1. Primera posicin Segunda posicin Tercera posicin (terminacin
5) U C A G (terminacin 3) U Phe Ser Tyr Cys U Phe Ser Tyr Cys C Leu
Ser Paro Paro A Leu Ser Paro Trp G C Leu Pro His Arg U Leu Pro His
Arg C Leu Pro Gln Arg A Leu Pro Gln Arg G A Ile Thr Asn Ser U Ile
Thr Asn Ser C Ile Thr Lys Arg A Met Thr Lys Arg G G Val Ala Asp Gly
U Val Ala Asp Gly C Val Ala Glu Gly A Val Ala Glu Gly G
Abreviaturas para aminocidos A Ala Alanina B Asx Asparagina o
aspartato C Cys Cistena D Asp Aspartato E Glu Glutamato F Phe
Fenilalanina G Gly Glicina H His Histidina I Ile Isoleucina K Lys
Lisina L Leu Leucina M Met Metionina N Asn Asparagina P Pro Prolina
Q Gln Glutamina R Arg Arginina S Ser Serina T Thr Treonina V Val
Valina W Trp Triptofano Y Tyr Tirosina Z Glx Glutamato o
glutamina
2. Principios de Bioqumica CUARTA EDICIN H. Robert Horton North
Carolina State University Laurence A. Moran University of Toronto
K. Gray Scrimgeour University of Toronto Marc D. Perry University
of Toronto J. David Rawn Towson State University TRADUCCIN Virgilo
Gonzlez y Pozo Traductor profesional REVISIN TCNICA Dra. Leticia
Bucio Ortiz Departamento Ciencias de la Salud Universidad Autnoma
Metropolitana Unidad Iztapalapa Dra. Vernica Souza Arroyo
Departamento Ciencias de la Salud Universidad Autnoma Metropolitana
Unidad Iztapalapa Dr. Luis Enrique Gmez Quiroz Departamento
Ciencias de la Salud Universidad Autnoma Metropolitana Unidad
Iztapalapa
3. Datos de catalogacin bibliogrfica HORTON, H. ROBERT; MORAN,
LAURENCE A.; RAWN, J. DAVID Principios de Bioqumica. Cuarta edicin
PEARSON EDUCACIN, Mxico, 2008 ISBN: 978-970-26-1025-0 rea:
Universitarios Formato: 21 27 cm Pginas: 976 SCRIMGEOUR, K. GRAY;
PERRY, MARK D.; Authorized translation from the English language
edition, entitled Principles of biochemistry 4th ed., by H. Robert
Horton, Laurence A. Moran, K. Gray Scrimgeour, Marc D. Perry and J.
David Rawn published by Pearson Education, Inc., publishing as
Prentice Hall, Copyright, 2006. All rights reserved. ISBN
0-13-145306-8 Traduccin autorizada de la edicin en idioma ingls,
titulada Principles of biochemistry 4a ed., por H. Robert Horton,
Laurence A. Moran, K. Gray Scrimgeour, Marc D. Perry y J. David
Rawn publicada por Pearson Education, Inc., publicada como Prentice
Hall, Copyright, 2006. Todos los derechos reservados. Esta edicin
en espaol es la nica autorizada. Edicin en espaol Editor: Rubn
Fuerte Rivera e-mail: [email protected] Editora de
desarrollo: Claudia Celia Martnez Amign Supervisor de produccin:
Rodrigo Romero Villalobos Edicin en ingls CUARTA EDICIN, 2008 D.R.
2008 por Pearson Educacin de Mxico, S.A. de C.V. Atlacomulco No.
500, 5 piso Col. Industrial Atoto 53519 Naucalpan de Jurez, Edo. de
Mxico E-mail: [email protected] Cmara Nacional
de la Industria Editorial Mexicana. Reg. Nm. 1031 Prentice Hall es
una marca registrada de Pearson Educacin de Mxico, S.A. de C.V.
Reservados todos los derechos. Ni la totalidad ni parte de esta
publicacin pueden reproducirse, registrarse o transmitirse, por un
sistema de recuperacin de informacin, en ninguna forma ni por ningn
medio, sea electrnico, mecnico, fotoqumico, magntico o
electroptico, por fotocopia, grabacin o cualquier otro, sin permiso
previo por escrito del editor. El prstamo, alquiler o cualquier
otra forma de cesin de uso de este ejemplar requerir tambin la
autorizacin del editor o de sus representantes. ISBN 10:
970-26-1025-7 ISBN 13: 978-970-26-1025-0 Impreso en Mxico. Printed
in Mexico. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 10 09 08 07 Executive Editor: Gary
Carlson Executive Managing Editor: Kathleen Schiaparelli Marketing
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Art Studio: Artworks/Jonathan Parrish Senior Media Editor: Patrick
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Editor: John Murdzek Project Manager: Crissy Dudonis Director of
Creative Services: Paul Belfanti Art Director: Kenny Beck Cover and
Interior Design: Koala Bear Design Cover Illustrator: Jonathan C.
Parrish Manufacturing Manager: Alexis Heydt-Long Manufacturing
Buyer: Alan Fischer Photo Researcher: Diane Austin Director, Image
Resource Center: Melinda Reo Manager, Rights and Permissions: Zina
Arabia Interior Image Specialist: Beth Boyd-Brenzel Cover Image
Specialist: Karen Sanatar Image Permission Coordinator: Robert
Farrell Editorial Assistants: Nancy Bauer, Jennifer Hart Acerca de
la portada: Complejo III (ubiquinol: citocromo c oxidorreduc-
tasa). Este complejo de unin a membrana tiene una funcin esencial
en el transporte electrnico asociado a las membranas y la generacin
del gradiente de protones que por ltimo dar origen a nuevas
molculas de ATP. El complejo III cataliza la reaccin del ciclo-Q:
una de las rutas ms importantes en bioqumica. (Ver pgina 427.)
4. La ciencia debe ser lo ms sencilla posible, pero no ms
simple. Albert Einstein
5. Los autores H. Robert Horton El doctor Horton obtuvo su
doctorado en la University of Missouri en 1962, es profe- sor
emrito William Neal Reynolds y pro- fesor emrito y ex alumno
distinguido del Departamento de Bioqumica en North Ca- rolina State
University, donde prest servi- cios como acadmico por ms de 30 aos.
La mayor parte de la investigacin del profesor Horton se ha basado
en los me- canismos de protenas y enzimas. Laurence A. Moran Despus
de obtener su doctorado en la Princeton Universtiy en 1974, el
profesor Moran pas cuatro aos en la Universit d Geneve en Suiza. Ha
sido miembro del De- partamento de Bioqumica en la University of
Toronto desde 1978, y se ha especializa- do en biologa y evolucin
molecular. Sus hallazgos acerca de los genes de respuesta al calor
se han publicado en muchas revis- tas acadmicas. K. Gray Scrimgeour
El profesor Scrimgeour obtuvo su doctora- do en la University of
Washington en 1961 y ha sido miembro del claustro de profe- sores
en la University of Toronto desde 1967. Es autor de The Chemistry
and Con- trol of Enzymatic Reactions (1977, Acade- mic Press), y
durante los pasados 40 aos ha publicado su trabajo sobre sistemas
en- zimticos mediante ms de 50 artculos de publicaciones
profesionales. De 1984 a 1992, fue editor de la revista
Biochemistry and Cell Biology. Marc D. Perry Despus de obtener su
doctorado en la Uni- versity of Toronto en 1988, el doctor Perry
ingres a la University of Colorado, donde estudi la determinacin de
los sexos en el nematodo C. elegans. En 1994 regres a la University
of Toronto como miembro del claustro de profesores en el
Departamento de Gentica Molecular y Mdica. Su inves- tigacin se ha
centrado en la gentica del desarrollo, meiosis y bioinformtica. En
2004 se uni al Heart & Stroke / Richard Leward Centre of
Excellence in Cardio- vascular Research en la Facultad de Medi-
cina de la University of Toronto. J. David Rawn El profesor Rawn
recibi su doctorado en la Ohio State University en 1971 y ha sido
catedrtico e investigador en el Departa- mento de Qumica de Townson
State Uni- versity durante los pasados 25 aos. Si bien no escribi
algn captulo sobre Principios de bioqumica, su libro de texto
Bioche- mistry (1989, Neil Patterson) ha servido como fuente de
informacin e ideas en lo concerniente al contenido y organizacin.
Los doctores Laurence A. Moran de la University of Toronto, y
Elizabeth S. Roberts-Kirch- hoff de la University of Detroit Mercy,
fueron los creadores de los nuevos problemas y solu- ciones de esta
cuarta edicin. Los problemas restantes fueron elaborados por los
doctores Robert N. Lindquist, San Francisco State University, Marc
Perry y Diane M. De Abreu de la University of Toronto. vii
6. viii SITIO WEB COMPANION Herramienta en lnea para los
estudiantes, que cuenta con mdulos tridimensionales que les ayudarn
a visualizar los laboratorios de bioqumica y de medios para la
investigacin de aspectos importantes relacionados con los captulos
de este libro. Favor de visitar el sitio en
http://www.pearsoneducacion.net.com/horton. Suplementos para los
estudiantes
7. ix PARTE UNO Introduccin 1 Introduccin a la bioqumica 1 2 El
agua 26 PARTE DOS Estructura y funcin 3 Los aminocidos y la
estructura primaria de las protenas 52 4 Protenas: Estructura
tridimensional y funcin 84 5 Propiedades de las enzimas 129 6
Mecanismos de las enzimas 158 7 Coenzimas y vitaminas 192 8
Carbohidratos 222 9 Lpidos y membranas 253 PARTE TRES Metabolismo y
bioenergtica 10 Introduccin al metabolismo 296 11 Gliclisis 327 12
Gluconeognesis, la ruta de la pentosa fosfato y el metabolismo del
glucgeno 357 13 El ciclo del cido ctrico 384 14 Transporte de
electrones y sntesis de ATP 415 15 Fotosntesis 444 16 Metabolismo
de lpidos 479 17 Metabolismo de aminocidos 520 18 Metabolismo de
nucletidos 557 PARTE CUATRO Flujo de informacin biolgica 19 cidos
nucleicos 583 20 Replicacin, reparacin y recombinacin del ADN 615
21 Transcripcin y procesamiento del ARN 647 22 Sntesis de protenas
683 23 Tecnologa del ADN recombinante 719 Contenido breve
8. x Prefacio xxv PARTE UNO Introduccin 1 Introduccin a la
bioqumica 1 1.1 La bioqumica es una ciencia moderna 2 1.2 Los
elementos qumicos de la vida 3 1.3 Muchas macromolculas importantes
son polmeros 5 A. Protenas 6 B. Polisacridos 7 C. cidos nucleicos 9
D. Lpidos y membranas 10 1.4 La energtica de la vida 11 A.
Velocidades de reaccin y equilibrios 12 B. Termodinmica 13 C.
Constantes de equilibrio y cambios en la energa libre estndar de
Gibbs 15 1.5 Bioqumica y evolucin 15 1.6 La clula es la unidad
bsica de la vida 16 1.7 Clulas procariticas: caractersticas
estructurales 17 1.8 Clulas eucariticas: caractersticas
estructurales 18 A. Ncleo 18 B. El retculo endoplsmico y el aparato
de Golgi 19 C. Mitocondrias y cloroplastos 20 D. Vesculas
especializadas 21 E. El citoesqueleto 22 1.9 Un retrato de la clula
viviente 22 1.10 La bioqumica es multidisciplinaria 24 Apndice: La
terminologa especial de la bioqumica 24 Lecturas seleccionadas 25
Contenido
9. 2 El agua 26 2.1 La molcula de agua es polar 27 2.2 Puentes
de hidrgeno en el agua 28 2.3 El agua es un solvente excelente 30
A. Las sustancias inicas y polares se disuelven en agua 30 B.
Concentraciones celulares y difusin 31 C. Presin osmtica 31 2.4 Las
sustancias no polares son insolubles en agua 32 2.5 Interacciones
no covalentes 33 A. Interacciones carga-carga 33 B. Puentes de
hidrgeno 34 C. Fuerzas de van der Waals 35 D. Interacciones
hidrofbicas 36 2.6 El agua es nucleoflica 36 2.7 Ionizacin del agua
37 2.8 La escala de pH 39 Recuadro 2.1 La pequea P en pH 40 2.9
Constantes de disociacin de cidos dbiles 41 2.10 Soluciones
amortiguadoras para resistir cambios de pH 46 Resumen 49 Problemas
49 Lecturas seleccionadas 51 PARTE DOS Estructura y funcin 3 Los
aminocidos y la estructura primaria de las protenas 52 3.1
Estructura general de los aminocidos 53 3.2 Estructuras de los 20
aminocidos comunes 55 Recuadro 3.1 Una nomenclatura alternativa 56
A. Grupos R alifticos 57 Recuadro 3.2 Nombres comunes de aminocidos
57 B. Grupos R aromticos 58 C. Grupos R sulfurados 58 D. Cadenas
laterales con grupos alcohol 59 E. Grupos R bsicos 59 F. Grupos R
cidos y sus amidas derivadas 60 G. Hidrofobicidad de las cadenas
laterales de aminocidos 60 3.3 Otros aminocidos y derivados de
aminocido 61 3.4 Ionizacin de los aminocidos 62 3.5 Unin de
aminocidos por enlaces peptdicos en las protenas 66 3.6 Tcnicas de
purificacin de las protenas 67 3.7 Tcnicas analticas 69 3.8
Composicin en aminocidos de las protenas 72 3.9 Determinacin de la
secuencia de los residuos de aminocido 73 3.10 Estrategias de
secuenciacin de protenas 75 3.11 Relaciones evolutivas a partir de
comparaciones de las estructuras primarias de las protenas 78
Contenido xi
10. xii Contenido Resumen 81 Problemas 81 Lecturas
seleccionadas 83 4 Protenas: Estructura tridimensional y funcin 84
4.1 Hay cuatro niveles de estructura de las protenas 86 4.2 Mtodos
para determinar la estructura de las protenas 87 4.3 Conformacin
del grupo peptdico 90 4.4 La hlice 92 4.5 Hebras y lminas 95 4.6
Asas y giros 97 4.7 Estructura terciaria de las protenas 98 A.
Estructuras supersecundarias 99 B. Dominios 100 C. Estructura y
funcin de los dominios 104 4.8 Estructura cuaternaria 104 4.9
Desnaturalizacin y renaturalizacin de las protenas 107 4.10 Plegado
de protenas y estabilidad 110 A. El efecto hidrofbico 110 B.
Puentes de hidrgeno 111 C. Interacciones de van der Waals e
interacciones entre cargas 112 D. Los chaperones moleculares
colaboran en el plegamiento de las protenas 112 4.11 La colgena,
una protena fibrosa 115 4.12 Estructuras de la mioglobina y la
hemoglobina 116 4.13 Enlazamiento del oxgeno con la mioglobina y la
hemoglobina 118 A. Unin reversible del oxgeno al hemo 118 B. Curvas
de unin de mioglobina y hemoglobina con el oxgeno 119 C.
Hemoglobina como protena alostrica 121 4.14 Los anticuerpos se unen
a antgenos especficos 123 Resumen 125 Problemas 125 Lecturas
seleccionadas 127 5 Propiedades de las enzimas 129 5.1 Las seis
clases de enzimas 130 5.2 Experimentos cinticos revelan propiedades
de las enzimas 132 A. Cintica qumica 133 B. Cintica enzimtica 134
5.3 Ecuacin de Michaelis-Menten 135 A. Deduccin de la ecuacin de
Michaelis-Menten 136 B. Constante cataltica kcat 138 C.
Significados de Km 138 5.4 Las constantes cinticas indican la
actividad enzimtica y la eficiencia cataltica 139 5.5 Medicin de Km
y Vmx 140 5.6 Cintica de las reacciones con sustratos mltiples 141
Recuadro 5.1 Hiprbolas y rectas 141 ba a
11. Contenido xiii 5.7 Inhibicin reversible de enzimas 142 A.
Inhibicin competitiva 143 B. Inhibicin acompetitiva 145 C.
Inhibicin no competitiva 146 D. Usos de la inhibicin enzimtica 146
5.8 Inhibicin enzimtica irreversible 147 5.9 Enzimas alostricas 148
5.10 Regulacin de la actividad enzimtica 148 A. Fosfofructocinasa,
una enzima alostrica 149 B. Propiedades generales de las enzimas
alostricas 150 C. Dos teoras de la regulacin alostrica 152 D.
Regulacin por modificacin covalente 153 5.11 Complejos
multienzimticos y enzimas multifuncionales 154 Resumen 154
Problemas 155 Lecturas seleccionadas 157 6 Mecanismos de las
enzimas 158 6.1 Terminologa de la qumica mecanicista 158 A.
Sustituciones nucleoflicas 159 B. Reacciones de ruptura 160 C.
Reacciones de oxido-reduccin 160 6.2 Estabilizacin de estados de
transicin mediante catalizadores 160 6.3 Modos qumicos de la
catlisis enzimtica 162 Recuadro 6.1 Modificacin de enzimas por
mutagnesis dirigida al sitio 163 A. Residuos polares de aminocidos
en sitios activos 163 B. Catlisis cido-base 164 C. Catlisis
covalente 165 D. Influencia del pH sobre las velocidades de reaccin
enzimtica 166 6.4 Reacciones controladas por difusin 167 A. Triosa
fosfato isomerasa 167 B. Superxido dismutasa 170 6.5 Modos de
enlazamiento en la catlisis enzimtica 171 A. El efecto de
proximidad 172 B. Enlazamiento dbil de sustratos con enzimas 172 C.
Ajuste inducido 174 D. Estabilizacin del estado de transicin 175
6.6 Lisozima 178 Recuadro 6.2 Estado de transicin propuesto para
una reaccin bimolecular 181 6.7 Propiedades de las serina proteasas
182 A. Los zimgenos son los precursores inactivos de las enzimas
182 B. Especificidad de las serina proteasas hacia el sustrato 183
C. Catlisis qumica y por modos de enlazamiento de las serina
proteasas 184 Resumen 188 Problemas 188 Lecturas seleccionadas
191
12. xiv Contenido 7 Coenzimas y vitaminas 192 7.1 Muchas
enzimas requieren cationes inorgnicos 193 7.2 Clasificacin de las
coenzimas 193 Recuadro 7.1 Vitamina C: es vitamina, pero no es
coenzima 195 7.3 ATP y otros cosustratos nucletidos 196 7.4 NAD y
NADP 197 Recuadro 7.2 Vitamina C: es vitamina, pero no es coenzima
199 7.5 FAD y FMN 200 7.6 Coenzima A 201 7.7 Pirofosfato de tiamina
202 7.8 Fosfato de piridoxal 203 7.9 Biotina 207 7.10
Tetrahidrofolato 208 7.11 Cobalamina 210 7.12 Lipoamida 212 7.13
Vitaminas lipdicas 212 A. Vitamina A 213 B. Vitamina D 213 C.
Vitamina E 213 D. Vitamina K 214 7.14 Ubiquinona 214 7.15 Protenas
coenzimas 215 7.16 Citocromos 216 Resumen 218 Problemas 219
Lecturas seleccionadas 221 8 Carbohidratos 222 8.1 La mayor parte
de los monosacridos son compuestos quirales 223 8.2 Ciclacin de
aldosas y hexosas 226 8.3 Conformaciones de los monosacridos 229
8.4 Derivados de los monosacridos 231 A. Fosfatos de azcar 231 B.
Desoxiazcares 231 C. Aminoazcares 231 D. Azcares alcoholes 232 E.
Azcares cidos 233 F. cido ascrbico 234 8.5 Disacridos y otros
glicsidos 234 A. Estructuras de los disacridos 234 B. Azcares
reductores y no reductores 236 C. Nucletidos y otros glicsidos 236
8.6 Polisacridos 237 A. Almidn y glucgeno 237 B. Celulosa y quitina
239 8.7 Glicoconjugados 241 A. Proteoglicanos 241 B.
Peptidoglicanos 243 Recuadro 8.1 Los factores de nodulacin son
lipo-oligosacridos 243
13. Contenido xv C. Glicoprotenas 244 Recuadro 8.2 El grupo
sanguneo ABO 248 Resumen 249 Problemas 250 Lecturas seleccionadas
252 9 Lpidos y membranas 253 9.1 Diversidad estructural y funcional
de los lpidos 253 9.2 cidos grasos 254 Recuadro 9.1 Nombres comunes
de los cidos grasos 255 Recuadro 9.2 cidos grasos trans y margarina
256 9.3 Triacilgliceroles 258 9.4 Glicerofosfolpidos 259 9.5
Esfingolpidos 262 9.6 Esteroides 264 9.7 Otros lpidos de
importancia biolgica 264 9.8 Las membranas biolgicas estn formadas
por bicapas lipdicas y protenas 267 Recuadro 9.3 En el estudio de
los lpidos deben usarse tcnicas no acuosas especiales 268 A.
Bicapas lipdicas 269 B. Modelo fluido de mosaico para membranas
biolgicas 270 9.9 Las bicapas lipdicas y las membranas son
estructuras dinmicas 271 9.10 Tres clases de protenas de membrana
274 Recuadro 9.4 Nuevas vesculas de lpido o liposomas 275 9.11
Transporte de membrana 278 A. Termodinmica del transporte en la
membrana 279 B. Poros y canales 280 C. Transporte pasivo 281 D.
Transporte activo 281 E. Endocitosis y exocitosis 283 Recuadro 9.5
Lo picante de los chiles 284 9.12 Transduccin de seales
extracelulares 284 A. Las protenas G son transductores de seal 285
B. La ruta de sealizacin con adenilil ciclasa 287 C. La ruta de
sealizacin inositol-fosfolpido 288 Recuadro 9.6 Toxinas bacterianas
y protenas G 289 D. Receptor de tirosina cinasas 291 Resumen 292
Problemas 292 Lecturas seleccionadas 294 PARTE TRES Metabolismo y
bioenergtica 10 Introduccin al metabolismo 296 10.1 El metabolismo
es la suma de las reacciones celulares 296 10.2 Rutas metablicas
298 A. Las rutas son secuencias de reacciones 299 Hojilla interna
Hojilla externa
14. xvi Contenido B. El metabolismo se efecta en pasos
discretos 300 C. Las rutas metablicas estn reguladas 301 D.
Evolucin de las rutas metablicas 303 10.3 Principales rutas en las
clulas 304 10.4 Compartimentacin y metabolismo entre rganos 306
10.5 Determinacin de la espontaneidad de las reacciones metablicas
por el cambio de energa libre real (no estndar) de energa libre de
Gibbs 308 10.6 Energa libre del ATP 310 10.7 Funciones metablicas
del ATP 313 A. Transferencia de grupo fosforilo 314 B. Produccin de
ATP por transferencia de grupo fosforilo 315 C. Transferencia del
grupo nucleotidilo 316 10.8 Los tiosteres tienen grandes energas
libres de hidrlisis 317 10.9 Conservacin de energa de las
oxidaciones biolgicas mediante coenzimas reducidas 318 A. Relacin
entre el cambio de energa libre de Gibbs y el potencial de reduccin
319 B. Energa libre por transferencia de electrones de NADH 322
Recuadro 10.1 Diferencias en los espectros de absorcin de NAD y
NADH 322 10.10 Mtodos experimentales para estudiar el metabolismo
323 Resumen 324 Problemas 324 Lecturas seleccionadas 326 11
Gliclisis 327 11.1 Reacciones enzimticas de la gliclisis 328 11.2
Los diez pasos de la gliclisis catalizados por enzima 328 Recuadro
11.1 Breve historia de la ruta glicoltica 329 Recuadro 11.2
Formacin de 2,3-bifosfoglicerato en los glbulos rojos 338 Recuadro
11.3 Envenenamiento con arseniato 340 11.3 Destino del piruvato 340
A. Metabolismo de piruvato a etanol 341 B. Reduccin de piruvato a
lactato 342 11.4 Cambios de energa libre en la gliclisis 343 11.5
Regulacin de la gliclisis 344 A. Regulacin de los transportadores
de hexosas 344 B. Regulacin de hexocinasa 346 Recuadro 11.4 Funcin
metablica esencial de la glucosa 6-fosfato en el hgado 346 C.
Regulacin de la fosfofructocinasa-1 347 D. Regulacin de piruvato
cinasa 348 E. El efecto Pasteur 350 11.6 Entrada de otros azcares a
la gliclisis 350 A. Conversin de fructosa en gliceraldehdo
3-fosfato 350 B. Conversin de galactosa en glucosa 1-fosfato 351 C.
Conversin de manosa en fructosa 6-fosfato 352 11.7 La ruta
Entner-Doudoroff en las bacterias 352 Resumen 354 Problemas 354
Lecturas seleccionadas 355 SS SS S S Insulina Dominios de tirosina
cinasa
15. Contenido xvii 12 Gluconeognesis, la ruta de la pentosa
fosfato y el metabolismo del glucgeno 357 12.1 Gluconeognesis 358
A. Piruvato carboxilasa 359 B. Fosfoenolpiruvato carboxicinasa 360
C. Fructosa 1,6-bifosfatasa 361 D. Glucosa 6-fosfatasa 361 12.2
Precursores para la gluconeognesis 362 A. Lactato 362 B. Aminocidos
363 C. Glicerol 363 D. Propionato y lactato 363 E. Acetato 364 12.3
Regulacin de la gluconeognesis 364 Recuadro 12.1 A veces la glucosa
se convierte en sorbitol 366 12.4 La ruta de las pentosas fosfato
366 A. Etapa oxidante 368 B. Etapa no oxidante 368 Recuadro 12.2
Deficiencia de glucosa 6-fosfato deshidrogenasa en humanos 369 C.
Interconversiones catalizadas por transcetolasa y transaldolasa 370
12.5 Metabolismo del glucgeno 371 A. Sntesis de glucgeno 371 B.
Degradacin del glucgeno 372 12.6 Regulacin del metabolismo del
glucgeno 374 A. Regulacin del metabolismo de glucgeno por las
hormonas 375 B. Regulacin recproca de glucgeno fosforilasa y
glucgeno sintasa 375 C. Accin de enzimas interconvertibles sobre la
regulacin intracelular del metabolismo del glucgeno 376 Recuadro
12.3 Enfermedades por almacenamiento de glucgeno 378 12.7
Conservacin de niveles de glucosa en los mamferos 379 Resumen 381
Problemas 382 Lecturas seleccionadas 383 13 El ciclo del cido
ctrico 384 13.1 Conversin de piruvato en acetil-CoA 385 13.2
Oxidacin de la acetil-CoA en el ciclo del cido ctrico 391 13.3
Enzimas del ciclo del cido ctrico 393 Recuadro 13.1 De dnde vienen
los electrones? 394 Recuadro 13.2 Fijacin de sustratos proquirales
a enzimas en tres puntos 397 Recuadro 13.3 Conversin de una enzima
en otra 402 13.4 Las coenzimas reducidas pueden generar la
produccin de ATP 403 13.5 Regulacin del ciclo del cido ctrico 404
13.6 El ciclo del cido ctrico no siempre es un ciclo 406 13.7 La
ruta del glioxilato 407 13.8 Evolucin del ciclo del cido ctrico 410
Sitio de fosforilacin Sitio de enlace alostrico Sitio cataltico
Sitio de enlace con glucgeno
16. Resumen 412 Problemas 412 Lecturas seleccionadas 414 14
Transporte de electrones y sntesis de ATP 415 14.1 Descripcin
general del transporte de electrones asociado a membrana y la
sntesis de ATP 416 14.2 La mitocondria 416 14.3 Teora quimiosmtica
y la fuerza protonmotriz 418 A. Antecedentes histricos: la teora
quimiosmtica 418 B. La fuerza protonmotriz 420 14.4 Transporte de
electrones 421 A. Complejos I a IV 421 B. Cofactores en el
transporte de electrones 424 14.5 Complejo I 424 14.6 Complejo II
425 14.7 Complejo III 427 14.8 Complejo IV 429 14.9 Complejo V: ATP
sintasa 432 Recuadro 14.1 Fugas de protones y produccin de calor
435 14.10 Transporte activo de ATP, ADP y Pi a travs de la membrana
mitocondrial 435 14.11 Relacin P/O 436 14.12 Mecanismos de
lanzadera de NADH en eucariotas 436 Recuadro 14.2 El alto costo de
vivir 439 14.13 Otros aceptores y donadores terminales de
electrones 439 14.14 Aniones superxido 440 Resumen 441 Problemas
441 Lecturas seleccionadas 442 15 Fotosntesis 444 15.1 Pigmentos
recolectores de luz 445 15.2 Fotosistemas bacterianos 449 A.
Fotosistema II 449 B. Fotosistema I 452 C. Fotosistemas acoplados y
citocromo bf 455 D. Potenciales de reduccin y energa libre de Gibbs
en la fotosntesis 458 E. La fotosntesis se efecta dentro de las
membranas internas 459 15.3 Fotosntesis en las plantas 460 A.
Cloroplastos 460 Recuadro 15.1 Bacteriorrodopsina 461 B.
Fotosistemas vegetales 463 C. Organizacin de los fotosistemas del
cloroplasto 463 15.4 Fijacin del CO2: el ciclo de Calvin 464 A. El
ciclo de Calvin 465 B. Rubisco: Ribulosa 1,5-bifosfato
carboxilasa-oxigenasa 465 C. Oxigenacin de la ribulosa
1,5-Bifosfato 469 D. Ciclo de Calvin: Etapas de reduccin y
regeneracin 470 Recuadro 15.2 Construccin de una Rubisco mejor 470
xviii Contenido Hemo b QH2 Membrana EXTERIOR INTERIOR Grupos FeS
FAD H ADP Pi ATP H2O CF1 CF0
17. 15.5 Metabolismo de sacarosa y almidn en las plantas 471
15.6 Otras rutas de fijacin de carbono 473 Recuadro 15.3 Los
guisantes rugosos de Gregor Mendel 473 A. La ruta C4 474 B.
Metabolismo del cido crasulceo 474 C. Fijacin de carbono en las
bacterias 476 Resumen 477 Problemas 477 Lecturas seleccionadas 478
16 Metabolismo de lpidos 479 16.1 Sntesis de cidos grasos 480 A.
Sntesis de malonil ACP y acetil ACP 480 B. Reaccin de iniciacin en
la sntesis de cidos grasos 481 C. Reacciones de elongacin en la
sntesis de cidos grasos 482 D. Activacin de los cidos grasos 483 E.
Extensiones y desaturacin de cidos grasos 484 16.2 Sntesis de
triacilgliceroles y de glicerofosfolpidos 485 16.3 Sntesis de
eicosanoides 488 Recuadro 16.1 Bsqueda de un sustituto de la
aspirina 490 16.4 Sntesis de ter lipdicos 490 16.5 Sntesis de
esfingolpidos 491 Recuadro 16.2 Enfermedades por almacenamiento
lisosoma 493 Recuadro 16.3 Regulacin de las concentraciones del
colesterol 494 16.6 Sntesis del colesterol 495 A. Etapa 1: De
acetil-CoA a isopentenil difosfato 495 B. Etapa 2: De isopentenil
difosfato a escualeno 496 C. Etapa 3: De escualeno a colesterol 496
D. Otros productos del metabolismo de isoprenoides 496 16.7
Oxidacin de cidos grasos 498 A. Reacciones de la b-oxidacin 499 B.
Sntesis de los cidos grasos y la b-oxidacin 500 C. Transporte de
acil-CoA graso al interior de las mitocondrias 501 Recuadro 16.4
Enzima trifuncional para la b-oxidacin 502 D. Generacin de ATP a
partir de la oxidacin de los cidos grasos 502 E. b-Oxidacin de los
cidos grasos de cadena impar y no saturados 504 16.8 Formacin de
lpidos eucariticos en diversos sitios 506 16.9 En los mamferos, el
metabolismo de los lpidos es regulado por hormonas 507 16.10
Absorcin y movilizacin de los lpidos combustibles en los mamferos
509 A. Absorcin de los lpidos de la dieta 509 B. Lipoprotenas 510
Recuadro 16.5 Lipoprotena lipasa y enfermedad coronaria 513 C.
Albmina de suero 513 16.11 Cuerpos cetnicos: molculas de
combustible 513 A. Sntesis de cuerpos cetnicos en el hgado 514 B.
Oxidacin de los cuerpos cetnicos en las mitocondrias 515 Recuadro
16.6 Metabolismo alterado de los carbohidratos y de los lpidos en
la diabetes 516 Contenido xix
18. xx Contenido Resumen 517 Problemas 517 Lecturas
seleccionadas 519 17 Metabolismo de aminocidos 520 17.1 Ciclo del
nitrgeno y fijacin del nitrgeno 521 17.2 Asimilacin del amoniaco
523 A. Incorporacin de amoniaco a glutamato y glutamina 524 B.
Reacciones de transaminacin 524 17.3 Sntesis de aminocidos 526 A.
Aspartato y asparagina 526 Recuadro 17.1 Se puede tratar la
leucemia linfoblstica infantil con asparaginasa 526 B. Lisina,
metionina y treonina 527 C. Alanina, valina, leucina e isoleucina
528 D. Glutamato, glutamina, arginina y prolina 528 E. Serina,
glicina y cistena 529 F. Fenilalanina, tirosina y triptfano 531
Recuadro 17.2 Alimentos modificados genticamente 533 Recuadro 17.3
Aminocidos esenciales y no esenciales en los animales 534 G.
Histidina 535 17.4 Aminocidos como precursores metablicos 536 A.
Productos derivados de glutamato, glutamina y aspartato 536 B.
Productos derivados de serina y glicina 536 C. Sntesis de xido
ntrico a partir de arginina 536 17.5 Recambio de protenas 538
Recuadro 17.4 Apoptosis: muerte celular programada 538 17.6
Catabolismo de aminocidos 539 A. Alanina, asparagina, aspartato,
glutamato y glutamina 541 B. Arginina, histidina y prolina 541 C.
Glicina y serina 542 D. Treonina 543 E. Aminocidos de cadena
ramificada 543 F. Metionina 545 G. Cistena 546 H. Fenilalanina,
triptfano y tirosina 546 Recuadro 17.5 Fenilcetonuria, defecto en
la formacin de tirosina 546 I. Lisina 548 Recuadro 17.6
Enfermedades del metabolismo de cidos grasos 548 17.7 Ciclo de la
urea: conversin de amoniaco en urea 549 A. Sntesis de carbamol
fosfato 549 B. Reacciones del ciclo de la urea 549 C. Reacciones
anexas al ciclo de la urea 550 Recuadro 17.7 El hgado est
organizado para eliminar amoniaco txico 551 17.8 Produccin de
bicarbonato en el metabolismo renal de glutamina 553 Resumen 554
Problemas 555 Lecturas seleccionadas 556
19. Contenido xxi 18 Metabolismo de nucletidos 557 18.1 Sntesis
de los nucletidos de purina 558 18.2 Sntesis de otros nucletidos de
purina a partir de IMP 561 Recuadro 18.1 Nombres comunes de las
bases 561 18.3 Sntesis de nucletidos de pirimidina 563 A. La ruta
de sntesis de pirimidina 564 Recuadro 18.2 Transferencia de
amoniaco a partir de glutamina por algunas enzimas 565 B. Regulacin
de la sntesis de pirimidina 566 18.4 Sntesis de CTP a partir de UMP
568 18.5 Reduccin de ribonucletidos a desoxirribonucletidos 569
18.6 La metilacin de dUMP produce dTMP 570 Recuadro 18.3 Radicales
libres en la reduccin de ribonucletidos 570 Recuadro 18.4 Los
medicamentos contra el cncer inhiben la sntesis de dTTP 572 18.7
Recuperacin de purinas y pirimidinas 573 18.8 Catabolismo de purina
574 Recuadro 18.5 El sndrome de Lesch-Nyhan y la gota 576 18.9
Ciclo de nucletidos de purina en los msculos 578 18.10 Catabolismo
de la pirimidina 579 Resumen 580 Problemas 580 Lecturas
seleccionadas 581 PARTE CUATRO Flujo de informacin biolgica 19
cidos nucleicos 583 19.1 Los nucletidos son los bloques de
construccin de los cidos nucleicos 584 A. Ribosa y desoxirribosa
584 B. Purinas y pirimidinas 585 C. Nuclesidos 586 D. Nucletidos
587 19.2 El ADN tiene doble hebra 590 A. Unin de nucletidos por
enlaces de 3,5fosfodister 590 B. Formacin de una doble hlice con
dos hebras antiparalelas 592 C. Estabilizacin de la doble hlice por
fuerzas dbiles 595 D. Conformaciones de ADN de doble hebra 597 19.3
Superenrollamiento del ADN 597 19.4 Diversos tipos de ARN en las
clulas 599 19.5 Empaquetamiento del ADN en cromatina, en clulas
eucariotas 599 A. Nucleosomas 600 Recuadro 19.1 Acetilacin y
desacetilacin de histonas 601 B. Niveles superiores de estructura
de la cromatina 603 C. Empacamiento del ADN bacteriano 604 19.6
Nucleasas e hidrlisis de cidos nucleicos 605 A. Hidrlisis alcalina
del ARN 605 B. Hidrlisis de ARN catalizada por ribonucleasa 605 C.
Endonucleasas de restriccin 608 D. Unin firme de EcoRI a ADN
610
20. xxii Contenido 19.7 Usos de las endonucleasas de restriccin
610 Resumen 612 Problemas 612 Lecturas seleccionadas 613 20
Replicacin, reparacin y recombinacin del ADN 615 20.1 La replicacin
de ADN en cromosomas es bidireccional 616 20.2 ADN polimerasa 618
A. Elongacin de la cadena; reaccin de transferencia de grupo
nucleotidilo 619 B. Permanencia de la ADN polimerasa III unida a la
horquilla de replicacin 621 C. Lectura de prueba para corregir
errores 621 20.3 Sntesis simultnea de dos hebras por la ADN
polimerasa 622 A. Sntesis discontinua de la hebra retrasada 623 B.
Cada fragmento de Okazaki comienza con un ARN cebador 623 C. Unin
de fragmentos de Okazaki por accin de ADN polimerasa I y ADN ligasa
624 20.4 Modelo del replisoma 626 20.5 Iniciacin y terminacin de la
replicacin de ADN 629 20.6 Replicacin de ADN en eucariotas 630
Recuadro 20.1 Secuenciacin del ADN con dideoxinucletidos 632 20.7
Reparacin de ADN daado 634 A. Reparacin despus de fotodimerizacin:
ejemplo de reparacin directa 635 B. Reparacin por escisin 635 20.8
Recombinacin homloga 639 A. Modelo Holliday de recombinacin general
639 B. Recombinacin en E. coli 640 C. La recombinacin puede ser una
forma de reparacin 641 Recuadro 20.2 Vnculos moleculares entre
reparacin de ADN y el cncer de mama 643 Resumen 644 Problemas 644
Lecturas seleccionadas 645 21 Transcripcin y procesamiento del ARN
647 21.1 Tipos de ARN 648 21.2 ARN polimerasa 649 A. ARN
polimerasa: protena oligomrica 649 B. Reaccin de elongacin de la
cadena 650 21.3 Inicio de la transcripcin 652 A. Orientacin 5S3 de
los genes 652 B. El complejo de transcripcin se ensambla en un
promotor 653 C. Reconocimiento del promotor por la subunidad s 655
D. Cambios de conformacin en la ARN polimerasa 655 21.4 Terminacin
de la transcripcin 656 21.5 Transcripcin en eucariotas 659 A. ARN
polimerasas eucariticas 659 B. Factores de transcripcin eucariticos
662 C. Papel de la cromatina en la transcripcin eucaritica 663 21.6
Regulacin de la transcripcin de genes 663
21. Contenido xxiii 21.7 El opern lac, ejemplo de regulacin
positiva y negativa 665 A. Bloqueo de la transcripcin por el
represor lac 665 B. Estructura del represor lac 667 C. Activacin de
la transcripcin por la protena reguladora cAMP 668 21.8 Modificacin
postranscripcional del ARN 670 A. Procesamiento de ARN de
transferencia 671 B. Procesamiento de ARN ribosmico 672 21.9
Procesamiento de ARNm eucaritico 674 A. Extremos modificados en las
molculas eucariticas de ARNm 674 B. Empalme de algunos ARNm
precursores eucariticos 677 Resumen 680 Problemas 680 Lecturas
seleccionadas 682 22 Sntesis de protenas 683 22.1 El cdigo gentico
683 22.2 ARN de transferencia 686 A. La estructura tridimensional
del ARNt 686 B. Apareamiento de bases de anticodones en ARNt con
codones en ARNm 688 22.3 Aminoacil-ARNt sintetasas 688 A. Reaccin
de la aminoacil-ARNt sintetasa 689 B. Especificidad de las
aminoacil-ARNt sintetasas 689 C. Actividad correctora de las
aminoacil-ARNt sintetasas 691 22.4 Ribosomas 692 A. Los ribosomas
estn formados por ARN ribosmico y protena 693 B. Los ribosomas
contienen dos sitios de unin con aminoacil-ARNt 695 22.5 Iniciacin
de la traduccin 695 A. ARNt de inicio 695 B. Complejos de
iniciacin: slo se ensamblan en codones de inicio 695 C. Los
factores de iniciacin ayudan a formar el complejo de inicio 696 D.
Inicio de la traduccin en eucariotas 697 22.6 Alargamiento de
cadena: microciclo de tres pasos 697 A. Los factores de
alargamiento acoplan a un aminoacil-ARNt en el sitio A 699 B. La
peptidil transferasa cataliza la formacin del enlace peptdico 700
C. La traslocacin mueve al ribosoma un codn 701 22.7 Terminacin de
la traduccin 705 22.8 La sntesis de protenas es costosa en energa
705 22.9 Regulacin de la sntesis de protenas 705 A. Acoplamiento de
la sntesis de protena con el ensamble del ribosoma en E. coli 706
Recuadro 22.1 Algunos antibiticos inhiben la sntesis de protenas
707 B. La sntesis de globina depende de la disponibilidad de hemo
707 C. El opern trp de E. coli est regulado por represin y
atenuacin 708 22.10 Procesamiento postraduccional 712 A. La
hiptesis de la seal 712 B. Glicosilacin de protenas 716 Resumen 716
Problemas 717 Lecturas seleccionadas 718 P P P 5 3 M16 RNasa III
partcula 21S Subunidad 30S completa
22. 23 Tecnologa del ADN recombinante 719 23.1 Preparacin del
ADN recombinante 719 23.2 Vectores de clonacin 721 A. Plsmidos
vectores 723 B. Vectores de bacterifago l 723 C. Vectores lanzadera
724 D. Cromosomas artificiales de levadura como vectores 724 23.3
Identificacin de clulas anfitrin que contienen ADN recombinante 727
A. En las estrategias de seleccin se usan genes marcadores 727 B.
Seleccin en eucariotas 727 C. Marcadores visuales: inactivacin por
insercin del gen de b-galactosidasa 727 23.4 Bibliotecas genmicas
728 Recuadro 23.1 El Proyecto Genoma Humano 728 23.5 Preparacin de
bibliotecas de ADNc a partir de ARNm 729 23.6 Seleccin de una
biblioteca 730 23.7 Desplazamiento de cromosomas 733 23.8 Expresin
de protenas mediante tecnologa de ADN recombinante 734 A. Vectores
de expresin procariticos 734 B. Expresin de protenas en eucariotas
734 23.9 Aplicaciones de la tecnologa de ADN recombinante 735 A.
Ingeniera gentica de plantas 737 B. Ingeniera gentica en
procariotas 737 23.10 Aplicaciones a enfermedades humanas 739 23.11
Amplificacin de secuencias seleccionadas de ADN con la reaccin en
cadena de la polimerasa 741 Recuadro 23.2 Usos mdicos de la PCR 741
23.12 Mutagnesis dirigida de ADN clonado 743 Resumen 744 Problemas
745 Lecturas seleccionadas 747 Soluciones 749 Crditos de
ilustraciones 809 Glosario 811 ndice 827 xxiv Contenido
23. xxv Al estudiante Bienvenido a la bioqumica!, el estudio de
la vida a nivel molecular. A medida que se adentre en esta
disciplina excitante y dinmica descubrir muchas cosas nuevas y
maravillosas. Aprender cmo algunas enzimas pueden catalizar
reacciones qu- micas a velocidades cercanas a lmites tericos:
reacciones que, de otra manera, ocurriran slo a velocidades
imperceptiblemente bajas. Conocer las fuerzas que mantienen la
estructura molecular y cmo incluso algunas de esas fuerzas ms
dbiles hacen posible la vida. Tambin aprender que la bioqumica
tiene miles de aplicaciones en la vida cotidiana: en la medicina,
diseo de frmacos, nutricin, ciencia forense, agricultura y
manufactura. En resumen, comenzar un viaje de descubrimiento acerca
de cmo la bioqumica mejora y hace posible la vida. Antes de
comenzar, nos gustara ofrecerle algunos consejos: No memorice los
datos; en vez de ello, comprenda los principios En este libro, se
ha tratado de identificar los principios ms importantes de la
bioqu- mica. Cada ao se publican millones de investigaciones, la
mitad de ellas describen los resultados de hallazgos efectuados en
alguna rea de la bioqumica. Como la base de conocimientos
bioqumicos se est expandiendo continuamente, es necesa- rio
entender los temas bsicos de esta ciencia con el fin de
comprenderla cabalmen- te. Este libro de texto est diseado para
ampliar las bases que ha adquirido en los cursos de qumica y
biologa y proporcionarle un marco de conocimientos bioqu- micos que
le permitir entender nuevos fenmenos cuando se encuentre ante
ellos. A medida que progrese en sus estudios, encontrar muchos
ejemplos que dan sen- tido al marco que se describe. Estos datos
individuales son tiles para esclarecer los principios bsicos. Est
preparado para aprender un nuevo vocabulario La comprensin de los
datos bioqumicos requiere el aprendizaje de un vocabulario
bioqumico. Este vocabulario incluye las estructuras qumicas de
varias molculas clave. Estas molculas estn agrupadas en familias
basadas en sus estructuras y funciones. Tambin aprender a
distinguir entre los miembros de cada familia y de qu forma las
pequeas molculas se combinan para formar macromolculas como las
protenas y los cidos nucleicos. Igual que con cualquier nueva
disciplina que estudie, cuanto ms familiarizado se encuentre con el
vocabulario ms fcil apren- der a valorar la literatura cientfica.
Ponga a prueba sus conocimientos El verdadero dominio de la
bioqumica se basa en aprender a aplicar su conoci- miento y a
resolver problemas. Cada captulo concluye con un conjunto de pro-
blemas cuidadosamente diseados que pondrn a prueba su comprensin de
los principios bsicos. Muchos de estos problemas son pequeos
estudios de caso que presentan el problema en el contexto de un
verdadero acertijo bioqumico. Prefacio
24. xxvi Prefacio A fin de practicar ms, aparte de solucionar
los ejercicios de repaso tradiciona- les en bioqumica, tambin
hallar problemas adicionales en el sitio Principles of
Biochesmistry Companion Website
(http://www.pearsoneducacion.net/horton). Aprenda a visualizar en
3-D Los elementos bioqumicos son objetos tridimensionales.
Comprender lo que suce- de en una reaccin bioqumica a nivel
molecular requiere capacidad de ver lo que ocurre en tres
dimensiones. En este libro se representan estructuras moleculares
simples de diferentes formas con el fin de ilustrar su conformacin
tridimensional. Las estructuras de protenas y los complejos
protenicos tambin se representan como objetos y dimensiones. A
travs de este libro encontrar muchos dibujos excelentes elaborados
por un equipo experimentado de artistas. Adems, en el sitio Web
www.pearsoneducacion.net/horton encontrar numerosas animaciones y
mo- delos moleculares interactivos que podr manipular en tiempo
real en una compu- tadora. Se sugiere de manera especial que vea
esas pelculas y realice los ejercicios que las acompaan, y que
participe en los tutoriales de visualizacin molecular.
Retroalimentacin Por ltimo, le agradeceremos que nos haga saber los
errores y omisiones que encuentre cuando utilice este texto. Dganos
qu le gustara ver en la siguiente edicin. Muchos de los cambios en
esta cuarta edicin se han originado de suge- rencias y crticas por
parte de estudiantes como usted. Con su ayuda, continuare- mos
haciendo evolucionar este trabajo para convertirlo en una
herramienta ms til. Nuestros correos electrnicos se encuentran al
final de este prefacio. Buena suerte y disfrtelo! Al profesor Sean
bienvenidos todos nuestros leales usuarios y aquellos profesores
que, por pri- mera vez, se encuentran impartiendo cursos de
bioqumica. Este libro de texto est diseado para estudiantes de
cursos de un semestre, pero se vuelve cada vez ms popular en los
cursos de dos semestres. Esperamos que encuentre este libro ideal
para su curso. Si tuviera cualquier comentario o duda, por favor
pngase en contac- to mediante nuestro correo electrnico. El libro
se dise especialmente para el estudiante principiante que toma un
primer curso en este floreciente tema. Las partes 1 y 2 establecen
una base slida para el conocimiento qumico que ayudar a los alumnos
a entender, y no slo a memorizar, la dinmica de los procesos
metablicos y genticos. En estas sec- ciones se asume que los
estudiantes han tomado cursos previos en qumica gene- ral y
orgnica, y que han adquirido un conocimiento rudimentario de la
qumica orgnica de los cidos carboxlicos, aminas, alcoholes y
aldehdos. Aun as, los principales grupos funcionales y las
propiedades qumicas de cada tipo de bio- molcula se explican
detalladamente conforme se van presentando sus estructu- ras y
funciones. Enfoque en los principios En esencia, existen dos clases
de libros de texto de bioqumica: los de consulta y los que se
utilizan para la enseanza. Es difcil que un libro cubra ambas
funciones, ya que ese cmulo de detalles que el profesional busca es
lo que entrampa al novi- cio que con trabajo se abre camino en este
viaje. Este texto es, sin disculpa alguna, para la enseanza. Fue
diseado para promover el entendimiento en el estudiante y
25. Prefacio xxvii no es una enciclopedia de bioqumica. Este
libro se enfoca firmemente en la ense- anza de los principios
bsicos, y cada principio est apoyado por ejemplos cuida- dosamente
seleccionados. Enfoque en la qumica con biologa rigurosa Cuando
escribimos este texto por primera vez, decidimos tomarnos el tiempo
para explicar, en trminos qumicos, los principios que abordamos.
Con ese fin, ofrece- mos explicaciones qumicas detalladas de la
mayor parte de la qumica contenida en este texto, incluyendo sus
mecanismos (los cuales le dicen a los estudiantes cmo y por qu
suceden las cosas). Aunque la qumica ha sido muy importante, tambin
le hemos dado ese nivel de importancia a la parte bio en la
bioqumica. Puntualizamos que los sistemas bioqumi- cos evolucionan
y que las reacciones que ocurren en algunas especies son
variaciones de un tema ms general. En esta edicin, ponemos ms
nfasis en las similitudes de los sistemas procariotas y eucariotas,
aunque evitamos realizar generalizaciones acer- ca de todos los
organismos con base en reacciones que ocurren en unos pocos.
Estamos orgullosos de que ste es el libro de bioqumica ms preciso
desde el punto de vista cientfico. Nos hemos esforzado en asegurar
que nuestros datos sean correctos y que las explicaciones de los
conceptos bsicos reflejen el consenso mo- derno entre
investigadores activos. El xito se debe, en gran parte, a la
dedicacin de muchos de nuestros revisores y editores. Un enfoque en
lo visual La bioqumica es una ciencia tridimensional. La inclusin
de imgenes de vanguar- dia generadas por computadora tiene la
intencin de esclarecer la forma y la fun- cin de las molculas, y
permitir que los estudiantes aprecien la relacin entre la
estructura y la funcin. La mayor parte de las imgenes de protenas
en esta edicin son nuevas; fueron preparadas diestramente por
Jonathan Parrish de la University of Alberta. Para los estudiantes
que tengan acceso a una computadora, ofrecemos muchas otras
oportunidades. Hemos incluido los nmeros de referencia del Banco de
Datos de Protenas (PDB, por sus siglas en ingls) para las
coordenadas de las cuales se de- rivan todas las imgenes de las
protenas. Esto permite explorar por cuenta propia las estructuras
con ms profundidad. Adems, tenemos una galera de archivos PDB que
los estudiantes pueden ver utilizando Chime o cualquier otro visor
molecular; se publican en el sitio Web Companion
(http://www.pearsoneducacion.net/horton) como animaciones de los
procesos dinmicos clave, as como tutoriales de visuali- zacin que
utilizan Chime. Organizacin Nos hemos esforzado en presentar la
historia de la bioqumica en forma clara, co- herente y bien
integrada, y en construir cada etapa del conocimiento necesaria
para la siguiente etapa. Este libro est distribuido en cuatro
partes, y cada una se basa en la que se present con anterioridad.
La parte uno constituye una introduccin para todo lo siguiente. En
el captulo 1 se agregaron secciones acerca de termodinmica y
cintica de reaccin como res- puesta a las sugerencias de sus
colegas. Estas breves descripciones ayudarn a los estudiantes que
necesitan repasar los principios qumicos bsicos. El captulo 1
tambin incluye una breve resea de la estructura celular y de las
cuatro clases de macromolculas: protenas, carbohidratos, lpidos y
cidos nucleicos. En este cap- tulo, y travs del libro, conservamos
un patrn coherente de presentacin, desde la qumica bsica hasta la
funcin bioqumica. En primer lugar se muestra la qumica de las
unidades monomricas y despus se exploran las propiedades y
funciones de los biopolmeros y agregados formados a partir de esos
monmeros: aminocidos
26. xxviii Prefacio en protenas, monosacridos en polisacridos y
glicoconjugados, lpidos en mem- branas, nucletidos en cidos
nucleicos. La parte dos incluye tres captulos acerca de las
propiedades de las enzimas, mecanismos enzimticos y coenzimas
(captulos 5, 6, 7). Lo animamos a que ad- quiera una firme
comprensin de estos temas crticos, dado que son necesarios para una
apreciacin posterior de la funcin de las enzimas y las coenzimas en
las rutas metablicas. El captulo 8 cubre el tema de los
carbohidratos y sus derivados. Se ha agregado nueva informacin
acerca de los grupos sanguneos ABO en la sec- cin de glucoprotenas.
Los lpidos y las membranas se describen en el captulo 9, y aqu se
presenta a los estudiantes el emocionante campo de la transduccin
de seal. Se mejor la descripcin del transporte de membrana y los
potenciales de membrana con el fin de preparar a los estudiantes
para los captulos acerca del transporte de electrones y de
gradientes protnicos. La parte tres presenta nueve captulos que se
enfocan en las rutas metablicas. En el captulo 10 se presentan las
intrincadas sinfonas moleculares del metabolis- mo mediante la
consideracin de cmo se energizan, interrelacionan y regulan las
rutas. En esta edicin se agregaron nuevos materiales acerca de cmo
evolucionan las rutas metablicas un tema al que regresaremos en los
captulos subsiguientes. El captulo 11 describe la gliclisis con
todo detalle. En esta etapa se estableci un formato que aparece en
los captulos metablicos siguientes: primero se describe la ruta
bsica en trminos qumicos y enzimticos, despus se demuestran los
reque- rimientos energticos y las fuentes de energa, y se concluye
con un recuento de los mecanismos reguladores. Obsrvese que la
primera introduccin a la transduccin de seal (captulo 9) permite la
integracin de la regulacin a cada captulo del me- tabolismo y el
anlisis de flujo a travs de las rutas recprocas. El captulo 12 se
ha reorganizado por completo. Ahora se pone mayor nfasis en la
gluconeognesis y se explica cmo se relacionan las rutas de la
gliclisis y la gluconeognesis. La mayora de los profesores de
bioqumica estn dedicando ms tiempo a la gluconeognesis, dado que es
la ruta fundamental en la mayora de las especies. En los siguientes
captulos acerca del metabolismo de lpidos (captulo 16), el
metabolismo de aminocidos (captulo 17) y el metabolismo de los
nucle- tidos (captulo 18) describimos las rutas de la biosntesis
antes de mostrar las rutas de degradacin. Una vez ms, esto es
congruente con nuestro enfoque sobre los principios bsicos de
bioqumica que aplican a la mayora de las especies y refleja una
nueva tendencia en la enseanza de la bioqumica. Siempre que ha sido
posi- ble, explicamos dnde difieren las rutas de la bioqumica
humana de las que se pueden ver en otras especies. Esperamos que
disfrute el nuevo contenido del captulo 13 (El ciclo del cido
ctrico) y del captulo 14 (Transporte de electrones y sntesis de
ATP). Se ha pues- to mayor nfasis en la evolucin de estas rutas y
en la relacin entre las versiones procariota y eucariota. Tambin se
han incorporado nuevas estructuras de comple- jos de membrana como
parte de una estrategia para relacionar la estructura y la fun- cin
de una forma ms significativa de lo que era posible en ediciones
previas. La parte tres tambin incluye un captulo completamente
revisado acerca de la fotosn- tesis (captulo 15). Se ha aprovechado
la tremenda cantidad de nueva informacin acerca de la fotosntesis
para describir de qu manera los sistemas bacterianos sim- ples han
evolucionado en los sistemas de plantas ms complejos. Tambin se ha
puesto mayor atencin en la integracin de los principios de la
fotosntesis y el ma- terial sobre la teora quimiosmtica que se
presenta en el captulo precedente acer- ca del transporte de
electrones. La parte cuatro concluye el libro con cinco captulos
acerca del flujo de infor- macin biolgica. Nuestro principal nfasis
a travs de esta serie de captulos se encuentra en los procesos
bsicos que rigen las rutas de los flujos de informacin. Nos hemos
esforzado en incorporar en nuestra historia de los genes y de la
expre- sin gentica los principios de bioqumica que se ensearon en
los captulos prece- dentes. El captulo final (23) es una
presentacin sustancial y contempornea de las tcnicas que se
utilizan en la tecnologa del ADN recombinante.
27. Prefacio xxix Nuevas caractersticas en esta edicin Estamos
agradecidos por toda la informacin recibida relacionada con las
primeras tres ediciones de este texto. Adems de los cambios que se
observaron, en esta cuarta edicin podr percatarse de las siguientes
mejoras: descripciones ampliadas de las reacciones de
oxidorreduccin en varios captu- los, incluyendo una mayor
explicacin de dnde provienen los electrones. problemas adicionales
al final de cada captulo, con soluciones detalladas para todos los
problemas en un apndice al final del libro. ms soluciones muestra a
los problemas. mayor cantidad de referencias cruzadas al margen
para mejorar la conexin entre los conceptos y la integracin del
material, a fin de permitir a los profe- sores cubrir el material
en un orden diferente, y mejorar la eficiencia del estu- dio de sus
alumnos. adicin de un tema especial, aplicacin clnica, e insertos
de estudio ms pro- fundo en la mayor parte de los captulos.
insertos adicionales acerca de los orgenes de los nombres
bioqumicos con el fin de hacer del vocabulario algo ms sencillo e
interesante. ampliacin del glosario de trminos bioqumicos al final
del libro. actualizacin de lecturas seleccionadas al final de cada
captulo. Desde la publicacin de la tercera edicin se realizaron
avances importantes en varias reas. Para esta edicin, cada seccin
del texto fue modificada para reflejar esos avances. Por ejemplo,
se agregaron muchas estructuras protenicas nuevas, ca- da una con
referencias al Banco de Datos de Protenas; se ampli el anlisis de
las estructuras de las protenas (con ms ejemplos); se profundizaron
los comentarios acerca de las enzimas multifuncionales conocidas;
se enfatiz ms el tema de la evolucin molecular; se mejor el anlisis
del mecanismo de conservacin de ener- ga como ATP; se incorporaron
los resultados de varias iniciativas del genoma, y se agreg nueva
informacin acerca de la transcripcin y traduccin, incluyendo in-
formacin sobre las estructuras del ribosoma y la RNA polimerasa. Se
cre un paquete de aprendizaje para el estudiante (disponible en
ingls) que incluye lo siguiente: The Biochemistry Student Companion
Sitio Web Companion Los paquetes para el profesor (tambin en ingls)
consisten en: Centro de recursos para el instructor en CD/DVD Curso
precargado en nuestra plataforma educactiva en lnea
(CourseCompass). Agradecimientos Estamos agradecidos con muchos de
nuestros talentosos y destacados revisores que ayudaron a dar forma
a este libro. Colaboradores que ayudaron en esta cuarta edicin:
Revisores de precisin: David Watt, University of Kentucky Neil
Haave, University of Alberta
28. Revisores de contenido: Consuelo lvarez, Longwood
University Marilee Benore Parsons, University of Michigan Albert M
Bobst, University of Cincinnati Gary J. Blomquist, University of
Nevada, Reno Kelly Drew, University of Alaska, Fairbanks Andrew
Feig, Indiana University Giovanni Gadda, Georgia State University
Donna L. Gosnell, Valdosta State University Charles Hardin, North
Carolina State University Jane E. Hobson, Kwantlen University
College Ramji L. Khandelwal, University of Saskatchewan Scott
Lefler, Arizona State Kathleen Nolta, University of Michigan
Jeffrey Schineller, Humboldt State University Richard Shingles,
Johns Hopkins University Michael A. Sypes, Pennsylvania State
University Martin T. Tuck, Ohio University Julio F. Turrens,
University of South Alabama David Watt, University of Kentucky
James Zimmerman, Clemson University Revisores que han contribuido
en ediciones previas: Lawrence Aaronson, Utica College of Syracuse;
Stephen L. Bearne, University of North Carolina at Chapel Hill;
Robert Bergen, University of Central Arkansas; Gary J. Blomquist,
University of Nevada-Reno; Robert I. Bolla, Saint Louis Univer-
sity; Lori Bolyard, University of Evansville; John Brosnan,
Memorial University of Newfoundland; Ronald Callahan, New York
University; Martin F. Chaplin, South Bank University; William
Coleman, University of Hartford; Harold Cook, Dalhou- sie
University; Gary W Daughdrill, University of Idaho; Ruthellen M.
Dawley, University of Evansville; John Durham, West Virginia School
of Medicine; Yves Engelborghs, University of Leuven; Edward
Funkhouser, Texas A&M University; Milton Gordon, University of
Washington; Kenneth, E. Guyer, Marshall Univer- sity; Robert
Harris, Indiana University-School of Medicine; Jan Hoek, Thomas
Jefferson University; J. Kenneth Hoober, Arizona State University;
Cristi Hunnes, Rocky Mountain College; Mahendra K. Jain, University
of Delaware; Thomas D. Kim, Youngstown State University; David
Koetje, SUNY-Fredonia; James A. Knopp, North Carolina State
University; Susan Lees-Miller, Roger A. Lewis, Uni- versity of
Nevada at Reno; University of Calgary; Robert N. Lindquist, San
Francisco State University; Richard Lomneth, University of Nebraska
at Omaha; Ray Lut- gring, University of Evansville; George Marzluf,
Ohio State University; Barbara Olson, University of Calgary; Thomas
Prasthofer, Albany College of Pharmacy; Thomas Reilly, California
State University-Dominguez Hills; Carl Rhodes, Uni- versity of
Illinois-Urbana-Champagne; Gale Rhodes, University of Southern Mai-
ne; Duane L. Rohlfing, University of South Carolina; Douglas
Russell, Dalhousie University; Aziz Sancar, University of North
Carolina-School of Medicine; Larry Scheve, California State
University-Hayward; Allen Scism, Central Missouri State University;
Steven Seifried, University of Hawaii at Manoa; Thomas Sherman,
University of Pittsburgh; Timothy A. Sherwood, Arkansas Tech
University; Dean Sherry, University of Texas at Dallas; David
Skalnik, Indiana University School of Medicine; Anthony F. Sky,
Lawrence Technological University; Gary D. Small, University of
South Dakota; Ronald L. Somerville, Purdue University; Ralph Step-
hani, St. Johns University; Laurence Tate, University of South
Alabama; William Thompson, University of Toronto; Richard W.
Topham, University of Richmond; Arrel Towes, University of South
Carolina; Julio F. Turrens, University of South xxx Prefacio
29. Alabama; Jack Y. Vanderhoek, Charles Waechter, University
of Kentucky; Jubran M. Wakim, Middle Tennessee State University;
George Washington University; William Wolodko, University of
Alberta; David Yang, Georgetown University. Tambin nos gustara
agradecer a nuestros colegas que contribuyeron anterior- mente con
el material de determinados captulos, y cuyo cuidadoso trabajo an
re- side en este libro: Roy Baker, University of Toronto Roger W.
Brownsey, University of British Columbia Willy Kalt, Agriculture
Canada Robert K. Murray, University of Toronto Frances Sharom,
University of Guelph Malcolm Watford, Rutgers, The State University
of New Jersey Asimismo, nos gustara agradecer a quienes brindaron
su ayuda para integrar este libro, el cual supuso un gran esfuerzo
de colaboracin entre varios miembros del equipo que dio vida a este
proyecto: Jonathan Parrish, Jay McElroy, Lisa Shoe- maker, y los
artistas de Prentice Hall; Jennifer Hart, asistente editorial,
Crissy Du- donis, editor de proyecto a cargo de los suplementos,
Patrick Shriner, editor de medios, Andrew Gilfillan, gerente de
mercadotecnia, y nuestro especial agradeci- miento a Marty Sopher,
nuestro editor de produccin, cuyas habilidades de organi- zacin han
hecho posible la creacin de este libro. Tambin nos gustara
agradecer a Gary Carlson, editor ejecutivo en Prentice Hall. Por
ltimo, cerramos con una invitacin para la retroalimentacin. A pesar
de nuestros mejores esfuerzos (y del gigantesco historial de las
ediciones previas), so- mos proclives a cometer errores en un libro
de esta magnitud; sin embargo, estamos comprometidos a convertirlo
en el mejor libro de bioqumica disponible; hacemos notar que todos
sus comentarios siempre sern bienvenidos. Laurence A. Moran
[email protected] K. Gray Scrimgeour
[email protected] Marc D. Perry [email protected] Prefacio
xxxi
30. Gua sobre las caractersticas de este texto La mayora de los
estudiantes que adquieran este libro tiene la meta de dominar el
material. Tambin desea ob- tener una buena calificacin en el curso.
He aqu algunos consejos que lo ayudarn a alcanzar esa finalidad:
Asista a sus clases y tome notas. Mantngase al corriente en todas
sus tareas. Lea este libro de texto segn lo seale su profesor.
Practique sus habilidades resolviendo problemas: muchos son
parecidos a los que vendrn en sus exmenes. 348 CAPTULO 11 Gliclisis
OH HOH H 2 3 14 5 CH2OH OHO H H2O -D-Fructosa 6-fosfato -D-Fructosa
2,6-bifosfato Fructosa 2,6- bifosfatasa ATP PFK-2 ADP Pi OPO3 6
3POCH2 OH HOH H 2 3 14 5 CH2OH O 2 6 3POCH2 2 2 Figura 11.16
Interconversin de b-D-fructosa 6-fosfato y b-D-fructosa
2,6-bifosfato. La ruta de sealizacin con adenilil ciclasa se
describi en la seccin 9.12B. como se describi en la seccin 10.6, se
presentan cambios importantes en las concen- traciones de ADP y
AMP, porque esas molculas existen en las clulas en concentracio-
nes mucho menores que la de ATP, y pequeos cambios en la
concentracin de ATP causan cambios proporcionalmente mayores en las
concentraciones de ADP y AMP. En consecuencia, las concentraciones
de estado estable de estos compuestos pueden con- trolar el flujo a
travs de la PFK-1. El citrato, un intermedio en el ciclo del cido
ctrico, es un inhibidor de importan- cia fisiolgica para la PFK-1.
Una concentracin elevada de citrato indica que el ciclo del cido
ctrico est bloqueado, y que no tendra objeto producir ms piruvato.
El efec- to regulador del citrato sobre la PFK-1 es un ejemplo de
inhibicin por retroalimenta- cin, que regula el abasto de piruvato
al ciclo del cido ctrico. La actividad de la PFK-1 est regulada por
el pH intracelular. Por ejemplo, duran- te el ejercicio pesado, la
gliclisis anaerbica produce cido lctico en las clulas mus- culares.
Si el cido lctico no es eliminado con la rapidez suficiente por la
sangre, baja el pH y se inhibe la PFK-1 por el exceso de iones
hidrgeno. La fructosa 2,6-bisfosfato (figura 11.16) es un activador
potente de PFK-1, eficaz en los dominios micromolares. Este
compuesto existe en los mamferos, hongos y plantas, pero no en los
procariotas. La fructosa 2,6-bisfosfato se forma a partir de
fructosa 6-fosfato, por accin de la enzima fosfofructocinasa-2
(PFK-2, o fructosa 6-fosfato, cinasa 2). La PFK-2 es estimulada por
fosfato inorgnico e inhibida por citrato. En forma sorprendente, en
el hgado de los mamferos, un sitio activo diferente en la misma
protena es el que catali- za la desfosforilacin hidroltica de
fructosa 2,6-bifosfato para volver a formar fructosa 6-fosfato.
Esta actividad de la enzima se llama fructosa 2,6-bifosfatasa. Las
actividades paralelas de la PFK-2 controlan la concentracin de
fructosa 2,6-bifosfato en estado estable. En el hgado, la actividad
de la PFK-2 se vincula con la accin del glucagn, hor- mona
producida en el pncreas como respuesta a concentraciones bajas de
glucosa en la sangre. Una elevacin en la concentracin de glucagn en
la sangre dispara la ruta de sealizacin de adenilil ciclasa en las
clulas hepticas, lo que culmina en la fosforila- cin de un residuo
de serina en la PFK-2 (figura 11.17). La fosforilacin desactiva la
actividad de la cinasa, de la enzima bifuncional, y activa su
actividad de fosfatasa. Bajo estas condiciones baja la concentracin
de fructosa 2,6-bifosfato, la PFK-1 se vuelve menos activa y
disminuye la gliclisis. Bajo las condiciones en las que la glucosa
se metaboliza rpidamente, la concentracin de glucagn baja, la
concentracin de fructo- sa 6-fosfato aumenta y se forma ms fructosa
2,6-bifosfato, ya que la fructosa 6-fosfato es un sustrato de PFK-2
y a la vez es un inhibidor potente de la fructosa 2,6-bifosfatasa.
Una fosfoprotena fosfatasa cataliza la desfosforilacin de PFK-2.
As, en las clulas hepticas se logra controlar la gliclisis mediante
el glucagn, y la glucosa mediante el control de la enzima
bifuncional cuya actividad establece la concentracin de fructosa
2,6-bifosfato en estado estable. D. Regulacin de piruvato cinasa El
tercer sitio de regulacin alostrica de la gliclisis es la reaccin
catalizada por la pi- ruvato cinasa. Hay presentes cuatro isozimas
diferentes de piruvato cinasa en los tejidos de mamferos. Las
isozimas que se encuentran en hgado, rin y glbulos rojos producen
una curva sigmoidal cuando se grafica la velocidad inicial en
funcin de la concentra- cin de fosfoenolpiruvato (figura 11.18a).
Estas enzimas estn activadas alostricamen- te por la fructosa
1,6-bifosfato (figura 11.19, pgina 350) y son inhibidas por ATP. En
ausencia de fructosa 1,6-bifosfato, las concentraciones fisiolgicas
de ATP inhiben casi por completo a la enzima aislada. La presencia
de fructosa 1,6-bifosfato, que proba- blemente sea el modulador ms
importante in vivo, hace desplazar la curva hacia la izquierda.
Cuando hay suficiente fructosa 1,6-bifosfato, la curva se vuelve
hiperblica. La figura 11.18a muestra que la actividad enzimtica es
mayor en presencia del activa- dor alostrico para diversas
concentraciones de sustrato. Recurdese que el fructosa 1,
6-bifosfato es el producto de la reaccin catalizada por la PFK-1.
Su concentracin au- menta cuando se eleva la actividad de la PFK-1.
Como la fructosa 1,6-bifosfato activa a Explicaciones integrales de
qumica Existen miles de reacciones metablicas en los humanos. Tal
vez intente memorizarlas todas, pero en algn momento este recurso
se agotar; sin embargo, lo ms importante es que la memorizacin no
le ser de ayuda si se encuentra con algo que no haya visto antes.
En este libro se muestran algunos de los mecanismos bsicos de las
reacciones catalizadas por enzimas: una extensin de lo que aprendi
en qumica orgnica. Si entiende el mecanismo, tambin entender la
qumica. Tendr que memorizar menos, y retendr la informacin de
manera ms efectiva. xxxii
31. Notas al margen En bioqumica existe una abundancia de
detalles, sin embargo deseamos que usted sea capaz de ver tanto el
bosque como los rboles. Cuando necesite correlacionar algo que ya
fue analizado en el texto, o algn tema que se abordar ms adelante,
lo en- contrar en el margen. Las referencias a cuestiones
anteriores le ofrecern un repaso de conceptos que quiz ya haya
olvidado. Las referencias a te- mas futuros le ayudarn a tener una
percepcin ms general del tema. RECUADRO 9.5 Lo picante de los
chiles Hoy se sabe por qu el sabor de los picantes es as y causa un
dolor quemante. El factor activo en los pimientos capsicum es un
compuesto vainilloide lipoflico llamado capsaicina. puede ser
valioso en el alivio del dolor crnico, en condiciones como la
artritis. H3CO HO N H Capsaicina O Se ha identificado y
caracterizado una protena receptora de clulas nerviosas que
responde a la capsaicina. Es un canal de iones, y su secuencia de
aminocidos parece indicar que tiene tres dominios transmembranales.
La activacin del receptor por capsaicina hace que el canal se abra,
para que puedan pasar los iones de calcio y sodio a la clula
nerviosa, y mandar un im- pulso al cerebro. El receptor no slo se
activa por especies vai- nilloides, sino tambin por rpidos aumentos
de temperatura. De hecho, el papel in vivo probable del receptor es
la deteccin de calor. Aunque la accin de los opioides suprime el
dolor, la de los vainilloides produce dolor. El control del
receptor de capsaicina Recuadros interesantes La bioqumica es el
fundamento de numerosas ciencias aplicadas, como medicina, ciencia
forense, biotecnologa y bioinge- niera. Existen muchas historias
interesantes que contar, y se encuentran en recuadros aparte del
texto principal a fin de no dis- traerse del tema que se est
estudiando. Estos recuadros le aportarn una compren- sin de las
aplicaciones comerciales, prcticas y mdicas de la bioqumica. 360
CAPTULO 12 Gluconeognesis, la ruta de la pentosa fosfato y el
metabolismo del glucgeno la piruvato carboxilasa cataliza la
conversin de piruvato en oxalacetato. La reaccin se acopla a la
hidrlisis de una molcula de ATP. La piruvato carboxilasa es una
enzima compleja grande, formada por dos subunidades idnticas. Cada
subunidad tiene un grupo prosttico de biotina unido en forma
covalente a un residuo de lisina. Se requiere la biotina para la
adicin de bicarbonato al piruvato. La piruvato carboxilasa cataliza
una reaccin metablicamente irreversible, y puede activar- se de
manera alostrica por la acetil-CoA. Es el nico mecanismo regulador
conocido pa- ra la enzima. La acumulacin de acetil-CoA indica que
no se est metabolizando en forma eficiente mediante el ciclo del
cido ntrico. La piruvato carboxilasa se estimula pa- ra dirigir al
piruvato hacia el oxalacetato, y no la acetil-CoA. El oxalacetato
puede entrar al ciclo del cido ctrico o servir como precursor en la
biosntesis de la glucosa. El bicarbonato es uno de los sustratos en
la reaccin 12.2. Se forma cuando se disuel- ve el dixido de carbono
en agua y a veces la reaccin se escribe como si el CO2 fuera el
sustrato. La reaccin de piruvato carboxilasa tiene una funcin
importante en la fijacin de dixido de carbono en bacterias y
algunos eucariotas. Esta funcin puede no ser tan obvia al examinar
la gluconeognesis, ya que el dixido de carbono se libera en la
reac- cin inmediata. Sin embargo, mucho del oxalacetato que se
produce no se usa en la glu- coneognesis. Ms bien reabastece la
reserva de intermedios en el ciclo del cido ctrico que sirven como
precursores en la biosntesis de aminocidos y lpidos (seccin 13.7).
B. Fosfoenolpiruvato carboxicinasa La fosfoenolpiruvato
carboxicinasa (PEPCK, phosphoenolpyruvate carboxykinase) ca- taliza
la conversin de oxalacetato en fosfoenolpiruvato. Hay dos versiones
distintas de PEPCK. La enzima que contiene bacterias, protistas,
hon- gos y plantas usa ATP como donador de grupo fosforilo en la
reaccin de descarboxila- cin. La versin de animales usa GTP. En la
mayor parte de las especies, la enzima no tiene propiedades
cinticas alostricas ni moduladores fisiolgicos conocidos. Su
activi- dad se modifica con mayor frecuencia mediante controles a
nivel de transcripcin de su gen. El nivel de actividad de PEPCK en
las clulas influye sobre la velocidad de gluco- neognesis. Esto
vale en especial en los mamferos, donde la gluconeognesis sucede
principalmente en las clulas del hgado, riones e intestino delgado.
Durante el ayuno en los animales, la liberacin prolongada de
glucagn en el pncreas lleva a una elevacin de cAMP intracelular,
que da lugar a una mayor transcripcin del gen PEPCK en el hgado, y
mayor sntesis de PEPCK. Esta activacin de expresin de gen por una
hormona se lla- ma induccin hormonal. Despus de varias horas,
aumenta la cantidad de PEPCK y la rapidez de la gluconeognesis. La
insulina, abundante en el estado saciado, acta en opo- sicin al
glucagn a nivel del gen, reduciendo la rapidez de sntesis de PEPCK.
El mecanismo de reaccin para la piruvato carboxilasa se describi en
la seccin 7.9. Piruvato + 2 C O COO COO Bicarbonato Oxalacetato 3 C
O COO 3 + H O2 ADP + Pi Piruvato carboxilasa HCO CH CHATP 2 C O COO
COO Oxalacetato Fosfoenolpiruvato (PEP) Fosfoenolpiruvato
carboxicinasa (PEPCK) 2 C COO 3 (ATP) GTP (ADP) GDP 2 2 OPO CH CHCO
(12.2) (12.3) xxxiii
32. Figuras La bioqumica es una ciencia tridimensional y hemos
puesto gran nfasis en ayudarlo a visualizar conceptos abstractos y
molculas extremadamente pe- queas. Se han aprovechado las nuevas
tecnologas de interpretacin para elaborar figuras ilustrativas,
tanto bellas como informativas. Para ilustracio- nes adicionales de
molculas en tercera dimensin dirjase al sitio Web
www.pearsoneducacion.net/horton y vea los diferentes archivos PDB.
Problemas de final de captulo A partir del captulo 2, se han
incluido varios acertijos bioqumicos que se pueden resolver con
base en la informacin contenida en el captulo. Las respuestas se
pueden encontrar al final del libro. cido silico CHOH CH2OH OH OH H
HN H H H CHOH CH3 CO H COOHO 7 2 3 6 5 4 1 8 9 Problemas 1.
Identifique cada uno de los siguientes: a) Dos aldosas cuya
configuracin en los carbonos 3, 4 y 5 coincida con la D-fructosa.
b) El enantimero de la D-galactosa. c) Un epmero de la D-galactosa
que tambin sea epmero de la D-manosa. d) Una cetosa que no tenga
centros quirales. e) Una cetosa que slo tenga un centro quiral. f)
Residuos de monosacrido de celulosa, amilosa y gluc- geno. g)
Residuos monosacridos de quitina. 2. Trace proyecciones de Fischer
para: a) L-manosa, b) L-fucosa (6-desoxi-L-galactosa), c) D-xilitol
y d) D-iduronato. 3. Describa las propiedades estructurales
generales de los gli- cosaminoglicanos. 4. La miel es una emulsin
de D-fructosa microcristalina y D- glucosa. Aunque la D-fructosa en
polisacridos existe princi- palmente en la forma de furanosa, la
D-fructosa en solucin o cristalina (como en la miel) es una mezcla
de varias formas, donde predomina la b-D-fructopiranosa (67%) y la
b-D-fruc- tofuranosa (25%). Trace la proyeccin de Fischer para la
D- fructosa e indique cmo puede ciclarse y formar los dos ciclos
anteriores. 5. El cido silico (cido N-Acetil-a-D-neuramnico) se en-
cuentra con frecuencia en oligosacridos N-enlazados, que
intervienen en interacciones entre clulas. Las clulas cance- rosas
sintetizan cantidades mucho mayores de cido silico que las clulas
normales, y se han propuesto derivados del cido silico como agentes
anticancerosos para bloquear las 6. Cuntos estereoismeros son
posibles para la glucopirano- sa y la fructofuranosa? Cuntos son
azcares D en cada ca- so, y cuntos son azcares L? 7. Trace la
estructura de cada una de las molculas siguientes, e indique con un
asterisco los carbonos quirales. a) Fosfato de a-D-glucosa. b)
5-Fosfato de 2-desoxi-b-D-ribosa. c) 3-Fosfato de D-gliceraldehdo.
d) L-Glucuronato. interacciones en superficies celulares de las
clulas normales y cancerosas. Conteste lo siguiente, acerca de la
estructura del cido silico: a) Es una forma anomrica a o b? b)
Tendr el cido silico mutarrotacin entre las formas anomricas a y b?
c) Es un desoxi azcar? d) Formar la cadena abierta del cido silico
un aldehdo o una cetona? e) Cuntos carbonos quirales hay en el
anillo de azcar? a) Membrana bacteriana EXTERIOR (Periplasma)
INTERIOR (Citoplasma) b) h Hemo de citocromo c Par especial (P870)
Bacterioclorofila a Bacteriofeofitina Quinona Q QH2 2Hin e e e e e
ee Carbono Carbono carbonlico Hidrgeno Nitrgeno Oxgeno Cadena
lateralHlice derecha Eje 0.15 nm Ascenso (avance por residuo de
aminocido) 0.54 nm Paso (avanza por vuelta) Membrana bacteriana
EXTERIOR (Periplasma) INTERIOR (Citoplasma) xxxiv
33. Sitio Web para el alumno (en ingls) La nueva edicin del
libro de texto ofrece un sitio Web para el alumno en
www.pearsoneducacion. net/horton. Este sitio est enfocado a la
visualizacin de la bioqumica e incluye cientos de modelos
tridimensionales de las biomolculas, entre las que se encuentran
casi todas las que aparecen en el texto. La posibilidad de ver
estas ilustraciones es una forma maravillosa de asegurarse de que
se comprenden las caractersticas clave de la arquitectura
macromolecular. El sitio Web tambin incluye los MediaLab, que le
ayudarn a utilizar Internet a fin de practicar y aplicar lo que ha
aprendido. Con cada laboratorio ser capaz de investigar los
antecedentes de un tema importante relacionado con el captulo que
acaba de leer, y despus responder las preguntas que ponen a prueba
su comprensin del tema. Los temas MediaLab han sido cuidadosamente
seleccionados para centrarse en la informacin oportuna y relevante
en su vida cotidiana. Estas investigaciones estn diseadas para
convertirse en una actividad dinmica de descubrimiento en la cual
pueda participar y elaborar informes de manera indi- vidual o en
grupo. Recursos para el profesor (en ingls) Banco de exmenes por
William Coleman, University of Hartford y Donna Gosnell, Valdosta
State University. Ofrece una seleccin de ms de 1,500 preguntas
relacionadas con el texto. Banco de exmenes en formato TestGen
Adems del banco de exmenes impresos, tambin se ofrecen las
preguntas de exmenes como parte del software de pruebas TestGen, un
programa que permite a los profesores ver y editar las preguntas,
exportar los exmenes, e imprimirlos en una variedad de formatos o
incluso publicarlas en Web. Adems se ofrece al profesor las
ilustraciones del libro, tanto en el formato JPG como en
PowerPoint, lo cual facilita la preparacin de las presentaciones
para el saln de clase. Todos estos recursos estn disponibles para
ser descargados desde Internet. Para mayor informacin, visite
www.pearsoneducacion.net/horton CourseCompass Este libro cuenta con
un curso precargado en nuestra exclusiva plataforma educa- tiva en
lnea, CourseCompass. CourseCompass est basado en la plataforma
Blackboard. Cada curso de Course- Compass est complementado con una
serie de recursos que le permiten al profesor tener un curso
funcionando en cuestin de minutos. El curso de este libro incluye
cuestionarios de autoevaluacin, animaciones, molculas en tercera
dimensin y vnculos hacia los MediaLabs. Por si fuera poco,
CourseCompass permite a los profesores tener un seguimiento de las
calificaciones de los alumnos y tener un sinnmero de opciones de
comunicacin, entre las que se encuentran los foros de discusin,
salones de conversacin, envo de mensajes a varios usuarios y hasta
un saln de clases virtual. Para mayor informacin sobre
CourseCompass, pregunte a su representante de ventas o escrbanos a
[email protected]. xxxv
34. Principios de bioqumica
35. 1 Arriba: Adenovirus. Los virus estn compuestos por una
molcula de cido nucleico rodeada por una capa de protenas.
Introduccin a la bioqumica La bioqumica es el estudio de las
molculas y las reacciones qumicas de la vida. Es la disciplina que
emplea los principios y el lenguaje de la qumica a fin de explicar
la biologa a nivel molecular. Los bioqumicos descubrieron que los
compuestos qumicos y los procesos metablicos centrales son los
mismos que se en- cuentran en organismos tan distantes como las
bacterias, plantas y humanos. Se sabe que los principios bsicos de
la bioqumica son comunes a todos los organismos vivos. Aunque en la
prctica los cientficos concentran sus esfuerzos de investigacin en
orga- nismos particulares, sus resultados se pueden extrapolar a
muchas otras especies. Este libro se ha titulado Principios de
bioqumica debido a que se enfoca en los conceptos ms importantes y
fundamentales de la bioqumica: aquellos que son comu- nes a la
mayora de las especies, incluidas bacterias, plantas y mamferos
como el hom- bre. Cuando sea conveniente, se indicarn las
caractersticas que distinguen a grupos particulares de organismos.
Muchos estudiantes e investigadores estn cada vez ms interesados en
la bioqumica humana. Las causas de la enfermedad y la importancia
de la nutricin apropiada, por ejem- plo, son temas bioqumicos
fascinantes. Los autores comparten ese inters, y es por ello que
incluyeron numerosas referencias a la bioqumica humana en este
libro de texto. No obstante, tambin tratarn de interesar al lector
en el rea de la bioqumica de otras espe- cies. Con frecuencia es ms
fcil comprender los principios bsicos de la bioqumica mediante el
estudio de muchas especies diferentes para identificar temas y
patrones co- munes. Un conocimiento y apreciacin de otras especies
son de gran utilidad en el apren- dizaje de la bioqumica. Tambin
ayudan a reconocer la naturaleza fundamental de la vida a nivel
molecular y la forma en que las especies estn relacionadas como
consecuencia de la evolucin de un ancestro comn. Quiz las ediciones
futuras de este libro incluirn ca- ptulos referentes a la bioqumica
de la vida en otros planetas. Hasta entonces, habr que conformarse
con aprender acerca de la diversidad de la vida en este planeta.
Este captulo de introduccin dar inicio con algunos puntos de inters
en la histo- ria de la bioqumica, seguidos por algunas breves
descripciones de los grupos qumicos y molculas que se encontrarn en
el transcurso de este libro. La segunda mitad del ca- 1c a p t u l
o u n o
36. 2 CAPTULO 1 Introduccin a la bioqumica ptulo es un repaso
general de la estructura celular, cuyo fin es preparar al lector
para el estudio de la bioqumica. 1.1 La bioqumica es una ciencia
moderna La bioqumica surgi como ciencia dinmica tan slo desde hace
100 aos. No obstan- te, las bases para el campo de trabajo que
dieron pie al surgimiento de la bioqumica co- mo ciencia moderna
fueron sentadas desde hace muchos siglos. El periodo anterior al
siglo XX fue testigo de rpidos avances en la comprensin de los
principios qumicos bsicos como la cintica de reaccin y la
composicin atmica de las molculas. Para fines del siglo XIX se
haban identificado numerosas sustancias qumicas producidas por los
organismos vivos. Desde entonces, la bioqumica se ha convertido en
una disci- plina organizada y los bioqumicos dilucidaron muchos de
los procesos qumicos de la vida. El crecimiento de la bioqumica y
su influencia en otras disciplinas seguir su marcha durante el
siglo XXI. En 1828, Friedrich Whler sintetiz el compuesto orgnico
urea al calentar el compuesto inorgnico cianato de amonio. (1.1)
Este experimento mostr por primera vez que a partir de sustancias
inorgnicas comunes era posible sintetizar los compuestos que se
encuentran exclusivamente en los organismos vivos. Ahora se sabe
que la sntesis y degradacin de las sustancias biolgicas obedecen a
las mismas leyes qumicas y fsicas aplicables a procesos
independientes de la biologa. No se requieren procesos especiales o
vitalistas para explicar la vida a nivel molecular. Muchos
cientficos ubican los principios de la bioqumica con la sntesis de
la urea que realiz Friedrich Whler; sin embargo, tuvieron que
transcurrir otros 75 aos antes de que los primeros departamentos de
bioqumica se establecieran en las universidades. Los dos
descubrimientos ms importantes en la historia de la bioqumica son
espe- cialmente notables: el descubrimiento de la funcin cataltica
de las enzimas y la fun- cin de los cidos nucleicos como molculas
transportadoras de informacin. El gran tamao de las protenas y los
cidos nucleicos dificult su caracterizacin inicial debi- do a las
tcnicas disponibles en la primera parte del siglo XX. Con el
desarrollo de la tecnologa moderna, ahora se tiene acceso a una
gran cantidad de informacin acerca del modo como se relacionan las
estructuras de las protenas y los cidos nucleicos con sus funciones
biolgicas. El primer descubrimiento la identificacin de las enzimas
como catalizadores de reacciones biolgicas fue en parte resultado
de la investigacin de Eduard Buchner. En 1897, Eduard Buchner
demostr que los extractos de levaduras libres de clulas podan
catalizar la fermentacin de la glucosa para convertirla en alcohol
y dixido de carbo- no. Antes de esto, los cientficos crean que slo
las clulas vivas podan catalizar tales reacciones biolgicas
complejas. El estudio de la naturaleza de los catalizadores
biolgicos fue investigada por Emil Fischer, un contemporneo de
Eduard Buchner. Fischer estudi el efecto cataltico de las enzimas
de la levadura en una reaccin simple, la hidrlisis (ruptura por
agua) de la sacarosa (azcar de mesa). Fischer propuso que durante
la catlisis una enzima y su reactante, o sustrato, se combinaban
para formar un compuesto intermedio. Tambin propuso que slo una
molcula con una estructura adecuada poda servir como sustrato de
una determinada enzima. Fischer describi las enzimas como moldes
rgidos, o ce- rraduras, y a los sustratos como sus llaves
correspondientes. Pronto los investigadores comprendieron que casi
todas las reacciones de la vida eran catalizadas por enzimas; por
ende, la teora modificada de la llave y su cerradura de la accin
enzimtica sigue siendo el principio central de la bioqumica
moderna. Como se ver en el captulo 5, la catlisis enzimtica permite
rendimientos muy altos con muy pocos subproductos, en el caso de
haberlos. En contraste, muchas reac- ciones catalizadas en la
qumica orgnica se consideran aceptables si obtienen rendi- mientos
de 50 a 60%. Las reacciones bioqumicas deben ser eficientes dado
que los O NH4(OCN) Calor " H2N C NH2 Friedrich Whler (1800-1882).
Al sintetizar la urea, Whler demostr que los compues- tos que se
encuentran en los organismos vivos se pueden producir en el
laboratorio a partir de sustancias inorgnicas. Eduard Buchner
(1860-1917). Buchner descubri la fermentacin en ausencia de
clulas.
37. 1.2 Los elementos qumicos de la vida 3 subproductos pueden
ser txicos para las clulas y su formacin desperdiciara energa
preciosa. Por supuesto, la otra propiedad clave de la catlisis
enzimtica es que las reac- ciones biolgicas ocurren con mucha mayor
rapidez que sin un catalizador. La ltima mitad del siglo XX
presenci tremendos avances en el rea de la biologa estructural, en
especial en lo referente a la estructura de las protenas. En las
dcadas de 1950 y 1960, cientficos de la Universidad de Cambridge
(Reino Unido) dirigidos por John C. Kendrew y Max Perutz explicaron
las primeras estructuras de las protenas. Desde entonces, se han
determinado las estructuras tridimensionales de ms de 1,000
protenas diferentes y la comprensin de la compleja bioqumica de las
protenas se ha incrementado de manera significativa. Estos rpidos
avances fueron posibles gracias al acceso a computadoras ms grandes
y rpidas, y a nuevos programas de computacin capaces de realizar
los numerosos clculos que antes se acostumbraba efectuar a mano o
por medio de calculadoras sencillas. Gran parte de la bioqumica
moderna depende de las computadoras, por lo que se ha creado una
nueva subdisciplina denominada bioinfor- mtica. El segundo gran
descubrimiento en la historia de la bioqumica la identificacin de
los cidos nucleicos como molculas de informacin se suscit medio
siglo despus de los experimentos de Fischer y Buchner. En 1944,
Oswald Avery, Colin MacLeod y Maclyn McCarty extrajeron cido
desoxirribonucleico (ADN) de una cepa txica de la bacteria
Streptococcus pneumoniae y lo mezclaron con una cepa no txica del
mismo mi- croorganismo. Como resultado, la cepa no txica se
transform de manera permanente en una cepa txica. Este experimento
proporcion la primera evidencia concluyente de que el ADN es el
material gentico. En 1953, James D. Watson y Francis H. C. Crick
deduje- ron la estructura tridimensional del ADN. La estructura del
ADN sugiri de inmediato a Watson y Crick un mtodo por el que el ADN
pudiera reproducirse por s mismo, o auto- rreplicarse, y por lo
tanto transmitir informacin biolgica a sus sucesivas generaciones.
Las investigaciones posteriores demostraron que la informacin
codificada en el ADN se transcriba al cido ribonucleico (ARN) y
despus se traduca en la protena. (1.2) El estudio de la gentica en
el contexto de las molculas de cido nucleico es par- te de la
biologa molecular y, a su vez, la biologa molecular es parte de la
bioqumica. Con el fin de entender de qu forma los cidos nucleicos
almacenan y transmiten infor- macin gentica, se debe comprender la
estructura de los cidos nucleicos y su funcin en la codificacin de
las enzimas, las cuales catalizan la sntesis y degradacin de las
biomolculas, entre las que se encuentran tambin los cidos nucleicos
. El lector com- prender que gran parte de su estudio de la
bioqumica estar dedicado a considerar por qu las enzimas y los
cidos nucleicos son centrales para la qumica de la vida. Como
predijo Crick en 1958, el flujo normal de informacin del cido
nucleico a la protena es irreversible. l se refiri a este flujo de
informacin unidireccional como el Dogma Central de la biologa
molecular. El trmino Dogma Central muchas veces es malentendido. En
trminos estrictos, no se refiere al flujo general de informacin al
que antes se hizo referencia, sino al hecho de que una vez que la
informacin en los cidos nu- cleicos se transfiere a la protena sta
no puede fluir de nuevo hacia los cidos nucleicos. 1.2 Los
elementos qumicos de la vida Existen seis elementos no metlicos
oxgeno, carbono, hidrgeno, nitrgeno, fsforo y azufre que
representan ms de 97% del peso de la mayora de los organismos.
Todos estos elementos pueden formar enlaces covalentes estables.
Las cantidades relativas de estos seis elementos varan en cada
organismo. El agua es el principal componente de las clulas y
representa un alto porcentaje (en peso) de oxgeno. El carbono es
mucho ms abundante en los organismos vivos que en el resto del
universo. Por otro lado, algu- nos elementos como el silicio, el
aluminio y el hierro son muy comunes en la corteza te- rrestre pero
estn presentes en las clulas slo en trazas. En conjunto, un total
de 29 elementos diferentes se encuentran por lo comn en los
organismos vivientes (figura 1.1, pgina 4). stos incluyen a cinco
iones esenciales en todas las especies: calcio potasio , sodio ,
magnesio y cloruro . Obsrve- se que los 24 elementos adicionales
representan slo 3% del peso de los organismos vivos. 1Cl 21Mg~2+
2,1Na21K21Ca~2+ 2, ADN ARN Protena Emil Fischer (1852-1919).
Fischer, quien realiz numerosas contribuciones para la comprensin
de las estructuras y funciones de las molculas biolgicas, propuso
la teora de la cerradura y la llave de la accin enzimtica. Recibi
el premio Nobel de qumica en 1902 por sus investigaciones sobre el
metabolismo de los azcares y purinas. La sntesis del ARN
(trascripcin) y de las protenas (traduccin) se describe en los
captulos 21 y 22, respectivamente.
38. 4 CAPTULO 1 Introduccin a la bioqumica La mayor parte del
material slido de las clulas est formado por compuestos que
contienen carbono. El estudio de tales compuestos cae dentro del
dominio de la qumica orgnica. Existe una coincidencia considerable
entre las disciplinas de la qumica org- nica y la bioqumica, razn
por la que es de gran utilidad un curso de qumica orgnica para
entender la bioqumica. Los qumicos orgnicos estn ms interesados en
las reac- ciones que tienen lugar en el laboratorio, mientras que
los bioqumicos se enfocan en comprender lo que ocurre en las
reacciones dentro de las clulas vivas. Los tipos de compuestos
orgnicos que se encuentran comnmente en la bioqumica se muestran en
la figura 1.2a. Las reacciones bioqumicas incluyen uniones qumicas
especficas o partes de mo- lculas denominadas grupos funcionales.
Los ms importantes sitios de reactividad se muestran en la figura
1.2b. La figura 1.2c ilustra algunos tipos de enlaces presentes en
los derivados de compuestos que se muestran en la figura 1.2a.
Obsrvese que todas es- tas uniones estn compuestas por diferentes
tomos y enlaces individuales entre to- mos. Se estudiarn estos
compuestos, grupos funcionales y uniones a lo largo de este libro.
Los enlaces ster y ter son comunes en los cidos grasos y los
lpidos. Los enla- ces amida se presentan en las protenas. Los
enlaces ster fosfato y fosfoanhdrido se presentan en los
nucletidos. Una cuestin importante para la bioqumica es que las
reacciones qumicas que ocurren dentro de la clula son similares a
las reacciones que tienen lugar en un labora- torio qumico. La
diferencia ms importante radica en que casi todas las reacciones
que ocurren en las clulas vivas