Índice general. Índice de materias I ESTRUCTURA Y CATÁLISIS 45 II BIOENERGÉTICA Y METABOLISMO 501 III LAS RUTAS DE LA INFORMACIÓN 977

Transcripción

1 Nelson Cox 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.) EDICIONES OMEGA SEXTA EDICIÓN Principios de bioquímica David L. Nelson Michael M. Cox SEXTA EDICIÓN ISBN Lehninger Red 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. Principios de bioquímica Ilustración de la cubierta Lehninger OMEGA OMEGA

2 Prólogo Índice general 1 Fundamentos de la bioquímica 1 I ESTRUCTURA Y CATÁLISIS 45 2 El agua 47 3 Aminoácidos, péptidos y proteínas 75 4 Estructura tridimensional de las proteínas Función de las proteínas Enzimas Glúcidos y glucobiología Nucleótidos y ácidos nucleicos Tecnologías de la información basadas en el DNA Lípidos Membranas biológicas y transporte Bioseñalización 433 II BIOENERGÉTICA Y METABOLISMO Bioenergética y tipos de reacciones bioquímicas Glucólisis, gluconeogénesis y ruta de las pentosas fosfato Principios de regulación metabólica El ciclo del ácido cítrico Catabolismo de los ácidos grasos Oxidación de aminoácidos y producción de urea Fosforilación oxidativa y fotofosforilación Biosíntesis de glúcidos en plantas y bacterias Biosíntesis de lípidos Biosíntesis de aminoácidos, nucleótidos y moléculas relacionadas Regulación hormonal e integración del metabolismo de los mamíferos 929 III LAS RUTAS DE LA INFORMACIÓN Genes y cromosomas Metabolismo del DNA Metabolismo del RNA Metabolismo de las proteínas Regulación de la expresión génica 1153 Soluciones abreviadas de los problemas SA-1 Glosario G-1 Créditos C-1 Índice I-1 vi 1 Fundamentos de la bioquímica 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 9 Los estudios in vitro podrían no detectar interacciones importantes entre moléculas Fundamentos químicos 11 Las biomoléculas son compuestos de carbono con diversos grupos funcionales 12 Las células contienen un conjunto universal de moléculas pequeñas 14 RECUADRO 1 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 RECUADRO 1 2 Louis Pasteur y la actividad óptica: In vino, veritas 18 Las interacciones entre las biomoléculas son estereoespecíficas Fundamentos físicos 20 Los 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 RECUADRO 1 3 Entropía: las cosas se desmoronan 22 Crear y mantener el orden requiere trabajo y energía 22 El acoplamiento energético conecta las reacciones biológicas 23 K eq y DG miden la tendencia de una reacción a transcurrir espontáneamente 25 Los enzimas facilitan secuencias de reacciones químicas 27 El metabolismo está regulado para conseguir equilibrio y economía Fundamentos genéticos 29 La continuidad genética reside en las moléculas de DNA 30 La estructura del DNA hace posible su replicación y reparación con fidelidad casi perfecta 30 La secuencia lineal del DNA codifica proteínas con estructuras tridimensionales 31 xv

3 xvi 1.5 Fundamentos evolutivos 32 Los cambios en las instrucciones hereditarias hacen posible la evolución 32 Las primeras biomoléculas aparecieron por evolución química 33 Los primeros genes y catalizadores podrían haber sido moléculas de RNA o precursores relacionados 34 La evolución biológica empezó hace más de tres mil quinientos millones de años 35 La primera célula utilizó probablemente combustibles inorgánicos 35 Las células eucarióticas evolucionaron a partir de precursores más simples a través de diversas fases 36 La anatomía molecular revela relaciones evolutivas 38 La genómica funcional permite asignar genes a procesos celulares específicos 39 Las comparaciones genómicas tienen una importancia cada vez mayor en la biología y medicina humanas 39 I ESTRUCTURA Y CATÁLISIS 45 2 El agua 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 51 Los 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 Ionización del agua, ácidos débiles y bases débiles 58 El agua pura está ligeramente ionizada 58 La ionización del agua se expresa mediante una constante de equilibrio 59 La escala de ph representa las concentraciones de H y OH 60 Los ácidos y las bases débiles tienen constantes de disociación características 61 Las curvas de titulación proporcionan el pk a de los ácidos débiles Tamponamiento contra cambios de ph en los sistemas biológicos 63 Los tampones son mezclas de ácidos débiles y sus bases conjugadas 64 La ecuación de Henderson-Hasselbalch relaciona ph, pk a y concentración de tampón 64 Ácidos o bases débiles tamponan células y tejidos contra cambios de ph 65 La diabetes no tratada produce acidosis que puede ser mortal 67 RECUADRO 2-1 MEDICINA. Sobre cómo ser un conejillo de Indias (no lo intente en casa) El agua como reactivo La adecuación del ambiente acuoso a los organismos vivos 69 3 Aminoácidos, péptidos y proteínas 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 RECUADRO 3 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 Péptidos y proteínas 85 Los péptidos son cadenas de aminoácidos 85 Los péptidos pueden distinguirse por su comportamiento de ionización 86 Los 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 Trabajar con proteínas 89 Las proteínas se pueden separar y purificar 89 Las proteínas pueden separarse y caracterizarse por electroforesis 92 Es posible cuantificar proteínas no aisladas Estructura de las proteínas: estructura primaria 96 La función de una proteína depende de su secuencia de aminoácidos 97 Se ha determinado la secuencia de aminoácidos de millones de proteínas 97 La 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 RECUADRO 3 2 Secuencias consenso y logotipos de secuencia Estructura tridimensional de las proteínas Visión general de la estructura de las proteínas 115 La conformación de una proteína está estabilizada principalmente por interacciones débiles 116 El enlace peptídico es plano y rígido 118

4 xvii 4.2 Estructura secundaria de las proteínas 120 La hélice a es una estructura secundaria habitual en proteínas 120 RECUADRO 4 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 123 Las estructuras secundarias comunes tienen ángulos diedros característicos 124 Las estructuras secundarias comunes pueden evaluarse mediante dicroísmo circular Estructuras terciaria y cuaternaria de las proteínas 125 Las proteínas fibrosas están adaptadas a una función estructural 126 RECUADRO 4 2 La ondulación permanente es un ejemplo de ingeniería bioquímica 127 En las proteínas globulares, la diversidad estructural refleja la diversidad funcional 129 RECUADRO 4 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 RECUADRO 4 4 El banco de datos de estructura de proteínas (Protein Data Bank, PDB) 133 RECUADRO 4 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 Desnaturalización y plegamiento de proteínas 142 La pérdida de la estructura proteica conduce a la pérdida de función 143 La secuencia de aminoácidos determina la estructura terciaria 145 Los polipéptidos se pliegan rápidamente según un proceso en varias etapas 145 Algunas proteínas experimentan un plegamiento de tipo asistido 146 Defectos en el plegamiento de proteínas constituyen la base molecular de una amplia gama de enfermedades genéticas humanas 148 RECUADRO 4 6 MEDICINA. Muerte por plegamiento incorrecto: las enfermedades priónicas Función de las proteínas Unión reversible de una proteína a un ligando: proteínas de unión a oxígeno 158 El oxígeno puede unirse a un grupo prostético hemo 158 Las globinas son una familia de proteínas de unión de oxígeno 159 La mioglobina tiene un único sitio de fijación para el oxígeno 159 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 165 La unión cooperativa de ligando puede ser descrita cuantitativamente 167 Existen dos modelos que explican los mecanismos de la unión cooperativa 167 RECUADRO 5 1 MEDICINA. Monóxido de carbono: un asesino silencioso 168 La hemoglobina también transporta H y CO La unión de oxígeno a la hemoglobina está regulada por el 2,3-bisfosfoglicerato 171 La anemia falciforme es una enfermedad molecular de la hemoglobina Interacciones complementarias entre proteínas y ligandos: el sistema inmune y las inmunoglobulinas 174 En la respuesta inmune interviene un conjunto de células y proteínas especializadas 175 Los anticuerpos poseen dos lugares idénticos de unión a antígeno 176 Los anticuerpos se unen fuertemente y de manera específica al antígeno 177 Las interacciones antígeno-anticuerpo son la base de diversos procesos analíticos importantes Interacciones proteicas moduladas por energía química: actina, miosina y motores moleculares 180 Las principales proteínas del músculo son la miosina y la actina 180 Otras proteínas adicionales organizan los filamentos delgado y grueso para dar estructuras ordenadas 181 Los filamentos gruesos de miosina se deslizan a lo largo de los filamentos delgados de actina Enzimas Introducción a los enzimas 189 La mayoría de enzimas son proteínas 190 Los enzimas se clasifican según la reacción catalizada Funcionamiento de los enzimas 191 Los enzimas alteran las velocidades de reacción, pero no los equilibrios 192 Las velocidades de reacción y los equilibrios tienen definiciones termodinámicas precisas 194 Unos pocos principios explican el poder catalítico y la especificidad de los enzimas 194 Las interacciones débiles entre enzima y sustrato son óptimas en el estado de transición 195 La energía de fijación contribuye a la especificidad de reacción y a la catálisis 197 Grupos catalíticos específicos contribuyen a la catálisis La cinética enzimática como método para comprender el mecanismo 200 La concentración de sustrato afecta a la velocidad de las reacciones catalizadas por enzimas 200

5 xviii 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 RECUADRO 6 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 RECUADRO 6 2 Pruebas cinéticas para determinar los mecanismos de inhibición 209 RECUADRO 6 3 MEDICINA. Un caballo de Troya bioquímico para la curación de la enfermedad del sueño africana 211 La actividad enzimática depende del ph Ejemplos de reacciones enzimáticas 214 El mecanismo de la quimotripsina implica acilación y desacilación de un residuo Ser 214 El 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 Enzimas reguladores 226 Los 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 Glúcidos y glucobiología Monosacáridos y disacáridos 243 Las dos familias de monosacáridos son las aldosas y las cetosas 244 Los monosacáridos tienen centros asimétricos 244 Los monosacáridos comunes tienen estructura cíclica 245 Los organismos contienen numerosos derivados de las hexosas 248 RECUADRO 7 1 MEDICINA. Determinación de la glucosa sanguínea en el diagnóstico y el tratamiento de la diabetes 250 Los monosacáridos son agentes reductores 251 Los disacáridos contienen un enlace glucosídico 252 RECUADRO 7 2 El azúcar es dulce, pero algunas otras cosas también Polisacáridos 254 Algunos homopolisacáridos son formas de almacenamiento de combustible 255 Algunos homopolisacáridos tienen función estructural 256 Los factores estéricos y los puentes de hidrógeno contribuyen al plegamiento de los homopolisacáridos 258 Las paredes celulares de algas y bacterias contienen heteropolisacáridos estructurales 259 Los glucosaminoglucanos son heteropolisacáridos de la matriz extracelular Glucoconjugados: proteoglucanos, glucoproteínas y glucoesfingolípidos 262 Los 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 Los glúcidos son moléculas que contienen información: el código de los azúcares 269 Las 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 Trabajar con glúcidos Nucleótidos y ácidos nucleicos 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 Estructura de los ácidos nucleicos 287 El DNA es una doble hélice que almacena información genética 288 El DNA puede adoptar diferentes formas tridimensionales 290 Algunas secuencias de DNA adoptan estructuras no habituales 291 Los RNA mensajeros codifican las cadenas polipeptídicas 293 Muchos RNA tienen estructuras tridimensionales complejas Química de los ácidos nucleicos 297 El DNA y el RNA de doble hélice pueden desnaturalizarse 297 Los ácidos nucleicos de especies diferentes pueden formar híbridos 298 Los nucleótidos y los ácidos nucleicos experimentan transformaciones no enzimáticas 299 Algunas bases del DNA están metiladas 302 Es posible determinar las secuencias de largas cadenas de DNA 302 La síntesis química de DNA ha sido automatizada 304

6 xix 8.4 Otras funciones de los nucleótidos 306 Los nucleótidos transportan energía química en las células 306 Los nucleótidos de adenina forman parte de muchos cofactores enzimáticos 307 Algunos nucleótidos son moléculas reguladoras Tecnologías de la información basadas en el DNA Estudio de los genes y sus productos 314 Los genes pueden aislarse por clonación de DNA 314 El DNA recombinante se obtiene mediante endonucleasas de restricción y DNA ligasa 314 Los vectores de clonación permiten la amplificación de fragmentos de DNA insertados 317 La expresión de genes clonados puede producir grandes cantidades de proteína 321 Para expresar proteínas recombinantes se usan muchos sistemas diferentes 321 La alteración de los genes clonados produce proteínas modificadas 323 Las etiquetas terminales crean sitios de unión para la purificación por afinidad 325 La reacción en cadena de la polimerasa puede amplificar secuencias génicas 327 RECUADRO 9 1 MÉTODOS. Una herramienta poderosa en la medicina forense Métodos basados en el DNA para comprender la función de las proteínas 331 Las bibliotecas genómicas, o genotecas, proporcionan catálogos especializados de información genética 332 Las 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 La genómica y la historia humana 339 La secuenciación genómica se beneficia de métodos de secuenciación de DNA de nueva generación 339 RECUADRO 9 2 MEDICINA. Medicina genómica personalizada 340 El genoma humano contiene genes y muchos otros tipos de secuencias 342 La secuenciación del genoma suministra información sobre aquello que nos hace humanos 345 Las comparaciones genómicas ayudan a localizar los genes implicados en enfermedades 347 Las secuencias genómicas nos informan sobre nuestro pasado y ofrecen oportunidades de futuro 349 RECUADRO 9 3 Conocer mejor a los neandertales Lípidos Lípidos de almacenamiento 357 Los ácidos grasos son derivados de hidrocarburos 357 Los triacilgliceroles son ésteres de ácidos grasos y glicerol 360 Los triacilgliceroles aportan energía almacenada y aislamiento 360 La hidrogenación parcial de los aceites de cocina produce ácidos grasos trans 361 Las ceras sirven como almacenes de energía y como cubiertas impermeables al agua Lípidos estructurales de las membranas 362 Los glicerofosfolípidos son derivados del ácido fosfatídico 363 Algunos glicerofosfolípidos tienen ácidos grasos unidos por enlace éter 364 Los cloroplastos contienen galactolípidos y sulfolípidos 365 Las arquebacterias contienen lípidos de membrana singulares 365 Los esfingolípidos son derivados de la esfingosina 366 Los esfingolípidos de la superfície celular son sitios de reconocimiento biológico 366 Los fosfolípidos y los esfingolípidos se degradan en los lisosomas 368 Los esteroles tienen cuatro anillos hidrocarbonados fusionados 368 RECUADRO 10 1 MEDICINA. Acumulación anormal de lípidos de membrana: algunas enfermedades genéticas humanas Lípidos como señales, cofactores y pigmentos 370 Los fosfatidilinositoles y algunos derivados de la esfingosina actúan como señales intracelulares 370 Los icosanoides son portadores de mensajes a las células vecinas 371 Las hormonas esteroides transportan mensajes entre tejidos 372 Las plantas vasculares producen millares de señales volátiles 372 Las vitaminas A y D son precursores hormonales 373 Las vitaminas E y K y las quinonas lipídicas son cofactores de oxidación-reducción 374 Los dolicoles activan precursores glucídicos para la biosíntesis 376 Muchos pigmentos naturales son dienos conjugados lipídicos 376 Los policétidos son productos naturales con actividades biológicas potentes Trabajar con lípidos 377 La extracción de lípidos requiere la utilización de disolventes orgánicos 377 La cromatografía de adsorción separa los lípidos de polaridad diferente 377 La cromatografía gas-líquido separa las mezclas de derivados lipídicos volátiles 378 La hidrólisis específica facilita la determinación de la estructura lipídica 379 La espectrometría de masas revela la estructura lipídica completa 379 La lipidómica pretende catalogar todos los lípidos y sus funciones Membranas biológicas y transporte 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

7 xx 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 Dinámica de membranas 395 Los grupos acilo del interior de la bicapa están ordenados en grados diferentes 395 El movimiento de lípidos transbicapa requiere catálisis 396 Lípidos y proteínas difunden lateralmente en la bicapa 397 Los esfingolípidos y el colesterol se agrupan conjuntamente en balsas de membrana 398 La curvatura y la fusión de membranas son cruciales en muchos procesos biológicos 399 Ciertas proteínas integrales de la membrana plasmática favorecen la adhesión superficial, la señalización y otros procesos celulares Transporte de solutos a través de membranas 402 Proteínas de membrana facilitan el transporte pasivo 403 Los transportadores y los canales iónicos son fundamentalmente diferentes 404 El transportador de glucosa de los eritrocitos facilita el transporte pasivo 405 El intercambiador de cloruro-bicarbonato cataliza el cotransporte electroneutro de aniones a través de la membrana plasmática 406 RECUADRO 11 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 RECUADRO 11 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 421 La estructura de un canal K + muestra las bases de una especificidad 421 Los canales iónicos de compuerta son básicos en la función neuronal 424 Canales iónicos defectuosos pueden tener consecuencias fisiológicas graves Bioseñalización Características generales de la transducción de señales 433 RECUADRO 12 1 MÉTODOS. El análisis de Scatchard cuantifica la interacción receptor-ligando Receptores acoplados a proteína G y segundos mensajeros 437 El sistema receptor b-adrenérgico actúa a través del segundo mensajero camp 438 RECUADRO 12 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 Ca 2 tienen papeles relacionados como segundos mensajeros 447 RECUADRO 12 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 Receptores tirosina quinasas 453 La estimulación del receptor de insulina inicia una cascada de reacciones de fosforilación de proteínas 453 El fosfolípido de membrana PIP 3 actúa en una rama de la señalización de la insulina 456 En el sistema de señalización JAK-STAT también interviene la actividad tirosina quinasa 457 La comunicación cruzada entre sistemas de señalización es frecuente y compleja Receptores guanilil ciclasas, cgmp y proteína quinasa G Proteínas adaptadoras polivalentes y balsas de membrana 460 Módulos proteicos unen residuos Tyr, Ser o Thr fosforilados de proteínas asociadas 460 Las balsas de membrana y las caveolas pueden segregar proteínas de señalización Canales iónicos de entrada regulada 464 Los canales iónicos son el fundamento de la señalización eléctrica en células excitables 464 Los canales iónicos de compuerta regulada por voltaje producen potenciales de acción neuronales 465 El receptor de acetilcolina es un canal iónico regulado por ligando 467 Las neuronas tienen canales receptores que responden a diferentes neurotransmisores 468 Las toxinas apuntan a los canales iónicos Integrinas: receptores de adhesión molecular bidireccionales Regulación de la transcripción por receptores nucleares de hormonas Señalización en microorganismos y plantas 472 La señalización bacteriana necesita la fosforilación en un sistema de dos componentes 472 Los 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

8 xxi Proteína quinasas tipo receptor transducen señales de péptidos Transducción sensorial en la vista, el olfato y el gusto 476 El sistema visual utiliza mecanismos GPCR clásicos 476 La rodopsina excitada actúa a través de la proteína G transducina reduciendo la concentración de cgmp 478 La señal visual se interrumpe rápidamente 478 Los conos están especializados en la visión en color 480 RECUADRO 12 4 MEDICINA. Daltonismo: experimento de John Dalton desde la tumba 480 El olfato y el gusto en vertebrados utilizan mecanismos similares al sistema visual 481 Los GPCR de los sistemas sensoriales comparten diversas características con los GPCR de los sistemas de señalización hormonal Regulación del ciclo celular por proteína quinasas 483 El ciclo celular tiene cuatro fases 484 Los niveles de las proteína quinasas dependientes de ciclina experimentan oscilaciones 484 Las CDK regulan la división celular por fosforilación de proteínas clave Oncogenes, genes supresores de tumores y muerte celular programada 488 Los oncogenes son formas mutadas de genes de proteínas que regulan el ciclo celular 488 Defectos en ciertos genes eliminan las restricciones normales sobre la división celular 489 RECUADRO 12 5 MEDICINA. Desarrollo de inhibidores de proteína quinasas para el tratamiento del cáncer 490 La apoptosis es el suicidio celular programado 493 II BIOENERGÉTICA Y METABOLISMO Bioenergética y tipos de reacciones bioquímicas Bioenergética y termodinámica 506 Las transformaciones biológicas de energía obedecen las leyes de la termodinámica 506 Las células precisan fuentes de energía libre 507 La 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 Lógica química y reacciones bioquímicas comunes 511 Las ecuaciones bioquímicas y químicas no son idénticas Transferencia de grupos fosforilo y ATP 517 La variación de energía libre en la hidrólisis del ATP es grande y negativa 517 Otros compuestos fosforilados y tioésteres también tienen energías libres de hidrólisis elevadas 519 El ATP proporciona energía por transferencia de grupo y no por simple hidrólisis 522 El ATP dona grupos fosforilo, pirofosforilo y adenililo 523 La formación de macromoléculas informativas requiere energía 524 RECUADRO 13 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 Reacciones de oxidación-reducción biológicas 527 El flujo de electrones puede realizar trabajo biológico 528 Las óxido-reducciones se pueden describir en forma de semirreacciones 528 En las oxidaciones biológicas interviene con frecuencia la deshidrogenación 529 Los potenciales de reducción son una medida de la afinidad por los electrones 530 Los potenciales de reducción estándar permiten el cálculo de la variación de energía libre 531 La 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 Glucólisis, gluconeogénesis y ruta de las pentosas fosfato Glucólisis 544 Una visión global: la glucólisis tiene dos fases 544 La fase preparatoria de la glucólisis precisa ATP 548 La fase de beneficios de la glucólisis produce ATP y NADH 550 El balance global muestra una ganancia neta de ATP 555 La glucólisis está sometida a una regulación estricta 555 RECUADRO 14 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 Rutas alimentadoras de la glucólisis 558 Los polisacáridos y disacáridos de la dieta se hidrolizan a monosacáridos 558 El glucógeno y el almidón endógenos se degradan mediante fosforólisis 560 Otros monosacáridos aparte de la glucosa pueden entrar en diferentes puntos de la ruta glucolítica Destinos del piruvato en condiciones anaeróbicas: fermentación 563 El piruvato es el aceptor electrónico terminal en la fermentación láctica 563 RECUADRO 14 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 RECUADRO 14 3 MEDICINA. Fermentaciones alcohólicas: elaboración de la cerveza y producción de biocombustibles 566

9 xxii Algunas fermentaciones microbianas dan lugar a algunos alimentos comunes y productos químicos industriales Gluconeogénesis 568 La conversión del piruvato en fosfoenolpiruvato requiere dos reacciones exergónicas 570 La conversión de la fructosa-1, 6-bisfosfato en fructosa 6-fosfato constituye el segundo rodeo 572 La conversión de la glucosa-6-fosfato en glucosa constituye el tercer rodeo 572 La gluconeogénesis es energéticamente cara, pero es esencial 573 Los intermediarios del ciclo del ácido cítrico y muchos aminoácidos son glucogénicos 573 Los mamíferos no pueden convertir los ácidos grasos en glucosa 574 La glucólisis y la gluconeogénesis están reguladas de forma recíproca Ruta de las pentosas fosfato para la oxidación de la glucosa 575 La fase oxidativa produce pentosas fosfato y NADPH 575 La fase no oxidativa recicla las pentosas fosfato a glucosa 6-fosfato 575 RECUADRO 14 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 Principios de regulación metabólica 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 Análisis del control metabólico 596 Se 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 RECUADRO 15 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 Regulación coordinada de la glucólisis y la gluconeogénesis 601 Los isozimas de la hexoquinasa de músculo y de hígado están afectados de forma diferente por su producto, la glucosa 6-fosfato 602 RECUADRO 15 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 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 RECUADRO 15 3 MEDICINA. Mutaciones genéticas causantes de formas raras de diabetes Metabolismo del glucógeno en animales 612 La degradación del glucógeno está catalizada por la glucógeno fosforilasa 613 La glucosa 1-fosfato puede entrar en la glucólisis o, en el hígado, reponer la glucosa sanguínea 613 El nucleótido-azúcar UDP-glucosa aporta glucosa para la síntesis de glucógeno 615 RECUADRO 15 4 Carl y Gerty Cori: pioneros del metabolismo y enfermedades del glucógeno 616 La glucogenina incorpora los residuos iniciales de azúcar del glucógeno Regulación coordinada de la síntesis y degradación del glucógeno 620 La glucogéno fosforilasa está sujeta a control alostérico y hormonal 621 La glucógeno sintasa también está regulada por fosforilación y desfosforilación 623 La glucógeno sintasa quinasa 3 interviene en algunas acciones de la insulina 624 La fosfoproteína fosfatasa 1 es clave para el metabolismo del glucógeno 624 El metabolismo glucídico está globalmente coordinado por señales alostéricas y hormonales 624 El metabolismo de glúcidos y de lípidos está integrado mediante mecanismos hormonales y alostéricos El ciclo del ácido cítrico Producción de acetil-coa (acetato activado) 633 El piruvato se oxida a acetil-coa y CO El complejo de la piruvato deshidrogenasa necesita cinco coenzimas 634 El complejo de la piruvato deshidrogenasa está formado por tres enzimas diferentes 635 En la canalización de sustratos, los intermediarios nunca abandonan la superficie enzimática Reacciones del ciclo del ácido cítrico 638 La secuencia de reacciones en el ciclo del ácido cítrico son lógicas desde el punto de vista químico 638 El ciclo del ácido cítrico consta de ocho pasos 640 RECUADRO 16 1 Enzimas claro de luna : proteínas con más de una función 642

10 xxiii RECUADRO 16 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 RECUADRO 16 3 Citrato: una molécula simétrica que reacciona asimétricamente 648 Por qué es tan complicada la oxidación del acetato? 649 Los componentes del ciclo del ácido cítrico son importantes intermediarios biosintéticos 650 Las reacciones anapleróticas reponen los intermediarios del ciclo del ácido cítrico 650 La biotina de la piruvato carboxilasa transporta grupos CO Regulación del ciclo del ácido cítrico 653 La 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 Ciclo del glioxilato 656 El ciclo del glioxilato produce compuestos de cuatro carbonos a partir de acetato 657 Los ciclos del ácido cítrico y del glioxilato tienen una regulación coordinada Catabolismo de los ácidos grasos 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 Oxidación de los ácidos grasos 672 La b-oxidación de los ácidos grasos saturados se produce en cuatro pasos básicos 673 Los cuatro pasos de la b-oxidación se repiten para generar acetil-coa y ATP 674 El acetil-coa puede continuar oxidándose vía ciclo del ácido cítrico 675 RECUADRO 17 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 RECUADRO 17 2 Coenzima B 12 : 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 682 Los peroxisomas y glioxisomas de las plantas utilizan acetil-coa procedente de la b-oxidación como precursor biosintético 683 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 Cuerpos cetónicos 686 Los cuerpos cetónicos formados en el hígado se exportan a otros órganos como combustible 687 Durante la diabetes y en situaciones de inanición se da una sobreproducción de cuerpos cetónicos Oxidación de aminoácidos y producción de urea Destinos metabólicos de los grupos amino 696 La proteína de la dieta se degrada de forma enzimática a aminoácidos 697 El piridoxal fosfato participa en la transferencia de grupos a-amino al a-cetoglutarato 699 El glutamato libera su grupo amino en forma de amoníaco en el hígado 700 La glutamina transporta amoníaco en el torrente circulatorio 701 La alanina transporta amoníaco desde los músculos esqueléticos al hígado 702 El amoníaco es tóxico para los animales Excreción del nitrógeno y ciclo de la urea 704 La urea se produce a partir de amoníaco en cinco pasos enzimáticos 704 Los ciclos del ácido cítrico y de la urea pueden conectarse 706 La actividad del ciclo de la urea está regulada a dos niveles 707 RECUADRO 18 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 Rutas de degradación de los aminoácidos 710 Algunos aminoácidos se convierten en glucosa, otros en cuerpos cetónicos 710 Varios cofactores enzimáticos tienen papeles importantes en el catabolismo de los aminoácidos 710 Seis aminoácidos se degradan a piruvato 713 Siete aminoácidos se degradan a acetil-coa 715 En algunas personas el catabolismo de la fenilalanina es genéticamente defectuoso 717 Cinco aminoácidos se convierten en a-cetoglutarato 720 Cuatro aminoácidos se convierten en succinil-coa 721 Los aminoácidos ramificados no se degradan en el hígado 722 La asparagina y el aspartato se degradan a oxalacetato 723 RECUADRO 18 2 MEDICINA. Detectives científicos resuelven un crimen misterioso Fosforilación oxidativa y fotofosforilación 731 FOSFORILACIÓN OXIDATIVA Reacciones de transferencia de electrones en la mitocondria 732 Los electrones son canalizados hacia transportadores universales de electrones 734

11 xxiv 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 RECUADRO 19 1 Calor, plantas malolientes y rutas respiratorias alternativas 746 Las mitocondrias de plantas tienen mecanismos alternativos para oxidar el NADH Síntesis de ATP 747 La ATP sintasa tiene dos dominios funcionales, F o y F En la superficie de F1, el ATP está estabilizado en relación al ADP 750 El gradiente de protones impulsa la liberación del ATP de la superficie del enzima 750 Cada subunidad b de la ATP sintasa puede adoptar tres conformaciones diferentes 751 La 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 F o produce movimiento rotatorio? 754 El acoplamiento quimiosmótico permite que las estequiometrías del consumo de O 2 y de la síntesis de ATP no se correspondan con números enteros 755 RECUADRO 19 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 Regulación de la fosforilación oxidativa 759 La fosforilación oxidativa está regulada por las necesidades celulares de energía 760 Una proteína inhibidora impide la hidrólisis de ATP durante la hipoxia 760 La hipoxia conduce a la producción de ROS y varias respuestas de adaptación 760 Las rutas de formación de ATP están reguladas de forma coordinada Las mitocondrias en la termogénesis, síntesis de esteroides y apoptosis 762 Las mitocondrias desacopladas del tejido adiposo marrón producen calor 762 Las P-450 oxigenasas mitocondriales catalizan las hidroxilaciones de esteroides 763 Las mitocondrias son de importancia crucial en el inicio de la apoptosis Genes mitocondriales: su origen y efectos de las mutaciones 765 Las mitocondrias evolucionaron a partir de bacterias endosimbióticas 765 En el DNA mitocondrial, se acumulan mutaciones a lo largo de la vida del organismo 766 Algunas mutaciones en los genomas mitocondriales producen enfermedades 767 Defectos en las mitocondrias de las células b pancreáticas pueden ser causa de diabetes 768 FOTOSÍNTESIS: CAPTACIÓN DE LA ENERGÍA LUMINOSA Características generales de la fotofosforilación 769 La fotosíntesis en plantas tiene lugar en los cloroplastos 770 La luz impulsa un flujo de electrones en los cloroplastos Absorción de la luz 771 Las clorofilas absorben energía luminosa para la fotosíntesis 771 Los pigmentos accesorios aumentan la gama de absorción de la luz 773 La clorofila canaliza la energía absorbida a centros de reacción mediante transferencia de excitones El acontecimiento fotoquímico central: el flujo de electrones impulsado por la luz 776 Las bacterias tienen uno de entre dos tipos de centros de reacción fotoquímicos individuales 776 Factores cinéticos y termodinámicos evitan la disipación de energía por conversión interna 777 Dos centros de reacción actúan en tándem en las plantas 779 Las clorofilas antena están íntimamente asociadas a los transportadores electrónicos 780 El complejo del citocromo b 6 f une los fotosistemas II y I 781 El flujo cíclico de electrones entre PSI y el complejo del citocromo b 6 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 Síntesis de ATP por fotofosforilación 786 Un gradiente de protones acopla el flujo electrónico con la fosforilación 786 Se ha establecido la estequiometría aproximada de la fotofosforilación 787 La ATP sintasa de los cloroplastos es como la de la mitocondria Evolución de la fotosíntesis oxigénica 788 Los cloroplastos evolucionaron a partir de bacterias fotosintéticas 788 En Halobacterium, una única proteína absorbe luz y bombea protones para impulsar la síntesis de ATP Biosíntesis de glúcidos en plantas y bacterias Síntesis fotosintética de glúcidos 799 Los plastidios son orgánulos propios de las células vegetales y de las algas 800 La asimilación del dióxido de carbono tiene lugar en tres fases 801 Cada triosa fosfato sintetizada a partir de CO 2 cuesta seis NADPH y nueve ATP 806 Un sistema de transporte exporta triosas fosfato desde el cloroplasto e importa fosfato 810 Cuatro enzimas del ciclo de Calvin son activados indirectamente por la luz Fotorrespiración y rutas C4 y CAM 813 La fotorrespiración es el resultado de la actividad oxigenasa de la rubisco 813

12 xxv La ruta de recuperación del fosfoglicolato es costosa 814 En las plantas C 4, la fijación del CO 2 y la actividad rubisco tienen lugar en espacios separados 815 RECUADRO 20 1 Aumentará la ingeniería genética la eficiencia de los organismos fotosintéticos? 816 En las plantas CAM, la captura del CO 2 y la acción de la rubisco están separadas en el tiempo Biosíntesis del almidón y la sacarosa 819 La 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 Síntesis de polisacáridos de la pared celular: celulosa vegetal y peptidoglucano bacteriano 822 La celulosa se sintetiza por estructuras supramoleculares en la membrana plasmática 822 Oligosacáridos unidos a lípidos son precursores en la síntesis de la pared celular bacteriana Integración del metabolismo glucídico en la célula vegetal 824 La gluconeogénesis convierte las grasas y proteínas en glucosa en las semillas en germinación 825 Fondos o reservas ( pools ) de intermediarios comunes unen rutas en diferentes orgánulos Biosíntesis de lípidos 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 840 La biosíntesis de ácidos grasos está muy regulada 840 Los ácidos grasos de cadena larga se sintetizan a partir del palmitato 842 La desaturación de los ácidos grasos necesita una oxidasa de función mixta 842 RECUADRO 21 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 Biosíntesis de triacilgliceroles 848 Los triacilgliceroles y glicerofosfolípidos se sintetizan a partir de los mismos precursores 848 La biosíntesis de triacilgliceroles en los animales está regulada por hormonas 849 El tejido adiposo genera glicerol 3-fosfato mediante gliceroneogénesis 850 Las tiazolidinadionas tratan la diabetes tipo 2 incrementando la gliceroneogénesis Biosíntesis de fosfolípidos de membrana 852 Las células tienen dos estrategias para unir los grupos de cabeza de los fosfolípidos 852 La síntesis de fosfolípidos en E. coli utiliza CDP-diacilglicerol 852 Los eucariotas sintetizan fosfolípidos aniónicos a partir del CDP-diacilglicerol 853 Las 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 Colesterol, esteroides e isoprenoides: biosíntesis, regulación y transporte 858 El colesterol se forma a partir del acetil-coa en cuatro fases 859 El colesterol tiene varios destinos 862 Las lipoproteínas plasmáticas transportan el colesterol y otros lípidos 863 RECUADRO 21 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 RECUADRO 21 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 Biosíntesis de aminoácidos, nucleótidos y moléculas relacionadas Aspectos generales del metabolismo del nitrógeno 881 El ciclo del nitrógeno mantiene una reserva de nitrógeno disponible biológicamente 882 Enzimas del complejo de la nitrogenasa fijan el nitrógeno 882 RECUADRO 22 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 Biosíntesis de los aminoácidos 891 El a-cetoglutarato es precursor del glutamato y la glutamina, prolina y arginina 892 La serina, glicina y cisteína proceden del 3-fosfoglicerato 894