Biología Celular y Molecular PDF

www.FreeLibros.org  Biología celular y molecular Coordinadores: Luis Felipe Jiménez García Universidad Nacional Autónoma de México Horacio Merchant Larios Universidad Nacional Autónoma de México www.FreeLibros.org Editora: Leticia Gaona Fig...

www.FreeLibros.org  Biología celular y molecular Coordinadores: Luis Felipe Jiménez García Universidad Nacional Autónoma de México Horacio Merchant Larios Universidad Nacional Autónoma de México www.FreeLibros.org Editora: Leticia Gaona Figueroa e-mail: [email protected] Supervisor de desarrollo: Teresa Sanz Falcón Supervisor de producción: José D. Hernández Garduño PRIMERA EDICIÓN, 2003 D.R. © 2003 por Pearson Educación de México, S.A. de C.V. San Andrés Atoto Núm. 100 Col. San Andrés Atoto 53550, Naucalpan de Juárez, Edo. de México Cámara Nacional de la Industria Editorial Mexicana Reg. Núm. 1031 Prentice Hall es una marca registrada de Pearson Educación de México, S.A. de C.V. Reservados todos los derechos. Ni la totalidad ni parte de esta publicación pueden reproducirse, registrarse o transmitirse, por un sistema de recuperación de información, en ninguna forma ni por ningún medio, sea electrónico, mecánico, foto- químico, magnético o electroóptico, por fotocopia, grabación o cualquier otro, sin permiso previo por escrito del editor. El préstamo, alquiler o cualquier otra forma de cesión de uso de este ejemplar requerirá también la autorización del editor o de sus representantes. ISBN 970-26-0387-0 Impreso en México. Printed in Mexico. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 - 06 05 04 03 www.FreeLibros.org  CONTENIDO PRÓLOGO xxi AGRADECIMIENTOS xxiii ACERCA DE LOS AUTORES xxv PARTE I Moléculas informacionales CAPÍTULO 1 ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO, DNA 3 Introducción............................................3 Leyes de la herencia (Mendel)................................5 Estructura química del DNA.................................8 Codificación de la información genética en el DNA..............13 El tamaño del genoma de los organismos y la paradoja del valor C..........................................14 Organización de las moléculas de DNA en las células.............16 Referencias generales.....................................20 Referencias bibliográficas..................................20 CAPÍTULO 2 ÁCIDO RIBONUCLEICO, RNA 23 Introducción...........................................23 Características genéricas del RNA............................23 Características estructurales y funcionales de las RNA-polimerasas en sistemas procarionte y eucarionte......................25 El RNA mensajero (mRNA) y su procesamiento.................27 El RNA ribosomal (rRNA) y su procesamiento..................29 www.FreeLibros.org El RNA de transferencia (tRNA) y su procesamiento..............30 v  vi CONTENIDO Los RNA pequeños nucleares (snRNA), nucleolares (snoRNA) y citoplásmicos (scRNA)................................32 Ribozimas...........................................34 Otras clases de moléculas de RNA............................36 Edición de RNA.......................................37 Referencias bibliográficas..................................37 CAPÍTULO 3 LAS PROTEÍNAS 43 Introducción............................................43 Las proteínas como polímeros con funciones específicas..........43 Secuencia de proteínas y filogenia...........................47 La estructura tridimensional...............................51 Plegamiento de proteínas..................................57 Reconocimiento molecular y catálisis.........................60 Relación secuencia-estructura-función (la “predicción” de estructura y función)................................61 Referencias bibliográficas..................................62 CAPÍTULO 4 CONTROL DE LA EXPRESIÓN GENÉTICA EN EUCARIONTES 63 Introducción............................................63 La transcripción por parte de las diferentes RNA-polimerasas......65 La transcripción por medio de la RNA-polimerasa I...........66 La transcripción por medio de la RNA-polimerasa II...........67 Los elementos de regulación...............................77 Los estimuladores y silenciadores.........................77 Los nucleosomas.........................................79 La organización del octámero de histonas...................79 Interacciones del DNA con el octámero de histonas...........80 Las histonas conectoras, los nucleosomas y las fibras cromatinianas.....................................81 La acetilación y desacetilación de las histonas: el código de histonas.......................................82 Complejos de remodelaje ATP-dependiente..................84 La metilación del DNA..................................84 Elementos de organización y topología de la cromatina...........85 Los sitios de hipersensibilidad............................86 Las secuencias tipo MAR/SAR............................87 Los elementos LCR....................................88 Dominios y delimitadores (insulators).....................89 El núcleo y la expresión genética............................91 Territorios...........................................91 Relocalización........................................93 Conclusiones y perspectivas................................94 Referencias bibliográficas..................................96 www.FreeLibros.org  CONTENIDO vii CAPÍTULO 5 GENES HOMEÓTICOS Y MECANISMOS MOLECULARES DE DIFERENCIACIÓN CELULAR 103 Aspectos históricos sobre el concepto de homeosis..............103 Bateson: el inicio.....................................103 Las primeras investigaciones experimentales..................105 Goldschmidt, Waddington y Davidson: la importancia de la embriología....................................105 Las ideas de Lewis Wolpert................................108 Edward B. Lewis: de los mapeos cromosómicos a los modelos evolutivos..........................................110 Antonio García-Bellido y el papel fundamental de las células......111 El estado de la investigación antes de 1984...................112 Aspectos estructurales y funcionales de los loci homeóticos en plantas y animales.................................113 El descubrimiento de la caja homeótica...................113 Biología comparativa de los genes homeobox..................116 Las plantas también tienen loci homeóticos: la familia MADS-box..........................................121 Los genes MADS-box y la evolución de las estructuras reproductivas de las plantas terrestres....................123 Redes de regulación genética..............................128 Conclusión: las plantas y animales como elaboraciones naturales independientes del desarrollo ontogenético y la diferenciación celular..............................134 Referencias bibliográficas.................................134 PARTE II Estructuras celulares CAPÍTULO 6 LA MEMBRANA CELULAR 151 Introducción...........................................151 Estructura de la membrana celular.........................153 Hidrofilia vs hidrofobia................................153 El componente lipídico de las membranas.................156 El componente proteico de las membranas................156 La célula no sólo tiene membrana en su superficie...........159 El movimiento de sustancias a través de las membranas.........160 Acarreadores...........................................161 El concepto de acarreador..............................161 Tipos de acarreadores.................................162 El modelo ping-pong..................................163 Relación estructura-función............................164 www.FreeLibros.org El intercambiador de bicarbonato/cloro y la respiración.......165 Los acarreadores de solutos acoplados a iones..............166  viii CONTENIDO La biología molecular y la electrofisiología en el estudio de los acarreadores................................168 Transporte activo.......................................169 Sistemas de acoplamiento de energía.....................169 Las P-ATPasas.......................................169 Las V-ATPasas.......................................175 Las F-ATPasas.......................................177 Las ATPasas de la superfamilia ABC.......................177 Transporte activo impulsado por la luz....................179 La bacteriorrodopsina.................................179 Transporte impulsado por gradiente de iones...............180 Canales iónicos.........................................181 Componentes funcionales de los canales iónicos............182 La técnica de fijación de voltaje en microáreas de membrana (patch clamp)....................................184 Diversidad funcional y molecular de los canales iónicos.......186 Canales de K........................................189 Perspectivas en el estudio de canales iónicos...............191 La membrana es una entidad dinámica.......................192 El Glut4 y la homeostasis de glucosa......................192 Los canales de agua en el riñón..........................193 Referencias bibliográficas.................................193 CAPÍTULO 7 TRANSDUCCIÓN DE SEÑALES 197 Introducción...........................................197 Mensajeros químicos.....................................198 Receptores............................................200 Receptores localizados en la membrana plasmática.............202 Grupo de receptores con actividad enzimática..............202 Grupo de receptores acoplados a proteínas G...............206 Receptores sin actividad enzimática, pero asociados a proteínas citosólicas..............................209 Receptores accesorios o correceptores.....................210 Mecanismos transductores................................212 Proteínas G.........................................212 Segundos mensajeros.................................215 Fosforilación/desfosforilación (PKA, PKC, fosfatasas).........221 Dominios SH1, SH2 y SH3 y proteínas modulares acopladoras...223 Ejemplo 1: Vía de señalamiento Ras......................225 Ejemplo 2: Vía de señalamiento de las JAK/STAT............227 Receptores nucleares....................................229 Comentario final........................................231 Referencias bibliográficas.................................231 CAPÍTULO 8 LOS CONTACTOS INTERCELULARES 233 www.FreeLibros.org Introducción...........................................233  CONTENIDO ix La unión estrecha.......................................235 Descripción morfológica...............................235 Organización molecular de la unión estrecha...............235 La familia MAGUK....................................242 Ensamble y sellado de la UE............................248 Participación del calcio extracelular en el ensamblado de las UEs.......................................249 Participación de la proteína G, la fosfolipasa C y la proteína-cinasa C en el ensamble y sellado de las UEs.......................................251 El citoesqueleto de actina y su relación con las UEs..........252 La unión adherente......................................253 Las cadherinas.......................................253 Las cateninas........................................256 La fosforilación como sistema de regulación de los complejos cadherina-catenina................................261 Organización del complejo cadherina-catenina-actina durante el desarrollo de la adhesión célula-célula...............262 Conclusiones...........................................263 Referencias bibliográficas.................................263 CAPÍTULO 9 EL CITOESQUELETO 273 Resumen..............................................273 Introducción...........................................274 Componentes del citoesqueleto.............................274 Métodos de estudio......................................275 Microfilamentos........................................279 Filamentos delgados..................................279 Filamentos gruesos...................................281 Filamentos intermedios..................................282 Microtúbulos...........................................284 Red microtrabecular.....................................286 Drogas que actúan sobre los microtúbulos y microfilamentos, afectando su función.................................287 Polimerización in vitro de microtúbulos y microfilamentos.......288 Proteínas asociadas a los microtúbulos y microfilamentos........289 Transducción de señales..................................291 Referencias bibliográficas.................................292 CAPÍTULO 10 LAS MITOCONDRIAS 295 Introducción...........................................295 Aislamiento y estructura de las mitocondrias..................295 La principal función de las mitocondrias es sintetizar ATP........297 La cadena respiratoria mitocondrial.........................298 www.FreeLibros.org Cambios de energía durante el flujo de electrones por la cadena respiratoria.........................................302  x CONTENIDO Síntesis de ATP en mitocondrias. Fosforilación oxidativa.........303 Mecanismo de síntesis de ATP. Hipótesis quimiosmótica.........304 La ATP sintasa..........................................307 Transporte.............................................309 Biogénesis.............................................311 Mitocondrias y muerte...................................312 Perspectivas...........................................312 Referencias bibliográficas.................................313 CAPÍTULO 11 EL CLOROPLASTO 315 Generalidades..........................................315 Tipos de plástidos.......................................315 Desarrollo de los plástidos: comunicación núcleo-cloroplasto.....319 Origen de los plástidos...................................321 Estructura del cloroplasto.................................322 Organización del genoma del cloroplasto. Estructura del genoma.........................................324 Regulación de la expresión de genes cloroplásticos.............325 Regulación transcripcional................................327 Regulación postranscripcional.............................327 Regulación de la expresión de genes nucleares que codifican para proteínas cloroplásticas...........................331 Importe de proteínas al cloroplasto.........................334 Resumen..............................................337 Referencias bibliográficas.................................337 CAPÍTULO 12 EL NÚCLEO INTERFÁSICO. MORFOLOGÍA Y FUNCIÓN 341 Introducción...........................................341 Aspectos evolutivos......................................342 Cromatina.............................................345 Características generales...............................345 Distribución en el espacio nuclear........................348 Algunos núcleos especiales.............................351 Partículas ribonucleoproteicas no nucleolares.................354 Fibras pericromatinianas (FPC)..........................355 Polipartículas.......................................357 Gránulos pericromatinianos (GPC).......................359 Transporte intranuclear de las partículas que contienen mRNA..........................................369 Gránulos intercromatinianos (GIC).......................370 Cuerpos espiralados...................................371 Cuerpos nucleares....................................373 Matriz nuclear..........................................375 www.FreeLibros.org La lámina...........................................377 Matriz nuclear interna.................................378  CONTENIDO xi El nucleolo.........................................380 Restos nucleolares....................................381 Envoltura nuclear.......................................381 Complejos de poro....................................381 Permeabilidad y transporte en el poro.....................384 Referencias bibliográficas.................................386 CAPÍTULO 13 EL RIBOSOMA: ESTRUCTURA Y FUNCIÓN 395 Introducción...........................................395 Composición molecular de los ribosomas.....................395 Ribosomas de eubacterias..............................396 Ribosomas de eucariontes..............................398 Estructura tridimensional del ribosoma y topografía de sitios funcionales.........................................399 Centro de reacción del ribosoma.........................400 Sitios de unión del tRNA...............................400 Complejo proteico pentamérico..........................402 Biogénesis de los componentes del ribosoma..................403 Moléculas precursoras del rRNA.........................403 Síntesis de las proteínas ribosomales.....................404 Funcionamiento de los ribosomas........................405 Proceso de traducción o síntesis de proteínas...............405 Formación de polisomas...............................407 Ciclo del ribosoma....................................407 Recapitulación.........................................408 Referencias generales....................................409 Referencias bibliográficas.................................409 CAPÍTULO 14 EL RETÍCULO ENDOPLÁSMICO 411 Introducción...........................................411 Antecedentes históricos..................................412 Biogénesis.............................................414 El retículo endoplásmico liso..............................415 Síntesis de lípidos y reciclamiento de membranas...........416 Desintoxicación......................................419 Síntesis de hormonas esteroides en células endocrinas y de la corteza adrenal..............................420 Secuestramiento del calcio.............................420 El retículo endoplásmico rugoso...........................421 Transporte de las proteínas precursoras desde el citosol a la membrana del RER: Targeting...................422 Translocación de proteínas a través de la membrana de RER.....424 Proteínas residentes del lumen del RER...................425 Translocación cotraduccional............................426 www.FreeLibros.org Translocación postraduccional...........................428  xii CONTENIDO Integración de proteínas transmembranales a la membrana del RER........................................430 Modificaciones cotraduccionales y postraduccionales de las proteínas en el lumen del RER..................431 Plegamiento de proteínas en el lumen del retículo endoplásmico.....................................433 Control de calidad en el RE................................436 Exportación de proteínas del RER...........................437 Referencias bibliográficas.................................439 CAPÍTULO 15 EL APARATO DE GOLGI 445 Reseña histórica y función del aparato de Golgi................445 El aparato de Golgi en eucariontes ancestrales.................446 Morfología del aparato de Golgi............................449 Biogénesis del aparato de Golgi.........................450 Transporte vesicular en el aparato de Golgi...................451 Gemación de vesículas................................451 Coatómeros.........................................452 Tráfico entre RE y AG. Transporte anterógrado y retrógrado....453 Maduración y fusión de las vesículas......................455 Métodos de estudio para el transporte vesicular.............457 Modificaciones postraduccionales...........................457 Glicosilación........................................457 Sulfatación.........................................460 Otros mecanismos de modificación postraduccional.........461 Biología molecular y enfermedades asociadas al aparato de Golgi en el humano................................461 Las levaduras como un modelo para el estudio del aparato de Golgi.........................................463 Biología molecular del aparato de Golgi en mamíferos........464 Mucolipidosis II y III..................................465 Deficiencia de glicoproteínas............................466 Coroideremia........................................467 Síndrome de Lowe (síndrome oculocerebrorrenal)...........469 Enfermedad de Menkes................................471 Referencias bibliográficas.................................472 CAPÍTULO 16 LISOSOMAS 477 Características generales..................................477 Descubrimiento......................................477 Clasificación funcional de lisosomas y de partículas relacionadas....480 Lisosomas primarios..................................481 Vesículas autofágicas.................................481 Fagolisosomas......................................482 Endosomas.........................................482 www.FreeLibros.org Cuerpos multivesiculares..............................482 Cuerpos residuales...................................483  CONTENIDO xiii Capacidad digestiva de los lisosomas.........................483 Acidificación de lisosomas y endosomas......................488 Biogénesis de los lisosomas...............................489 Proteínas lisosomales solubles..........................489 Proteínas integrales de la membrana lisosomal.............492 Transporte vesicular de macromoléculas.....................494 Mecanismos para la entrada de compuestos a la célula........496 Maquinaria involucrada en el transporte vesicular..............499 Pinocitosis a partir de oquedades cubiertas................500 Pinocitosis en vesículas no cubiertas por clatrina............501 Clatrina...........................................502 Adaptinas...........................................503 Rutas de transporte intracelular de vesículas endocíticas.........505 De la membrana plasmática a los lisosomas................505 De la membrana plasmática al aparato de Golgi.............508 Ruta transcelular....................................509 Transporte axonal retrógrado...........................509 Referencias bibliográficas.................................509 PARTE III La célula y su microambiente CAPÍTULO 17 MATRIZ EXTRACELULAR 515 Introducción...........................................515 La superfamilia de las colágenas............................516 Colágenas fibrilares...................................519 Colágenas asociadas a fibras............................522 Colágenas que forman láminas.........................523 Colágena tipo VI formadora de filamentos en rosario.........524 Colágena tipo VII formadora de fibras de anclaje.............524 Fibronectinas..........................................525 Tenacinas.............................................527 Fibras elásticas.........................................528 El componente microfibrilar............................528 Elastina............................................529 Proteoglicanos.........................................530 Glicosaminoglicanos..................................531 Proteoglicanos: localización, tamaños y funciones...........531 Membranas basales......................................534 Laminina..............................................534 Entactina.............................................536 La familia de las metaloproteinasas de matriz.................538 Referencias bibliográficas.................................540 CAPÍTULO 18 MATRIZ EXTRACELULAR DE PLANTAS 547 www.FreeLibros.org Introducción...........................................547  xiv CONTENIDO Principales componentes de la matriz extracelular..............549 Polisacáridos........................................549 Proteínas estructurales de la matriz extracelular...............553 Extensinas..........................................553 Regulación de la expresión genética......................556 Interacciones intermoleculares y funciones................557 Proteínas ricas en prolina..............................558 Regulación de la expresión.............................559 Interacciones intermoleculares y funciones................559 Proteínas ricas en glicina..............................561 Regulación de la expresión.............................562 Interacciones intermoleculares y funciones................562 Proteínas de Arabinogalactanos..........................563 Expresión regulada y funciones..........................565 Enzimas de la matriz extracelular...........................565 Ensamblaje de la pared celular.............................568 Plasmodesmas..........................................571 La participación de la pared celular en el proceso de crecimiento......................................572 La interacción entre la pared celular y la membrana plasmática...577 La interacción entre la MEC y la membrana plasmática como un mecanismo de respuesta celular a los cambios ambientales........................................579 La función de la MEC y sus interacciones durante el proceso de fertilización......................................580 Conclusiones...........................................582 Referencias bibliográficas.................................583 PARTE IV Reproducción y muerte celular CAPÍTULO 19 EL CICLO CELULAR 595 Introducción...........................................595 Estudios iniciales.......................................596 La proteína p34cdc2. Actividad y regulación...................598 Entrada a mitosis.......................................601 Salida de mitosis y reinicio del ciclo.........................604 La fase S..............................................610 El ciclo celular en plantas.................................612 Referencias bibliográficas.................................614 CAPÍTULO 20 MUERTE CELULAR PROGRAMADA 617 Generalidades..........................................617 Las células mueren de manera programada durante www.FreeLibros.org el desarrollo: la MCP...............................617 Factores externos afectan la sobrevivencia celular...........618  CONTENIDO xv Diferentes tipos celulares mueren mediante un mecanismo principal: la apoptosis..............................619 La MCP es autónoma y las células destinadas a morir son potencialmente funcionales.........................619 Se requieren genes específicos para desencadenar la muerte celular..........................................620 Las cisteín-proteasas (caspasas) en la muerte celular............621 Las caspasas son fundamentales para la ejecución de la muerte.....................................621 Varios sustratos de las caspasas cooperan durante el proceso apoptótico..............................624 El “dominio de muerte” (DM) es característico de algunas proteínas activadoras de la MCP (la activación de las caspasas por la vía extrínseca)...................626 Diferentes mecanismos regulan la activación de la apoptosis por los receptores de muerte........................629 La mitocondria es un sitio común para iniciar la activación de las caspasas (la activación de las caspasas por la vía intrínseca).......................................629 Las proteínas inhibidoras de la apoptosis (Iap) regulan la activación de las caspasas por la vía mitocondrial.......631 La familia de CED-9/Bcl-2.................................632 La familia de Bcl-2 regula la iniciación de la activación de las caspasas por la vía mitocondrial.................632 Miembros de la familia de Bcl-2 actúan tanto negativa como positivamente sobre la apoptosis.................634 Los miembros de la familia de Bcl-2 interactúan entre sí......635 La subfamilia de Bcl-2 se encuentra preponderantemente en la mitocondria y regula la activación de las caspasas....636 Proteínas diversas interactúan con la familia de Bcl-2........638 Miembros de la familia de Bcl-2 se modifican postraduccionalmente..............................639 Otros reguladores positivos y negativos de la MCP..............639 El proteosoma participa en la regulación de la MCP..........639 Dad-1 es un grupo de proteínas que inhiben la apoptosis......640 Los virus contienen genes controladores de la apoptosis.......641 Señales que convergen en la maquinaria de muerte.............641 Los factores de sobrevivencia usan vías de transducción comunes para evitar la MCP.........................641 La ceramida participa como segundo mensajero durante la cascada de muerte...............................643 El estrés oxidativo actúa como un activador de la muerte celular..........................................644 Los movimientos de calcio intracelular ocurren durante la activación de la muerte celular.....................648 La apoptosis y el ciclo celular..............................648 Moléculas inductoras de la proliferación celular también www.FreeLibros.org inducen apoptosis.................................648  xvi CONTENIDO La inducción de la muerte celular se asocia a cambios en reguladores del ciclo celular.......................649 La proteína supresora de tumores pRb participa en el control de la MCP.......................................650 La proteína supresora de tumores p53 se requiere para que la MCP ocurra en algunos sistemas............651 Miembros de la familia de Bcl-2 inciden en el control del ciclo celular...................................654 Conclusiones y perspectivas...............................654 Referencias bibliográficas.................................657 CAPÍTULO 21 LA CÉLULA CANCEROSA 663 El cáncer resulta de la acumulación de daños en genes cuyos productos controlan funciones esenciales para las células normales..............................663 Las diferentes manifestaciones del cáncer reflejan las características de las células de las cuales se originaron....664 La mayoría de los tumores se origina de una sola célula aberrante..........................................664 Las mutaciones en el DNA probablemente están en el origen de todos los tumores.................................665 Los virus tumorales de DNA y algunos retrovirus contribuyeron de manera significativa a las investigaciones contemporáneas del cáncer..........................................665 Los retrovirus transductores acarrean secuencias llamadas oncogenes, capaces de transformar células normales.........666 Los oncogenes virales tienen gran parecido con genes normales, cuya función correcta es esencial para nuestras células.......668 Lo genes supresores de tumores fueron identificados por su naturaleza recesiva.............................670 Los genes de la familia ras, de los tumores al citoesqueleto y las vesículas secretorias..............................671 ¿Oncogenes?, ¿genes supresores?; la historia de algunos desertores...672 Los virus tumorales de DNA acarrean oncogenes cuyos productos alteran el crecimiento normal de las células.......674 Las mutaciones en algunos genes predisponen al cáncer.........674 Referencias generales....................................675 Referencias bibliográficas.................................675 PARTE V Interacciones celulares y diferenciación CAPÍTULO 22 MADURACIÓN DE GAMETOS Y FERTILIZACIÓN EN MAMÍFEROS 679 www.FreeLibros.org Introducción...........................................679  CONTENIDO xvii Espermatozoides........................................680 Maduración.........................................680 Capacitación........................................681 Disparo de la reacción acrosomal........................685 Ovocitos..............................................686 Ovogénesis..........................................686 Detención meiótica...................................688 Terminación de la meiosis y maduración del ovocito.........693 Fertilización...........................................694 Interacción de gametos................................695 Activación del ovocito.................................702 Reacción cortical y bloqueo a la polispermia................705 Bloqueo a la polispermia...............................706 Descondensación del núcleo del espermatozoide............707 Desarrollo del pronúcleo y singamia......................707 Referencias bibliográficas.................................710 CAPÍTULO 23 DIFERENCIACIÓN CELULAR DURANTE EL DESARROLLO DE LA GÓNADA 713 Introducción...........................................713 Las células germinales primordiales (CGP)....................713 Origen............................................713 Migración..........................................715 Aspectos moleculares de las CGP.........................717 Establecimiento de la gónada indiferenciada..................718 Origen de las células somáticas..........................718 La gónada indiferenciada...............................720 Diferenciación celular y morfogénesis gonadal.................725 Diferenciación del testículo.............................725 Papel del mesonefros en la diferenciación testicular..........727 Otros genes autosómicos en la determinación testicular......728 Diferenciación del ovario.................................729 Interacción entre las CGP y somáticas en el desarrollo gonadal....730 Determinación sexual secundaria..........................732 Conclusiones...........................................734 Referencias bibliográficas.................................734 PARTE VI Biología celular y molecular de organismos modelo CAPÍTULO 24 Entamoeba histolytica: BIOLOGÍA CELULAR Y MOLECULAR 741 www.FreeLibros.org Introducción...........................................741 Problemas por resolver...................................742  xviii CONTENIDO E. histolytica: ¿una especie o dos especies?...................742 Ciclo de vida...........................................744 Los trofozoítos.........................................744 El citoplasma..........................................745 El núcleo..............................................747 Los quistes............................................747 Metabolismo...........................................748 Antígenos.............................................750 Enzimas..............................................750 Biología molecular......................................750 Patología molecular.....................................752 Diagnóstico molecular...................................754 Referencias bibliográficas.................................755 CAPÍTULO 25 Drosophila COMO ORGANISMO MODELO EN LA BIOLOGÍA EXPERIMENTAL 761 Introducción...........................................761 El genoma de Drosophila.................................764 El complemento cromosómico..........................764 Los cromosomas politénicos............................765 Tamaño del genoma...................................767 Eucromatina y heterocromatina.........................767 Eucromatina........................................768 Heterocromatina.....................................769 Organización molecular del genoma......................770 Secuenciación del genoma.............................773 La toxicología genética...................................774 El ensayo de mutaciones letales recesivas ligadas al sexo......774 La prueba cromosómica...............................776 Los ensayos de mutación somática y recombinación mitótica....777 Los citocromos p450.....................................780 Diversidad de los citocromos: estructura y funciones.........780 Los citocromos p450 en los insectos......................781 Sustratos: endógeno y exógeno..........................782 La resistencia a pesticidas.................................783 Coevolución.........................................785 Adecuación de los insectos resistentes.....................786 Referencias bibliográficas.................................787 PARTE VII El origen de las células CAPÍTULO 26 LA BIOLOGÍA MOLECULAR Y LA www.FreeLibros.org EVOLUCIÓN CELULAR TEMPRANA 795  CONTENIDO xix Introducción: la biología molecular y la reconstrucción filogenética........................................795 El cenancestro o el último ancestro común de los linajes celulares..........................................797 La naturaleza de la célula eucarionte........................799 Conclusiones...........................................801 Referencias bibliográficas.................................801 PARTE VIII El genoma humano CAPÍTULO 27 LOS CROMOSOMAS HUMANOS 807 Introducción...........................................807 División celular.........................................809 El cariotipo humano.....................................814 Alteraciones cromosómicas................................817 Alteraciones numéricas................................817 Alteraciones en la estructura............................819 El Proyecto del Genoma Humano y la localización de genes en los cromosomas...................................823 Genética molecular......................................826 Patología genética.......................................827 Aspectos preventivos y terapéuticos.........................831 Referencias bibliográficas.................................833 ÍNDICE 837 www.FreeLibros.org www.FreeLibros.org  PRÓLOGO Biología celular y molecular lo escribió un extenso grupo de académicos que realizan labores de investigación, docencia y difusión en el área de la biología celular y molecular. La idea de escribirlo surgió de la necesidad real de poner al alcance de los estudiosos de habla hispana, una obra actualizada de los aspectos más importantes de la biología celular y molecular. En 1995 durante la organización y desarrollo del “Sexto Congreso Iberoamericano de Biología Celular” nos percatamos de que en México hay un número importante de académicos e investigadores que trabajan directa- mente en el desarrollo de diferentes aspectos de la biología celular y mo- lecular. Por ello, consideramos que era el momento de emprender una obra de esta magnitud en donde se ofreciera una nueva versión surgida de dife- rentes laboratorios. De hecho, la primera idea fue la de escribir tópicos se- lectos, en donde los autores hablaran sobre sus investigaciones, lo cual pronto nos llevó a escribir este libro que por su enfoque, contenido y actua- lidad resulta de importancia en diferentes niveles educativos. La obra está organizada en 27 capítulos, que forman parte de ocho grandes temas que abarcan un panorama amplio de la biología celular y molecular. En el desarrollo de cada tema conservamos las versiones de ca- da capítulo lo más cercano posible a la propuesta original de cada equipo de autores; sin embargo, la obra es homogénea en su estructura. La biología celular y molecular es una disciplina científica en pleno de- sarrollo en el mundo entero. El estudio de las estructuras celulares desde el punto de vista de sus constituyentes moleculares, en particular las molécu- las de proteínas y ácidos nucleicos, ha sido una tendencia de la biología mo- derna, que ha permitido conocer el papel de cada organelo en el contexto de la regulación de la expresión genética. En este libro se reúne un importante cúmulo de experiencias como re- sultado de muchos años de trabajo. También se abordan temas sobre la bio- logía celular y molecular de algunos organismos cuyo estudio es de gran www.FreeLibros.org importancia para la salud humana como las amibas. xxi  xxii PRÓLOGO Un apoyo invaluable para la presente obra es su página de Internet ela- borada con material aportado por varios colaboradores de la presente obra, así como otros profesores-investigadores y estudiantes. En ella se podrán ver además de las imágenes del libro, cuestionarios, animaciones y ligas a otros sitios Web que permitirán al lector ampliar la información expuesta en el libro y profundizar en los temas de su interés. Estamos conscientes de que la vertiginosa generación de nuevos resul- tados científicos, creará la necesidad de agregar esos hallazgos e inclusive revisar algunos de los conceptos aquí expuestos en un tiempo razonable. Sin embargo, es claro también que la publicación de este primer libro, es- tablece un punto de partida fundamental para que el lector hispano ha- blante cuente con un medio para el futuro seguimiento de los avances de mayor trascendencia en la biología celular y molecular moderna. Futuras versiones seguramente añadirán otros capítulos y autores que por el de- sarrollo de la presente obra no hemos tenido la oportunidad de contar con ellos. Esperamos que el esfuerzo conjunto de todos los autores para ofrecer este libro contribuya a un mejor conocimiento de la célula viva. Luis Felipe Jiménez García Horacio Merchant Larios coordinadores www.FreeLibros.org  AGRADECIMIENTOS Capítulo 2 El autor agradece a Luis Roberto Reveles Torres y Alejandro Alvarado Gu- tiérrez, estudiantes de la Maestría en Biología Experimental, U.B.E.- U.A.Z., por su apoyo en la realización de las figuras que se incluyen en es- te capítulo. Al CONACyT, por el apoyo otorgado al autor con el Proyecto Ref. 3786M. Capítulo 4 Este trabajo fue apoyado parcialmente por los donativos de la Dirección General de Asuntos del Personal Académico-UNAM (IN203200) y del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología-CONACYT (33863-N). Capítulo 12 Los autores agradecen la eficaz colaboración de Porfirio Munguía Reyes y Ernestina Ubaldo por la elaboración de los esquemas y fotografías. Capítulo 18 Este trabajo fue apoyado por los donativos de CONACyT 0268P-N9506 (G. Cassab) y DGAPA IN204496 (A. A. Covarrubias/G. Cassab). Se agradece la co- laboración en la elaboración de las figuras a la Bióloga Claudia Mergold-Villa- señor. www.FreeLibros.org xxiii  xxiv AGRADECIMIENTOS Capítulo 21 El autor desea agradecer sinceramente al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT), al Programa de Apoyo a Proyectos de Investigación e Innovación Tecnológica (PAPIIT) de la UNAM, así como a la Fundación Miguel Alemán, por el apoyo a sus investigaciones. Asimismo, desea agradecer a todos los miembros de su laboratorio y colegas que de alguna manera contribuyeron con sus análisis a mejorar este capítulo. Capítulo 23 En este capítulo agradecemos la valiosa colaboración del Sr. José G. Baltazar por el apoyo técnico y al Sr. Jorge Hernández por el excelente trabajo fotográ- fico. Este trabajo se realizó con apoyo parcial de la DGAPA (IN204598). Otros agradecimientos De igual manera queremos agradecer a: Dr. José Luis Gómez Olivares, Universidad Autónoma Metropolitana, Iztapalapa. Dra. Susana Moreno Díaz de la Espina, Centro de Investigaciones Biológicas, Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Madrid, España, por sus co- mentarios generales a la obra que permitieron su enriquecimiento. Y hacemos un agradecimiento especial por su invaluable colaboración en la elaboración de los cuestionarios y animaciones de la página Web a: Cuestionarios M. en C. Martha Ofelia Salcedo Álvarez, Facultad de Estudios Superiores Iztacala, UNAM. M. en C. Sergio González Moreno, Facultad de Estudios Superiores Iztacala, UNAM. M. en C. Hugo V. Perales Vela, Facultad de Estudios Superiores Iztacala, UNAM. Biól. José del Carmen Benítez Flores, Facultad de Estudios Superiores Iztacala, UNAM. Animaciones Dra. María Larios. Dra. María de Lourdes Segura Valdez, Facultad de Ciencias, UNAM. Citlali Vázquez Echeverría, estudiante, Facultad de Ciencias, UNAM. Abraham Hernández Hernández, estudiante, Facultad de Ciencias, UNAM. Rodrigo Rojas Ávalos, estudiante, Facultad de Ciencias, www.FreeLibros.org UNAM.  ACERCA DE LOS AUTORES M. en C. Abigail Betanzos Fernández Es estudiante de doctorado del Centro de Investigación y de Es- tudios Avanzados del IPN, en donde realiza un proyecto sobre la expresión diferencial de las isoformas de la proteína ZO-1 e inte- racción de ZO-2 con factores de transcripción. Ha publicado en revistas como Experimental Cell Research, Seminars in Cell & Developmental Biology, Biochemical Journal, Progress in Bio- physics y Molecular Biology. Dr. Adolfo Martínez Palomo Médico y doctor en ciencias de la UNAM. Realizó estudios de pos- grado sobre el cáncer en París. Es miembro del Colegio Nacio- nal y de la Academia Mexicana de Ciencias, de la que también fue presidente. Actualmente es director general del Centro de Inves- tigación y Estudios Avanzados del IPN. Es miembro de la Comi- sión Internacional de Investigación en Salud de la Universidad de Harvard, miembro de la Comisión de Expertos del Progra- ma de Enfermedades Parasitarias de la Organización Mundial de la Salud, miembro de la Junta Directiva de la Fundación Méxi- co-Estados Unidos para la Ciencia, fue presidente de la Academia Nacional de Medicina. Obtuvo el Premio Nacional de Ciencias, el Premio Internacional de Biología de la Academia de Ciencias del Tercer Mundo y la Condecoración Eduardo Liceaga, entre otros. Fue investigador en el Instituto Nacional de Cardiología. Cuen- ta con más de 100 publicaciones científicas, una de las cuales está considerada como una cita clásica en el tema de cubierta de membrana. Se le considera experto mundial en enfermedades www.FreeLibros.org infecciosas, en especial de la amibiasis. xxv  xxvi ACERCA DE LOS AUTORES Alejandra Covarrubias Robles Obtuvo el doctorado en la UNAM, en donde actualmente es inves- tigadora del Instituto de Biotecnología. Pertenece a la Academia Mexicana de Ciencias y ha sido becaria de la Fundación Rockefe- ller. Su trabajo trata sobre el estudio de la respuesta de las plantas superiores a estrés ambiental y los mecanismos de respuesta a estrés osmótico en levadura. Ha publicado en revistas especiali- zadas como Plant Physiology, Yeast, Plant and Cell Physiology, Journal of Biological Chemistry, The Plant Journal, Plant Mo- lecular Biology, European Journal of Plant Pathology. Dr. Alejandro García Carrancá Investigador del Instituto de Investigaciones Biomédicas de la UNAM. Desarrolla proyectos de investigación sobre los mecanis- mos moleculares del cáncer en el ser humano. Dr. Alfonso González Noriega Biólogo con doctorado en la Universidad de Washington. Es in- vestigador en el Laboratorio de Enzimas Lisosomales del Institu- to de Investigaciones Biomédicas de la UNAM, en donde ha sido jefe de sección de la Unidad de Genética de la Nutrición. Es miembro numerario de la Society for Inherited Metabolic Disor- ders, de la Asociación Mexicana de Genética Humana, y fundador en 1985 de la Sociedad Mexicana de Biología Celular. Obtuvo el Premio Eduardo Liceaga de la Academia Nacional de Medicina en 1981 y el Premio Reina Sofía en España en 2001. Ha publica- do en revistas como Journal of Cell Biology y Journal of Biolo- gical Chemistry. Dra. Alicia Gamboa de Buen Obtuvo el grado de doctora en la UNAM. Actualmente es investi- gadora del Instituto de Ecología de la UNAM, investigando sobre los mecanismos moleculares del desarrollo de las plantas. Dra. Annie Pardo Semo Es doctora en Bioquímica. Actualmente es profesora de la Facul- tad de Ciencias de la UNAM. Es coordinadora del Consejo Acadé- www.FreeLibros.org mico del Área de Ciencias Biológicas y de la Salud de la UNAM.  ACERCA DE LOS AUTORES xxvii Es investigadora nacional. Su línea de trabajo versa sobre la re- modelación de la matriz extracelular en condiciones fisiológicas y patológicas, área en la que ha publicado mas de 70 artículos de investigación y 7 capítulos de libros. Recibió Mención Ho- norífica en el Premio Internacional Latinoamericano en Neu- mología, “Fernando D. Gómez”, de la Unión Latinoamericana de Sociedades de Tisiología y Academia Nacional de Medicina del Uruguay. Obtuvo el Premio Anual de Investigación “Fundación Glaxo”, 1992 y 1995 y el Premio CANIFARMA en investigación bá- sica en 2001. Dra. Antonia Ávila Flores Obtuvo el doctorado en Ciencias en el Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional. Realizó una estancia de investigación en el Centro de Biología Molecu- lar “Severo Ochoa”, del Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Facultad de Ciencias Biológicas, Universidad Autó- noma de Madrid, España. Ha publicado en revistas como Mo- lecular and Cellular Biology, Biochemical Journal, Seminars in Cell & Developmental Biology, y Journal of Cell Science. Dr. Antonio Lazcano Araujo Reyes Antonio Lazcano Araujo obtuvo el título de biólogo y el doctora- do en ciencias en la Universidad Nacional Autónoma de México, en donde actualmente coordina el grupo de origen de la vida. Es autor de varios libros, incluidos “El Origen de la Vida”, “La Bac- teria Prodigiosa”, y “La Chispa de la Vida”, y a coeditado más de 12 volúmenes especializados, dedicados a examinar el origen y la evolución temprana de la vida. Autor de más de cien trabajos de investigación, ha sido profesor invitado en Cuba, España, la URSS, Francia, Suiza y EE.UU. Es miembro de varios comités editoriales de revistas de investigación internacionales, investi- gador nacional y actualmente presidente de la International So- ciety for the Study of the Origins of Life. Dr. Armando Gómez Puyou Investigador emérito del Instituto de Fisiología Celular de la UNAM e investigador nacional emérito. Su investigación versa sobre el papel del solvente en la estabilidad y catálisis de las enzimas, los mecanismos de la síntesis de ATP por la ATP sintetasa y el diseño www.FreeLibros.org de especies de inhibidores específicos de acción enzimática.  xxviii ACERCA DE LOS AUTORES Dr. Arturo Becerra Bracho Actualmente trabaja en la Facultad de Ciencias de la UNAM, en donde desarrolla investigación y enseñanza en el tema de origen de la vida. Obtuvo su doctorado en la UNAM. Dr. Arturo González Robles Actualmente realiza investigación en el Centro de Investigación y Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional. Su tra- bajo de investigación se centra en el conocimiento ultraestruc- tural de parásitos unicelulares del ser humano. Dr. Arturo Ponce Investigador del Centro de Investigación y Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional. Su trabajo se centra en el es- tudio de la biología celular de las membranas biológicas. Dra. Carmen Gómez Eichelman Investigadora del Instituto de Investigaciones Biomédicas, en donde realiza estudios sobre el superenrollamiento del DNA, las topoisomerasas (girasas) y el estrés celular, y sobre la fluidez de membrana y el estrés por calor. Dra. Caroline Burgeff Actualmente realiza estudios de posdoctorado en Europa. Obtu- vo el grado de doctora en la UNAM realizando estudios sobre el desarrollo de la raíz. Dr. Edmundo Bonilla González Es biólogo de la UNAM y obtuvo el doctorado en la Universidad Autónoma de Madrid. Actualmente es profesor de la Universi- dad Autónoma Metropolitana, realizando labores de investiga- ción sobre reproducción. Sus trabajos han sido publicados en re- vistas como Zygote y Bioquimia. www.FreeLibros.org  ACERCA DE LOS AUTORES xxix M. en C. Eduardo Casas Hernández Maestro en Biología Experimental de la Universidad Autónoma Metropolitana. Actualmente es profesor de la misma universidad. Su trabajo versa sobre la fertilización en mamíferos y la madura- ción in vitro de ovocitos. Fue coordinador de la Licenciatura en Biología Experimental de la UAM. Ha publicado sus trabajos científicos en revistas como Advances in Contraceptive Delivery Systems, Zygote, Bioquimia. Dra. Elena Álvarez Buylla Roces Es bióloga y maestra en ciencias de la UNAM. Realizó estudios de doctorado en la Universidad de Berkeley en Estados Unidos. Ac- tualmente desarrolla investigación en el Instituto de Ecología de la UNAM. Obtuvo la Distinción Universidad Nacional y el Premio de la Academia Mexicana de Ciencias en Investigación. Su traba- jo actual trata del papel de los genes homeóticos en el desarrollo de la raíz. Dra. Estela Sánchez Quintanar Obtuvo el doctorado en Bioquímica en la Universidad de Wis- consin y luego realizó una estancia posdoctoral en el Molecular Biology Laboratory de la Universidad de Wisconsin, en Estados Unidos. Actualmente es profesora emérita de la Facultad de Quí- mica de la UNAM e investigadora nacional de nivel 3. Ha dirigi- do numerosas tesis de licenciatura, maestría y doctorado y ha publicado más de 100 artículos científicos. Es miembro de la Academia Mexicana de Ciencias y ha recibido premios como el Premio Nacional de Química “Andrés del Río” y el Award of Corres- ponding Member, de la American Society for Plant Physiologists, EE.UU. Realiza investigación sobre los mecanismos de control transduccional y la regulación de la expresión genética en plantas superiores. Algunos de sus trabajos de investigación recientes se han publicado en revistas como Plant Molecular Biology, Phy- siologia Plantarum, Biochemical Journal y Biochemistry. Dr. Fabio Salamanca Gómez Es jefe de la Unidad de Investigación Médica en Genética Huma- na del Instituto Mexicano del Seguro Social, investigador nacio- nal y profesor titular del Curso de Especialización en Genética www.FreeLibros.org Médica de la División de Estudios Superiores, Facultad de Medi-  xxx ACERCA DE LOS AUTORES cina de la UNAM. Es representante de México y Centroamérica en el International Registry of Chromosome Abnormalities. Es coeditor de la Revista Archives of Medical Research y de la revista Gaceta Médica de México. Autor de más de 200 artículos cientí- ficos en revistas como Nature, Cancer Genetics, Cytogenetics, American Journal of Medical Genetics, American Journal of Human Biology. Fue presidente de la Asociación Mexicana de Genética Humana y de la Asociación Mexicana de Antropología Biológica. Obtuvo el Premio Nacional de Obras Médicas de la Aca- demia Nacional de Medicina por su libro sobre “Citogenética Humana. Fundamentos y Aplicaciones Clínicas”. Obtuvo tam- bién el Premio “Everardo Landa” de la Academia Nacional de Medicina, el Premio “Eduardo Liceaga” de la Academia Nacional de Medicina, el Premio “Gonzalo Castañeda” de la Academia Me- xicana de Cirugía, el Premio “Rafael Soto” de Obras Médicas, Academia Mexicana de Pediatría, el Premio “Adolfo Rivera” de la Asociación Mexicana de Nutrición y Endocrinología, el Premio “Dr. Héctor Márquez Monter” de la Asociación Mexicana de Ge- nética Humana. Es integrante del Comité Editorial de las revis- tas científicas Genetics, Annales de Genetique, American Jour- nal of Medical Genetics y British Medical Journal. Es miembro de la Comisión Nacional para el Genoma Humano. Dr. Félix Recillas Targa Obtuvo el doctorado en la Université Paris 7, en París, Francia. Realizó estancias posdoctorales en el Instituto de Biotecnología de la UNAM y en el National Institutes of Health, NIH, en Bethesda, Maryland, EE.UU. Actualmente es investigador del Instituto de Fisiología Celular de la Universidad Nacional Autónoma de Méxi- co. Obtuvo la Beca Fogarty como “Visiting Fellow at the National Institutes of Health Visiting Program” en Bethesda, Maryland, EE.UU. Es miembro de la Sociedad Mexicana de Ciencias Genó- micas y de la Academia Mexicana de Ciencias. Su área de investi- gación es la expresión genética de eucariontes. Ha publicado tra- bajos en revistas como Proceedings of the National Academy of Sciences de Estados Unidos, Genes & Development, EMBO Jour- nal, Cell Growth & Differentiation, Critical Reviews in Eukaryo- tic Gene Expression, International Review of Cytology. Dr. Fernando López Casillas Investigador del Instituto de Fisiología Celular de la UNAM. Es doctor por la Universidad de Purdue en EE.UU. y realizó estancia www.FreeLibros.org de posdoctorado en el Memorial Sloan-Kettering Cancer Center,  ACERCA DE LOS AUTORES xxxi Nueva York, EE.UU. Recientemente obtuvo un donativo del Ho- ward Hughes Medical Institute International Research Scholar. Dr. Francisco Vergara Silva Obtuvo el grado de doctor en la UNAM. Su trabajo versa sobre el papel de los genes del desarrollo en la biología de las plantas triu- ridales. Actualmente realiza una estancia posdoctoral en Suecia. Dr. Francisco Xavier Soberón Mainero El doctor Soberón es director del Instituto de Biotecnología de la UNAM. Obtuvo su doctorado en Investigación Biomédica Bá- sica. Desde su incorporación a la UNAM en 1981, ha participado en el desarrollo y consolidación de la ingeniería genética y la biotecnología. A partir de 1984, fungiendo como secretario aca- démico del mismo, inicia un grupo independiente en el área de la ingeniería de proteínas. Realizó estancias de investigación en el Instituto City of Hope, en California, se especializó en la sín- tesis química de oligonucleótidos y, posteriormente, en la Uni- versidad de California en San Francisco. En los últimos años ha cultivado el moderno enfoque de Evolución Dirigida, en el ám- bito de la biocatálisis. Tiene más de 65 publicaciones de investi- gación en revistas internacionales. Obtuvo en 1999 el Premio Nacional de Química “Andrés Manuel del Río”. Ha publicado sus trabajos en revistas como Nucleic Acid Research, Protein Engi- neering, Applied Biochemistry and Biotechnology, Enzyme and Microbial Technology y Molecular Microbiology. M. en C. Gabriel López Velázquez Es candidato al grado de doctor de la UNAM. Actualmente es in- vestigador del Instituto Nacional de Pediatría. Su trabajo se cen- tra actualmente sobre la triosa fosfato isomerasa. Ha publicado en las revistas Histochemistry and Cell Biology, Archives of me- dical Research, Biochemistry, Proteins. Dr. Gerardo Hebert Vázquez Nin Es profesor de la Facultad de Ciencias de la UNAM, en donde ob- tuvo el grado de doctor. Actualmente es el coordinador del De- partamento de Biología Celular de la Facultad de Ciencias de la www.FreeLibros.org UNAM. Obtuvo el Premio de Ciencias Naturales del Consejo De-  xxxii ACERCA DE LOS AUTORES partamental de Montevideo. Ha sido miembro del Cuerpo Edito- rial de la revista Acta Anatomica y es profesor titular honorario del Programa de Desarrollo de las Ciencias Básicas del Ministe- rio de Educación y Cultura de la Universidad de la República Oriental del Uruguay. Ha publicado artículos de investigación sobre el núcleo celular en revistas como Journal of Ultrastruc- tural Research, Biology of the Cell, Chromosoma, y un libro so- bre microscopia electrónica. Dra. Gladys Iliana Cassab Es investigadora del Instituto de Biotecnología de la UNAM, en donde realiza investigación sobre la influencia de proteínas de la pared celular en el desarrollo de las plantas superiores y en el de- sarrollo de raíz. Ha publicado en revistas como Nature, Journal of Cell Biology, Methods in Enzymology, Annual Review of Plant Physiology y Plant Molecular Biology. Dra. Gloria Benítez-King Obtuvo el doctorado en Biología Celular en el Centro de Investi- gación y de Estudios Avanzados del IPN. Después realizó una es- tancia de investigación en el Departamento de Neurobiología Molecular de la Universidad Estatal de Utrech, Holanda. Es in- vestigadora y jefe del Departamento de Neurofarmacología del Instituto Nacional de Psiquiatría. Es investigadora nacional. Ob- tuvo el Premio de Psiquiatría Dr. Manuel Camelo Camacho en 1996. Su publicación en la revista Experientia se considera una cita clásica en el campo de la melatonina y como uno de los 38 trabajos más citados en la década 1990-1999. Su línea de inves- tigación es el Estudio del Mecanismo de Acción de la Melatoni- na: Modulación del arreglo del citoesqueleto. Dra. Guadalupe Trinidad Zavala Padilla Obtuvo el grado de doctora por parte en la UNAM. Actualmente desarrolla trabajo de investigación en la Facultad de Ciencias de la UNAM, estudiando la ultraestructura de diversas especies, con énfasis en la estructura nuclear. Dr. Horacio Merchant Larios www.FreeLibros.org Biólogo y doctor en ciencias de la UNAM. Realizó estudios pos- doctorales en la Worcester Foundation for Experimental Biology  ACERCA DE LOS AUTORES xxxiii en Estados Unidos y en el Harbor General Hospital de la Univer- sidad de California, en Los Ángeles. Investigador emérito de la UNAM. Realizó estudios en París. Actualmente es jefe del De- partamento de Biología Celular y Fisiología del Instituto de In- vestigaciones Biomédicas de la UNAM. Fue miembro fundador y primer presidente de la Sociedad Mexicana de Biología Celular. Pertenece a la Academia Mexicana de Ciencias. Ha sido profesor invitado en universidades de Francia, Estados Unidos, Ingla- terra, Chile, Brasil. En 2001 obtuvo el Premio Universidad Na- cional de Investigación en Ciencias Naturales. Ha publicado sus resultados de investigación en revistas como Experimental Cell Research, Journal of Ultrastructural Research, Development, Developmental Biology y Archives of Andrology. Es reconocido internacionalmente como especialista en Biología de la Re- producción. Dra. Isaura Meza Gómez Palacio Bióloga y doctora en Ciencias, la doctora Meza es pionera en Mé- xico en el estudio del citoesqueleto, principalmente del de pará- sitos como la amiba. Fue fundadora y segunda presidenta de la Sociedad Mexicana de Biología Celular. También fue tesorera de la Academia Mexicana de Ciencias y es investigadora nacional. Dr. Jesús Cortés Hermosillo Médico cirujano de la Universidad Autónoma de Zacatecas, rea- lizó una estancia posdoctoral en la Universidad de Yale trabajan- do en RNA pequeños. Actualmente es profesor/investigador de Bioquímica y Biología Molecular de la U.A.Z. Ha publicado tra- bajos en revistas como Journal of Rheumatology, la Revista Mexicana de Reumatología y el EMBO Journal. Jesús Ramírez Santos Realiza investigación en el Instituto de Investigaciones Biomédi- cas sobre diversos aspectos de la estructura del DNA en bacterias. Dr. Jorge Manuel Vázquez Ramos Es profesor titular de la Facultad de Química de la UNAM, Rea- lizó estudios de posgrado en el Reino Unido. Es miembro de la www.FreeLibros.org Academia Mexicana de Ciencias. Su trabajo se centra en el me-  xxxiv ACERCA DE LOS AUTORES tabolismo del DNA durante la germinación de semillas de maíz, las enzimas responsables y su caracterización, el inicio de la ger- minación y el ciclo celular, así como las proteínas ciclinas/Cdks, PCNA y la fase G1. Dr. José Miguel Betancourt Rule Obtuvo su doctorado en la UNAM. Actualmente es profesor de la Universidad Autónoma Metropolitana. Su línea de investigación es la fertilización in vitro de mamíferos. Ha publicado en revis- tas como Bioquimia, Archives of Andrology, Andrologia, Therio- genology. Dra. Liora Shoshani Es investigadora del Centro de Investigación y Estudios Avan- zados, en donde realiza trabajo de investigación sobre las seña- les y mecanismos que hacen que una célula se polarice y se asocie con las vecinas a través de contactos celulares y, más específicamente, cómo se contacta, expresa bombas y canales iónicos de un tipo dado, y los ubica. Ha publicado en revistas como Annual Review of Physiology, American Journal of Phy- siology, Journal of Membrane Biology y European Journal of Physiology. Liz Izquierdo Realizó investigación de posgrado en el Instituto de Ecología de la UNAM sobre los mecanismos moleculares del desarrollo en plantas. Dra. Lorenza González-Mariscal y Muriel Es investigadora del Centro de Investigación y Estudios Avanza- dos, en donde realiza investigación sobre regulación del ensam- ble y sellado de las uniones estrechas por señales extracelulares y segundos mensajeros celulares y la identificación y caracteri- zación bioquímica y molecular de proteínas asociadas a las unio- nes estrechas. Es autora de trabajos publicados en el American Journal of Physiology, y en el Journal of Membrane Biology, que se consideran entre los más citados en la literatura científi- ca en los últimos diez años. www.FreeLibros.org  ACERCA DE LOS AUTORES xxxv Dra. Lourdes Teresa Agreano Moreno Obtuvo el grado de doctora en la UNAM, en donde actualmente desarrolla sus actividades académicas. Su trabajo de investiga- ción trata sobre la ultraestructura de plantas y en especial sobre las partículas nucleares relacionadas con la expresión genética. Dr. Luis Felipe Jiménez García El doctor Luis Felipe Jiménez García es profesor titular del De- partamento de Biología Celular de la Facultad de Ciencias de la UNAM. Es biólogo, maestro en ciencias y doctor en ciencias por la UNAM. Realizó investigación doctoral en el Baylor College of Medicine del Centro Médico de Houston, Texas y trabajo pos- doctoral en el Cold Spring Harbor Laboratory, de Nueva York. Ha publicado varios artículos en revistas especializadas como Journal of Cell Science, Cell, Molecular Biology of the Cell, Jour- nal of Structural Biology y otras. También ha impartido nume- rosos cursos en el área de la Biología Celular y de la Microsco- pia. Es miembro fundador de la Sociedad Mexicana de Biología Celular y actualmente presidente de la misma. Fue presidente de la Asociación Mexicana de Microscopia. Ha organizado con- gresos internacionales de microscopia y de biología celular. Pertenece a la Academia Mexicana de Ciencias. En 1998 obtuvo la Distinción Universidad Nacional en Docencia en Ciencias Na- turales. Fue coordinador de investigación y coordinador gene- ral del Departamento de Biología de la Facultad de Ciencias de la UNAM. Su trabajo se centra en la biología celular y molecu- lar del núcleo. Dr. Luis Fernando Covarrubias Robles Químico, maestro y doctor en Ciencias Biomédicas, Postdocto- ral Institute for Cancer Research. Trabaja sobre las células tron- cales y su potencial diferenciativo, su relación con los orígenes de cáncer, la regulación y el papel de la muerte celular en el de- sarrollo embrionario y en enfermedades, regulación de la proli- feración, la diferenciación y la muerte celular con énfasis en los mecanismos moleculares que coordinan estos procesos y el con- trol de los procesos regenerativos en mamíferos. Obtuvo el Pre- mio Weissman de la Academia de la Investigación Científica en 1990. Es miembro de la Sociedad Mexicana de Biología Celular, de la Sociedad Mexicana de Bioquímica y de la Sociedad Mexica- na de Biología del Desarrollo, así como de la Red de Medicina www.FreeLibros.org Genómica de la Academia Mexicana de Ciencias.  xxxvi ACERCA DE LOS AUTORES Luis Mendoza Realizó estudios de posgrado en el Instituto de Ecología de la UNAM sobre aspectos teóricos de redes aplicadas al análisis del desarrollo de la flor y de la raíz. Dr. Marcelino Cereijido Mattioli Es investigador en fisiología celular y molecular de membranas biológicas en el Centro de Investigación y de Estudios Avanza- dos. También es médico y doctor en medicina en Argentina. Ob- tuvo el Premio a la mejor Tesis Doctoral en 1962 en la Facultad de Ciencias Médicas de Buenos Aires. Después fue a Harvard Me- dical School, primero como becario del Consejo Nacional de In- vestigaciones Científicas en Argentina (CNICT) y después como International Postdoctoral Research Fellow del Public Health Service de Estados Unidos. Fue profesor adjunto de Fisicoquími- ca de la Facultad de Farmacia y Bioquímica de la Universidad de Buenos Aires de 1964 a 1966. Obtuvo el Premio “ODOL” del CNICT al mejor Científico en Biología menor de 35 años, en 1967. Fue director del Departamento de Biofísica del Centro de Investigaciones Médicas Albert Einstein de 1972 a 1976 e inves- tigador de carrera del CNICT. También fue Adjunct Professor del Departament of Cell Biology, de la Universidad de Nueva York (1975-1979). Miembro de la John Simmon Guggenheim Foun- dation (1974). Actualmente es investigador nacional emérito. Obtuvo la Distinción de la Secretaría de Educación Pública por ser líder en la formación de doctores (1992). Premio Internacio- nal de Ciencias “Bernardo A. Houssay” de la Organización de Es- tados Americanos (1993). Premio Internacional “Juchiman de Plata”. Premio Nacional de Ciencias y Artes (1995). Miembro de la American Society for Cell Biology, American Society of Physiology (ex miembro del International Committee), Ameri- can Biophysical Society, etc. Miembro del Editorial Board de News in Physiological Sciences (1989-1998), del Cellular Phy- siology and Biochemistry (desde 1990) y de otras publicaciones científicas. Es miembro de la Academia Mexicana de Ciencias, de la Academia Mexicana de Medicina y de la Academia de Ciencias de América Latina. Autor de un centenar de artículos científicos internacionales in extenso, 10 libros, que van desde algunos científicos publicados en Londres y en Nueva York, a otros de di- vulgación y ensayo publicados en castellano. Cuenta con más de cinco mil citas bibliográficas documentadas por ISI. Ha publica- do en revistas como Journal of Cell Biology, American Journal of Physiology, Membrane Biology, Annual Review of Physio- www.FreeLibros.org logy, y Journal of Membrane Biology.  ACERCA DE LOS AUTORES xxxvii Dra. María de Lourdes Segura Valdez Es bióloga, especialista en Microscopia Electrónica y Doctora en Ciencias de la UNAM. Es profesora de licenciatura y posgrado en biología celular de la UNAM. Fue investigadora del Instituto Nacional de Enfermedades Respiratorias. Su línea de trabajo tra- ta sobre la Estructura y Organización del Núcleo celular por Mi- croscopia de Fuerza Atómica. Ha publicado trabajos científicos en revistas como Biology of the Cell, Revista Latinoamericana de Microbiología, Experimental Cell Research, Molecular Bio- logy of the Cell, American Journal of Pathology, Chest, Journal of Structural Biology, Molecular. Dra. Marieta Tuena Sangri Investigadora emérita del Instituto de Fisiología Celular de la UNAM e investigadora nacional emérita. Trabaja sobre los meca- nismos de transducción de energía por la ATP sintasa, su regu- lación y las interacciones solvente-proteína. Dr. Mario Enrique Zurita Ortega Es investigador del Instituto de Biotecnología de la UNAM. Ob- tuvo el grado de doctor en la UNAM y recibió becas de la McArt- hur Foundation Fellow y de la Pew Foundation Fellow para rea- lizar posdoctorado en la Universidad de Stanford, EE.UU. y en la Universidad de Harvard, Cambridge. Recientemente recibió un donativo de la Howard Hughes Medical Institute International Research Scholar. Ha publicado en revistas como Development, Molecular Biology of the Cell, Toxicon, Nucleic Acids Drug De- velopment, Journal of Experimental Biology FEBS Letters y Molecular and General Genetics. Dra. Martha Espinosa Cantellano Investigadora del Centro de Investigación y Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional. Su trabajo trata sobre la bio- logía celular de Entamoeba histolytica. Dra. Martha Verónica Ponce Castañeda Actualmente realiza investigación en el Centro Médico Siglo XXI www.FreeLibros.org del Instituto Mexicano del Seguro Social. Sus estudios han ver- sado sobre los mecanismos de transducción de señales.  xxxviii ACERCA DE LOS AUTORES M. en C. Miguel Ángel Alcántara Ortigoza Es médico cirujano de la UNAM, en donde actualmente es can- didato a doctor. Actualmente es profesor de Genética Médica en la Facultad de Medicina de la UNAM, e investigador asociado del Instituto Nacional de Pediatría. Es miembro certificado del Con- sejo Mexicano de Genética, Academia Nacional de Medicina. Dr. Moisés Selman Lama Es neumólogo con maestría en Biología Molecular. Es investiga- dor director de Investigación del Instituto Nacional de Enferme- dades Respiratorias e Investigador. Trabaja sobre las enfermeda- des fibrosantes del pulmón, área en la que ha publicado más de 100 artículos de investigación, 18 capítulos de libros y dos li- bros. Obtuvo el Premio de Investigación Médica, “Dr. Jorge Ro- senkranz” en 1985, el Premio “Aida Weiss” 1988 y 1990, el Pre- mio Anual de Investigación “Antonio López Silanes S.”, 1989, el Premio de Investigación Fundación Glaxo Wellcome, 1995, en el área de investigación básica, y en 1996, el Premio “Miguel Otero” de Investigación Clínica. Obtuvo también la Beca “John Simon Guggenheim Memorial Foundation”, 1993, el Premio “Salas Peyró 1998”, Facultad de Medicina, UNAM. Dra. Norma Angélica Moreno Mendoza Obtuvo el grado de doctora de la UNAM. Posteriormente realizó una estancia posdoctoral en la Universidad de Oulu en Finlandia. Actualmente es investigadora del Instituto de Investigaciones Biomédicas de la UNAM. Su línea de investigación es sobre los mecanismos celulares y moleculares de la diferenciación sexual en vertebrados en donde ha publicado sus trabajos en revistas como Journal of Comparative Neurology, Journal of Experi- mental Zoology, Biology of Reproduction, Cancer, Developmen- tal Biology, Molecular Reproduction and Development. Dra. Olga Margarita Echeverría Martínez Obtuvo el doctorado en la UNAM. Actualmente es profesora de la Facultad de Ciencias de la UNAM en donde investiga sobre el núcleo celular en interfase. Ha sido investigadora invitada del Centro de Investigaciones Biológicas del Consejo Superior de Investigaciones Científicas de España y de la Universidad de Lau- www.FreeLibros.org sana, Suiza. Es cofundadora del laboratorio de Microscopia Elec-  ACERCA DE LOS AUTORES xxxix trónica de la Facultad de Ciencias de la UNAM. Participó en la creación del Programa de Especialidad en Microscopia Electró- nica de la UNAM. Ha publicado en revistas como Biology of the Cell, Ultrastructural Pathology, y Chromosoma. Dra. Patricia León Mejía Es investigadora del Instituto de Biotecnología, UNAM. Obtuvo el doctorado en la UNAM. Fue becaria de la Fundación Pew para realizar estudios posdoctorales en la Universidad de Harvard. Re- cientemente obtuvo un Howard Hughes Medical Institute Inter- national Research Scholar. Ha publicado sus trabajos en revistas como Plant Cell, Journal of Biological Chemistry, Plant Physio- logy, Genes & Development, Genetics, Annual Review of Plant Physiology y Plant Molecular Biology. Dra. Rosalinda Tapia-López Actualmente realiza investigación en el Instituto de Ecología de la UNAM sobre los mecanismos moleculares del desarrollo de las plantas. Dra. Rosario Rodríguez Arnaiz Es profesora de la Facultad de Ciencias de la UNAM, en donde ha impartido más de 50 cursos en la licenciatura y 20 en el posgra- do en Ciencias Biológicas, así como cursos de actualización pa- ra profesores de bachillerato. Ha publicado 30 artículos de inves- tigación en revistas internacionales. Coordinó el proyecto del actual plan de estudios de la licenciatura en biología de la Facul- tad de Ciencias de la UNAM y el proyecto de adecuación del pos- grado en ciencias biológicas de la UNAM. Ha publicado trabajos científicos en revistas como Mutation Research y Molecular and General Genetics. Dr. Rubén Gerardo Contreras Investigador del Centro de Investigación y Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional. Su trabajo se centra en el es- tudio de las propiedades fisiológicas de la membrana en los epi- telios. www.FreeLibros.org  xl ACERCA DE LOS AUTORES Dra. Susana Castro-Obregón Obtuvo su doctorado en la UNAM y actualmente realiza estudios posdoctorales en el Instituto Buck en Estados Unidos. Ha sido Pew Latinoamerican Fellow. Su trabajo trata de los mecanismos de muerte celular durante el desarrollo, el envejecimiento y en- fermedades asociadas. Sus resultados científicos los ha publica- do en revistas como Cell Death and Differentiation, y Journal of Biological Chemistry. M. en C. Yvonne Claudine Ducolomb Ramírez Es bióloga y candidata a doctora de la Universidad Autónoma Metropolitana. Actualmente es profesora de la misma universi- dad, en donde investiga sobre la Fertilización en Mamíferos. Ha publicado en revistas como Zygote, Bioquimia y Andrologia. www.FreeLibros.org  Biología celular y molecular www.FreeLibros.org  PARTE I www.FreeLibros.org  Moléculas informacionales 1 Ácido desoxirribonucleico, DNA 2 Ácido ribonucleico, RNA 3 Las proteínas 4 Control de la expresión genética en eucariontes 5 Genes homeóticos y mecanismos moleculares de diferenciación celular www.FreeLibros.org  Imágenes de moléculas de DNA por microscopia de fuerza atómica. La imagen corresponde a moléculas del plásmido pUC18, que se observan como lazos (flechas) sobre un soporte de mica. www.FreeLibros.org  CAPÍTULO 1 ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO, DNA Jesús Ramírez Santos Carmen Gómez Eichelmann Introducción El postulado principal de la teoría celular establece que toda célula se gene- ra de una célula similar preexistente. Esta teoría formalizó la vieja observa- ción de que la progenie de una especie biológica, al alcanzar el estado adul- to, está compuesta de individuos con características similares a las de sus progenitores. La idea de que todos los organismos están formados por célu- las la propuso por primera vez R. Hooke, alrededor de ¡1660!, al observar al microscopio unos cortes finos de corcho. Sin embargo, la teoría celular, como la conocemos actualmente, se fue construyendo a mediados del siglo XIX, con base en las observaciones de varios investigadores. En 1838, M. Schleiden encontró que los tejidos vegetales están formados por células y, unos cuantos años después, T. Schwann extendió esta observación a los animales. La trascendencia de este conocimiento se comprendió en 1858, cuando R. Virchow demostró que una célula no se genera espontáneamen- te, sino que proviene de otra célula igual. Un año después, en 1859, Charles Darwin inició una de las mayores re- voluciones intelectuales en la historia de la biología. La teoría de la evolu- ción, propuesta por Darwin en su libro El origen de las especies, pretende explicar el origen de la inmensa diversidad de los seres vivos. Esta teoría, como la teoría celular, tiene que ver con la herencia; es decir, con la genera- ción de organismos similares a sus progenitores. Darwin propuso dos ideas principales: 1) los organismos actuales son descendientes modificados de ancestros comunes, y 2) la fuerza principal que dirige los cambios evoluti- vos de los organismos es la selección natural. Darwin interpretaba la evolu- ción como un proceso dinámico entre dos fuerzas: la tendencia de los orga- nismos a aumentar su número y a generar variantes al reproducirse —ya que los descendientes no son idénticos a sus antecesores— y, por otro lado, la selección natural de las variantes mejor adaptadas a su ambiente. Esta teoría se ha modificado y enriquecido con conocimientos nuevos; sin em- www.FreeLibros.org bargo, los postulados originales continúan siendo la base de los principales estudios y polémicas de la biología moderna. 3  4 PARTE I MOLÉCULAS INFORMACIONALES Las reglas de la transmisión de las características de la célula madre a la célula hija y de los padres a los hijos, o herencia, no se entendieron cla- ramente sino hasta principios del siglo XX. El monje G. Mendel estableció las leyes de la herencia en 1865, unos cuantos años después de la publica- ción del libro El origen de las especies; sin embargo, no se reconoció su im- portancia sino hasta su “redescubrimiento” en 1905 por De Vries. Los genetistas, como Mendel y De Vries, no estudiaban la molécula, es- tudiaban cambios heredables en los organismos: color de las semillas, for- ma de las flores, etc. Estos cambios visibles o fenotipos representan, a nivel de organismo, cambios en la información genética. En la década de 1940, T. H. Morgan, un genetista que eligió como modelo biológico de estudio a la mosca de la fruta (Drosophila melanogaster), dio un gran paso al identificar a los cromosomas como las estructuras celulares que contienen la informa- ción genética. Morgan descubrió que algunos cambios fenotípicos en las moscas se correlacionaban con cambios morfológicos en los cromosomas. Ya que los cromosomas contienen principalmente dos clases de moléculas, proteínas y ácido desoxirribonucleico (DNA), la pregunta era, ¿en cuál de estas moléculas se encuentra codificada la información genética? Esta pre- gunta se contestó en 1944, cuando O.T. Avery, C. MacLeod y M. McCarthy demostraron que el DNA de la bacteria Pneumococcus pneumoniae conte- nía la información genética. Avery y sus colaboradores aislaron, a partir de una cepa patógena de P. p