Biología Celular y Molecular

Parte I Fundamentos químicos y moleculares

1 Moléculas, células y evolución

1.1 Las moléculas de la vida
1.2 Genomas, arquitectura y función celular
1.3 De las células a los tejidos: los organismos unicelulares y los metazoos se utilizan para las investigaciones de biología celular molecular

2 Fundamentos químicos

2.1 Enlaces covalentes e interacciones no covalentes
2.2 Unidades monoméricas químicas de las células
2.3 Reacciones químicas y equilibrio químico
2.4 Energética bioquímica

3 Estructura y función de las proteínas

3.1 Estructura jerárquica de las proteínas
3.2 Plegamiento de proteínas
3.3 Unión de las proteínas y catálisis enzimática
3.4 Regulación de la función de las proteínas
3.5 Purifi cación, detección y caracterización de proteínas
3.6 Proteómica

Parte II Genética y biología molecular

4 Mecanismos genéticos moleculares

4.1 Estructura de los ácidos nucleicos
4.2 Transcripción de los genes que codifican proteínas y formación de mRNA funcional
4.3 La decodifi cación de los mRNA por los tRNA
4.4 Síntesis escalonada de las proteínas en los ribosomas
4.5 Replicación del DNA
4.6 Reparación y recombinación del DNA
4.7 Los virus: los parásitos del sistema genético celular

5 Técnicas de genética molecular

5.1 Análisis genético de mutaciones para identificar y estudiar genes
5.2 Clonación de DNA y caracterización
5.3 Uso de los fragmentos de DNA clonados para estudiar la expresión génica
5.4 Localización e identifi cación de genes de enfermedades humanas
5.5 Inactivación de la función de genes específi cos en los eucariontes

6 Genes, genómica y cromosomas

6.1 Estructura de genes eucariontes
6.2 Organización cromosómica de los genes y el DNA no codificante
6.3 Elementos transponibles (móviles) de DNA
6.4 DNA de orgánulos
6.5 Genómica: análisis amplio del genoma de la estructura y la expresión génica
6.6 Organización estructural de los cromosomas eucariontes
6.7 Morfología y elementos funcionales de los cromosomas eucariontes

7 Control transcripcional de la expresión génica

7.1 Control de la expresión génica en bacterias
7.2 Panorama general del control génico en eucariontes
7.3 Promotores y factores de transcripción generales de la RNA polimerasa II
7.4 Secuencias reguladoras en los genes que codifican proteínas y las proteínas mediante las cuales funcionan
7.5 Mecanismos moleculares de represión y activación de la transcripción
7.6 Regulación de la actividad de los factores de transcripción
7.7 Regulación epigenética de la transcripción
7.8 Otros sistemas de transcripción eucariontes

8 Control génico postraduccional

8.1 Procesamiento del pre-mRNA eucarionte
8.2 Regulación del procesamiento del pre-mRNA
8.3 Transporte del mRNA a través de la envoltura nuclear
8.4 Mecanismos citoplasmáticos de control postranscripcional
8.5 Procesamiento del rRNA y tRNA

Parte III Estructura y función celular

9 Cultivo, visualización y perturbación de células

9.1 Crecimiento de células en cultivo
9.2 Microscopia óptica: exploración de las estructuras celulares y visualización de las proteínas dentro de las células
9.3 Microscopia electrónica: imagen de alta resolución
9.4 Aislamiento y caracterización de los orgánulos celulares
9.5 Perturbación de funciones celulares específicas

10 Estructura de las biomembranas

10.1 La bicapa lipídica: composición y organización estructural
10.2 Las proteínas de membrana: estructura y funciones básicas
10.3 Los fosfolípidos, esfi ngolípidos y colesterol: síntesis y movimiento intracelular

11 Transporte de iones y moléculas pequeñas a través de la membrana

11.1 Generalidades del transporte transmembrana
11.2 Transporte facilitado de glucosa y agua
11.3 Bombas impulsadas por ATP y ambiente iónico intracelular
11.4 Canales iónicos sin compuerta y potencial de membrana en reposo
11.5 Cotransporte por simportadores y antiportadores
11.6 Transporte transcelular

12 Energética celular

12.1 Primer paso de la captura de energía de la glucosa: glucólisis
12.2 Mitocondrias y ciclo del ácido cítrico
12.3 Cadena de transporte de electrones y generación de la fuerza protón-motriz
12.4 Aprovechamiento de la fuerza protón-motriz para sintetizar ATP
12.5 Fotosíntesis y pigmentos que absorben luz
12.6 Análisis molecular de los fotosistemas
12.7 Metabolismo del CO2 durante la fotosíntesis

13 El movimiento de proteínas hacia la membrana y orgánulos

13.1 Direccionamiento de proteínas hacia la membrana del RE y a través de ésta
13.2 Inserción de las proteínas de membrana dentro del RE
13.3 Modifi caciones, plegamiento y control de calidad de las proteínas en el RE
13.4 Direccionamiento de las proteínas hacia las mitocondrias y los cloroplastos
13.5 Direccionamiento de las proteínas a los peroxisomas
13.6 Transporte hacia el interior y el exterior del núcleo

14 Tránsito, secreción y endocitosis vesiculares

14.1 Técnicas para el estudio de la vía secretora
14.2 Mecanismos moleculares de formación y fusión de las vesículas
14.3 Etapas iniciales de la vía secretora
14.4 Etapas fi nales de la vía secretora
14.5 Endocitosis mediada por receptor
14.6 Direccionamiento de las proteínas de membrana y materiales citosólicos al lisosoma

15 Transducción de la señal y receptores acoplados a proteína G

15.1 Transducción de la señal: desde la señal extracelular hasta la respuesta celular
15.2 Estudio de los receptores de la superficie celular y proteínas de transducen las señales
15.3 Receptores acoplados a la proteína G: estructura y mecanismo
15.4 Receptores acoplados a proteína G que regulan los canales iónicos
15.5 Receptores acoplados a proteína G que activan o inhiben la adenilciclasa
15.6 Receptores acoplados a proteína G que desencadenan elevaciones en el Ca2+ citosólico

16 Vías de señalización que controlan la expresión génica

16.1 Receptores que activan las tirosincinasa proteicas
16.2 La vía Ras/MAP cinasa
16.3 Las vías de señalización de los fosfoinosítidos
16.4 Las serina-cinasas receptoras que activan Smad
16.5 Vías de señalización controladas por ubicuitinación: Wnt, Hedgehog y NF-kB
16.6 Vías de señalización controladas por la escisión proteica: Notch/Delta, SREBP
16.7 Integración de las respuestas celulares a múltiples vías de señalización

17 Organización y movimiento celular I: micro lamentos

17.1 Microfi lamentos y estructuras de actina
17.2 Dinámica de los fi lamentos de actina
17.3 Mecanismos de ensamblaje de los filamentos de actina
17.4 Organización de las estructuras celulares basadas en actina
17.5 Las miosinas: proteínas motoras basadas en actina
17.6 Movimientos impulsados por la miosina
17.7 Migración celular: mecanismos, señalización y quimiotaxis

18 Organización y movimiento celular II: microtúbulos y filamentos intermedios

18.1 Estructura y organización de los microtúbulos
18.2 Dinámica de los microtúbulos
18.3 Regulación de la estructura y dinámica de los microtúbulos
18.4 Cinasas y dineínas: proteínas motoras de los microtúbulos
18.5 Cilios y fl agelos: estructuras de superficie construidas sobre microtúbulos
18.6 Mitosis
18.7 Filamentos intermedios
18.8 Coordinación y cooperación entre elementos del citoesqueleto

19 El ciclo celular de las células eucariontes

19.1 Generalidades del ciclo celular y su control
19.2 Organismos modelo y métodos para estudiar el ciclo celular
19.3 Regulación de la actividad de la cinasa dependiente de ciclina (CDK)
19.4 Compromiso con el ciclo celular y replicación del DNA
19.5 Entrada en mitosis
19.6 Fin de la mitosis: segregación de cromosomas y salida de la mitosis
19.7 Mecanismos de vigilancia en la regulación del ciclo celular
19.8 Meiosis: un tipo especial de división celular

Parte IV Crecimiento celular y desarrollo

20 Integración de células en tejidos

20.1 Adhesión entre células y entre célula y matriz: panorama general
20.2 Uniones entre células y entre célula y MEC y sus moléculas de adhesión
20.3 La matriz extracelular I: la lámina basal
20.4 Matriz extracelular II: tejido conectivo
20.5 Interacciones adhesivas en células móbiles y no móbiles
20.6 Tejidos vegetales

21 Células madre, asimetría celular y muerte celular

21.1 Desarrollo temprano de metazoos y células madre embrionarias
21.2 Células madre y nichos en organismos multicelulares
21.3 Mecanismos de polaridad celular y división celular asimétrica
21.4 Muerte celular y su regulación

22 Células nerviosas

22.1 Neuronas y glía: componentes básicos del sistema nervioso
22.2 Canales iónicos regulados por voltaje y la propagación de potenciales de acción
22.3 Comunicación en las sinapsis
22.4 Percibiendo el entorno: tacto, dolor, gusto y olfato

23 Inmunología

23.1 Generalidades de la defensa del huésped
23.2 Inmunoglobulinas: estructura y función
23.3 Generación de diversidad de anticuerpos y desarrollo de linfocitos B
23.4 EL MHC y la presentación del antígeno
23.5 Linfocitos T: receptores y desarrollo
23.6 La colaboración de las células del sistema inmunitario en la respuesta adaptativa

24 Cáncer

24.1 Células tumorales y aparición del cáncer
24.2 La base genética del cáncer
24.3 Cáncer y alteración de las vías reguladoras del crecimiento
24.4 Cáncer y mutación de los reguladores de la división celular y de puntos de control
24.5 Carcinógenos y genes cuidadores en cáncer

Glosario
Indice Analitico

Autores

Harvey Lodish Profesor de biología y de bioingeniería en el Massachusetts Institute of Technology y miembro fundador del Whitehead Institute for Biomedical Research. El Dr. Lodish también es miembro de la National Academy of Sciences y de la American Academy of Arts and Sciences y fue presidente (2004) de la American Society for Cell Biology. Es reconocido por su trabajo en la fisiología célula-membrana, en particular la biosíntesis de muchas proteínas de la superficie celular, y en la clonación y análisis funcional de diversas proteínas receptoras de la superficie celular, como la eritropoyetina y los receptores TGF-?. Su laboratorio también estudia las células madre hematopoyéticas y ha identificado proteínas nuevas que avalan su proliferación. El Dr. Lodish dicta cursos de biología celular y biotecnología a estudiantes universitarios y de postgrado. Crédito de la foto: Johns Soares/WhiteheadInstitute.

Arnold Berk Preside la cátedra de Biología celular y molecular en el Departamento de microbiología, inmunología y genética molecular en la UCLA y es miembro del Molecular Biology Institute en University of California, Los Angeles. El Dr. Berk también es miembro de la American Academy of Arts and Science. Es uno de los descubridores originales del proceso de corte y empalme del RNA y de los mecanismos para el control de genes en virus. Su laboratorio estudia las interacciones moleculares que regulan la iniciación de la transcripción en las células de mamíferos, enfocándose en particular en las proteínas reguladoras de adenovirus. Enseña una materia avanzada de carreras universitarias en biología celular del núcleo y un curso de posgrado de bioquímica.

Chris A. Kaiser Profesor y jefe de Departamento de Biología en el Massachusetts Institute of Technology. Su laboratorio utiliza métodos biológicos y genéticos para comprender los procesos básicos de cómo las proteínas secretadas y de membrana recién sintetizadas se pliegan y se almacenan en los compartimientos de las vías secretorias. El Dr. Kaiser es reconocido como un educador de grado superior en el MIT; ha enseñado genética a los estudiantes universitarios durante muchos años.

Monty Krieger Profesor Whitehead en el Departamento de biología del Massachusetts Institute of Technology y miembro Senior asociado del Broad Institute of MIT and Harvard. El Dr. Krieger también es miembro de la National Academy of Sciences. Ha recibido merecidos premios por su enseñanza innovadora a estudiantes universitarios de biología y fisiología humana como así también imparte cursos de biología celular a graduados. Su laboratorio ha realizado contribuciones a nuestra compresión del tránsito de membrana a través del aparato de Golgi y ha clonado y caracterizado proteínas receptoras importantes para el reconocimiento de patógenos y el movimiento de colesterol hacia el interior y el exterior de las células, incluido el receptor de HDL.

Anthony Bretscher Profesor de biología celular en la Cornell University y miembro del Weil Institute for Cell and Molecular Biology. Su laboratorio también es conocido por la identificación y caracterización de componentes nuevos en el citoesqueleto de actina y la elucidación de funciones biológicas de aquellos componentes en relación a la polaridad celular y el tránsito de membrana. Para este trabajo, su laboratorio explota técnicas bioquímicas, genéticas y celulares en dos sistemas modelo, células epiteliales de vertebrado y las células de levadura en gemación. El Dr. Bretscher enseña biología celular a estudiantes universitarios en Cornell University.

Hidde Ploegh Profesor en biología en el Massachusetts Institute of Technology y miembro del Whitehead Institute of Biomedical Research. Uno de los investigadores principales en el comportamiento del sistema inmunitario, el Dr. Ploegh estudia las diversas tácticas que utilizan los virus para evadir nuestras respuestas inmunitarias y las formas en que nuestro sistema inmunitario distingue amigos y enemigos. Enseña inmunología a los estudiantes universitarios en Harvard University y el MIT.

Angelika Amon Profesora de biología en el Massachusetts Institute of Technology, miembro del Koch Institute for Integrative Cancer Research e investigadora del Howard Hughes Medical Institute. Ella también es miembro de la National Academy of Sciences. Su laboratorio estudia los mecanismos moleculares que gobiernan la segregación de cromosomas durante la mitosis y la meiosis y las consecuencias –aneuploidía– cuando estos mecanismos fallan durante la proliferación celular normal y el desarrollo del cáncer. La Dra. Amon enseña a estudiantes universitarios y graduados materias en biología celular y genética.

Matthew P. Scott Profesor de Biología del Desarrollo y Genética, Stanford University. Investigador, Howard Hughes Medical Institute. Miembro de la Academia Nacional de Ciencias, EE.UU.

En esta séptima edición, temas eternamente confusos como la energética celular, la señalización celular y la inmunología se han optimizado y revisado en favor de la comprensión del estudiante. Se reconsideró cada figura y, de ser posible, se simplificó para resaltar los puntos clave. Los materiales de final de capítulo fueron exhaustivamente revisados e incluyen un 30% de preguntas nuevas, y problemas de Análisis de los datos adicionales para brindar a los estudiantes más práctica en la interpretación de evidencia experimental. El resultado es un equilibrio entre la actual vanguardia y el enfoque experimental con atención en la claridad, la organización y la pedagogía.

Puntos clave

• La séptima edición de Biología celular y molecular incluye capítulos nuevos y mejorados:
• “Moléculas, células y evolución” (Capítulo 1) ahora enmarca a la biología celular en el contexto de la evolución: esta perspectiva explica por qué los científicos escogen organismos “modelo” unicelulares o multicelulares particulares para estudiar genes y proteínas específicas que son importantes para la función celular.
• “Cultivo, visualización, y perturbación de células” (Capítulo 9) se ha reescrito para incluir los métodos innovadores que incluyen FRAP, FET, siRNA y química biológica, lo que ha convertido a este capítulo en un informe sobre la vanguardia de los métodos actuales.
• “Transducción de la señal y receptores acoplados a proteína G” y “Vías de señalización que controlan la expresión génica” (Capítulos 15 y 16) han sido reorganizados e ilustrados con figuras de revisión simplificadas para ayudar a los estudiantes a navegar en la complejidad de las vías de señalización.
• “El ciclo celular eucarionte” (Capítulo 19) comienza con el concepto START (el compromiso de una célula de entrar en el ciclo celular comenzando con la síntesis de DNA) y continúa a través de todas las etapas del ciclo. El capítulo se enfoca en las levaduras y los mamíferos, y utiliza nombres generales para componentes del ciclo celular cuando es posible, para mejorar así el entendimiento de los estudiantes.