LAS BASES MOLECULARES DE LA VIDA

LAS BASE'S MOLECULARES DE LA VIDA Cuarta edición

TrudyMcKee James R. McKee

Traducción

Juan Roberto Palacios Martínez

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Recuadros Bioquímica en perspectiva

TEMA

Organelos y enfeFIlledades humanas

Agua, estrés abiótico y solutos compatibles

Termodinámica en desequilibrio

Extremófilos: organismos que prosperan en ambientes hostiles

Máquinas moleculares

Plegamiento de proteínas y enfermedades humanas

Enzimas y medicina clínica

Medicina basada en carbohidratos

Glucólisis y aviones a reacción

Historia evolutiva del ciclo del ácido cítrico

VI

PREGUNTAS PARA LOS

ESTUDIANTES

¿Cuál es la función de la bioquímica en la medicina moderna?

Si el agua es tan importante para sustentar la vida, ¿cómo pueden algunos organismos sobrevivir a condiciones de deshidratación catastrófica?

¿ Cómo se relaciona la teoría termodinámica con el flujo de energía en los seres vivos?

¿ Cómo pueden los organismos mantener la vida en ambientes muy hostiles?

¿Cómo utilizan los seres vivos la energía de los enlaces químicos para realizar las miles de tareas que requiere el mantenimiento de la vida?

¿ Cuáles son los efectos de las proteínas mal plegadas en la salud humana?

¿Cómo se utilizan las enzimas para promover la salud humana?

¿Cómo influye la bioquímica de los carbohidratos en la salud humana?

¿Puede la biología de sistemas mejorar nuestra comprensión de vías bioquímicas como la glucólisis?

¿Cómo y por qué se originó el ciclo del ácido cítrico?

PUNTOS CLAVE

El análisis bioquímico de los organelos ha mejorado en grado significativo nuestra comprensión de las causas de muchas enfermedades del ser humano.

Los organismos capaces de adaptarse a la pérdida hídrica grave utilizan moléculas protectoras especializadas, tales como algunos solutos compatibles, que sustituyen el agua al formar enlaces de hidrógeno con proteínas y con otras macromoléculas y membranas.

Los organismos son estructuras disipativas en gran desequilibrio. Crean organización interna a través de un flujo continuo de energía.

Los extremófilos utilizan una serie de reacciones de oxidación-reducción a fin de generar la energía necesaria para sustentar la vida en ambientes hostiles.

El funcionamiento de las máquinas moleculares es posible gracias a eambios conformacionales inducidos por la hidrólisis de nucleótidos unidos a subunidades proteínicas llamadas proteínas motoras.

La acumulación de proteínas mal plegadas impide el funcionamiento celular. Con el tiempo los agregados proteínicos causan la muerte celular.

Se emplean enzimas específicas en el diagnóstico o en el tratamiento de diversas enfermedades del ser humano.

La bioquímica de los carbohidratos proporciona conocimientos sobre varias enfermedades humanas. En la actualidad se utiliza la biotecnología de los carbohidrato s para desarrollar fármacos y vacunas con base en este grupo de moléculas.

Determinadas vías catabólicas se optimizan mediante el uso de reacciones altamente exergónicas en una fase temprana. El ATP que se produce en la vía se emplea para impulsar sus reacciones.

El ciclo del ácido cítrico probablemente se desarrolló en células primordiales corno dos vías separadas: la rama reductiva, que constituye un medio para reoxidar el NADH, y una rama oxidativa, que produce las moléculas precursoras de la biosíntesis citrato y a-cetoglutarato.

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TEMA

Isquemia y reperfusión

<' ~

Acuaporinas

Aterosc1erosis

Biotransformación

Fotosíntesis en las profundidades

PREGUNTAS PARA LOS

ESTUDIANTES

¿ Cómo se dañan las células del corazón y del encéfalo cuando un coágulo sanguíneo altera el flujo de nutrimentos y de oxígeno" y por qué el restablecimiento del suministro de 0 2 s;ausa daño adicional?

PUNTOS CLAVE

El daño de las células cardiacas y de las encefálicas a causa de la privación de oxígeno comienza con la producción deficiente de energía seguida por aumento de la presión osmótica, rotura lisosómica y estrés del ER. En ausencia de medidas preventivas, la reperfusi6n de ~las células dañadas (con el restablecimiento conéümitante del suIninistro

~,' de 0 2) conduce ¡:tIa formación de ROS, las cuales provocan daño adicionru.

¿Cómo es que las moléculas de Las acuaporinas son una clase de proteínas de agua cruzan con tal rapidez las canal de la membrana responsables del fiujo membranas celulares, hidrófobas? de agua hacia adentro y hacia afuera de las

células en respuesta a cambios en la presión osmótica. El poro de agua dentro de la AQP-I , la acuaporina mejor caracterizada, tiene una estructura que permite el movimiento de moléculas de agua a través de las membranas plasmáticas, pero no de otras especies moleculares pequeñas.

¿ Cuál es la base bioquímica del La aterosc1erosis, que puede ocasionar daño arterial que se presenta en infartos del miocardio, inicia por el daño el proceso patológico llamado de las células endoteliales que revisten aterosc1erosis? las arterias. La formación de lesiones

ateroscleróticas comienza con la acumulación de LDL y avanza a un proceso inflamatorio que degrada la estructura y el funcionamiento arteriales.

¿Cómo metaboliza el organismo La biotransformación, el proceso catalizado moléculas hidrófobas por enzimas que convierte moléculas potenc ialmente tóxicas? hidrófobas tóxicas en moléculas hidrosolubles

menos tóxicas, consta de dos tipos de reacciones bioquímicas: de fase 1 y de fase II . Las reacciones de fase 1 introducen o desenmascaran grupos funcionales polares en moléculas hidrófobas. En la fase II la hidrosolubi lidad de las moléculas de sustrato incrementa en gran medida por la conjugación de grupos funcionales con sustancias como el ácido glucurónico.

¿Cómo es posible la fotosíntesis La luz tenue, suficiente para una sulfobacteria (dependiente de la luz) en el fondo verde fotosmtética de desarrollo lento, del océano, donde no llegan los se emplea para fijar carbono cerca de las rayos del sol? chimeneas hidrotermales. Esta luz es emitida

por chimeneas hidrotermales, que son lo suficientemente calientes para producir radiación "de cuerpo negro".

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VI I

__ ,' Recuadros Bioquímica en perspectiva (continuación)

TEMA

Gasotransmisores

Trastornos del catabolismo de los aminoácidos

Diabetes mellitus

.-

Obesidad y síndrome metabólico

Investigaciones forenses

"Modos de vida" víricos

Carcinogénesis

EF-Tu: una proteína motora

VIII

PREGUNTAS PARA LOS

ESTUDIANTES

¿Cómo es que moléculas gaseosas, que antes se pensaba que eran tóxicas a cualquier concentración, actúan como moléculas de ~eñal?

¿ Cuáles son los efectos para la salud humana de la deficiencia de una sola enzima individual que participa en el metabolismo de los aminoácidos?

¿Por qué una enfermedad metabólica como la diabetes mellitus daña todo el ' organismo?

•. '

¿Por qué en el mundo moderno tantas personas están predispuestas a la obesidad?

¿Cómo se usa el análisis de DNA en la investigación de crímenes violentos?

¿ Cómo infectan y destruyen los virus a las células hospedadoras?

¿ Qué es el cáncer y cuáles son los procesos bioquímicos que facilitan la transformación de células normales en células con propiedades cancerosas?

¿De qué manera las características estructurales del factor de elongación procariota EF-Tu facilitan su actividad como proteína motora?

PUNTOS CLAVE PÁGINA

A concentraciones muy bajas, el NO, el CO y el 536 H

2S son moléculas de señal que se difunden con

facilidad a través de las membranas celulares y cuya síntesis es controlada rigurosamente.

En el ser humano, la deficiencia de una sola enzima 577 del metabolismo de los aminoácidos tiene efectos generalizados que suelen incluir daño encefálico.

La diabetes es un ejemplo de cómo un defecto 606 individual (la incapacidad de sintetizar insulina o de reaccionar a ella) en un sistema biológico complejo puede causar un daño devastador.

La selección natural en respuesta a los rigores de la 621 escasez crónica de alimentos ha dejado a muchos seres humanos propensos a ganar peso cuando el alimento abunda. La incapacidad del organismo para enfrentar la toxicidad de los lípidos causada por el peso corporal excesivo puede dar por resultado el síndrome metabólico.

Los científicos forenses usan una técnica llamada 658 PCR para amplificar el DNA hallado en el sitio de un crimen a fin de generar el perfil genético único que distingue a un individuo de todos los demás.

Una infección vírica interrumpe el funcionamiento 665 celular. Al suprimir algunos genes celulares y al activar otros, el genoma vírico manipula a la célula hospedadora para que produzca nuevos virus en un proceso que a menudo causa la muerte celular.

I

La carcinpgénesis es el proceso por el cual células 729 con una ventaja de crecimiento sobre sus vecinas son transformadas por mutaciones en los genes que controlan la división celular en células que ya no reaccionan, a las señales reguladoras.

La proteína EF-Tu es una NTPasa que se une al 753 GTP y lo hidroliza. La unión de GTP al dominio 1 del EF-Tu causa un cambio de conformación de toda la proteína, el cual facilita la unión de un aminoacil-tRNA. Una vez que el complejo

TEMA

-Reasignación de los codones dependiente del contexto

PREGUNTAS PARA LOS

ESTUDIANTES

¿ Cómo es que los aminoácidos no estándares selenocÍsteína y pirrolisina se incorporan en polipéptidos durante la síntesis , proteínica?

PUNTOS CLAVE PÁGINA

aminoacil-tRNA se coloca en el ribosoma por medio de apareamiento de bases codón-anticodón, la hidrólisis de GTP causa un cambio conformacional que da por resultado la liberación del aminoacil-tRNA.

En la reasignaCión !de codones dependiente del ·7M contexto, un,tRNA especíñco, una sinte~asq de tRNA y otras moléculas s,e 'emplean para transformar un codón <:le" termin~ción en otro que codifica la incorporación de un aminoácido no estándar.

IX