P 1 Introducción a la célula
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1 Introducción a la célula y a la investigación 19
Origen y evolución de las células 20
¿Cómo surgió la primera célula? 20Evolución del metabolismo 23Procariotas actuales 24Células eucariotas 25El origen de los eucariotas 27Desarrollo de organismos
multicelulares 30
Células como modelos experimentales 33
E. coli 34Levaduras 34Caenorhabditis elegans y Drosophila
melanogaster 35Arabidopsis thaliana 36Vertebrados 37Cultivo de células animales 38Virus 41
Instrumentos de la biología celular: microscopia y fraccionamiento subcelular 43
Microscopia óptica 43Microscopia de fluorescencia y pro-
teína verde fluorescente (GFP) 46Seguimiento de los movimientos e
interacciones de las proteínas 47Afilar el enfoque y ver las celdas en
tres dimensiones 48Microscopia óptica de
superresolución: rompiendo la barrera de la difracción 49
Microscopía de súper resolución 51Separación subcelular 52EXPERIMENTO CLAVE: Células HeLa 40MEDICINA MOLECULAR: Virus y cáncer 42
Problema de análisis de datos 56Repaso del Capítulo 1 45
2 Moléculas y membranas 59
Moléculas de las células 59Enlaces químicos 60Carbohidratos 63Lípidos 65Ácidos nucleicos 68Proteínas 70
Enzimas y catalizadores biológicos 76
Actividad catalizadora de las enzimas 77
Mecanismos de catálisis enzimática 77
Coenzimas 80Regulación de la actividad
enzimática 82
Membranas celulares 83Lípidos de membrana 84Proteínas de membrana 85Transporte a través de membranas
celulares 88
EXPERIMENTO CLAVE: Plegamiento de las cadenas polipeptídicas 72EXPERIMENTO CLAVE: Estructura de las membranas celulares 87
Problema de análisis de datos 90Repaso del Capítulo 2 91
3 Bioenergía y metabolismo 93
Energía metabólica y ATP 93Las leyes de la termodinámica 94El papel de la ATP 95
Glicólisis y fosforilación oxidativa 97
Glicólisis 97Ciclo del ácido cítrico 99Producción de energía a partir de
lípidos 100Transporte de electrones y
fosforilación oxidativa 102Acoplamiento quimiosmótico 104
Fotosíntesis 108Transporte de electrones 108Síntesis de ATP 111Síntesis de glucosa 112
Biosíntesis de los componentes celulares 113
Carbohidratos 113Lípidos 114Proteínas 115Ácidos nucleicos 119
EXPERIMENTO CLAVE: Teoría quimiosmótica 106EXPERIMENTO CLAVE: Antimetabolitos y quimioterapia 118
Problema de análisis de datos 120Repaso del Capítulo 3 121
SECCIÓN I PRINCIPIOS BÁSICOS
Cooper The Cell 6e, Sinauer/ASMFigure# 17.12 DMG# 000011/12/12Dragon�y Media Group
Contenido
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Cooper_Celula_8Ed_22,5x29_Montado_2021.indd 5 22/7/21 12:32
6 Contenido
4 Fundamentos de biologíamolecular 123
Herencia, genes y ADN 123Genes y cromosomas 124Identificación del ADN como
material genético 127Estructura del ADN 127Replicación del ADN 128
Expresión de la información genética 131
Papel del ARN mensajero 132Código genético 132Virus ARN y transcripción
inversa 135
ADN recombinante 137Endonucleasas de restricción 138Generación de moléculas de ADN
recombinante 140Secuenciación de ADN 143Expresión de genes clonados 144
Detección de ácidos nucleicos y proteínas 145
Amplificación de ADN con la reacción en cadena de la polimerasa 146
Hibridación de ácidos nucleicos 148
Sondas de anticuerpos para proteínas 149
Función de los genes en eucariotas 151
Transferencia de genes en plantas y animales 152
Mutagénesis de ADN clonados 155Introducción de mutaciones en
genes celulares 155Ingeniería genómica mediante el
sistema CRISPR/Cas 157ARNm dirigido 158
EXPERIMENTO CLAVE: Hipótesis del provirus de ADN 136EXPERIMENTO CLAVE: Interferencia del ARN 160
Problema de análisis de datos 161Repaso del Capítulo 4 162
5 Genómica, proteómica y biología de sistemas 165
Genomas y transcriptomas 165Los genomas de las bacterias y las
levaduras 166Los genomas de Caenorhabditis ele-
gans, Drosophila melanogaster y Arabidopsis thaliana 167
Genoma humano 168Genomas de otros vertebrados 169Secuenciación de la siguiente
generación y genomas personales 172
Análisis global de la expresión génica 174
Proteómica 176Identificación de las proteínas de la
célula 176Análisis global de localización de
proteínas 177Interacciones entre proteínas 178
Biología de sistemas 181Análisis sistemático de la función
génica 182Regulación de la expresión
génica 183Redes 185Biología sintética 186
EXPERIMENTO CLAVE: Genoma humano 170MEDICINA MOLECULAR: Malaria y biología sintética 188
Problema de análisis de datos 190Repaso del Capítulo 5 190
6 Genes y genomas 195
La estructura de los genes eucariotas 195
Intrones y exones 197Función de los intrones 201
Secuencias no codificantes 203ARN no codificantes 203Secuencias de ADN repetitivas 206Duplicación génica y
pseudogenes 209
Cromosomas y cromatina 212Cromatina 212Centrómeros 215Telómeros 219
EXPERIMENTO CLAVE: Descubrimiento de los intrones 199EXPERIMENTO CLAVE: El proyecto ENCODE 204
Problema de análisis de datos 220Repaso del Capítulo 6 221
7Replicación, mantenimiento y reorganización del ADN genómico 223
Replicación del ADN 223ADN polimerasas 224Horquilla de replicación 224Fidelidad de replicación 232Orígenes e iniciación de la
replicación 233
Telómeros y telomerasa: el mantenimiento de los extremos de los cromosomas 236
Reparación del ADN 239Inversión directa del ADN
dañado 240Reparación por escisión 241Reparación por escisión de
bases 241Reparación por escisión de
nucleótidos 242Reparación no complementaria 244Síntesis de ADN translesión 246Reparación de roturas de doble
hebra 247
SECCIÓN II FLUJO DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA
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7Contenido
Reorganización del ADN 249Genes de anticuerpos 249Amplificación génica 255
EXPERIMENTO CLAVE: La telomeraa es una transcriptasa inversa 237MEDICINA MOLECULAR: Cáncer de colon y reparación del ADN 245
Problema de análisis de datos 256Repaso del Capítulo 7 257
8 Síntesis y maduración del ARN 259
Transcripción en bacterias 259ARN polimerasa 260Promotores bacterianos 260Elongación y terminación 261
ARN polimerasas eucarióticas y factores de transcripción generales 264
ARN polimerasas eucarióticas 264Factores de transcripción generales
e iniciación de la transcripción por la ARN polimerasa II 265
Transcripción por las ARN polimerasas I y III 268
Maduración y renovación del ARN 270
Maduración de los ARN ribosómicos y de transferencia 271
Maduración del ARNm en eucariotas 273
Mecanismos de corte y empalme o splicing 277
Corte y empalme alternativo 282Corrección del ARN 284Degradación del ARN 285
EXPERIMENTO CLAVE: Descubrimiento del RNPsn 279MEDICINA MOLECULAR: Terapia de empalme para la distrofia muscular de Duchenne 283
Problema de análisis de datos 287Repaso del Capítulo 8 287
9Regulación transcripcionaly epigenética 289
Transcripción en bacterias 289El represor lac 289Control positivo de la
transcripción 291
Factores de transcripción en eucariotas 292
Secuencias de regulación en cis: promotores y estimuladores 292
Sitios de unión para factores de transcripción 296
Proteínas de regulación transcripcional 297
Regulación de la elongación 301
Cromatina y epigenética 304Modificaciones de histonas 304Factores remodeladores de la
cromatina 309Histonas y herencia epigenética 310Metilación del ADN 311ARN no codificantes 313
EXPERIMENTO CLAVE: Aislamiento de un factor de transcripción eucariótico 300EXPERIMENTO CLAVE: El papel de la modificación de histonas 306
Problema de análisis de datos 314Repaso del Capítulo 9 315
10Síntesis de proteínas,procesamiento y regulación 317
Traducción del ARNm 317ARN de transferencia 318Ribosoma 320Organización de los ARN
mensajeros e inicio de la traducción 322
Mecanismo de la traducción 324Regulación de la traducción 328
Plegamiento y procesamiento de proteínas 333
Chaperonas y plegamiento de proteínas 333
Enfermedades por defecto de plegamiento de proteínas 336
Enzimas que catalizan el plegamiento proteico 337
Escisión de proteínas 339Unión de carbohidratos y
lípidos 340
Regulación de la función de las proteínas 342
Regulación por pequeñas moléculas 342
Fosforilación de proteínas y otras modificaciones 343
Interacciones proteína-proteína 347Degradación de proteínas 348
MEDICINA MOLECULAR: Enfermedad de Alzheimer 338EXPERIMENTO CLAVE: El descubrimiento de las tirosina-quinasas 346
Problema de análisis de datos 350Repaso del Capítulo 10 350
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7Contenido
Reorganización del ADN 249Genes de anticuerpos 249Amplificación génica 255
EXPERIMENTO CLAVE: La telomeraa es una transcriptasa inversa 237MEDICINA MOLECULAR: Cáncer de colon y reparación del ADN 245
Problema de análisis de datos 256Repaso del Capítulo 7 257
8 Síntesis y maduración del ARN 259
Transcripción en bacterias 259ARN polimerasa 260Promotores bacterianos 260Elongación y terminación 261
ARN polimerasas eucarióticas y factores de transcripción generales 264
ARN polimerasas eucarióticas 264Factores de transcripción generales
e iniciación de la transcripción por la ARN polimerasa II 265
Transcripción por las ARN polimerasas I y III 268
Maduración y renovación del ARN 270
Maduración de los ARN ribosómicos y de transferencia 271
Maduración del ARNm en eucariotas 273
Mecanismos de corte y empalme o splicing 277
Corte y empalme alternativo 282Corrección del ARN 284Degradación del ARN 285
EXPERIMENTO CLAVE: Descubrimiento del RNPsn 279MEDICINA MOLECULAR: Terapia de empalme para la distrofia muscular de Duchenne 283
Problema de análisis de datos 287Repaso del Capítulo 8 287
9Regulación transcripcionaly epigenética 289
Transcripción en bacterias 289El represor lac 289Control positivo de la
transcripción 291
Factores de transcripción en eucariotas 292
Secuencias de regulación en cis: promotores y estimuladores 292
Sitios de unión para factores de transcripción 296
Proteínas de regulación transcripcional 297
Regulación de la elongación 301
Cromatina y epigenética 304Modificaciones de histonas 304Factores remodeladores de la
cromatina 309Histonas y herencia epigenética 310Metilación del ADN 311ARN no codificantes 313
EXPERIMENTO CLAVE: Aislamiento de un factor de transcripción eucariótico 300EXPERIMENTO CLAVE: El papel de la modificación de histonas 306
Problema de análisis de datos 314Repaso del Capítulo 9 315
10Síntesis de proteínas,procesamiento y regulación 317
Traducción del ARNm 317ARN de transferencia 318Ribosoma 320Organización de los ARN
mensajeros e inicio de la traducción 322
Mecanismo de la traducción 324Regulación de la traducción 328
Plegamiento y procesamiento de proteínas 333
Chaperonas y plegamiento de proteínas 333
Enfermedades por defecto de plegamiento de proteínas 336
Enzimas que catalizan el plegamiento proteico 337
Escisión de proteínas 339Unión de carbohidratos y
lípidos 340
Regulación de la función de las proteínas 342
Regulación por pequeñas moléculas 342
Fosforilación de proteínas y otras modificaciones 343
Interacciones proteína-proteína 347Degradación de proteínas 348
MEDICINA MOLECULAR: Enfermedad de Alzheimer 338EXPERIMENTO CLAVE: El descubrimiento de las tirosina-quinasas 346
Problema de análisis de datos 350Repaso del Capítulo 10 350
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8 Contenido
11 Núcleo 355
Envuelta nuclear y tráfico entre el núcleo y el citoplasma 355
Estructura de la envuelta nuclear 356
Complejo del poro nuclear 358Transporte selectivo de proteínas
desde y hacia el núcleo 362Transporte de ARN 366Regulación del transporte de
proteínas al núcleo 367
Organización de la cromatina 368Territorios cromosómicos 369Localización de cromatina y
actividad transcripcional 370Fábricas de replicación y
transcripción 372
Cuerpos nucleares 374El nucléolo y el ARNr 375Cuerpos Polycomb: centros de
represión transcripcional 377Cuerpos de Cajal y motas:
procesamiento y almacenamiento de RNPsn 377
MEDICINA MOLECULAR: Enfermedades de la lámina nuclear 360EXPERIMENTO CLAVE: Identificación de las señales de localización nuclear 363
Problema de análisis de datos 378Repaso del Capítulo 11 379
12Distribución y transporte de proteínas: retículo endoplásmico, aparato de Golgi y lisosomas 381
Retículo endoplásmico 382Retículo endoplásmico y secreción
de proteínas 382Marcaje de las proteínas para
dirigirse al retículo endoplásmico 384
Inserción de las proteínas en la membrana del RE 388
Plegamiento y procesamiento de las proteínas en el RE 393
Control de calidad en el RE 396RE liso y síntesis de lípidos 398Exportación de proteínas y lípidos
desde el RE 400
Aparato de Golgi 401Organización del Golgi 402Glicosilación de proteínas en el
Golgi 402Metabolismo de lípidos y de
polisacáridos en el Golgi 404Distribución y exportación de
proteínas desde el aparato de Golgi 406
Mecanismo de transporte de las vesículas 409
Selección de la mercancía, proteínas de la cubierta y gemación vesicular 409
Fusión de las vesículas 412
Lisosomas 413Hidrolasas lisosómicas ácidas 413Endocitosis y formación del
lisosoma 415Autofagia 417
EXPERIMENTO CLAVE: Hipótesis de la señal 386MEDICINA MOLECULAR: Enfermedad de Gaucher 414
Problema de análisis de datos 418Repaso del Capítulo 12 418
13Mitocondrias, cloroplastos y peroxisomas 421
Mitocondrias 421Organización y función de las
mitocondrias 422Sistema genético de las
mitocondrias 424Internalización de proteínas y
formación de las mitocondrias 427
Lípidos mitocondriales 430Transporte de metabolitos a través
de la membrana interna 431
Cloroplastos y otros plástidos 432Estructura y función de los
cloroplastos 433Genoma del cloroplasto 435Internalización y distribución de las
proteínas del cloroplasto 435Otros plástidos 438
Peroxisomas 439Funciones de los peroxisomas 440Formación del peroxisoma 441
MEDICINA MOLECULAR: Enfermedad mitocondrial 426MEDICINA MOLECULAR: Trastornos de la biogénesis de los peroxisomas 442
Problema de análisis de datos 445Repaso del Capítulo 13 445
SECCIÓN III ESTRUCTURA Y FUNCIÓN CELULARES
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9Contenido
14Citoesqueletoy movimiento celular 447
Estructura y organización de los filamentos de actina 447
Ensamblaje y organización de los filamentos de actina 448
Asociaciación de los filamentos de actina con la membrana plasmática 452
Microvellosidades 455Protrusiones de la superficie celular
y movimiento de las células 456
Motores de miosina 459Contracción muscular 459Asociaciones contráctiles de actina
y miosina en célulasno musculares 463
Miosinas no convencionales 464
Microtúbulos 466Estructura y organización dinámica
de los microtúbulos 466Ensamblaje de microtúbulos 469MAP y organización de
microtúbulos 471
Motores microtubulares y movimientos 472
Proteínas motoras microtubulares 473
Transporte de mercancías y organización intracelular 476
Cilios y flagelos 478Reorganización de los microtúbulos
durante la mitosis 480
Filamentos intermedios 483Proteínas de los filamentos
intermedios 483Ensamblaje de los filamentos
intermedios 484Organización intracelular de los
filamentos intermedios 485
EXPERIMENTO CLAVE: Aislamiento de la quinesina 474EXPERIMENTO CLAVE: Función de los filamentos intermedios 486
Problema de análisis de datos 490Repaso del Capítulo 14 490
15 Membrana plasmática 493
Estructura de la membrana plasmática 493
Bicapa lipídica 493Proteínas de membrana
plasmática 497Dominios de membrana
plasmática 502
Transporte de moléculas pequeñas 505
Difusión facilitada y proteínas transportadoras 505
Canales iónicos 507Transporte activo dirigido por la
hidrólisis de ATP 513Transporte activo dirigido por
gradientes iónicos 517
Endocitosis 518Fagocitosis 518Endocitosis mediada por
clatrina 520Transporte a lisosomas y reciclaje
de receptores 523
MEDICINA MOLECULAR: Fibrosis quística 516EXPERIMENTO CLAVE: Receptor de las LDL 522
Problema de análisis de datos 525Repaso del Capítulo 15 525
16Paredes celulares, matriz extracelular e interaccionescelulares 527
Paredes celulares 527Paredes celulares bacterianas 528Paredes celulares eucariotas 529
Matriz extracelular e interacciones célula-matriz 532
Proteínas estructurales de la matriz 532
Polisacáridos de matriz 534Proteínas de adhesión 535Interacciones célula-matriz 536
Interacciones célula-célula 540Uniones adhesivas 540Uniones estrechas 543Uniones de tipo gap 544Plasmodesmas 544
EXPERIMENTO CLAVE: Caracterización de la integrina 538MEDICINA MOLECULAR: Enfermedades por las uniones de tipo gap 545
Problema de análisis de datos 547Repaso del Capítulo 16 547
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9Contenido
14Citoesqueletoy movimiento celular 447
Estructura y organización de los filamentos de actina 447
Ensamblaje y organización de los filamentos de actina 448
Asociaciación de los filamentos de actina con la membrana plasmática 452
Microvellosidades 455Protrusiones de la superficie celular
y movimiento de las células 456
Motores de miosina 459Contracción muscular 459Asociaciones contráctiles de actina
y miosina en célulasno musculares 463
Miosinas no convencionales 464
Microtúbulos 466Estructura y organización dinámica
de los microtúbulos 466Ensamblaje de microtúbulos 469MAP y organización de
microtúbulos 471
Motores microtubulares y movimientos 472
Proteínas motoras microtubulares 473
Transporte de mercancías y organización intracelular 476
Cilios y flagelos 478Reorganización de los microtúbulos
durante la mitosis 480
Filamentos intermedios 483Proteínas de los filamentos
intermedios 483Ensamblaje de los filamentos
intermedios 484Organización intracelular de los
filamentos intermedios 485
EXPERIMENTO CLAVE: Aislamiento de la quinesina 474EXPERIMENTO CLAVE: Función de los filamentos intermedios 486
Problema de análisis de datos 490Repaso del Capítulo 14 490
15 Membrana plasmática 493
Estructura de la membrana plasmática 493
Bicapa lipídica 493Proteínas de membrana
plasmática 497Dominios de membrana
plasmática 502
Transporte de moléculas pequeñas 505
Difusión facilitada y proteínas transportadoras 505
Canales iónicos 507Transporte activo dirigido por la
hidrólisis de ATP 513Transporte activo dirigido por
gradientes iónicos 517
Endocitosis 518Fagocitosis 518Endocitosis mediada por
clatrina 520Transporte a lisosomas y reciclaje
de receptores 523
MEDICINA MOLECULAR: Fibrosis quística 516EXPERIMENTO CLAVE: Receptor de las LDL 522
Problema de análisis de datos 525Repaso del Capítulo 15 525
16Paredes celulares, matriz extracelular e interaccionescelulares 527
Paredes celulares 527Paredes celulares bacterianas 528Paredes celulares eucariotas 529
Matriz extracelular e interacciones célula-matriz 532
Proteínas estructurales de la matriz 532
Polisacáridos de matriz 534Proteínas de adhesión 535Interacciones célula-matriz 536
Interacciones célula-célula 540Uniones adhesivas 540Uniones estrechas 543Uniones de tipo gap 544Plasmodesmas 544
EXPERIMENTO CLAVE: Caracterización de la integrina 538MEDICINA MOLECULAR: Enfermedades por las uniones de tipo gap 545
Problema de análisis de datos 547Repaso del Capítulo 16 547
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10 Contenido
17 Señalización celular 551
Moléculas señalizadoras y sus receptores 552Tipos de señalización célula-célula 552Hormonas esteroideas y superfamilia de receptores de
esteroides 553Señalización por otras moléculas pequeñas 555Hormonas peptídicas y factores de crecimiento 557
Señalización Proteínas G y AMP cíclico 558Proteínas G y receptores asociados a proteínas G 558Vía del AMPc: segundos mensajeros y fosforilación de
proteínas 562
Tirosina quinasas y señalización por las vías de las quinasas MAP, las PI 3-quinasas y la fosfolipasa C/calcio 565
Receptores proteína-tirosina quinasa 565No receptores tirosina quinasa 567Vía de las quinasas MAP 569Vías de PI 3-quinasa/Akt y mTOR 574
Receptores acoplados a factores de transcripción 578Vía TGF-d/Smad 578Señalización vía NF-mB 579Vías Wnt y Notch 579
Dinámica y redes de señalización 581Bucles de realimentación y dinámica de
señalización 581Redes y relaciones cruzadas 582
EXPERIMENTO CLAVE: Receptores acoplados a proteínas G y detección de olores 559MEDICINA MOLECULAR: Cáncer, transducción de señales y oncogenes ras 571
Problema de análisis de datos 583Repaso del Capítulo 17 583
18 Ciclo celular 587
Ciclo celular eucariota 587Fases del ciclo celular 588Regulación del ciclo celular por el crecimiento celular
y por señales extracelulares 590Puntos de control del ciclo celular 592
Reguladores de la progresión del ciclo celular 593Proteínas quinasas y la regulación del ciclo celular 593Familias de ciclinas y quinasas dependientes de
ciclinas 599Factores de crecimiento y la regulación de las Cdk de
G1 600Fase S y regulación de replicación de ADN 602Puntos de control de lesiones en el ADN 604
Acontecimientos de la fase M 606Etapas de la mitosis 606Paso a la mitosis 609Punto de control de ensamblaje del huso
y progresiónhacia anafase 612Citocinesis 614
EXPERIMENTO CLAVE: Descubrimiento del MPF 595EXPERIMENTO CLAVE: La identificación de la ciclina 597
Problema de análisis de datos 616Repaso del Capítulo 18 616
SECCIÓN IV REGULACIÓN CELULAR
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11Contenido
19 Muerte y renovación celular 619
Células madre y mantenimiento de los tejidos adultos 619
Proliferación de células diferenciadas 620Células madre 622Aplicaciones médicas de las células madre de
adulto 627
Células madre pluripotenciales, reprogramación celular y medicina regenerativa 629
Células madre embrionarias 629Transferencia nuclear de células somáticas 632Células madre totipotenciales inducidas 634Transdiferenciación de células somáticas 636
Muerte celular programada 636Los eventos de la apoptosis 637Caspasas: Los ejecutores de la apoptosis 639Reguladores centrales de la apoptosis: la familia
Bcl-2 642Vías de señalización que regulan la apoptosis 643Vías alternativas de muerte celular programada 646
EXPERIMENTO CLAVE: Cultivo de células madre embrionarias 631EXPERIMENTO CLAVE: Identificación de los genes necesarios para la muerte celular programada 640
Problema de análisis de datos 648Repaso del Capítulo 19 649
20 Cáncer 651
Desarrollo y causas del cáncer 651Tipos de cáncer 652Desarrollo del cáncer 653Propiedades de las células cancerosas 654Causas del cáncer 657
Oncogenes 659Oncogenes retrovíricos 659Proto-oncogenes 660Los oncogenes en el cáncer humano 662Funciones de los productos oncogénicos 666
Genes supresores de tumores 672Identificación de los genes supresores de tumores 672Funciones de los productos de los genes supresores de
tumores 675Cancer genómico 679
Enfoques moleculares para el tratamiento del cáncer 680
Prevención y detección precoz 681Fármacos dirigidos a oncogenes 682Inmunoterapia 686
EXPERIMENTO CLAVE: Descubrimiento de los proto-oncogenes 740
MEDICINA MOLECULAR: Imatinib: Tratamiento del cáncer dirigido contra el oncogén
bcr/abl 763
Problema de análisis de datos 688Repaso del Capítulo 20 688
Respuestas a las preguntas 691Glosario 701
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11Contenido
19 Muerte y renovación celular 619
Células madre y mantenimiento de los tejidos adultos 619
Proliferación de células diferenciadas 620Células madre 622Aplicaciones médicas de las células madre de
adulto 627
Células madre pluripotenciales, reprogramación celular y medicina regenerativa 629
Células madre embrionarias 629Transferencia nuclear de células somáticas 632Células madre totipotenciales inducidas 634Transdiferenciación de células somáticas 636
Muerte celular programada 636Los eventos de la apoptosis 637Caspasas: Los ejecutores de la apoptosis 639Reguladores centrales de la apoptosis: la familia
Bcl-2 642Vías de señalización que regulan la apoptosis 643Vías alternativas de muerte celular programada 646
EXPERIMENTO CLAVE: Cultivo de células madre embrionarias 631EXPERIMENTO CLAVE: Identificación de los genes necesarios para la muerte celular programada 640
Problema de análisis de datos 648Repaso del Capítulo 19 649
20 Cáncer 651
Desarrollo y causas del cáncer 651Tipos de cáncer 652Desarrollo del cáncer 653Propiedades de las células cancerosas 654Causas del cáncer 657
Oncogenes 659Oncogenes retrovíricos 659Proto-oncogenes 660Los oncogenes en el cáncer humano 662Funciones de los productos oncogénicos 666
Genes supresores de tumores 672Identificación de los genes supresores de tumores 672Funciones de los productos de los genes supresores de
tumores 675Cancer genómico 679
Enfoques moleculares para el tratamiento del cáncer 680
Prevención y detección precoz 681Fármacos dirigidos a oncogenes 682Inmunoterapia 686
EXPERIMENTO CLAVE: Descubrimiento de los proto-oncogenes 740
MEDICINA MOLECULAR: Imatinib: Tratamiento del cáncer dirigido contra el oncogén
bcr/abl 763
Problema de análisis de datos 688Repaso del Capítulo 20 688
Respuestas a las preguntas 691Glosario 701
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El aprendizaje de la biología celular se caracteriza por una constante explosión de infor-mación nueva.
La Célula 8 mantiene el principal objetivo de ayudar a los estudiantes a comprender los principios de la biología celular contemporánea. Nuestros conocimientos sobre la célula y la biología molecular han progresado en los últimos cinco años, y estas mejoras se han incluido en esta octava edición. Algunos de los avances más llamativos se deben a los progresos en los ámbitos de la genómica y a la comprensión del complejo mecanismo de regulación de genes en eucariotas superiores, como podemos ver en el capítulo Regulación transcripcional y epigenética, que se centra en esas áreas de tan rápido desarrollo. Seguimos ampliando cono-cimientos en proteómica, biología sintética, terapia de reemplazo mitocondrial, terapia de empalme para la distrofia muscular de Duchenne e inmunoterapia del cáncer.
La Célula 8, se ha revisado exhaustivamente para mejorar su utilidad como texto didáctico. Es evidente que la enseñanza de las ciencias es más efectiva cuando se enfoca desde la par-ticipación activa de los estudiantes.
He eliminado los detalles innecesarios para centrarme en los conceptos principales y acor-tar sustancialmente texto. Se ha revisado todo el material de los enlaces químicos y la termo-dinámica. De esta manera, La Célula 8 se ha acortado, siendo un texto aún más accesible que antes.
La reorganización de esta edición incluye la división de cada capítulo en una sección inde-pendiente, lo que permite a los profesores cambiar fácilmente el orden en el que se cubre la materia. Cada sección comienza con los objetivos de aprendizaje e incluye notas marginales que resaltan los conceptos clave. Cada capítulo concluye con un resumen y una serie amplia-da de preguntas por sección. Las preguntas en esta edición abarca varios niveles de taxono-mía de Bloom, que van desde el conocimiento y la comprensión hasta el análisis y la síntesis.
Entre los rasgos distintivos de La Célula 8, se encuentran las secciones de Medicina Molecular y Experimentos Clave, que destacan aplicaciones clínicas y describen trabajos de investigación, respectivamente.
Se han agregado preguntas a estos ensayos, diseñados para enfocar la atención en aspec-tos clave del material y dar a los estudiantes una idea de cómo se avanza en nuestro campo.Una nueva característica de esta edición es la presencia de problemas de análisis de datos al final de cada capítulo. Estos problemas, que presentan datos y cifras de trabajos de investi-gación originales, involucran al estudiante en el análisis de métodos y resultados experimen-tales.
El objetivo primordial ha sido transmitir la ilusión y lo apasionante de la investigación de la célula y la biología molecular contemporánea. Las oportunidades en nuestro campo nunca han sido mayores y espero que La Célula 8 estimule a los estudiantes a participar en investi-gaciones que pudieran aparecer en futuros textos.
Geoffrey M. Cooper
Prefacio
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La Célula 8 se ha beneficiado de las aportaciones de diversos compañeros y profesores. Mi más sincero agradecimiento a:
Nancy Bae, Midwestern UniversityEsther Biswas-Fiss, University of DelawarePaula Bubulya, Wright State UniversityJason Bush, California State University, FresnoLucinda Carnell, Central Washington UniversityAmanda Charlesworth, University of Colorado DenverGary S. Coombs, Waldorf UniversityDavid P. Gardner, Marian University Karl R. Fath, Queens College, City University of New YorkLaura Francis, University of Massachusetts AmherstJennifer L. Freytag, The Sage CollegesNeil C. Haave, University of AlbertaJennifer Hackney Price, Arizona State UniversityPhilip L. Hertzler, Central Michigan UniversityNathan Jebbett, University of VermontCheryl Jorcyk, Boise State UniversityOndra M. Kielbasa, Alvernia UniversityFaith L. W. Liebl, Southern Illinois University EdwardsvilleJeroen Roelofs, Kansas State UniversityGermán Rosas-Acosta, The University of Texas at El PasoRyan A. Shanks, University of North GeorgiaJohn W. Steele, Humboldt State UniversityShannon Stevenson, University of Minnesota DuluthGeoffrey Toner, Thomas Jefferson UniversityTricia A. Van Laar, California State University FresnoLeticia Vega, Barry UniversityLiu Zhiming, Eastern New Mexico University
Estoy especialmente agradecido a Marianna Pap y a Jozsef Szeberenyi por proporcionar los Problemas de Análisis de Datos.
También es un placer agradecer a Andy Sinauer por su continuo apoyo a este proyecto durante los últimos veinte años. Andy y sus colaboradores, Dean Scudder y Chris Small, estaban una vez más llenos de entusiasmo e ideas que hicieron que fuera un placer trabajar con ellos. Ann Chiara hizo un excelente trabajo en el diseño de la maquetación de Donna DiCarlo. Tracy Marton fue una editora de producción fantásticamente útil y solidaria, asisti-da en sus trabajos por Kathaleen Emerson. Agradezco su trabajo paciente y cuidadoso, así como el de sus colaboradores de Sinauer Associates.
Geoffrey M. Cooper
Agradecimientos
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La Célula 8 es un texto accesible para ser tratado en un único semestre y permitir a los alumnos dominar la materia avanzando con el libro. Muchos de ellos deberán hacer cursos de introducción a la biología y química general, pero no de química orgánica, bioquímica o biología molecular. La organización y características del libro ayudarán a los estudiantes a acercarse y entender su contenido.
OrganizaciónLa Célula 8 se divide en cuatro partes, cada una de las cuales es independiente, por lo que se puede cambiar
fácilmente de tema o enfatizar aquello que se considere oportuno, en función de las necesidades de cada curso.La primera parte incluye unos capítulos previos sobre la evolución de las células, métodos para estudiarlas,
la química de las mismas (incluidas las revisiones de los enlaces químicos y la termodinámica), los fundamen-tos de la biología molecular moderna y los campos de la genómica y la biología de sistemas.
La segunda parte se centra en la biología molecular de las células, tratando capítulos sobre la organización y secuencias del genoma, replicación, reparación y recombinación del ADN, transcripción y tratamiento del ARN, y la síntesis, tratamiento y regulación de proteínas. El orden sigue el curso de la información genética (ADN→ARN→proteína), y ofrece una visión general de estos temas concisa, y muy actualizada.
La tercera parte contiene el bloque central de capítulos sobre estructura y función celular, incluyendo otros sobre el núcleo, los orgánulos citoplasmáticos, el citoesqueleto, la membrana plasmática y la matriz extrace-lular. Esta parte del libro comienza dando cobertura al núcleo, que introduce la biología molecular tratada en la segunda parte en el contexto de la célula eucariótica, para después continuar hacia el exterior a través de los orgánulos citoplasmáticos y el citoesqueleto, hasta la membrana de plasma y el exterior de la célula. Sin embargo, estos capítulos son relativamente independientes, siendo posible variar el orden según las necesi-dades de cada curso.
Por último, la cuarta parte se centra en la emocionante y acelerada zona de la regulación celular, tratando temas como la señalización celular, el ciclo celular, la muerte celular programada y las células madre. Esta parte termina con un capítulo sobre el cáncer, que sintetiza las consecuencias de los mecanismos reguladores de las células básicas.
CaracterísticasVarias características pedagógicas se han incorporado a La Célula 8 para ayudar a los estudiantes a domi-
nar su contenido. Explicamos estas a continuación a modo de guía para el alumno.Organización del capítulo Cada capítulo se divide en tres a cinco secciones principales, que se dividen a su
vez en un número similar de subsecciones. Un esquema que enumera las secciones principales al comienzo de cada capítulo proporciona una descripción general de su contenido.
Organización de capítulos. Cada capítulo se divide en de tres a cinco secciones principales, que son, a su vez, subdivididas en un número parecido de subsecciones. El resumen que enumera las secciones principales al principio de cada capítulo ofrece una breve visión de sus contenidos. Las secciones principales están nume-radas y son independientes para facilitar la asignación.
Objetivos de aprendizaje. Cada una de las secciones principales comienza con los Objetivos de Aprendizaje, que ayudan a organizar y enfocar la atención de los estudiantes en el material.
Resumen y Preguntas. Los capítulos concluyen con una revisión, que incluye un resumen por sección y preguntas (con respuestas impares en la parte posterior del libro y respuestas pares en Recursos del profesor). Las preguntas abarcan varios niveles de la taxonomía de Bloom, que van desde el conocimiento y la compren-sión hasta el análisis y la síntesis.
Notas marginales. Los puntos principales se resumen como notas marginales a lo largo del texto, propor-cionando un esquema general del material.
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Organización y características de La Célula 8
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15Contenido
Términos clave y glosario. Los términos clave aparecen en negrita y color rojo cada vez que se introducen en cada capítulo. Éstos se repiten en el resumen del mismo y su definición aparece en el glosario al final del libro.
Ilustraciones y micrografías. Un programa de ilustraciones con dibujos a todo color y micrografías se ha desarrollado cuidadosamente como complemento y refuerzo visual del texto.
Ensayos Experimentales clave y en Medicina Molecular. Cada capítulo cuenta con dos ensayos experi-mentales clave o un experimento clave y un ensayo en medicina molecular. Estas características se han dise-ñado para dotar al alumno tanto de conocimientos sobre la base experimental de la célula, como de biología molecular y sus aplicaciones a la medicina moderna. Consideramos estos ensayos como una base útil para las secciones de discusión del alumno, que se pueden acompañar con el estudio del artículo original en el que se basen los Experimentos Clave.
Problemas de Análisis de Datos. Cada capítulo concluye con un Problema de Análisis de Datos que pre-senta datos de trabajos de investigación originales, junto con preguntas que involucran a los estudiantes en el análisis de métodos y resultados experimentales.
Referencias de Animación y Vídeo. Los recuadros al margen y el enlace web (URL) al final del capítulo dirigen a los estudiantes a las animaciones y videos del sitio web.
1.1 n Alimentación de los paramecios 30 1.2 n Microscopia óptica de superresolución 49 2.1 n ¿Qué es una proteína? 71 2.2 n Efecto de ordenación del colesterol
en la bicapa de lípidos 84 3.1 n Síntesis y acción de la ATP 121 4.1 n Interferencia por ARN 158 5.1 n Una breve introducción a C. elegans 167 5.2 n Tecnología de micromatrices de ADN 175 6.1 n Splicing alternativo 202 7.1 n Mecanismo de replicación de ADN 224 7.2 n Reparación no complementaria dirigida
por metilo 244 8.1 n Transcripción de ADN 261 8.2 n Splicing de ARN 276 9.1 n Mecanismos epigenéticos 30410.1 n Traducción del ARNm 32410.2 n Simulación del plegamiento de proteínas 33310.3 n Mecanismo de la enfermedad del Alzheimer 336
11.1 n Complejo del poro nuclear 36112.1 n Transporte a través de la vía secretora 38312.2 n Brotando del aparato de Golgi 40612.3 n Transporte post-Golgi 40612.4 n Tráfico de vesículas 40913.1 n Redes mitocondriales 42213.2 n La matriz mitocondrial contiene las enzimas
del ciclo del ácido cítrico. 42213.3 n Cloroplastos y Elodea 43414.1 n Lamelipodios 45614.2 n Movimiento celular 45814.3 n Movimiento inducido por filamentos
de actina 45814.4 n Movimiento de las vesículas a lo largo
de microtúbulos 47614.5 n Movimiento mitocondrial 47714.6 n Movimientos ciliados 47814.7 n Cilios y flagelos 47814.8 n Movimiento coordinado de los cilios 480
VÍDEO PÁG. VÍDEO PÁG.
A lo largo de todo el libro, encontrará en los márgenes estos pequeños cuadros que se refieren a diversas animaciones y vídeos, que guardan relación al tema que se está tratando
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ANIMACIÓN 1.1
Fraccionamiento subcelular
VÍDEO 1.1
Alimentación de los paramecios
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15Contenido
Términos clave y glosario. Los términos clave aparecen en negrita y color rojo cada vez que se introducen en cada capítulo. Éstos se repiten en el resumen del mismo y su definición aparece en el glosario al final del libro.
Ilustraciones y micrografías. Un programa de ilustraciones con dibujos a todo color y micrografías se ha desarrollado cuidadosamente como complemento y refuerzo visual del texto.
Ensayos Experimentales clave y en Medicina Molecular. Cada capítulo cuenta con dos ensayos experi-mentales clave o un experimento clave y un ensayo en medicina molecular. Estas características se han dise-ñado para dotar al alumno tanto de conocimientos sobre la base experimental de la célula, como de biología molecular y sus aplicaciones a la medicina moderna. Consideramos estos ensayos como una base útil para las secciones de discusión del alumno, que se pueden acompañar con el estudio del artículo original en el que se basen los Experimentos Clave.
Problemas de Análisis de Datos. Cada capítulo concluye con un Problema de Análisis de Datos que pre-senta datos de trabajos de investigación originales, junto con preguntas que involucran a los estudiantes en el análisis de métodos y resultados experimentales.
Referencias de Animación y Vídeo. Los recuadros al margen y el enlace web (URL) al final del capítulo dirigen a los estudiantes a las animaciones y videos del sitio web.
1.1 n Alimentación de los paramecios 30 1.2 n Microscopia óptica de superresolución 49 2.1 n ¿Qué es una proteína? 71 2.2 n Efecto de ordenación del colesterol
en la bicapa de lípidos 84 3.1 n Síntesis y acción de la ATP 121 4.1 n Interferencia por ARN 158 5.1 n Una breve introducción a C. elegans 167 5.2 n Tecnología de micromatrices de ADN 175 6.1 n Splicing alternativo 202 7.1 n Mecanismo de replicación de ADN 224 7.2 n Reparación no complementaria dirigida
por metilo 244 8.1 n Transcripción de ADN 261 8.2 n Splicing de ARN 276 9.1 n Mecanismos epigenéticos 30410.1 n Traducción del ARNm 32410.2 n Simulación del plegamiento de proteínas 33310.3 n Mecanismo de la enfermedad del Alzheimer 336
11.1 n Complejo del poro nuclear 36112.1 n Transporte a través de la vía secretora 38312.2 n Brotando del aparato de Golgi 40612.3 n Transporte post-Golgi 40612.4 n Tráfico de vesículas 40913.1 n Redes mitocondriales 42213.2 n La matriz mitocondrial contiene las enzimas
del ciclo del ácido cítrico. 42213.3 n Cloroplastos y Elodea 43414.1 n Lamelipodios 45614.2 n Movimiento celular 45814.3 n Movimiento inducido por filamentos
de actina 45814.4 n Movimiento de las vesículas a lo largo
de microtúbulos 47614.5 n Movimiento mitocondrial 47714.6 n Movimientos ciliados 47814.7 n Cilios y flagelos 47814.8 n Movimiento coordinado de los cilios 480
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A lo largo de todo el libro, encontrará en los márgenes estos pequeños cuadros que se refieren a diversas animaciones y vídeos, que guardan relación al tema que se está tratando
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Fraccionamiento subcelular
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Alimentación de los paramecios
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Sección I • Principios básicos60
ellas. El resto de la sección abarcará las estructuras y funciones de las molé-culas orgánicas, únicos componentes de las células. La mayoría de estos componentes orgánicos pertenecen a una de cuatro clases de moléculas: carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos. Las proteínas, los áci-dos nucleicos y la mayoría de los carbohidratos (polisacáridos) son macro-moléculas formadas por la unión (polimerización) de cientos o miles de precursores de bajo peso molecular: aminoácidos, nucleótidos o azúcares simples, respectivamente. Dichas macromoléculas constituyen entre el 80% y 90% del peso en seco de la mayoría de las células. Los lípidos son el otro constituyente principal de las células. El resto de la masa celular se compo-ne de una variedad de pequeñas moléculas, incluyendo los precursores ma-cromoleculares. La química básica de las células puede así entenderse en términos de las estructuras y funciones de cuatro tipos principales de ma-cromoléculas orgánicas.
Enlaces químicosLos enlaces covalentes, las interacciones más fuertes entre átomos, son res-ponsables de mantener unidos a los átomos para formar moléculas. Se for-man cuando dos átomos se unen y comparten un par de electrones (Fig. 2.1). Por ejemplo, el metano (CH4) se forma cuando cuatro átomos de hidró-geno comparten electrones con un átomo de carbono (Fig. 2.1A). El número de enlaces covalentes que puede formar un átomo está determinado por el número de electrones desapareados en su capa externa de electrones (su valencia). El carbono tiene cuatro electrones desapareados, mientras que el hidrógeno tiene uno, por lo que el carbono puede formar enlaces covalentes con cuatro átomos de hi-drógeno. Los otros átomos principales de los organismos vi-vos, oxígeno y nitrógeno, tienen dos y tres electrones desa-pareados, respectivamente.
La mayoría de los enlaces covalentes son enlaces simples, en los que dos átomos comparten un solo par de electrones. En algunos casos, sin embargo, los átomos comparten dos pares de electrones, lo que lleva a la formación de un doble enlace (Fig. 2.1B). Por ejemplo, los átomos de carbono pue-den formar enlaces simples (C–C) o dobles (C=C) entre sí. Los dobles enlaces son más fuertes que los enlaces simples y también difieren significativamente en sus efectos sobre la estructura molecular. Los átomos pueden girar libremente alrededor de un enlace sencillo, pero no alrededor de un en-lace doble. La rigidez resultante de los dobles enlaces puede tener un efecto importante en la estructura de muchas de las macromoléculas dentro de las células.
Los enlaces covalentes también difieren en polaridad, que depende del grado en que los electrones son atraídos por los núcleos de los átomos que forman el enlace (Fig. 2.1C). Un enlace covalente entre dos átomos del mismo elemento (por ejemplo, un enlace C–C) no es polar porque los dos núcleos idénticos atraen electrones por igual. Los enlaces entre el carbono y el hidrógeno también son no polares, porque los núcleos de carbono e hidrógeno atraen electrones en exten-siones similares y los electrones se comparten por igual entre ellos. Sin embargo, los núcleos de otros átomos difieren sig-nificativamente en la fuerza con la que atraen electrones (electronegatividad). Los enlaces covalentes entre átomos que difieren en electronegatividad son polares, porque los
FIGURA 2.1 Enlaces covalentes. (A) Los enlaces covalentes se forman al compartir electrones dos átomos, como carbón e hidrógeno. (B) Los átomos pueden rotar alrededor de enlaces simples, pero no dobles. (C) Los enlaces polares se forman entre átomos que se diferencian en su atracción a los electrones. El agua es una molécula polar, con una ligera carga negativa (δ–) en el átomo de oxígeno y una ligera carga positiva (δ+), en los átomos de hidrógeno.
(A)
(B)
(C)
Rotación libre Rígido
Etano C2H6Enlace simple C–C
Etano C2H4Doble enlace C=C
CCCH
Los enlaces son polaresporque los electronesse sienten atraídos másfuertemente alnúcleo de oxígeno
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δ–
δ+ δ+
H H
O
CHCHCH4 (metano) (metano) (metano)1 C + 4 H1 C + 4 H1 C + 4 H
Los enlaces covalentes son el resultado de compartir electrones.
Los enlaces polares se forman entre átomos que di�eren en su atracción por los electrones.
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Moléculas y membranas 612
Dragon�y Media GroupFigure# 02.02 05/08/18
+ –
11 17 10 18
+
+++
+ ++ +
+ +
+
+++
+
+
+++++
+ +
++ +
+
++
Na+
O
O O
O
O
O
O
electrones compartidos están distribuidos de manera desigual. El agua es un ejemplo importante porque es la molécula más abundante en las células y representa el 70% o más de la masa celular total. Cuando el oxígeno se une con el hidrógeno, los electrones se acercan al núcleo de oxígeno más electronegativo. Como resultado, el agua es una molécula polar, en la que los átomos de hidrógeno tienen una ligera carga positiva y el oxígeno tiene una ligera carga negativa.
Las fuertes diferencias en la electronegatividad conducen a la formación de enlaces iónicos, en los que los electrones se transfieren completamente a un núcleo en lugar de compartirse (Fig. 2.2A). Por ejemplo, los átomos de sodio (Na) donan electrones a átomos de cloro (Cl) mucho más electronega-tivos para formar cloruro de sodio (NaCl), que está compuesto por los iones cargados Na+ y Cl−. Los iones con carga negativa se denominan aniones y los iones con carga positiva se denominan cationes. Los iones se mantienen unidos por un enlace iónico resultante de la atracción de cargas opuestas. Las moléculas en las que los iones se mantienen unidos mediante enlaces iónicos se denominan sales. En forma sólida, por ejemplo, un cristal de clo-ruro de sodio, la fuerza de los enlaces iónicos es similar a los enlaces cova-lentes. Sin embargo, las sales se disocian en iones individuales en solucio-nes acuosas porque los iones también pueden interactuar con las moléculas de agua (Fig. 2.2B). En solución acuosa, la fuerza de los enlaces iónicos es aproximadamente veinte veces menor que la de los enlaces covalentes. Va-rios iones inorgánicos, incluidos sodio (Na+), potasio (K+), magnesio (Mg2+), calcio (Ca2+), fosfato (HPO42
–), cloruro (Cl–) y bicarbonato (HCO3–), desempe-
ñan funciones fundamentales en células.Las moléculas polares pueden interactuar entre sí a través de enlaces de
hidrógeno, un enlace no covalente formado entre un hidrógeno cargado positivamente y un nitrógeno u oxígeno cargado negativamente (Fig. 2.3). Por ejemplo, las moléculas de agua pueden formar enlaces de hidrógeno
FIGURA 2.2 Enlaces iónicos. (A) Los átomos de sodio (Na) donan electrones a los átomos de cloro (Cl) para formar los iones cargados Na+ y Cl–, que se mantienen unidos por la atracción de cargas opuestas. (B) Los iones se mantienen juntos en cristales de sal sólidos, pero se disocian en soluciones acuosas porque interactúan con moléculas de agua polares.
Los enlaces iónicos son el resultado de la atracción entre iones cargados.
Los enlaces de hidrógeno se forman entre moléculas polares.
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Sección I • Principios básicos60
ellas. El resto de la sección abarcará las estructuras y funciones de las molé-culas orgánicas, únicos componentes de las células. La mayoría de estos componentes orgánicos pertenecen a una de cuatro clases de moléculas: carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos. Las proteínas, los áci-dos nucleicos y la mayoría de los carbohidratos (polisacáridos) son macro-moléculas formadas por la unión (polimerización) de cientos o miles de precursores de bajo peso molecular: aminoácidos, nucleótidos o azúcares simples, respectivamente. Dichas macromoléculas constituyen entre el 80% y 90% del peso en seco de la mayoría de las células. Los lípidos son el otro constituyente principal de las células. El resto de la masa celular se compo-ne de una variedad de pequeñas moléculas, incluyendo los precursores ma-cromoleculares. La química básica de las células puede así entenderse en términos de las estructuras y funciones de cuatro tipos principales de ma-cromoléculas orgánicas.
Enlaces químicosLos enlaces covalentes, las interacciones más fuertes entre átomos, son res-ponsables de mantener unidos a los átomos para formar moléculas. Se for-man cuando dos átomos se unen y comparten un par de electrones (Fig. 2.1). Por ejemplo, el metano (CH4) se forma cuando cuatro átomos de hidró-geno comparten electrones con un átomo de carbono (Fig. 2.1A). El número de enlaces covalentes que puede formar un átomo está determinado por el número de electrones desapareados en su capa externa de electrones (su valencia). El carbono tiene cuatro electrones desapareados, mientras que el hidrógeno tiene uno, por lo que el carbono puede formar enlaces covalentes con cuatro átomos de hi-drógeno. Los otros átomos principales de los organismos vi-vos, oxígeno y nitrógeno, tienen dos y tres electrones desa-pareados, respectivamente.
La mayoría de los enlaces covalentes son enlaces simples, en los que dos átomos comparten un solo par de electrones. En algunos casos, sin embargo, los átomos comparten dos pares de electrones, lo que lleva a la formación de un doble enlace (Fig. 2.1B). Por ejemplo, los átomos de carbono pue-den formar enlaces simples (C–C) o dobles (C=C) entre sí. Los dobles enlaces son más fuertes que los enlaces simples y también difieren significativamente en sus efectos sobre la estructura molecular. Los átomos pueden girar libremente alrededor de un enlace sencillo, pero no alrededor de un en-lace doble. La rigidez resultante de los dobles enlaces puede tener un efecto importante en la estructura de muchas de las macromoléculas dentro de las células.
Los enlaces covalentes también difieren en polaridad, que depende del grado en que los electrones son atraídos por los núcleos de los átomos que forman el enlace (Fig. 2.1C). Un enlace covalente entre dos átomos del mismo elemento (por ejemplo, un enlace C–C) no es polar porque los dos núcleos idénticos atraen electrones por igual. Los enlaces entre el carbono y el hidrógeno también son no polares, porque los núcleos de carbono e hidrógeno atraen electrones en exten-siones similares y los electrones se comparten por igual entre ellos. Sin embargo, los núcleos de otros átomos difieren sig-nificativamente en la fuerza con la que atraen electrones (electronegatividad). Los enlaces covalentes entre átomos que difieren en electronegatividad son polares, porque los
FIGURA 2.1 Enlaces covalentes. (A) Los enlaces covalentes se forman al compartir electrones dos átomos, como carbón e hidrógeno. (B) Los átomos pueden rotar alrededor de enlaces simples, pero no dobles. (C) Los enlaces polares se forman entre átomos que se diferencian en su atracción a los electrones. El agua es una molécula polar, con una ligera carga negativa (δ–) en el átomo de oxígeno y una ligera carga positiva (δ+), en los átomos de hidrógeno.
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Los enlaces covalentes son el resultado de compartir electrones.
Los enlaces polares se forman entre átomos que di�eren en su atracción por los electrones.
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Moléculas y membranas 612(A)
(B) (B)
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+ –
Átomo de sodio (Na)Átomo de sodio (Na) ( ( (11 protones, 11 electrones)protones, 11 electrones)protones, 11 electrones)
El sodioEl sodioEl sodio dona un dona un dona un dona un dona un electrón al cloro electrón al cloro electrón al cloro electrón al cloro electrón al cloro electrón al cloro electrón al cloro electrón al cloro electrón al cloro
Cristal de cloruro de sodio Cloruro de sodio disuelto en agua
Átomo de cloro (Cl)Átomo de cloro (Cl)(17 protones, (17 protones, (17 protones, 17 electrones) electrones) electrones)
Ion de sodio (NaIon de sodio (NaIon de sodio (Na+)))(11 protones, (11 protones, (11 protones, 10 electrones) electrones) electrones) electrones) electrones) electrones)
Ion cloruro (ClIon cloruro (Cl–)–)–
(17 protones, (17 protones, (17 protones, 18 electrones)electrones)electrones)
Atracción iónicaAtracción iónicaAtracción iónicaAtracción iónicaAtracción iónicaAtracción iónicaAtracción iónicaAtracción iónicaAtracción iónicaAtracción iónicaAtracción iónica
Ion Ion sodio (Nasodio (Na+)
– –
––
––––
–
––
–
– –
–
–
––
–
–––
–
– – – –
––
–––
+
+++
+ ++ +
+ +
+
+++
+
+
+++++
+ +
++ +
+
++
Ion cloruro (Cl–)–)– Na+
H H
HH
H
H H
H
O
O O
O
δ+ δ+
δ+
δ+ δ+
δ+δ+
δ+
2 δ–
2 δ– 2 δ–
2 δ–
Cl–
H
H
O
O
O
δ+
δ+
2 δ–
H
H
H
Hδ+
δ+
δ+
δ+
2 δ–
2 δ–
electrones compartidos están distribuidos de manera desigual. El agua es un ejemplo importante porque es la molécula más abundante en las células y representa el 70% o más de la masa celular total. Cuando el oxígeno se une con el hidrógeno, los electrones se acercan al núcleo de oxígeno más electronegativo. Como resultado, el agua es una molécula polar, en la que los átomos de hidrógeno tienen una ligera carga positiva y el oxígeno tiene una ligera carga negativa.
Las fuertes diferencias en la electronegatividad conducen a la formación de enlaces iónicos, en los que los electrones se transfieren completamente a un núcleo en lugar de compartirse (Fig. 2.2A). Por ejemplo, los átomos de sodio (Na) donan electrones a átomos de cloro (Cl) mucho más electronega-tivos para formar cloruro de sodio (NaCl), que está compuesto por los iones cargados Na+ y Cl−. Los iones con carga negativa se denominan aniones y los iones con carga positiva se denominan cationes. Los iones se mantienen unidos por un enlace iónico resultante de la atracción de cargas opuestas. Las moléculas en las que los iones se mantienen unidos mediante enlaces iónicos se denominan sales. En forma sólida, por ejemplo, un cristal de clo-ruro de sodio, la fuerza de los enlaces iónicos es similar a los enlaces cova-lentes. Sin embargo, las sales se disocian en iones individuales en solucio-nes acuosas porque los iones también pueden interactuar con las moléculas de agua (Fig. 2.2B). En solución acuosa, la fuerza de los enlaces iónicos es aproximadamente veinte veces menor que la de los enlaces covalentes. Va-rios iones inorgánicos, incluidos sodio (Na+), potasio (K+), magnesio (Mg2+), calcio (Ca2+), fosfato (HPO42
–), cloruro (Cl–) y bicarbonato (HCO3–), desempe-
ñan funciones fundamentales en células.Las moléculas polares pueden interactuar entre sí a través de enlaces de
hidrógeno, un enlace no covalente formado entre un hidrógeno cargado positivamente y un nitrógeno u oxígeno cargado negativamente (Fig. 2.3). Por ejemplo, las moléculas de agua pueden formar enlaces de hidrógeno
FIGURA 2.2 Enlaces iónicos. (A) Los átomos de sodio (Na) donan electrones a los átomos de cloro (Cl) para formar los iones cargados Na+ y Cl–, que se mantienen unidos por la atracción de cargas opuestas. (B) Los iones se mantienen juntos en cristales de sal sólidos, pero se disocian en soluciones acuosas porque interactúan con moléculas de agua polares.
Los enlaces iónicos son el resultado de la atracción entre iones cargados.
Los enlaces de hidrógeno se forman entre moléculas polares.
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Cooper_Celula_8Ed_22,5x29_Montado_2021.indd 61 22/7/21 12:32
Sección III • Estructura y función celulares412
Fusión de las vesículasLa fusión de una vesícula de transporte con su diana implica dos tipos de acontecimientos. En primer lugar, la vesícula de transporte debe reconocer específicamente la membrana diana correcta; por ejemplo, una vesícula que transporta enzimas lisosómicas tiene que llevar su carga sólo a los lisoso-mas. En segundo lugar, la membrana de la vesícula y la membrana diana deben fusionarse, entregándose el contenido de la vesícula al orgánulo dia-na. La fusión vesicular es un proceso en dos pasos en el que el reconoci-miento específico entre una vesícula y su diana (anclaje) que está mediado por interacciones entre proteínas de la vesícula y las membranas diana, se-guido por interacciones adicionales entre proteínas que impulsan la fusión de las bicapas de fosfolípidos (Fig. 12.32).
La interacción inicial entre las vesículas de transporte y las membranas diana específicas está mediada por factores de anclaje y pequeñas proteínas de unión a GTP (proteínas Rab). Se han identificado más de 60 proteínas Dragon�y Media GroupFigure# 12.31 05/16/18
GDPGTP
GTPGTP GTP
GDP
(A) (B)
GemaciónGemación
Lumen de Golgi
Citosol
ReceptorProteína adaptadora
Cargo
Vesícula cubierta de clatrina
Clatrina
Arf/GEFArf
Clatrina
Dinamina
FIGURA 12.31 Formación de una vesícula recubierta de clatrina. (A) Una vez transportada a la membrana trans del Golgi, el complejo Arf/GDP es activado a Arf/GTP por parte de un factor de intercambio de nucleótidos de guanina (Arf-GEF). A continuación, Arf/GTP incorpora una proteína adaptadora que se une al extremo citosólico de un receptor transmembrana con su carga luminal y también incorpora una segunda proteína adaptadora, AP1, que sirve de lugar de unión para el ensamblaje de una cubierta de clatrina. La clatrina está compuesta por tres cadenas proteicas que se unen entre sí para formar un encaje tipo cesta que distorsiona la membrana y pone en marcha la generación de las vesículas. La dinamina contrae el cuello de la vesícula y lleva a la �sión de la membrana. (B) Micrografía electrónica de barrido de las vesículas cubiertas de clatrina. (B, cortesía de Tomas Kirchhausen, Harvard University.)
12_Cooper_Celula_Ed_8Ed_210x280_2021.indd 412 22/7/21 11:54
Distribución y transporte de proteínas 41312Rab diferentes y se ha demostrado que funcionan en procesos específicos de transporte de vesículas, con diferentes proteínas Rab que marcan diferentes orgánulos y vesículas de transporte. Las proteínas Rab de la vesícula en el estado activo de unión a GTP se unen a factores de unión a la membrana, proporcionando el puente inicial entre las membranas diana y de la vesícu-la. Los factores de anclaje también se unen a las proteínas de la cubierta, lo que contribuye a su interacción con las vesículas.
El anclaje es seguido por la formación de complejos entre pares específi-cos de proteínas transmembrana llamadas SNARE en las membranas vesi-culares y diana (ver Figura 12.32). Este emparejamiento de SNARE en la vesícula y membranas diana proporciona la energía para impulsar la fusión de las bicapas de fosfolípidos. Las proteínas SNARE tienen un dominio en espiral central largo como el que se encuentra en las láminas nucleares (ver Figura 11.4). Al igual que en las láminas, este dominio se une fuertemente a otros dominios en espiral y, en efecto, une las SNARE de las membranas de vesícula y diana, poniendo las dos membranas en contacto directo y dando lugar a la fusión de las bicapas lipídicas.
LisosomasObjetivos de aprendizajeDeberías ser capaz de:• Describir la función de los lisosomas.• Explicar cómo se forman los lisosomas.• Resumir el proceso de autofagia.
Los lisosomas son orgánulos rodeados de membrana que contienen una serie de enzimas capaces de degradar todas las clases de polímeros biológi-cos —proteínas, ácidos nucleicos, carbohidratos y lípidos—. Los lisosomas funcionan como el sistema digestivo de la célula, sirviendo tanto para de-gradar el material captado del exterior de la célula como para digerir los componentes obsoletos de la propia célula. En su forma más sencilla, los li-sosomas se observan como vacuolas esféricas densas, pero pueden exhibir diversidad de tamaños y de formas en función de los distintos materiales que hayan captado (Fig. 12.33). Por tanto, los lisosomas representan orgá-nulos morfológicamente diversos definidos por la función común de degra-dar material intracelular.
Hidrolasas lisosómicas ácidasLos lisosomas contienen alrededor de 60 enzimas degradativas diferentes que pueden hidrolizar proteínas, ADN, ARN, polisacáridos y lípidos. Las mutaciones en los genes que codifican estas proteínas son responsables de más de 30 enfermedades congénitas humanas diferentes, que se denominan enfermedades de depósito lisosómico, ya que el material no degradado se acumula en los lisosomas de los individuos afectados. La mayoría de estas enfermedades se deben a deficiencias en una única enzima lisosómica. Por ejemplo, la enfermedad de Gaucher (la alteración más común) se debe a una mutación en el gen que codifica una enzima lisosómica requerida para la degradación de los glicolípidos (véase Medicina Molecular). Una excep-ción curiosa es la enfermedad celular-I, que se debe a una eficiencia en la enzima que cataliza el primer paso en el marcaje de las enzimas lisosómicas con manosa-6-fosfato en el aparato de Golgi (véase Fig. 12.24). El resultado es una alteración generalizada en la incorporación de las enzimas lisosómi-cas a los lisosomas.
Cooper The Cell 7e, Sinauer/ASMFigure# 11.37 DMG#113707/28/17Dragonfly Media Group
SNARE
VesículaCubierta
RabSNARE
Diana
Eliminación de la cubierta
Fusión demembranas
Factor de anclaje
SNARE
FIGURA 12.32 Anclaje y fusión de las vesículas. Una proteína Rab de la membrana de la vesícula se une a un factor de anclaje asociado con la membrana diana. A continuación tiene lugar la formación de complejos entre SNARE en la vesícula y las membranas diana. Los dominios arrollados de los SNARE se unen en cremallera entre sí, con lo que acercan la vesícula y las membranas, de manera que las membranas se fusionan.
Los lisosomas contienen enzimas que degradan proteínas y otras macromoléculas.
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Sección III • Estructura y función celulares412
Fusión de las vesículasLa fusión de una vesícula de transporte con su diana implica dos tipos de acontecimientos. En primer lugar, la vesícula de transporte debe reconocer específicamente la membrana diana correcta; por ejemplo, una vesícula que transporta enzimas lisosómicas tiene que llevar su carga sólo a los lisoso-mas. En segundo lugar, la membrana de la vesícula y la membrana diana deben fusionarse, entregándose el contenido de la vesícula al orgánulo dia-na. La fusión vesicular es un proceso en dos pasos en el que el reconoci-miento específico entre una vesícula y su diana (anclaje) que está mediado por interacciones entre proteínas de la vesícula y las membranas diana, se-guido por interacciones adicionales entre proteínas que impulsan la fusión de las bicapas de fosfolípidos (Fig. 12.32).
La interacción inicial entre las vesículas de transporte y las membranas diana específicas está mediada por factores de anclaje y pequeñas proteínas de unión a GTP (proteínas Rab). Se han identificado más de 60 proteínas Dragon�y Media GroupFigure# 12.31 05/16/18
GDPGTP
GTPGTP GTP
GDP
FIGURA 12.31 Formación de una vesícula recubierta de clatrina. (A) Una vez transportada a la membrana trans del Golgi, el complejo Arf/GDP es activado a Arf/GTP por parte de un factor de intercambio de nucleótidos de guanina (Arf-GEF). A continuación, Arf/GTP incorpora una proteína adaptadora que se une al extremo citosólico de un receptor transmembrana con su carga luminal y también incorpora una segunda proteína adaptadora, AP1, que sirve de lugar de unión para el ensamblaje de una cubierta de clatrina. La clatrina está compuesta por tres cadenas proteicas que se unen entre sí para formar un encaje tipo cesta que distorsiona la membrana y pone en marcha la generación de las vesículas. La dinamina contrae el cuello de la vesícula y lleva a la �sión de la membrana. (B) Micrografía electrónica de barrido de las vesículas cubiertas de clatrina. (B, cortesía de Tomas Kirchhausen, Harvard University.)
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Distribución y transporte de proteínas 41312Rab diferentes y se ha demostrado que funcionan en procesos específicos de transporte de vesículas, con diferentes proteínas Rab que marcan diferentes orgánulos y vesículas de transporte. Las proteínas Rab de la vesícula en el estado activo de unión a GTP se unen a factores de unión a la membrana, proporcionando el puente inicial entre las membranas diana y de la vesícu-la. Los factores de anclaje también se unen a las proteínas de la cubierta, lo que contribuye a su interacción con las vesículas.
El anclaje es seguido por la formación de complejos entre pares específi-cos de proteínas transmembrana llamadas SNARE en las membranas vesi-culares y diana (ver Figura 12.32). Este emparejamiento de SNARE en la vesícula y membranas diana proporciona la energía para impulsar la fusión de las bicapas de fosfolípidos. Las proteínas SNARE tienen un dominio en espiral central largo como el que se encuentra en las láminas nucleares (ver Figura 11.4). Al igual que en las láminas, este dominio se une fuertemente a otros dominios en espiral y, en efecto, une las SNARE de las membranas de vesícula y diana, poniendo las dos membranas en contacto directo y dando lugar a la fusión de las bicapas lipídicas.
LisosomasObjetivos de aprendizajeDeberías ser capaz de:• Describir la función de los lisosomas.• Explicar cómo se forman los lisosomas.• Resumir el proceso de autofagia.
Los lisosomas son orgánulos rodeados de membrana que contienen una serie de enzimas capaces de degradar todas las clases de polímeros biológi-cos —proteínas, ácidos nucleicos, carbohidratos y lípidos—. Los lisosomas funcionan como el sistema digestivo de la célula, sirviendo tanto para de-gradar el material captado del exterior de la célula como para digerir los componentes obsoletos de la propia célula. En su forma más sencilla, los li-sosomas se observan como vacuolas esféricas densas, pero pueden exhibir diversidad de tamaños y de formas en función de los distintos materiales que hayan captado (Fig. 12.33). Por tanto, los lisosomas representan orgá-nulos morfológicamente diversos definidos por la función común de degra-dar material intracelular.
Hidrolasas lisosómicas ácidasLos lisosomas contienen alrededor de 60 enzimas degradativas diferentes que pueden hidrolizar proteínas, ADN, ARN, polisacáridos y lípidos. Las mutaciones en los genes que codifican estas proteínas son responsables de más de 30 enfermedades congénitas humanas diferentes, que se denominan enfermedades de depósito lisosómico, ya que el material no degradado se acumula en los lisosomas de los individuos afectados. La mayoría de estas enfermedades se deben a deficiencias en una única enzima lisosómica. Por ejemplo, la enfermedad de Gaucher (la alteración más común) se debe a una mutación en el gen que codifica una enzima lisosómica requerida para la degradación de los glicolípidos (véase Medicina Molecular). Una excep-ción curiosa es la enfermedad celular-I, que se debe a una eficiencia en la enzima que cataliza el primer paso en el marcaje de las enzimas lisosómicas con manosa-6-fosfato en el aparato de Golgi (véase Fig. 12.24). El resultado es una alteración generalizada en la incorporación de las enzimas lisosómi-cas a los lisosomas.
Cooper The Cell 7e, Sinauer/ASMFigure# 11.37 DMG#113707/28/17Dragonfly Media Group
SNARE
VesículaCubierta
RabSNARE
Diana
Eliminación de la cubierta
Fusión demembranas
Factor de anclaje
SNARE
FIGURA 12.32 Anclaje y fusión de las vesículas. Una proteína Rab de la membrana de la vesícula se une a un factor de anclaje asociado con la membrana diana. A continuación tiene lugar la formación de complejos entre SNARE en la vesícula y las membranas diana. Los dominios arrollados de los SNARE se unen en cremallera entre sí, con lo que acercan la vesícula y las membranas, de manera que las membranas se fusionan.
Los lisosomas contienen enzimas que degradan proteínas y otras macromoléculas.
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Sección III • Estructura y función celulares478
parece ser que las vesículas del Golgi son transportadas al centro de la célu-la (hacia el extremo «menos» de los microtúbulos) por la dineína citoplas-mática. Por tanto, el movimiento a lo largo de los microtúbulos es responsa-ble no sólo del transporte de vesículas, sino también de estabilizar la posición de los orgánulos con membrana en el citoplasma de las células eucariotas.
Cilios y �agelosLos cilios y los flagelos son proyecciones de la membrana plasmática basa-das en microtúbulos que se encuentran en casi todos los tipos de células animales. Los cilios actúan como antenas que detectan una variedad de se-ñales extracelulares, además de ser responsables del movimiento. Cabe se-ñalar que muchas bacterias también tienen flagelos, pero estos flagelos pro-cariotas son bastante diferentes a los de los eucariotas. Los flagelos bacterianos (que no se van a tratar) son filamentos de proteínas que se pro-yectan desde la superficie celular en lugar de proyecciones de la membrana plasmática sostenidas por microtúbulos.
Hay dos tipos de cilios eucariotas, llamados cilios primarios y cilios móvi-les. Los cilios primarios se encuentran en la mayoría de las células animales y participan en la detección de señales extracelulares, incluidos el movi-miento, los olores y la luz. Por ejemplo, los receptores de olores en las neuro-nas olfativas y los fotorreceptores en las células de la retina se encuentran en los cilios primarios. Los cilios móviles y los flagelos son responsables del movimiento celular (Fig. 14.39). Muchas células están cubiertas por numero-sos cilios móviles, que laten en un movimiento coordinado hacia adelante y hacia atrás, ya sea moviendo la célula a través de líquido o moviendo líquido sobre la superficie de la célula. Por ejemplo, los cilios de algunos protozoos
VÍDEO 14.6
Movimientos ciliados
VÍDEO 14.7
Cilios y �agelos
Los cilios primarios actúan para detectar señales extracelulares; los cilios móviles son responsables de los movimientos celulares.
Cooper The Cell 7e, SinauerFigure# 13.4507/24/15Dragonfly Media Group
(B)
(A)
20 mm
(C)
5 mm 10 mm
FIGURA 14.39 Ejemplos de cilios y �agelos. (A) Micrografía electrónica de barrido mostrando numerosos cilios recubriendo la super�cie de Paramecium. (B) Micrografía electrónica de barrido de células epiteliales ciliadas recubriendo la super�cie de la tráquea. (C) Fotografía de disparo múltiple (500 disparos por minuto) mostrando el movimiento ondulatorio de un �agelo de espermatozoide de erizo de mar. (A, © SPL/Science Source; B, © Charles Daghlian/Science Source; C, courtesy of C. J. Brokaw, California Institute of Technology.)
14_Cooper_Celula_Ed_8Ed_210x280_2021.indd 478 22/7/21 12:06
Citoesqueleto y movimiento celular 47914(como el Paramecium) son responsables tanto de la motilidad celular como de arrastrar los organismos alimentarios sobre la superficie celular y hacia la cavidad bucal. En los animales, una función importante de los cilios es mo-ver líquido o moco sobre la superficie de las láminas de células epiteliales. Un buen ejemplo lo proporcionan las células ciliadas que recubren el tracto respiratorio, que eliminan la mucosidad y el polvo de las vías respiratorias. Los flagelos son similares en estructura a los cilios móviles, pero son más largos (hasta 200 µm) y laten en un patrón de longitud de onda. Las células suelen tener solo uno o dos flagelos, que son responsables de la locomoción de una variedad de protozoos y de espermatozoides.
Tanto los cilios primarios como los móviles están anclados en un centríolo llamado cuerpo basal, que contiene nueve tripletes de microtúbulos (Fig. 14.40). Los cuerpos basales se derivan de centriolos que se han transportado a la membrana plasmática. Dos de los microtúbulos de cada triplete del cuerpo basal se extienden para formar el axonema. Por tanto, los cuerpos basales sirven para iniciar el crecimiento de los microtúbulos axonemales y para anclar los cilios a la superficie de la célula.
El axonema de los cilios móviles (y flagelos) contiene un par central adi-cional de microtúbulos y proteínas asociadas que son responsables de la mo-tilidad (ver Figura 14.40). Los microtúbulos están dispuestos en un patrón característico «9 + 2» en el que el par central de microtúbulos está rodeado por nueve dobletes de microtúbulos externos. Los dos microtúbulos fusiona-dos de cada doblete externo son distintos: uno (llamado túbulo A) es un mi-crotúbulo completo que consta de 13 protofilamentos; el otro (el túbulo B)
FIGURA 14.40 Estructuras de cilios primarios y móviles. Anclados en cuerpos basales, que contienen nueve tripletes de microtúbulos. Dos de los microtúbulos de cada triplete se extienden para formar el axonema. El axonema de los cilios móviles contiene un par central adicional de microtúbulos. Los nueve dobletes de microtúbulos externos consisten en un túbulo A completo, que contiene 13 proto�lamentos, y un túbulo B incompleto, que contiene 10 u 11 proto�lamentos. Los dobletes externos están unidos entre sí por puentes de nexina y al par central de microtúbulos por espinas radiales. Cada doblete de microtúbulos externos está asociado con brazos de dineína internos y externos. (Según H. Ishikawa y W. F. Marshall, 2011. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 12: 222 y J. F. Reiter y M. R. Leroux, 2017. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 18: 533.)
Los cilios están anclados en centriolos conocidos como cuerpos basales.
El movimiento de los cilios se impulsa por el deslizamiento de los microtúbulos.
Dragon�y Media GroupFigure# 14.40 05/09/18
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Sección III • Estructura y función celulares478
parece ser que las vesículas del Golgi son transportadas al centro de la célu-la (hacia el extremo «menos» de los microtúbulos) por la dineína citoplas-mática. Por tanto, el movimiento a lo largo de los microtúbulos es responsa-ble no sólo del transporte de vesículas, sino también de estabilizar la posición de los orgánulos con membrana en el citoplasma de las células eucariotas.
Cilios y �agelosLos cilios y los flagelos son proyecciones de la membrana plasmática basa-das en microtúbulos que se encuentran en casi todos los tipos de células animales. Los cilios actúan como antenas que detectan una variedad de se-ñales extracelulares, además de ser responsables del movimiento. Cabe se-ñalar que muchas bacterias también tienen flagelos, pero estos flagelos pro-cariotas son bastante diferentes a los de los eucariotas. Los flagelos bacterianos (que no se van a tratar) son filamentos de proteínas que se pro-yectan desde la superficie celular en lugar de proyecciones de la membrana plasmática sostenidas por microtúbulos.
Hay dos tipos de cilios eucariotas, llamados cilios primarios y cilios móvi-les. Los cilios primarios se encuentran en la mayoría de las células animales y participan en la detección de señales extracelulares, incluidos el movi-miento, los olores y la luz. Por ejemplo, los receptores de olores en las neuro-nas olfativas y los fotorreceptores en las células de la retina se encuentran en los cilios primarios. Los cilios móviles y los flagelos son responsables del movimiento celular (Fig. 14.39). Muchas células están cubiertas por numero-sos cilios móviles, que laten en un movimiento coordinado hacia adelante y hacia atrás, ya sea moviendo la célula a través de líquido o moviendo líquido sobre la superficie de la célula. Por ejemplo, los cilios de algunos protozoos
VÍDEO 14.6
Movimientos ciliados
VÍDEO 14.7
Cilios y �agelos
Los cilios primarios actúan para detectar señales extracelulares; los cilios móviles son responsables de los movimientos celulares.
Cooper The Cell 7e, SinauerFigure# 13.4507/24/15Dragonfly Media Group
(B)
(A)
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5 mm 10 mm
FIGURA 14.39 Ejemplos de cilios y �agelos. (A) Micrografía electrónica de barrido mostrando numerosos cilios recubriendo la super�cie de Paramecium. (B) Micrografía electrónica de barrido de células epiteliales ciliadas recubriendo la super�cie de la tráquea. (C) Fotografía de disparo múltiple (500 disparos por minuto) mostrando el movimiento ondulatorio de un �agelo de espermatozoide de erizo de mar. (A, © SPL/Science Source; B, © Charles Daghlian/Science Source; C, courtesy of C. J. Brokaw, California Institute of Technology.)
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Citoesqueleto y movimiento celular 47914(como el Paramecium) son responsables tanto de la motilidad celular como de arrastrar los organismos alimentarios sobre la superficie celular y hacia la cavidad bucal. En los animales, una función importante de los cilios es mo-ver líquido o moco sobre la superficie de las láminas de células epiteliales. Un buen ejemplo lo proporcionan las células ciliadas que recubren el tracto respiratorio, que eliminan la mucosidad y el polvo de las vías respiratorias. Los flagelos son similares en estructura a los cilios móviles, pero son más largos (hasta 200 µm) y laten en un patrón de longitud de onda. Las células suelen tener solo uno o dos flagelos, que son responsables de la locomoción de una variedad de protozoos y de espermatozoides.
Tanto los cilios primarios como los móviles están anclados en un centríolo llamado cuerpo basal, que contiene nueve tripletes de microtúbulos (Fig. 14.40). Los cuerpos basales se derivan de centriolos que se han transportado a la membrana plasmática. Dos de los microtúbulos de cada triplete del cuerpo basal se extienden para formar el axonema. Por tanto, los cuerpos basales sirven para iniciar el crecimiento de los microtúbulos axonemales y para anclar los cilios a la superficie de la célula.
El axonema de los cilios móviles (y flagelos) contiene un par central adi-cional de microtúbulos y proteínas asociadas que son responsables de la mo-tilidad (ver Figura 14.40). Los microtúbulos están dispuestos en un patrón característico «9 + 2» en el que el par central de microtúbulos está rodeado por nueve dobletes de microtúbulos externos. Los dos microtúbulos fusiona-dos de cada doblete externo son distintos: uno (llamado túbulo A) es un mi-crotúbulo completo que consta de 13 protofilamentos; el otro (el túbulo B)
FIGURA 14.40 Estructuras de cilios primarios y móviles. Anclados en cuerpos basales, que contienen nueve tripletes de microtúbulos. Dos de los microtúbulos de cada triplete se extienden para formar el axonema. El axonema de los cilios móviles contiene un par central adicional de microtúbulos. Los nueve dobletes de microtúbulos externos consisten en un túbulo A completo, que contiene 13 proto�lamentos, y un túbulo B incompleto, que contiene 10 u 11 proto�lamentos. Los dobletes externos están unidos entre sí por puentes de nexina y al par central de microtúbulos por espinas radiales. Cada doblete de microtúbulos externos está asociado con brazos de dineína internos y externos. (Según H. Ishikawa y W. F. Marshall, 2011. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 12: 222 y J. F. Reiter y M. R. Leroux, 2017. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 18: 533.)
Los cilios están anclados en centriolos conocidos como cuerpos basales.
El movimiento de los cilios se impulsa por el deslizamiento de los microtúbulos.
Dragon�y Media GroupFigure# 14.40 05/09/18
Membrana plasmática
Anoxema
Cuerpo basal
Triplete de microtúbulos
Brazo de dineínainterno
Nexina
Par central
Espinaradial
Brazo de dineínaexterno
Doblete de microtúbulos
Cilio primario
Membrana plasmática
Triplete de microtúbulos
Cilio móvil
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