La Celula

823 Pages·2010·152.68 MB·Spanish

by  Geoffrey M. Cooper

a CÉLULA
Geoffrey M. Cooper
Robert E. HdUSITian
quinta edición
m
Cooper & Hausman
La C L U L A
quinta edición
?*9
Geoffrey M. Cooper & Robert E. Hausman
Boston University
Los autores
Geoffrey M. Cooper es Profesor y Jefe (chair) del Departamento de Biología en la Universidad de Boston. En 1973 se
doctoró en Bioquímica en la Universidad de Miami, realizó la tesis doctoral con Howard Temin en la Universidad de
Wisconsin, donde desarrolló ensayos de transferencia genética para detectar el ADN proviral del virus del sarcoma de
Rous y los retrovirus relacionados. En 1975 ingresó en la facultad del Dana-Farber Cáncer Institute y en la Harvard
Medical SchooL ampliando esos estudios hacia la identificación de los oncogenes en tumores humanos. Desde su llega-
da a la Universidad de Boston en 1998, el Dr. Cooper ha empleado La Célula para sus clases de biología celular, también
ha continuado sus investigaciones y participado en la importante expansión de la biocíencia. Las investigaciones del Dr.
Cooper se centran en el entendimiento de las funciones de las proteínas de los oncogenes en las vías de señalización que
regulan la proliferación celular y la muerte celular programada. Ha publicado dos libros sobre cáncer y más de 100 artí-
culos de investigación acerca de señalización celular y cáncer.
Robert E. Hausman es Profesor y Director (gradúate director) del Departamento de Biología en la Universidad de
Boston. Obtuvo el doctorado en Ciencias Biológicas de la Universidad de Northwestern en 1971, realizando la tesis doc-
toral junto a Aron Moscona en la Universidad de Chicago, donde investigó las interacciones célula-célula en las prime-
ras fases del desarrollo embrionario y descubrió una de las moléculas de adhesión celular. En el año 1978 amplió sus
investigaciones sobre las interacciones de la superficie celular en el desarrollo muscular y la regulación de la expresión
genética en el desarrollo del sistema nervioso mediante contacto célula a célula. Ha sido profesor de biología celular y
ha impartido cursos de especialización en la Universidad de Boston. Actualmente los profesores Cooper y Hausman
imparten juntos biología celular. Su trabajo se centra en el entendimiento de cómo las interacciones celulares y entre célu-
las y la matriz extracelular afectan a la diferenciación y a la morfogénesis.
La cubierta
La cubierta ilustra los receptores de la superficie celular, la
formación de una fosa recubierta de catrina, estructuras
citoesqueléticas, ribosomas y otros componentes del cito-
plasma.
©2011 El artista
©2010 David S. Goodsell es Profesor Asociado de Biología
Molecular en el Scripps Research Institute. Sus libros ilus-
© MAREAN LIBROS, S.L.
trados, The Machinery of Life y Our Molecular Nature,
Joaquín María López. 72 exploran las moléculas biológicas y los distintos papeles que
28015 Madrid. España desempeñan en las células vivas. Su nuevo trabajo:
Teléf: (34)91 543 55 55 Bionanotechnology: Lessons from Nature, presenta la cre-
ciente conexión entre biología y nanotecnología. Se puede
Fax: [phone]
encontrar más información en:
wv7w.marbanlibros.com
http://mgl.scripps.edu/people/goodsell
Edición en español de:
The Cell: a Molecular Approach, 5th edition
Geoffrey M. Cooper and Robert E. Hausman
Edición original
© ASM Press
Translated and published by arrangement
with ASM Press, Washington, DC; USA
Traducción: Dra. N. Wright
Centro de Investigaciones Biológicas
Madrid, España
Fotocopiar es un delito (Art. 270 C.P.)
Este libro está legalmente protegido por los derechos de propiedad intelectual. Cualquier uso,
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ficado en el artículo 274 C.P. que protege el derecho de propiedad industrial.
ISBN: 978-84-7101-811-3 (MARBÁN, S.L. - Edición en español)
ISBN: 978-0-87893-300-6-2009 (ASM Press - Edición en inglés)
M-31575-LII
Impreso en España. Printed in Spain
Contenido
•u^rw£^<7 ^ m3
SECCIÓN i INTRODUCCIÓN
Visión global Composición
de las células e de las células 43
investigación celular 3
Moléculas de las células 43 Papel central de las enzimas
2ngen y evolución como catalizadores
Carbohidratos 44
de las células 4 biológicos 73
^ primera célula 4 Lípidos 46 Actividad catalizadora
vclución del metabolismo 6 Ácidos nucleicos 50 de las enzimas 73
Procariotas actuales 8 Proteínas 52 Mecanismos de catálisis
láulas eucariotas 8 enzimática 74
Membranas celulares 58
1 origen de los eucariotas 10 Lípidos de membrana 60 Coenzimas 78
Itesarrollo de organismos Proteínas de membrana 61 Regulación de la actividad
multicelulares 12 Transporte a través enzimática 79
Células como modelos de membranas celulares 63 Energía metabólica 80
experimentales 16
Energía libre y ATP 81
noli 16 Proteómica: el análisis a gran
Generación de ATP
escala de las proteínas
¿vaduras 17
celulares 65 a partir de glucosa 84
dc'iorhábáitls degans 17
Identificación de proteínas Producción de energía
\^ophila melanogaster 18
celulares 66 a partir de otras moléculas
\rabidopsis thaliana 19
Análisis global de la localización orgánicas 89
Vertebrados 19
de proteínas 68 Fotosíntesis 90
Instrumentos Interacciones proteicas 69
Biosíntesis de los componentes
de la biología celular 21
celulares 91
Necroscopia óptica 21 EXPERIMENTO CLAVE:
Carbohidratos 92
'•Lcroscopia electrónica 27 Plegamiento de las cadenas
Lípidos 93
polipeptídicas 54
ftraración subcelular 30
EXPERIMENTO CLAVE: Proteínas 94
Crecimiento de las células
Estructura de las membranas Ácidos nucleicos 97
animales en cultivo 33 celulares 59
Cultivo de células vegetales 34 Resumen y palabras clave 70
MEDICINA MOLECULAR:
Virus 38 Preguntas 71 FenHcetonuria 96
Bibliografía 72 EXPERIMENTO CLAVE:
Antimetabolitos y quimioterapia 98
EXPERIMENTO CLAVE:
Cjltivo celular animal 35 Resumen y palabras clave 100
MEDICINA MOLECULAR: Preguntas 101
Virus y cáncer 37 Bibliografía 101
Resumen y palabras clave 39
Preguntas 41
Bibliografía 42
4 Fundamentos de ADN recombinante 118 Función de los genes
Endonucleasas de restricción 118 en eucariotas 136
biología molecular 103
Generación de moléculas Análisis genético en levaduras 136
de ARN recombinante 120 Transferencia de genes
Herencia, genes y ADN 103
Vectores para ADN en plantas y animales 138
Genes y cromosomas 104
recombinante 121 Mutagénesis de ADN clonados 141
Genes y enzimas 105
Secuenciación de ADN 124 Introducción de mutaciones
Identificación del ADN
Expresión de genes clonados 125 en genes celulares 142
como el material genético 107
Interferencia con la expresión
Estructura del ADN 108 Detección de ácidos nucleicos génica celular 144
Replicación del ADN 110 y proteínas 128
Amplificación de ADN
Expresión de la información EXPERIMENTO CLAVE:
con la reacción en cadena
genética 111 Hipótesis del provirus de ADN 116
de la polimerasa 128 EXPERIMENTO CLAVE:
Colinealidad de genes
Hibridación de ácidos Interferencia por ARN 147
y proteínas 111
nucleicos 130 Resumen y palabras clave 148
Papel del ARN mensajero 112
Sonda de anticuerpos Preguntas 150
Código genético 113
para proteínas 133 Bibliografía 150
Virus ARN y transcripción
inversa 115
•ECCIÓNII FLUJO DE LA INFORMACIÓN GENÉTIC
Genomas de Cuenorhabditis
i- Organización y Replicación,
*1 secuenciación de los elegans, Drosophila melanogaster mantenimiento
genomas celulares ?55 y otros invertebrados 179 y reorganización
Genomas de plantas 182 del ADN genómico 201
Genoma humano 184
Complejidad de los genomas
de eucariotas 155 Genomas de otros vertebrados 18 Replicación del ADN 201
Intrones y exones 157 ADN polimerasas 202
Secuencias de ADN Bioinf ormática y biología Horquilla de replicación 202
de sistemas 191
repetitivas 161 Fidelidad de replicación 210
Análisis sistemático
Duplicación génica Orígenes e iniciación
de la función génica 191
y pseudogenes 164 de la replicación 211
Regulación de la expresión
Composición del genoma en los Telómeros y telomerasa:
génica 192
eucariotas superiores 165 el mantenimiento
Variación entre individuos
de los extremos
Cromosomas y cromatína 166 y medicina genómica 194
de los cromosomas 214
Croma tina 166
Centrómeros 170 EXPERIMENTO CLAVE: Reparación del ADN 216
Telómeros 174 Descubrimiento de los intrones 158 Inversión directa del ADN
EXPERIMENTO CLAVE:
dañado 216
El genoma humano 186
Secuencias de los genomas Reparación por escisión 219
completos 175 Resumen y palabras clave 196
Síntesis de ADN translesión 226
Genomas procariotas 177 Preguntas 198
Reparación de roturas
Genoma de levaduras 178 Bibliografía 199
de doble hebra 227
entre secuencias Transcripción por las ARN
Síntesis de proteínas,
homologas deADN 228 polimerasas I y El 262
procesamiento
4odelos de recombinación
y regulación 309
homologa 228 Regulación de la transcripción
Erzimas implicadas en la en eucariotas 265
Traducción del ARNm 309
recombinación homologa 230 Secuencias de regulación en cis:
ARN de transferencia 310
promotores y estimulares 266
^organización del ADN 233 Sitios de unión para factores Ribosoma 311
Organización de los ARN
«¿•combinación específica de transcripción 269
¿e sitio 234 Proteínas de regulación mensajeros e inicio
de la traducción 315
Trasposición vía intermediarios transcripcional 270
ir ADN 240 Estructura y función Mecanismo de la traducción 319
Regulación de la traducción 323
~r;rj.posición vía intermediarios de los activadores
_¿ ARN 242 de la transcripción 273
Plegamiento y procesamiento
Aerificación génica 245 Represores encarióticos 276
de proteínas 329
Regulación de la elongación 278
Chaperonas y plegamiento
f:;íRI MENTÓ CLAVE: Relación entre la estructura
de proteínas 330
«rsanización de los genes cromatínica
Enzimas que catalizan
:e -^unoglobulinas 236 y la transcripción 278
ME)ICISÍA MOLECULAR: el plegamiento proteico 332
Regulación de la transcripción
ínoer de colon y reparación del ADN Escisión de proteínas 333
por ARN no codificantes 285
Glicosilación 335
Insumen y palabras clave 247 Metilación del ADN 286
Anclaje de lípidos 337
Neuritas 249
biografía 249 Maduración y renovación Regulación de la función
del ARN 287 de las proteínas 340
Maduración de los ARN Regulación por pequeñas
SSíínntteessiiss ymaduración ribosómicos moléculas 340
del ARN.253 y de transferencia 288 Fosforilación de proteínas 341
Maduración del ARNm Interacciones proteína-proteína 343
.r=r.scripción en procariotas 251 en eucariotas 290
SX polimerasa Mecanismos de corte Degradación de proteínas 345
-/."scripción 252 y empalme o splicing 292 Vía de la ubiquitina-proteasoma 345
Z: r.trol negativo de la transcrip- Corte y empalme alternativo 298 Proteólisis lisosómica 348
ny represores 256 Corrección del ARN 300
I: r.rol positivo Degradación del ARN 302 EXPERIMENTO CLAVE:
Papel catalítico del ARN ribosómico 316
¿e la transcripción 258
EXPERIMENTO CLAVE:
EXPERIMENTO CLAVE:
Descubrimiento de las proteína-tirosina
-_7_\~ polimerasas eucariotas Aislamiento de un factor de transcripción
quinasas 344
- factores de transcripción eucariótico 272
Resumen y palabras clave 349
;er,erales 258 EXPERIMENTO CLAVE:
Preguntas 351
RX polimerasas eucarióticas 259 Descubrimiento del RNPsn 294
Bibliografía 351
racíores de transcripción Resumen y palabras clave 303
_ : ;rales e iniciación de la Preguntas 306
:
Transcripción por la ARN Bibliografía 306
rolimerasa II 259
V
SECCIÓN III ESTRUCTURA Y FUNCIÓN CELULARES
Distribución y EXPERIMENTO CLAVE:
NÚCleO 355 Hipótesis de la señal 388
transporte de
MEDICINA MOLECULAR:
I fí proteínas: retículo Enfermedad de Gaucher 425
Envuelta nuclear y tráfico entre ^ endoplásmico, Resumen y palabras clave 429
el núcleo y el citoplasma 355 aparato de Golgi y Preguntas 431
Estructura de la envuelta
lisosomas m Bibliografía 431
nuclear 356
Complejo del poro nuclear 360
Retículo endoplásmico 383 Bioenergética y
Transporte selectivo de proteínas
Retículo endoplásmico metabolismo:
desde y hacia el núcleo 361
Regulación del transporte y secreción de proteínas 384 11 mitocondrias,
Mareaje de las proteínas para
de proteínas al núcleo 367 cloroplastos
dirigirse al retículo
Transporte de ARN 368 y peroxisomas 433
endoplásmico 386
Inserción de las proteínas
Organización interna
en la membrana del RE 391 Mitocondrias 433
del núcleo 369
Plegamiento y procesamiento Organización y función
Cromosomas y estructura
de las proteínas en el RE 396 de las mitocondrias 434
de orden superior
Control de calidad en el RE 398 Sistema genético
de la cromatina 370
RE liso y síntesis de lípidos 402 de las mitocondrias 435
Sub-compartimentos nucleares 372
Exportación de proteínas Internalización de proteínas y
Nucléolo y procesamiento y lípidos desde el RE 405 formación de las mitocondrias
delARNr 374 437
Genes de ARN ribosómico Aparato de Golgi 408
y organización del nucléolo 375 Organización del Golgi 408 Mecanismo de la fosforilación
oxidativa 443
Transcripción y procesamiento Glicosilación de proteínas
Cadena de transporte
delARNr 376 en el Golgi 410
de electrones 445
Ensamblaje de ribosomas 378 Metabolismo de lípidos y de
Acoplamiento quimiosmótico 446
polisacáridos en el Golgi 412
Transporte de metabolitos
MEDICINA MOLECULAR: Distribución y exportación
a través de la membrana
Enfermedades de la lámina nuclear 358 de proteínas desde el aparato
EXPERIMENTO CLAVE: de Golgi 413 interna 450
Identificación de las seriales
de Idealización nuclear 362 Cloroplastos y otros plástidos
Mecanismo de transporte
452
Resumen y palabras clave 379 de las vesículas 416
Estructura y función
Preguntas 381 Aproximaciones experimentales
de los cloroplastos 452
Bibliografía 381 al conocimiento del transporte
Genoma del cloroplasto 454
de las vesículas 416
Internalización y distribución
Selección de la mercancía,
de las proteínas
proteínas de la cubierta
del cloroplasto 455
y gemación vesicular 418
Otros plástidos 457
Fusión de las vesículas 420
Fotosíntesis 459
Lisosomas 423
Flujo de electrones a través
Hidrolasas lisosómicas acidas 423
de los fotosistemas I y II 460
Endocitosis y formación
Flujo cíclico de electrones 463
del lisosoma 426
Síntesis de ATP, 463
Fagocitosis y autofagia 426
raroxisomas 464 Microtúbulos 504 Endocitosis 554
-•.-dones de los peroxisomas 465 Estructura y organización Fagocitosis 557
Formación del peroxisoma 466 dinámica de los Endocitosis mediada
microtúbulos 504 por receptor 558
«ÉDICINA MOLECULAR: Ensamblaje de microtúbulos 507 Tráfico de proteínas
ffmedades de las mitocondrias:
La organización de los microtú- en la endocitosis 563
•Kuropatía óptica hereditaria
bulos en el interior celular 509
deLeber 438
EXPERIMENTO CLAVE:
S.tRIMENTO CLAVE:
ora quimiosmótica 448 Motores microtubulares Receptor de las LDL 560
y movimientos 511
fcsumen y palabras clave 469 MEDICINA MOLECULAR:
Identificación de las proteínas Fibrosis quística 560
-¿•cuntas 471
motoras microtubulares 511 Resumen y palabras clave 567
Mografía 471
Transporte de mercancías Preguntas 568
y organización intracelular 515 Bibliografía 568
Citoesqueleto
Cilios y flagelos 517
y movimiento Reorganización de los microtúbu Paredes celulares,
celular 473 los durante la mitosis 519 matriz extracelular
Movimiento cromosómico 520 e interacciones
rsructura y organización de celulares 559
xs filamentos de actina 473 EXPERIMENTO CLAVE:
•samblaje y desensamblaje La expresión de una queratina mulante
Paredes celulares 569
causa un desarrollo anómalo
i'í '.^ filamentos de actina 474
en la piel 502 Paredes celulares bacterianas 569
rr=2nizadón de los filamentos
EXPERIMENTO CLAVE: Paredes celulares eucariotas 572
¡e actina 479 Aislamiento de la quinesia 512
xiadón de los filamentos Resumen y palabras clave 523 Matriz extracelular y las
be actina con la membrana Preguntas 525 interacciones célula-matriz 577
•friática 481 Bibliografía 525 Proteínas estructurales
ctuberancias de la superficie de la matriz 578
3¿¿ar 485 3 Membrana Polisacáridos de matriz 581
1 plasmática 529 Proteínas de adhesión
vrza, miosina y movimiento a la matriz 582
r=l-^ar 486
Interacciones célula-matriz 583
•teacdón muscular 486
Estructura de la membrana
naciones contrátiles plasmática 529 Interacciones célula-célula 587
le actina y miosina en células Bicapa lipídica 529 Uniones adhesivas 587
e musculares 491 Proteínas de membrana 532 Uniones estrechas 591
mas no musculares 493 Movilidad de las proteínas Uniones de tipo gap 592
•ación de extensiones de la membrana 537 Plasmodesmas 595
-.miento celular 494
Glicocálix 540
EXPERIMENTO CLAVE:
¡ intermedios 496 Transporte de moléculas Caracterización de la integrina 584
: E los filamentos pequeñas 540 MEDICINA MOLECULAR:
Enfermedades por las uniones
—«ios 497 Difusión pasiva 541
de tipo gap 594
Maje de los filamentos Difusión facilitada y proteínas
Resumen y palabras clave 596
—edios 499 transportadoras 542
Preguntas 598
ación intracelular de los Canales iónicos 543
Bibliografía 598
euros intermedios 500 Transporte activo dirigido
; de las queratinas por la hidrólisis de ATP 550
¡lamentos: Transporte activo dirigido
medades de la piel por gradientes iónicos 555
---.-:• " TTVIOSO 502
Vil
SECCIÓN iv REGULACK
15 Señalización Señalización vía NF-kB 637 Reguladores de la progresión
celular 603 Vías Hedgehog Wnt y Notch 638 del ciclo celular 659
Proteínas quinasas y la regulación
Transducción de señales del ciclo celular 659
Moléculas señalizadoras y citoesqueleto 640 Familias de ciclinas y quinasas
y sus receptores 603 Integrínas y transducción dependientes de ciclinas 664
Tipos de señalización de señales 641 Factores de crecimiento
célula-célula 604 Regulación del citoesqueleto y la regulación de las Cdk
Hormonas esteroideas de actina 641 deGl 667
y superfamilia de receptores
Puntos de control de lesiones
de asteroides 605 Redes de señalización 644
en el ADN 670
Óxido nítrico y monóxido Retroalimentación
de carbono 607 y relaciones cruzadas 644 Acontecimientos de la fase M 672
Neurotransmisores 608 Redes de transducción Etapas de la mitosis 672
Hormonas peptídicas de la señal celular 645 Cdkl/Ciclina B y la progresión
y factores de crecimiento 609 hacia la metafase 675
Eicosanoides 611 EXPERIMENTO CLAVE: Punto de control de ensamblaje
Receptores acoplados a proteínas G
Hormonas vegetales 612 y detección de olores 616 del huso y progresión hacia
MEDICINA MOLECULAR: anafase 678
Funciones de los receptores Cáncer, transducción de señales Citocinesis 680
y oncogenes ras 633
de la superficie celular 613
Receptores asociados Resumen y palabras clave 647 Meiosis y fecundación 681
a proteínas G 614 Preguntas 650 Proceso de la meiosis 681
Receptores proteína-tirosina Bibliografía 650 Regulación de la meiosis
quinasa 615 en los oocitos 684
Receptores de citoquinas Fecundación 687
y proteína-tirosina quinasas I r> Ciclo celular 653
no receptoras 620 EXPERIMENTO CLAVE:
Descubrimiento del MPF 660
Receptores asociados a otras
EXPERIMENTO CLAVE:
actividades enzimáticas 620 Ciclo celular eucariota 653 La identificación de la ciclina 663
Fases del ciclo celular 654 Resumen y palabras clave 688
Vías de transducción Regulación del ciclo celular Preguntas 690
intracelular de señales 621 por el crecimiento celular Bibliografía 690
Vía del AMPc: segundos y por señales extracelulares 655
mensajeros y fosforilación Puntos de control del ciclo
de proteínas 622 celular 657
GMP cíclico 624 Restringir la replicación del ADN
Fosfolípidos y Ca2+ 625 a una vez por ciclo celular 658
Las vías PI 3-Quinasa/Akt
ymTOR 628
Vía de las quinasas MAP 630
Vías JAK/STAT y TGF-b/Smad
636
1 Muerte y renovación Id Enfoques moleculares
». Cáncer 725 para el tratamiento del cáncer
celular 693 \M
761
Prevención y detección
'. celular programada 693 Desarrollo y causas del cáncer
precoz 761
- - : ;~:os de la apoptosis 694 719
Diagnóstico molecular 761
«pasas: Los ejecutores Tipos de cáncer 725
Tratamiento 763
i la apoptosis 697 Desarrollo del cáncer 727
fcsniadores centrales Causas del cáncer 728
EXPERIMENTO CLAVE:
í la apoptosis: la familia Propiedades de las células Descubrimiento
1 698 cancerosas 729 de los proto-oncogenes 742
• ¿e señalización Transformación de las células MEDICINA MOLECULAR:
t regulan la apoptosis 701 en cultivo 734 Imatinib: Tratamiento del cáncer
dirigido contra en oncogén bcr/abl 766
e alternativas de muerte
Virus tumorales 735 Resumen y palabras clave 767
r^lar programada 705
Virus de la hepatitis B y C 736 Preguntas 770
SV40 y poliomavirus 736 Bibliografía 770
I i. -_Lf madre
- i. -ar.tenimiento Papilomavirus 737
IT .:< tejidos adultos 705 Adenovirus 738 Respuestas a las preguntas 773
iréraáón de células Herpesvirus 738 Glosario 783
•«ciadas 706 Retrovirus 738 índice 799
-rradre 708
lociones médicas de las Oncogenes 739
y-:'.5~ madre de adulto 713 Oncogenes retrovíricos 739
Proto-oncogenes 740
'-•: — madre embrionarias Los oncogenes en el cáncer
- ¿ i: nación terapéutica 716
humano 743
• madre embrionarias 716
Funciones de los productos
r\cia nuclear de células
oncogénicos 747
- T_i-;a; 718
.iré totipotenciales Genes supresores de tumores
719 752
Identificación de los genes
STO CLAVE: Identificación supresores de tumores 752
os aenes necesarios para la muerte Funciones de los productos
¿mada 696 de los genes supresores
\~O CLAVE: Cultivo de
de tumores 756
~": ::~e embrionarias 715
Papel de los oncogenes
- .--r v oalabras clave 720
y de los genes supresores
"22
de tumores en el desarrollo
. — aria 722
del tumor 759