Bioquímica : las bases moleculares de la vida

Prefacio xi
Acerca de los autores xv

1 INTRODUCCIÓN A LA BIOQUÍMICA 1

¿QUÉ ES LA VIDA? 2
BIOMOLÉCULAS 4
Grupos funcionales de las biomoléculas orgánicas 5
Clase principales de biomoléculas pequeñas 5
¿ES LA CÉLULA VIVA UNA FÁBRICA DE PRODUCTOS QUÍMICOS? 12
Reacciones bioquímicas 13
Energía 16
Generalidades del metabolismo 17
Orden biológico 18
BIOLOGÍA DE SISTEMAS 19
Emergencia 20
Robustez 20
Modularidad 21
Métodos bioquímicos
Introducción 22
Resumen del capítulo 22
Lecturas recomendadas 23
Palabras clave 23
Preguntas de revisión 24
Preguntas de análisis 25

2 LAS CÉLULAS VIVAS 27

TEMAS BÁSICOS 29
Agua 29
Membranas biológicas 29
Autoensamblaje 30
Máquinas moleculares 31
Hacinamiento macromolecular 31
Transducción de señales 32
ESTRUCTURA DE LAS CÉLULAS PROCARIOTAS 32
Pared celular 33
Membrana plasmática 34
Citoplasma 35
Pili y flagelos 36
ESTRUCTURA DE LAS CÉLULAS EUCARIOTAS 36
Membrana plasmática 37
Retículo endoplásmico 38
Aparato de Golgi 41
Núcleo 42
Organelos vesiculares 44
Mitocondrias 48
Peroxisomas 50
Plástidos 50
Citoesqueleto 51
Ribosomas 56
Métodos bioquímicos
Tecnología celular 57
Resumen del capítulo 59
Lecturas recomendadas 60
Palabras clave 60
Preguntas de revisión 60
Preguntas de análisis 61

3 EL AGUA: LA MATRÍZ DE LA VIDA 62

ESTRUCTURA MOLECULAR DEL AGUA 63
ENLACES NO COVALENTES 64
Interacciones iónicas 65
Enlaces de hidrógeno 65
Fuerzas de van der Walals 66
PROPIEDADES TÉRMICAS DEL AGUA 67
PROPIEDADES DISOLVENTES DEL AGUA 69
Moléculas hidrófilas, estructuración del agua celular y transiciones sol-gel 69
Moléculas hidrófobas y efecto hidrofóbico 71
Moléculas anfipáticas 72
Presión osmótica 73
IONIZACIÓN DEL AGUA 77
Ácidos, bases y Ph 77
Amortiguadores 79
Amortiguadores fisiológicas 85
Bioquímica en perspectiva
Regulación de volumen celular y metabolismo 87
Resumen del capítulo 88
Lecturas recomendadas 89
Palabras clave 89
Preguntas de revisión 89
Preguntas de análisis 90

4 ENERGÍA 91

Termodinámica 93
Primera ley de la termodinámica 94
Segunda ley de la termodinámica 96
Energía libre 98
Variaciones de la energía libre estándar 98
Reacciones acopladas 100
Nueva perspectiva del efecto hidrófobo 102
Función del ATP 102
Resumen del capítulo 106
Lecturas recomendadas 106
Palabras clave 106
Preguntas de revisión 107
Preguntas de análisis 108

5 AMINOÁCIDOS, PÉPTIDOS Y PROTEÍNAS 109

Aminoácidos 111
Clases de aminoácidos 113
Aminoácidos con actividad biológica 114
Aminoácidos modificados en las proteínas 115
Estereoisómeros de los aminoácidos 115
Titulación de los aminoácidos 116
Reacciones de los aminoácidos 121
Péptidos 123
Proteínas 126
Estructura de las proteínas 127
El problema del plegamiento 142
Proteínas fibrosas 145
Proteínas globulares 148
Máquinas moleculares 153
Proteínas motoras 154
BIOQUÍMICA EN PERSPECTIVA
Seda de araña y biomimética 155
MÉTODOS BIOQUÍMICOS
Tecnología de proteínas 158
Resumen del capítulo 163
Lecturas recomendadas 163
Palabras clave 163
Preguntas de revisión 164
Preguntas de análisis 165

6 ENZIMAS 166

Propiedades de las enzimas 167
Clasificación de las enzimas 171
Cinética enzimática 174
Cinética de Michaelis – Menten 176
Gráficas de Lineweaver – Burk 178
Reacciones de sustratos múltiples 179
Inhibición enzimática 180
Cinética enzimática, metabolismo y hacinamiento macromolecular 186
Catálisis 187
Reacciones orgánicas y estado de transición 187
Mecanismos catalíticos 188
Función de los aminoácidos en la catálisis enzimática 191
Funciones de los cofactores en la catálisis enzimática 192
Efectos de la temperatura y El Ph en reacciones catalizadas por enzimas 194
Mecanismos detallados de la catálisis enzimática 196
Regulación enzimática 197
Control genético 199
Modificación covalente 199
Regulación alostérica 200
Compartimentación 202
Resumen del capítulo 204
Lecturas recomendadas 204
Palabras clave 205
Preguntas de revisión 205
Preguntas de análisis 206

7 CARBOHIDRATOS 208

Monosacáridos 209
Estereoisómeros de los monosacáridos 210
Estructura cíclica de los monosacáridos 210
Reacciones de los monosacáridos 213
Monosacáridos importantes 219
Derivados de monosacáridos 221
Disacáridos 222
Polisacáridos 223
Homoglucanos 223
Heteroglucanos 227
Glucoconjugados 229
Proteoglucanos 229
Glucoproteínas 230
Código de los azúcares 231
Lectinas: traductoras del código de los azúcares 233
Glucidoma 234
MÉTODOS BIOQUÍMICOS
Glucómica 235
Resumen del capítulo 236
Lecturas recomendadas 236
Palabras clave 237
Preguntas de revisión 237
Preguntas de análisis 238

8 METABOLISMO DE LOS CARBOHIDRATOS 239

Glucólisis 240
Reacciones de la vía glucolítica 243
Destinos del piruvato 249
Producción de energía a través de la glucólisis 251
Regulación de la glucólisis 252
Gluconeogénesis 255
Reacciones de la gluconeogénesis 255
Sustratos de la gluconeogénesis 259
Regulación de la gluconeogénesis 260
Vía de las pentosas fosfato 262
Metabolismo de otros azúcares importantes 266
Metabolismo de la fructuosa 266
Metabolismo del glucógeno 268
Glucogénesis 268
Glucogenólisis 271
Regulación del metabolismo del glucógeno 272
Bioquímica en perspectiva
El diseño turbo puede ser peligroso 257
Resumen del capítulo 276
Lecturas recomendadas 276
Palabras clave 276
Preguntas de revisión 277
Preguntas de análisis 277

9 METABOLISMO AEROBIO I: CICLO DEL ÁCIDO CÍTRICO 278

Reacciones de oxidación – reducción 280
Coenzimas redox 283
Metabolismo aeróbico 287
Ciclo del ácido cítrico 287
Conversión del piruvato en acetil – CoA 289
Reacciones del ciclo del ácido cítrico 292
Destino de los átomos de carbono en el ciclo del ácido cítrico 296
Ciclo del ácido cítrico anfibólico 296
Regulación del ciclo del ácido cítrico 298
El ciclo del ácido cítrico y la enfermedad humana 301
Ciclo del glioxilato 302
BIOQUÍMICA EN PERSPECTIVA
Historia evolutiva del ciclo del ácido cítrico 304
Resumen del capítulo 305
Lecturas recomendadas 306
Palabras clave 306
Preguntas de revisión 306
Preguntas de análisis 307

10 METABOLISMO AEROBIO II: TRANSPORTE DE ELECTRONES Y FOSFORILACIÓN OXIDATIVA 308

Transporte de electrones 309
Transporte de electrones y sus componentes 309
Transporte de electrones: los modelos del estado fluido y el estado sólido 316
Inhibidores del transporte eléctrico 316
Fosforilación oxidativa 317
Teoría quimioosmótica 317
Síntesis de ATP 320
Control de la fosforilación oxidativa 321
Oxidación total de la glucosa 322
Transporte electrónico desacoplado326
OXÍGENO, FUNCIONAMIENTO CELULAR Y ESTRÉS OXIDATIVO 326
Especies reactivas de oxígeno 327
Sistemas enzimáticos antioxidantes 332
Moléculas antioxidantes 334
BIOQUÍMICA EN PERSPECTIVA
Infarto al miocardio: isquemia y reperfusión 337
Resumen del capítulo 338
Lecturas recomendadas 338
Palabras clave 338
Preguntas de revisión 339
Preguntas de análisis 339

11 LÍPIDOS Y MEMBRANAS 340

Clases de lípidos 341
Ácidos grasos 341
Eicosanoides 344
Triacilgliceroles 347
Éstres de ceras 348
Fosfolípidos 348
Fosfolipasas 352
Esfingolípidos 352
Enfermedades del almacenamiento de esfingolípidos 354
Isoprenoides 355
Lipoproteínas 359
Membranas 362
Estructura de la membrana 362
Función de la membrana 368
BIOQUÍMICA EN PERSPECTIVA
Botulismo y fusión de membrana 375
Resumen del capítulo 376
Lecturas recomendadas 377
Palabras clave 377
Preguntas de revisión 378
Preguntas de análisis 379

12 METABOLISMO DE LOS LÍPIDOS 380

Ácidos grasos, triacilgliceroles y rutas de las lipoproteínas 381
Gliceroneogénesis y el ciclo del triacilglicerol 383
Degradación de los ácidos grasos 387
Oxidación completa de un ácido graso 391
Oxidación de los ácidos grasos: dobles enlaces y cadenas impares 393
Biosíntesis de los ácidos grasos 396
Regulación del metabolismo de los ácidos grasos en los mamíferos 404
Metabolismo de las lipoproteínas: la vía endógena 408
Metabolismo de los lípidos de la membrana 408
Metabolismo de los fosfolípidos 408
Metabolismo de los esfingolípidos 411
Metabolismo de los isoprenoides 411
Metabolismo del colesterol 411
La vía biosintética del colesterol y el tratamiento farmacológico 422
BIOQUÍMICA EN PERSPECTIVA
Aterosclerosis 409
BIOQUÍMICA EN PERSPECTIVA
Biotransformación 423
Resumen del capítulo 425
Lecturas recomendadas 425
Palabras clave 426
Preguntas de revisión 426
Preguntas de análisis 427

13 FOTOSÍNTESIS 428

Clorofila y cloroplastos 429
Luz 436
Reacciones a la luz 439
Fotosistema II y oxidación del agua 441
Fotosistema I y síntesis de NADPH 443
Fotofosforilación 445
Las reacciones dependientes de la luz 446
El ciclo de Calvin 446
Fotorrespiración 450
Alternativas al metabolismo C3 451
Regulación de la fotosíntesis 453
Control lumínico de la fotosíntesis 454
Control de la ribulosa – 1.5 – bifosfato carboxilasa 455
Resumen del capítulo 457
Lecturas recomendadas 457
Palabras clave 457
Preguntas de revisión 458
Preguntas de análisis 458

14 METABOLISMO DEL NITRÓGENO I: SÍNTESIS 460

Fijación del nitrógeno 461
Reacción de fijación 462
Asimilación de nitrógeno 464
Biosíntesis de los aminoácidos 465
Generalidades del metabolismo de los aminoácidos 465
Reacciones de los grupos amino 466
Síntesis de los aminoácidos 470
Reacciones biosintéticas que involucran aminoácidos 477
Metabolismo de un carbono 477
Glutatión 483
Neurotransmisores 485
Nucleótidos 487
Hem 496
Resumen del capítulo 497
Lecturas recomendadas 497
Palabras clave 497
Preguntas de revisión 498
Preguntas de análisis 499

15 METABOLISMO DEL NITRÓGENO II: DEGRADACIÓN 500

Recambio proteínico 501
Sistema proteasómico de ubicuitina 502
Sistema de autofagia lisosómica 504
Catabolismo de los aminoácidos 505
Desaminación 505
Síntesis de urea 506
Control del ciclo de la urea 509
Catabolismo de los esqueletos carbonados de los aminoácidos 510
Degradación de neurotransmisores 519
Degradación de los nucleótidos 519
Catabolismo de la purinas 520
Catabolismo de la pirimidinas 522
Resumen del capítulo 524
Lecturas recomendadas 524
Palabras clave 524
Preguntas de revisión 525
Preguntas de análisis 525

16 INTEGRACIÓN DEL METABOLISMO 527

Visión general del metabolismo 528
Hormonas y comunicación intercelular 530
Hormonas peptídicas 530
Factores de crecimiento 538
Mecanismos de las hormonas esteroides y de la tiroidea 539
Metabolismo en el cuerpo de los mamíferos: división del trabajo 539
Tubo digestivo 541
Hígado 541
Músculos 542
Tejido adiposo 542
Cerebro 542
Riñones 543
Ciclo alimentación – ayuno 543
Fase de alimentación 543
Fase de ayuno 547
Comportamiento alimentario 547
Resumen del capítulo 550
Lecturas recomendadas 551
Palabras clave 551
Preguntas de revisión 551
Preguntas de análisis 552

17 ÁCIDOS NUCLEICOS 553

DNA 557
Estructura del DNA: naturaleza de las mutaciones 560
Estructura del DNA: el material genético 564
Estructura del DNA: variaciones sobre un tema 566
Superenrrollamiento del DNA 569
Cromosomas y cromática 570
Estructura del genoma 575
RNA 579
RNA de transferencia 579
RNA ribosómico 582
RNA mensajero 583
RNA no codificador 583
Virus 584
Bacteriófgo T4 585
BIOQUÍMICA EN PERSPECTIVA
Investigaciones forenses 580
Lecturas recomendadas 587
Palabras clave 588
Preguntas de revisión 588
Preguntas de análisis 489

18 información genética 590

Información genética: replicación, reparación y recombinación 593
Replicación del DNA 593
Replicación del DNA 602
Reparaciones directas 604
Recombinación del DNA 607
Transcripción 623
Transcripción en procariotas 623
RNAP y el proceso de transcripción procariota 624
Transcripción en eucariotas 627
Expresión genética 633
Expresión genética en procariotas 635
Expresión genética en eucariotas 637
MÉTODOS BIOQUÍMICOS
Genómica 616
Resumen del capítulo 645
Lecturas recomendadas 645
Palabras clave 645
Preguntas de revisión 646
Preguntas de análisis 647

19 SÍNTESIS DE PROTEÍNAS 649

El código genético 651
Tendencia en el uso de condones 652
Interacciones codón – anticodón 653
Reacción de la aminoacil t RNA sintetasa 654
Síntesis de proteínas
Síntesis de proteínas en procariotas 659
Síntesis de proteínas en eucariotas 665
BIOQUÍMICA EN PERSPECTIVA
Reasignación de los codones dependiente del contexto 671
MÉTODOS BIOQUÍMICOS
Proteómica 682
Resumen del capítulo 683
Lecturas recomendadas 683
Palabras clave 683
Preguntas de revisión 684
Preguntas de análisis 685

Apéndice: soluciones A – 1
Glosario G – 1
Créditos C – 1
Índice alfabético I – 1