Guía multimedia

gua del dvd

Este DVD-ROM contiene los siguientes recursos para estudiantes y

profesores:

Los Captulos 21-25 de Biologa molecular de la clula, quinta edicin

Las imgenes de Biologa molecular de la clula, quinta edicin

El gestor de Biologa celular interactiva

Este documento contiene un resumen de los contenidos del DVD-ROM que acom-paan a Biologa molecular de la clula, quinta edicin. Tambin contiene la Gua multimedia del programa Biologa celular interactiva del DVD, el cual contiene las transcripciones de las narraciones de los vdeos, de las animaciones y de los modelos moleculares, as como los crditos de los cientficos y de los artistas.

Ediciones Omega

2 Biologa molecular de la clula, quinta edicin: Gua del DVD

Captulos 21 a 25 de Biologa molecular de la clula, quinta edicin

Los siguientes captulos, que recogen la informacin de los organismos pluricelulares, estn en el DVD en formato PDF: Captulo 21: La reproduccin sexual: meiosis, clulas germinales y fecundacin Capitulo 22: Desarrollo de los organismos pluricelulares Captulo 23: Los tejidos especializados, las clulas madre y la renovacin tisular Captulo 24: Patgenos, infeccin e inmunidad innata Captulo 25: El sistema de inmunidad adquiridaLos captulos estn en la carpeta Captulos 21-25. Los documentos se pueden abrir con Adobe Acrobat Reader o con cualquier otro programa que gestione archivos PDF.

Las imgenes de Biologa molecular de la clula, quinta edicin

Las figuras, las tablas y las micrografas del libro se encuentran en el DVD, en la carpeta de Imgenes de BMdC5. Se han cargado en presentaciones de PowerPoint, una por cada captulo del libro. Otra carpeta contiene las versiones individuales de cada una de las figuras, tablas y micrografas, en formato JPEG. Las carpetas se denominan PowerPoint y JPEG. Los pa-neles del libro estn en formato PDF en la carpeta Paneles.

El gestor de Biologa celular interactiva

Los archivos multimedia de Biologa celular interactiva estn localizados en la carpeta Biologa celular interactiva. Existen las versiones para Win-dows y para Macintosh OS X. Biologa celular interactiva requiere la instalacin del gestor Apple Quick Time Media Player y de Adobe Acro-bat Reader o de un lector similar. Biologa celular interactiva contiene ms de 150 animaciones, vdeos, modelos moleculares y micrografas electrnicas interactivas. Los archivos estn organizados por el ndice de Biologa molecular de la clula, quinta edicin o se pueden ordenar por el tipo de archivo. Tambin estn conec-tados directamente con las secciones correspondientes del libro mediante cdigos. La utilizacin de estos cdigos se explica en la Nota al lector (p. xxxi al inicio del libro) y tambin en la introduccin de la Gua multi-media de Biologa celular interactiva. Las pelculas y las micrografas que se utilizan en el gestor de Biologa celular interactiva tambin son asequibles como archivos individuales en sus formatos originales, en la carpeta de Media localizada en la carpeta Biologa celular interactiva. A continuacin presentamos la Gua multimedia de Biologa celular interactiva. Contiene un ndice, las transcripciones de las narraciones de cada una de las pelculas y los crditos de los cientficos y de los artistas.

Adobe y Acrobat son marcas registradas o marcas de Adobe Systems Incorporated en Estados Unidos y/o en otros pases. PowerPoint y Windows son marcas registradas o marcas de Microsoft Corporation en Estados Unidos y/o en otros pases. Mac OS X y Quick Time son marcas registradas de Apple Inc.

Direccin artstica y cientfica Peter Walter

Diseo y produccin Michael Morales

Introduccin ndice Textos

Biologa celular interactiva Gua multimedia

Biologa molecular de la clula, quinta edicin: Gua del DVD4

InTrODUCCIn

Bienvenido a Biologa celular interactiva multimedia

Han aparecido una enorme cantidad de nuevas imgenes y tecnologas de ordenador que han incrementado nuestro acceso al funcionamiento interno de las clulas vivas. En Biologa celular interactiva hemos intentado captu-rar una parte de la emocin de estos avances. El gestor de archivos multi-media contiene ms de 150 vdeos, animaciones, estructuras moleculares y micrografas de alta resolucin, todo ello diseado como material comple-mentario de los captulos del libro. Casi todos los tems van acompaados de cortas narraciones que introducen y explican los conceptos clave. Pre-tendemos proporcionar a los estudiantes y a los profesores la oportunidad de poder observar las clulas vivas y las molculas en accin, ya que las palabras y las imgenes estticas simplemente no hacen justicia a la desta-cable dinmica del mundo celular y molecular. No se pueden observar las clulas reptando, dividindose, segregando sus cromosomas o reordenando su superficie, sin asombrarse de los me-canismos moleculares que subyacen a estos procesos. Esperamos que Bio-loga celular interactiva motive e intrigue a los estudiantes y les refuerce los conceptos bsicos que se recogen en el texto, haciendo por tanto que el aprendizaje de la biologa celular sea ms fcil y duradero. Tambin es-peramos que los profesores puedan utilizar estos recursos visuales en cla-se, para ilustrar no slo el material del curso, sino tambin la belleza y la maravilla de este microcosmos. Hemos diseado las animaciones para dar vida a algunas de las figuras ms complicadas del libro. Muchos de los v-deos proporcionan demostraciones visuales de temas que son difciles de apreciar, como la fluidez de la membrana, y las micrografas electrnicas de alta resolucin permitirn a los estudiantes explorar con detalle algunas magnficas imgenes ampliadas de la clula. Tambin hemos generado mo-delos tridimensionales de algunas de las molculas ms interesantes, que presentamos acompaadas de cortos tutoriales. El contenido de Biologa celular interactiva representa el trabajo de numerosos laboratorios de todo el mundo que nos han proporcionado vi-deoclips procedentes de investigaciones originales, segmentos animados, micrografas y datos moleculares. Estamos en deuda con los cientficos que generosamente nos han cedido estos materiales.

Utilizacin de los cdigos multimedia

El libro Biologa molecular de la clula, quinta edicin contiene cdigos multimedia que vinculan directamente el texto del libro con las pelculas de Biologa celular interactiva. Estos cdigos estn distribuidos por todo el libro indicando en qu casos hay algn vdeo relevante disponible en Bio-loga celular interactiva. Los cdigos de cuatro letras se presentan entre < > y se destacan en color, como . La aplicacin para Biologa celular interactiva contiene una ventana para estos cdigos. Cuando se introduce en ella un cdigo de cuatro letras y se aprieta el botn Ir, se carga el co-rrespondiente multimedia en el gestor de imgenes. Los cdigos multimedia de todas las pelculas y micrografas electrni-cas tambin se recogen en un listado de esta Gua multimedia. Espera-mos que esta organizacin facilite la utilizacin de la Biologa celular inte-ractiva y ayude a integrar el mundo dinmico de los recursos multimedia con el texto impreso.


nDICE

Captulo 1 Clulas y genomas

1.1 V Danza de un queratinocito GTTA 101.2 V Ameba reptando ATGG 101.3 V Eutreptiella nadando TCGC 101.4 ME Clulas vegetales AACA 111.5 ME Chlamydomonas TTTA 11

Captulo 2 Qumica celular y biosntesis

2.1 A Interacciones no covalentes TGCG 122.2 A Analoga de la catlisis enzimtica TAAA 122.3 V Movimiento browniano GGTA 122.4 A Gluclisis GGGC 132.5 A Ciclo del cido ctrico TAGT 15

Captulo 3 Protenas

3.1 M Hlice GTAG 173.2 M Lmina TGCT 173.3 M Enlaces disulfuro ATAC 183.4 M Giros de prolina CAGT 183.5 M Hlice sobreenrollada o superhlice CGGA 193.6 M Dominio SH2 GTGA 193.7 M Lisozima I AGCA 203.8 A Lisozima II TGGT 203.9 M Protenas oligomricas GCCT 213.10 M Aspartato transcarbamilasa CTAA 213.11 A EF-Tu GTAA 223.12 A La caja de caudales ACTT 22

Captulo 4 DNA, cromosomas y genomas

4.1 M Estructura del DNA CAGA 234.2 A Enrollamiento cromosmico ACTC 234.3 A Anemia falciforme TTTT 244.4 ME Estructura nuclear: vista 1 GAGG 244.5 ME Estructura nuclear: vista 2 TTGC 24

Captulo 5 Replicacin, reparacin y recombinacin del DNA

5.1 M DNA polimerasa GATT 255.2 A DNA helicasa TGCC 255.3 M Abrazadera deslizante ACAT 265.4 A Replicacin I CCCG 265.5 A Replicacin II AATA 265.6 A Replicacin de los telmeros TCCT 275.7 A Unin de Holliday CTAG 27

Cdigo Nmero de pgina

V = vdeo, A = animacin, ME = micrografa electrnica, M = modelo molecular


Captulo 6 Cmo leen las clulas el genoma: del DNA a la protena

6.1 M Estructura del RNA AATC 286.2 A Transcripcin CTAT 286.3 M RNA polimerasa II GACT 296.4 A Maduracin del RNA TCTT 296.5 M tRNA CGCA 306.6 A Traduccin I CGCC 306.7 A Traduccin II CACT 316.8 M Estructura del ribosoma AGGC 316.9 A Polirribosoma GAAG 326.10 A Trinquete ribosmico CGTT 32

Captulo 7 El control de la expresin gnica

7.1 M Homeodominio ACGT 337.2 M Dominio en forma de dedos de zinc ATCT 337.3 M Cremallera de leucina TGTT 347.4 M Protena de unin a TATA TATA 34

Captulo 8 Manipulacin de protenas, DNA y RNA

8.1 A Reaccin en cadena de la polimerasa TACG 358.2 A Anatoma de un archivo PDB GGCC 35

Captulo 9 Observar las clulas

9.1 A Pinzas lser CGCG 369.2 ME Clula heptica: vista 1 CACC 369.3 ME Clula heptica: vista 2 TACA 369.4 ME Clula heptica: vista 3 AATT 37

Captulo 10 Estructura de la membrana

10.1 V Fluidez de la bicapa lipdica CACA 3710.2 M Lpidos y bicapa lipdica TAGC 3810.3 V Rotura de la membrana con detergentes GCGA 3810.4 V Efectos de la membrana en un glbulo rojo GTAC 3910.5 M Bacteriorrodopsina TTAA 3910.6 V FRAP ATGT 40

Captulo 11 Transporte de molculas pequeas a travs de la membrana y las propiedades elctricas de las membranas

11.1 A Bomba Na+-K+ GAGT 4011.2 A Transporte mediado por protenas transportadoras ACCC 4111.3 A Captacin de glucosa GGAT 4111.4 M Canal de potasio ATTA 4211.5 A Potenciales de accin CGAG 4311.6 A Sealizacin sinptica CTGA 44




Captulo 12 Compartimientos intracelulares y clasificacin de protenas

12.1 A Compartimientos celulares ATCC 4412.2 V Importacin hacia el ncleo AGTT 4512.3 A Importacin de protenas mitocondriales ACGG 4512.4 V Tbulos del retculo endoplasmtico TCGT 4612.5 V Ensamblaje de la cubierta nuclear ATAA 4612.6 A Translocacin de protenas TTCC 4712.7 ME Rotura por congelacin de una clula de levadura GATC 4812.8 ME Clula heptica: vista 4 GGTC 4812.9 ME Clula pancretica secretora CGTA 49

Captulo 13 Trfico vesicular intracelular

13.1 A Clatrina TATT 4913.2 V Va secretora biosinttica GCTG 5013.3 A Endocitosis mediada por receptor GCTA 5013.4 V Fusin de un endosoma AAAA 5113.5 V Fagocitosis TCAT 5113.6 V Transporte exocittico ACAG 5113.7 ME Pncreas: vista 1 CAGC 5213.8 ME Pncreas: vista 2 CCTA 5213.9 A Vescula sinptica ACCA 53

Captulo 14 Conversin energtica: mitocondrias y cloroplastos

14.1 A Tomograma de una mitocondria CGAT 5414.2 V Fisin y fusin mitocondriales AGTA 5414.3 A Cadena de transporte de electrones TGGG 5514.4 A La ATP sintasa, una turbina molecular ATCG 5614.5 V La ATP sintasa, disco GAGA 5614.6 A El flagelo bacteriano ACTA 5714.7 M El centro de reaccin fotosinttica ATCA 5814.8 A Captura de luz GCAC 59

Captulo 15 Mecanismos de comunicacin celular

15.1 V Sealizacin por calcio CGTC 6015.2 V Quimiotaxis de neutrfilos GTCG 6015.3 A Sealizacin por protenas ATTC 6115.4 A Sealizacin por cAMP AGAT 6215.5 M Ras GAAC 6215.6 M Calmodulina CTTC 6315.7 M Receptor de la hormona de crecimiento CGCT 63

Captulo 16 El citoesqueleto

16.1 V Inestabilidad dinmica de los microtbulos CCCA 6416.2 V Persecucin de un neutrfilo TGTA 6416.3 V Los microtbulos y la dinmica del retculo endoplasmtico AAAT 64




16.4 A Filamentos intermedios GCCA 6516.5 V Dinmica de los microtbulos in vivo TAAT 6516.6 V Desplazamiento de los orgnulos sobre los microtbulos CAAT 6616.7 A Quinesina GAAT 6616.8 A Miosina ATAT 6716.9 V Desplazamiento de la actina TTAT 6716.10 A Contraccin muscular CTGC 6816.11 V El latido de una clula cardaca AGGT 6816.12 ME Tejido cardaco TCAG 6916.13 ME Clula muscular cardaca GCAG 69

Captulo 17 El ciclo celular

17.1 M Cdk2 TAGA 7017.2 M Complejo p53-DNA TGAA 7017.3 V Divisin de una clula vegetal TACT 7117.4 V Divisin de una clula animal TCAA 7117.5 V Mitosis interpretativa CAAA 7217.6 V Huso mittico de un embrin de mosca TTCT 7217.7 V Huso mittico GTCT 7317.8 ME Cromosomas mitticos CCAG 73

Captulo 18 Apoptosis

18.1 V Apoptosis GCCC 74

Captulo 19 Uniones celulares, adhesin celular y matriz extracelular

19.1 V Uniones de anclaje entre clulas CGAA 7519.2 V Los leucocitos rodantes CCCC 7519.3 ME Unin entre dos clulas musculares AATG 76

Captulo 20 Cncer

20.1 V Clulas de cncer de mama CCGA 7620.2 A Inhibicin por contacto AGCC 77

Captulo 21 La reproduccin sexual: meiosis, clulas germinales y fecundacin

21.1 PDF Captulo 21 CAAG 7721.2 A Meiosis AGTG 7821.3 V Ola de calcio durante la fecundacin AGGA 7921.4 V Fecundacin de un erizo de mar TGAC 79




Captulo 22 Desarrollo de los organismos pluricelulares

22.1 PDF Captulo 22 AGCT 8022.2 V vulos en desarrollo ATTT 80 22.3 V Gastrulacin TCCC 8122.4 V Organizador de Spemann ATTG 8122.5 V Desarrollo de Drosophila AACG 8222.6 V Desarrollo temprano del pez cebra GAGC 8222.7 V Extensin de la neurita AAGA 8322.8 V Exploracin neuronal TACC 83

Captulo 23 Los tejidos especializados, las clulas madre y la renovacin tisular

23.1 PDF Captulo 23 GATA 8423.2 V Clulas ciliadas I TCCA 8423.3 A Clulas ciliadas II CATA 8523.4 ME Epitelio intestinal: vista 1 TATG 8523.5 ME Epitelio intestinal: vista 2 GATG 8523.6 ME Epitelio intestinal: vista 3 CGGC 8623.7 A Angiognesis GTTG 8623.8 V Megacariocito GCAT 8723.9 V Curacin de una herida TGAT 8723.10 V Linfocito patrullando ACCG 8723.11 ME Epitelio de la trquea ACGC 8823.12 ME Clula endotelial del hgado CCAA 8823.13 ME Clulas hepticas: espacio sinusoidal CCGT 8823.14 A Clulas madre embrionarias GGAA 89

Captulo 24 Patgenos, infeccin e inmunidad innata

24.1 PDF Captulo 24 AACC 8924.2 M La hemaglutinina ATAG 9024.3 V Listeria, un patgeno intracelular GTAT 9024.4 V Linfocitos T citotxicos GTCA 91

Captulo 25 El sistema de inmunidad adquirida

25.1 PDF Captulo 25 CTCT 9125.2 M Anticuerpos GCCG 9225.3 V Activacin de los linfocitos T TTGA 9225.4 M El complejo principal de histocompatibilidad (MHC) de clase I AAGT 9325.5 M El complejo principal de histocompatibilidad (MHC) de clase II GAAA 9325.6 V La sinapsis inmunolgica ACGA 94

Apndice

A.1 Gua multimedia TGCAA.2 Los autores GGCA




1.1 Danza de un queratinocito Los queratinocitos, que se hallan en las escamas de los peces, estn espe-cializados para moverse rpidamente, con lo que pueden sellar las fisuras de estas escamas.

Edicin y concepto del vdeo: Justin reichmanMsica: Freudenhaus Audio Productions (www.fapsf.com)

1.3 Eutreptiella nadando Algunas clulas utilizan sistemas de desplazamiento bastante peculiares, como el de esta Eutreptiella flagelada, que utiliza ambos flagelos y pronun-ciados cambios de forma para nadar.

1.2 Ameba reptando Ameba, organismo unicelular, repta utilizando la polimerizacin de la acti-na para empujar sus pseudpodos, o falsos pies, para explorar el territorio. Al mismo tiempo, los orgnulos se desplazan por el interior de la clula siguiendo patrones complejos.

reproducido con la autorizacin del copyright de CELLS alive!, CDrOM and video Library, 1998-2001.

Mark S. Cooper University of Washington

CELLS alive! www.cellsalive.com

Richard E. Triemerrutgers, State University of new Jersey


1.4 Clulas vegetales Encuentre: membranas plasmticas y pared celular vacuolas cloroplastos tilacoides mitocondrias

1.5 Chlamydomonas Encuentre: ncleo cloroplasto vacuolas flagelo membrana celular

Doug Bray The University of Lethbridge, CanadBrian Oates y Cyprien Lomas The University of British Columbia

Doug Bray The University of Lethbridge, Canad


2.1 Interacciones no covalentes En solucin, las molculas se desplazan siguiendo movimientos aleatorios trmicos y, si la concentracin es suficientemente elevada, con frecuencia pueden encontrarse unas con otras. Si colisionan dos molculas cuya su-perficie de contacto no encaja bien, se formarn entre ellas pocos enlaces dbiles. La vibracin trmica de las molculas rpidamente romper estos enlaces y las molculas se separarn. Si las superficies de las dos molculas encajan bien, se formar un n-mero ms elevado de enlaces dbiles. Estos enlaces mantendrn unidas a las molculas durante mucho tiempo antes de que la vibracin trmica las separe. En los ciclos de asociacin/disociacin, las molculas unidas muy fuer-temente pasarn la mayor parte del tiempo unidas. La afinidad entre dos molculas es una medida del tiempo relativo que se mantienen juntas.

Guin grfico y animacin: Sumanas, Inc. (www.sumanasinc.com)

2.2 Analoga de la catlisis enzimticaSupongamos una molcula, aqu simbolizada por la esfera, que puede reac-cionar de cuatro maneras diferentes. Para seguir cualquiera de estas cuatro reacciones, la esfera debe superar una barrera energtica de activacin, caracterstica de cada una de las posi-bles reacciones. Ello se puede conseguir, por ejemplo, colocando ms cantidad de ener-ga en el sistema en forma de calor. En el ejemplo que se muestra aqu, la molcula entrar en muchas vas de reaccin diferentes, ya que sobrepasar las barreras energticas de activacin, que son similares en todas ellas.Por el contrario, una enzima reduce la barrera de la energa de activacin de una sola de estas reacciones. Por lo tanto, las enzimas permiten que se produzcan las reacciones a temperaturas normales, dirigiendo las molcu-las a travs de vas determinadas.

2.3 Movimiento browniano Empujadas por la energa trmica, las molculas estn constantemente en movimiento (denominado movimiento browniano) que les permite difun-dir a travs de las clulas siguiendo un camino aleatorio. Nuestra simula-cin muestra el desplazamiento de una molcula pequea de azcar (a la izquierda) y una molcula grande de protena (a la derecha) por el interior de una clula (representada por un cubo de 10 micrmetros de lado). La animacin representa un segundo de tiempo real. Obsrvese que los caminos de desplazamiento de las molculas de la segunda simulacin son diferentes de los de la primera, mostrando que el movimiento browniano es al azar.

Composicion final: Blink Studio Ltd. (www.blink.uk.com)

Ilustraciones originales y guin grfico: nigel Orme y Christopher Thorpe

Julian Lewis Imperial Cancer research Fund

13 Biologa molecular de la clula, quinta edicin: Gua del DVD

2.4 Gluclisis Las clulas degradan las molculas de alimento, como la glucosa, a travs de vas formadas por numerosas etapas. En el proceso de la gluclisis, la degradacin de una molcula de glucosa hasta dos molculas de tres carbo-nos cada una produce una ganancia neta de energa que es capturada por molculas de ATP y de NADH. En los eucariotas, el producto de esta de-gradacin, el piruvato, es transportado a la mitocondria donde finalmente alimenta el ciclo del cido ctrico y la cadena de transporte de electrones.La gluclisis est formada por 10 etapas secuenciales. En las tres primeras, se invierte energa en forma de ATP, que posteriormente ser recuperada. En la cuarta y quinta etapa, esta energa permite que la glucosa se rompa en dos molculas ms pequeas, a partir de la cuales se puede obtener ener-ga de una forma ms eficiente. En las ltimas cuatro etapas, la energa se libera de una forma controlada en forma de ATP y de NADH. Los elegantes procesos qumicos que catalizan estas reacciones aseguran que la energa sea liberada en pequeas cantidades, que pueden ser capturadas de forma eficiente. Otras reacciones de combustin menos controladas, liberaran la mayor parte de la energa en forma de calor. En la primera etapa, la enzima hexoquinasa utiliza ATP para fosforilar la glucosa. Esta adquisicin de energa, activa a la glucosa para sufrir reac-ciones que liberarn energa en etapas posteriores de la gluclisis. La molcula resultante es la glucosa 6-fosfato. Se libera ADP. Esta pri-mera etapa de la gluclisis es irreversible. En la segunda etapa de la gluclisis, la enzima fosfoglucosa isomerasa cataliza la apertura de la forma anular de la glucosa 6-fosfato, dando lugar a la forma abierta de la cadena. La misma enzima acta en una reaccin reversible en la que el grupo carbonilo de la glucosa 6-fosfato cambia de posicin desde el primer carbo-no de la cadena al segundo. Esta reaccin requiere una molcula de agua, que done un ion hidrge-no al oxgeno carbonilo. A continuacin se recupera un ion hidrgeno del grupo hidroxilo del segundo carbono, generando una nueva molcula de agua. En este proceso, se forma fructosa 6-fosfato. Esta misma enzima, la fosfoglucosa isomerasa, cataliza la formacin de fructosa 6-fosfato en su forma de anillo. En la tercera etapa de la gluclisis, la enzima fosfofructoquinasa utiliza ATP para fosforilar la glucosa 6-fosfato. Se libera ADP y se forma la mol-cula fructosa 1,6-bisfosfato. Esta tercera etapa, en la que se produce el segundo proceso de fosfo-rilacin, es irreversible y constituye el principal punto de regulacin que afecta a toda la gluclisis. Las fosforilaciones de las etapas 1 y 3 suponen una inversin de energa, que ser recuperada en las etapas posteriores de la va. La etapa 4 de la gluclisis comienza con la apertura de la forma de ani-llo de la fructosa 1,6-bisfosfato, dando lugar a su forma abierta.En esta etapa, la enzima aldolasa rompe la fructosa 1,6-bisfosfato en dos molculas. Una de estas molculas es el gliceraldehdo 3-fosfato, de tres carbonos. La enzima tambin permite reacciones adicionales sobre la segunda mol-cula de tres carbonos, que es la dihidroxiacetona fosfato. En la quinta etapa de la gluclisis, la enzima triosa fosfato isomerasa cataliza la isomerizacin de la dihidroxiacetona fosfato a gliceraldehdo 3-fosfato. El mecanismo cataltico de esta enzima es muy similar al de la fosfoglucosa isomerasa de la etapa 2. El resultado de esta accin son dos molculas de gliceraldehdo 3-fosfato.


Todas las etapas posteriores de la gluclisis ocurrirn por duplicado: una por cada molcula de gliceraldehdo 3-fosfato. Son las etapas de la gluclisis que generan energa. En la etapa 6 la enzima gliceraldehdo 3-fosfato deshidrogenasa utiliza NAD+ para oxidar el gliceraldehdo 3-fosfato. La molcula resultante est conectada con la enzima a travs de un enlace tioster de alta energa.Una molcula de fosfato inorgnico desplaza el enlace tioster de alta ener-ga, formando un enlace acetil-anhdrido, tambin de alta energa. La mol-cula resultante es el 1,3-bisfosfoglicerato. En la sptima etapa, la enzima fosfoglicerato quinasa desfosforila el 1,3-bisfosfoglicerato. El enlace fosfato de alta energa, es transferido al ADP, formndose ATP. Se formar el 3-fosfoglicerato, una molcula de 3 carbo-nos. Dado que esta reaccin ocurre por duplicado, una por cada molcula de 3 carbonos, se generan un total de dos molculas de ATP. En este punto, por tanto, se recupera la inversin de dos molculas de ATP realizada en las primeras 3 etapas. En la octava etapa, el 3-fosfoglicerato, que tiene una energa libre de hidrlisis relativamente baja, es transformado por la enzima fosfoglicerato mutasa en 2-fosfoglicerato. En la novena etapa, la enzima enolasa elimina una molcula de agua del 2-fosfoglicerato, generando fosfoenolpiruvato. La prdida del agua re-distribuye la energa dentro de la molcula, generando un grupo fosfato con una energa libre de hidrlisis extremadamente elevada. En la dcima y ltima etapa de la gluclisis, la enzima piruvato quinasa transfiere el grupo fosfato de alta energa al ADP, formando ATP y piruvato. En la segunda mitad de la gluclisis muchas de las reacciones liberan energa, que es capturada en forma de ATP y NADH. Globalmente, la canti-dad de energa neta que se produce durante la gluclisis a partir de una mo-lcula de glucosa, es de dos molculas de ATP y dos molculas de NADH. Los procesos qumicos de la gluclisis se han conservado desde las bac-terias hasta las clulas animales.

Consultor qumico: Patricia S. Caldera-Muoz



2.5 Ciclo del cido ctrico Las clulas degradan las molculas de alimento, como la glucosa, a tra-vs de vas formadas por numerosas etapas. Por ejemplo, en el proceso de la gluclisis, la degradacin de molculas de glucosa libera energa que es capturada por molculas transportadoras de energa, como el ATP y el NADH. Un intermediario de la degradacin, el piruvato, es transportado al interior de la mitocondria, donde es transformado en acetil CoA y alimenta el ciclo del cido ctrico. El acetil CoA tambin se puede generar a partir de la degradacin de los cidos grasos o de los aminocidos. En esta va cclica de reacciones del ciclo del cido ctrico, los tomos de carbono se queman (es decir, se oxidan) y se liberan uno a uno en forma de dixido de carbono, un producto de desecho. De esta forma, la energa es liberada gradualmente y capturada por transportadores de ener-ga, incluyendo el NADH. El NADH transporta la energa hasta la cadena de transporte de electrones, situada en la membrana interna de la mito-condria. Ello alimenta el gradiente de protones que ser utilizado para la produccin de ATP, la principal moneda energtica de la clula. La molcula que entra en el ciclo del cido ctrico es el acetil CoA, un compuesto de 2 carbonos. El acetil CoA se une al oxalacetato, un compues-to de 4 carbonos, formando citrato, una molcula de 6 carbonos. Vamos a dibujar los carbonos del acetil CoA de color rojo. Los dos to-mos del oxalacetato, dibujados en azul, se liberarn durante este ciclo, for-mando dixido de carbono. En la siguiente etapa del ciclo, el citrato se reordena formando isocitra-to. Obsrvese que en ambas molculas el grupo hidroxilo se encuentra en una posicin diferente. En la etapa siguiente, la energa es capturada por una molcula de NADH y se libera una molcula de dixido de carbono. En esta reaccin, el isocitrato se transforma en -cetoglutarato. El grupo hidroxilo unido a un carbono es desprovisto de sus tomos de hidrgeno, formndose un gru-po carbonilo. Uno de estos tomos de hidrgeno es captado por un NAD+ dando lugar a un NADH, y el otro es liberado en forma de protn. A conti-nuacin, se libera el carbono y dos oxgenos en forma de CO2, y se forma la molcula de 5 carbonos -cetoglutarato. La reaccin siguiente tambin produce NADH y libera CO2. El -cetoglutarato de la reaccin anterior es transformado a succinil CoA por la adicin de coenzima A. La enzima que cataliza esta reaccin aade un enlace tioster de alta energa al coenzima A, liberando los tomos de car-bono y dos tomos de oxgeno, y transformando el NAD+ en NADH. La siguiente reaccin libera suficiente cantidad de energa libre como para formar GTP, una molcula transportadora de energa relacionada con el ATP. En esta reaccin el succinil CoA se transforma en succinato. La libe-racin del grupo coenzima A proporciona la cantidad de energa suficiente para combinar un GDP con un fosfato inorgnico, formando GTP. Obsrvese que la molcula de succinato es simtrica. Los dos carbonos finales son qumicamente idnticos entre s, y los dos carbonos centrales tambin son idnticos entre s. Para facilitar la comprensin, continuare-mos trazando nicamente los dos carbonos destacados en la parte superior de la molcula. En la etapa siguiente, se produce una molcula de FADH2. El FADH2, como el NADH, es un transportador de energa que proporciona electrones de alta energa a la cadena de transporte de electrones. En esta reaccin, el succinato es transformado en fumarato. Los tomos de hidrgeno del succi-nato son transferidos al FAD, que se transforma en FADH2. En la reaccin siguiente, el fumarato se combina con una molcula de agua. La molcula resultante es el malato, que ha incorporado la molcula de agua a sus dos carbonos centrales.


La etapa siguiente produce la ltima molcula de NADH. En esta reaccin el malato es transformado en oxalacetato. El carbono que contena el gru-po hidroxilo es transformado en un grupo carbonilo. Esta reaccin libera tomos de hidrgeno y convierte NAD+ en NADH, liberando un protn y produciendo oxalacetato, una molcula de 4 carbonos. Por lo tanto, se recupera oxalacetato, que puede iniciar otro ciclo de reacciones volviendo a la etapa 1. Obsrvese la nueva posicin de los car-bonos rojos, originados a partir del acetil CoA en el ciclo anterior. En ciclos posteriores estos carbonos sern finalmente liberados en forma de CO2. Las marcas verdes indican las posiciones de los nuevos tomos de carbono aa-didos durante este nuevo ciclo.

Consultor qumico: Patricia S. Caldera-Muoz



3.1 Hlice La hlice es una de las estructuras secundarias ms frecuentes de las protenas. Las cadenas laterales de los aminocidos se proyectan hacia el exterior desde el esqueleto polipeptdico que forma el ncleo de la hlice. La conformacin de la cadena est estabilizada por enlaces de hidrgeno entre el esqueleto del grupo amino de un aminocido y el esqueleto del grupo carbonilo de otro aminocido que est situado a cuatro posiciones del anterior. En estas interacciones no participan las cadenas laterales de los aminocidos, por lo que muchas secuencias diferentes pueden adoptar una estructura en hlice . Las hlices son estructuras cilndricas regulares. Las cadenas late-rales de los aminocidos se proyectan hacia el exterior desde el esqueleto peptdico que forma el ncleo de la hlice. Una vuelta completa de la hli-ce ocupa 3,6 residuos y avanza unos 0,5 nm aproximadamente. Las estructuras secundarias generalmente se representan en forma de cintas para clarificar la estructura subyacente de una protena. En esta re-presentacin, la cinta que se presenta en 3D sigue el camino del esqueleto peptdico.

Modelaje molecular y animacin: Timothy Driscoll, Molvisions (www.molvisions.com)

Fuente: Glactone (www.chemistry.gsu.edu/glactone)

3.2 Lmina La lmina es otra estructura secundaria habitual. A diferencia de la hlice , est formada por enlaces de hidrgeno entre tomos situados en regiones adyacentes del esqueleto peptdico, llamados cadenas . En estas interac-ciones no participan las cadenas laterales de los aminocidos, de forma que muchas secuencias diferentes pueden formar una lmina . Una lmina es una estructura rgida y regular, que habitualmente se representa como una serie de flechas aplanadas. Cada flecha apunta hacia el extremo C terminal de la protena. En el ejemplo que se muestra aqu, las dos cadenas centrales corren en paralelo (es decir, en el mismo sentido) mientras que las cadenas perifricas son antiparalelas. Las cadenas laterales de los aminocidos de cada cadena se proyectan alternativamente por encima y por debajo de la lmina, permitiendo as que cada lado de la lmina presente propiedades caractersticas, diferentes de las del otro lado. Habitualmente las lminas no son completamente planas, sino que estn un poco arqueadas.


Fuente identificacin PDB: Glactone

Nmero identificacin PDB*: 1PGB


3.3 Enlaces disulfuro Los enlaces disulfuro estabilizan la estructura de muchas protenas, for-mando puentes intramoleculares. En este ejemplo, cinco enlaces disulfuro cosen el centro de un inhibidor de proteasas. La mayora de las protenas extracelulares contienen enlaces disulfuro. Los enlaces disulfuro se forman por la oxidacin de dos residuos cis-tena. En esta reaccin, del tomo de sulfuro de cada cistena se elimina el tomo de hidrgeno, permitiendo la formacin del enlace sulfuro-sulfuro.


3.4 Giros de prolina Debido a la geometra de su cadena lateral, la prolina no encaja en la es-tructura regular de una hlice . Por ello, a menudo las prolinas se hallan en las asas de los extremos de las hlices , actuando como rompedoras de hlices. La prolina, uno de los veinte aminocidos naturales, es el nico que tiene una cadena lateral cclica, que forma un anillo de cinco elementos en el que se incluye el esqueleto del nitrgeno. Esta geometra limita de forma severa la flexibilidad del esqueleto de este aminocido. Debido a esta restringida flexibilidad conformacional, muchos residuos de prolina generan giros planos en los esqueletos de los polipptidos.


Origen: Klotho: Biochemical Compounds Declarative Database (www.ibc.wustl.edu/klotho/)

Nmero identificacin PDB*: 1BI6

Nmero identificacin PDB*: complejo quimotrip-sina bovina-eglina c (1ACB); L-prolina (Klotho); complejo Gal4 con DnA (1D66)


3.5 Hlice sobreenrollada o superhliceUna hlice sobreenrollada o superhlice est formada por dos hlices que se enroscan una alrededor de la otra formando una estructura estable. Uno de los lados de cada hlice est formado fundamentalmente por aminoci-dos alifticos, como leucinas y valinas, mientras que el otro est formado fundamentalmente por residuos polares. Las hlices que contienen zonas hidrofbicas y zonas polares bien marcadas se denominan anfipticas. En una superhlice, dos hlices anfipticas se encuentran alineadas de forma que sus lugares hidrofbicos se hallan muy juntos en el centro, y sus caras polares estn expuestas hacia el solvente. Otra estructura estable es la superhlice triple, formada por hlices . En este caso, tres hlices anfipticas se enroscan unas con otras sobre un eje central. Las caras hidrofbicas de las tres hlices se hallan en el centro de la superhlice, dando lugar a un ncleo hidrofbico estable. Habitualmente las protenas largas y fibrosas forman superhlices. Una superhlice triple constituye el tema estructural principal del fibringeno, una protena que participa en la coagulacin de la sangre. La naturaleza fi-brosa de esta protena est ntimamente relacionada con su capacidad para formar cogulos.


3.6 Dominio SH2 El dominio SH2 de la tirosina quinasa y del oncogn Src se utiliza aqu para mostrar los diferentes sistemas a travs de los cuales se puede repre-sentar una estructura proteica. El modelo de esqueleto muestra el curso de la cadena polipeptdica. La cadena est coloreada de azul en su extremo C-terminal. El modelo de cinta acenta las hlices y las lminas . Estos elemen-tos de estructura secundaria determinan el plegamiento de la mayora de cadenas polipeptdicas. Las lminas se muestran como flechas que apun-tan desde el extremo N-terminal hacia el extremo C-terminal, y las hlices se muestran como cilindros enrollados. En el modelo de alambre los enlaces covalentes entre todos los tomos de la cadena polipeptdica se muestran como segmentos. En el modelo espacial compacto, cada uno de los tomos de la cadena polipeptdica se muestra como una esfera. El radio de la esfera representa el radio de van der Waals del tomo. Los colores del modelo siguen el mis-mo espectro utilizado en los modelos anteriores, con el extremo N-terminal en rojo y el C-terminal en azul. En este modelo espacial compacto, los diferentes tomos de la cadena polipeptdica se colorean de acuerdo con el elemento de que se trate. Por convenio se utiliza el gris para el carbono, el azul para el nitrgeno, el rojo para el oxgeno y el amarillo para el azufre.


Nmero identificacin PDB*: cremallera de leuci-nas GCn4 (2ZTA); dominio trimrico de hlice so-breenrollada de protena de matrz de cartlago de pollo (1AQ5); fibringeno nativo de pollo (1EI3)

Nmero identificacin PDB*: 1SHA


3.7 Lisozima I La lisozima es una pequea enzima que se une a la cadena de polisacridos y la rompe por hidrlisis. Tiene dos dominios estructurales. Uno de ellos est compuesto fundamentalmente por hlices mientras que el otro est compuesto por lminas . La interfase entre ambos dominios forma una ranura a la que se une el sustrato. La estructura mostrada aqu contiene uno de los productos de la reaccin de hidrlisis.La lisozima acta como un catalizador aadiendo una molcula de agua al enlace situado entre dos azcares, rompindolo. Esta reaccin est catali-zada por dos aminocidos situados estratgicamente en la forma activa de la enzima: el glutamato 35 y el aspartato 52. El grupo destacado aqu del producto de la reaccin puede haber formado el enlace que se rompe en la reaccin.


3.8 Lisozima II La enzima lisozima corta cadenas de polisacridos. En primer lugar, la en-zima se asocia con el sustrato, formando un complejo enzima-sustrato. La enzima cataliza la reaccin de hidrlisis que corta el sustrato en dos pro-ductos, que son liberados rpidamente, permitiendo que la enzima catalice otra reaccin. En la ranura de la enzima se introducen seis residuos de azcar de un polisacrido. La reaccin de hidrlisis se produce entre los residuos. Fijmonos en los detalles de la reaccin en solucin: los residuos de azcar adoptan su conformacin tridimensional ms estable. Sin embar-go, despus de que la cadena de polisacrido forme el complejo enzima-sustrato, la enzima fuerza al azcar que vemos a la izquierda, a adoptar la conformacin que ms se parece al estado de transicin de la reaccin, facilitando as que la hidrlisis se acelere. Dos aminocidos de la enzima facilitan la reaccin. Un cido glutmico da un protn al azcar de la derecha y un cido asprtico ataca el tomo de carbono C1 del azcar de la izquierda. Este ataque sobre el carbono C1 genera un enlace covalente transitorio entre el azcar y el aminocido, hi-drolizando el enlace azcar-azcar. A continuacin, el cido glutmico desprotonado polariza una molcu-la de agua, atrayendo uno de los dos protones. Ello permite que el oxgeno del agua ataque el carbono C1, rompiendo el enlace azcar-aspartato.De esta forma, los dos aminocidos recuperan sus estados originales, for-mando el complejo enzima-producto. Finalmente, la enzima y los produc-tos se disocian.


Nmero identificacin PDB*: 1LSZ


3.9 Protenas oligomricas Muchas protenas estn compuestas por varias cadenas polipeptdicas, o subunidades. Por ejemplo, el represor Cro es un homodmero formado por dos subunidades idnticas. Las subunidades se unen entre s cabeza-con-cabeza como una cremallera entre dos pequeas lminas , una procedente de cada subunidad, que forma una lmina mayor. La enzima neuraminidasa est formada por cuatro subunidades idnti-cas distribuidas en los vrtices de un cuadrado. Cada par de subunidades se une entre s cabeza-con-cola mediante repeticin del tipo de interaccin. Esto queda claro cuando las cadenas polipeptdicas se colorean siguiendo un patrn de arco iris, de forma que las mismas regiones de cada subuni-dad tengan los mismos colores. Todas las subunidades se unen a las otras a travs de las regiones naranja y azul claro. La hemoglobina es una protena tetramrica que transporta oxgeno. Est formada por dos subunidades y dos subunidades , estrechamente relacionadas a las alfa. El oxgeno se une a los grupos hemo de la prote-na, que aqu se muestran de color rojo. Cada subunidad puede detectar si las subunidades vecinas se han unido al oxgeno o no. As, las subunidades proteicas se comunican entre s a travs de las interfases que las mantienen unidas. La protena supresora de tumores p53 es un tetrmero de cuatro subuni-dades idnticas. Cada subunidad contiene un dominio sencillo de tetrame-rizacin compuesto por una cadena conectada con una hlice . La forma tetramrica de p53 se ensambla como un dmero de dmeros. Dos copias de p53 interaccionan a travs de las cadenas formando una lmina de dos cadenas. Dos de estos dmeros interaccionan a travs de sus hlices formando el ensamblaje tetramrico final.

Modelaje molecular y animacin: Timothy Driscoll, Molvisions (www.molvisions.com)p53 (1C26)

3.10 Aspartato transcarbamilasa La aspartato transcarbamilasa, abreviado ATCasa, constituye un ejemplo bien estudiado de regulacin alostrica. La ATCasa cataliza una de las pri-meras reacciones de la biosntesis de las pirimidinas. Esta enzima, extraor-dinariamente compleja, est compuesta por 12 subunidades. Seis de ellas son reguladoras, y forman un cinturn alrededor del centro del complejo. Las otras seis subunidades estn dispuestas en forma de dos trmeros cata-lticos, cada uno de ellos situado en uno de los extremos de la enzima. La ATCasa alterna entre dos estados conformacionales: un estado inac-tivo o tenso, T, y el otro catalticamente activo o relajado, R. Cuando el inhibidor citosina trifosfato est unido a las subunidades reguladoras, la ATCasa se encuentra inactiva. La unin de los dos sustratos, el carbamilfos-fato y el aspartato, a las subunidades catalticas hace que la enzima pase a su estado activo, R. El cambio de conformacin de la ATCasa desde el estado T al estado R supone una variacin importante de las interacciones entre las subunida-des catalticas. En el estado T el glutamato 239 de una subunidad de uno de los trmeros catalticos, interacciona con la lisina 164 y con la tirosina 165 de una subunidad adyacente del trmero cataltico opuesto. Con la transi-cin al estado R, estas interacciones entre subunidades se pierden; ahora, el glutamato interacciona con la lisina y con la tirosina de su propia subu-nidad. Estos cambios a nivel atmico provocan un gran desplazamiento relativo de las subunidades.

Nmero identificacin PDB*: protena represora Cro de bacterifago lambda (5CrO); neuraminida-sa del virus de la gripe (1nn2); desoxi hemoglobina humana (1A3n); dominio de tetramerizacin de

Nmero identificacin PDB*: complejo aspartato transcarbamilasa con CTP (5AT1); compilacin del complejo aspartato transcarbamilasa con CTP y del complejo aspartato transcarbamilasa con PAM, MAL, y CTP (5AT1 y 8AT1)


En cada una de las subunidades catalticas de la ATCasa la regin de la interaccin entre las subunidades, el tro glutamato/lisina/tirosina, est muy cerca del centro activo de la enzima. A su vez, estos cambios de con-formacin que afectan a la interfase entre las subunidades, tambin afectan a los residuos del centro activo. En el estado activo R, las cadenas laterales del centro activo se acercan al sustrato, favoreciendo as su unin y su ca-tlisis. Por el contrario, en el estado inactivo T, estas cadenas laterales del centro activo estn alejadas.


3.11 EF-Tu El factor de elongacin Tu tiene tres dominios, que en su estado unido a GTP estn dispuestos de forma compacta. Aqu mostramos la superficie de la protena con cada uno de sus dominios de un color diferente. La zona de unin al tRNA est formada por zonas de los tres dominios. Un elemento dinmico importante de la estructura del factor de elonga-cin Tu es el interruptor de hlice. Cuando se hidroliza el GTP y el fosfato gamma se libera, el interruptor de hlice se reordena. Ello, a su vez, conlleva una redistribucin estructural importante de los tres dominios proteicos, lo cual cambia el lugar de unin al tRNA.As, la hidrlisis del GTP hace que el tRNA se libere del factor de elonga-cin Tu.

Animacin: Graham Johnson, Fivth Element (www.fivth.com)

3.12 La caja de caudales A menudo las protenas colaboran entre s a travs de subunidades de gran-des complejos proteicos, en los que sus actividades individuales pueden estar coordinadas. Determinados cambios energticos favorables, como la hidrlisis de ATP, producidos en los sustratos unidos a una o ms subunidades, pueden provocar movimientos ordenados en estas subunidades, que se transmiten a travs del complejo proteico, realizando una tarea determinada.

Ilustraciones originales y guin grfico: nigel Orme y Christopher Torpe

Ilustraciones originales y guin grfico: nigel Orme y Christopher Torpe


4.1 Estructura del DnA Dos cadenas de DNA se entrecruzan formando una doble hlice. Cada ca-dena tiene un esqueleto compuesto por fosfatos y azcares a los que estn unidas las bases. Las bases forman el interior de la doble hlice, mientras que el esqueleto de azcar-fosfato se encuentra en la periferia. Los dos sur-cos entre los esqueletos se denominan surco mayor y surco menor, en fun-cin de su tamao. La mayora de los contactos protena-DNA tienen lugar en el surco mayor, ya que el surco menor es demasiado estrecho. El esqueleto de DNA est formado por unidades repetidas del azcar desoxirribosa, unidas entre s mediante grupos fosfato. Cada fosfato tiene una carga negativa, de manera que el esqueleto de DNA resulta una mol-cula altamente cargada y polar. En cada azcar se une una base cclica. Estas bases son planas y se ex-tienden hacia fuera perpendicularmente al esqueleto de la cadena. Las ba-ses pirimidnicas estn formadas por un anillo y las bases pricas por dos. Las bases adyacentes se alinean de manera que sus anillos se apilan unos sobre otros. Este apilamiento de bases contribuye de forma significativa a la estabilidad de la doble hlice. En una doble hlice, cada base de una cadena est apareada con una base de la otra cadena situada en el mismo plano. En estas interacciones de apareamiento de bases, la guanina siempre se aparea con la citosina y la timina con la adenina. El par GC se estabiliza mediante tres enlaces de hidrgeno, que se for-man entre los grupos amino y carbonilo proyectados desde las bases. Por el contrario, los pares AT se estabilizan mediante dos enlaces de hidr-geno. La especificidad del apareamiento de bases asegura que las dos cadenas sean complementarias.


4.2 Enrollamiento cromosmico En esta animacin veremos de qu manera se empaqueta nuestro DNA de forma que llega a caber dentro del ncleo celular. El proceso empieza con el ensamblaje del nucleosoma, que se forma cuando ocho subunidades de protena histona se unen a la molcula de DNA. La combinacin de bucles de DNA compactados y de protena se llama nucleosoma. Seis nucleoso-mas se enrollan juntos y estos se amontonan unos sobre otros. El resultado final es una fibra de nucleosomas apilados conocida como cromatina.

Animacin producida para DnA Interactive (www.dnai.org) 2003 Howard Hughes Medical Institute (www.hhmi.org) Todos los derechos reservados.

Nmero identificacin PDB*: 132D


4.3 Anemia falciforme La anemia falciforme es una enfermedad gentica que afecta a la hemoglo-bina, la molcula encargada de transportar el oxgeno por la sangre. Esta enfermedad recibe su nombre de la forma que adquieren los glbulos rojos en condiciones de baja concentracin de oxgeno. Algunos glbulos rojos adquieren forma de hoz, y con esta forma quedan encallados en los vasos pequeos de manera que algunas partes del cuerpo se quedan sin oxgeno suficiente. La anemia falciforme est causada por el cambio de una sola letra en el DNA. sta, a su vez, altera uno de los aminocidos de la prote-na: una valina ocupa el sitio de un cido glutmico. La valina hace que las molculas de hemoglobina se peguen las unas a las otras cuando la tensin de oxgeno es baja, formando largas fibras que distorsionan la forma de los hemates, lo cual da lugar a un episodio de infarto.

Animacin producida para DnA Interactive (www.dnai.org) 2003 Howard Hughes Medical Institute (www.hhmi.org) Todos los derechos reservados.

4.4 Estructura nuclear: vista 1 Encuentre: ncleo retculo endoplasmtico rugoso mitocondria nucleolo

4.5 Estructura nuclear: vista 2 Encuentre: membrana nuclear externa membrana nuclear interna complejo del poro nuclear

Doug BrayThe University of Lethbridge, Canad

Brian Oates y Cyprien LomasThe University of British Columbia

Doug BrayThe University of Lethbridge, Canad

Brian Oates y Cyprien LomasThe University of British Columbia


5.1 DnA polimerasa La DNA polimerasa hace una copia fiel del DNA, utilizando la secuencia de nucletidos de la cadena patrn (en amarillo) para seleccionar cada nuevo nucletido que debe ser aadido al extremo 3 de la cadena en crecimiento (en gris). En esta animacin, los distintos dominios de la DNA polimerasa se han representado en distintos colores. Antes de que un nucletido pueda ser incorporado al extremo 3 de una cadena creciente de DNA, el dominio azul (con forma de dedo) de la poli-merasa se desplaza hacia el interior, situando correctamente el nuclesido trifosfato. Al aadir cada nucletido se libera un grupo pirofosfato. En este plano se muestran los detalles de la seleccin de nucletidos en el sitio activo, con el nuclesido trifosfato entrante y el nucletido patrn en azul claro. La cadena en crecimiento est representada en verde y la ca-dena patrn en rojo. Cuando el dominio en forma de dedo se desplaza hacia adentro, se comprueba si el nuclesido trifosfato puede formar un par de bases correcto con el nucletido de la cadena patrn. Cuando se forma un par de bases, los residuos del sitio activo catalizan la adicin covalente del nuevo nucletido en el grupo hidroxilo del extre-mo 3 de la cadena creciente y se repite el proceso entero a una velocidad de 500 nucletidos por segundo. En raras ocasiones, aproximadamente una de cada 10.000 adiciones de nucletidos, la polimerasa comete un error e incorpora un nucletido mal apareado en el extremo de la cadena en crecimiento. Cuando esto ocurre, la polimerasa cambia su conformacin y transfiere el extremo de la cadena creciente a un segundo sitio activo de la polimerasa, donde se elimina el nucletido aadido de forma equivocada. Cuando se ha reparado el error, la polimerasa vuelve a su conformacin original permitiendo que la poli-merizacin contine. Como resultado de todo ello, este tipo de DNA polimerasa autocorrec-tora nicamente comete un error por cada 107 o 108 pares de nucletidos.

5.2 DnA helicasa Las helicasas separan los dplex de cidos nucleicos en cadenas sencillas, utilizando la energa que obtienen de la hidrlisis del ATP. La estructura cristalina de la DNA helicasa del bacterifago T7 reve-la una conformacin hexagonal de seis subunidades idnticas. De manera sorprendente, el anillo que se forma no presenta una simetra hexagonal sino que est ligeramente deformado. El modelo del mecanismo de accin de esta enzima puede explicar esta asimetra estructural. De los seis sitios potenciales de unin a ATP, dos de ellos, opuestos, unen fuertemente ATP, otros dos presentan ms afinidad por ADP y fosfato y los otros dos restantes quedan vacos. Estos tres estados tienen que interconvertirse y coordinarse entre s a medida que se hidroliza el ATP, dando lugar a una reaccin en cadena de manera continua en el anillo. Debido a estos cambios conformacionales, los lazos de la cadena que se proyectan en el centro del anillo, y que se proponen para unirse al DNA, oscilan arriba y abajo tal y como se ve en esta seccin transversal. Cuando esto sucede, los lazos de la cadena deben empujar una de las cadenas del DNA a travs del hueco central de manera que la doble hlice se separe durante el proceso. Una vista frontal nos muestra la dinmica completa de esta fascinante maquinaria proteica.

Partes I y III: Thomas A. Steitz, Howard Hughes, Medical Institute, Yale University

Parte II: Lorena S. Beese, Duke University Medical Center

Dale B. Wigley y Martin R. Singleton Imperial Cancer research Fund

Tom Ellenberger Harvard Medical School

Michael R. Sawaya University of California, Los Angeles


5.3 Abrazadera deslizante La abrazadera deslizante permite que las DNA polimerasas se mantengan unidas al DNA patrn. De este modo, la DNA polimerasa puede sintetizar fragmentos largos de DNA de forma eficiente y sin separarse del DNA pa-trn. La abrazadera consta de una multi-subunidad que forma un anillo al-rededor de la hlice de DNA; as, su estructura se relaciona con su funcin de un modo muy intuitivo.


5.4 replicacin I Utilizando la animacin por ordenador basada en la investigacin molecular, podemos representar cmo se replica el DNA en las clulas vivas. Usted est mirando una lnea de ensamblaje de asombrosas mquinas bioqumicas en miniatura que separan la doble hlice de DNA y producen una copia de cada una de las cadenas. El DNA que se va a copiar entra en la lnea de produccin por la parte inferior izquierda de la imagen. La mquina molecular giratoria, representada en azul, se llama helicasa. Gira el DNA tan rpido como un reactor, separando la doble hlice en dos cadenas. Una de las cadenas se copia de forma continua y se puede ver como va saliendo por la derecha. Las cosas no son tan sencillas para la otra cadena ya que sta tiene que ir copindose mediante un proceso de puntada hacia atrs. Esta cadena va separndose en forma de lazos repetidamente y se copia una seccin cada vez. El resultado final del proceso son dos nuevas molculas de DNA.

Animacin producida por DnA Interactive (www.dnai.org) 2003 Howard Hughes Medical Institute, (www.hhmi.org) Todos los derechos reservados.

5.5 replicacin II En una horquilla de replicacin, dos polimerasas colaboran copiando las cadenas patrn de DNA: la conductora y la retrasada. En esta imagen, la DNA polimerasa que produce la cadena retrasada justo acaba de terminar un fragmento de Okazaki. La abrazadera que mantiene la DNA polimerasa inferior unida a la ca-dena retrasada se disocia y la DNA polimerasa libera temporalmente la cadena de DNA patrn retrasada. A medida que la DNA helicasa contina desenrollando el DNA paren-tal, la primasa se activa y se sintetiza un fragmento corto de cebador de RNA en la cadena retrasada en crecimiento. La DNA polimerasa se une de nuevo al DNA y queda fijada por la abra-zadera. La polimerasa utiliza el cebador de RNA para empezar una copia corta de la cadena retrasada de DNA patrn. La polimerasa se detiene cuando alcanza el siguiente fragmento de Oka-zaki, y se repite de nuevo el ciclo completo.

Msica: Christopher Thorpe

Nmero identificacin PBD*: 1QE4

Ilustraciones originales y guin grfico: nigel Orme y Christopher Thorpe


5.6 replicacin de los telmeros Los extremos lineales de los cromosomas representan un problema parti-cular durante la replicacin del DNA. Debido a que las DNA polimerasas slo pueden iniciar la elongacin a partir de un grupo hidroxilo libre del extremo 3, la maquinaria de replicacin construye la cadena retrasada a partir de un mecanismo de punto hacia atrs. Los cebadores de RNA pro-porcionan grupos hidroxilo 3 a intervalos regulares a lo largo de la cadena patrn retrasada. La cadena conductora se elonga de forma continua en la direccin 5 a 3 hasta el final de la cadena patrn, pero la cadena retrasada se detiene poco antes de llegar al final. Incluso si se dispusiese de un cebador de RNA en el mismo extremo del cromosoma, no se podra completar la copia de la cadena retrasada. El cebador final proporcionara un grupo 3-OH para sintetizar el DNA, pero despus sera necesario retirar dicho cebador. Los grupos hidroxilo 3 de los fragmentos de DNA adyacentes proporcionan los puntos de partida para reemplazar el RNA con DNA, sin embargo, en el extremo del cromoso-ma no se dispone de ningn grupo 3-OH para empezar la sntesis de DNA. Debido a esta incapacidad para replicar los extremos, los cromosomas se acortaran de forma progresiva durante cada ciclo de replicacin. La problemtica de la replicacin de los extremos se soluciona mediante la enzima telomerasa. Los extremos de los cromosomas contienen una serie de repeticiones ricas en G llamadas telmeros. La telomerasa reconoce la punta de estas secuencias de repeticin y utilizando un molde de RNA propio de la enzima, alarga la cadena parental en el sentido 5 a 3 y aade repeticiones adicionales a medida que se desplaza por la cadena parental.As, la DNA polimerasa alfa (la cual contiene una DNA primasa como subu-nidad) completa la cadena retrasada. De esta manera, la informacin origi-nal de los extremos de los cromosomas lineares se copia completamente en el nuevo DNA.


5.7 Unin de Holliday La unin de Holliday, una estructura intermedia muy importante en la re-combinacin homloga del DNA, se forma cuando dos molculas de DNA de doble cadena homlogas intercambian fragmentos de la cadena de DNA entre ellas. Cuando dos molculas de DNA de doble cadena homlogas intercam-bian fragmentos de la cadena de DNA entre s, se forma la unin de Holli-day, una estructura intermedia muy importante en la recombinacin hom-loga del DNA. Las uniones se pueden visualizar directamente en el microscopio elec-trnico. En la clula, esta unin se forma y se estabiliza mediante un grupo especfico de protenas helicasa, que se pueden observar en un segundo plano; las cuales utilizan la hidrlisis de ATP para desplazar la unin a lo largo del DNA, tal y como se muestra en esta animacin.

Microscopa electrnica: David Dressler, University of OxfordHuntington Potter, University of South Florida

Animacin molecular: David A. Waller, Astbury Centre for Structural Molecular Biology, University of LeedsDavid Rice, Peter Artymiuk, John Rafferty y David Hargreaves, Krebs Institute, University of Sheffield


6.1 Estructura del rnA Como en el caso del DNA, las cadenas de RNA se pueden aparear formando una doble hlice. Las bases de nucletidos apareadas se empaquetan en el centro de una hlice de RNA, rodeadas por el esqueleto. La hlice de RNA tiene una geometra diferente a la de la hlice estndar de DNA. Por ejem-plo, la hlice de RNA tiene un agujero en el centro y tambin tiene un surco mayor notablemente ms estrecho y ms profundo. El esqueleto est formado por repeticiones de azcares ribosa y grupos fosfato. A diferencia de la 2 desoxirribosa utilizada en el DNA, la ribosa tiene un grupo hidroxilo unido al carbono 2. Este grupo hidroxilo extra influye en la estructura secundaria. Resulta demasiado voluminoso para permitir que el RNA se pliegue como lo hace el DNA, lo que constituye la razn principal por la que la hlice de RNA tiene una estructura diferente. El apareamiento de bases entre hebras es similar al del DNA, con la excepcin de que las adeninas se emparejan con uracilos en vez de hacerlo con timinas. En el DNA nunca aparecen uracilos. Como ocurre en el DNA, en la doble hlice de RNA la pareja de bases G-C se une mediante tres enlaces de hidrgeno. La pareja A-U, como la pareja AT, tambin forma 2 enlaces de hidrgeno. A menudo, las hebras de RNA se pliegan formando estructuras comple-jas. En esta estructura en forma de lazo, tambin llamada horquilla de RNA, una molcula de RNA de cadena sencilla se pliega sobre s misma. La base del tallo es una hlice clsica de RNA. Por el contrario, las bases del lazo de cadena sencilla se encuentran, o bien expuestas, o bien implicadas en interacciones no convencionales.


6.2 Transcripcin La transcripcin es el proceso mediante el cual el DNA se copia a RNA du-rante la primera etapa de la expresin gnica. Empieza con el ensamblaje de un conjunto de factores en el inicio del gen, una secuencia lineal de instrucciones de DNA, que se muestra a la izquierda de la imagen. Entre los factores que se ensamblan est la RNA polimerasa (la molcula azul). De repente, la RNA polimerasa es liberada, desplazndose rpidamente a lo largo del DNA leyendo el gen. A medida que la RNA polimerasa desen-rolla la doble hlice, va copiando una de las dos hebras. La cadena amarilla que serpentea en la parte superior de la imagen es el RNA, una copia del mensaje gentico. Los bloques de nucletidos entrantes que se utilizan para hacer el RNA entran a travs de un tnel en la polimerasa. En el centro activo de la enzima, stos se aparean con el DNA, nucletido a nucletido, copiando las A, C, T, y G del gen. La nica diferencia consiste en que en la copia de RNA, las timinas son reemplazadas por unas bases estrechamente relacionadas: los uracilos, que comnmente se abrevian con una U. Usted est observando el proceso, llamado transcripcin, a tiempo real.

Animacin producida por DnA Interactive (www.dnai.org) 2003 Howard Hughes Medical Institute (www.hhmi.org) Todos los derechos reservados.

Nmero identificacin PBD*: Dplex de rnA con una cadena rica en purinas (1rrr); tetrabucle de rnA (1AFX)


6.3 rnA polimerasa II La RNA polimerasa II eucariota transcribe todas las molculas de RNA mensajero de la clula. Se trata de un gran complejo de diez subunidades proteicas diferentes. El centro activo de la enzima se encuentra en la inter-fase entre las dos subunidades ms grandes. En esta estructura se encuentra co-cristalizada una corta extensin de heterodplex DNA-RNA. Los nuevos nucletidos se irn aadiendo de forma continua al grupo hidroxilo 3 del RNA, que se muestra en rojo. En el centro activo de la RNA polimerasa II, una hebra sencilla de DNA molde se transcribe en un transcrito de RNA complementario. El producto inicial es un hbrido DNA:RNA del que se obtendr el RNA recin sinteti-zado mediante la separacin del heterodplex. El RNA abandona la poli-merasa a travs de un canal de salida de la superficie de la protena. Un tnel situado en la parte posterior de la RNA polimerasa II va desde la superficie de la protena hasta el centro activo. Los nucletidos trifosfato utilizados para construir el transcrito de RNA en crecimiento entran en la polimerasa a travs de este tnel.


6.4 Maduracin del rnA Normalmente los genes eucariotas contienen intrones, que han de ser eli-minados despus de la transcripcin. Antes de que el transcrito de RNA abandone el ncleo, la clula elimina las secuencias intrnicas de RNA. Unas cuantas pequeas secuencias de nucletidos proporcionan a la clula las pistas de lo que se tiene que eli-minar. La elaborada maquinaria molecular que lleva a cabo esta accin se llama espliceosoma. Una protena de unin al punto de ramificacin (BBP) y una protena auxiliar (U2AF) reconocen el lugar de ramificacin dentro del intrn, y un RNA y un complejo proteico llamado snRNP, reconocen el sitio de madu-racin en 5 mediante apareamiento de bases con este lugar. Acto seguido, se empareja otro snRNP con el punto de ramificacin, exponiendo las pro-tenas unidas. En ese momento entran en juego otros snRNP adicionales y se producen varios reordenamientos del RNA, rompiendo el par de bases U4/U6 y permitiendo que el snRNP U6 desplace a U1 hacia el sitio 5 de maduracin. Una vez colocado en la posicin correcta, un nucletido de adenina conservado en el intrn ataca el sitio de maduracin en 5 cortando el es-queleto de azcar-fosfato del RNA. El extremo del intrn se une covalen-temente al nucletido de adenina formando una estructura en forma de lazo. El espliceosoma se reorganiza uniendo los exones, permitiendo que el grupo hidroxilo 3 del primer exn reaccione con el extremo 5 del otro. Despus de que los dos exones se hayan unido y formen una secuencia continua, el lazo se libera y se degrada.


Nmero identificacin PDB*: 1I6H


6.5 trnA Todos los tRNA tienen una forma en L caracterstica, con un aminocido unido al extremo 3 en el extremo del brazo corto. La regin del anticodn est situada en el extremo opuesto de la molcula y contiene el triplete de bases del anticodn. Las interacciones entre las zonas conservadas D y T son importantes en el mantenimiento de la estructura de los tRNA. El aminocido, en este caso una fenilalanina, se une covalentemente a una secuencia conservada, CCA, que es comn en el extremo 3 de todos los tRNA. El anticodn est formado por tres nucletidos complementarios al co-dn del mRNA. Las bases estn expuestas de manera que quedan accesibles para el apareamiento de bases durante la sntesis proteica. En este ejemplo, la secuencia del anticodn es GAA, que correspondera con el codn UUC del RNA mensajero, especificando una fenilalanina. La carga de los tRNA con el aminocido correcto se lleva a cabo por la aminoacil-tRNA sintetasa. Como se aprecia en esta seccin, el complejo fenilalanina-tRNA presenta una gran superficie de contacto con su sinte-tasa, que incluye los sitios de reconocimiento para el triplete de bases del anticodn. El extremo del tRNA CCA est enterrado profundamente en la enzima.


6.6 Traduccin I Cuando el mRNA se ha completado, sale serpenteando fuera del ncleo hacia el citosol. Entonces, en una muestra deslumbrante de coreografa, todos los componentes de la maquinaria molecular se asocian sobre el RNA formando una factora en miniatura llamada ribosoma. El ribosoma traduce la informacin gentica codificada en el RNA a una cadena de aminocidos que, a su vez, se convertir en una protena. Las molculas de tRNA, los tringulos verdes, llevan cada aminocido hasta el ribosoma. Los aminoci-dos son las pequeas puntas rojas de los tRNA. Existen diferentes molcu-las de tRNA para cada uno de los veinte aminocidos, y cada uno de ellos tiene un cdigo de tres letras (o nucletidos) que encaja con el mRNA de la mquina. Ahora llegamos al ncleo del proceso. El mRNA se hace pasar a travs del ribosoma como una cinta de una mquina de escribir. Se lee el cdigo para cada aminocido, de tres en tres letras, y se emparejan con las tres letras correspondientes del tRNA. Cuando se acierta el tRNA correcto, el aminocido que transporta este tRNA se aade a la cadena proteica en crecimiento. Usted est viendo el proceso en tiempo real. Despus de unos segundos, la protena ensamblada empieza a emerger del ribosoma. Los ribosomas pueden sintetizar cualquier tipo de protena, slo depende del mensaje que contenga, codificado, el mRNA. En este caso, el producto final es la hemoglobina. Las clulas de nuestra mdula espinal producen cien-tos de billones de molculas de hemoglobina por segundo! Como resultado de ello, nuestros msculos, nuestro cerebro y todos nuestros rganos vita-les de nuestro cuerpo reciben el oxigeno que necesitan.

Animacin producida por DnA Interactive (www.dnai.org) 2003 Howard Hughes Medical Institute (www.hhmi.org) Todos los derechos reservados.

Nmero identificacin PDB*: trnA-Phe, factor de elongacin EF-TU: complejo ternario Gdpnp (1TTT); aspartil trnA sintetasa de levadura (1ASY)


6.7 Traduccin II Para alargar una cadena polipeptdica en crecimiento, el ribosoma ha de seleccionar los aminocidos correctos que estn especificados por el RNA mensajero. Un aminoacil-tRNA unido al factor de elongacin Tu, para abreviar lo llamaremos: EF-Tu, entra en el sitio A vaco del ribosoma. Si el anticodn del tRNA cargado no encaja con el codn del RNA mensajero, el tRNA es descartado. El proceso de ensayo y error se repite hasta que se identifica el tRNA correcto. El factor de elongacin Tu hidroliza el GTP que lleva unido y se disocia. Si el tRNA est correctamente emparejado y permanece unido durante el tiempo suficiente, es un buen candidato para ser utilizado en la sntesis proteica. El ribosoma, despus de catalizar la formacin de un nuevo enlace pep-tdico, sufre un cambio conformacional extraordinario. El factor de elon-gacin G se une al ribosoma provocando la hidrlisis de GTP, lo cual hace que el ribosoma cambie nuevamente a la posicin en la que puede aceptar el siguiente tRNA entrante.

Animacin: Sumanas, Inc. (www.sumanasinc.com)

6.8 Estructura del ribosoma La estructura cristalina del ribosoma ofrece nuevas oportunidades para comprender mejor el mecanismo molecular de la traduccin. Si miramos de cerca la subunidad mayor del ribosoma vemos que exis-ten unas bases de RNA, muy conservadas evolutivamente, que revisten el centro activo de la zona de la peptidil transferasa, la cual cataliza la for-macin del enlace polipeptdico. No hay ninguna protena ribosmica; la formacin del enlace peptdico est catalizada en un ambiente formado exclusivamente por RNA ribosmico. El extremo 3 de un tRNA cargado con un aminocido se une al cen-tro activo. Este aminocido representa el aminocido carboxilo-terminal de una cadena polipetdica en crecimiento en un ribosoma activo traduc-cionalmente, con el peptidil-tRNA unido al sitio P del ribosoma. Las bases conservadas comunes del extremo 3 de todos los tRNA se aparean con el RNA ribosmico, colocando el aminocido de forma precisa. El aminocido entrante unido a su tRNA respectivo, se une fuertemen-te, colocado nuevamente de forma precisa mediante interacciones entre pares de bases entre una base conservada del tRNA y una del RNA ribos-mico. Una red de enlaces de hidrgeno sitan los grupos reactivos con la geometra adecuada para catalizar la formacin del enlace peptdico. El tRNA deacilado que queda vaco, es liberado del sitio P. Durante el paso de translocacin de la sntesis proteica, el otro tRNA que ahora contiene la cadena polipeptdica en crecimiento, se desplaza desde el sitio A hasta el sitio P, donde estar esperando al siguiente ami-nocido entrante, repitindose un nuevo ciclo de polimerizacin, Los diferentes estados del ciclo de reaccin que se muestran en esta animacin estn basados en las estructuras cristalinas reales, en las que las subunidades mayores de los ribosomas se cristalizaron con varios anlogos de aminoacil-tRNA unidos a ellas, para mimetizar los pasos especficos del ciclo de reaccin.

T. Martin Schmeing Thomas A. Steitz Howard Hughes Medical Institute, Yale University


6.9 Polirribosoma En cuanto la molcula de RNA mensajero ha sido transportada desde el ncleo hasta el citoplasma, los ribosomas empiezan a traducir su secuencia a secuencia de aminocidos. Normalmente, un mismo mRNA es traducido por varios ribosomas simultneamente. Cada ribosoma empieza en el ex-tremo 5 del mRNA y avanza a un ritmo constante hacia el extremo 3. A medida que los ribosomas van avanzando a lo largo de la secuencia, se van aadiendo, al mismo ritmo, nuevos ribosomas al extremo 5. Esta inicia-cin mltiple le permite a la clula sintetizar muchas ms protenas a partir de un solo mensajero de lo que sera posible si cada ribosoma tuviese que acabar de traducir antes de que el nuevo ribosoma pudiese iniciar un nuevo ciclo. Cuando un ribosoma alcanza un codn de parada, se disocia tanto de la nueva protena como del mRNA. Esta electromicrografa muestra un polirribosoma unido a la membrana de una clula eucariota.


6.10 Trinquete ribosmico La comparacin de los dos estados del ribosoma bacteriano, ya sea con el tRNA de iniciacin fMET o con el factor de elongacin EF-G unido, revelan los importantes cambios conformacionales a los que se cree que est some-tido el ribosoma durante cada ciclo de elongacin. Las reorganizaciones a modo de trinquete en la interfase entre las dos subunidades del ribosoma pueden ayudar a desplazar el mRNA y los tRNA a travs del ribosoma du-rante la sntesis proteica. Los modelos mostrados aqu son una reconstruccin por ordenador rea-lizada a partir de miles de imgenes de ribosomas aislados en hielo vtreo observadas al microscopio electrnico.

Animacin: Amy Heagle Whiting, Howard Hughes Medical Institute, Health research Incorporated at the Wadsworth Center, State University of new York at Albany

Composicin final: Graham Johnson, Fivth Element (www.fivth.com). Subvencionado, en parte por nIGMS y nCrr, national Institutes of Health

Microscopa electrnica: John HeuserWashington University in St. Louis

Joachim Frank y Rajendra K. AgrawalHoward Hughes Medical Institute Health research Incorporated at the Wadsworth Center, State University of new York at Albany


7.1 Homeodominio Los homeodominios se encuentran en muchas protenas reguladoras de la transcripcin y median su unin al DNA. Un homeodominio sencillo est formado por tres hlices alfa superpuestas, unidas mediante enlaces de hi-drgeno. Las hlices 2 y 3 constituyen el elemento de unin al DNA, un motivo hlice-giro-hlice.Los aminocidos de la hlice de reconocimiento establecen importan-tes contactos especficos de secuencia con las bases del surco mayor del DNA.Las tres cadenas laterales de la hlice de reconocimiento forman enlaces de hidrgeno con las bases del DNA. Un enlace de hidrgeno es una interac-cin fuerte no covalente que se forma cuando dos tomos electronegativos vecinos, como el oxgeno y el nitrgeno, comparten un solo electrn.Adems de los contactos entre la hlice de reconocimiento y las bases en el surco mayor del DNA, un residuo de arginina de un bucle flexible de la protena, establece contacto con bases del surco menor.


7.2 Dominio en forma de dedos de zincLos dominios en dedos de zinc son motivos estructurales utilizados por una gran cantidad de protenas que se unen al DNA. Como elementos es-tructurales principales utilizan tomos de zinc coordinados en el centro del dominio. El tomo de zinc est coordinado por dos residuos de cistena de la lmina beta y dos residuos de histidina de la hlice alfa. Un dominio en dedo de zinc tiene un tamao que slo le permite unir algunas bases de DNA; por tanto, a menudo los dedos de zinc se presentan repetidos en tndem, formando parte de una regin de unin al DNA ma-yor. La regin helicoidal de cada dedo de zinc descansa en el surco mayor de la hlice de DNA. Las cadenas laterales bsicas se proyectan hacia fuera de la hlice y entran en contacto con las bases del DNA. La secuencia de cada una de estas cadenas laterales determina la secuencia precisa de DNA que ser reconocida por cada dedo de zinc. Mediante la unin de distintos dedos de zinc se consigue un control preciso sobre la especificidad de se-cuencia de la protena. Los contactos especficos que se producen entre el DNA y la protena son enlaces de hidrgeno.


Nmero identificacin PDB*: 1APL

Nmero identificacin PDB*: dominio de unin a DnA en forma de dedo de zinc (1ZnF); complejo Zif268-DnA (1ZAA)


7.3 Cremallera de leucina Un dominio de cremallera de leucina est formado por dos largas hlices entrecruzadas. Las cadenas laterales hidrofbicas se proyectan hacia el ex-terior de cada hlice y quedan situadas en el espacio compartido que queda entre ambas cadenas. Muchas de estas cadenas laterales hidrofbicas son leucinas, las cuales le dan el nombre al dominio. Una representacin en el modelo espacial compacto nos permite ver la compactacin de las cadenas laterales entre las hlices de la cremallera de leucina; esto hace que el do-minio sea especialmente estable. Una prolongacin de la regin de las dos cremalleras de leucina se sita a caballo sobre el surco mayor del DNA. Las cadenas laterales de las dos hlices se colocan dentro del surco, estableciendo contacto con las bases del DNA. Las interacciones especficas entre las cadenas laterales y las bases se producen a travs de enlaces de hidrgeno. En este ejemplo, un residuo de arginina establece dos contactos con una base guanina.


7.4 Protena de unin a TATA La transcripcin eucariota empieza cuando la RNA polimerasa II se une a la regin promotora de un gen. Una parte crucial de este proceso de iniciacin es el reconocimiento y unin de la secuencia TATA, una corta regin de DNA rica en timinas y adeninas. La subunidad de la RNA polimerasa II que se une a la secuencia TATA se llama protena de unin a TATA. La protena de unin a TATA se une al DNA utilizando una lmina beta de ocho hebras que se sita sobre la hlice de DNA como una silla de montar. Dos bucles de protena cubren los lados del DNA como si fueran los estribos. La adhesin de la protena de unin a TATA provoca un plegamiento pronunciado del esqueleto de DNA. Este pliegue dobla espectacularmente la hlice de DNA casi 90 grados y parece que constituye una seal para ensamblar el resto del complejo de transcripcin al sitio de iniciacin.


Nmero identificacin PDB*: 1YSA

Nmero identificacin PDB*: complejo del elemen-to ternario TATA (1VOL); compilacin del complejo del elemento ternario TATA y complejo Gal4 con el DnA (1VOL y 1D66)


8.1 reaccin en cadena de la polimerasaLa reaccin en cadena de la polimerasa, o PCR (de polymerase chain reac-tion), amplifica un fragmento de DNA determinado a partir de una mezcla compleja. Primero, la mezcla se calienta para separar las cadenas de DNA. Luego, se aaden dos cebadores especficos de oligonucletidos que son comple-mentarios de unas secuencias cortas situadas en cada extremo del fragmen-to que se quiere amplificar. Despus de bajar la temperatura, los cebadores se hibridan con el DNA de manera que se unen especficamente a los extre-mos de la secuencia diana. Se aade una DNA polimerasa termoestable y nucletidos trifosfato. La polimerasa extiende los cebadores y sintetiza las nuevas cadenas complementarias de DNA. Al final de este primer ciclo, se habrn generado dos molculas de DNA de doble cadena que contienen la secuencia diana. Este ciclo de sucesos se repite. La mezcla se calienta de nuevo para separar la doble cadena de DNA. Los cebadores se hibridan y la DNA poli-merasa sintetiza las nuevas cadenas complementarias. Al finalizar el segundo ciclo, se habrn generado cuatro molculas de DNA de doble cadena con la secuencia diana. En el tercer ciclo, la mezcla se calienta, los cebadores se hibridan y la DNA polimerasa sintetiza nuevas cadenas complementarias. Al finalizar el tercer ciclo, se habrn generado ocho molculas de DNA de doble cadena, y todas ellas contendrn la se-cuencia diana. As, en ciclos sucesivos esta poblacin aumentar de forma exponencial. Cuarto ciclo: calentamiento, hibridacin y sntesis de DNA. Al finalizar el quinto ciclo habr 22 molculas de DNA de doble cadena con la longitud correcta y 10 ms largas. Sexto, dcimo, decimoquinto, vigsimo ciclo...Despus de 30 ciclos hay aproximadamente unos mil millones de fragmen-tos de DNA de la longitud correcta y slo 60 ms largos. As, el producto contiene esencialmente la secuencia diana pura.

8.2 Anatoma de un archivo PDB Las estructuras tridimensionales de las macromolculas (que han sido de-terminadas por NMR o cristalografa de rayos-X) se archivan en bases de datos de protenas, o PDB (del ingls protein data base) para abreviar. Cada PDB empieza con una descripcin de la molcula, los nombres de los autores que resolvieron la estructura y varios detalles experimentales del anlisis. A continuacin, el archivo presenta una lista de la secuencia de aminocidos de la protena. El cuerpo del archivo PDB define la posicin precisa de cada tomo de la estructura en el espacio tridimensional. Cada tomo se describe en una lnea aparte. Las primeras columnas definen el tomo como parte de un aminocido particular en la secuencia. Las ltimas columnas son una lista de un conjunto de coordenadas x, y y z que localizan de forma precisa cada tomo dentro de la estructura. Programas del tipo Rasmol, utilizados en este DVD, pueden leer directamente los archivos PDB y uti-lizar las coordenadas para reconstruir los modelos tridimensionales en la pantalla de tu ordenador. Los archivos PDB estn almacenados en bases de datos accesibles al pblico y se pueden descargar fcilmente de internet.

Ilustraciones originales, guin grfico y msica: Christopher Thorpe

Graham JohnsonFivth Element (www.fivth.com)


9.1 Pinzas lser La luz de un haz lser que se enfoca en un cono a travs de un objetivo de un microscopio puede ejercer pequeas fuerzas que pueden atrapar cerca del punto focal partculas con ndices de refraccin elevados. Esta herra-mienta experimental se denomina pinzas lser. Se puede utilizar para desplazar pequeas partculas, incluyendo clulas y orgnulos.

9.2 Clula heptica: vista 1 Encuentre: retculo endoplasmtico rugoso retculo endoplasmtico liso regiones de continuidades entre los retculos endoplasmticos liso y rugoso mitocondrias

9.3 Clula heptica: vista 2 Encuentre: membranas plasmticas uniones estrechas retculo endoplasmtico rugoso grnulos de glucgeno

Christopher Thorpe


Brian Oates y Cyprien Lomas The University of British Columbia




9.4 Clula heptica: vista 3 Encuentre: complejo de Golgi membranas plasmticas lisosomas mitocondrias

10.1 Fluidez de la bicapa lipdica Para demostrar la fluidez de la bicapa lipdica, se ha sujetado un trozo de la membrana plasmtica de esta neurona mediante unas pinzas lser. Es destacable que el desplazamiento de este tbulo de membrana a un lado y a otro no produce ninguna rotura de la membrana plasmtica, la cual fluye rpidamente adaptndose a la distorsin mecnica.

Msica: Christopher Thorpe



Steven M. Block Stanford University


10.2 Lpidos y bicapa lipdica Los fosfolpidos contienen un grupo de cabeza, la colina en este caso, que est unido mediante un grupo fosfato a un esqueleto de 3 carbonos, el glice-rol. En los 2 carbonos restantes del glicerol se encuentran unidas las colas de dos cidos grasos. Tanto los grupos de cabeza como el fosfato son polares, es decir, prefie-ren estar en un ambiente acuoso. Por el contrario, las colas de los cidos grasos son hidrofbicas, es decir, repelen el agua. Las colas de los cidos grasos de los fosfolpidos pueden estar saturadas, sin dobles enlaces, o bien insaturadas, con uno o varios dobles enlaces. Habitualmente estos dobles enlaces estn en configuracin cis, que hacen que las cadenas no sean lineales. Cuando forman parte de una bicapa, los cidos grasos insaturados se empaquetan muy mal, lo cual le permite a la bicapa permanecer fluida. Si no hubiera dobles enlaces la bicapa podra solidificarse, adquiriendo una consistencia semejante a la de la grasa del beicon. El colesterol es otro componente lipdico de la mayora de membranas celulares. Tiene un grupo hidroxilo, que podemos considerar como una pe-quea cabeza polar, unida a una rgida cola hidrofbica. El colesterol puede rellenar huecos entre los fosfolpidos y estabilizar as la bicapa. En una bicapa lipdica, los lpidos se organizan de tal manera que sus cabezas polares quedan expuestas al agua mientras que sus colas hidrof-bicas se concentran en el interior. En este modelo, las molculas de agua se muestran en rojo.


Fuente: Beckman Institute, The Theoretical Biophysics Group University of Illinois Urbana-Champaign

H. Heller, M. Schaefer, K. Schulten. Molecular dynamics simulation of a bilayer of 200 lipids in the gel and in the liquid-crystal phases. Journal of Physical Chemistry 97:83438360, 1993.

Lipidat Database (www.lipidat.chemistry.ohio-state.edu/)

Fuente nmero identificacin PDB: estructura de una molcula lipdica compacta (Beckman Institu-te); recopilacin de cidos grasos saturados e insa-turados y colesterol (Lipidat)

10.3 rotura de la membrana con detergentes Cuando se aade un detergente a un glbulo rojo, su membrana se rompe y el citosol se derrama.

Steven M.Block Stanford University


10.4 Efectos de la membrana en un glbulo rojo Los glbulos rojos tienen que deformarse para poder pasar por los vasos sanguneos pequeos. En este experimento, un glbulo rojo se empuja y deforma mediante unas pinzas laser. El glbulo rojo recupera rpidamente su forma original porque tiene un citoesqueleto extremadamente fuerte al cual est anclada la membrana plasmtica. Sin embargo, cuando la clula se introduce en una solucin con una concentracin elevada de sal su forma cambia de manera espectacular. Di-rigida por la diferencia de presin osmtica, el agua sale rpidamente de la clula causando protuberancias puntiagudas a medida que la clula se colapsa.

10.5 Bacteriorrodopsina La bacteriorrodopsina es una abundante bomba de protones impulsada por la luz, que se encuentra en la membrana de Halobacter halobium, una ar-quea prpura que vive en los pantanos salados del rea de la baha de San Francisco. La bacteriorrodopsina es una protena multipaso de membrana, que atraviesa la membrana plasmtica de la clula con siete largas hlices alfa. Las hlices rodean a un cromforo, el retinal, que est unido covalen-temente a la cadena polipeptdica y que le da a la protena y a las clulas su caracterstico color prpura. El retinal es una larga cadena insaturada de hidrocarbono, que est uni-da covalentemente a la cadena lateral de una lisina de la protena. Cuando el retinal absorbe un fotn de luz, uno de sus dobles enlaces se isomeriza, pasando de la configuracin trans a la cis, y cambiando as la forma de la molcula. Este cambio de forma del retinal causa reordenamientos confor-macionales alrededor de la protena. La isomerizacin del retinal inducida por la luz es el suceso clave en el bombeo de los protones. En el estado excitado, el retinal se posiciona de tal manera que puede transferir un protn a la cadena lateral de un aspartato, el aspartato 85,

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