameboide se basa en ciclos de gelificacin y solificacin del citoesqueleto de actina 522 Los componentes celulares de algunas clulas se mueven gracias a corrientes citoplasmticas 522 La quimiotaxis es un movimiento direccional producido por un gradiente qumico 523 Perspectiva 523 Problemas 524 Bibliografa recomendada 525 Anexo 16A: Protenas motoras del citoesqueleto y enfermedades humanas 446 Captulo 17 Ms all de la clula: estructuras extracelulares, adhesin y uniones celulares 527 La matriz extracelular de los animales 527 Los colgenos son responsables de la resistencia de la matriz extracelular 528 Un precursor denominado procolgeno forma muchos tipos de colgeno tejido-especficos 529 Las elastinas aportan elasticidad y flexibilidad a la matriz extracelular 531 Las fibras de colgenos y elastinas se encuentran embebidas en un matriz de proteoglicanos 531 El hialuronato libre lubrica las articulaciones y facilita la migracin celular 532 Los proteoglicanos y las glicoprotenas adhesivas anclan las clulas a la matriz extracelular 532 Las fibronectinas unen clulas a la ECM y guan el movimiento celular 533 Las lamininas unen clulas a la lmina basal 534 Las integrinas son receptores de superficie celular que unen componentes de la ECM 536 El glicoclix es una zona rica en carbohidratos situada en la periferia de las clulas animales 538 Reconocimiento clula-clula y adhesin 538 La adhesin clula-clula est mediada por protenas transmembrana 539 Los grupos de carbohidratos son importantes en el reconocimiento y adhesin clula-clula 542 Uniones celulares 542 Las uniones adherentes unen clulas adyacentes entre s 543 Las uniones estrechas previenen el movimiento de molculas a travs de capas celulares 546 Las uniones comunicantes o de tipo nexo permiten la comunicacin elctrica y qumica directa entre clulas 548 La superficie de las clulas vegetales 548 Las paredes celulares proporcionan un marco estructural y sirven como barrera de permeabilidad 548 La pared celular vegetal es una red de microfibrillas de celulosa, polisacridos y glicoprotenas 549 Las paredes celulares se sintetizan en numerosos pasos 551 Los plasmodesmos permiten la comunicacin directa clula- clula a travs de la pared celular 552 Perspectiva 554 Problemas 554 Bibliografa recomendada 556 Anexo 17A: Intoxicaciones alimentarias y bichos malos: la conexin de la superficie celular 545 Captulo 18 Base estructural de la informacin celular: DNA, cromosomas y el ncleo 557 Naturaleza qumica del material gentico 558 El descubrimiento del DNA por Miescher condujo a propuestas contradictorias sobre la naturaleza qumica de los genes 558 Avery demostr que el DNA es el material gentico de las bacterias 559 Hershey y Chase demostraron que el DNA es el material gentico de los virus 560 Las reglas de Chargaff revelan que A T y que C G 564 La estructura del DNA 565 Watson y Crick descubrieron que el DNA es una doble hlice 565 El DNA puede transformarse en formas relajadas y superenrolladas 567 xvi Contenido 00-Contenido 29/9/06 16:00 Pgina xvi 19. Las dos hebras de una doble hlice de DNA se pueden separar por desnaturalizacin y volver a unirse por renaturalizacin 569 La organizacin del DNA en genomas 570 El tamao del genoma normalmente aumenta con la complejidad del organismo 571 Las enzimas de restriccin cortan las molculas de DNA por sitios especficos 572 Existen procedimientos rpidos para secuenciar DNA 573 Se han secuenciado los genomas de numerosos organismos 576 El campo de la bioinformtica ha emergido para descifrar genomas y proteomas 578 Las secuencias repetidas del DNA explican parcialmente el gran tamao de los genomas eucariticos 579 Empaquetamiento del DNA 584 Los procariotas empaquetan el DNA en cromosomas bacterianos y en plsmidos 584 Los eucariotas empaquetan el DNA en cromatina y cromosomas 585 Los nucleosomas son la unidad bsica de la estructura de la cromatina 585 El ncleo del nucleosoma est formado por un octmero de histonas 587 Los nucleosomas se empaquetan para formar fibras de cromatina y cromosomas 587 Los eucariotas tambin empaquetan algo de su DNA en mitocondrias y cloroplastos 590 El ncleo 591 El ncleo est rodeado por una envuelta nuclear de doble membrana 592 Las molculas entran y salen del ncleo a travs de los poros nucleares 594 La matriz nuclear y la lmina nuclear son estructuras de soporte del ncleo 597 Las fibras de cromatina no estn dispersas al azar en el ncleo 598 El nucleolo est implicado en la formacin de los ribosomas 599 Perspectiva 601 Problemas 601 Bibliografa recomendada 603 Anexo 18A: Fagos: sistema modelo para estudiar genes 562 Anexo 18B: Las enzimas de restriccin en detalle 574 Anexo 18C: La huella gentica de DNA (DNA fingerprint) 582 Captulo 19 Ciclo celular, replicacin del DNA y mitosis 605 Visin general del ciclo celular 605 Replicacin del DNA 607 La centrifugacin basada en el equilibrio en gradiente de densidad, muestra que la replicacin del DNA es semiconservativa 607 La replicacin del DNA es, casi siempre, bidireccional 609 En la replicacin del DNA eucariota intervienen muchos replicones 611 Las DNA polimerasas catalizan la elongacin de las cadenas de DNA 612 En la sntesis de DNA se forman segmentos discontinuos que se ensamblan por medio de la DNA ligasa 615 La actividad exonucleasa 3 : 5 de la DNA polimerasa es responsable del control de calidad 618 La replicacin del DNA se inicia con cebadores de RNA 618 El desenrollamiento de la doble cadena de DNA requiere la participacin de helicasas, topoisomerasas, y protenas de unin a DNA de cadena sencilla 620 Juntando las piezas: resumen de la replicacin del DNA 620 Los telmeros solucionan el problema del final de la replicacin 622 El DNA eucariota tiene licencia para replicarse 625 Dao y reparacin del DNA 625 El dao en el DNA se puede producir espontneamente o en respuesta a mutgenos 625 La sntesis post-lesin y la reparacin por escisin corrigen las mutaciones en nucletidos anormales 627 La reparacin de los apareamientos errneos corrige las mutaciones consistentes en apareamientos de bases no complementarias 628 La reparacin de los daos ayuda a explicar por qu el DNA contiene timina en vez de uracilo 628 La ruptura de las dos cadenas del DNA se repara por la unin de extremos no homlogos o por recombinacin homloga 629 Divisin nuclear y celular 629 La mitosis se subdivide en Profase, Prometafase, Metafase, Anafase y Telofase 629 El huso mittico es el responsable del movimiento de los cromosomas durante la mitosis 634 La citocinesis divide el citoplasma 638 Regulacin del ciclo celular 640 La duracin del ciclo celular vara en los diferentes tipos celulares 640 La evolucin a travs del ciclo celular est controlada en varios puntos clave de transicin 641 El estudio de la fusin celular y de mutaciones en el ciclo celular llevaron a la identificacin de las molculas que controlan el ciclo 642 La progresin a travs del ciclo celular est controlada por quinasas dependientes de ciclina (Cdks) 643 El complejo Cdk-ciclina de la mitosis controla la progresin hacia la transicin G2-M, mediante la fosforilacin de protenas clave implicadas en las fases tempranas de la divisin celular 643 Contenido xvii 00-Contenido 29/9/06 16:00 Pgina xvii 20. La Cdk-ciclina mittica contribuye a la activacin del complejo promotor de la anafase 646 La Cdk-ciclina de G1 regula la progresin a travs del punto de restriccin, mediante la fosforilacin de la protena Rb 646 Los puntos de control supervisan las interacciones de los cromosomas con el huso, la finalizacin de la replicacin del DNA y posibles daos en el DNA 647 Juntando las piezas: la mquina de regulacin del ciclo celular 649 Factores de crecimiento y proliferacin celular 649 Los factores de crecimiento estimuladores activan la ruta de Ras 650 Los factores de crecimiento estimuladores pueden activar tambin la ruta de la PI3K-Akt 652 Los factores de crecimiento inhibidores actan a travs de inhibidores de Cdks 652 Perspectiva 653 Problemas 655 Bibliografa recomendada 657 Anexo 19A: La revolucin de la PCR 616 Captulo 20 Reproduccin sexual, meiosis y recombinacin gentica 659 Reproduccin sexual 659 La reproduccin sexual produce variabilidad gentica debido a que rene cromosomas de dos padres diferentes 659 Las clulas diploides pueden ser homocigotas o heterocigotas para cada gen 660 Los gametos son clulas haploides especializadas para la reproduccin sexual 661 Meiosis 662 Los ciclos vitales de los organismos con reproduccin sexual tienen fases diploides y haploides 662 La meiosis convierte una clula diploide en cuatro clulas haploides 664 La meiosis I produce dos clulas haploides que tienen cromosomas compuestos por cromtidas hermanas 665 La meiosis II se parece a una divisin mittica 670 Los espermatozoides y los vulos se generan por meiosis acompaada de diferenciacin celular 671 La meiosis genera diversidad gentica 672 Variabilidad gentica: segregacin y distribucin de los alelos 673 La informacin que especifica caracteres recesivos puede estar presente sin expresarse 674 La ley de la segregacin establece que los alelos de cada gen se separan durante la formacin de los gametos 675 La ley de la segregacin independiente establece que los alelos de cada gen se separan de manera independiente de los alelos de otros genes 675 Las primeras evidencias al microscopio sugieren que los cromosomas podran portar informacin gentica 676 El comportamiento de los cromosomas explica las leyes de la segregacin y de la distribucin independiente 676 Las molculas de DNA de cromosomas homlogos tienen una secuencia de bases similar 678 Variabilidad gentica: recombinacin y sobrecruzamiento 679 Los cromosomas contienen grupos de genes ligados que normalmente se heredan juntos 680 Los cromosomas homlogos intercambian segmentos durante el sobrecruzamiento 680 Se pueden construir mapas con la localizacin de los genes midiendo las frecuencias de recombinacin 681 Recombinacin gentica en bacterias y virus 681 La infeccin conjunta de bacterias con bacterifagos relacionados puede conducir a recombinacin gentica 682 La transformacin y la transduccin implican recombinacin con DNA libre o con DNA introducido en las bacterias por bacterifagos 682 La conjugacin es una actividad sexual modificada que facilita la recombinacin gentica en las bacterias 683 Mecanismos moleculares de la recombinacin homloga 686 El corte e intercambio de DNA subyace a la recombinacin homloga 686 La recombinacin homloga puede producir conversin gnica 687 La recombinacin homloga se inicia por intercambios de cadenas sencillas de DNA (uniones de holliday) 688 El complejo sinaptonmico facilita la recombinacin homloga durante la meiosis 690 Tecnologa de DNA recombinante y clonaje de genes 691 El descubrimiento de las enzimas de restriccin prepara el terreno para la tecnologa del DNA recombinante 691 Las tcnicas de clonaje de DNA permiten producir grandes cantidades de secuencias individuales de genes 692 Tanto las bibliotecas genmicas como las de cDNA son utiles para el clonaje de DNA 697 Grandes segmentos de DNA pueden clonarse en YACs y BACs 698 Ingeniera gentica 698 La ingeniera gentica puede producir valiosas protenas que de otro modo seran difciles de obtener 699 El plsmido Ti es un vector til para introducir genes extraos en plantas 700 La modificacin gentica puede mejorar los caracteres de una cosecha de alimentos 700 Aumenta la preocupacin por la seguridad y riesgos medioambientales de los cultivos GM 701 xviii Contenido 00-Contenido 29/9/06 16:00 Pgina xviii 21. Se estn desarrollando terapias gnicas para el tratamiento de enfermedades humanas 702 Perspectiva 704 Problemas 705 Bibliografa recomendada 707 Anexo 20A: Superratn: un primer triunfo transgnico 616 Captulo 21 Expresin gnica: I. El cdigo gentico y la transcripcin 709 El flujo direccional de la informacin gentica 709 El cdigo gentico 710 Unos experimentos con Neurospora revelaron que los genes pueden codificar enzimas 711 La mayora de los genes codifican secuencias de aminocidos de cadenas polipeptdicas 712 El cdigo gentico es un cdigo de tripletes 716 El cdigo gentico es degenerado y no superpuesto 718 El RNA mensajero gua la sntesis de las cadenas polipeptdicas 718 El diccionario de codones se estableci usando polmeros y tripletes de RNA sinttico 720 De los 64 codones posibles del RNA mensajero, 61 codifican aminocidos 720 El cdigo gentico es (casi) universal 721 La transcripcin en clulas procariotas 722 La transcripcin est catalizada por la RNA polimerasa, que sintetiza RNA usando DNA como molde 722 La transcripcin consta de cuatro pasos: unin, iniciacin, elongacin y terminacin 722 Transcripcin en las clulas eucariotas 726 Las RNA polimerasas I, II y III llevan a cabo la transcripcin en el ncleo de las clulas eucariotas 727 En los genes nucleares eucariotas se encuentran tres tipos de promotores, uno para cada tipo de RNA polimerasa 728 Los factores de transcripcin generales estn implicados en la transcripcin de todos los genes nucleares 729 La elongacin, terminacin y la liberacin del RNA completan la sntesis del RNA 731 Procesamiento del RNA 731 El procesamiento del RNA ribosomal implica la ruptura de un precusor comn en mltiples tRNA 732 El procesamiento del RNA de transferencia implica la eliminacin, adicin y modificacin qumica de nucletidos 733 El procesamiento del RNA mensajero en eucariotas implica la incorporacin de un casquete, la adicin de una cola de poli(A) y la eliminacin de intrones 735 Los espliceosomas eliminan los intrones del pre-mRNA 738 Algunos intrones son autocatalticos 740 Por qu los genes eucariotas tienen intrones? 741 La edicin del RNA permite la alteracin de la secuencia del mRNA 742 Aspectos clave del metabolismo del mRNA 742 La mayora de las molculas de mRNA tienen una vida media relativamente corta 742 La existencia de mRNA permite la amplificacin de la informacin gentica 743 Perspectiva 743 Problemas 744 Bibliografa recomendada 746 Anexo 21A: Transcripcin inversa, retrovirus y retrotransposones 712 Anexo 21B: Identificacin en el DNA de sitios de unin a protenas 724 Captulo 22 Expresin gnica: II. Sntesis y clasificacin de protenas 747 Traduccin: los componentes 747 Los ribosomas llevan a cabo la sntesis de polipptidos 747 Las molculas de RNA de transferencia llevan los aminocidos al ribosoma 749 Las aminoacil-tRNA sintetasas unen los aminocidos a los RNAs de transferencia adecuados 750 El RNA mensajero lleva la informacin codificada al ribosoma 753 Se requieren factores proteicos para la iniciacin, elongacin y terminacin de las cadenas polipeptdicas 753 El mecanismo de traduccin 754 La iniciacin de la traduccin requiere factores de iniciacin, subunidades ribosmicas, mRNA y tRNA iniciador 754 La elongacin de la cadena implica ciclos secuenciales de unin del aminoacil tRNA, formacin del enlace peptdico y traslocacin. 757 La terminacin de la sntesis polipeptdica est mediada por factores de liberacin que reconocen codones stop 759 El plegamiento del polipptido est facilitado por chaperonas moleculares 760 La sntesis de protenas suele utilizar una fraccin importante de las reservas energticas celulares 760 Resumen de la traduccin 762 Mutacin y traduccin 762 Los tRNAs supresores eliminan los efectos de algunas mutaciones 762 La degradacin mediada por codones sin sentido y la degradacin por ausencia de terminacin son mecanismos que facilitan la destruccin de mRNAs defectuosos 763 Contenido xix 00-Contenido 29/9/06 16:00 Pgina xix 22. Procesamiento postraduccin 765 Clasificacin y regulacin de la localizacin de las protenas 766 La exportacin durante la traduccin permite que algunos polipptidos entren en el RE a medida que se van sintetizando 767 El proceso de exportacin postraduccional permite que algunos polipptidos entren en orgnulos despus de haber sido sintetizados 772 Perspectiva 776 Problemas 777 Bibliografa recomendada 779 Anexo 22A: Enfermedades asociadas al plegamiento de protenas 761 Anexo 21B: Un generador de mutaciones 764 Captulo 23 La regulacin de la expresin gnica 781 Regulacin gnica en procariotas 781 Las rutas catablica y anablica estn reguladas por induccin y represin respectivamente 781 Los genes implicados en el catabolismo de la lactosa estn organizados en un opern inducible 783 El represor lac es una protena alostrica cuya unin al DNA est controlada por lactosa 783 Los estudios con bacterias mutantes revelaron cmo est organizado el opern lac 785 Los genes implicados en la sntesis de triptfano estn organizados en un opern reprimible 788 Los operones lac y trp ilustran el control transcripcional negativo 788 La represin catablica ilustra el control positivo de la transcripcin 788 Los operones inducibles suelen estar sometidos a doble control 790 Los factores sigma determinan qu conjunto de genes puede expresarse 790 La atenuacin permite que la transcripcin est regulada despus de la iniciacin 791 Los ribointerruptores permiten que la transcripcin y la traduccin estn controladas por interacciones de pequeas molculas con RNA 793 Regulacin gnica en eucariotas: control genmico 793 Los eucariotas multicelulares estn compuestos de numerosas clulas especializadas 794 La expresin gnica en eucariotas est regulada en cinco niveles fundamentales 795 Por regla general, todas las clulas de un organismo pluricelular contienen el mismo conjunto de genes 796 La amplificacin y delecin gnicas pueden alterar el genoma 796 Los reordenamientos de DNA pueden alterar el genoma 798 Los cromosomas politnicos proporcionan la evidencia visual de que la descondensacin de la cromatina est implicada en el control genmico 800 La sensibilidad a la DNasa I proporciona otra evidencia del papel de la descondensacin de la cromatina en el control genmico 801 La metilacin del DNA est asociada a regiones inactivas del genoma 803 Los cambios en las histonas, las protenas HMG y la matriz nuclear estn asociados con regiones activas del genoma 804 Regulacin de los genes eucariotas: control de la transcripcin 805 Los distintos tipos celulares transcriben diferentes conjuntos de genes 805 Los microarrays de DNA permiten monitorizar simultneamente la expresin de miles de genes 806 Los elementos proximales de control se sitan cerca del promotor 807 Los potenciadores y los silenciadores estn localizados a distancias variables del promotor 808 Los coactivadores median la interaccin entre los factores de transcripcin reguladores y el complejo de la RNA polimerasa 809 Actuacin conjunta de los elementos de control del DNA y de los factores de transcripcin 809 Varios motivos estructurales comunes permiten que los factores de transcripcin reguladores se unan al DNA y activen la transcripcin 810 Los elementos de respuesta del DNA coordinan la expresin de genes no adyacentes 812 Los receptores de hormonas esterodicas son factores de transcripcin que se unen a elementos de respuesta hormonal 814 CREBs y STATs son ejemplos de factores de transcripcin activados por fosforilacin 815 El elemento de respuesta a choque trmico coordina la expresin de genes activados por altas temperaturas 816 Los genes hometicos codifican factores de transcripcin que regulan el desarrollo embrionario 817 Regulacin de la transcripcin en eucariotas: control postranscripcin 818 Tras la transcripcin se dan los procesos de control del procesamiento de RNA y la exportacin nuclear 818 La tasa de traduccin puede ser controlada por factores de iniciacin y represores de la traduccin 820 La traduccin tambin puede estar controlada por la regulacin de la vida media del mRNA 821 La interferencia por RNA utiliza RNAs cortos para silenciar la expresin de genes que contienen secuencias de bases complementarias 822 xx Contenido 00-Contenido 29/9/06 16:00 Pgina xx 23. Los microRNAs producidos por genes celulares normales silencian la traduccin de RNAs mensajeros importantes para el desarrollo 823 El control despus de la transcripcin implica modificaciones en la estructura, funcin y degradacin de las protenas 824 La ubicuitina marca las protenas para su degradacin en los proteosomas 825 Resumen de la degradacin eucariota 826 Perspectiva 827 Problemas 827 Bibliografa recomendada 830 Anexo 23A: Dolly: una oveja sin padre 797 Captulo 24 Clulas cancerosas 833 Proliferacin celular descontrolada 833 Los tumores se producen por una proliferacin celular incontrolada en donde el equilibrio entre divisin celular y diferenciacin celular se rompe 833 La proliferacin celular en el cncer es independiente de anclaje e insensible a la densidad de poblacin 835 Las clulas cancerosas se hacen inmortales por mecanismos que mantienen la longitud de los telmeros 835 Las anomalas en la va de sealizacin, en los controles del ciclo celular y en la apoptosis contribuyen a la proliferacin descontrolada 836 Cmo se disemina el cncer 837 Se requiere angiognesis para que los tumores crezcan ms all de unos pocos milmetros de dimetro 837 El crecimiento de los vasos sanguneos est controlado por un equilibrio entre activadores e inhibidores de la angiognesis 838 La diseminacin del cncer por invasin y metstasis es un proceso multietapas complejo 838 Los cambios en la adhesin celular, en la movilidad y en la produccin de proteasas permiten que las clulas cancerosas invadan los tejidos y los vasos circundantes 839 Relativamente pocas clulas cancerosas sobreviven al viaje por el torrente circulatorio y establecen metstasis 840 Patrones de flujo sanguneo y factores rgano-especficos determinan dnde metastatizarn las clulas cancerosas 841 El sistema inmune puede inhibir el desarrollo de metstasis 841 Qu causa el cncer? 842 Los datos epidemiolgicos han permitido identificar muchas causas de cncer 842 A menudo muchas sustancias qumicas pueden causar cncer, despus de una activacin metablica en el hgado 843 Las mutaciones de DNA provocadas por carcingenos qumicos conducen al cncer 844 El cncer surge a travs de un proceso multietapa que implica la iniciacin, la promocin y la progresin de un tumor 845 Las radiaciones ionizantes y ultravioletas tambin causan mutaciones del DNA que conducen al cncer 846 Los virus y otros agentes infecciosos son responsables de algunos cnceres 847 Oncogenes y genes supresores de tumores 848 Los oncogenes son genes cuya presencia puede desencadenar la formacin de tumores 848 Los proto-oncogenes se convierten en oncogenes por varios mecanismos distintos 849 La mayora de los oncogenes codifican componentes de rutas de sealizacin de crecimiento 852 Los genes supresores de tumores son genes cuya inactivacin o prdida pueden conducir al cncer 855 El gen supresor de tumores RB se descubri estudiando familias con retinoblastoma hereditario 857 El gen supresor de tumores p53 es el gen que se muta con ms frecuencia en los cnceres humanos 857 El gen supresor de tumores APC codifica una protena que inhibe la va de sealizacin Wnt 858 Los cnceres humanos se desarrollan por la acumulacin escalonada de mutaciones que afectan a oncogenes y a genes supresores de tumores 859 La inestabilidad gentica facilita la acumulacin de mutaciones en las clulas cancerosas 860 En resumen: los marcas distintivas del cncer 862 Diagnstico, deteccin y tratamiento 864 El cncer se diagnostica por observacin microscpica de muestras de tejido 864 Las tcnicas de diagnstico, para la deteccin precoz pueden prevenir muchas muertes por cncer 864 Ciruga, radiacin y quimioterapia, son los tratamientos estndar del cncer 866 Las inmunoterapias explotan la capacidad del sistema inmune de reconocer a las clulas cancerosas 866 La herceptina y el gleevec son drogas contra el cncer que actan a travs de un marcaje molecular 867 Las terapias anti-angiognicas actan atacando el aporte sanguneo del tumor 867 Perspectiva 869 Problemas 870 Bibliografa recomendada 871 Anexo 24A: Nios de la Luna 861 Anexo 24B: Anticuerpos monoclonales y tratamiento del cncer 868 Contenido xxi 00-Contenido 29/9/06 16:00 Pgina xxi 24. Apndice Principios y tcnicas de microscopa 873 Principios pticos de la microscopa 873 La longitud de onda de la iluminacin establece un lmite en el tamao de los objetos que pueden ser observados 873 La resolucin indica la capacidad para distinguir objetos adyacentes como objetos separados 875 En la prctica, el lmite de resolucin es de 200 nm para el microscopio ptico y 2 nm para el microscopio electrnico 876 El microscopio ptico 877 Los microscopios compuestos emplean combinaciones de varias lentes 877 La microscopa de contraste de fases detecta diferencias en el ndice de refraccin y en el grosor 878 La microscopa de contraste de interferencia diferencial (dic) utiliza un disociador del haz de luz para detectar diferencias de fase 879 La micoscopa de fluorescencia permite detectar la presencia de molculas o iones especficos dentro de las clulas 880 La microscopa confocal minimiza el aspecto borroso mediante la exclusin de la luz fuera de foco de la imagen 884 La videomicroscopa digital puede registrar imgenes consecutivas optimizadas 887 Se pueden emplear mtodos pticos para medir los movimientos y las propiedades de las protenas y otras macromolculas 888 Tcnicas de preparacin de muestras para microscopa ptica 891 La preparacin de las muestras frecuentemente implica su fijacin, seccionamiento y tincin 891 El microscopio electrnico 892 La microscopa electrnica de transmisin forma la imagen a partir de los electrones que atraviesan la muestra 892 La microscopa electrnica de barrido revela la arquitectura de la superficie de clulas y orgnulos 894 Tcnicas de preparacin de muestras para microscopa electrnica 894 La obtencin de secciones ultrafinas y la tincin son tcnicas preparativas comunes en microscopa electrnica de transmisin 895 Se pueden localizar molculas en micrografas electrnicas con radioistopos o anticuerpos 896 Se puede emplear la microscopa correlativa para cubrir el espacio entre la microscopa ptica y electrnica 896 La tincin negativa puede resaltar pequeos objetos en relieve en contraste con un fondo teido 897 Las tcnicas de sombreado emplean vapor de metal vaporizado sobre la superficie de la muestra 898 La criofractura y el grabado por congelacin son tiles para el estudio del interior de las membranas 899 La estereomicroscopa electrnica permite la visualizacin de muestras en tres dimensiones 900 La preparacin de muestras para microscopa electrnica de barrido requiere la fijacin pero no el seccionamiento 901 Otros mtodos de imagen 901 La microscopa de barrido de sonda revela las caractersticas de la superficie de molculas individuales 901 La difreccin de rayos X permite la determinacin de la estructura tridimensional de las macromolculas 902 La crioEM establece un puente entre la cristalografa de rayos X y la microscopa electrnica 904 Bibliografa recomendada 904 Glosario 907 Crditos de fotos e ilustraciones 935 ndice analtico 939 xxii Contenido 00-Contenido 29/9/06 16:00 Pgina xxii 25. WAYNE M. BECKER ha im- partido clases sobre biologa celular en la Universidad de Wisconsin, Madison, durante treinta aos, hasta su reciente jubilacin. Su inters por escri- bir libros de texto parte de las notas, esquemas y conjuntos de problemas que ha reunido para sus estudiantes y que ha culminado en el ttulo Energy and the Living Cell, un libro so- bre bioenerga publicado en 1997, y The World of the Cell, cuya primera edicin apareci en 1986. Ha obtenido todos sus ttulos en la Universidad de Wisconsin, Madison. Los tres ttulos estn relacionados con la Bioqumica , una orientacin fcilmente perceptible en sus libros de texto. Sus intereses en la investigacin se han centrado en la bio- loga molecular de las plantas y especficamente en la regu- lacin de la expresin de los genes que codifican las enzi- mas del sistema foto-respiratorio. Su inters por la enseanza, el aprendizaje y la investigacin le ha llevado a invertir sus aos sabticos en la Universidad de Harvard, la Universidad de Edimburgo, la Universidad de Indonesia, la Universidad de Puerto Rico, la Universidad de Canterbury en Christchurch, Nueva Zelanda, la Universidad China de Hong Kong y la Universidad Charles de Praga. Entre sus galardones se incluyen el premio Chancellor al mrito edu- cativo, sendas distinciones Guggenhein y Fullbright y un premio de la Royal Society de Londres. LEWIS J. KLEINSMITH es profesor emrito de Biologa molecular, celular y desarrollo en la Universidad de Michigan, donde ha trabajado desde que obtuvo su ttulo de doctor en la Universidad Rockefeller en 1968. Ha impartido cursos de introduccin a la Biologa, de biologa de la clula y de biolo- ga del cncer y entre sus acti- vidades de investigacin se incluyen estudios sobre el con- trol del crecimiento de las clulas cancergenas, el papel de la fosforilacin de las protenas en la regulacin de genes eucariticos y el control de la expresin gentica durante el desarrollo. Entre sus numerosas publicaciones se encuen- tra el ttulo Principles of Cell and Molecular Biology, publi- cado por primera vez en 1988, y varios programas softwa- re educativo que han merecido diversos galardones. Sus mritos incluyen una beca Guggenheim, el premio Henry Russell, el premio Michigan Distinguished Service Award, menciones destacadas de la Asociacin de estudiantes de Michigan, una distincin Thurnau Professorship, un pre- mio NIH Plain Language Award y un galardn Best Curri- culum Innovation Award de EDUCOM Higher Education Software Awards Competition. JEFFHARDIN es profesor en el Departamento de Zoologa de la Universidad de Wisconsin, Madison. Sus investigaciones se han centrado en la migracin y adherencia de las clulas para cambiar la forma de los em- briones de animales. Las ense- anzas de Hardin se han bene- ficiado notablemente del uso de videomicroscopios y de mate- riales de formacin basados en la Web, que se utilizan en muchas universidades de Estados Unidos y de otros pases. Como parte de sus intereses aca- dmicos en la enseanza de la Biologa, Jeff Hardin ha esta- do involucrado en varias iniciativas orientadas a la forma- cin. Fue miembro fundador de la Academia de Formacin de la Universidad de Wisconsin y cofundador de una inicia- tiva de sistemas de tecnologa formativa en la misma uni- versidad, iniciativa conocida con el nombre de BioWeb. Ac- tualmente dirige el Departamento de Biologa, impartiendo un curso de cuatro semestres en Biologa fundamental. En- tre los premios a la enseanza que ha recibido se encuentran un galardn Lily Teaching y un premio para jvenes investi- gadores de la National Science Foundation. Tambin forma parte del comit editorial de Cell Biology Education. xxiii ACERCA DE LOS AUTORES 000-Acerca de los autores 29/9/06 09:27 Pgina xxiii 26. 000-Acerca de los autores 29/9/06 09:27 Pgina xxiv 27. Porque realmente disfrutamos trabajando con los estu- diantes que todava no se han licenciado y pensamos que deberan disponer de libros de texto sobre Biologa claramen- te escritos, que hagan interesante el tema de estudio al lector y que de alguna manera le ayuden a apreciar no slo cunto ya sabemos sobre Biologa (en nuestro caso, sobre la Biologa de la clula), sino todo lo que todava nos queda por investi- gar y descubrir. As es como responderamos cualquiera de los tres autores de este libro si nos preguntaran por qu hemos invertido tanto tiempo en escribir y revisar El mun- do de la clula. Cada uno de nosotros tiene una larga expe- riencia en la imparticin de cursos sobre la Biologa de la clula y las reas relacionadas y atesoramos nuestros con- tactos con los estudiantes como uno de los aspectos ms apreciados de la labor de profesor universitario. Al reflexionar sobre los cambios que hemos visto en nuestros cursos a lo largo de los aos, nos hemos dado cuenta de que las dcadas pasadas han visto un crecimien- to explosivo en nuestra comprensin de las propiedades y funciones de las clulas de los seres vivos. Esta enorme pro- fusin de informacin ha representado un autntico reto cuando hemos tenido que enfrentarnos a la tarea de man- tener actualizado El mundo de la clula, ya que haba que conseguir que el libro tuviera el tamao adecuado y fuera fcilmente comprensible para los estudiantes que abordan por primera vez el campo de la Biologa celular y molecu- lar. Esta sexta edicin es nuestro intento ms reciente de al- canzar esos objetivos. Como en las ediciones anteriores, cada uno de nosotros ha aportado su propia experiencia como autor y profesor, y hemos tratado de aunarlas para conseguir un beneficio mutuo, un punto de vista que espe- ramos que los lectores compartan. Uno de los principales objetivos de esta edicin ha sido actualizar el contenido del texto, especialmente en las reas de la Biologa celular y molecular contemporneas, donde la velocidad de las investigaciones es enorme y los recientes hallazgos son particularmente significativos. Tambin hemos mantenido los tres objetivos centrales que han caracterizado cada una de las ediciones anterio- res. Como siempre, nuestro principal objetivo ha sido presentar a los estudiantes los principios fundamentales que rigen la organizacin y funcin celular. En segundo lugar, pensamos que es importante que los estudiantes comprendan algunas de las pruebas cientficas crticas que llevan a la formulacin de estos conceptos bsicos. Por ltimo, hemos pretendido cumplir estos objetivos es- cribiendo un libro de longitud adecuada, que pueda leer- se con comodidad y ser comprendido por los estudiantes que se inician en la Biologa celular y que quepa en sus mochilas! Para conseguir este tercer objetivo hemos teni- do que ser selectivos tanto en lo que se refiere a los tipos de ejemplos elegidos para ilustrar los conceptos clave como a la cantidad de pruebas cientficas incluidas. En otras palabras, hemos intentado mantenernos fieles al propsito principal de las ediciones anteriores: presentar los principios esenciales, los procesos y la metodologa de la Biologa celular y molecular tan claramente como ha sido posible. Contenido En esta edicin hemos aadido un nuevo captulo final, sobre clulas cancerosas, que proporciona la oportunidad de reunir muchos aspectos del comportamiento celular y de mostrar cmo la investigacin de la biologa de las clu- las cancerosas nos ha permitido profundizar en nuestro conocimiento de las clulas normales. Las principales caractersticas del libro, que hemos pro- curado cuidadosamente mantener desde las anteriores edi- ciones, e incluso hemos mejorados en algunos casos, son las siguientes: Prlogo xxv PRLOGO 000-Acerca de los autores 29/9/06 09:27 Pgina xxv 28. La organizacin de los temas puede adaptarse fcil- mente a una amplia variedad de cursos. Cada captulo se ha subdividido en una serie de sec- ciones conceptuales, comenzando cada una de ellas con una frase que resume el concepto que se va a des- cribir. Se utilizan frecuentemente figuras que describen es- tructuras o procesos complicados con unas breves pinceladas, antes de examinar los detalles con mayor profundidad en el texto y las figuras siguientes. Un uso selectivo y cuidado de micrografas, que van acompaadas en la mayora de los casos de amplia- ciones. Se han incluido problemas que pretenden animar a la aplicacin de la informacin expuesta, incluyendo en cada caso varios problemas de mayor dificultad, identificados mediante puntos rojos, que pretenden probar la capacidad de razonamiento y las habilida- des para la resolucin de problemas de los estudian- tes especialmente capacitados. Se ha hecho especial hincapi en las pruebas experi- mentales que subrayan nuestros conocimientos sobre la estructura y la funcin de la clula, con el fin de que los lectores tengan presente que los avances en la Biologa celular, como en todas las ramas de la Cien- cia, no proceden de los profesores universitarios que imparten clases ni de los autores de libros, sino de los investigadores que trabajan en los laboratorios. Se ha puesto especial cuidado en la precisin y cohe- rencia, en la terminologa utilizada y en la legibilidad, con el fin de minimizar confusiones y maximizar la comprensin del lector. Se ha incluido un Glosario que contiene definiciones y referencias de pginas para todos los trminos clave escritos en negrita en cada captulo (ms de 1.500 tr- minos en total). El Glosario constituye, en s mismo, un verdadero diccionario de Biologa celular. En el Apndice se ha incluido una exposicin de los principios y tcnicas microscpicas, con el fin de pro- porcionar a los estudiantes acceso a informacin detallada sobre una amplia variedad de tcnicas microscpicas, incluyendo tcnicas avanzadas de mi- croscopa ptica para procesamiento de imgenes y manipulacin de procesos moleculares. Caractersticas pedaggicas Para mejorar an ms la efectividad de este texto como herramienta de formacin, cada captulo tiene las siguien- tes caractersticas pedaggicas: Cada captulo est dividido en una serie de secciones conceptuales que se resaltan mediante un encabezado de enunciacin de concepto que resume el concepto que se va a describir, lo que ayuda a los estudiantes a cen- trarse en los puntos principales de lo que estn estu- diando, y ayuda tambin a la hora de repasar el texto. Cada captulo contiene uno o ms recuadros de ensa- yo para ayudar a los estudiantes a comprender aspec- tos particularmente importantes o intrigantes de la biologa de la clula. Algunos de los ensayos propor- cionan interesantes perspectivas histricas acerca del modo en que se desarrolla la ciencia, como por ejem- plo, el descubrimiento de la estructura doblemente helicoidal del ADN como se describe en el Anexo 3A. Otros ensayos tienen la intencin de ayudar a los lec- tores a comprender principios especialmente difci- les, tal como el ensayo que emplea la analoga de los monos pelando cacahuetes para explicar la cintica de las enzimas (Anexo 6A). Otros recuadros propor- cionan detalles adicionales sobre tcnicas contempo- rneas utilizadas por los bilogos celulares, como su- cede por ejemplo en la descripcin de la toma de huellas dactilares del ADN en el Anexo 18C. Por l- timo, otro papel de los recuadros de ensayo es descri- bir aplicaciones de los resultados de investigacin en biologa celular, como se ilustra en el anlisis dedica- do a la fibrosis qustica y las perspectivas de la terapia gentica en el Anexo 8B. La inclusin de un conjunto de problemas al final de cada captulo refleja nuestra conviccin de que la ciencia se aprende no slo leyendo o escuchando, sino fundamentalmente practicando. Los problemas estn diseados para enfatizar la comprensin y la aplica- cin de los conceptos, por oposicin a la mera memo- rizacin. Muchos de los problemas han sido plantea- dos en cursos reales, habiendo sido seleccionados de entre los conjuntos de problemas y exmenes que los autores hemos empleado en nuestros propios cursos. Las negritas se utilizan para resaltar los trminos ms importantes de cada captulo, todos los cuales se defi- nen en el Glosario.Las cursivas se usan para identificar trminos tcnicos adicionales que son menos impor- tantes que los trminos en negrita, pero que tambin son significativos. Ocasionalmente, las cursivas se uti- lizan tambin para resaltar frases importantes. Al final de cada captulo se incluye una lista de Lectu- ras recomendadas, poniendo un nfasis especial en los artculos de revisin y en publicaciones de investiga- cin cuidadosamente seleccionadas que resultarn perfectamente comprensibles para los usuarios moti- vados. Hemos intentado evitar abrumar a los lectores con largas bibliografas repletas de ttulos tcnicos originales, habiendo preferido hacer referencia a art- culos que sean especialmente relevantes para los te- mas del captulo. En la mayora de los captulos, he- mos incluido unas cuantas publicaciones histricas de especial importancia, que estn marcadas con puntos rojos para alertar al lector acerca de su signifi- cado histrico. xxvi Prlogo 000-Acerca de los autores 29/9/06 09:27 Pgina xxvi 29. Tcnicas y mtodos A lo largo del texto, hemos tratado de explicar no slo qu conocemos acerca de las clulas, sino tambin cmo sabe- mos lo que sabemos. Con este fin, hemos incluido descrip- ciones de tcnicas y resultados experimentales en todos los captulos, casi siempre en el contexto de las cuestiones abordadas en el captulo y como anticipacin de las res- puestas que en l se proporcionan. Por ejemplo, la electro- foresis con gel de poliacrilamida se presenta no en un cap- tulo donde simplemente se cataloguen diversos mtodos para el estudio de las clulas, sino en el Captulo 7, que es donde cobra importancia de cara a comprender cmo pueden separarse unas de otras las protenas de las mem- branas. De forma similar, la centrifugacin de densidad de equilibrio se describe en el Captulo 12, donde resulta esencial para comprender cmo se distinguieron original- mente los lisosomas de las mitocondrias y, posteriormente, de los perixomas. Sugerencias y comentarios El verdadero reto al que se enfrenta todo libro de texto es el de demostrar su utilidad a la hora de ayudar a que los pro- fesores enseen y los estudiantes aprendan. Agradecemos cualquier sugerencia de los lectores, y trataremos de res- ponder a todos los mensajes recibidos. Pueden enviarse los comentarios, crticas y sugerencias a los autores correspon- dientes: Captulos 1-12: Wayne M. Becker Departamento de Botnica Universidad de Wisconsin-Madison Madison, Wisconsin 53706 Estados Unidos e-mail: wbecker@wisc.edu Captulos 13-17 y Apndice: Jeff Hardin Departamento de Zoologa Universidad de Wisconsin-Madison Madison, Wisconsin 53706 Estados Unidos e-mail: jdhardin@wisc.edu Captulos 18-24 y Glosario: Departamento de Biologa molecular, celular y del desarrollo Universidad de Michigan Ann Arbor, Michigan 48109 Estados Unidos e-mail: lewisk@umich.edu Prlogo xxvii 000-Acerca de los autores 29/9/06 09:27 Pgina xxvii 30. 000-Acerca de los autores 29/9/06 09:27 Pgina xxviii 31. AGRADECIMIENTOS Queremos agradecer las contribuciones de las numero- sas personas que han hecho este libro posible. Estamos en deuda, especialmente, con los muchos estudiantes cuyas palabras de apoyo actuaron como catalizadores a la hora de escribir estos captulos y cuyos juiciosos comentarios y crticas han contribuido en buena medida a la calidad pe- daggica del texto final. Cada uno de los autores tiene mu- cho que agradecer tambin a los diversos colegas que les han proporcionado informacin y sugerencias que ayuda- ron a mejorar el texto. Estamos especialmente agradecidos al Dr. Greg Bertoni por su concienzuda y competente revi- sin de los Captulos 9 a 12. Tambin queremos dar las gracias a aqullos que han contribuido a las ediciones an- teriores de nuestros libros de texto, incluyendo a David Deamer, Martin Poenie, Jane Reece, John Raasch y Valerie Kish, as como Peter Armstrong, John Carson, Ed Clark, Joel Goodman, David Gunn, Jeanette Natzle, Mary Jane Niles, Timothy Ryan, Beth Schaefer, Lisa Smit, David Spie- gel,Akif Uzman y Karen Valentine.Adems, queremos ma- nifestar nuestro aprecio a los muchos colegas que genero- samente nos han proporcionado micrografas, as como a los autores y editores que nos han dado permiso para re- producir material de su propiedad. Los diversos revisores han proporcionado tiles suge- rencias y constructivas crticas en las varias etapas del de- sarrollo y revisin del manuscrito. Sus palabras de aliento y sus consejos fueron muy de agradecer. De hecho, el in- tenso proceso de revisin al que han sido sometidas tanto esta edicin del libro como las anteriores puede conside- rarse como una de las caractersticas definitorias del libro. De todos modos, las responsabilidad del resultado final es nuestra, as que slo a los autores cabe atribuir cualquier error u omisin que pueda encontrarse en las pginas de esta obra. Tambin estamos enormemente en deuda con los mu- chos profesionales del campo editorial cuyo constante aliento, cuyo duro trabajo y cuya cuidadosa atencin al de- talle tanto han contribuido a la calidad del texto y de los grficos. Mencin especial merecen Laura Kenney, en su papel de jefe de proyecto editorial, Jim Smith, Susan Wins- low y Cinnamon Hearst de Benjamin/Cummings; as como Lisa McClanahan y sus colegas de Progressive Publishing Alternatives. Finalmente, nuestro mayor agradecimiento a nuestras esposas, familias, estudiantes e investigadores de doctora- do, sin cuya paciencia, comprensin y ayuda nunca podra haberse escrito este libro. Revisores de la sexta edicin Katsura Asano, Kansas State University William Balch, Scripps Research Institute Tim Beagley, Salt Lake Community College Gregory Bertoni, Columbus State Community College Mark Bolyard, Southern Illinois University, Edwardsville David Boone, Portland State University Janet Braam, Rice University Grant Brown, University of Toronto David Bruck, San Jose State University Patrick Bryan, Central Washington University Anand Chandrasekhar, University of Missouri Mitchell Chernin, Bucknell University Reid Compton, University of Maryland Jeff Corden, Johns Hopkins University Maria Davis, University of Alabama, Huntsville Arturo De Lozanne, University of Texas, Austin Robert Dores, University of Denver Stephen DSurney, University of Mississippi Lucinda Elliot, Shippensburg University William Ettinger, Gonzaga University David Featherstone, University of Illinois, Chicago Agradecimientos xxix 000-Acerca de los autores 29/9/06 09:27 Pgina xxix 32. Swapan Ghosh, Indiana State University Reid Gilmore, University of Massachusetts Joseph Gindhart, University of Massachusetts, Boston James Grainger, Santa Clara University Rich Griner, Augusta State University Karen Guzman, Campbell University William Heidcamp, Gustavus Adolphus College John Helmann, Cornell University Chris Holford, Purdue University Nancy Hopkins, Tulane University Linda Huang, University of Massachusetts, Boston Kenneth Jacobson, University of North Carolina, Chapel Hill Makkuni Jayaram, University of Texas, Austin David Kafkewitz, Rutgers University Greg Kelly, University of Western Ontario Kirill Kiselyov, University of Pittsburgh Bruce Kohorn, Bowdoin College Keith Kozminski, University of Virginia Charles Lessman, University of Memphis Daniel Lew, Duke University Kenneth Long, California Lutheran University Albert MacKrell, Bradley University JoAnn Meerschaert, St. Cloud University Trevor Mendelow, University of Colorado John Merrill, Michigan State University Teena Michael, University of Hawaii, Manoa Jeffrey Miller, University of Minnesota James Moroney, Louisiana State University Deborah Mowhowitz, Columbia University Amy Mulnix, Earlham College James Mulrooney, Central Connecticut State University Laura Olsen, University of Michigan Donald Ott, University of Akron William Plaxton, Queens University Archie Portis, University of Illinois Stephen Previs, Case Western Reserve University Mitch Price, Pennsylvania State University Tom Roberts, Florida State University Gary Rudnick, Yale University Joel Sheffield, Temple University Brad Shuster, New Mexico State University Jill Sible, Virginia Tech Esther Siegfried, Pennsylvania State University Michael Silverman, California State Polytechnic University, Pomona Neil Simister, Brandeis University Donald Slish, Plattsburgh State University Roger Sloboda, Dartmouth College John Sternfeld, State University of New York, Cortland Scott Summers, Colorado State University Brian Tague, Wake Forest University Jeff Travis, State University of New York, Albany Thomas Vandergon, Pepperdine University James Walker, University of Texas-Pan American Lauren Yaich, University of Pittsburgh, Bradford Yang Yen, South Dakota State University James Young, University of Alberta Luwen Zhang, University of Nebraska Lincoln Qiang Zhou, University of California, Berkeley Revisores de las ediciones anteriores L. Rao Ayyagari, Lindenwood College Margaret Beard, Columbia University William Bement, University of Wisconsin Paul Benko, Sonoma State University Steve Benson, California State University, Hayward Joseph J. Berger, Springfield College Gerald Bergtrom, University of Wisconsin, Milwaukee Frank L. Binder, Marshall University Robert Blystone, Trinity University R. B. Boley, University of Texas at Arlington Edward M. Bonder, Rutgers, the State University of New Jersey James T. Bradley, Auburn University Suzanne Bradshaw, University of Cincinnati J. D. Brammer, North Dakota State University Chris Brinegar, San Jose State University Andrew Brittain, Hawaii Pacific University Alan H. Brush, University of Connecticut, Storrs Patrick J. Bryan, Central Washington University Brower R. Burchill, University of Kansas Ann B. Burgess, University of Wisconsin, Madison Thomas J. Byers, Ohio State University P. Samuel Campbell, University of Alabama, Huntsville George L. Card, The University of Montana C. H. Chen, South Dakota State University Mitchell Chernin, Bucknell University Edward A. Clark, University of Washington Philippa Claude, University of Wisconsin, Madison John M. Coffin, Tufts University School of Medicine J. John Cohen, University of Colorado Medical School Larry Cohen, Pomona College Reid S. Compton, University of Maryland Mark Condon, Dutchess Community College Jonathan Copeland, Georgia Southern University Bracey Dangerfield, Salt Lake Community College David DeGroote, St. Cloud State Douglas Dennis, James Madison University Elizabeth D. Dolci, Johnson State College Aris J. Domnas, University of North Carolina, Chapel Hill Michael P. Donovan, Southern Utah University Robert M. Dores, University of Denver Diane D. Eardley, University of California, Santa Barbara Guy E. Farish, Adams State College James E. Forbes, Hampton University Carl S. Frankel, Pennsylvania State University, Hazleton Campus xxx Agradecimientos 000-Acerca de los autores 29/9/06 09:27 Pgina xxx 33. David R. Fromson, California State University, Fullerton David M. Gardner, Roanoke College Carol V. Gay, Pennsylvania State Universit