Nelson Lehninger Cox Principios de bioquímica David L ...
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David L. Nelson Michael M. Cox OMEGA Principios de bioquímica SEXTA EDICIÓN Lehninger
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David L. Nelson Michael M. Cox
OMEGAOMEGAEDICIONES OMEGA
Principios de bioquímicaSEXTA EDICIÓNLehninger
Principios de bioquímica
SEXTA
EDIC
IÓN
Lehninger
Nelson
Cox
Ilustración de la cubiertaRed de interacciones en una mitocondria animal. Cada punto representa un compuesto y cada línea un enzima que interconvierte los dos compuestos. Los nódulos principales incluyen ADP, ATP, NAD+ y NADH.
La imagen se construyó con el software Cytoscape de Anthony Smith en el laboratorio Medical Research Council Mitochondrial Biology Unit, Cambridge, UK, de Alan Robinson, utilizando datos de MitoMiner (Smith, A.C., Blackshaw, J.A., y Robinson, A.J. [2012], MitoMiner: a data warehouse for mitochondrial proteomics data. Nucleic Acids Res. 40, D1160-D1167.)
Imagen de fondo: micrografía electrónica de transmisión de una célula intercapsular de tejido adiposo marrón de murciélago. (Don W. Fawcett/Science Source/Photo Researchers.)
9 788428 216036
ISBN 978-84-282-1603-6
Prólogo� vi
1 Fundamentos�de�la�bioquímica� 1
I ESTRUCTURA�Y�CATÁLISIS 452 El�agua� 473 Aminoácidos,�péptidos�y�proteínas� 754 Estructura�tridimensional�de�las�proteínas� 1155 Función�de�las�proteínas� 1576 Enzimas� 1897 Glúcidos�y�glucobiología� 2438 Nucleótidos�y�ácidos�nucleicos� 2819 Tecnologías�de�la�información�basadas�en�el�DNA� 31310 Lípidos� 35711 Membranas�biológicas�y�transporte� 38512 Bioseñalización� 433
II BIOENERGÉTICA�Y�METABOLISMO� 50113 Bioenergética�y�tipos�de�reacciones�bioquímicas� 50514 Glucólisis,�gluconeogénesis�y�ruta��
de�las�pentosas�fosfato� 54315 Principios�de�regulación�metabólica� 58716 El�ciclo�del�ácido�cítrico� 63317 Catabolismo�de�los�ácidos�grasos� 66718 Oxidación�de�aminoácidos�y�producción�de�urea� 69519 Fosforilación�oxidativa�y�fotofosforilación� 73120 Biosíntesis�de�glúcidos�en�plantas�y�bacterias� 79921 Biosíntesis�de�lípidos� 83322 Biosíntesis�de�aminoácidos,�nucleótidos��
y�moléculas�relacionadas� 88123 Regulación�hormonal�e�integración�
del�metabolismo�de�los�mamíferos� 929
III LAS�RUTAS�DE�LA�INFORMACIÓN� 97724 Genes�y�cromosomas� 97925 Metabolismo�del�DNA� 100926 Metabolismo�del�RNA� 105727 Metabolismo�de�las�proteínas� 110328 Regulación�de�la�expresión�génica� 1153
Soluciones�abreviadas�de�los�problemas� SA-1Glosario� G-1Créditos� C-1Índice� I-1
xv
Índicegeneral Índicede�materias1 Fundamentosdelabioquímica 11.1 Fundamentos�celulares 3
Las células son las unidades estructurales y funcionales de todos los organismos vivos 3
Las dimensiones celulares están limitadas por la capacidad de difusión 3
Los seres vivos se pueden clasificar en tres dominios distintos 4
Los organismos difieren mucho respecto a fuentes de energía y precursores biosintéticos 4
Bacterias y Arqueas comparten muchas características pero difieren en muchos aspectos importantes 5
Las células eucarióticas poseen diversos orgánulos membranosos que pueden aislarse para su estudio 6
El citoplasma se organiza gracias al citoesqueleto y es altamente dinámico 8
Las células construyen estructuras supramoleculares 9Los estudios in vitro podrían no detectar interacciones
importantes entre moléculas 9
1.2 Fundamentos�químicos 11Las biomoléculas son compuestos de carbono con
diversos grupos funcionales 12Las células contienen un conjunto universal de
moléculas pequeñas 14
RECUADRO1–1 Peso�molecular,�masa�molecular�y�las�unidades�que�deben�utilizarse� 14
Las macromoléculas son los principales constituyentes de las células 15
La estructura tridimensional se describe en términos de configuración y conformación 16
RECUADRO1–2 Louis�Pasteur�y�la�actividad�óptica:�In vino, veritas� 18
Las interacciones entre las biomoléculas son estereoespecíficas 19
1.3 Fundamentos�físicos 20Los organismos vivos existen en un estado estacionario
dinámico y no se encuentran nunca en equilibrio con su entorno 21
Los organismos transforman energía y materia de su entorno 21
El flujo de electrones proporciona energía para los organismos 21
RECUADRO1–3 Entropía:�las�cosas�se�desmoronan� 22Crear y mantener el orden requiere trabajo
y energía 22El acoplamiento energético conecta las reacciones
biológicas 23Keq y DG° miden la tendencia de una reacción
a transcurrir espontáneamente 25Los enzimas facilitan secuencias de reacciones químicas 27El metabolismo está regulado para conseguir equilibrio
y economía 28
1.4 Fundamentos�genéticos 29La continuidad genética reside en las moléculas de DNA 30La estructura del DNA hace posible su replicación
y reparación con fidelidad casi perfecta 30La secuencia lineal del DNA codifica proteínas
con estructuras tridimensionales 31
Índice de materiasxvi
2.4 El�agua�como�reactivo� 69
2.5 La�adecuación�del�ambiente�acuoso��a�los�organismos�vivos� 69
3 Aminoácidos,péptidosyproteínas 753.1 Aminoácidos� 76
Los aminoácidos tienen características estructurales comunes 76
Los residuos aminoácidos de las proteínas son estereoisómeros l 77
Los aminoácidos se pueden clasificar según su grupo R 78
RECUADRO3–1 MÉTODOS.�Absorción�de�la�luz�por�las�moléculas:�ley�de�Lambert-Beer� 80
Los aminoácidos no estándar también tienen importantes funciones 81
Los aminoácidos pueden actuar como ácidos y como bases 81
Los aminoácidos tienen curvas de titulación características 82
La curva de titulación predice la carga eléctrica de los aminoácidos 84
Los aminoácidos difieren en sus propiedades ácido-base 84
3.2 Péptidos�y�proteínas� 85Los péptidos son cadenas de aminoácidos 85Los péptidos pueden distinguirse por su
comportamiento de ionización 86Los péptidos y polipéptidos biológicamente activos se
presentan en una gran variedad de composiciones y tamaños 87
Algunas proteínas contienen grupos químicos diferentes a los aminoácidos 88
3.3 Trabajar�con�proteínas� 89Las proteínas se pueden separar y purificar 89Las proteínas pueden separarse y caracterizarse
por electroforesis 92Es posible cuantificar proteínas no aisladas 94
3.4 Estructura�de�las�proteínas:�estructura�primaria� 96La función de una proteína depende de su secuencia
de aminoácidos 97Se ha determinado la secuencia de aminoácidos
de millones de proteínas 97La química de proteínas se enriquece con métodos
derivados de la secuenciación clásica de polipéptidos 98
La espectrometría de masas es un método alternativo para determinar secuencias de aminoácidos 100
Es posible sintetizar químicamente péptidos y proteínas pequeñas 102
La secuencia de aminoácidos proporciona información bioquímica importante 103
Las secuencias de proteínas permiten deducir la historia de la vida en la Tierra 104
RECUADRO3–2 Secuencias�consenso�y�logotipos�de�secuencia� 105
4 Estructuratridimensionaldelasproteínas 115
4.1 Visión�general�de�la�estructura�de�las�proteínas� 115La conformación de una proteína está estabilizada
principalmente por interacciones débiles 116El enlace peptídico es plano y rígido 118
1.5 Fundamentos�evolutivos� 32Los cambios en las instrucciones hereditarias hacen
posible la evolución 32Las primeras biomoléculas aparecieron por evolución
química 33Los primeros genes y catalizadores podrían haber sido
moléculas de RNA o precursores relacionados 34La evolución biológica empezó hace más de tres mil
quinientos millones de años 35La primera célula utilizó probablemente combustibles
inorgánicos 35Las células eucarióticas evolucionaron a partir de
precursores más simples a través de diversas fases 36La anatomía molecular revela relaciones evolutivas 38La genómica funcional permite asignar genes a
procesos celulares específicos 39Las comparaciones genómicas tienen una importancia
cada vez mayor en la biología y medicina humanas 39
I ESTRUCTURAYCATÁLISIS 45
2 Elagua 472.1 Interacciones�débiles�en�los�sistemas�acuosos� 47
Los enlaces de hidrógeno confieren al agua sus propiedades extraordinarias 47
El agua forma enlaces de hidrógeno con los solutos polares 49
El agua interacciona electrostáticamente con los solutos cargados 50
La entropía aumenta cuando se disuelve una sustancia cristalina 51
Los gases apolares son poco solubles en agua 51Los compuestos apolares fuerzan cambios
energéticamente desfavorables en la estructura del agua 51
Las interacciones de van der Waals son atracciones interatómicas débiles 53
Las interacciones débiles son cruciales para la estructura y función de las macromoléculas 53
Los solutos afectan a las propiedades coligativas de las disoluciones acuosas 55
2.2 Ionización�del�agua,�ácidos�débiles�y�bases�débiles� 58El agua pura está ligeramente ionizada 58La ionización del agua se expresa mediante una
constante de equilibrio 59La escala de pH representa las concentraciones de H
y OH– 60Los ácidos y las bases débiles tienen constantes de
disociación características 61Las curvas de titulación proporcionan el pKa
de los ácidos débiles 62
2.3 Tamponamiento�contra�cambios�de�pH��en�los�sistemas�biológicos� 63Los tampones son mezclas de ácidos débiles y sus bases
conjugadas 64La ecuación de Henderson-Hasselbalch relaciona pH,
pKa y concentración de tampón 64Ácidos o bases débiles tamponan células y tejidos
contra cambios de pH 65La diabetes no tratada produce acidosis que puede ser
mortal 67
RECUADRO2-1 MEDICINA.�Sobre�cómo�ser�un�conejillo�de�Indias�(no�lo�intente�en�casa)� 68
Índice de materias xvii
Las interacciones proteína-ligando se pueden describir cuantitativamente 160
La estructura proteica afecta al modo de unión del ligando 162
El oxígeno es transportado en la sangre por la hemoglobina 163
Las subunidades de la hemoglobina son estructuralmente similares a la mioglobina 163
La hemoglobina experimenta un cambio estructural al unirse al oxígeno 164
La hemoglobina une oxígeno de manera cooperativa 165La unión cooperativa de ligando puede ser descrita
cuantitativamente 167Existen dos modelos que explican los mecanismos
de la unión cooperativa 167
RECUADRO5–1 MEDICINA.�Monóxido�de�carbono:�un�asesino�silencioso�� 168
La hemoglobina también transporta H y CO2 170La unión de oxígeno a la hemoglobina está regulada
por el 2,3-bisfosfoglicerato 171La anemia falciforme es una enfermedad molecular
de la hemoglobina 172
5.2 Interacciones�complementarias�entre�proteínas��y�ligandos:�el�sistema�inmune�y�las�inmunoglobulinas� 174En la respuesta inmune interviene un conjunto de
células y proteínas especializadas 175Los anticuerpos poseen dos lugares idénticos de
unión a antígeno 176Los anticuerpos se unen fuertemente y de manera
específica al antígeno 177Las interacciones antígeno-anticuerpo son la base
de diversos procesos analíticos importantes 178
5.3 Interacciones�proteicas�moduladas�por�energía�química:�actina,�miosina�y�motores�moleculares� 180Las principales proteínas del músculo son la miosina
y la actina 180Otras proteínas adicionales organizan los filamentos
delgado y grueso para dar estructuras ordenadas 181Los filamentos gruesos de miosina se deslizan a lo largo
de los filamentos delgados de actina 182
6 Enzimas 1896.1 Introducción�a�los�enzimas� 189
La mayoría de enzimas son proteínas 190Los enzimas se clasifican según la reacción catalizada 190
6.2 Funcionamiento�de�los�enzimas� 191Los enzimas alteran las velocidades de reacción, pero
no los equilibrios 192Las velocidades de reacción y los equilibrios tienen
definiciones termodinámicas precisas 194Unos pocos principios explican el poder catalítico
y la especificidad de los enzimas 194Las interacciones débiles entre enzima y sustrato
son óptimas en el estado de transición 195La energía de fijación contribuye a la especificidad
de reacción y a la catálisis 197Grupos catalíticos específicos contribuyen a la catálisis 199
6.3 La�cinética�enzimática�como�método�para��comprender�el�mecanismo� 200La concentración de sustrato afecta a la velocidad
de las reacciones catalizadas por enzimas 200
4.2 Estructura�secundaria�de�las�proteínas� 120La hélice a es una estructura secundaria habitual
en proteínas 120
RECUADRO4–1 MÉTODOS.�Cómo�distinguir�la�mano�derecha��de�la�izquierda�� 121
La secuencia de aminoácidos afecta a la estabilidad de la hélice a 122
La conformación b organiza las cadenas polipeptídicas en forma de hoja 123
Los giros b son frecuentes en las proteínas 123Las estructuras secundarias comunes tienen ángulos
diedros característicos 124Las estructuras secundarias comunes pueden evaluarse
mediante dicroísmo circular 124
4.3 Estructuras�terciaria�y�cuaternaria��de�las�proteínas� 125Las proteínas fibrosas están adaptadas a una función
estructural 126
RECUADRO4–2 La�ondulación�permanente�es�un�ejemplo��de�ingeniería�bioquímica� 127
En las proteínas globulares, la diversidad estructural refleja la diversidad funcional 129
RECUADRO4–3 MEDICINA.�Curación�de�enfermedades�mediante�la�inhibición�de�topoisomerasas� 130
La mioglobina proporcionó las primeras claves acerca de la complejidad de las estructuras proteicas globulares 132
RECUADRO4–4 El�banco�de�datos�de�estructura�de�proteínas�(Protein Data Bank,�PDB)� 133
RECUADRO4–5 MÉTODOS.�Métodos�para�determinar��la�estructura�tridimensional�de�una�proteína�� 134
Las proteínas globulares tienen estructuras terciarias diversas 137
Los motivos proteicos constituyen la base de la clasificación estructural de las proteínas 139
Las estructuras cuaternarias de las proteínas comprenden desde dímeros sencillos hasta grandes complejos 139
Algunas proteínas o segmentos de proteína están intrínsecamente desordenados 141
4.4 Desnaturalización�y�plegamiento�de�proteínas� 142La pérdida de la estructura proteica conduce
a la pérdida de función 143La secuencia de aminoácidos determina la estructura
terciaria 145Los polipéptidos se pliegan rápidamente según
un proceso en varias etapas 145Algunas proteínas experimentan un plegamiento
de tipo asistido 146Defectos en el plegamiento de proteínas constituyen
la base molecular de una amplia gama de enfermedades genéticas humanas 148
RECUADRO4–6 MEDICINA.�Muerte�por�plegamiento�incorrecto:�las�enfermedades�priónicas�� 152
5 Funcióndelasproteínas 1575.1 Unión�reversible�de�una�proteína�a�un�ligando:�
proteínas�de�unión�a�oxígeno� 158El oxígeno puede unirse a un grupo prostético hemo 158Las globinas son una familia de proteínas de unión
de oxígeno 159La mioglobina tiene un único sitio de fijación para
el oxígeno 159
Índice de materiasxviii
RECUADRO7–2 El�azúcar�es�dulce,�pero�algunas�otras�cosas�también� 254
7.2 Polisacáridos� 254Algunos homopolisacáridos son formas
de almacenamiento de combustible 255Algunos homopolisacáridos tienen función estructural 256Los factores estéricos y los puentes de hidrógeno
contribuyen al plegamiento de los homopolisacáridos 258Las paredes celulares de algas y bacterias contienen
heteropolisacáridos estructurales 259Los glucosaminoglucanos son heteropolisacáridos
de la matriz extracelular 260
7.3 Glucoconjugados:�proteoglucanos,�glucoproteínas��y�glucoesfingolípidos� 262Los proteoglucanos son macromoléculas de la
superficie celular y de la matriz extracelular que contienen glucosaminoglucanos 264
Las glucoproteínas contienen oligosacáridos unidos covalentemente 266
Los glucolípidos y los lipopolisacáridos son componentes de la membrana 268
7.4 Los�glúcidos�son�moléculas�que�contienen�información:�el�código�de�los�azúcares� 269Las lectinas son proteínas que leen el código
de los azúcares y que intervienen en muchos procesos biológicos 269
Las interacciones lectina-glúcido son muy específicas y, a menudo, polivalentes 272
7.5 Trabajar�con�glúcidos� 274
8 Nucleótidosyácidosnucleicos 2818.1 Algunos�conceptos�básicos� 281
Los nucleótidos y ácidos nucleicos están formados por bases y pentosas características 281
Los nucleótidos sucesivos de los ácidos nucleicos están unidos por enlaces fosfodiéster 284
Las propiedades de las bases de los nucleótidos influyen en la estructura tridimensional de los ácidos nucleicos 286
8.2 Estructura�de�los�ácidos�nucleicos� 287El DNA es una doble hélice que almacena información
genética 288El DNA puede adoptar diferentes formas
tridimensionales 290Algunas secuencias de DNA adoptan estructuras
no habituales 291Los RNA mensajeros codifican las cadenas
polipeptídicas 293Muchos RNA tienen estructuras tridimensionales
complejas 294
8.3 Química�de�los�ácidos�nucleicos� 297El DNA y el RNA de doble hélice pueden
desnaturalizarse 297Los ácidos nucleicos de especies diferentes pueden
formar híbridos 298Los nucleótidos y los ácidos nucleicos experimentan
transformaciones no enzimáticas 299Algunas bases del DNA están metiladas 302Es posible determinar las secuencias de largas cadenas
de DNA 302La síntesis química de DNA ha sido automatizada 304
La relación entre concentración de sustrato y velocidad de reacción enzimática se expresa en términos cuantitativos 202
Los parámetros cinéticos se utilizan para comparar actividades enzimáticas 203
RECUADRO6–1 Transformaciones�de�la�ecuación�de�Michaelis-Menten:�gráfica�de�los�dobles�recíprocos�� 204
Muchos enzimas catalizan reacciones en las que intervienen dos o más sustratos 206
La cinética del estado preestacionario puede aportar pruebas sobre pasos específicos de la reacción 206
Los enzimas están sujetos a inhibición reversible o irreversible 207
RECUADRO6–2 Pruebas�cinéticas�para�determinar��los�mecanismos�de�inhibición�� 209
RECUADRO6–3 MEDICINA.�Un�caballo�de�Troya�bioquímico��para�la�curación�de�la�enfermedad�del�sueño�africana�� 211
La actividad enzimática depende del pH 212
6.4 Ejemplos�de�reacciones�enzimáticas� 214El mecanismo de la quimotripsina implica acilación
y desacilación de un residuo Ser 214El conocimiento del mecanismo de las proteasas
conduce a nuevos tratamientos para las infecciones con VIH 218
En la hexoquinasa se produce un encaje inducido durante la unión del sustrato 219
El mecanismo de reacción de la enolasa requiere la presencia de iones metálicos 220
La lisozima utiliza dos reacciones de desplazamiento nucleofílico sucesivas 220
La compresión de los mecanismos enzimáticos impulsa importantes avances en antibióticos útiles 224
6.5 Enzimas�reguladores� 226Los enzimas alostéricos experimentan cambios
de conformación en respuesta a la unión de moduladores 226
Las propiedades cinéticas de los enzimas alostéricos divergen del comportamiento de Michaelis-Menten 227
Algunos enzimas están regulados por modificación covalente reversible 228
Los grupos fosforilo afectan la estructura y la actividad catalítica de los enzimas 229
Las fosforilaciones múltiples permiten un control exquisito de la regulación 230
Algunos enzimas y otras proteínas son regulados mediante la rotura proteolítica de un precursor enzimático 231
Una cascada de zimógenos activados proteolíticamente conduce a la coagulación de la sangre 232
Algunos enzimas reguladores utilizan varios mecanismos de regulación 235
7 Glúcidosyglucobiología 2437.1 Monosacáridos�y�disacáridos� 243
Las dos familias de monosacáridos son las aldosas y las cetosas 244
Los monosacáridos tienen centros asimétricos 244Los monosacáridos comunes tienen estructura cíclica 245Los organismos contienen numerosos derivados
de las hexosas 248
RECUADRO7–1 MEDICINA.�Determinación�de�la�glucosa�sanguínea�en�el�diagnóstico�y�el�tratamiento�de�la�diabetes� 250
Los monosacáridos son agentes reductores 251Los disacáridos contienen un enlace glucosídico 252
Índice de materias xix
Las ceras sirven como almacenes de energía y como cubiertas impermeables al agua 362
10.2 Lípidos�estructurales�de�las�membranas�� 362Los glicerofosfolípidos son derivados del ácido
fosfatídico 363Algunos glicerofosfolípidos tienen ácidos grasos
unidos por enlace éter 364Los cloroplastos contienen galactolípidos
y sulfolípidos 365Las arquebacterias contienen lípidos de membrana
singulares 365Los esfingolípidos son derivados de la esfingosina 366Los esfingolípidos de la superfície celular son sitios
de reconocimiento biológico 366Los fosfolípidos y los esfingolípidos se degradan
en los lisosomas 368Los esteroles tienen cuatro anillos hidrocarbonados
fusionados 368
RECUADRO10–1 MEDICINA.�Acumulación�anormal�de�lípidos�de�membrana:�algunas�enfermedades�genéticas�humanas� 369
10.3 Lípidos�como�señales,�cofactores�y�pigmentos�� 370Los fosfatidilinositoles y algunos derivados de la
esfingosina actúan como señales intracelulares 370Los icosanoides son portadores de mensajes a las
células vecinas 371Las hormonas esteroides transportan mensajes entre
tejidos 372Las plantas vasculares producen millares de señales
volátiles 372Las vitaminas A y D son precursores hormonales 373Las vitaminas E y K y las quinonas lipídicas son
cofactores de oxidación-reducción 374Los dolicoles activan precursores glucídicos para
la biosíntesis 376Muchos pigmentos naturales son dienos conjugados
lipídicos 376Los policétidos son productos naturales
con actividades biológicas potentes 376
10.4 Trabajar�con�lípidos�� 377La extracción de lípidos requiere la utilización
de disolventes orgánicos 377La cromatografía de adsorción separa los lípidos
de polaridad diferente 377La cromatografía gas-líquido separa las mezclas
de derivados lipídicos volátiles 378La hidrólisis específica facilita la determinación
de la estructura lipídica 379La espectrometría de masas revela la estructura
lipídica completa 379La lipidómica pretende catalogar todos los lípidos
y sus funciones 379
11 Membranasbiológicasytransporte 38511.1 Composición�y�arquitectura�de�las�membranas�� 386
Cada tipo de membrana tiene lípidos y proteínas característicos 386
Todas las membranas biológicas comparten ciertas propiedades fundamentales 387
El elemento básico estructural de las membranas es una bicapa lipídica 387
Tres tipos de proteínas de membrana difieren en su asociación con la misma 389
Muchas proteínas de membrana abarcan la bicapa lipídica 389
8.4 Otras�funciones�de�los�nucleótidos�� 306Los nucleótidos transportan energía química
en las células 306Los nucleótidos de adenina forman parte de muchos
cofactores enzimáticos 307Algunos nucleótidos son moléculas reguladoras 308
9 TecnologíasdelainformaciónbasadasenelDNA 313
9.1 Estudio�de�los�genes�y�sus�productos�� 314Los genes pueden aislarse por clonación de DNA 314El DNA recombinante se obtiene mediante
endonucleasas de restricción y DNA ligasa 314Los vectores de clonación permiten la amplificación
de fragmentos de DNA insertados 317La expresión de genes clonados puede producir
grandes cantidades de proteína 321Para expresar proteínas recombinantes se usan muchos
sistemas diferentes 321La alteración de los genes clonados produce proteínas
modificadas 323Las etiquetas terminales crean sitios de unión para
la purificación por afinidad 325La reacción en cadena de la polimerasa puede
amplificar secuencias génicas 327
RECUADRO9–1 MÉTODOS.�Una�herramienta�poderosa��en�la�medicina�forense� 329
9.2 Métodos�basados�en�el�DNA�para�comprender�la�función�de�las�proteínas� 331Las bibliotecas genómicas, o genotecas, proporcionan
catálogos especializados de información genética 332Las relaciones entre las secuencias o las estructuras
suministran información sobre la función de las proteínas 333
Las proteínas de fusión y la inmunofluorescencia pueden localizar proteínas en las células 333
Las interacciones proteína-proteína pueden contribuir a determinar la función de las proteínas 334
Los microchips de DNA suministran información sobre los patrones de expresión de RNA y otros aspectos 337
9.3 La�genómica�y�la�historia�humana� 339La secuenciación genómica se beneficia de métodos
de secuenciación de DNA de nueva generación 339
RECUADRO9–2 MEDICINA.�Medicina�genómica�personalizada� 340El genoma humano contiene genes y muchos otros
tipos de secuencias 342La secuenciación del genoma suministra información
sobre aquello que nos hace humanos 345Las comparaciones genómicas ayudan a localizar
los genes implicados en enfermedades 347Las secuencias genómicas nos informan sobre nuestro
pasado y ofrecen oportunidades de futuro 349
RECUADRO9–3 Conocer�mejor�a�los�neandertales�� 350
10 Lípidos 35710.1 Lípidos�de�almacenamiento�� 357
Los ácidos grasos son derivados de hidrocarburos 357Los triacilgliceroles son ésteres de ácidos grasos
y glicerol 360Los triacilgliceroles aportan energía almacenada
y aislamiento 360La hidrogenación parcial de los aceites de cocina
produce ácidos grasos trans 361
Índice de materiasxx
12.2 Receptores�acoplados�a�proteína�G�y�segundos�mensajeros� 437El sistema receptor b-adrenérgico actúa a través
del segundo mensajero cAMP 438
RECUADRO12–2 MEDICINA.�Proteínas�G:�interruptores�binarios�en�la�salud�y�la�enfermedad� 441
Diversos mecanismos inducen la interrupción de la respuesta del receptor b-adrenérgico 444
El receptor b-adrenérgico se desensibiliza mediante fosforilación y por asociación con arrestina 444
El AMP cíclico actúa como segundo mensajero para muchas moléculas reguladoras 445
Diacilglicerol, inositol trisfosfato y Ca2 tienen papeles relacionados como segundos mensajeros 447
RECUADRO12–3 MÉTODOS.�FRET:�bioquímica�visualizada��en�una�célula�viva�� 448
El calcio es un segundo mensajero que puede estar localizado en el espacio y en el tiempo 451
Los GPCR intervienen en las acciones de muchas señales 452
12.3 Receptores�tirosina�quinasas�� 453La estimulación del receptor de insulina inicia una
cascada de reacciones de fosforilación de proteínas 453El fosfolípido de membrana PIP3 actúa en una rama
de la señalización de la insulina 456En el sistema de señalización JAK-STAT también
interviene la actividad tirosina quinasa 457La comunicación cruzada entre sistemas
de señalización es frecuente y compleja 458
12.4 Receptores�guanilil�ciclasas,�cGMP�y�proteína�quinasa�G� 459
12.5 Proteínas�adaptadoras�polivalentes�y�balsas��de�membrana� 460Módulos proteicos unen residuos Tyr, Ser o Thr
fosforilados de proteínas asociadas 460Las balsas de membrana y las caveolas pueden
segregar proteínas de señalización 463
12.6 Canales�iónicos�de�entrada�regulada�� 464Los canales iónicos son el fundamento de la
señalización eléctrica en células excitables 464Los canales iónicos de compuerta regulada por voltaje
producen potenciales de acción neuronales 465El receptor de acetilcolina es un canal iónico regulado
por ligando 467Las neuronas tienen canales receptores que
responden a diferentes neurotransmisores 468Las toxinas apuntan a los canales iónicos 468
12.7 Integrinas:�receptores�de�adhesión�molecular�bidireccionales�� 469
12.8 Regulación�de�la�transcripción�por�receptores�nucleares�de�hormonas�� 471
12.9 Señalización�en�microorganismos�y�plantas�� 472La señalización bacteriana necesita la fosforilación
en un sistema de dos componentes 472Los sistemas de señalización en plantas tienen
algunos de los componentes utilizados por microbios y mamíferos 473
Las plantas detectan etileno a través de un sistema de dos componentes y una cascada MAPK 474
Las proteínas integrales son sostenidas en la membrana por interacciones hidrofóbicas con lípidos 390
A partir de su secuencia puede predecirse a veces la topología de una proteína integral de membrana 391
Lípidos unidos covalentemente anclan algunas proteínas de membrana 394
11.2 Dinámica�de�membranas�� 395Los grupos acilo del interior de la bicapa están
ordenados en grados diferentes 395El movimiento de lípidos transbicapa requiere
catálisis 396Lípidos y proteínas difunden lateralmente
en la bicapa 397Los esfingolípidos y el colesterol se agrupan
conjuntamente en balsas de membrana 398La curvatura y la fusión de membranas son cruciales
en muchos procesos biológicos 399Ciertas proteínas integrales de la membrana
plasmática favorecen la adhesión superficial, la señalización y otros procesos celulares 402
11.3 Transporte�de�solutos�a�través�de�membranas�� 402Proteínas de membrana facilitan el transporte pasivo 403Los transportadores y los canales iónicos son
fundamentalmente diferentes 404El transportador de glucosa de los eritrocitos facilita
el transporte pasivo 405El intercambiador de cloruro-bicarbonato cataliza
el cotransporte electroneutro de aniones a través de la membrana plasmática 406
RECUADRO11–1 MEDICINA.�Transporte�defectuoso�de�glucosa�y�de�agua�en�dos�formas�de�diabetes� 408
El transporte activo da lugar al movimiento de soluto contra un gradiente de concentración o un gradiente electroquímico 409
Las ATPasas tipo P experimentan fosforilación durante sus ciclos catalíticos 410
Las ATPasa tipo V y tipo F son bombas de protones impulsadas por el ATP 411
Los transportadores ABC utilizan ATP para impulsar el transporte activo de una amplia gama de sustratos 413
Los gradientes de iones proporcionan la energía para el transporte activo secundario 414
RECUADRO11–2 MEDICINA.�Un�canal�iónico�defectuoso��en�la�fibrosis�quística� 415
Las acuaporinas forman canales transmembrana hidrofílicos para el paso del agua 418
Los canales selectivos de iones permiten el movimiento rápido de iones a través de las membranas 420
La función del canal iónico se mide eléctricamente 421La estructura de un canal K+ muestra las bases
de una especificidad 421Los canales iónicos de compuerta son básicos
en la función neuronal 424Canales iónicos defectuosos pueden tener
consecuencias fisiológicas graves 424
12 Bioseñalización 43312.1 Características�generales�de�la�transducción��
de�señales�� 433RECUADRO12–1 MÉTODOS.�El�análisis�de�Scatchard�cuantifica�
la�interacción�receptor-ligando� 435
Índice de materias xxi
RECUADRO13–1 Los�destellos�de�la�luciérnaga:�informes�resplandecientes�del�ATP�� 525
El ATP aporta energía para el transporte activo y la contracción muscular 525
Las transfosforilaciones entre nucleótidos se dan en todos los tipos celulares 526
El polifosfato inorgánico es un dador potencial de grupos fosforilo 527
13.4 Reacciones�de�oxidación-reducción�biológicas�� 527El flujo de electrones puede realizar trabajo biológico 528Las óxido-reducciones se pueden describir en forma
de semirreacciones 528En las oxidaciones biológicas interviene
con frecuencia la deshidrogenación 529Los potenciales de reducción son una medida
de la afinidad por los electrones 530Los potenciales de reducción estándar permiten
el cálculo de la variación de energía libre 531La oxidación celular de glucosa a dióxido de carbono
requiere transportadores de electrones especializados 532
Unos cuantos tipos de coenzimas y proteínas actúan como transportadores universales de electrones 532
El NADH y el NADPH actúan con las deshidrogenasas como transportadores solubles de electrones 532
La carencia de niacina, forma vitamínica del NAD y del NADP, en la dieta produce pelagra 535
Los nucleótidos de flavina están fuertemente unidos en las flavoproteínas 535
14 Glucólisis,gluconeogénesisyrutadelaspentosasfosfato 543
14.1 Glucólisis�� 544Una visión global: la glucólisis tiene dos fases 544La fase preparatoria de la glucólisis precisa ATP 548La fase de beneficios de la glucólisis produce ATP
y NADH 550El balance global muestra una ganancia neta de ATP 555La glucólisis está sometida a una regulación estricta 555
RECUADRO14–1 MEDICINA.�La�alta�velocidad�de�la�glucólisis�en�los�tumores�sugiere�dianas�para�la�quimioterapia��y�facilita�el�diagnóstico�� 556
La captación de glucosa es deficiente en la diabetes mellitus tipo 1 558
14.2 Rutas�alimentadoras�de�la�glucólisis�� 558Los polisacáridos y disacáridos de la dieta
se hidrolizan a monosacáridos 558El glucógeno y el almidón endógenos se degradan
mediante fosforólisis 560Otros monosacáridos aparte de la glucosa pueden
entrar en diferentes puntos de la ruta glucolítica 561
14.3 Destinos�del�piruvato�en�condiciones�anaeróbicas:�fermentación�� 563El piruvato es el aceptor electrónico terminal
en la fermentación láctica 563
RECUADRO14–2 MEDICINA.�Atletas,�caimanes�y�celacantos:��la�glucólisis�en�condiciones�limitantes�de�oxígeno�� 564
El etanol es el producto reducido en la fermentación alcohólica 565
La tiamina pirofosfato transporta grupos “aldehído activos” 565
RECUADRO14–3 MEDICINA.�Fermentaciones�alcohólicas:�elaboración�de�la�cerveza�y�producción�de�biocombustibles�� 566
Proteína quinasas tipo receptor transducen señales de péptidos 475
12.10Transducción�sensorial�en�la�vista,�el�olfato��y�el�gusto�� 476El sistema visual utiliza mecanismos GPCR clásicos 476La rodopsina excitada actúa a través de la proteína G
transducina reduciendo la concentración de cGMP 478La señal visual se interrumpe rápidamente 478Los conos están especializados en la visión en color 480RECUADRO12–4 MEDICINA.�Daltonismo:�experimento�de��
John�Dalton�desde�la�tumba�� 480El olfato y el gusto en vertebrados utilizan
mecanismos similares al sistema visual 481Los GPCR de los sistemas sensoriales comparten
diversas características con los GPCR de los sistemas de señalización hormonal 482
12.11Regulación�del�ciclo�celular�por�proteína�quinasas� 483El ciclo celular tiene cuatro fases 484Los niveles de las proteína quinasas dependientes
de ciclina experimentan oscilaciones 484Las CDK regulan la división celular por fosforilación
de proteínas clave 487
12.12Oncogenes,�genes�supresores�de�tumores��y�muerte�celular�programada� 488Los oncogenes son formas mutadas de genes
de proteínas que regulan el ciclo celular 488Defectos en ciertos genes eliminan las restricciones
normales sobre la división celular 489
RECUADRO12–5 MEDICINA.�Desarrollo�de�inhibidores��de�proteína�quinasas�para�el�tratamiento�del�cáncer�� 490
La apoptosis es el suicidio celular programado 493
II BIOENERGÉTICAYMETABOLISMO 501
13 Bioenergéticaytiposdereaccionesbioquímicas 505
13.1 Bioenergética�y�termodinámica�� 506Las transformaciones biológicas de energía obedecen
las leyes de la termodinámica 506Las células precisan fuentes de energía libre 507La variación de energía libre estándar está
directamente relacionada con la constante de equilibrio 507
El cambio de energía libre real depende de las concentraciones de reactivos y productos 508
Las variaciones de energía libre estándar son aditivas 510
13.2 Lógica�química�y�reacciones�bioquímicas�comunes�511Las ecuaciones bioquímicas y químicas no son
idénticas 516
13.3 Transferencia�de�grupos�fosforilo�y�ATP�� 517La variación de energía libre en la hidrólisis del ATP
es grande y negativa 517Otros compuestos fosforilados y tioésteres también
tienen energías libres de hidrólisis elevadas 519El ATP proporciona energía por transferencia
de grupo y no por simple hidrólisis 522El ATP dona grupos fosforilo, pirofosforilo y adenililo 523La formación de macromoléculas informativas
requiere energía 524
Índice de materiasxxii
RECUADRO15–2 Isozimas:�proteínas�diferentes�que�catalizan�la�misma�reacción�� 602
La hexoquinasa IV (glucoquinasa) y la fructosa 6-fosfatasa están reguladas a nivel de transcripción 604
La fosfofructoquinasa-l y la fructosa 1,6-bisfosfatasa se regulan recíprocamente 604
La fructosa 2,6-bisfosfato es un regulador alostérico potente de la PFK-1 y de la FBPasa-1 605
La xilulosa 5-fosfato es un regulador clave de los metabolismos glucídico y lípidico 605
El enzima glucolítico piruvato quinasa es inhibido alostéricamente por el ATP 607
La conversión gluconeogénica del piruvato en fosfoenol piruvato es objeto de múltiples tipos de regulación 607
La regulación de la glucólisis y de la gluconeogénesis por cambios en la transcripción hace variar el número de moléculas de enzima 608
RECUADRO15–3 MEDICINA.�Mutaciones�genéticas�causantes�de�formas�raras�de�diabetes�� 612
15.4 Metabolismo�del�glucógeno�en�animales�� 612La degradación del glucógeno está catalizada
por la glucógeno fosforilasa 613La glucosa 1-fosfato puede entrar en la glucólisis o,
en el hígado, reponer la glucosa sanguínea 613El nucleótido-azúcar UDP-glucosa aporta glucosa
para la síntesis de glucógeno 615
RECUADRO15–4 Carl�y�Gerty�Cori:�pioneros�del�metabolismo�y�enfermedades�del�glucógeno�� 616
La glucogenina incorpora los residuos iniciales de azúcar del glucógeno 619
15.5 Regulación�coordinada�de�la�síntesis��y�degradación�del�glucógeno�� 620La glucogéno fosforilasa está sujeta a control
alostérico y hormonal 621La glucógeno sintasa también está regulada
por fosforilación y desfosforilación 623La glucógeno sintasa quinasa 3 interviene en algunas
acciones de la insulina 624La fosfoproteína fosfatasa 1 es clave para
el metabolismo del glucógeno 624El metabolismo glucídico está globalmente coordinado
por señales alostéricas y hormonales 624El metabolismo de glúcidos y de lípidos está
integrado mediante mecanismos hormonales y alostéricos 626
16 Elciclodelácidocítrico 63316.1 Producción�de�acetil-CoA�(acetato�activado)�� 633
El piruvato se oxida a acetil-CoA y CO2 634El complejo de la piruvato deshidrogenasa necesita
cinco coenzimas 634El complejo de la piruvato deshidrogenasa está
formado por tres enzimas diferentes 635En la canalización de sustratos, los intermediarios
nunca abandonan la superficie enzimática 636
16.2 Reacciones�del�ciclo�del�ácido�cítrico�� 638La secuencia de reacciones en el ciclo del ácido cítrico
son lógicas desde el punto de vista químico 638El ciclo del ácido cítrico consta de ocho pasos 640
RECUADRO16–1 Enzimas�“claro�de�luna”:�proteínas�con�más�de�una�función�� 642
Algunas fermentaciones microbianas dan lugar a algunos alimentos comunes y productos químicos industriales 566
14.4 Gluconeogénesis�� 568La conversión del piruvato en fosfoenolpiruvato
requiere dos reacciones exergónicas 570La conversión de la fructosa-1, 6-bisfosfato en
fructosa 6-fosfato constituye el segundo rodeo 572La conversión de la glucosa-6-fosfato en glucosa
constituye el tercer rodeo 572La gluconeogénesis es energéticamente cara, pero es
esencial 573Los intermediarios del ciclo del ácido cítrico y muchos
aminoácidos son glucogénicos 573Los mamíferos no pueden convertir los ácidos grasos
en glucosa 574La glucólisis y la gluconeogénesis están reguladas
de forma recíproca 574
14.5 Ruta�de�las�pentosas�fosfato�para�la�oxidación��de�la�glucosa�� 575La fase oxidativa produce pentosas fosfato y NADPH 575La fase no oxidativa recicla las pentosas fosfato
a glucosa 6-fosfato 575
RECUADRO14–4 MEDICINA.�¿Por�qué�Pitágoras�no�comía�falafel?�Deficiencia�de�glucosa�6-fosfato�deshidrogenasa�� 576
Un defecto en la transcetolasa agrava el síndrome de Wernicke-Korskakoff 579
La glucosa 6-fosfato se reparte entre la glucólisis y la ruta de las pentosas fosfato 580
15 Principiosderegulaciónmetabólica 58715.1 Regulación�de�las�rutas�metabólicas�� 588
Las células y organismos mantienen un estado estacionario dinámico 589
Se pueden regular tanto la cantidad como la actividad catalítica de un enzima 589
En las células, las reacciones lejos del equilibrio constituyen puntos comunes de regulación 592
Los nucleótidos de adenina tienen un papel especial en la regulación metabólica 594
15.2 Análisis�del�control�metabólico�� 596Se puede medir experimentalmente la contribución
de cada enzima al flujo a través de la ruta 596 El coeficiente de control de flujo cuantifica el efecto
de un cambio en una actividad enzimática sobre el flujo metabólico a través de una ruta 597
El coeficiente de elasticidad está relacionado con la sensibilidad de un enzima a cambios en la concentración de metabolito o de regulador 597
RECUADRO15–1 MÉTODOS.�Análisis�del�control�metabólico:�aspectos�cuantitativos�� 598
El coeficiente de respuesta expresa el efecto de un controlador externo sobre el flujo a través de una ruta 598
El análisis del control metabólico se ha aplicado al metabolismo glucídico con resultados sorprendentes 600
El análisis del control metabólico sugiere un método general para incrementar el flujo a través de una ruta 600
15.3 Regulación�coordinada�de�la�glucólisis��y�la�gluconeogénesis�� 601Los isozimas de la hexoquinasa de músculo y de
hígado están afectados de forma diferente por su producto, la glucosa 6-fosfato 602
Índice de materias xxiii
Los enzimas de la b-oxidación de diferentes orgánulos han tenido una evolución divergente 684
En el retículo endoplasmático tiene lugar la v-oxidación de los ácidos grasos 685
El ácido fitánico experimenta a-oxidación en los peroxisomas 685
17.3 Cuerpos�cetónicos�� 686Los cuerpos cetónicos formados en el hígado
se exportan a otros órganos como combustible 687Durante la diabetes y en situaciones de inanición
se da una sobreproducción de cuerpos cetónicos 687
18 Oxidacióndeaminoácidosyproduccióndeurea 695
18.1 Destinos�metabólicos�de�los�grupos�amino�� 696La proteína de la dieta se degrada de forma
enzimática a aminoácidos 697El piridoxal fosfato participa en la transferencia
de grupos a-amino al a-cetoglutarato 699El glutamato libera su grupo amino en forma
de amoníaco en el hígado 700La glutamina transporta amoníaco en el torrente
circulatorio 701La alanina transporta amoníaco desde los músculos
esqueléticos al hígado 702El amoníaco es tóxico para los animales 703
18.2 Excreción�del�nitrógeno�y�ciclo�de�la�urea�� 704La urea se produce a partir de amoníaco en cinco
pasos enzimáticos 704Los ciclos del ácido cítrico y de la urea pueden
conectarse 706La actividad del ciclo de la urea está regulada
a dos niveles 707
RECUADRO18–1 MEDICINA.�Determinación�de�lesiones��en�los�tejidos�� 708
Las interconexiones entre rutas reducen el coste energético de la síntesis de urea 708
Los defectos genéticos en el ciclo de la urea pueden ser letales 709
18.3 Rutas�de�degradación�de�los�aminoácidos�� 710Algunos aminoácidos se convierten en glucosa, otros
en cuerpos cetónicos 710Varios cofactores enzimáticos tienen papeles
importantes en el catabolismo de los aminoácidos 710Seis aminoácidos se degradan a piruvato 713Siete aminoácidos se degradan a acetil-CoA 715En algunas personas el catabolismo de la fenilalanina
es genéticamente defectuoso 717Cinco aminoácidos se convierten en a-cetoglutarato 720Cuatro aminoácidos se convierten en succinil-CoA 721Los aminoácidos ramificados no se degradan
en el hígado 722La asparagina y el aspartato se degradan a oxalacetato 723
RECUADRO18–2 MEDICINA.�Detectives�científicos�resuelven�un�crimen�misterioso�� 24
19 Fosforilaciónoxidativayfotofosforilación 731FOSFORILACIÓN�OXIDATIVA� 732
19.1 Reacciones�de�transferencia�de�electrones��en�la�mitocondria�� 732Los electrones son canalizados hacia transportadores
universales de electrones 734
RECUADRO16–2 Sintasas�y�sintetasas;�ligasas�y�liasas;�quinasas,�fosfatasas�y�fosforilasas:�una�nomenclatura�confusa�� 646
La energía de las oxidaciones del ciclo se conserva de forma eficiente 647
RECUADRO16–3 Citrato:�una�molécula�simétrica� que�reacciona�asimétricamente�� 648
¿Por qué es tan complicada la oxidación del acetato? 649Los componentes del ciclo del ácido cítrico son
importantes intermediarios biosintéticos 650Las reacciones anapleróticas reponen los
intermediarios del ciclo del ácido cítrico 650La biotina de la piruvato carboxilasa transporta
grupos CO2 652
16.3 Regulación�del�ciclo�del�ácido�cítrico�� 653La producción de acetil-CoA por el complejo
de la piruvato deshidrogenasa está regulada por mecanismos alostéricos y covalentes 654
El ciclo del ácido cítrico está regulado en sus tres pasos exergónicos 655
En el ciclo del ácido cítrico puede darse la canalización de sustratos a través de complejos multienzimáticos 655
Algunas mutaciones en enzimas del ciclo del ácido cítrico producen cáncer 656
16.4 Ciclo�del�glioxilato�� 656El ciclo del glioxilato produce compuestos de cuatro
carbonos a partir de acetato 657Los ciclos del ácido cítrico y del glioxilato tienen
una regulación coordinada 658
17 Catabolismodelosácidosgrasos 66717.1 Digestión,�movilización�y�transporte�de�grasas�� 668
Las grasas de la dieta se absorben en el intestino delgado 668
Las hormonas activan la movilización de triacilgliceroles almacenados 669
Los ácidos grasos son activados y transportados al interior de las mitocondrias 670
17.2 Oxidación�de�los�ácidos�grasos�� 672La b-oxidación de los ácidos grasos saturados
se produce en cuatro pasos básicos 673Los cuatro pasos de la b-oxidación se repiten
para generar acetil-CoA y ATP 674El acetil-CoA puede continuar oxidándose vía ciclo
del ácido cítrico 675
RECUADRO17–1 Los�osos�llevan�a�cabo�la�b-oxidación�durante�la�hibernación�� 676
La oxidación de ácidos grasos insaturados requiere dos reacciones adicionales 677
La oxidación completa de ácidos grasos de cadena impar requiere tres reacciones adicionales 677
La oxidación de ácidos grasos está regulada de forma estricta 678
La síntesis de proteínas para el catabolismo lipídico es activada por factores de transcripción 679
RECUADRO17–2 Coenzima�B12:�una�solución�radical��a�un�problema�desconcertante�� 680
Defectos genéticos de las acil graso-CoA deshidrogenasas producen enfermedades graves 682
Los peroxisomas también llevan a cabo la b-oxidación 682Los peroxisomas y glioxisomas de las plantas utilizan
acetil-CoA procedente de la b-oxidación como precursor biosintético 683
Índice de materiasxxiv
FOTOSÍNTESIS:�CAPTACIÓN�DE�LA�ENERGÍA�LUMINOSA� 769
19.6 Características�generales�de�la�fotofosforilación��769La fotosíntesis en plantas tiene lugar
en los cloroplastos 770La luz impulsa un flujo de electrones
en los cloroplastos 770
19.7 Absorción�de�la�luz�� 771Las clorofilas absorben energía luminosa
para la fotosíntesis 771Los pigmentos accesorios aumentan la gama
de absorción de la luz 773La clorofila canaliza la energía absorbida a centros
de reacción mediante transferencia de excitones 774
19.8 El�acontecimiento�fotoquímico�central:�el�flujo��de�electrones�impulsado�por�la�luz�� 776Las bacterias tienen uno de entre dos tipos de centros
de reacción fotoquímicos individuales 776Factores cinéticos y termodinámicos evitan la
disipación de energía por conversión interna 777Dos centros de reacción actúan en tándem
en las plantas 779Las clorofilas antena están íntimamente asociadas
a los transportadores electrónicos 780El complejo del citocromo b6 f une los fotosistemas
II y I 781El flujo cíclico de electrones entre PSI y el complejo
del citocromo b6 f aumenta la producción de ATP en relación a la de NADPH 783
Transiciones de estado cambian la distribución de LHCII entre los dos fotosistemas 783
El agua es escindida por el complejo que desprende oxígeno 783
19.9 Síntesis�de�ATP�por�fotofosforilación�� 786Un gradiente de protones acopla el flujo electrónico
con la fosforilación 786Se ha establecido la estequiometría aproximada
de la fotofosforilación 787La ATP sintasa de los cloroplastos es como la de la
mitocondria 787
19.10Evolución�de�la�fotosíntesis�oxigénica� 788Los cloroplastos evolucionaron a partir de bacterias
fotosintéticas 788En Halobacterium, una única proteína absorbe luz y
bombea protones para impulsar la síntesis de ATP 789
20 Biosíntesisdeglúcidosenplantasybacterias 799
20.1 Síntesis�fotosintética�de�glúcidos� 799Los plastidios son orgánulos propios de las células
vegetales y de las algas 800La asimilación del dióxido de carbono tiene lugar
en tres fases 801Cada triosa fosfato sintetizada a partir de CO2 cuesta
seis NADPH y nueve ATP 806Un sistema de transporte exporta triosas fosfato
desde el cloroplasto e importa fosfato 810Cuatro enzimas del ciclo de Calvin son activados
indirectamente por la luz 811
20.2 Fotorrespiración�y�rutas�C4�y�CAM�� 813La fotorrespiración es el resultado de la actividad
oxigenasa de la rubisco 813
Los electrones pasan a través de una serie de transportadores unidos a membrana 735
Los transportadores de electrones actúan en complejos multienzimáticos 738
Los complejos mitocondriales se pueden asociar formando respirasomas 742
La energía de la transferencia de electrones se conserva eficientemente en un gradiente de protones 743
Durante la fosforilación oxidativa se producen especies de oxígeno reactivas 745
RECUADRO19–1 Calor,�plantas�malolientes�y�rutas�respiratorias�alternativas�� 746
Las mitocondrias de plantas tienen mecanismos alternativos para oxidar el NADH 746
19.2 Síntesis�de�ATP�� 747La ATP sintasa tiene dos dominios funcionales, Fo y F1 749En la superficie de F1, el ATP está estabilizado
en relación al ADP 750El gradiente de protones impulsa la liberación
del ATP de la superficie del enzima 750Cada subunidad b de la ATP sintasa puede adoptar
tres conformaciones diferentes 751La catálisis rotacional es la clave en el mecanismo
de unión y cambio de la síntesis de ATP 753¿De qué modo el flujo protónico a través del Complejo
Fo produce movimiento rotatorio? 754El acoplamiento quimiosmótico permite que las
estequiometrías del consumo de O2 y de la síntesis de ATP no se correspondan con números enteros 755
RECUADRO19–2 MÉTODOS.�Microscopia�de�fuerza�atómica�para�visualizar�las�proteínas�de�membrana�� 756
La fuerza protón-motriz suministra energía para el transporte activo 756
Sistemas de lanzadera envían indirectamente NADH citosólico a la mitocondria para su oxidación 757
19.3 Regulación�de�la�fosforilación�oxidativa�� 759La fosforilación oxidativa está regulada por las
necesidades celulares de energía 760Una proteína inhibidora impide la hidrólisis de ATP
durante la hipoxia 760La hipoxia conduce a la producción de ROS y varias
respuestas de adaptación 760Las rutas de formación de ATP están reguladas
de forma coordinada 761
19.4 Las�mitocondrias�en�la�termogénesis,�síntesis��de�esteroides�y�apoptosis�� 762Las mitocondrias desacopladas del tejido adiposo
marrón producen calor 762Las P-450 oxigenasas mitocondriales catalizan
las hidroxilaciones de esteroides 763Las mitocondrias son de importancia crucial
en el inicio de la apoptosis 763
19.5 Genes�mitocondriales:�su�origen�y�efectos��de�las�mutaciones�� 765Las mitocondrias evolucionaron a partir de bacterias
endosimbióticas 765En el DNA mitocondrial, se acumulan mutaciones
a lo largo de la vida del organismo 766Algunas mutaciones en los genomas mitocondriales
producen enfermedades 767Defectos en las mitocondrias de las células b
pancreáticas pueden ser causa de diabetes 768
Índice de materias xxv
21.3 Biosíntesis�de�fosfolípidos�de�membrana�� 852Las células tienen dos estrategias para unir los
grupos de cabeza de los fosfolípidos 852La síntesis de fosfolípidos en E. coli utiliza
CDP-diacilglicerol 852Los eucariotas sintetizan fosfolípidos aniónicos
a partir del CDP-diacilglicerol 853Las rutas eucarióticas hasta la fosfatidilserina,
fosfatidiletanolamina y fosfatidilcolina están interrelacionadas 855
La síntesis de plasmalógeno requiere la formación de un alcohol graso unido por enlace éter 855
Las síntesis de esfingolípidos y glicerofosfolípidos comparten precursores y algunos mecanismos 856
Los lípidos polares están destinados a membranas celulares específicas 856
21.4 Colesterol,�esteroides�e�isoprenoides:��biosíntesis,�regulación�y�transporte�� 858El colesterol se forma a partir del acetil-CoA
en cuatro fases 859El colesterol tiene varios destinos 862Las lipoproteínas plasmáticas transportan
el colesterol y otros lípidos 863
RECUADRO21–2 MEDICINA.�Los�alelos�de�la�apoE�predicen��la�incidencia�de�la�enfermedad�de�Alzheimer�� 866
Los ésteres de colesterol entran en las células por endocitosis facilitada por receptor 867
La HDL lleva a cabo el transporte de colesterol inverso 867
La síntesis y el transporte del colesterol están regulados a diversos niveles 868
El metabolismo desregulado del colesterol puede ser causa de enfermedad cardiovascular 871
El transporte inverso del colesterol por la HDL se opone a la formación de placas y a la ateroesclerosis 871
RECUADRO21–3 MEDICINA.�La�hipótesis�lipídica��y�el�desarrollo�de�las�estatinas�� 872
Las hormonas esteroideas se forman por rotura de la cadena lateral y oxidación del colesterol 872
Los intermediarios de la síntesis del colesterol tienen muchos destinos alternativos 874
22 Biosíntesisdeaminoácidos,nucleótidosymoléculasrelacionadas 881
22.1 Aspectos�generales�del�metabolismo��del�nitrógeno� 881El ciclo del nitrógeno mantiene una reserva
de nitrógeno disponible biológicamente 882Enzimas del complejo de la nitrogenasa fijan
el nitrógeno 882
RECUADRO22–1 Estilos�de�vida�poco�comunes:�invisibles�pero�abundantes�� 884
El amoníaco se incorpora a las biomoléculas a través del glutamato y la glutamina 888
La glutamina sintetasa es un punto de regulación principal del metabolismo del nitrógeno 889
Varios tipos de reacciones tienen papeles específicos en la biosíntesis de aminoácidos y nucleótidos 890
22.2 Biosíntesis�de�los�aminoácidos�� 891El a-cetoglutarato es precursor del glutamato y la
glutamina, prolina y arginina 892La serina, glicina y cisteína proceden del 3-fosfoglicerato 894
La ruta de recuperación del fosfoglicolato es costosa 814En las plantas C4, la fijación del CO2 y la actividad
rubisco tienen lugar en espacios separados 815
RECUADRO20–1 ¿Aumentará�la�ingeniería�genética��la�eficiencia�de�los�organismos�fotosintéticos?�� 816
En las plantas CAM, la captura del CO2 y la acción de la rubisco están separadas en el tiempo 818
20.3 Biosíntesis�del�almidón�y�la�sacarosa�� 819La ADP-glucosa es el sustrato de la síntesis
de almidón en los plastidios de las plantas y de la síntesis de glucógeno en las bacterias 819
La UDP-glucosa es el sustrato de la síntesis de sacarosa en el citosol de las células de las hojas 819
La conversión de triosas fosfato en sacarosa y almidón está estrechamente regulada 820
20.4 Síntesis�de�polisacáridos�de�la�pared�celular:�celulosa�vegetal�y�peptidoglucano�bacteriano�� 822La celulosa se sintetiza por estructuras
supramoleculares en la membrana plasmática 822Oligosacáridos unidos a lípidos son precursores
en la síntesis de la pared celular bacteriana 824
20.5 Integración�del�metabolismo�glucídico��en�la�célula�vegetal�� 824La gluconeogénesis convierte las grasas y proteínas
en glucosa en las semillas en germinación 825Fondos o reservas (“pools”) de intermediarios
comunes unen rutas en diferentes orgánulos 826
21 Biosíntesisdelípidos 83321.1 Biosíntesis�de�ácidos�grasos�e�icosanoides�� 833
El malonil-CoA se forma a partir del acetil-CoA y del bicarbonato 833
La síntesis de ácidos grasos transcurre mediante una secuencia de reacciones repetidas 834
El complejo de la ácido graso sintasa de mamíferos tiene múltiples sitios activos 836
La ácido graso sintasa recibe los grupos acetilo y malonilo 838
Las reacciones de la ácido graso sintasa se repiten hasta formar palmitato 838
La síntesis de ácidos grasos se produce en el citosol de muchos organismos pero en las plantas tiene lugar en los cloroplastos 839
El acetato sale de la mitocondria en forma de citrato 840La biosíntesis de ácidos grasos está muy regulada 840Los ácidos grasos de cadena larga se sintetizan
a partir del palmitato 842La desaturación de los ácidos grasos necesita
una oxidasa de función mixta 842
RECUADRO21–1 MEDICINA.�Oxidasas�de�función�mixta,�enzimas�citocromo�P-450�y�sobredosis�de�fármacos�� 844
Los icosanoides se forman a partir de ácidos grasos poliinsaturados de 20 carbonos 845
21.2 Biosíntesis�de�triacilgliceroles�� 848Los triacilgliceroles y glicerofosfolípidos se sintetizan
a partir de los mismos precursores 848La biosíntesis de triacilgliceroles en los animales
está regulada por hormonas 849El tejido adiposo genera glicerol 3-fosfato mediante
gliceroneogénesis 850Las tiazolidinadionas tratan la diabetes tipo 2
incrementando la gliceroneogénesis 851
Índice de materiasxxvi
El tejido adiposo marrón es termogénico 944Los músculos utilizan ATP para realizar trabajo
mecánico 945RECUADRO23–2 Creatina�y�creatina�quinasa:�valiosas�ayudas�
para�el�diagnóstico�y�amigas�de�los�culturistas�� 946El cerebro consume energía para la transmisión
de los impulsos eléctricos 949La sangre transporta oxígeno, metabolitos y hormonas 950
23.3 Regulación�hormonal�del�metabolismo�energético� 952La insulina contrarresta la glucosa en sangre elevada 952Las células b del páncreas secretan insulina
en respuesta a cambios de la glucosa en sangre 952El glucagón contrarresta los niveles de glucosa
en sangre bajos 955Durante el ayuno y la inanición el metabolismo
se modifica para proporcionar combustible para el cerebro 956
La adrenalina es la señal de una actividad inminente 957El cortisol es un indicador de estrés, incluidos
los bajos niveles de glucosa en sangre 958La diabetes mellitus es un defecto en la producción
o en la acción de la insulina 959
23.4 Obesidad�y�regulación�de�la�masa�corporal�� 961El tejido adiposo tiene importantes funciones
endocrinas 961La leptina estimula la producción de hormonas
peptídicas anorexigénicas 962La leptina desencadena una cascada de señalización
que regula la expresión génica 963El sistema de la leptina puede haber evolucionado
para regular la respuesta a la inanición 964La insulina actúa en el núcleo arcuato para regular
la ingesta y la conservación de energía 964La adiponectina actúa a través de la AMPK para
aumentar la respuesta a la insulina 964La actividad mTORC1 coordina el crecimiento celular
con el suministro de nutrientes y energía 966La dieta regula la expresión de genes cruciales para
el mantenimiento de la masa corporal 966La grelina y la PYY3–36 influyen en los hábitos
de ingesta a corto plazo 967Simbiontes microbianos del intestino influyen sobre
el metabolismo energético y la adipogénesi 968
23.5 Obesidad,�síndrome�metabólico�y�diabetes�tipo�2�� 969En la diabetes tipo 2, los tejidos se vuelven insensibles
a la insulina 969La diabetes tipo 2 se trata con dieta, ejercicio
y medicación 971
III LASRUTASDELAINFORMACIÓN 977
24 Genesycromosomas 97924.1 Elementos�cromosómicos�� 979
Los genes son segmentos de DNA que codifican cadenas polipeptídícas y RNA 979
Las moléculas de DNA son mucho más largas que las células o virus que las contienen 980
Los genes y los cromosomas eucarióticos son muy complejos 983
24.2 Superenrollamiento�del�DNA�� 985La mayor parte del DNA celular se encuentra
subenrollado 986
Tres aminoácidos no esenciales y seis aminoácidos esenciales se sintetizan a partir de oxalacetato y piruvato 896
El corismato es un intermediario clave en la síntesis del triptófano, la fenilalanina y la tirosina 896
La biosíntesis de la histidina utiliza precursores de la biosíntesis de purinas 897
La biosíntesis de los aminoácidos se halla bajo control alostérico 897
22.3 Moléculas�derivadas�de�aminoácidos�� 901La glicina es un precursor de las porfirinas 901El hemo es la fuente de los pigmentos biliares 903La biosíntesis de la creatina y del glutatión se realiza
a partir de aminoácidos 905Los d-aminoácidos se encuentran sobre todo
en las bacterias 905
RECUADRO22–2 MEDICINA.�Sobre�reyes�y�vampiros�� 907Los aminoácidos aromáticos son precursores
de muchos compuestos presentes en los vegetales 907Las aminas biógenas son productos
de descarboxilación de los aminoácidos 907La arginina es el precursor de la síntesis biológica
del óxido nítrico 908
22.4 Biosíntesis�y�degradación�de�los�nucleótidos�� 910La síntesis de novo de los nucleótidos de purina
empieza con el PRPP 910La biosíntesis de los nucleótidos de purina está
regulada por retroinhibición 913Los nucleótidos de pirimidina se sintetizan a partir
de aspartato, PRPP y carbamil fosfato 913La biosíntesis de los nucleótidos de pirimidina está
regulada por retroinhibición 915Los nucleósidos monofosfato se convierten
en nucleósidos trifosfato 915Los ribonucleótidos son los precursores
de los desoxirribonucleótidos 917El timidilato se forma a partir de dCDP y dUMP 918La degradación de las purinas y pirimidinas produce
ácido úrico y urea, respectivamente 919Las bases púricas y pirimidínicas se reciclan a través
de vías de recuperación 921La causa de la gota es una sobreproducción de ácido
úrico 921Muchos agentes quimioterápicos actúan sobre
enzimas de las rutas de biosíntesis de nucleótidos 923
23 Regulaciónhormonaleintegracióndelmetabolismodelosmamíferos 929
23.1 Hormonas:�estructuras�diversas�para�funciones�diversas�� 929La detección y la purificación de las hormonas
requieren un bioensayo 930
RECUADRO23–1 MEDICINA.�¿Cómo�se�descubre�una�hormona?�El�difícil�camino�hasta�la�insulina�purificada�� 931
Las hormonas actúan a través de receptores celulares específicos de elevada afinidad 932
Las hormonas son químicamente diversas 933La liberación de hormonas está regulada por señales
neuronales y hormonales jerarquizadas 936
23.2 Metabolismo�específico�de�los�tejidos:��división�del�trabajo�� 939El hígado transforma y distribuye los nutrientes 939El tejido adiposo almacena y suministra ácidos grasos 943
Índice de materias xxvii
26 MetabolismodelRNA 105726.1 Síntesis�de�RNA�dependiente�de�DNA�� 1058
El RNA es sintetizado por RNA polimerasas 1058La síntesis del RNA empieza en los promotores 1060La transcripción está regulada a diferentes niveles 1061La terminación de la síntesis del RNA está señalizada
por secuencias específicas 1061
RECUADRO26–1 MÉTODOS.�La�RNA�polimerasa�deja�su�huella�en�un�promotor�� 1062
Las células eucarióticas tienen tres tipos de RNA polimerasas nucleares 1064
La RNA polimerasa II requiere muchos factores proteicos adicionales para su actividad 1064
La RNA polimerasa dependiente de DNA es inhibida selectivamente 1068
26.2 Maduración�del�RNA�� 1068Los mRNA eucarióticos poseen un casquete
en el extremo 59 1069Intrones y exones se transcriben del DNA al RNA 1070El RNA cataliza el corte y empalme de los intrones 1070Los mRNA eucarióticos tienen una estructura
característica en el extremo 39 1073La maduración diferencial del RNA puede dar lugar
a múltiples productos a partir de un gen 1075Los RNA ribosómicos y los tRNA también
son modificados 1075Los RNA de función especializada experimentan
varios tipos de maduración 1079Algunas etapas del metabolismo del RNA están
catalizadas por enzimas de RNA 1080Los mRNA celulares se degradan a diferentes velocidades 1082La polinucleótido fosforilasa forma polímeros de RNA
de secuencia aleatoria 1084
26.3 Síntesis�de�RNA�y�DNA�dependiente�de�RNA�� 1085La transcriptasa inversa produce DNA a partir
de RNA vírico 1085Algunos retrovirus provocan cáncer y sida 1087
RECUADRO26–2 MEDICINA.�Tratamiento�del�sida��con�inhibidores�de�la�transcriptasa�inversa�del�vih�� 1088
Muchos transposones, retrovirus e intrones pueden tener un origen evolutivo común 1089
La telomerasa es una transcriptasa inversa especializada 1089
Algunos RNA víricos se replican mediante una RNA polimerasa dependiente de RNA 1091
La síntesis de RNA ofrece pistas importantes sobre la evolución bioquímica 1092
RECUADRO26–3 MÉTODOS.�El�método�SELEX�para�generar�polímeros�de�RNA�con�nuevas�funciones�� 1095
RECUADRO26–4 MÉTODOS.�Un�universo�de�RNA�en�expansión�lleno�de�RNA�TUF�(transcritos�de�función�desconocida)�� 1096
27 Metabolismodelasproteínas 110327.1 El�código�genético�� 1103
El código genético fue descifrado mediante moldes de mRNA artificiales 1104
RECUADRO27–1 Excepciones�que�confirman�la�regla:�variaciones�naturales�del�código�genético�� 1108
El balanceo permite que algunos tRNA reconozcan más de un codón 1110
El código genético es resistente a las mutaciones 1111El desplazamiento del marco de traducción y la
edición de RNA afectan la lectura del código 1111
El subenrollamiento del DNA se define por el número de enlace topológico 988
Las topoisomerasas catalizan cambios en el número de enlace del DNA 990
RECUADRO24–1 MEDICINA.�Curación�de�enfermedades�mediante�la�inhibición�de�topoisomerasas�� 992
La compactación del DNA requiere una forma especial de superenrollamiento 992
24.3 La�estructura�de�los�cromosomas�� 994La cromatina está compuesta de DNA y proteínas 994Las histonas son pequeñas proteínas básicas 994Los nucleosomas son las unidades fundamentales
de organización de la cromatina 995
RECUADRO24–2 MÉTODOS.�Epigenética,�estructura��de�los�nucleosomas�y�variantes�de�las�histonas�� 998
Los nucleosomas se empaquetan en estructuras de orden superior sucesivas 998
Las estructuras de los cromosomas condensados se mantienen mediante proteínas SMC 1000
El DNA bacteriano también se encuentra altamente organizado 1001
25 MetabolismodelDNA 1009
25.1 Replicación�del�DNA�� 1011La replicación del DNA está gobernada
por un conjunto de reglas fundamentales 1011El DNA es degradado por nucleasas 1013El DNA es sintetizado por DNA polimerasas 1013La replicación es muy precisa 1014E. coli posee al menos cinco DNA polimerasas 1016La replicación del DNA requiere muchos enzimas
y factores proteicos 1017La replicación del cromosoma de E. coli procede
por etapas 1018La replicación en las células eucarióticas es similar
pero más compleja 1024Las DNA polimerasas víricas son dianas de las
terapias antivíricas 1026
25.2 Reparación�del�DNA�� 1027Las mutaciones están relacionadas con el cáncer 1027Todas las células tienen múltiples sistemas
de reparación del DNA 1027La interacción de las horquillas de replicación con
lesiones del DNA puede inducir síntesis de DNA propensa al error a través de la lesión 1033
RECUADRO25–1 MEDICINA.�Reparación�del�DNA�y�cáncer�� 1037
25.3 Recombinación�del�DNA�� 1038La recombinación homóloga en las bacterias
es un proceso de reparación del DNA 1039La recombinación homóloga eucariótica es necesaria
para la correcta segregación de los cromosomas durante la meiosis 1041
La recombinación durante la meiosis se inicia en roturas de cadena doble 1043
RECUADRO25–2 MEDICINA.�Por�qué�es�importante��la�segregación�correcta�de�los�cromosomas�� 1045
La recombinación específica de sitio produce reordenamientos precisos del DNA 1046
Los elementos genéticos transponibles se mueven de un lugar a otro 1047
Los genes de las inmunoglobulinas se forman por recombinación 1049
Índice de materiasxxviii
28.2 Regulación�de�la�expresión�génica�en�bacterias�� 1163El operón lac está sujeto a regulación positiva 1163Muchos genes de los enzimas de la biosíntesis
de aminoácidos se regulan por atenuación de la transcripción 1164
La inducción de la respuesta SOS requiere la destrucción de proteínas represoras 1167
La síntesis de proteínas ribosómicas está coordinada con la síntesis de rRNA 1168
La función de algunos mRNA está regulada por pequeños RNA en cis o en trans 1169
Algunos genes se regulan por recombinación genética 1171
28.3 Regulación�de�la�expresión�génica�en�eucariotas� 1172La cromatina transcripcionalmente activa es
estructuralmente diferente de la cromatina inactiva 1173
La mayoría de promotores eucarióticos se regula positivamente 1174
Los activadores y coactivadores de unión al DNA facilitan el ensamblaje de los factores de transcripción generales 1175
Los genes del metabolismo de la galactosa en levaduras están sujetos a la vez a regulación positiva y negativa 1178
Los activadores de la transcripción tienen estructura modular 1179
La expresión génica eucariótica puede ser regulada por señales intercelulares e intracelulares 1180
La fosforilación de los factores de transcripción nucleares puede contribuir a su regulación 1182
Muchos mRNA eucarióticos están sometidos a represión traduccional 1182
El silenciamiento postranscripcional de los genes se produce por interferencia mediante RNA 1183
La regulación de la expresión génica debida al RNA adopta múltiples formas en eucariotas 1184
El desarrollo está controlado por cascadas de proteínas reguladoras 1184
El potencial de desarrollo de las células madre puede controlarse 1189
RECUADRO28–1 MÉTODOS.�Aletas,�alas,�picos�y�otras�estructuras� 1192
Soluciones�abreviadas�de�los�problemas� SA-1
Glosario� G-1
Créditos� C-1
Índice� I-1
27.2 Síntesis�de�proteínas�� 1113La biosíntesis de las proteínas tiene lugar en cinco
fases 1114El ribosoma es una compleja máquina supramolecular 1115
RECUADRO27–2 De�un�mundo�de�RNA�a�un�mundo�de�proteína�� 1117Los RNA de transferencia tienen rasgos estructurales
característicos 1118Etapa 1: Las aminoacil-tRNA sintetasas unen
los aminoácidos correctos a sus tRNA 1119Etapa 2: La síntesis de proteínas empieza con un
aminoácido específico 1123
RECUADRO27–3 Expansión�natural�y�no�natural�del�código�genético�� 1124
Etapa 3: Los enlaces peptídicos se forman durante la fase de elongación 1129
Etapa 4: La terminación de la síntesis de polipéptidos requiere una señal específica 1133
RECUADRO27–4 Variación�inducida�en�el�código�genético:�supresión�de�mutaciones�sin�sentido�� 1134
Etapa 5: Plegamiento y modificación de las cadenas polipeptídicas recién sintetizadas 1136
La síntesis de proteínas es inhibida por muchos antibióticos y toxinas 1137
27.3 El�destino�de�las�proteínas�y�su�degradación�� 1139La modificación postraducción de muchas proteínas
eucarióticas empieza en el retículo endoplasmático 1139La glucosilación desempeña un papel clave
en el destino de las proteínas 1140Las secuencias señal para el transporte nuclear no
son cortadas 1141Las bacterias también utilizan secuencias señal para
el destino de las proteínas 1142Las células importan proteínas mediante endocitosis
facilitada por receptores 1145Todas las células disponen de sistemas
de degradación de proteínas especializados 1146
28 Regulacióndelaexpresióngénica 115328.1 Principios�de�la�regulación�génica�� 1154
La RNA polimerasa se une al DNA en los promotores 1154El inicio de la transcripción se regula mediante
proteínas que se unen a los promotores o cerca de ellos 1155
Muchos genes bacterianos están agrupados y se regulan en operones 1156
El operon lac está sujeto a regulación negativa 1157Las proteínas reguladoras tienen dominios
independientes de unión al DNA 1158Las proteínas reguladoras también tienen dominios
de interacción proteína-proteína 1161
