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¿Fosforilación oxidativa inversa?

¿Fosforilación oxidativa inversa?


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Noté que todos los métodos de producción de energía celular que cubrí tienen una proporción fija de ATP a NAD (P) H out. Por ejemplo, en el proceso combinado de glucólisis, oxidación de piruvato y ciclo de Krebs, se producen 10 NADH, 2 FADH2 y 4 ATP (basado en el libro de texto biológico de mi escuela secundaria, si lo agrego correctamente). De esta manera, NADH y FADH2 pueden intercambiarse fácilmente por ATP a través de la fosforilación oxidativa. Eso me hizo preguntarme qué pasaría si una celda estuviera usando tantos electrones (de NADH y / o FADH2) que hay demasiado ATP. (Solo como hipotético: me parece bastante improbable)

Estaba buscando una forma de revertir la fosforilación oxidativa, pero no encontré mucho. Descubrí que las bacterias anaeróbicas pueden oxidar el nitrito de esta manera, pero no pude encontrar mucha evidencia de una versión formadora de O2. ¿Existe tal cosa?


Teoría quimiosmótica

La Real Academia Sueca de Ciencias decidió otorgar el Premio Nobel de Química de 1978 a
Dr Peter Mitchell, Glynn Research Laboratories, Bodmin, Cornwall, Reino Unido, por su contribución a la comprensión de Transferencia de energía biológica a través de la formulación de la teoría quimiosmótica..

Teoría quimiosmótica de la transferencia de energía

Peter Mitchell nació en Mitcham, en el condado de Surrey, Inglaterra, el 29 de septiembre de 1920. Sus padres, Christopher Gibbs Mitchell y Kate Beatrice Dorothy (de soltera) Taplin, eran muy diferentes entre sí por temperamento. Su madre era una persona tímida y gentil de pensamiento y acción muy independiente, con una fuerte percepción artística. Siendo racionalista y ateo, ella le enseñó que él debe aceptar la responsabilidad de su propio destino, y especialmente de sus fallas en la vida, esa influencia temprana bien puede haberlo llevado a adoptar la filosofía personal religiosa atea a la que se ha adherido desde el de unos quince años. Su padre era una persona mucho más convencional que su madre y recibió el premio O.B.E. por su éxito como funcionario.

Peter Mitchell se educó en Queens College, Taunton, y en Jesus College, Cambridge. En Queens se benefició particularmente de la influencia del director, C. L. Wiseman, quien era un excelente profesor de matemáticas y un consumado músico aficionado. El resultado del examen de beca que tomó para ingresar al Jesus College Cambridge fue tan lamentablemente malo que solo fue admitido en la Universidad gracias a una carta personal escrita por C. L. Wiseman. Ingresó en el Jesus College justo después del comienzo de la guerra con Alemania en 1939. En la Parte I de los Tripos de Ciencias Naturales estudió física, química, fisiología, matemáticas y bioquímica, y obtuvo un resultado de Clase III. En la parte II, estudió bioquímica y obtuvo un resultado II-I para su título de honor.

Aceptó un puesto de investigación en el Departamento de Bioquímica de Cambridge en 1942 por invitación de J. F. Danielli. Fue muy afortunado de ser el único Ph.D. de Danielli. estudiante en ese momento, y disfruté y se beneficiaron enormemente del estilo amigable y no autoritario de supervisión de la investigación de Danielli. Danielli le presentó a David Keilin, a quien llegó a amar y respetar más que a cualquier otro científico conocido.

Recibió el grado de Ph.D. a principios de 1951 para trabajar sobre el modo de acción de la penicilina, y ocupó el puesto de demostrador en el Departamento de Bioquímica de Cambridge de 1950 a 1955. En 1955 fue invitado por el profesor Michael Swann para establecer y dirigir una unidad de investigación bioquímica , denominada Unidad de Biología Química, en el Departamento de Zoología de la Universidad de Edimburgo, donde fue nombrado para una cátedra senior en 1961, como lector en 1962, y donde permaneció hasta que las úlceras gástricas agudas lo llevaron a dimitir tras un período de licencia. en 1963.

De 1963 a 1965, se retiró por completo de la investigación científica y actuó como arquitecto y maestro de obras, supervisando directamente la restauración de una atractiva mansión con frente a la regencia, conocida como Glynn House, en el hermoso y boscoso valle de Glynn, cerca de Bodmin, Cornualles y # 8211 adaptando y amueblando una parte importante para su uso como laboratorio de investigación. En esto, tuvo la suerte de recibir el apoyo entusiasta de su antigua compañera de investigación Jennifer Moyle. Él y Jennifer Moyle fundaron una compañía benéfica, conocida como Glynn Research Ltd., para promover la investigación biológica fundamental y financiar el trabajo de los laboratorios de investigación Glynn en Glynn House. Peter Mitchell y su hermano mayor Christopher John Mitchell donaron la dotación original de aproximadamente £ 250.000.

En 1965, Peter Mitchell y Jennifer Moyle, con la ayuda práctica de un técnico, Roy Mitchell (no relacionado con Peter Mitchell), y con la ayuda administrativa del secretario de su compañía, se embarcaron en el programa de investigación sobre reacciones quimiosmóticas y sistemas de reacción para los cuales el Instituto de Investigación Glynn se ha hecho conocido. Desde sus inicios, el Glynn Research Institute no ha tenido suficientes recursos financieros para emplear a más de tres investigadores, incluido el Director de Investigación, en su personal permanente. Ha continuado actuando como Director de Investigación en el Instituto de Investigación Glynn hasta la actualidad. Una aguda falta de fondos ha llevado recientemente a la posibilidad de que el Instituto de Investigación Glynn tenga que cerrar.

Mitchell estudió la mitocondria, el orgánulo que produce energía para la célula. El ATP se produce dentro de la mitocondria agregando un grupo fosfato al ADP en un proceso conocido como fosforilación oxidativa. Mitchell pudo determinar cómo se distribuyen las diferentes enzimas involucradas en la conversión de ADP en ATP dentro de las membranas que dividen el interior de la mitocondria. Mostró cómo la disposición de estas enzimas facilita el uso de iones de hidrógeno como fuente de energía en la conversión de ADP en ATP.

El artículo de Peter Mitchell & # 8217 de 1961 que presenta la hipótesis quimiosmótica inició una revolución que ha repercutido más allá de la bioenergética en toda la biología y ha dado forma a nuestra comprensión de los mecanismos fundamentales de conservación de la energía biológica, transporte de iones y metabolitos, motilidad bacteriana, estructura de orgánulos y biosíntesis, estructura de membranas. y función, homeostasis, la evolución de la célula eucariota y, de hecho, todos los aspectos de la vida en los que estos procesos desempeñan un papel. El Premio Nobel de Química en 1978, otorgado a Peter Mitchell como único destinatario, reconoció su contribución predominante para establecer la validez de la hipótesis quimiosmótica, e ipso facto, la larga lucha para convencer a un establecimiento inicialmente hostil.

PREMIO NOBEL DE QUÍMICA POR TRANSFERENCIA DE ENERGÍA BIOLÓGICA

La investigación de Mitchell & # 8217 se ha llevado a cabo dentro de un área de la bioquímica a la que a menudo se hace referencia en los últimos años como & # 8216bioenergética & # 8217, que es el estudio de los procesos químicos responsables del suministro de energía de las células vivas. Los procesos de la vida, como todos los eventos que involucran trabajo, requieren energía, y es bastante natural que actividades como la contracción muscular, la conducción nerviosa, el transporte activo, el crecimiento, la reproducción, así como la síntesis de todas las sustancias que son necesarias para llevar a cabo y regular estas actividades, no podría llevarse a cabo sin un suministro adecuado de energía.

Ahora está bien establecido que la célula es la entidad biológica más pequeña capaz de manejar energía. Todas las células vivas tienen en común la capacidad, por medio de enzimas adecuadas, de obtener energía de su entorno, convertirla en una forma biológicamente útil y utilizarla para impulsar diversos procesos que requieren energía. Las células de las plantas verdes, así como ciertas bacterias y algas, pueden capturar energía por medio de la clorofila directamente de la luz solar, la fuente de energía más importante para toda la vida en la Tierra, y utilizarla, a través de la fotosíntesis, para convertir el dióxido de carbono y el agua. en compuestos orgánicos. Otras células, incluidas las de todos los animales y muchas bacterias, dependen completamente para su existencia de compuestos orgánicos que absorben como nutrientes de su entorno. A través de un proceso llamado respiración celular, estos compuestos son oxidados por el oxígeno atmosférico a dióxido de carbono y agua.

Durante la fotosíntesis y la respiración, la energía se conserva en un compuesto llamado trifosfato de adenosina, abreviado como ATP. Cuando el ATP se divide en difosfato de adenosina (ADP) y fosfato inorgánico (Pi), se libera una cantidad relativamente grande de energía, que se puede utilizar, en presencia de enzimas específicas, para impulsar varios procesos que requieren energía. Por lo tanto, el ATP puede considerarse como la & # 8216 moneda energética & # 8217 universal de las células vivas. Los procesos mediante los cuales se forma ATP a partir de ADP y Pi durante la fotosíntesis y la respiración se denominan habitualmente & # 8216fotofosforilación & # 8217 y & # 8216 fosforilación oxidativa & # 8217, respectivamente. Los dos procesos tienen varias características en común, tanto en su composición enzimática & # 8211 ambos implican una interacción entre enzimas oxidantes (de transferencia de electrones) y fosforilantes & # 8211 como en su asociación con las membranas celulares. En las células superiores, la fotofosforilación y la fosforilación oxidativa ocurren en orgánulos específicos encerrados en la membrana, cloroplastos y mitocondrias, respectivamente en las bacterias, ambos procesos están asociados con la membrana celular.

Los conceptos anteriores se habían esbozado ampliamente a principios de la década de 1960, pero los mecanismos exactos por los cuales la transferencia de electrones se acopla a la síntesis de ATP en la fosforilación oxidativa y en la fotofosforilación seguían siendo desconocidos. Se formularon muchas hipótesis, especialmente con respecto al mecanismo de fosforilación oxidativa, la mayoría de ellas postulaba una interacción química directa entre las enzimas oxidantes y fosforilantes. Sin embargo, a pesar de la investigación intensiva en muchos laboratorios, no se pudo obtener evidencia experimental para ninguna de estas hipótesis. En esta etapa, en 1961, Mitchell propuso un mecanismo alternativo para el acoplamiento de la transferencia de electrones a la síntesis de ATP, basado en una interacción indirecta entre enzimas oxidantes y fosforilantes. Sugirió que el flujo de electrones a través de las enzimas de las cadenas de transferencia de electrones respiratorias o fotosintéticas impulsa iones de hidrógeno cargados positivamente, o protones, a través de las membranas de las mitocondrias, los cloroplastos y las células bacterianas. Como resultado, se crea un gradiente de protones electroquímico a través de la membrana. El gradiente consta de dos componentes: una diferencia en la concentración de iones de hidrógeno, o pH, y una diferencia en el potencial eléctrico, los dos juntos forman lo que Mitchell llama la & # 8216 fuerza protonmotriz & # 8217. La síntesis de ATP es impulsada por un flujo inverso de protones por el gradiente. La propuesta de Mitchell & # 8217s ha sido denominada & # 8216 teoría quimiosmótica & # 8217.

Esta teoría fue recibida por primera vez con escepticismo pero, durante los últimos 15 años, el trabajo tanto en Mitchell & # 8217s como en muchos otros laboratorios ha demostrado que los postulados básicos de su teoría son correctos. Aunque los detalles importantes de los mecanismos moleculares subyacentes aún no están claros, la teoría quimiosmótica ahora se acepta generalmente como un principio fundamental en bioenergética. Esta teoría proporciona una base racional para el trabajo futuro sobre los mecanismos detallados de fosforilación oxidativa y fotofosforilación. Además, este concepto de transmisión de energía biológica por fuerza protonmotriz (o & # 8216proticity & # 8217, como Mitchell ha comenzado a llamarlo recientemente en una analogía con la electricidad) ya ha demostrado ser aplicable a otros procesos celulares que requieren energía. Estos incluyen la absorción de nutrientes por las células bacterianas, el transporte celular e intracelular de iones y metabolitos, la producción de calor biológico, el movimiento bacteriano, etc. Además, los cloroplastos de las plantas, que recolectan la energía luminosa del sol, y las mitocondrias de Las células animales, que son los principales convertidores de energía de la respiración, se parecen notablemente a los sistemas miniaturizados de células solares y de combustible. Los descubrimientos de Mitchell & # 8217 son, por lo tanto, interesantes y potencialmente valiosos, no solo para la comprensión de los sistemas biológicos de transferencia de energía, sino también en relación con la tecnología de conversión de energía.


La inhibición de la fosforilación oxidativa induce cambios anticancerosos en las células de pacientes con leucemia mieloide aguda resistentes al tratamiento

Correspondencia Aida Vitkevičienė, Departamento de Biología Celular Molecular, Instituto de Bioquímica, Centro de Ciencias de la Vida, Universidad de Vilnius, Sauletekio av. 7, LT-10257 Vilnius, Lituania.

Departamento de Biología Celular Molecular, Instituto de Bioquímica, Centro de Ciencias de la Vida, Universidad de Vilnius, Vilnius, Lituania

Centro de Hematología, Oncología y Medicina Transfusional, Hospital Universitario de Vilnius Santaros Klinikos, Vilnius, Lituania

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Centro de Proteómica, Instituto de Bioquímica, Centro de Ciencias de la Vida, Universidad de Vilnius, Vilnius, Lituania

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Correspondencia Aida Vitkevičienė, Departamento de Biología Celular Molecular, Instituto de Bioquímica, Centro de Ciencias de la Vida, Universidad de Vilnius, Sauletekio av. 7, LT-10257 Vilnius, Lituania.

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Abstracto

El tratamiento de la leucemia mieloide aguda (AML) sigue siendo un desafío debido a las recaídas comunes o la resistencia al tratamiento. Por tanto, es necesario el desarrollo de nuevos enfoques terapéuticos. Varios estudios han demostrado que ciertos cánceres, incluidos algunos subconjuntos de AML quimiorresistentes, tienen fosforilación oxidativa regulada al alza. En este estudio, nuestro objetivo fue evaluar la modulación celular de los pacientes con LMA resistente al tratamiento utilizando inhibidores de la fosforilación oxidativa metformina y atovacuona solos y en varias combinaciones con el análogo de citosina citarabina y venetoclax inductor de apoptosis. El análisis de la actividad metabólica con el analizador de flujo extracelular Agilent Seahorse XF reveló que el estado metabólico de las células mononucleares de sangre periférica era diferente entre los pacientes con LMA resistente al tratamiento. Demostramos que la metformina disminuyó la fosforilación oxidativa de las células de LMA resistentes a la terapia ex vivo, el cotratamiento con citarabina y venetoclax aumentó ligeramente el efecto. Sin embargo, el tratamiento con atovacuona no tuvo un efecto marcado en nuestro experimento. El tratamiento celular tuvo un ligero efecto sobre la inhibición de la proliferación celular. La combinación de metformina, citarabina y venetoclax tuvo el efecto más fuerte. Además, se demostró un efecto ligeramente mayor sobre la proliferación celular y la regulación del ciclo celular en las células con una tasa de fosforilación oxidativa inicial más alta, como lo demuestra el análisis de expresión génica utilizando la reacción en cadena de la polimerasa cuantitativa de transcripción inversa (RT-qPCR). El análisis proteómico por cromatografía líquida-espectrometría de masas demostró que el tratamiento de células de LMA quimiorresistentes con metformina modulaba las vías metabólicas, mientras que la combinación de metformina con citarabina y venetoclax potenciaba el efecto. Sugerimos que la inhibición de la fosforilación oxidativa es eficaz pero no suficiente para el tratamiento de la LMA quimiorresistente. De hecho, provoca cambios anticancerosos que podrían tener un papel aditivo importante en el tratamiento combinado.

Tenga en cuenta: El editor no es responsable del contenido o la funcionalidad de la información de apoyo proporcionada por los autores. Cualquier consulta (que no sea el contenido faltante) debe dirigirse al autor correspondiente del artículo.


Resultados

Viabilidad termodinámica y rendimiento máximo de DHB

La ruta propuesta procede a través de la activación del grupo β-carboxilato malato por fosforilación seguida de dos rondas sucesivas de reducción para producir DHB (Fig. 1). La energía libre de Gibbs estándar negativa para la vía (Nota complementaria 1 Tabla complementaria 1) da fe de su viabilidad termodinámica. Análisis estequiométrico de la red metabólica en E. coli muestra que el DHB se puede producir a partir de glucosa con un rendimiento máximo teórico de 1,5 mol mol -1 (nota complementaria 2, figura complementaria 1). Dado que el DHB se puede convertir en el análogo de metionina HMTB sin pérdida de carbono, la producción de metionina a través de DHB aumenta el rendimiento teórico en ∼ 100% en comparación con la biosíntesis convencional en un solo paso de metionina a partir de glucosa y sulfato, y en ∼ 30% en comparación con la biosíntesis de metionina a partir de glucosa y metanotiol 10.

La vía sintética del 2,4-dihidroxibutirato (DHB) está inspirada en la vía natural de la homoserina.

Dada la similitud estructural de los intermediarios de la vía de la homoserina y la DHB, identificamos tres enzimas de la vía de la homoserina como candidatos prototipo para el cribado y la ingeniería de la actividad enzimática en la vía de la DHB. Elegimos AK, codificado por lysC 17 y ASD, codificado por asd 18, desde E. coliy HSD, codificado por HOM6 (ref.19), desde Saccharomyces cerevisiae ya que las enzimas HSD en E. coli son enzimas bifuncionales con actividad AK asociada 20,21. Descubrimos que Ec-Asd solo tenía trazas de actividad en el sustrato sintético (kgato= 0,13 s −1 en malil-P versus 36 s −1 en aspartil-4-fosfato (aspartil-P), mientras que Ec-LysC y Sc-Hom6 no tenían actividad detectable en malato y semialdehído malato, respectivamente (Tabla complementaria 2 Complementaria Nota 3). Estos hallazgos indicaron que la viabilidad de la prevista de novo La vía sintética requirió la ingeniería de las tres actividades enzimáticas.

Ingeniería de la actividad de la malato quinasa

Primero nos propusimos diseñar la actividad de MK en aspartato quinasa III de E. coli (Ec-LysC). Las interacciones de unión del sustrato natural (L) -aspartato en el sitio activo de la enzima se revelan en la estructura cristalográfica de rayos X de 2,5 Å del complejo ternario abortivo dimérico de tipo salvaje LysC con (L) -aspartato y la reacción de Mg-ADP co -producto en estado R 22. El sustrato de aminoácido está anclado en su posición a través de interacciones mediadas por agua del grupo β-carboxilato con el ión metálico en Mg-ADP, y mediante las respectivas interacciones electrostáticas de puente salino del (L) -aspartato α-amino y α-carboxilato. grupos con grupos funcionales de cadena lateral enzimática cargados de Glu119 y Arg198 como se muestra en la Fig.2 complementaria. sitio activo.

(L) -Malato es un isóstero de (L) -aspartato en el que el grupo α-amino cargado positivamente se reemplaza por un grupo hidroxilo no cargado. Al igual que otros análogos estructurales (succinato y malonato) del (L) -aspartato que no contienen un grupo α-amino y que, por lo tanto, no pueden formar un puente salino con la cadena lateral de Glu119, el (L) -malato tiene Se ha informado que es un inhibidor competitivo débil de Ec-LysC con un KI de 53 mM (ref. 23). Estas observaciones sugieren que el (L) -malato se une de manera no productiva a la enzima de tipo salvaje en ausencia de energía de unión adicional proporcionada por la interacción del puente salino.

Para investigar el impacto de la sustitución de Glu119 por otros aminoácidos, llevamos a cabo mutagénesis de saturación en esta posición de residuo y analizamos las actividades enzimáticas de los mutantes resultantes. Con los mutantes Ec-LysC E119Q y Ec-LysC E119N, se pudo detectar actividad enzimática traza pero medible en (L) -malato, en los que el grupo carboxilato de cadena lateral Glu119 se reemplaza por un grupo carbamoílo no cargado (Tabla complementaria 3). Incrementos significativos de hasta 200 veces en el kgato/Kmetro Los valores de (L) -malato se obtuvieron en las variantes E119G, E119A, E119S y E119C con cadenas laterales más cortas en la posición del residuo 119 (Fig. 2a Tabla complementaria 3).

(a) Eficiencia catalítica (kgato/Kmetro) de aspartato quinasa de tipo salvaje y los mejores mutantes de malato quinasa en (L) -aspartato y (L) -malato. Los datos cinéticos provienen de la Tabla complementaria 3. Los resultados son la media de al menos dos experimentos biológicos replicados. Las barras de error corresponden a la desviación estándar de la media. (B) Eficiencias catalíticas (kgato/Kmetro) de LysC de tipo salvaje y el triple mutante V115A E119S E434V Lys C en (L) -aspartato y (L) -malato. Los datos cinéticos provienen de la Tabla complementaria 3. (C) Región del sitio activo en el modelo molecular del complejo del E. coli (Ec-LysC) E119S: doble mutante V115A con (L) -malato y Mg-ADP. Los átomos de carbono en ADP y (L) -malato están coloreados de púrpura. El ion Mg 2+ se representa como una esfera de relleno de espacio de color ocre, y las moléculas de agua que median las interacciones de unión como esferas amarillas. Las posiciones de los residuos enzimáticos en la biblioteca combinatoria para el cribado experimental de la actividad de la malato quinasa (Tabla complementaria 5) están resaltadas con átomos de carbono de color verde (o cian) según si (o no) se puede hacer contacto directo del residuo con (L) -malato en el modelo complejo. De lo contrario, los átomos se colorean según el tipo de elemento: otro carbono, nitrógeno gris, oxígeno azul, rojo y fósforo, naranja. Las interacciones de los enlaces de hidrógeno se muestran como vectores de línea discontinua que conectan las posiciones de los átomos pesados ​​donante y aceptor. El modelo se superpone a la estructura de rayos X del complejo enzimático de tipo salvaje en estado R con (L) -aspartato y Mg-ADP (código PDB 2j0w) a partir del cual se derivó como se describe en Métodos. Las representaciones difusas de la superficie molecular de los sitios activos de enzimas mutantes y de tipo salvaje se muestran respectivamente en verde y gris.

Para mejorar aún más la eficacia catalítica hacia (L) -malato, se emprendió la construcción de una pequeña biblioteca de mutantes combinatorios. El análisis de las interacciones de unión de Ec-LysC en el complejo experimental con (L) -aspartato permitió la selección de ocho posiciones de residuos de aminoácidos, incluida Glu 119, resaltada en la Fig.2 complementaria. De estas ocho posiciones, cinco hacen contacto directo con el El sustrato de (L) -aspartato (Ala40, Thr45, Glu119, Phe184 y Ser201) y otros tres (Val115, Thr195 y Thr359) se encuentran dentro de una segunda capa de residuos que no está en contacto directo con el sustrato. El diseño de la biblioteca, que se describe en la Nota complementaria 4, tuvo en cuenta la variación de la secuencia natural en la región del sitio activo de los homólogos de Ec-LysC y los resultados del rediseño computacional en nueve posiciones de residuos en las proximidades de la posición de residuos 119. Las restricciones impuestas al número de mutaciones permitidas en cada una de las ocho posiciones de residuos en la biblioteca limitaron su tamaño total a 2160 combinaciones teóricas posibles (Tabla complementaria 5). Se diseñó un protocolo de cribado miniaturizado (ver Métodos) para permitir la medición directa de la actividad de (L) -malato quinasa mediante una medición de punto final único con una precisión de ± 8% en placas de microtitulación. Para asegurar una cobertura adecuada del espacio de secuencia 24, se probaron 6.720 clones mediante este método, lo que condujo a la identificación de nueve variantes positivas que se confirmaron mediante ensayo enzimático de clones secuenciados y purificados individualmente. El mejor mutante Ec-LysC V115A: E119S: E434V exhibió un kgato/Kmetro valor de 0,82 s -1 mM -1 en (L) -malato, aproximadamente sólo dos veces menor que el de la enzima de tipo salvaje que actúa sobre el sustrato natural (L) -aspartato. Además, el mutante retuvo muy poca actividad hacia el (L) -aspartato, dando como resultado un cambio marcado en la especificidad de la enzima (Fig. 2b). Es de destacar que la posición de Glu434 en la superficie de la enzima no fue dirigida en la construcción de la biblioteca, pero se encontró inesperadamente una mutación E434V en el mejor mutante de malato quinasa. En la figura 2c se muestra un modelo molecular de (L) -malato unido en el sitio activo del complejo ternario con el doble mutante Ec-LysC V115A: E119S y Mg-ADP.

Para hacer que la enzima malato quinasa sea más eficiente para en vivo aplicaciones, probamos individualmente las mutaciones E250K, T344M, S345L y T352I previamente demostradas para aliviar la inhibición por retroalimentación por lisina en la enzima de tipo salvaje 25. Encontramos que todas estas mutaciones disminuyeron fuertemente el efecto inhibidor de la lisina sobre la actividad de la malato quinasa (Fig. 4 complementaria). Por tanto, se seleccionó el mutante cuádruple, Ec-LysC V115A: E119S: E250K: E434V para la implementación de la vía DHB.

Ingeniería de la actividad del malato semialdehído deshidrogenasa

La aspartato semialdehído deshidrogenasa de E. coli Se descubrió que la enzima (Ec-Asd) posee solo trazas de actividad sobre el malil-P en la dirección de la reacción reductora (biosintética) y sobre el malato semialdehído (MSA) en la reacción de fosforilación oxidativa inversa (Tabla complementaria 6). Primero buscamos diseñar una mayor actividad hacia la pareja de sustrato / producto malil-P / MSA a través de la mutagénesis dirigida al sitio de la enzima bacteriana Gram-negativa Ec-Asd. Los residuos del sitio activo implicados en la unión del semialdehído de aspartato (ASA) a Ec-Asd se han identificado previamente en una estructura cristalina de rayos X de un complejo covalente formado como el producto de reacción del ataque del grupo tiol Cys135 sobre el análogo del sustrato S-metilcisteína sulfóxido en presencia de NADP + (ref. 26). La unión de los grupos α-amino y α-carboxilato de ASA en el sitio activo Ec-Asd se produce mediante interacciones de puente salino con cadenas laterales de residuos Glu241 y Arg267 con carga opuesta. Esta disposición de puentes de sal es similar a la de los grupos α-amino y α-carboxilato del sustrato (L) -aspartato en el complejo con E. coli aspartato quinasa III (ref. 22) que cataliza el paso de reacción anterior en la ruta fisiológica. Se podría esperar que el grupo 2-OH en una pareja de sustrato / producto de malilo-P / MSA se uniera por hidrógeno con Glu241 en Ec-Asd, proporcionando así una unión de sustrato similar a la del derivado de sustrato natural en el complejo experimental. Sin embargo, la escasa actividad observada de Ec-Asd de tipo salvaje en MSA en comparación con ASA puede deberse en parte a una disminución de la afinidad de unión por un sustrato alternativo que lleva carga neta negativa. Reemplazo del residuo Glu241 conservado en el tipo salvaje E. coli Se esperaría entonces que la enzima por residuos con cadenas laterales no cargadas mejorara la afinidad de unión de MSA y redujera la de ASA.

Para probar esta hipótesis, se llevó a cabo la mutagénesis de saturación de Ec-Asd en la posición del residuo 241. Dado que el aspartil-P y el malil-P son moléculas muy inestables, la caracterización cinética inicial de las enzimas mutantes y de tipo salvaje se llevó a cabo en el sustrato de MSA. de la reacción inversa (fosforilación oxidativa). La enzima de tipo salvaje y los mutantes más prometedores (E241Q y E241C, ver Fig.5 complementaria) se caracterizaron cinéticamente en la dirección de la reacción biosintética (fisiológica) en ensayos de reacción enzimática acoplada, utilizando MK o AK para generar una en el lugar suministro de malil-P o aspartil-P según corresponda. Encontramos que la introducción de las mutaciones E241Q y E241C, respectivamente, mejoró la especificidad de la enzima en 71 y 17 veces a favor del sustrato de malilo-P (Fig. 3a). Sin embargo, el cambio en la especificidad se produjo por una marcada disminución de la actividad hacia el sustrato natural aspartil-P, en lugar de un aumento intrínseco de la actividad hacia el malilo-P (Fig. 3b, Tabla complementaria 6). Este resultado mostró, por un lado, que la interacción electrostática entre el Glu241 cargado negativamente y el grupo amino cargado positivamente del sustrato aspartil-P natural era un requisito importante para la actividad de tipo salvaje de esta enzima. Por otro lado, quedó claro que la actividad de MSD en Ec-Asd no podría incrementarse significativamente simplemente imponiendo interacciones polares más favorables entre el grupo α-hidroxilo de malilo-P y residuos alternativos de aminoácidos en la posición 241. El activo- En la Fig. 3c se muestra la región del sitio en una estructura modelada de un derivado de sustrato de MSA hemitioacetal putativo unido covalentemente a Cys135 en el mutante Ec-Asd E241Q (ver Métodos). La figura destaca las interacciones electrostáticas entre los residuos en el sitio activo de la enzima mutante y el intermedio de reacción MSA unido covalentemente.

(a) Especificidad (expresada como la proporción de actividad máxima sobre aspartil-P y malil-P) de las enzimas ASD de tipo salvaje y mutante de E. coli (CE), B. subtilis (Bs), y M. jannaschii (Mj). (B) Actividad de estas enzimas sobre aspartil-P y malil-P. Los resultados son la media de al menos dos experimentos biológicos replicados. Las barras de error corresponden a la desviación estándar de la media. (C) Intermedio de reacción covalente tetraédrico tetraédrico de semialdehído de malato hemitioacetal putativo unido a Cys135 en el sitio activo de un modelo construido por computadora de un mutante E241Q de E. coli complejo cuaternario de aspartato semialdehído deshidrogenasa (Ec-Asd) con coenzima NADP (H) unida no covalentemente y fosfato inorgánico (Pi). Los átomos de carbono en las representaciones en barra de los residuos enzimáticos, el intermedio de reacción MSA y la coenzima están coloreados respectivamente en gris, verde y cian. Otros átomos se muestran en azul (nitrógeno), rojo (oxígeno), amarillo (azufre) y naranja (fósforo). Las interacciones de los enlaces de hidrógeno se representan como vectores de línea discontinua.

En un intento por aumentar aún más la actividad de desfosforilación reductora de malilo-P, se examinaron ortólogos de la familia ASD de las ramas gramnegativas y filogenéticas de arqueas y hongos como plataformas alternativas de ingeniería enzimática. Los ASD de estas ramas filogenéticas se diferencian por la presencia de inserciones y deleciones estructurales características en la región del sitio de unión de la coenzima y en la interfaz de la subunidad del homodímero de la enzima. Aunque existe un alto grado de conservación de los grupos funcionales de residuos de aminoácidos dentro del núcleo del sitio activo, las identidades de secuencia compartidas de las enzimas de la familia ASD caen hasta un 10% (ref. 27). Esta variación estructural se correlaciona estrechamente con marcadas diferencias en la eficacia catalítica de la fosforilación oxidativa del ASA, que varía en dos órdenes de magnitud 28. La variación natural en la estructura y secuencia proporcionada por bacterias Gram-positivas y arquea Por lo tanto, los ASD pueden brindar oportunidades para modular las velocidades de reacción cinética de otra manera que no sea mediante la introducción de mutaciones adicionales en el sitio activo de la enzima.

Las actividades de los TEA de tipo salvaje y mutantes de la bacteria Gram-positiva Bacillus subtilis (Bs), que comparte un 26% de identidad de secuencia con Ec-Asd, y el Archaeon Methanocaldococcus jannaschii (Mj) que es un 21% idéntico a Ec-Asd, se ensayaron en aspartil-P y malil-P. Las actividades enzimáticas de Bs-Asd y Mj-Asd de tipo salvaje sobre malilo-P fueron aproximadamente tres veces más bajas que las observadas para Ec-Asd (Fig. 3b, Tabla complementaria 6). Sin embargo, por analogía con los efectos observados en Ec-Asd, la especificidad de reacción de estas enzimas mejora significativamente a favor de malilo-P cuando se mutan los residuos de glutamato del sitio activo conservados (Glu218 en Bs-Asd, Glu210 en Mj-Asd). a glutamina o cisteína. El mejor resultado se obtuvo para la enzima mutante Bs-Asd E218Q, que mostró una actividad casi ocho veces mayor sobre malilo-P, y un kgato valor de 0,31 s −1. Esto es comparable con la actividad de tipo salvaje de Mj-Asd hacia aspartil-P (kgato= 0,38 s −1). Sin embargo, es mucho más baja que la del tipo salvaje Bs-Asd (kgato = 14,5 s −1). El mecanismo de sitios alternos cinéticamente eficiente que opera en las formas bacterianas de ASD está ausente en Mj-ASD y otras arquea TEA 28,29. La comparación de los números de recambio relativos sugiere que la conversión de malilo-P en MSA catalizada por el mutante Bs-Asd E218Q también puede estar limitada por la velocidad de comunicación entre subunidades desacoplada. Teniendo en cuenta la pérdida de actividad sobre el sustrato natural, la especificidad de Bs-Asd E218Q se desplazó 650 veces hacia malilo-P (Fig. 3a, b Tabla complementaria 6). Por lo tanto, se eligió esta variante de enzima para la integración en la construcción de la ruta DHB.

Ingeniería de la actividad de la malato semialdehído reductasa

Habiendo encontrado homoserina deshidrogenasa de Saccharomyces cerevisiae (Sc-Hom6) para estar inactivo en MSA, buscamos identificar una plantilla de enzima alternativa para la ingeniería de la actividad de MSR. Realizamos un cribado experimental de la actividad reductasa de MSA en oxidorreductasas que actúan sobre sustratos estructuralmente similares a MSA (Tabla complementaria 7). Se detectó una actividad significativa de MSA reductasa para la aldehído reductasa de amplio rango, Ec-YqhD 30, de E. coli, metilbutiraldehído reductasa, Sc-Ypr1 (ref.31), de S. cerevisiae, 4-hidroxibutirato deshidrogenasa, Pg-4hbd 32,33, de Porphyromonas gingivalis, y la succínica semialdehído deshidrogenasa, Ms-Ssr 34, de Metallosphaera sedula. Entre las enzimas que eran activas en MSA, la succínica semialdehído reductasa dependiente de NADP + de Metallosphaera sedula 34 (Ms-Ssr) mostró la actividad específica más alta (4.0 μmol min -1 mg -1) y la mejor afinidad (1.1 mM). Sin embargo, su kgato/Kmetro El valor fue 112 veces menor que el de la enzima de referencia homoserina deshidrogenasa (Sc-Hom6) en la vía natural en aspartato semialdehído (Tabla complementaria 7, nota complementaria 5). Por lo tanto, se utilizó un enfoque de modelado molecular comparativo basado en la explotación de características estructurales y funcionales relacionales conservadas para mejorar la eficiencia catalítica de Ms-Ssr hacia MSA.

Ms-Ssr es una alcohol deshidrogenasa 34 dependiente de zinc que pertenece a la superfamilia 35 de la alcohol deshidrogenasa (ADH) deshidrogenasa / reductasa de cadena media (MDR) 35. Se construyó un modelo molecular del dímero Ms-Ssr en un complejo ternario con NADP + y (L) -2,4-dihidroxibutirato (DHB) usando los datos de coordenadas atómicas de estructuras de alcohol deshidrogenasa determinadas experimentalmente (ver Métodos). Las interacciones de unión del anión alcoholato DHB coordinado con zinc en la región del sitio activo se muestran en la Fig. 4a. Los principales contactos de los grupos DHB α-carboxilo y 2-hidroxilo en el modelo son con los residuos Gln108 y Asn305. La presencia de cadenas laterales voluminosas de Phe85 y Leu281 que recubren el bolsillo de unión del sustrato sugiere que la enzima Ms-Ssr tiene una preferencia intrínseca por sustratos de alcohol primario (no ramificado). El análisis estructural reveló además que la enzima emplea una vía de relevo de protones que es diferente de la vía arquetípica que está presente en la mayoría de las enzimas de la familia ADH, y que se considera menos eficiente 35,36,37 (Fig. 4b). La ingeniería de un sistema de relé de protones similar a ADH1E en Ms-Ssr, que comprende una histidina en la posición 43 y una arginina en la posición 39, se consideró, por tanto, un medio prometedor para mejorar directamente la actividad catalítica de Ms-Ssr.

(a) Región del sitio activo en un complejo modelado de ion alcoholato unido a zinc de ácido 2,4-dihidroxibutírico (DHB) con M. sedula succínico semialdehído reductasa (Ms-Ssr) y coenzima NADP +. Los átomos de carbono en las representaciones en barra de residuos enzimáticos, DHB y la coenzima están coloreados respectivamente en gris, verde y cian. Otros átomos están coloreados según el tipo de elemento: nitrógeno, oxígeno azul, azufre rojo, fósforo amarillo naranja. Las líneas discontinuas indican interacciones de enlaces de hidrógeno. El ion Zn 2+ se muestra como una esfera de relleno de espacio en gris. (B) Sistemas de relevo de protones alternativos que operan en homólogos de la enzima alcohólica deshidrogenasa (ADH1) y Ms-Ssr de hígado de caballo. La superposición muestra posiciones de residuos topológicamente equivalentes en el complejo modelado de Ms-Ssr y el ion alcoholato DHB unido a zinc (átomos de carbono de color gris) y la estructura cristalina de rayos X del complejo ternario mutante ADH1 F93W de hígado de caballo (código PDB 1axe) con inhibidor de NAD + y trifluoroetanol (ETF) (átomos de carbono en verde). Los transbordadores de relevo de protones en las dos enzimas se representan como vectores de conexión interatómicos de línea discontinua de color correspondientemente gris y verde. Otros átomos están coloreados según el tipo de elemento como en (a), con átomos de flúor en ETF mostrados adicionalmente en púrpura.El relé de protones de tipo salvaje Ms-Ssr se puede intercambiar con la lanzadera ADH1 arquetípica en el mutante doble Ms-Ssr H39R: N43H. (C) Parámetros cinéticos para mutantes Ms-Ssr en semialdehído succínico (SSA) y málico (MSA). Los resultados son la media de al menos tres experimentos repetidos. Las barras de error corresponden al s.d.

El doble mutante Ms-Ssr H39R: N43H exhibió una eficiencia catalítica aproximadamente cuatro veces mayor en MSA en comparación con la enzima de tipo salvaje, pero aún conservaba una fuerte preferencia por SSA sobre MSA (Fig. 4c, Tabla complementaria 8). Sin embargo, SSA se produce en E. coli sólo en condiciones extremas de estrés ácido, y su suministro se puede interrumpir eliminando las descarboxilasas de glutamato GadA y GadB 38. Por lo tanto, no se consideró que la competencia potencial entre SSA y MSA fuera un impedimento significativo para la biosíntesis eficiente de DHB, por lo que se eligió la enzima Ms-Ssr H39R: N43H para su incorporación en la ruta de DHB.

La ingeniería metabólica mínima permite la biosíntesis de DHB

Para asegurar la expresión funcional de la vía DHB, ensamblamos un operón sintético en el plásmido 39 pACT3 con número de copia medio, que expresaba los tres genes que codifican las mejores enzimas de la vía DHB (MK: Ec-LysC V115A: E119S: E250K: E434V, MSD: Bs-Asd E218Q, MSR: Ms-Ssr H39R: N43H) bajo el control del promotor tac inducible. El plásmido pDHB resultante se transformó en el tipo salvaje E. coli Cepa MG1655 y produjo 60 mg l -1 de DHB después de 24 h de cultivo en matraz de agitación en medio mineral de glucosa. La cepa de control de tipo salvaje que expresó las enzimas de la ruta de homoserina correspondientes (AK resistente a lisina: LysC E250K, ASD: Ec-Asd, HSD: Sc-Hom6) no produjo cantidades detectables de DHB (Fig. 5 Tabla complementaria 9). Estos resultados indicaron que se puede lograr la producción celular de DHB a través de la vía sintética, y nos propusimos aumentar la producción de DHB mediante ingeniería metabólica de la cepa huésped y mediante la optimización del sistema de expresión.

Las células se cultivaron en matraces de agitación en medio mineral que contenía 20 g por l de glucosa. Los valores corresponden a concentraciones después de 24 h de cultivo. Las barras de error representan STDV de al menos dos experimentos repetidos. Todas las cepas se derivaron de E. coli K-12 substr. MG1655. Todos los plásmidos se derivaron del plásmido de número de copias medio pACT3. pHOM expresa los genes que codifican las enzimas de la vía de la homoserina AK: Ec-LysC E250K, ASD: Ec-Asd, HSD: Sc-Hom6. pDHB expresa los genes que codifican las enzimas de la ruta DHB MK: Ec-LysC V115A: E119S: E250K: E434V, MSD: Bs-Asd E218Q, MSR: Ms-Ssr H39R: N43H. pDHB-ppc * expresa adicionalmente la Ppc mutante de PEP carboxilasa insensible al malatoK620S. pDHBopt-ppc * tiene sitios de unión de ribosomas optimizados frente a cada gen de la ruta de DHB. pDHBopt-ppc * (Ec-asd *) y pDHBopt-ppc * (Mj-asd *) expresan, respectivamente, el Ec-AsdE241Q o Mj-AsdE210Q enzimas mutantes en lugar de Bs-AsdE218Q.

La cepa productora de DHB acumuló un 50% más de acetato que la cepa de control (Fig. 5). Por lo tanto, primero probamos si la producción de DHB podría incrementarse inactivando la piruvato oxidasa (PoxB) 40, o las vías de acetato 41 dependientes de acetato quinasa / fosfato acetiltransferasa (AckA-Pta). La supresión de poxB y ackA-pta solo o en combinación redujo significativamente la producción de acetato (Fig. 5). La producción de DHB después de 24 h aumentó a 0,3 g l -1 y 0,4 g l -1 en el ΔackA-pta y ΔpoxB mutantes, respectivamente. La deleción de ambas vías de acetato no mejoró más el rendimiento de la cepa y produjo 0,27 g l-1 de DHB (Fig. 5, Tabla complementaria 9). Además, la conversión de malato en DHB por la vía sintética reduce la regeneración de oxaloacetato a través del ciclo de Krebs. Por tanto, el desequilibrio resultante entre la producción de oxalacetato y acetil-CoA puede haber conducido a la conversión del exceso de acetil-CoA en acetato. Para aumentar la disponibilidad de oxalacetato, sobreexpresamos la enzima fosfoenolpiruvato carboxilasa anaplerótica (Ppc). Para prevenir la inhibición de la actividad de Ppc por aspartato o malato 42, empleamos el mutante Ppc K620S que es insensible a la inhibición por retroalimentación por los dos compuestos 43 y clonamos el gen correspondiente en el operón DHB dando como resultado el plásmido pDHB-ppc *. Cuando este plásmido se expresó en una cepa de tipo salvaje, se produjo 1 l de DHB después de 24 h de cultivo y sólo se detectaron trazas de acetato (Fig. 5). Este resultado da peso a la idea de que un desequilibrio estequiométrico entre la producción de oxalacetato y acetil-CoA fue de hecho la principal causa del aumento de la producción de acetato en las células que expresan el plásmido pDHB.

Para mejorar la expresión de las enzimas de la vía DHB, se optimizaron sus sitios de unión de ribosomas individuales (RBS) 44. El operón con secuencias de RBS optimizadas se ensambló mediante PCR de fusión y se clonó aguas abajo del ppcK620S Se ha informado previamente que el gen cuyo RBS no se modificó desde la sobreexpresión moderada de Ppc es más beneficioso para la producción de ácidos C4 derivados del ciclo de Krebs que maximizar la actividad de Ppc 45,46,47. Cuando el pDHB optimizadooptarEl plásmido -ppc * se expresó en una cepa de tipo salvaje, observamos la acumulación de 1.8 g l -1 DHB después de 24 h de cultivo, correspondiente a un rendimiento molar de 0.15 (Fig. 5 Tabla complementaria 9). Esta mejora de casi el doble se puede atribuir a un aumento significativo de las actividades de MK y MSD, mientras que las actividades de Ppc y MSA reductasa permanecieron casi sin cambios tras la expresión del nuevo plásmido (Tabla complementaria 10). La expresión del plásmido optimizado en los mutantes de la ruta del acetato no aumentó más la producción de DHB (Tabla complementaria 9), de acuerdo con la ausencia de acumulación de acetato en las cepas productoras de DHB. Además, la síntesis de DHB se redujo a ∼ 0,7 g l -1 cuando se aplicaron Mj-Asd E210Q o Ec-Asd E241Q como enzima MSD, lo que indica que la superior in vitro El rendimiento de Bs-Asd E218Q también se traduce en la mejor producción celular de DHB (Fig. 5). Tomados en conjunto, nuestros resultados muestran que la sobreexpresión de la actividad anaplerótica de Ppc es un factor clave para permitir la producción celular de DHB, y que aumentar la actividad de MSD apenas medible es un requisito importante para mejorar aún más los niveles de producción de DHB.


Las mitocondrias oxidan los sustratos para generar el ATP que alimenta la contracción y la locomoción de los músculos. Esta revisión se centra en tres pasos en la fosforilación oxidativa que tienen funciones independientes en el establecimiento del flujo de ATP mitocondrial general y, por lo tanto, tienen un impacto directo en la locomoción. La primera es la cadena de transporte de electrones, que marca el ritmo de la oxidación. Nuevos estudios indican que la capacidad de la cadena de transporte de electrones por mitocondria disminuye con la edad y la enfermedad, pero puede revivirse con tratamientos tanto agudos como crónicos. La mayor producción de ATP resultante se refleja en una mejor producción de potencia muscular y rendimiento locomotor. El segundo paso es el acoplamiento del suministro de ATP de O2 captación (eficiencia de acoplamiento mitocondrial). Los tratamientos que elevan el acoplamiento mitocondrial aumentan tanto la eficiencia del ejercicio como la capacidad de ejercicio sostenido en músculos jóvenes y viejos. El paso final es la síntesis de ATP en sí, que está bajo control dinámico en múltiples sitios para proporcionar el rango de 50 veces el flujo de ATP entre el músculo en reposo y el ejercicio en la capacidad mitocondrial. Por lo tanto, la maleabilidad en los sitios de estos subsistemas de fosforilación oxidativa tiene un impacto en el flujo de ATP, con efectos directos en el rendimiento del ejercicio. Están surgiendo intervenciones que se dirigen a estos tres subsistemas independientes para proporcionar muchas vías para mejorar el flujo de ATP y elevar el rendimiento muscular perdido por la inactividad, la edad o la enfermedad.

Las mitocondrias son las centrales eléctricas de los tejidos biológicos. En los músculos, relacionan la oxidación de sustratos con la fosforilación que genera ATP. Las fibras contráctiles luego usan ATP para generar fuerza y ​​movimiento. El papel de las mitocondrias como sumidero terminal de O2 en el sistema respiratorio que establece el límite al máximo de O2 la captación a nivel muscular está bien establecida (Weibel et al., 1991). También es clara una vía causal que vincula esta oxidación con la fosforilación que genera ATP para impulsar la producción de fuerza muscular y el rendimiento del ejercicio. Sin embargo, menos claro es el papel directo que juegan las mitocondrias en el establecimiento de límites al rendimiento del ejercicio. Algunos estudios han hecho esta conexión en sujetos humanos utilizando experimentos de entrenamiento físico, que son bien conocidos por aumentar la capacidad de suministro de ATP (Jubrias et al., 2001) y la densidad de volumen mitocondrial (Hoppeler et al., 1985). Estos estudios muestran que un aumento directo en el rendimiento muscular es el resultado de una mayor capacidad de suministro de energía después del entrenamiento de resistencia. Por lo tanto, las mitocondrias proporcionan el puente entre las vías que suministran oxígeno y la síntesis de ATP que alimenta la contracción muscular y el rendimiento del ejercicio.

Un camino para elevar el suministro de ATP para mejorar el rendimiento del ejercicio es aumentar el contenido mitocondrial del músculo, como se encuentra típicamente en el entrenamiento de resistencia de sujetos jóvenes (Hoppeler et al., 1985). Un segundo camino es mejorar la capacidad de generación de ATP por mitocondria dirigiéndose a los procesos subyacentes al suministro de ATP. Uno de esos mecanismos es el acoplamiento de la oxidación a la fosforilación (eficiencia de acoplamiento mitocondrial), que puede mejorarse para elevar la generación de ATP por O2 consumo. Un ejemplo de esta mejora es el efecto agudo del nitrato en la dieta sobre la eficiencia del acoplamiento mitocondrial, con efectos directos sobre la eficiencia del ejercicio en humanos (Jones, 2014 Larsen et al., 2007). El nitrato libre se libera en la célula muscular al beber jugo de remolacha y actúa a través de la vía del óxido nitroso para elevar la síntesis de ATP mitocondrial por O2 absorción (a menudo expresada dividida por 2 para obtener el término bioquímico de P / O). Después de beber jugo de remolacha, los sujetos humanos que mostraron el mayor aumento en P / O tuvieron una eficiencia de ejercicio correspondientemente elevada (producción de potencia de la pierna por O2 absorción) en un cicloergómetro (Larsen et al., 2007). Este vínculo entre la eficiencia mitocondrial y del ejercicio es la respuesta predicha basada en la conexión termodinámica entre estos procesos (Whipp y Wasserman, 1969). Por tanto, es posible ajustar los procesos subyacentes en la fosforilación oxidativa para mejorar el rendimiento del ejercicio.

Un segundo ejemplo de la maleabilidad de la fosforilación oxidativa proviene del rápido efecto de un antioxidante dirigido a la mitocondria, SS-31, sobre la capacidad de las mitocondrias para generar ATP. Una infusión de SS-31 durante 1 hora en ratones viejos aumentó la P / O en un 50% pero duplicó la capacidad de fosforilación (ATPmax) en vivo en los músculos de las patas traseras (Siegel et al., 2013). Este mayor aumento de ATPmax que en P / O implica no solo una mejora en la eficiencia de acoplamiento mitocondrial sino también un rápido aumento en la capacidad de flujo de la cadena de transporte de electrones (ETC) (O2 capacidad de absorción). Se cree que el mecanismo para este aumento en la capacidad de flujo ETC es la estabilización de la cardiolipina en la membrana mitocondrial interna, restaurando así un puente clave en el flujo de electrones a través del ETC (Birk et al., 2014 Szeto, 2014). Estos tratamientos demuestran que hay muchos sitios en la fosforilación oxidativa que son objetivos potenciales para el tratamiento para mejorar la función mitocondrial. Lo que es notable sobre el jugo de remolacha y el SS-31 es su velocidad de acción para aumentar la capacidad de suministro de ATP y el rendimiento del ejercicio (¡1 h!). Por el contrario, se necesitan muchos meses de entrenamiento físico para lograr el mismo objetivo (Jubrias et al., 2001). Por lo tanto, múltiples sitios en la fosforilación oxidativa tienen el potencial de elevar el suministro de energía y el rendimiento del ejercicio, muy rápidamente con algunos tratamientos, sin aumentar la reserva mitocondrial.

En esta revisión, evalúo los tres pasos principales en la fosforilación oxidativa para determinar la maleabilidad (Fig. 1) (Nicholls y Ferguson, 2002) que pueden mejorar el rendimiento del ejercicio. El primer paso es el ETC, que oxida NADH para bombear H + para generar una fuerza motriz de protones a través de la membrana mitocondrial interna. El segundo paso utiliza la fuerza motriz del protón para impulsar la fosforilación a través de la F1F0-ATP sintasa. El tercer paso implica cortocircuitar el gradiente de H + a través de una serie de procesos que filtran H + a través de la membrana mitocondrial interna, evitando así la fosforilación. Mi objetivo es evaluar cómo cada paso contribuye a la producción de ATP y, por lo tanto, tiene un impacto en el rendimiento del ejercicio. La emocionante implicación de estos conocimientos es que las mitocondrias tienen múltiples sitios de maleabilidad que proporcionan objetivos para optimizar la función para mejorar el flujo de ATP y elevar el rendimiento del ejercicio muscular tanto en estados sanos como enfermos.


Materiales y métodos

Líneas celulares y condiciones de cultivo

Las células epiteliales de riñón bebé inmortalizadas (iBMK) se generaron como se describió anteriormente (Degenhardt et al, 2002). Brevemente, las células epiteliales de riñón primarias de ratones con doble deficiencia de Bax y Bak (Bax - / - / Bak - / -) fueron inmortalizadas por E1A y expresión de p53 dominante-negativa (Degenhardt et al, 2002 Mathew et al, 2008). Células iBMK que expresan H-Ras V12G oncogénico humano o myr-Akt se derivaron por electroporación con pcDNA1.H-Ras V12G (Lin et al, 1995) o pcDNA3.myr-Akt (Plas et al, 2001), respectivamente, seguido de la selección con zeocina. Las líneas celulares resultantes se cultivaron en medio águila modificado de Dulbecco (DMEM) sin piruvato (Cellgro), complementado con suero bovino fetal dializado al 10% (HyClone) en todos los experimentos de metabolómica. Para los experimentos de normoxia, las células se cultivan en una incubadora que contiene 5% de CO2 y oxígeno ambiental a 37 ° C. Para los experimentos de hipoxia, las células se cultivan y todos los experimentos se completan dentro de una caja de guantes de hipoxia (Coy Lab) que contiene 1% de oxígeno y 5% de CO2 a 37 ° C. Para los experimentos de marcaje, se preparó medio a partir de DMEM sin glucosa ni glutamina (Cellgro), con la forma isotópica deseada de glucosa y / o glutamina añadida a una concentración final de 4,5 g / l de glucosa y 0,584 g / l de glutamina. Los experimentos a corto plazo (por ejemplo, la absorción de nutrientes y el perfil de flujo cinético) se llevaron a cabo con una confluencia del 70 al 80% para los experimentos de etiquetado a más largo plazo, la confluencia varió a medida que las células se multiplicaron.

Medidas de tipo de cambio

Se recolectaron muestras de medios en varios momentos. La glucosa, la glutamina y el lactato se midieron mediante un ensayo enzimático con detección electroquímica en un instrumento YSI7200 (YSI, Yellow Springs, OH). La alanina y el piruvato se midieron mediante LC-MS. El consumo de oxígeno se midió utilizando un analizador de flujo Seahorse XF24 (Seahorse Bioscience, North Billerica, MA). Para medir la absorción de oxígeno en la hipoxia, el instrumento Seahorse se colocó en la cámara de hipoxia con oxígeno al 1%. Para sondear la fracción de consumo de oxígeno, que se acopla efectivamente con la cadena de transporte de electrones, medimos la tasa de consumo de oxígeno cuando las células se trataron con un inhibidor de la cadena de transporte de electrones, la antimicina A. Observamos que ∼80% del consumo de oxígeno en los estudios estudiados Las líneas celulares y las condiciones de crecimiento se utilizaron para la fosforilación oxidativa.

Experimentos metabolómicos y análisis LC-MS

Para todos los experimentos metabolómicos y de trazadores de isótopos, el metabolismo se detuvo y los metabolitos se extrajeron aspirando rápidamente el medio y añadiendo inmediatamente una solución de extracción de 80:20 metanol: agua a -80 ° C.

Las muestras se analizaron utilizando múltiples sistemas LC-MS (cada uno de Thermo Scientific y alimentados por ionización por electropulverización), como se describió anteriormente (Munger et al, 2008 Limones et al, 2010 Lu et al, 2010). En resumen, un espectrómetro de masas orbitrap independiente (Exactive) que funciona en modo de iones negativos se acopló a la cromatografía de emparejamiento de iones de fase inversa y se utilizó para escanear desde m / z 85-1000 a 1 Hz y 100000 de resolución, un espectrómetro de masas de triple cuadrupolo TSQ Quantum Ultra que funciona en modo de iones positivos se acopló a una cromatografía de interacción hidrófila en una columna de aminopropilo y se utilizó para analizar compuestos seleccionados mediante la monitorización de reacciones múltiples y un TSQ Quantum Discovery El espectrómetro de masas de triple cuadrupolo que funcionaba en modo de iones negativos se acopló a la cromatografía de apareamiento de iones de fase inversa y se usó para analizar compuestos seleccionados mediante la monitorización de reacciones múltiples. Los datos se analizaron utilizando el paquete de software MAVEN (Melamud et al, 2010). Los resultados se ajustan para la abundancia natural de 13 C y la impureza de enriquecimiento del sustrato marcado suministrado a las células.

Los niveles absolutos de metabolitos se cuantificaron como se describió previamente (Bennett et al, 2008) y normalizado por volumen de células empaquetadas.

De novo tasa de síntesis de serina

Para cuantificar la velocidad de síntesis de serina, las células se cultivaron en medio DMEM que contenía U-13 C-serina. El patrón de marcaje en estado estacionario de 3-fosfoglicerato, serina y glicina intracelular se midió extrayendo metabolitos después de lavar tres veces con PBS helado. El 3-fosfoglicerato marcado nunca se observó, lo que confirma que el flujo de la vía de síntesis de serina inversa es insignificante. La glicina se observó en dos formas: sin etiquetar y M + 2 (cuyas fracciones relativas se denominan G0 y G2 debajo). La serina se observó en cuatro formas: sin etiquetar, M + 1, M + 2 y M + 3, con fracciones S0, S1, S2, S3, respectivamente. Estas formas surgen a través de de novo síntesis a partir de 3-fosfoglicerato (que se obtiene sin marcar a través de F1, consulte la Figura complementaria 9), absorción de los medios (que genera M + 3 a través de F2) y flujo de SHMT inverso a partir de glicina (que genera todas las formas posibles, dependiendo del etiquetado de glicina y metileno -Grupo metilo THF, vía F3). La fracción de metileno-THF con la unidad reactiva de un carbono sin etiquetar se denota T0 y el etiquetado en la unidad de un carbono se denota T1. También medimos el flujo neto de absorción de serina F2 controlando el cambio de concentración de serina en el medio.

En estado estacionario isotópico, las ecuaciones de equilibrio para las cuatro formas de etiquetado de serina se pueden formular de la siguiente manera:


Resultados

Descubriendo motifADE. La identificación sistemática de factores de transcripción involucrados en procesos biológicos en mamíferos sigue siendo un problema en gran parte sin resolver (17). Un enfoque prometedor relaciona los perfiles de expresión de todo el genoma con las secuencias promotoras para descubrir influyentes cis motivos (18 & # x0201321). Dichos métodos han producido resultados impresionantes en organismos simples como la levadura, pero ha sido un desafío extender estos algoritmos a genomas de mamíferos, donde las regiones intergénicas son grandes, la anotación de la estructura genética es imperfecta y la secuencia de ADN puede ser muy repetitiva.La mayoría de estos métodos buscan motivos por comparación con un modelo de fondo fijo de composición de nucleótidos (que no representa las fluctuaciones observadas en genomas grandes) o por comparación entre dos conjuntos de genes (que es probable que capture solo diferencias muy marcadas). Además, muchos de estos métodos asumen que los datos de expresión se distribuyen normalmente, lo que no siempre es cierto.

Para superar algunos de estos obstáculos, diseñamos una estrategia simple y no paramétrica para identificar motifADE (Fig.1A ). El algoritmo consta de tres pasos: (I) clasificación de genes en función de la expresión diferencial entre dos condiciones (ii) dado un motivo candidato, identificando el subconjunto de genes cuyas regiones promotoras contienen el motivo y (iii) probando por medio de un estadístico de suma de rango no paramétrico si estos genes tienden a aparecer en la parte superior o inferior de la lista clasificada (indicando asociación) o si están distribuidos aleatoriamente en la lista. motifADE se puede aplicar a un motivo de interés candidato específico o a la lista de todos los motivos posibles de un tamaño dado (en cuyo caso el nivel de significación debe ajustarse para reflejar la prueba de múltiples hipótesis). Al utilizar un procedimiento de puntuación no paramétrico, no hacemos suposiciones sobre la distribución de los datos de la expresión. Además, al considerar toda la lista ordenada por rango, los promotores sin el motivo proporcionan implícitamente un trasfondo de la composición del ADN para la comparación, y no hay necesidad de demarcar o agrupar un grupo de genes para que respondan. puede operar en una base de datos de promotores tradicional o incluso en una base de datos de promotores que han sido enmascarados en base a la conservación evolutiva.

Descripción esquemática de motifADE y aplicación al curso de tiempo PGC-1 & # x003b1. (A) La estrategia motifADE. Comienza con una lista de genes ordenados sobre la base de la expresión diferencial en dos condiciones. Luego, cada gen se anota para la presencia de un motivo dado en la región promotora. Se utiliza una estadística no paramétrica para evaluar si los genes con el motivo tienden a ocupar un lugar destacado en esta lista. En este ejemplo, los genes con Motivo 1 se distribuyen aleatoriamente en la lista, mientras que los genes con Motivo 2 tienden a tener una clasificación alta, lo que sugiere una asociación entre Motivo 2 y la expresión diferencial. (B) Se infectaron células C2C12 con un adenovirus que expresaba GFP (control) o con PGC-1 & # x003b1 y se perfilaron durante un período de 3 días. Los experimentos se realizaron por duplicado y se muestran las medidas de expresión génica relativa. Los genes se clasifican de acuerdo con la diferencia de expresión entre PGC-1 & # x003b1 y GFP el día 3. Genes de ratón que tienen un motivo Err & # x003b1 perfecto (5 & # x02032-TGACCTTG-3 & # x02032), un motivo perfecto de Gabpa / b (5 & # x02032-CTTCCG-3 & # x02032), o ambos motivos están etiquetados con una barra negra en el lado derecho del correlograma.

Los sitios de unión para Err & # x003b1 y Gabpa son los motivos de mayor puntuación asociados con el programa transcripcional PGC-1 & # x003b1. Para identificar motivos relacionados con la acción de PGC-1 & # x003b1, infectamos células musculares C2C12 de ratón con un adenovirus que expresaba PGC-1 & # x003b1 y obtuvimos perfiles de expresión génica para 12.488 genes a los 0, 1, 2 y 3 días después de la infección. Encontramos 649 genes que fueron inducidos al menos 1,5 veces (nominal PAG & # x0003c 0,05) en el día 3. Como era de esperar, estos genes se enriquecieron con genes implicados en el metabolismo de los carbohidratos y la mitocondria (1). Curiosamente, también se inducen muchos genes implicados en la síntesis de proteínas (términos de ontología genética: biosíntesis de proteínas, ribosoma mitocondrial y ribosoma).

A continuación, aplicamos motifADE para estudiar los 5.034 genes de ratón para los que tenemos medidas de expresión génica, así como anotaciones fiables del TSS. Para cada gen, la región objetivo se definió como una región de 2 kb centrada en el TSS. Luego probamos todo lo posible k-mers que varían en tamaño desde k = 6 a k = 9 nucleótidos para asociación con expresión diferencial en cada uno de los 3 días del transcurso del tiempo. Un total de 20 motivos lograron una alta significación estadística (PAG & # x0003c 0,001, después de la corrección de Bonferroni para pruebas de hipótesis múltiples) y estos estaban relacionados casi exclusivamente con dos motivos distintos (Tabla 1 y Tabla 2, que se publica como información de apoyo en el sitio web de PNAS). El primer motivo, 5 & # x02032-TGACCTTG-3 & # x02032 fue significativo en los días 1, 2 y 3 (ajustado PAG = 2.1 & # x000d7 10-6, 2.9 & # x000d7 10-9 y 7.7 & # x000d7 10-7, respectivamente). Corresponde al sitio de unión publicado para el receptor nuclear huérfano Err & # x003b1 (22), que se sabe que es capaz de ser coactivado por PGC-1 & # x003b1 y -1 & # x003b2 (23 & # x0201325). los ErrarSe sabe que el gen & # x003b1 está involucrado en los procesos metabólicos, según estudios que muestran que los ratones knockout tienen un peso corporal reducido y tejido graso periférico, así como una expresión alterada de genes involucrados en las vías metabólicas (26). El segundo motivo es 5 & # x02032-CTTCCG-3 & # x02032 (ajustado PAG = 8,9 & # x000d7 10-9), que es el motivo de mayor puntuación en el día 3. Corresponde al sitio de unión publicado para Gabpa (27), que forma complejos con Gabpb (15) para formar el heterodímero, factor respiratorio nuclear- 2 (NRF-2), un factor conocido por regular la expresión de algunos genes OXPHOS (28). Curiosamente, los complementos inversos de estos motivos no puntuaron tan bien, lo que sugiere una preferencia por la orientación de estos motivos, y algunas apariciones de los motivos se encontraron aguas abajo del TSS. Mientras que cada uno de estos motivos está asociado individualmente con PGC-1 & # x003b1, nuestros análisis sugieren que un gen que tiene ambos motivos normalmente ocupa un lugar más alto en la lista de genes expresados ​​diferencialmente que los genes con solo uno de los motivos (Fig.6, que se publica como información de apoyo en el sitio web de PNAS), lo que sugiere que los dos motivos podrían tener un efecto aditivo o sinérgico.

Tabla 1.

Día Motivo Frecuencia Nominal PAG valor Equilibrado PAG valor Anotación Árbitro.
1 TGACCTTG 0.07 3.15 & # x000d7 10-11 2.06 & # x000d7 10 -6 Err & # x003b1 22
TGACCTTGA 0.02 4.59 & # x000d7 10-10 1,20 & # x000d7 10 -4 Err & # x003b1
2 TGACCTTG 0.07 4.44 & # x000d7 10-14 2.91 & # x000d7 10 -9 Err & # x003b1 22
TGACCTT 0.16 3.62 & # x000d7 10-12 5.93 & # x000d7 10 -8 Err & # x003b1
TGACCT 0.45 1,46 & # x000d7 10-11 5.97 & # x000d7 10 -8 NR medio sitio 34
GACCTTG 0.16 7,92 & # x000d7 10-11 1.30 & # x000d7 10 -6 Err & # x003b1
GACCTT 0.41 1,42 & # x000d7 10 -9 5.81 & # x000d7 10 -6 Err & # x003b1
TTGACC 0.27 2,42 & # x000d7 10 -7 9,92 & # x000d7 10 -4 Err & # x003b1
3 CTTCCG 0.33 2.19 & # x000d7 10-12 8,97 & # x000d7 10 -9 Gabpa 35
TGACCTTG 0.07 1,17 & # x000d7 10-11 7.66 & # x000d7 10 -7 Err & # x003b1 22
TGACCTT 0.16 1.23 & # x000d7 10-10 2.02 & # x000d7 10 -6 Err & # x003b1
CCCGCC 0.54 2.04 & # x000d7 10 -8 8.36 & # x000d7 10-5
GCGGCG 0.43 3,78 & # x000d7 10 -8 1,55 & # x000d7 10 -4
AGGTCA 0.42 3.90 & # x000d7 10 -8 1,60 & # x000d7 10 -4 NR medio sitio 34
CTTCCGG 0.16 1.95 & # x000d7 10 -8 3.19 & # x000d7 10 -4 Gabpa
TTCCGG 0.31 1.09 & # x000d7 10 -7 4.46 & # x000d7 10 -4 Gabpa
GGGGCG 0.54 1,24 & # x000d7 10 -7 5.08 & # x000d7 10 -4
TTCCGCT 0.07 3.30 & # x000d7 10 -6 5.41 & # x000d7 10 -4 Gabpa
GCCGGC 0.42 1.57 & # x000d7 10 -7 6.44 & # x000d7 10 -4
ACTTCCG 0.09 5.11 & # x000d7 10 -8 8.38 & # x000d7 10 -4 Gabpa

motiFADE se realizó utilizando la base de datos de promotores de ratón en cada uno de los días 1, 2 y 3. Todos los motivos lograron una corrección de Bonferroni PAG Se muestran los valores & # x0003c 1 & # x000d7 10-3. Se indican las anotaciones del motivo y las referencias bibliográficas, cuando están disponibles. NR, receptor nuclear.

Los motivos Err & # x003b1 y Gabpa se conservan y enriquecen evolutivamente en sentido ascendente de los genes OXPHOS. A continuación, repetimos el análisis de motifADE utilizando una base de datos de promotores & # x0201cmasked & # x0201d (Tabla 3, que se publica como información de apoyo en el sitio web de PNAS). Todavía consideramos los 2.000 pares de bases centrados en el TSS, pero solo consideramos los nucleótidos alineados y conservados entre el ratón y el humano. Aún así, los motivos de mayor rango en los días 1 y 3 estaban relacionados con Err & # x003b1 (ajustado PAG = 4,8 & # x000d7 10 -6, PAG = 1.2 & # x000d7 10-11, respectivamente) y a Gabpa (día 3 PAG = 3,1 & # x000d7 10-11), proporcionando apoyo adicional de que estos motivos son biológicamente relevantes.

Los motivos Err & # x003b1 y Gabpa están particularmente enriquecidos corriente arriba de un subconjunto corregulado de genes OXPHOS, que presentan una expresión reducida en la diabetes humana (5, 6). Mientras que el motivo Err & # x003b1 de puntuación más alta (5 & # x02032-TGACCTTG-3 & # x02032 o su complemento inverso) solo ocurre en el 12% de los promotores en la base de datos, en el 29% de los genes sensibles a PGC (es decir, esos genes inducidos al menos 1,5 veces el día 3), y en el 27% de los genes mitocondriales, se encuentran en el 52% del subconjunto corregulado de genes OXPHOS (importancia del enriquecimiento, PAG = 1 & # x000d7 10 -4). Aproximadamente la mitad de estos sitios están perfectamente conservados en la región sinténica en humanos (datos no mostrados). Sin embargo, los sitios de unión a Gabpa de mayor puntuación (5 & # x02032-CTTCCG-3 & # x02032 o su complemento inverso) son mucho más comunes (62% de todos los promotores de la base de datos y en 79% de los genes sensibles a PGC), sin embargo, también muestran un enriquecimiento significativo en el subconjunto corregulado de genes OXPHOS (89%, PAG = 0.02).

Err & # x003b1 y Gabpa son ellos mismos inducidos por PGC-1 & # x003b1. Los resultados anteriores sugieren que Err & # x003b1 y Gabpa pueden ser los factores transcripcionales clave que median la acción de PGC-1 & # x003b1 en el músculo. A este respecto, es notable que, según los datos de microarrays, tanto Err & # x003b1 como Gabpa son inducidos & # x022482 veces (PAG & # x0003c 0.01) el día 1 después de la expresión de PGC-1 & # x003b1, lo cual es consistente con estudios previos (2, 23). Además, un análisis cuidadoso de la Errar& # x003b1 y Gabpa Los genes sugieren que cada uno de ellos contiene sitios de unión potenciales para ambos factores de transcripción en la vecindad de sus promotores. los ErrarEl gen & # x003b1 tiene el motivo Err & # x003b1, así como una variante conservada del sitio de unión a Gabpa (27) corriente arriba del TSS, mientras que el Gabpa El gen tiene un sitio Err & # x003b1 corriente arriba del TSS y una variante conservada del sitio de unión a Gabpa en su primer intrón. Estos resultados plantean la posibilidad de que Err & # x003b1 y Gabpa puedan regular su propia expresión y la del otro.

Un interruptor transcripcional que impulsa la biogénesis mitocondrial. En conjunto, el análisis sistemático del programa transcripcional impulsado por PGC-1 & # x003b1 en el músculo esquelético sugiere un modelo (Fig.2) en el que los aumentos en los niveles de proteína PGC-1 & # x003b1 dan como resultado una mayor actividad transcripcional de Gabpa y Err & # x003b1 sobre sus propios promotores, lo que lleva a un aumento estable de la expresión de estos dos factores mediante un bucle de retroalimentación doble positiva. Estos dos factores, quizás en combinación con PGC-1 & # x003b1, son cruciales en la inducción de genes diana aguas abajo, muchos de los cuales tienen sitios de unión para estos motivos (Fig. 2). Dicho circuito puede servir como un interruptor regulador, análogo a un circuito de alimentación hacia adelante que juega un papel clave en las primeras etapas del desarrollo endomesodérmico en el erizo de mar (29).

Modelo propuesto de mecanismo de acción de PGC-1 & # x003b1. PGC-1 & # x003b1 es un gen altamente regulado que responde a estímulos externos, por ejemplo, se reduce en la diabetes y aumenta después del ejercicio. Cuando los niveles de PGC-1 & # x003b1 aumentan, la expresión de Err & # x003b1 y Gabpa se induce inmediatamente mediante un ciclo de retroalimentación doble positiva. Estos niveles aumentan, y en el transcurso de 2 & # x020133 días, estos factores se combinan con PGC-1 & # x003b1 para inducir la expresión de NRF-1 y cientos de objetivos posteriores, como OXPHOS y otros genes mitocondriales que están enriquecidos para esta transcripción. sitios de unión al factor.

Validación experimental del modelo. Probamos experimentalmente este modelo de regulación genética. Para determinar si Err & # x003b1 y Gabpa son de hecho socios transcripcionales clave de PGC-1 & # x003b1, probamos si son coactivados por PGC-1 & # x003b1 en el Errar& # x003b1 y Gabpa promotores (Fig. 3). Clonamos porciones apropiadas de estos promotores en vectores de expresión y probamos la capacidad de estos factores para impulsar la expresión de un gen indicador, en presencia y ausencia de PGC-1 & # x003b1. Los resultados confirman la coactivación prevista entre PGC-1 & # x003b1 y los dos factores de transcripción en las células musculares. Además, los resultados de la ErrarEl fragmento del promotor & # x003b1 que contiene ambos sitios muestra que los factores de transcripción actúan de forma aditiva o incluso sinérgica (Fig. 3).

Err & # x003b1 y Gabpa cooperan con PGC-1 & # x003b1 para inducir su propia expresión. (A) Motivos putativos Err & # x003b1 y Gabpa 1 kb corriente arriba y corriente abajo de los TSS Err & # x003b1 y Gabpa. (B& # x02013D) Se transfectaron células C2C12 con un plásmido de gen indicador que contenía 2 kb del promotor Err & # x003b1 (B), Promotor de Gabpa (C), o el intrón 1 de Gabpa (D), junto con plásmidos de expresión para Err & # x003b1, Gabpa, Gabpb1 y PGC-1 & # x003b1. Cuarenta y ocho horas después de la transfección, se determinaron los niveles del gen indicador y se normalizaron a los niveles de galactosidasa & # x003b2.

A continuación, buscamos explorar el papel funcional de Err & # x003b1 en la ejecución de la respuesta mediada por PGC-1 & # x003b1, mediante el uso de un agonista inverso selectivo de Err & # x003b1, desarrollado recientemente, llamado XCT790 (al que se hace referencia a continuación como el inhibidor de la Fig. 7, que se publica como información de apoyo en el sitio web de PNAS). Este compuesto no inhibe ni activa significativamente otros receptores nucleares en dosis cercanas a su CI50 (583 nM) para Err & # x003b1, aunque se ha encontrado que concentraciones más altas (& # x0003e3.3 & # x003bcM) activan débilmente PPAR & # x003b3 (R.A.H., comunicación personal). En un ensayo de cromatografía de afinidad, XCT790 redujo específicamente la interacción entre PGC-1 & # x003b1 y Err & # x003b1, mientras que la unión de PGC-1 & # x003b1 a otro receptor nuclear, el factor nuclear hepático 4 & # x003b1 no se vio afectado (Fig.8, que se publica como información de apoyo en el sitio web de PNAS).

El inhibidor se utilizó por primera vez para probar el papel de Err & # x003b1 en la activación de Err & # x003b1 y Gabpa, repitiendo los experimentos descritos anteriormente en presencia o ausencia del inhibidor a una dosis ligeramente superior a su IC.50. El inhibidor redujo notablemente la activación del ErrarEl promotor & # x003b1 por Err & # x003b1 y PGC-1 & # x003b1, pero no tuvo ningún efecto sobre la expresión del gen indicador dirigido por Gabpa / b (Fig.4A ). El efecto del inhibidor de Err & # x003b1 se asemeja al efecto de la mutagénesis dirigida al sitio del sitio de unión de Err & # x003b1 en el Errar& # x003b1 promotor (Fig.4B ).

Un inhibidor de molécula pequeña de Err & # x003b1 inhibe la respuesta a PGC-1 & # x003b1. (A) Los mioblastos C2C12 transfectados con el promotor Err & # x003b1 de tipo salvaje y los plásmidos de expresión respectivos se trataron con vehículo (DMSO al 0,1%) o 1 & # x003bcM XCT790 durante 48 h antes de que se midieran los niveles del gen indicador. (B) Se transfectaron células C2C12 con promotor de tipo salvaje o Err & # x003b1 que alberga un motivo Err & # x003b1 mutado (mutante), junto con plásmidos de expresión para Err & # x003b1, Gabpa, Gabpb1 y PGC-1 & # x003b1. Después de 48 h, se determinaron los niveles del gen indicador y se normalizaron a los niveles de beta - galactosidasa. (C) Se infectaron miotubos C2C12 con adenovirus GFP- o PGC-1 & # x003b1 y se trataron con vehículo (DMSO al 0,1%) o 1 & # x003bcM XCT790 durante 1 día. A continuación, se determinaron los niveles de expresión relativa de varios genes mediante PCR semicuantitativa en tiempo real y se normalizaron frente a los niveles de ARNr 18S. (D) Se infectaron células de hepatoma de rata de la Fao con GFP adenoviral o PGC-1 & # x003b1 y se trataron con vehículo (DMSO al 0,1%) o 1 & # x003bcM XCT790 durante 1 día antes de que se midieran los niveles de expresión génica relativa mediante PCR en tiempo real, y se normalizado frente a los niveles de ARNr 18S. * , PAG & # x0003c 0.05. NS, no significativo.

A continuación, se investigó el papel de Err & # x003b1 en la regulación de genes diana de PGC-1 & # x003b1 endógenos. Se expresó PGC-1 & # x003b1 en miotubos C2C12, tratados con inhibidor o vehículo, y medimos el nivel de expresión de genes específicos el día 1 usando RT-PCR. Estudiamos cinco genes que contienen variantes del motivo Err & # x003b1, incluidos dos del subconjunto corregulado de genes OXPHOS, Gabpa y Err & # x003b1, así como la acil-CoA deshidrogenasa de cadena media (MCAD), un objetivo publicado de Err & # x003b1 (30). La expresión de todos estos genes es inducida por PGC-1 & # x003b1, y esta inducción es disminuida por el inhibidor (Fig.4C ). La especificidad de la respuesta se confirmó mediante el uso de dos genes que son inducidos por PGC-1 & # x003b1 que carecen de sitios de unión a Err & # x003b1 obvios (Fig.4C ). Juntos, estos resultados sugieren que un subconjunto de genes PGC-1 & # x003b1 están regulados por Err & # x003b1, principalmente los genes diana que contienen un motivo Err & # x003b1. El hecho de que la inhibición de estos genes por el agonista inverso ERR & # x003b1 no fuera completa sugiere que otros factores también podrían estar implicados en esta regulación. Para garantizar que los efectos del inhibidor de Err & # x003b1 no se debieran a la activación de PPAR & # x003b3, se realizaron experimentos de control utilizando el agonista sintético de PPAR & # x003b3, rosiglitazona, y se confirmó que no tenía ningún efecto sobre la expresión de estos genes (Fig. 9, que se publica como información de apoyo en el sitio web de PNAS).

Err & # x003b1 La inhibición reduce el programa PGC-1 & # x003b1 en ensayos celulares. El papel de Err & # x003b1 en la respuesta fisiológica mediada por PGC-1 & # x003b1 se caracterizó mediante el uso de ensayos funcionales de la respiración mitocondrial. El inhibidor de Err & # x003b1 disminuye de manera potente la inducción de PGC-1 & # x003b1 de la respiración celular total y también reduce significativamente los aumentos desencadenados por PGC-1 & # x003b1 en la respiración desacoplada (Fig. 5). Los datos sugieren que la inhibición de Err & # x003b1 provoca ciertos aspectos de un fenotipo diabético en células musculares cultivadas.

La respiración mitocondrial total y desacoplada es inhibida por el agonista inverso de Err & # x003b1 sintético XCT790. (A y B) Los miotubos C2C12 se infectaron con adenovirus GFP o PGC-1 & # x003b1 y se trataron con vehículo (DMSO al 0,1%) o 1 & # x003bcM XCT790 durante 2 días antes de la respiración mitocondrial total (A) y respiración desacoplada (B) estaba determinado. * , PAG & # x0003c 0,05 en pares t prueba.

La inhibición de Err & # x003b1 no afecta la gluconeogénesis en el hígado. Ampliamos el análisis a las células derivadas del hígado, donde se ha demostrado que PGC-1 & # x003b1 induce genes de la respuesta al ayuno, incluidos los implicados en la gluconeogénesis y la oxidación de ácidos grasos & # x003b2 (1). Estas respuestas son generalmente elevadas en diabéticos mal controlados.Como se esperaba, MCAD y dos genes clave relacionados con la gluconeogénesis (glucosa-6-fosfatasa y fosfoenol-piruvato carboxiquinasa) fueron todos inducidos por PGC-1 & # x003b1. Sin embargo, el antagonista de Err & # x003b1 reprimió la inducción de MCAD por PGC-1 & # x003b1 pero no los genes gluconeogénicos (Fig.4D ).

NRF-1 está aguas abajo de Err & # x003b1 y Gabpa. Finalmente, investigamos la relación de NRF-1 con la función Err & # x003b1 en las células musculares. Se ha sugerido que NRF-1 es un factor de transcripción clave involucrado en la biogénesis mitocondrial (31), y es inducido y coactivado por PGC-1 & # x003b1 en este proceso (2). Sin embargo, lo que ha sido desconcertante es que la sobreexpresión transgénica de NRF-1 en el músculo no es suficiente para inducir la biogénesis mitocondrial (32). Mediante el uso del agonista inverso sintético Err & # x003b1, encontramos que la inducción de NRF-1 por PGC-1 & # x003b1 es en realidad aguas abajo de los eventos iniciales mediados por Err & # x003b1 (Fig.10, que se publica como información de apoyo en el PNAS sitio web). Curiosamente, el análisis de motifADE del motivo de consenso NRF-1 (5 & # x02032-GCGCAYGCGC-3 & # x02032 o complemento inverso) produce una puntuación que es significativa si se considera como una prueba de hipótesis única (nominal PAG = 0,001 el día 3). En general, estos resultados sugieren que NRF-1 es un mediador importante pero relativamente tardío del programa transcripcional mitocondrial inducido por PGC-1 & # x003b1.


  • Dedicación
  • Sobre los autores
  • Prefacio
  • Expresiones de gratitud
  • Parte I.El diseño molecular de la vida
    • Capítulo 1. Preludio: bioquímica y revolución genómica
      • 1.1. El ADN ilustra la relación entre forma y función
        • 1.1.1. El ADN se construye a partir de cuatro bloques de construcción
        • 1.1.2. Dos hebras simples de ADN se combinan para formar una doble hélice
        • 1.1.3. El ARN es un elemento intermedio en el flujo de información genética
        • 1.1.4. Las proteínas, codificadas por ácidos nucleicos, realizan la mayoría de las funciones celulares
        • 1.3.1. Las interacciones reversibles de biomoléculas están mediadas por tres tipos de enlaces no covalentes
        • 1.3.2. Las propiedades del agua afectan las capacidades de enlace de las biomoléculas
        • 1.3.3. La entropía y las leyes de la termodinámica
        • 1.3.4. El plegamiento de proteínas se puede entender en términos de cambios de energía libre
        • Representaciones estereoquímicas
        • Proyecciones de Fischer
        • Términos clave
        • 2.1. Los sistemas vivos utilizan moléculas orgánicas clave
          • 2.1.1. Muchos componentes de macromoléculas bioquímicas se pueden producir en reacciones prebióticas simples
          • 2.1.2. Las incertidumbres oscurecen los orígenes de algunas biomoléculas clave
          • 2.2.1. Los principios de la evolución pueden demostrarse in vitro
          • 2.2.2. Las moléculas de ARN pueden actuar como catalizadores
          • 2.2.3. Los aminoácidos y sus polímeros pueden desempeñar funciones biosintéticas y catalíticas
          • 2.2.4. La síntesis de polipéptidos dirigida por plantillas de ARN vincula los mundos del ARN y de las proteínas
          • 2.2.5. El código genético aclara los mecanismos de evolución
          • 2.2.6. Los ARN de transferencia ilustran la evolución por duplicación de genes
          • 2.2.7. El ADN es una forma de almacenamiento estable de información genética
          • 2.3.1. El ATP, una moneda común para la energía bioquímica, se puede generar mediante la descomposición de moléculas orgánicas
          • 2.3.2. Las células se formaron mediante la inclusión de ácidos nucleicos dentro de las membranas
          • 2.3.3. La compartimentación requirió el desarrollo de bombas de iones
          • 2.3.4. Los gradientes de protones se pueden utilizar para impulsar la síntesis de ATP
          • 2.3.5. El oxígeno molecular, un subproducto tóxico de algunos procesos fotosintéticos, se puede utilizar con fines metabólicos
          • 2.4.1. Las estructuras filamentosas y los motores moleculares permiten el movimiento intracelular y celular
          • 2.4.2. Algunas células pueden interactuar para formar colonias con funciones especializadas
          • 2.4.3. El desarrollo de organismos multicelulares requiere la diferenciación orquestada de células
          • 2.4.4. La unidad de la bioquímica permite que la biología humana sea probada eficazmente a través de estudios de otros organismos
          • Los sistemas vivos utilizan moléculas orgánicas clave
          • La evolución requiere reproducción, variación y presión selectiva
          • Las transformaciones energéticas son necesarias para sustentar los sistemas vivos
          • Las células pueden responder a los cambios en sus entornos
          • Términos clave
          • Donde empezar
          • Libros
          • Química prebiótica
          • Evolución in vitro
          • Replicación y ARN catalítico
          • Transición de ARN a ADN
          • Membranas
          • Organismos multicelulares y desarrollo
          • 3.1. Las proteínas se crean a partir de un repertorio de 20 aminoácidos
          • 3.2. Estructura primaria: los aminoácidos están unidos por enlaces peptídicos para formar cadenas polipeptídicas
            • 3.2.1. Las proteínas tienen secuencias de aminoácidos únicas que están especificadas por genes
            • 3.2.2. Las cadenas de polipéptidos son flexibles pero con restricciones de conformación
            • 3.3.1. La hélice alfa es una estructura en espiral estabilizada por enlaces de hidrógeno intracadena
            • 3.3.2. Las láminas beta se estabilizan mediante enlaces de hidrógeno entre hebras de polipéptidos
            • 3.3.3. Las cadenas de polipéptidos pueden cambiar de dirección al realizar giros y vueltas inversas
            • 3.6.1. Los aminoácidos tienen diferentes propensiones para formar hélices alfa, láminas beta y giros beta
            • 3.6.2. El plegado de proteínas es un proceso altamente cooperativo
            • 3.6.3. Las proteínas se pliegan por estabilización progresiva de intermedios en lugar de por búsqueda aleatoria
            • 3.6.4. La predicción de la estructura tridimensional a partir de la secuencia sigue siendo un gran desafío
            • 3.6.5. La modificación y la escisión de proteínas confieren nuevas capacidades
            • Las proteínas se crean a partir de un repertorio de 20 aminoácidos
            • Estructura primaria: los aminoácidos están unidos por enlaces peptídicos para formar cadenas polipeptídicas
            • Estructura secundaria: las cadenas de polipéptidos se pueden plegar en estructuras regulares como la hélice alfa, la hoja beta y giros y vueltas.
            • Estructura terciaria: las proteínas solubles en agua se pliegan en estructuras compactas con núcleos no polares
            • Estructura cuaternaria: las cadenas de polipéptidos pueden ensamblarse en estructuras de múltiples subunidades
            • La secuencia de aminoácidos de una proteína determina su estructura tridimensional
            • Términos clave
            • Ionización del agua
            • Definición de ácido y base
            • Definición de pH y pK
            • Ecuación de Henderson-Hasselbalch
            • Amortiguadores
            • paquetea Valores de los aminoácidos
            • Problema con los medios
            • Donde empezar
            • Libros
            • Conformación de proteínas
            • Hélices alfa, hojas beta y bucles
            • Dominios
            • Plegado de proteínas
            • Modificación covalente de proteínas
            • Gráficos moleculares
            • 4.1. La purificación de proteínas es un primer paso esencial para comprender su función
              • 4.1.1. El ensayo: ¿Cómo reconocemos la proteína que buscamos?
              • 4.1.2. Las proteínas deben liberarse de la célula para purificarse
              • 4.1.3. Las proteínas se pueden purificar según su solubilidad, tamaño, carga y afinidad de unión
              • 4.1.4. Las proteínas pueden separarse mediante electroforesis en gel y mostrarse
              • 4.1.5. Un esquema de purificación de proteínas puede evaluarse cuantitativamente
              • 4.1.6. La ultracentrifugación es valiosa para separar biomoléculas y determinar sus masas
              • 4.1.7. La masa de una proteína se puede determinar con precisión mediante espectrometría de masas
              • 4.2.1. Las proteínas se pueden escindir específicamente en pequeños péptidos para facilitar el análisis
              • 4.2.2. Las secuencias de aminoácidos son fuentes de muchos tipos de conocimientos
              • 4.2.3. La tecnología de ADN recombinante ha revolucionado la secuenciación de proteínas
              • 4.3.1. Se pueden generar anticuerpos contra proteínas específicas
              • 4.3.2. Pueden prepararse fácilmente anticuerpos monoclonales con prácticamente cualquier especificidad deseada
              • 4.3.3. Las proteínas se pueden detectar y cuantificar mediante un ensayo inmunoabsorbente ligado a enzimas
              • 4.3.4. Western Blot permite la detección de proteínas separadas por electroforesis en gel
              • 4.3.5. Los marcadores fluorescentes hacen posible la visualización de proteínas en la célula
              • 4.5.1. La espectroscopia de resonancia magnética nuclear puede revelar las estructuras de las proteínas en solución
              • 4.5.2. La cristalografía de rayos X revela una estructura tridimensional en detalle atómico
              • La purificación de proteínas es un paso esencial para comprender su función
              • Las secuencias de aminoácidos se pueden determinar mediante la degradación de Edman automatizada
              • La inmunología proporciona técnicas importantes para investigar las proteínas
              • Los péptidos se pueden sintetizar mediante métodos automatizados de fase sólida
              • La estructura de la proteína tridimensional se puede determinar mediante espectroscopia de RMN y cristalografía de rayos X
              • Términos clave
              • Problemas de integración de capítulos
              • Problemas de interpretación de datos
              • Donde empezar
              • Libros
              • Purificación y análisis de proteínas
              • Ultracentrifugación y espectrometría de masas
              • Cristalografía y espectroscopia de rayos X
              • Anticuerpos monoclonales y moléculas fluorescentes.
              • Síntesis química de proteínas.
              • 5.1. Un ácido nucleico consta de cuatro tipos de bases vinculadas a una columna vertebral de azúcar y fosfato
                • 5.1.1. El ARN y el ADN difieren en el componente de azúcar y una de las bases
                • 5.1.2. Los nucleótidos son las unidades monoméricas de los ácidos nucleicos
                • 5.2.1. La doble hélice está estabilizada por enlaces de hidrógeno e interacciones hidrofóbicas
                • 5.2.2. La doble hélice facilita la transmisión precisa de información hereditaria
                • 5.2.3. La doble hélice se puede fundir de forma reversible
                • 5.2.4. Algunas moléculas de ADN son circulares y superenrolladas
                • 5.2.5. Los ácidos nucleicos monocatenarios pueden adoptar estructuras elaboradas
                • 5.3.1. La ADN polimerasa cataliza la formación de enlaces fosfodiéster
                • 5.3.2. Los genes de algunos virus están hechos de ARN
                • 5.4.1. Varios tipos de ARN desempeñan funciones clave en la expresión génica
                • 5.4.2. Todo el ARN celular es sintetizado por ARN polimerasas
                • 5.4.3. Las ARN polimerasas siguen instrucciones de las plantillas de ADN
                • 5.4.4. La transcripción comienza cerca de los sitios del promotor y finaliza en los sitios de Terminator
                • 5.4.5. El ARN de transferencia es la molécula adaptadora en la síntesis de proteínas
                • 5.5.1. Principales características del código genético
                • 5.5.2. El ARN mensajero contiene señales de inicio y detención para la síntesis de proteínas
                • 5.5.3. El código genético es casi universal
                • 5.6.1. El procesamiento de ARN genera ARN maduro
                • 5.6.2. Muchos exones codifican dominios de proteínas
                • Un ácido nucleico consta de cuatro tipos de bases vinculadas a una columna vertebral de azúcar y fosfato
                • Un par de cadenas de ácidos nucleicos con secuencias complementarias pueden formar una estructura de doble hélice
                • El ADN es replicado por polimerasas que toman instrucciones de plantillas
                • La expresión genética es la transformación de la información del ADN en moléculas funcionales
                • Los aminoácidos están codificados por grupos de tres bases a partir de un punto fijo
                • La mayoría de los genes eucariotas son mosaicos de intrones y exones
                • Términos clave
                • Problemas de integración de capítulos
                • Problema con los medios
                • Donde empezar
                • Libros
                • Estructura del ADN
                • Replicación de ADN
                • Descubrimiento de ARN mensajero
                • Codigo genetico
                • Intrones, exones y genes divididos
                • Reminiscencias y relatos históricos
                • 6.1. Las herramientas básicas de la exploración genética
                  • 6.1.1. Las enzimas de restricción dividen el ADN en fragmentos específicos
                  • 6.1.2. Los fragmentos de restricción pueden separarse mediante electroforesis en gel y visualizarse
                  • 6.1.3. El ADN generalmente se secuencia mediante la terminación controlada de la replicación (método didesoxi de Sanger)
                  • 6.1.4. Las sondas de ADN y los genes se pueden sintetizar mediante métodos automatizados de fase sólida
                  • 6.1.5. Las secuencias de ADN seleccionadas pueden amplificarse en gran medida mediante la reacción en cadena de la polimerasa
                  • 6.1.6. La PCR es una técnica poderosa en diagnóstico médico, forense y evolución molecular
                  • 6.2.1. Las enzimas de restricción y la ADN ligasa son herramientas clave en la formación de moléculas de ADN recombinante
                  • 6.2.2. Los plásmidos y el fago lambda son vectores de elección para la clonación de ADN en bacterias
                  • 6.2.3. Se pueden clonar genes específicos a partir de digestiones de ADN genómico
                  • 6.2.4. Los tramos largos de ADN se pueden analizar de manera eficiente mediante la marcha de los cromosomas
                  • 6.3.1. El ADN complementario preparado a partir de ARNm puede expresarse en células huésped
                  • 6.3.2. Los niveles de expresión genética se pueden examinar de forma exhaustiva
                  • 6.3.3. Los nuevos genes insertados en células eucariotas se pueden expresar de manera eficiente
                  • 6.3.4. Los animales transgénicos albergan y expresan genes que fueron introducidos en sus líneas germinativas
                  • 6.3.5. La alteración genética proporciona pistas sobre la función genética
                  • 6.3.6. Los plásmidos inductores de tumores se pueden utilizar para introducir nuevos genes en las células vegetales
                  • 6.4.1. Se pueden crear proteínas con nuevas funciones mediante cambios dirigidos en el ADN
                  • 6.4.2. La tecnología de ADN recombinante ha abierto nuevas perspectivas
                  • Las herramientas básicas de la exploración genética
                  • La tecnología del ADN recombinante ha revolucionado todos los aspectos de la biología
                  • Manipular los genes de los eucariotas
                  • Se pueden diseñar nuevas proteínas mediante mutagénesis específica de sitio
                  • Términos clave
                  • Problema de integración de capítulos
                  • Problema de integración de capítulos y análisis de datos
                  • Problema de interpretación de datos
                  • Donde empezar
                  • Libros sobre tecnología de ADN recombinante
                  • Secuenciación y síntesis de ADN
                  • Reacción en cadena de la polimerasa (PCR)
                  • Matrices de ADN
                  • Introducción de genes en células animales.
                  • Ingeniería genética de plantas
                  • 7.1. Los homólogos descienden de un antepasado común
                  • 7.2. El análisis estadístico de las alineaciones de secuencias puede detectar homología
                    • 7.2.1. La importancia estadística de las alineaciones se puede estimar barajando
                    • 7.2.2. Las relaciones evolutivas distantes se pueden detectar mediante el uso de matrices de sustitución
                    • 7.2.3. Se pueden buscar bases de datos para identificar secuencias homólogas
                    • 7.3.1. La estructura terciaria está más conservada que la estructura primaria
                    • 7.3.2. El conocimiento de estructuras tridimensionales puede ayudar en la evaluación de alineaciones de secuencia
                    • 7.3.3. Los motivos repetidos se pueden detectar alineando secuencias con ellos mismos
                    • 7.3.4. Evolución convergente: soluciones comunes a los desafíos bioquímicos
                    • 7.3.5. La comparación de secuencias de ARN puede ser una fuente de información sobre estructuras secundarias
                    • 7.5.1. El ADN antiguo a veces se puede amplificar y secuenciar
                    • 7.5.2. La evolución molecular se puede examinar experimentalmente
                    • Los homólogos descienden de un antepasado común
                    • El análisis estadístico de las alineaciones de secuencias puede detectar homología
                    • El examen de la estructura tridimensional mejora nuestra comprensión de las relaciones evolutivas
                    • Los árboles evolutivos se pueden construir sobre la base de la información de la secuencia
                    • Las técnicas modernas hacen posible la exploración experimental de la evolución
                    • Términos clave
                    • Problema con los medios
                    • Libro
                    • Alineación de secuencia
                    • Comparación de estructuras
                    • Detección de dominio
                    • Árboles evolutivos
                    • ADN antiguo
                    • Evolución en el laboratorio
                    • Sitios web
                    • 8.1. Las enzimas son catalizadores potentes y muy específicos
                      • 8.1.1. Muchas enzimas requieren cofactores para su actividad
                      • 8.1.2. Las enzimas pueden transformar la energía de una forma a otra
                      • 8.1.3. Las enzimas se clasifican según los tipos de reacciones que catalizan
                      • 8.2.1. El cambio de energía libre proporciona información sobre la espontaneidad, pero no la velocidad de una reacción
                      • 8.2.2. El cambio estándar de energía libre de una reacción está relacionado con la constante de equilibrio
                      • 8.2.3. Las enzimas alteran solo la velocidad de reacción y no el equilibrio de reacción
                      • 8.3.1. La formación de un complejo enzima-sustrato es el primer paso en la catálisis enzimática
                      • 8.3.2. Los sitios activos de las enzimas tienen algunas características comunes
                      • 8.4.1. La importancia de KMETRO y Vmax Valores
                      • 8.4.2. La perfección cinética en la catálisis enzimática: la kgato/KMETRO Criterio
                      • 8.4.3. La mayoría de las reacciones bioquímicas incluyen múltiples sustratos
                      • 8.4.4. Las enzimas alostéricas no obedecen la cinética de Michaelis-Menten
                      • 8.5.1. La inhibición competitiva y no competitiva son cinéticamente distinguibles
                      • 8.5.2. Se pueden usar inhibidores irreversibles para mapear el sitio activo
                      • 8.5.3. Los análogos en estado de transición son potentes inhibidores de las enzimas
                      • 8.5.4. Los anticuerpos catalíticos demuestran la importancia de la unión selectiva del estado de transición a la actividad enzimática
                      • 8.5.5. La penicilina inactiva irreversiblemente una enzima clave en la síntesis de la pared celular bacteriana
                      • 8.6.1. Las vitaminas solubles en agua funcionan como coenzimas
                      • 8.6.2. Las vitaminas solubles en grasa participan en diversos procesos, como la coagulación sanguínea y la visión
                      • Las enzimas son catalizadores potentes y altamente específicos
                      • La energía libre es una función termodinámica útil para comprender las enzimas
                      • Las enzimas aceleran las reacciones al facilitar la formación del estado de transición
                      • El modelo de Michaelis-Menten explica las propiedades cinéticas de muchas enzimas
                      • Las enzimas pueden ser inhibidas por moléculas específicas
                      • Las vitaminas son a menudo precursoras de las coenzimas
                      • Términos clave
                      • Problemas de interpretación de datos
                      • Problemas de integración de capítulos
                      • Problema con los medios
                      • Donde empezar
                      • Libros
                      • Estabilización en estado de transición, análogos y otros inhibidores enzimáticos
                      • Anticuerpos catalíticos
                      • Cinética y mecanismos enzimáticos
                      • 9.1. Proteasas: facilitar una reacción difícil
                        • 9.1.1. La quimotripsina posee un residuo de serina altamente reactivo
                        • 9.1.2. La acción de la quimotripsina procede en dos pasos vinculados por un intermedio unido covalentemente
                        • 9.1.3. La serina es parte de una tríada catalítica que también incluye histidina y ácido aspártico
                        • 9.1.4. Las tríadas catalíticas se encuentran en otras enzimas hidrolíticas
                        • 9.1.5. La tríada catalítica ha sido diseccionada por mutagénesis dirigida al sitio
                        • 9.1.6. La cisteína, aspartilo y metaloproteasas son otras clases importantes de enzimas que segmentan péptidos
                        • 9.1.7. Los inhibidores de proteasa son fármacos importantes
                        • 9.2.1. La anhidrasa carbónica contiene un ión de zinc unido esencial para la actividad catalítica
                        • 9.2.2. La catálisis implica la activación del agua con zinc
                        • 9.2.3. Un transbordador de protones facilita la rápida regeneración de la forma activa de la enzima
                        • 9.2.4. La evolución convergente ha generado sitios activos basados ​​en zinc en diferentes anhidrasas carbónicas
                        • 9.3.1. La escisión se produce por desplazamiento en línea de 3 & # x02032 oxígeno del fósforo por agua activada con magnesio
                        • 9.3.2. Las enzimas de restricción requieren magnesio para la actividad catalítica
                        • 9.3.3. El aparato catalítico completo se ensambla solo dentro de complejos de moléculas de ADN afines, lo que garantiza la especificidad
                        • 9.3.4. Las enzimas de restricción de tipo II tienen un núcleo catalítico en común y probablemente estén relacionadas por transferencia horizontal de genes
                        • 9.4.1. Las quinasas NMP son una familia de enzimas que contienen estructuras de bucle P
                        • 9.4.2. Los complejos de magnesio (o manganeso) de nucleósidos trifosfatos son los verdaderos sustratos para esencialmente todas las enzimas dependientes de NTP
                        • 9.4.3. La unión de ATP induce grandes cambios de conformación
                        • 9.4.4. Los dominios P-Loop NTPasa están presentes en una variedad de proteínas importantes
                        • Proteasas: facilitar una reacción difícil
                        • Anhidrasas carbónicas: hacer una reacción rápida más rápida
                        • Enzimas de restricción: Realización de reacciones de escisión de ADN altamente específicas
                        • Monofosfato quinasas de nucleósidos: catalizan el intercambio de grupos fosforilo sin promover la hidrólisis
                        • Términos clave
                        • Problema del mecanismo
                        • Problemas con los medios
                        • Donde empezar
                        • Libros
                        • Quimotripsina y otras serina proteasas
                        • Otras proteasas
                        • Anhídrido carbónico
                        • Enzimas de restricción
                        • Quinasas NMP
                        • 10.1. La aspartato transcarbamoilasa está inhibida alostéricamente por el producto final de su vía
                          • 10.1.1. ACTase consta de subunidades reguladoras y catalíticas separables
                          • 10.1.2. Las interacciones alostéricas en ATCase están mediadas por grandes cambios en la estructura cuaternaria
                          • 10.1.3. Las enzimas reguladas alostéricamente no siguen la cinética de Michaelis-Menten
                          • 10.1.4. Los reguladores alostéricos modulan el equilibrio T-to-R
                          • 10.1.5. El modelo concertado se puede formular en términos cuantitativos
                          • 10.1.6. Los modelos secuenciales también pueden explicar los efectos alostéricos
                          • 10.2.1. La unión de oxígeno induce cambios estructurales sustanciales en los sitios de hierro en la hemoglobina
                          • 10.2.2. La unión de oxígeno cambia notablemente la estructura cuaternaria de la hemoglobina
                          • 10.2.3. Ajuste de la afinidad por el oxígeno de la hemoglobina: el efecto del 2,3-bisfosfoglicerato
                          • 10.2.4.El efecto Bohr: los iones de hidrógeno y el dióxido de carbono promueven la liberación de oxígeno
                          • 10.4.1. La fosforilación es un medio muy eficaz para regular las actividades de las proteínas diana
                          • 10.4.2. El AMP cíclico activa la proteína quinasa A al alterar la estructura cuaternaria
                          • 10.4.3. El ATP y la proteína diana se unen a una hendidura profunda en la subunidad catalítica de la proteína quinasa A
                          • 10.5.1. El quimotripsinógeno se activa mediante la escisión específica de un enlace peptídico único
                          • 10.5.2. La activación proteolítica del quimotripsinógeno conduce a la formación de un sitio de unión al sustrato
                          • 10.5.3. La generación de tripsina a partir del tripsinógeno conduce a la activación de otros zimógenos
                          • 10.5.4. Algunas enzimas proteolíticas tienen inhibidores específicos
                          • 10.5.5. La coagulación de la sangre se logra mediante una cascada de activaciones de zimógenos
                          • 10.5.6. El fibrinógeno es convertido por trombina en un coágulo de fibrina
                          • 10.5.7. La protrombina está preparada para la activación mediante una modificación dependiente de la vitamina K
                          • 10.5.8. La hemofilia reveló un paso temprano en la coagulación
                          • 10.5.9. El proceso de coagulación debe regularse con precisión
                          • La aspartato transcarbamoilasa está inhibida alostéricamente por el producto final de su vía
                          • La hemoglobina transporta oxígeno de manera eficiente al unirse al oxígeno de manera cooperativa
                          • Las isoenzimas proporcionan un medio de regulación específico para distintos tejidos y etapas del desarrollo
                          • La modificación covalente es un medio para regular la actividad enzimática
                          • Muchas enzimas se activan mediante escisión proteolítica específica
                          • Términos clave
                          • Problemas de interpretación de datos
                          • Problema de integración de capítulos
                          • Problemas de mecanismo
                          • Problema con los medios
                          • Donde empezar
                          • Aspartato transcarbamoilasa e interacciones alostéricas
                          • Hemoglobina
                          • Modificación covalente
                          • Proteína quinasa A
                          • Activación de zimógeno
                          • Inhibidores de la proteasa
                          • Cascada de coagulación
                          • 11.1. Los monosacáridos son aldehídos o cetonas con múltiples grupos hidroxilo
                            • 11.1.1. Las pentosas y hexosas se ciclan para formar anillos de furanosa y piranosa
                            • 11.1.2. Conformación de los anillos de piranosa y furanosa
                            • 11.1.3. Los monosacáridos se unen a alcoholes y aminas a través de enlaces glucosídicos
                            • 11.2.1. La sacarosa, lactosa y maltosa son los disacáridos comunes
                            • 11.2.2. El glucógeno y el almidón son depósitos movilizables de glucosa
                            • 11.2.3. La celulosa, el principal polímero estructural de las plantas, consta de cadenas lineales de unidades de glucosa
                            • 11.2.4. Los glucosaminoglicanos son cadenas de polisacáridos aniónicos formadas por unidades repetidas de disacáridos
                            • 11.2.5. Enzimas específicas son responsables del ensamblaje de oligosacáridos
                            • 11.3.1. Los carbohidratos pueden estar vinculados a las proteínas a través de la asparagina (norte-Linked) o a través de serina o treonina (O-Linked) Residuos
                            • 11.3.2. La glicosilación de proteínas tiene lugar en el lumen del retículo endoplásmico y en el complejo de Golgi
                            • 11.3.3. norte-Las glicoproteínas ligadas adquieren sus azúcares iniciales de donantes de dolicol en el retículo endoplásmico
                            • 11.3.4. Las vesículas de transporte transportan proteínas desde el retículo endoplásmico al complejo de Golgi para su posterior glicosilación y clasificación.
                            • 11.3.5. La manosa 6-fosfato dirige las enzimas lisosomales a sus destinos
                            • 11.3.6. Los residuos de glucosa se agregan y recortan para ayudar en el plegado de proteínas
                            • 11.3.7. Los oligosacáridos pueden ser & # x0201cSequenced & # x0201d
                            • 11.4.1. Las lectinas promueven interacciones entre células
                            • 11.4.2. El virus de la influenza se une a los residuos de ácido siálico
                            • Los monosacáridos son aldehídos o cetonas con múltiples grupos hidroxilo
                            • Los carbohidratos complejos se forman por enlace de monosacáridos
                            • Los carbohidratos pueden unirse a las proteínas para formar glicoproteínas
                            • Las lectinas son proteínas específicas que se unen a carbohidratos
                            • Términos clave
                            • Problema de integración de capítulos
                            • Donde empezar
                            • Libros
                            • Estructura de las proteínas que se unen a los carbohidratos
                            • Glicoproteínas
                            • Carbohidratos en procesos de reconocimiento
                            • Secuenciación de carbohidratos
                            • 12.1. Muchas características comunes subyacen a la diversidad de las membranas biológicas
                            • 12.2. Los ácidos grasos son constituyentes clave de los lípidos
                              • 12.2.1. El nombre de los ácidos grasos
                              • 12.2.2. Los ácidos grasos varían en la longitud de la cadena y el grado de insaturación
                              • 12.3.1. Los fosfolípidos son la clase principal de lípidos de membrana
                              • 12.3.2. Las membranas de Archaeal se construyen a partir de éter lípidos con cadenas ramificadas
                              • 12.3.3. Los lípidos de membrana también pueden incluir restos de carbohidratos
                              • 12.3.4. El colesterol es un lípido basado en un núcleo de esteroides
                              • 12.3.5. Un lípido de membrana es una molécula anfipática que contiene un resto hidrofílico y otro hidrofóbico
                              • 12.4.1. Las vesículas lipídicas se pueden formar a partir de fosfolípidos
                              • 12.4.2. Las bicapas lipídicas son altamente impermeables a los iones y a la mayoría de las moléculas polares
                              • 12.5.1. Las proteínas se asocian con la bicapa lipídica de diversas formas
                              • 12.5.2. Las proteínas interactúan con las membranas de diversas formas
                              • 12.5.3. Algunas proteínas se asocian con membranas a través de grupos hidrófobos unidos covalentemente
                              • 12.5.4. Las hélices transmembrana se pueden predecir con precisión a partir de secuencias de aminoácidos
                              • 12.6.1. El modelo de mosaico fluido permite el movimiento lateral pero no la rotación a través de la membrana
                              • 12.6.2. La fluidez de la membrana está controlada por la composición de ácidos grasos y el contenido de colesterol
                              • 12.6.3. Todas las membranas biológicas son asimétricas
                              • 12.7.1. Las proteínas se dirigen a compartimentos específicos mediante secuencias de señales
                              • 12.7.2. El brote y la fusión de membranas subyacen a varios procesos biológicos importantes
                              • Muchas características comunes subyacen a la diversidad de las membranas biológicas
                              • Los ácidos grasos son constituyentes clave de los lípidos
                              • Hay tres tipos comunes de lípidos de membrana
                              • Los fosfolípidos y glicolípidos forman fácilmente láminas bimoleculares en medios acuosos
                              • Las proteínas llevan a cabo la mayoría de los procesos de membrana
                              • Los lípidos y muchas proteínas de membrana se difunden rápidamente en el plano de la membrana
                              • Las células eucariotas contienen compartimentos delimitados por membranas internas
                              • Términos clave
                              • Problemas de interpretación de datos
                              • Problema de integración de capítulos
                              • Donde empezar
                              • Libros
                              • Lípidos y dinámica de la membrana
                              • Estructura de las proteínas de membrana
                              • Membranas intracelulares
                              • 13.1. El transporte de moléculas a través de una membrana puede ser activo o pasivo
                                • 13.1.1. Muchas moléculas requieren transportadores de proteínas para cruzar las membranas
                                • 13.1.2. La energía libre almacenada en gradientes de concentración se puede cuantificar
                                • 13.2.1. El retículo sarcoplásmico Ca 2+ ATPasa es una proteína de membrana integral
                                • 13.2.2. Las ATPasas de tipo P se conservan evolutivamente y desempeñan una amplia gama de funciones
                                • 13.2.3. Digitalis inhibe específicamente la bomba de Na + -K + al bloquear su desfosforilación
                                • 13.5.1. Las mediciones de conductancia Patch-Clamp revelan las actividades de los canales individuales
                                • 13.5.2. Las proteínas de canal de iones están formadas por unidades similares
                                • 13.5.3. Los potenciales de acción están mediados por cambios transitorios en la permeabilidad de Na + y K +
                                • 13.5.4. El canal de sodio es un ejemplo de un canal controlado por voltaje
                                • 13.5.5. Los canales de potasio son homólogos al canal de sodio
                                • 13.5.6. La estructura de un canal de potasio revela la base del flujo de iones rápido con especificidad
                                • 13.5.7. La estructura del canal de potasio explica sus rápidas velocidades de transporte
                                • 13.5.8. Un canal puede desactivarse mediante la oclusión del poro: el modelo de bola y cadena
                                • El transporte de moléculas a través de una membrana puede ser activo o pasivo
                                • Una familia de proteínas de membrana utiliza la hidrólisis de ATP para bombear iones a través de las membranas
                                • La resistencia a múltiples fármacos y la fibrosis quística destacan una familia de proteínas de membrana con dominios de casete de unión a ATP
                                • Los transportadores secundarios utilizan un gradiente de concentración para impulsar la formación de otro
                                • Canales específicos pueden transportar iones rápidamente a través de membranas
                                • Las uniones de brecha permiten que los iones y las moléculas pequeñas fluyan entre las células en comunicación
                                • Términos clave
                                • Problema de integración de capítulos
                                • Problema del mecanismo
                                • Problema de interpretación de datos
                                • Problema con los medios
                                • Donde empezar
                                • Libros
                                • Canales iónicos activados por voltaje
                                • Canales iónicos activados por ligando
                                • Bombas de iones impulsadas por ATP
                                • Proteínas del casete de unión a ATP (ABC)
                                • Symporters y antiporters
                                • Uniones gap
                                • Capítulo 14. Metabolismo: conceptos básicos y diseño.
                                  • 14.1. El metabolismo se compone de muchas reacciones acopladas e interconectadas
                                    • 14.1.1. Una reacción termodinámicamente desfavorable puede ser impulsada por una reacción favorable
                                    • 14.1.2. El ATP es la moneda universal de energía libre en los sistemas biológicos
                                    • 14.1.3. La hidrólisis de ATP impulsa el metabolismo al cambiar el equilibrio de las reacciones acopladas
                                    • 14.1.4. Base estructural del alto potencial de transferencia de fosforilo del ATP
                                    • 14.1.5. El potencial de transferencia de fosforilo es una forma importante de transformación de la energía celular
                                    • 14.2.1. Los compuestos con alto potencial de transferencia de fosforilo pueden acoplar la oxidación del carbono a la síntesis de ATP
                                    • 14.2.2. Los gradientes de iones a través de las membranas proporcionan una forma importante de energía celular que se puede acoplar a la síntesis de ATP
                                    • 14.2.3. Etapas de la extracción de energía de los alimentos
                                    • 14.3.1. Los portadores activados ejemplifican el diseño modular y la economía del metabolismo
                                    • 14.3.2. Las reacciones clave se reiteran a lo largo del metabolismo
                                    • 14.3.3. Los procesos metabólicos se regulan de tres formas principales
                                    • 14.3.4. Evolución de las vías metabólicas
                                    • El metabolismo se compone de muchas reacciones acopladas e interconectadas
                                    • La oxidación de los combustibles de carbono es una fuente importante de energía celular
                                    • Las vías metabólicas contienen muchos motivos recurrentes
                                    • Términos clave
                                    • Problema de integración de capítulos
                                    • Interpretación de datos
                                    • Problema con los medios
                                    • Donde empezar
                                    • Libros
                                    • Termodinámica
                                    • Bioenergética y metabolismo
                                    • Regulación del metabolismo
                                    • Aspectos historicos
                                    • 15.1. Los receptores de siete hélices transmembrana cambian la conformación en respuesta a la unión del ligando y activan las proteínas G
                                      • 15.1.1. La unión del ligando a los receptores 7TM conduce a la activación de proteínas G
                                      • 15.1.2. Ciclo de proteínas G entre formas unidas a GDP y GTP
                                      • 15.1.3. Las proteínas G activadas transmiten señales al unirse a otras proteínas
                                      • 15.1.4. Las proteínas G se restablecen espontáneamente a través de la hidrólisis de GTP
                                      • 15.1.5. El AMP cíclico estimula la fosforilación de muchas proteínas objetivo activando la proteína quinasa A
                                      • 15.2.1. El 1,4,5-trifosfato de inositol abre canales para liberar iones de calcio de los depósitos intracelulares
                                      • 15.2.2. El diacilglicerol activa la proteína quinasa C, que fosforila muchas proteínas diana
                                      • 15.3.1. Los ionóforos permiten la visualización de cambios en la concentración de calcio
                                      • 15.3.2. El calcio activa la proteína reguladora Calmodulina, que estimula muchas enzimas y transportadores
                                      • 15.4.1. Algunos receptores contienen dominios de tirosina quinasa dentro de sus estructuras covalentes
                                      • 15.4.2. Ras, otra clase de proteína G de señalización
                                      • 15.5.1. Los inhibidores de la proteína quinasa pueden ser medicamentos contra el cáncer eficaces
                                      • 15.5.2. El cólera y la tos ferina se deben a la actividad alterada de la proteína G
                                      • Los receptores de siete hélices transmembrana cambian la conformación en respuesta a la unión del ligando y activan las proteínas G
                                      • La hidrólisis del bisfosfato de fosfatidil inositol por la fosfolipasa C genera dos mensajeros
                                      • El ion calcio es un mensajero citosólico ubicuo
                                      • Algunos receptores se dimerizan en respuesta a la unión del ligando y la señal por fosforilación cruzada
                                      • Los defectos en las vías de señalización pueden provocar cáncer y otras enfermedades
                                      • Las características recurrentes de las vías de transducción de señales revelan relaciones evolutivas
                                      • Términos clave
                                      • Problema de integración de capítulos
                                      • Problema del mecanismo
                                      • Problemas de interpretación de datos
                                      • Problema con los medios
                                      • Donde empezar
                                      • Proteínas G y receptores 7TM
                                      • Cascada de cAMP
                                      • Cascada de fosfoinositido
                                      • Calcio
                                      • Proteínas quinasas, incluidas las tirosina quinasas receptoras
                                      • Ras
                                      • Cáncer
                                      • 16.1. La glucólisis es una vía de conversión de energía en muchos organismos
                                        • 16.1.1. La hexoquinasa atrapa la glucosa en la célula y comienza la glucólisis
                                        • 16.1.2. La formación de fructosa 1,6-bisfosfato a partir de glucosa 6-fosfato
                                        • 16.1.3. El azúcar de seis carbonos se divide en dos fragmentos de tres carbonos por Aldolase
                                        • 16.1.4. La triosa fosfato isomerasa salva un fragmento de tres carbonos
                                        • 16.1.5. Transformación de energía: la fosforilación se acopla a la oxidación del gliceraldehído 3-fosfato por un intermedio tioéster
                                        • 16.1.6. La formación de ATP a partir de 1,3-bisfosfoglicerato
                                        • 16.1.7. La generación de ATP adicional y la formación de piruvato
                                        • 16.1.8. Rendimiento energético en la conversión de glucosa en piruvato
                                        • 16.1.9. Mantener el equilibrio redox: los diversos destinos del piruvato
                                        • 16.1.10. El sitio de unión para NAD + es similar en muchas deshidrogenasas
                                        • 16.1.11. La entrada de fructosa y galactosa en la glucólisis
                                        • 16.1.12. Muchos adultos son intolerantes a la leche porque tienen deficiencia de lactasa
                                        • 16.1.13. La galactosa es altamente tóxica si falta la transferasa
                                        • 16.2.1. La fosfofructoquinasa es la enzima clave en el control de la glucólisis
                                        • 16.2.2. Una enzima bifuncional regulada sintetiza y degrada la fructosa 2,6-bisfosfato
                                        • 16.2.3. La hexoquinasa y la piruvato cinasa también marcan el ritmo de la glucólisis
                                        • 16.2.4. Una familia de transportadores permite que la glucosa entre y salga de las células animales
                                        • 16.2.5. Cáncer y glucólisis
                                        • 16.3.1. La gluconeogénesis no es una reversión de la glucólisis
                                        • 16.3.2. La conversión de piruvato en fosfoenolpiruvato comienza con la formación de oxaloacetato
                                        • 16.3.3. El oxaloacetato se transporta al citosol y se convierte en fosfoenolpiruvato
                                        • 16.3.4. La conversión de fructosa 1,6-bisfosfato en fructosa 6-fosfato y ortofosfato es un paso irreversible
                                        • 16.3.5. La generación de glucosa libre es un importante punto de control
                                        • 16.3.6. Se emplean seis grupos de fosforilo de alto potencial de transferencia para sintetizar glucosa a partir de piruvato
                                        • 16.4.1. Los ciclos del sustrato amplifican las señales metabólicas y producen calor
                                        • 16.4.2. El lactato y la alanina formados por la contracción del músculo son utilizados por otros órganos
                                        • 16.4.3. La glucólisis y la gluconeogénesis están entrelazadas evolutivamente
                                        • La glucólisis es una vía de conversión de energía en muchos organismos
                                        • La vía glicolítica está estrictamente controlada
                                        • La glucosa se puede sintetizar a partir de precursores no carbohidratos
                                        • La gluconeogénesis y la glucólisis están reguladas recíprocamente
                                        • Términos clave
                                        • Problema del mecanismo
                                        • Problema de integración de capítulos
                                        • Problema de interpretación de datos
                                        • Problemas con los medios
                                        • Donde empezar
                                        • Libros
                                        • Estructura de enzimas glucolíticas y gluconeogénicas
                                        • Mecanismos catalíticos
                                        • Regulación
                                        • Transportadores de azúcar
                                        • Enfermedades genéticas
                                        • Evolución
                                        • Aspectos historicos
                                        • 17.1. El ciclo del ácido cítrico oxida las unidades de dos carbonos
                                          • 17.1.1. La formación de acetil coenzima A a partir de piruvato
                                          • 17.1.2. Los enlaces flexibles permiten que la lipoamida se mueva entre diferentes sitios activos
                                          • 17.1.3. Citrato sintasa forma citrato a partir de oxalacetato y acetil coenzima A
                                          • 17.1.4. El citrato se isomeriza en isocitrato
                                          • 17.1.5. El isocitrato se oxida y descarboxila a & # x003b1-cetoglutarato
                                          • 17.1.6. La succinil coenzima A se forma mediante la descarboxilación oxidativa de & # x003b1-cetoglutarato
                                          • 17.1.7. Un compuesto de alto potencial de transferencia de fosforilo se genera a partir de succinil coenzima A
                                          • 17.1.8. El oxalacetato se regenera mediante la oxidación del succinato
                                          • 17.1.9. Estequiometría del ciclo del ácido cítrico
                                          • 17.2.1. El complejo de piruvato deshidrogenasa está regulado alostéricamente y por fosforilación reversible
                                          • 17.2.2. El ciclo del ácido cítrico se controla en varios puntos
                                          • 17.3.1. El ciclo del ácido cítrico debe poder reponerse rápidamente
                                          • 17.3.2. La alteración del metabolismo del piruvato es la causa del beriberi y el envenenamiento por mercurio y arsénico
                                          • 17.3.3. Especulaciones sobre la historia evolutiva del ciclo del ácido cítrico
                                          • El ciclo del ácido cítrico oxida las unidades de dos carbonos
                                          • Se controla la entrada al ciclo del ácido cítrico y el metabolismo a través de él
                                          • El ciclo del ácido cítrico es una fuente de precursores biosintéticos
                                          • El ciclo del glioxilato permite que las plantas y bacterias crezcan en acetato
                                          • Términos clave
                                          • Problema de integración de capítulos
                                          • Problemas de mecanismo
                                          • Interpretación de datos
                                          • Donde empezar
                                          • Complejo de piruvato deshidrogenasa
                                          • Estructura de las enzimas del ciclo del ácido cítrico
                                          • Organización del ciclo del ácido cítrico
                                          • Regulación
                                          • Aspectos evolutivos
                                          • Descubrimiento del ciclo del ácido cítrico
                                          • 18.1. La fosforilación oxidativa en eucariotas tiene lugar en las mitocondrias
                                            • 18.1.1. Las mitocondrias están limitadas por una doble membrana
                                            • 18.1.2. Las mitocondrias son el resultado de un evento endosimbiótico
                                            • 18.2.1. Electrones de alta energía: potenciales redox y cambios de energía libre
                                            • 18.2.2. Una diferencia de potencial de 1,14 voltios entre NADH y O2 Impulsa el transporte de electrones a través de la cadena y favorece la formación de un gradiente de protones
                                            • 18.2.3. Los electrones se pueden transferir entre grupos que no están en contacto
                                            • 18.3.1. Los electrones de alto potencial de NADH entran en la cadena respiratoria en la NADH-Q Oxidorreductasa
                                            • 18.3.2. El ubiquinol es el punto de entrada para los electrones de FADH2 de flavoproteínas
                                            • 18.3.3. Los electrones fluyen del ubiquinol al citocromo C A través de Q-Cytochrome C Oxidorreductasa
                                            • 18.3.4. Transporte transmembrana de protones: el ciclo Q
                                            • 18.3.5. Citocromo C La oxidasa cataliza la reducción de oxígeno molecular a agua
                                            • 18.3.6. Los derivados tóxicos del oxígeno molecular, como el superóxido radical, son eliminados por enzimas protectoras
                                            • 18.3.7. La conformación del citocromo C Se ha mantenido esencialmente constante durante más de mil millones de años
                                            • 18.4.1. La ATP sintasa está compuesta por una unidad conductora de protones y una unidad catalítica
                                            • 18.4.2. El flujo de protones a través de la ATP sintasa conduce a la liberación de ATP fuertemente unido: el mecanismo de cambio de unión
                                            • 18.4.3. El motor molecular más pequeño del mundo: catálisis rotacional
                                            • 18.4.4. El flujo de protones alrededor del anillo c potencia la síntesis de ATP
                                            • 18.4.5. La ATP sintasa y las proteínas G tienen varias características comunes
                                            • 18.5.1. Los electrones del NADH citosólico entran en las mitocondrias por medio de lanzaderas
                                            • 18.5.2. La entrada de ADP en las mitocondrias se acopla a la salida de ATP por ATP-ADP Translocase
                                            • 18.5.3. Los transportadores mitocondriales de metabolitos tienen un motivo tripartito común
                                            • 18.6.1. La oxidación completa de la glucosa produce alrededor de 30 moléculas de ATP
                                            • 18.6.2. La tasa de fosforilación oxidativa está determinada por la necesidad de ATP
                                            • 18.6.3. La fosforilación oxidativa se puede inhibir en muchas etapas
                                            • 18.6.4. El desacoplamiento regulado conduce a la generación de calor
                                            • 18.6.5. Se están descubriendo enfermedades mitocondriales
                                            • 18.6.6. Las mitocondrias juegan un papel clave en la apoptosis
                                            • 18.6.7. Transmisión de potencia por gradientes de protones: un motivo central de la bioenergética
                                            • La fosforilación oxidativa en eucariotas tiene lugar en las mitocondrias
                                            • La fosforilación oxidativa depende de la transferencia de electrones
                                            • La cadena respiratoria consta de cuatro complejos: tres bombas de protones y un vínculo físico con el ciclo del ácido cítrico
                                            • Un gradiente de protones impulsa la síntesis de ATP
                                            • Muchos transbordadores permiten el movimiento a través de las membranas mitocondriales
                                            • La regulación de la fosforilación oxidativa se rige principalmente por la necesidad de ATP
                                            • Términos clave
                                            • Problema de integración de capítulos
                                            • Problema de interpretación de datos
                                            • Problema del mecanismo
                                            • Problema con los medios
                                            • Donde empezar
                                            • Libros
                                            • Cadena de transporte de electrones
                                            • ATP sintasa
                                            • Translocadores
                                            • Superóxido dismutasa y catalasa
                                            • Enfermedades mitocondriales
                                            • Apoptosis
                                            • Aspectos historicos
                                            • 19.1. La fotosíntesis tiene lugar en los cloroplastos
                                              • 19.1.1. Los eventos primarios de la fotosíntesis tienen lugar en las membranas tilacoides
                                              • 19.1.2. La evolución de los cloroplastos
                                              • 19.2.1. Las bacterias fotosintéticas y los centros de reacción fotosintética de las plantas verdes tienen un núcleo común
                                              • 19.2.2.Un par especial de clorofilas inicia la separación de cargas
                                              • 19.3.1. El fotosistema II transfiere electrones del agua a la plastoquinona y genera un gradiente de protones
                                              • 19.3.2. Citocromo bf Vincula el Fotosistema II al Fotosistema I
                                              • 19.3.3. El fotosistema I utiliza energía luminosa para generar ferredoxina reducida, un potente reductor
                                              • 19.3.4. Ferredoxina-NADP + Reductasa Convierte NADP + en NADPH
                                              • 19.4.1. La ATP sintasa de los cloroplastos se parece mucho a la de las mitocondrias y procariotas
                                              • 19.4.2. El flujo cíclico de electrones a través del fotosistema I conduce a la producción de ATP en lugar de NADPH
                                              • 19.4.3. La absorción de ocho fotones produce uno O2, Dos moléculas de NADPH y tres de ATP
                                              • 19.5.1. La transferencia de energía de resonancia permite que la energía se mueva del sitio de absorbancia inicial al centro de reacción
                                              • 19.5.2. Los complejos captadores de luz contienen clorofilas y carotinoides adicionales
                                              • 19.5.3. Los ficobilisomas sirven como tubos de luz molecular en cianobacterias y algas rojas
                                              • 19.5.4. Los componentes de la fotosíntesis están muy organizados
                                              • 19.5.5. Muchos herbicidas inhiben las reacciones ligeras de la fotosíntesis
                                              • La fotosíntesis tiene lugar en los cloroplastos
                                              • La absorción de luz por clorofila induce la transferencia de electrones
                                              • Dos fotosistemas generan un gradiente de protones y NADPH en la fotosíntesis oxigénica
                                              • Un gradiente de protones a través de la membrana tilacoide impulsa la síntesis de ATP
                                              • Los pigmentos accesorios canalizan la energía hacia los centros de reacción
                                              • La capacidad de convertir la luz en energía química es antigua
                                              • Términos clave
                                              • Problema del mecanismo
                                              • Problema de interpretación de datos e integración de capítulos
                                              • Donde empezar
                                              • Libros y reseñas generales
                                              • Mecanismos de transferencia de electrones
                                              • Fotosistema II
                                              • Evolución de oxígeno
                                              • Fotosistema I y citocromo bf
                                              • ATP sintasa
                                              • Conjuntos de captación de luz
                                              • Evolución
                                              • 20.1. El ciclo de Calvin sintetiza hexosas a partir de dióxido de carbono y agua
                                                • 20.1.1. El dióxido de carbono reacciona con ribulosa 1,5-bisfosfato para formar dos moléculas de 3-fosfoglicerato
                                                • 20.1.2. Imperfección catalítica: Rubisco también cataliza una reacción de oxigenasa derrochadora
                                                • 20.1.3. Los fosfatos de hexosa se fabrican a partir de fosfoglicerato y se regenera el 1,5-bisfosfato de ribulosa
                                                • 20.1.4. Se utilizan tres moléculas de ATP y dos moléculas de NADPH para llevar el dióxido de carbono al nivel de una hexosa
                                                • 20.1.5. El almidón y la sacarosa son los principales depósitos de carbohidratos en las plantas
                                                • 20.2.1. Rubisco se activa por cambios inducidos por la luz en las concentraciones de iones de magnesio y protones
                                                • 20.2.2. La tiorredoxina juega un papel clave en la regulación del ciclo de Calvin
                                                • 20.2.3. La C4 La ruta de las plantas tropicales acelera la fotosíntesis al concentrar dióxido de carbono
                                                • 20.2.4. El metabolismo del ácido crasuláceo permite el crecimiento en ecosistemas áridos
                                                • 20.3.1. Se generan dos moléculas de NADPH en la conversión de glucosa 6-fosfato en ribulosa 5-fosfato
                                                • 20.3.2. La vía de las pentosas fosfato y la glucólisis están vinculadas por transcetolasa y transaldolasa
                                                • 20.3.3. La transcetolasa y la transaldolasa estabilizan los intermedios carbaniónicos mediante diferentes mecanismos
                                                • 20.4.1. La tasa de la vía de las pentosas fosfato está controlada por el nivel de NADP +
                                                • 20.4.2. El flujo de glucosa 6-fosfato depende de la necesidad de NADPH, ribosa 5-fosfato y ATP
                                                • 20.4.3. A través del espejo: el ciclo de Calvin y la vía de las pentosas fosfato
                                                • 20.5.1. La deficiencia de glucosa 6-fosfato deshidrogenasa causa anemia hemolítica inducida por fármacos
                                                • 20.5.2. Una deficiencia de glucosa 6-fosfato deshidrogenasa confiere una ventaja evolutiva en algunas circunstancias
                                                • El ciclo de Calvin sintetiza hexosas a partir de dióxido de carbono y agua
                                                • La actividad del ciclo de Calvin depende de las condiciones ambientales
                                                • La vía de las pentosas fosfato genera NADPH y sintetiza azúcares de cinco carbonos
                                                • El metabolismo de la glucosa 6-fosfato por la vía de las pentosas fosfato está coordinado con la glucólisis
                                                • La glucosa 6-fosfato deshidrogenasa juega un papel clave en la protección contra especies reactivas de oxígeno
                                                • Términos clave
                                                • Problemas de mecanismo
                                                • Problemas de integración de capítulos
                                                • Problema de interpretación de la fecha
                                                • Donde empezar
                                                • Libros y reseñas generales
                                                • Enzimas y mecanismos de reacción.
                                                • Fijación de dióxido de carbono y rubisco
                                                • Regulación
                                                • Glucosa 6-fosfato deshidrogenasa
                                                • Evolución
                                                • 21.1. La descomposición del glucógeno requiere la interacción de varias enzimas
                                                  • 21.1.1. La fosforilasa cataliza la escisión fosforolítica del glucógeno para liberar glucosa 1-fosfato
                                                  • 21.1.2. También se necesita una enzima desramificante para la descomposición del glucógeno
                                                  • 21.1.3. La fosfoglucomutasa convierte la glucosa 1-fosfato en glucosa 6-fosfato
                                                  • 21.1.4. El hígado contiene glucosa 6-fosfatasa, una enzima hidrolítica ausente del músculo
                                                  • 21.1.5. El fosfato de piridoxal participa en la escisión fosforolítica del glucógeno
                                                  • 21.2.1. La fosforilasa muscular está regulada por la carga de energía intracelular
                                                  • 21.2.2. La fosforilasa hepática produce glucosa para su uso en otros tejidos
                                                  • 21.2.3. La fosforilasa quinasa se activa mediante la fosforilación y los iones de calcio
                                                  • 21.3.1. Las proteínas G transmiten la señal para el inicio de la degradación del glucógeno
                                                  • 21.3.2. La degradación del glucógeno debe poder desactivarse rápidamente
                                                  • 21.3.3. La regulación de la glucógeno fosforilasa se volvió más sofisticada a medida que evolucionó la enzima
                                                  • 21.4.1. La glucosa UDP es una forma activada de glucosa
                                                  • 21.4.2. La glucógeno sintasa cataliza la transferencia de glucosa desde UDP-glucosa a una cadena en crecimiento
                                                  • 21.4.3. Una enzima ramificadora forma enlaces # x003b1-1,6
                                                  • 21.4.4. La glucógeno sintasa es la enzima reguladora clave en la síntesis de glucógeno
                                                  • 21.4.5. El glucógeno es una forma de almacenamiento eficiente de glucosa
                                                  • 21.5.1. La proteína fosfatasa 1 invierte los efectos reguladores de las quinasas sobre el metabolismo del glucógeno
                                                  • 21.5.2. La insulina estimula la síntesis de glucógeno activando la proteína fosfatasa 1
                                                  • 21.5.3. El metabolismo del glucógeno en el hígado regula el nivel de glucosa en sangre
                                                  • 21.5.4. Es posible una comprensión bioquímica de las enfermedades por almacenamiento de glucógeno
                                                  • La descomposición del glucógeno requiere la interacción de varias enzimas
                                                  • La fosforilasa está regulada por interacciones alostéricas y fosforilación reversible
                                                  • La epinefrina y el glucagón señalan la necesidad de degradación del glucógeno
                                                  • El glucógeno se sintetiza y degrada por diferentes vías
                                                  • La descomposición y síntesis de glucógeno están reguladas recíprocamente
                                                  • Términos clave
                                                  • Problema del mecanismo
                                                  • Problemas de integración de capítulos e interpretación de datos
                                                  • Problema con los medios
                                                  • Donde empezar
                                                  • Libros y reseñas generales
                                                  • Estudios cristalográficos de rayos X
                                                  • Cebado de la síntesis de glucógeno
                                                  • Mecanismos catalíticos
                                                  • Regulación del metabolismo del glucógeno.
                                                  • Enfermedades genéticas
                                                  • Evolución
                                                  • 22.1. Los triacilgliceroles son depósitos de energía altamente concentrados
                                                    • 22.1.1. Los lípidos de la dieta son digeridos por las lipasas pancreáticas
                                                    • 22.1.2. Los lípidos de la dieta se transportan en quilomicrones
                                                    • 22.2.1. Los triacilgliceroles son hidrolizados por lipasas reguladas por AMP cíclico
                                                    • 22.2.2. Los ácidos grasos están vinculados a la coenzima A antes de que se oxiden
                                                    • 22.2.3. La carnitina transporta ácidos grasos activados de cadena larga a la matriz mitocondrial
                                                    • 22.2.4. Acetil CoA, NADH y FADH2 Se generan en cada ronda de oxidación de ácidos grasos
                                                    • 22.2.5. La oxidación completa del palmitato produce 106 moléculas de ATP
                                                    • 22.3.1. Se requieren una isomerasa y una reductasa para la oxidación de ácidos grasos insaturados
                                                    • 22.3.2. Los ácidos grasos de cadena impar producen propionil coenzima A en el paso de tiolisis final
                                                    • 22.3.3. El propionil CoA se convierte en succinil CoA en una reacción que requiere vitamina B12
                                                    • 22.3.4. Los ácidos grasos también se oxidan en los peroxisomas
                                                    • 22.3.5. Los cuerpos cetónicos se forman a partir de la acetil coenzima A cuando predomina la degradación de grasas
                                                    • 22.3.6. Los cuerpos cetónicos son un combustible importante en algunos tejidos
                                                    • 22.3.7. Los animales no pueden convertir los ácidos grasos en glucosa
                                                    • 22.4.1. La formación de malonil coenzima A es el paso comprometido en la síntesis de ácidos grasos
                                                    • 22.4.2. Los intermediarios en la síntesis de ácidos grasos se unen a una proteína transportadora de acilo
                                                    • 22.4.3. El ciclo de elongación en la síntesis de ácidos grasos
                                                    • 22.4.4. Los ácidos grasos son sintetizados por un complejo enzimático multifuncional en eucariotas
                                                    • 22.4.5. La unidad de fosfopanteteinilo flexible de ACP transporta el sustrato de un sitio activo a otro
                                                    • 22.4.6. La estequiometría de la síntesis de ácidos grasos
                                                    • 22.4.7. El citrato transporta grupos acetilo desde las mitocondrias hasta el citosol para la síntesis de ácidos grasos
                                                    • 22.4.8. Fuentes de NADPH para la síntesis de ácidos grasos
                                                    • 22.4.9. Los inhibidores de la sintasa de ácidos grasos pueden ser fármacos útiles
                                                    • 22.4.10. Variaciones sobre un tema: las sintetasas de péptidos policétidos y no ribosomales se asemejan a la sintasa de ácidos grasos
                                                    • Regulación global
                                                    • Regulación local
                                                    • Respuesta a la dieta
                                                    • 22.6.1. Las enzimas unidas a membranas generan ácidos grasos insaturados
                                                    • 22.6.2. Las hormonas eicosanoides se derivan de ácidos grasos poliinsaturados
                                                    • Los triacilgliceroles son depósitos de energía altamente concentrados
                                                    • La utilización de ácidos grasos como combustible requiere tres etapas de procesamiento
                                                    • Ciertos ácidos grasos requieren pasos adicionales para su degradación
                                                    • Los ácidos grasos se sintetizan y degradan por diferentes vías
                                                    • La acetil coenzima A carboxilasa juega un papel clave en el control del metabolismo de los ácidos grasos
                                                    • El alargamiento y la insaturación de los ácidos grasos se logran mediante sistemas enzimáticos accesorios
                                                    • Términos clave
                                                    • Problemas de mecanismo
                                                    • Problemas de integración de capítulos
                                                    • Problema de interpretación de datos
                                                    • Problema con los medios
                                                    • Donde empezar
                                                    • Libros
                                                    • Oxidación de ácidos grasos
                                                    • Síntesis de ácidos grasos
                                                    • Acetil CoA carboxilasa
                                                    • Eicosanoides
                                                    • Enfermedades genéticas
                                                    • 23.1. Las proteínas se degradan en aminoácidos
                                                      • 23.1.1. La digestión y absorción de proteínas dietéticas
                                                      • 23.1.2. Las proteínas celulares se degradan a diferentes velocidades
                                                      • 23.2.1. La ubiquitina marca las proteínas para la destrucción
                                                      • 23.2.2. El proteasoma digiere las proteínas marcadas con ubiquitina
                                                      • 23.2.3. La degradación de proteínas se puede utilizar para regular la función biológica
                                                      • 23.2.4. La vía de la ubiquitina y el proteasoma tienen contrapartes procariotas
                                                      • 23.3.1. Los grupos alfa-amino se convierten en iones de amonio mediante la desaminación oxidativa del glutamato
                                                      • 23.3.2. El fosfato de piridoxal forma intermedios de base de Schiff en las aminotransferasas
                                                      • 23.3.3. La aspartato aminotransferasa es miembro de una amplia y versátil familia de enzimas dependientes de piridoxal
                                                      • 23.3.4. La serina y la treonina pueden desaminarse directamente
                                                      • 23.3.5. Los tejidos periféricos transportan nitrógeno al hígado
                                                      • 23.4.1. El ciclo de la urea comienza con la formación de carbamoil fosfato
                                                      • 23.4.2. El ciclo de la urea está vinculado al ciclo del ácido cítrico
                                                      • 23.4.3. La evolución del ciclo de la urea
                                                      • 23.4.4. Los defectos hereditarios del ciclo de la urea causan hiperamonemia y pueden provocar daño cerebral
                                                      • 23.4.5. La urea no es el único medio para eliminar el exceso de nitrógeno
                                                      • 23.5.1. Piruvato como punto de entrada al metabolismo
                                                      • 23.5.2. Oxaloacetato como punto de entrada al metabolismo
                                                      • 23.5.3. Alfa-cetoglutarato como punto de entrada al metabolismo
                                                      • 23.5.4. La succinil coenzima A es un punto de entrada para varios aminoácidos no polares
                                                      • 23.5.5. La degradación de la metionina requiere la formación de un donante clave de metilo, la S-adenosilmetionina
                                                      • 23.5.6. Los aminoácidos de cadena ramificada producen acetil CoA, acetoacetato o propionil CoA
                                                      • 23.5.7. Las oxigenasas son necesarias para la degradación de los aminoácidos aromáticos
                                                      • Las proteínas se degradan en aminoácidos
                                                      • La rotación de proteínas está estrictamente regulada
                                                      • El primer paso en la degradación de aminoácidos es la eliminación de nitrógeno
                                                      • El ion amonio se convierte en urea en la mayoría de los vertebrados terrestres
                                                      • Los átomos de carbono de los aminoácidos degradados emergen como principales intermediarios metabólicos
                                                      • Los errores innatos del metabolismo pueden alterar la degradación de los aminoácidos
                                                      • Términos clave
                                                      • Problemas de mecanismo
                                                      • Problemas de integración de capítulos
                                                      • Problema de interpretación de datos
                                                      • Donde empezar
                                                      • Libros
                                                      • Ubiquitina y proteasoma
                                                      • Enzimas dependientes de piridoxal fosfato
                                                      • Enzimas del ciclo de la urea
                                                      • Degradación de aminoácidos
                                                      • Enfermedades genéticas
                                                      • Aspectos históricos y proceso de descubrimiento
                                                      • Capítulo 24. Biosíntesis de aminoácidos
                                                        • 24.1. Fijación de nitrógeno: los microorganismos utilizan ATP y un potente reductor para reducir el nitrógeno atmosférico a amoníaco
                                                          • 24.1.1. El cofactor de hierro-molibdeno de la nitrogenasa se une y reduce el nitrógeno atmosférico
                                                          • 24.1.2. El ion amonio se asimila en un aminoácido a través del glutamato y la glutamina
                                                          • 24.2.1. Los seres humanos pueden sintetizar algunos aminoácidos pero deben obtener otros de la dieta
                                                          • 24.2.2. Un paso común determina la quiralidad de todos los aminoácidos
                                                          • 24.2.3. Se requiere un intermedio adenilado para formar asparagina a partir de aspartato
                                                          • 24.2.4. El glutamato es el precursor de glutamina, prolina y arginina
                                                          • 24.2.5. La serina, la cisteína y la glicina se forman a partir de 3-fosfoglicerato
                                                          • 24.2.6. El tetrahidrofolato transporta unidades de un carbón activado a varios niveles de oxidación
                                                          • 24.2.7. S-La adenosilmetionina es el principal donante de grupos metilo
                                                          • 24.2.8. La cisteína se sintetiza a partir de serina y homocisteína
                                                          • 24.2.9. Los niveles altos de homocisteína se asocian con enfermedades vasculares
                                                          • 24.2.10. El shikimato y el corismato son intermedios en la biosíntesis de aminoácidos aromáticos
                                                          • 24.2.11. La triptófano sintetasa ilustra la canalización del sustrato en la catálisis enzimática
                                                          • 24.3.1. Las vías ramificadas requieren una regulación sofisticada
                                                          • 24.3.2. La actividad de la glutamina sintetasa está modulada por una cascada enzimática
                                                          • 24.4.1. El glutatión, un péptido gamma-glutamilo, actúa como tampón sulfhidrilo y antioxidante
                                                          • 24.4.2. El óxido nítrico, una molécula de señal de corta duración, se forma a partir de arginina
                                                          • 24.4.3. Las porfirinas de mamíferos se sintetizan a partir de glicina y succinil coenzima A
                                                          • 24.4.4. Las porfirinas se acumulan en algunos trastornos hereditarios del metabolismo de las porfirinas
                                                          • Fijación de nitrógeno: los microorganismos utilizan ATP y un potente reductor para reducir el nitrógeno atmosférico a amoníaco
                                                          • Los aminoácidos se elaboran a partir de intermedios del ciclo del ácido cítrico y otras vías principales
                                                          • La biosíntesis de aminoácidos está regulada por inhibición por retroalimentación
                                                          • Los aminoácidos son precursores de muchas biomoléculas
                                                          • Términos clave
                                                          • Problemas de mecanismo
                                                          • Problemas de integración de capítulos
                                                          • Problema de integración de capítulos e interpretación de datos
                                                          • Donde empezar
                                                          • Libros
                                                          • Fijación de nitrogeno
                                                          • Regulación de la biosíntesis de aminoácidos.
                                                          • Biosíntesis de aminoácidos aromáticos
                                                          • Glutatión
                                                          • Etileno y óxido nítrico
                                                          • Biosíntesis de porfirinas
                                                          • 25.1. En la síntesis de novo, el anillo de pirimidina se ensambla a partir de bicarbonato, aspartato y glutamina
                                                            • 25.1.1. El bicarbonato y otros compuestos de carbono oxigenado se activan por fosforilación
                                                            • 25.1.2. La cadena lateral de la glutamina se puede hidrolizar para generar amoníaco
                                                            • 25.1.3. Los intermedios pueden moverse entre sitios activos mediante la canalización
                                                            • 25.1.4. Orotate adquiere un anillo de ribosa de PRPP para formar un nucleótido de pirimidina y se convierte en uridilato
                                                            • 25.1.5. Los mono, di y trifosfatos de nucleótidos son interconvertibles
                                                            • 25.1.6. CTP se forma por aminación de UTP
                                                            • 25.2.1. Las vías de salvamento economizan el gasto energético intracelular
                                                            • 25.2.2. El sistema de anillo de purina se ensambla sobre fosfato de ribosa
                                                            • 25.2.3. El anillo de purina se ensambla mediante pasos sucesivos de activación por fosforilación seguida de desplazamiento
                                                            • 25.2.4. AMP y GMP se forman a partir de IMP
                                                            • 25.3.1. El timidilato se forma mediante la metilación del desoxiuridilato
                                                            • 25.3.2. La dihidrofolato reductasa cataliza la regeneración del tetrahidrofolato, un portador de un carbono
                                                            • 25.3.3. Varios fármacos anticancerosos valiosos bloquean la síntesis de timidilato
                                                            • 25.6.1. Las purinas se degradan a urato en los seres humanos
                                                            • 25.6.2. El síndrome de Lesch-Nyhan es una consecuencia dramática de mutaciones en una enzima de la vía de rescate
                                                            • En la síntesis de novo, el anillo de pirimidina se ensambla a partir de bicarbonato, aspartato y glutamina
                                                            • Las bases de purinas se pueden sintetizar de novo o reciclar mediante vías de recuperación
                                                            • Los desoxirribonucleótidos se sintetizan mediante la reducción de ribonucleótidos a través de un mecanismo radical
                                                            • Los pasos clave en la biosíntesis de nucleótidos están regulados por inhibición por retroalimentación
                                                            • NAD +, FAD y coenzima A se forman a partir de ATP
                                                            • Las alteraciones en el metabolismo de los nucleótidos pueden causar afecciones patológicas
                                                            • Términos clave
                                                            • Problemas de mecanismo
                                                            • Problemas de integración de capítulos
                                                            • Donde empezar
                                                            • Biosíntesis de pirimidina
                                                            • Biosíntesis de purinas
                                                            • Reductasas de ribonucleótidos
                                                            • Timidilato sintasa y dihidrofolato reductasa
                                                            • Enfermedades genéticas
                                                            • 26.1. El fosfatidato es un intermedio común en la síntesis de fosfolípidos y triacilgliceroles
                                                              • 26.1.1. La síntesis de fosfolípidos requiere un intermedio activado
                                                              • 26.1.2. Los plasmalógenos y otros éter fosfolípidos se sintetizan a partir del fosfato de dihidroxiacetona
                                                              • 26.1.3. Los esfingolípidos se sintetizan a partir de ceramida
                                                              • 26.1.4. Los gangliósidos son esfingolípidos ricos en carbohidratos que contienen azúcares ácidos
                                                              • 26.1.5. Los esfingolípidos confieren diversidad a la estructura y función de los lípidos
                                                              • 26.1.6. El síndrome de dificultad respiratoria y la enfermedad de Tay-Sachs son el resultado de la alteración del metabolismo de los lípidos
                                                              • 26.2.1. La síntesis de mevalonato, que se activa como pirofosfato de isopentenilo, inicia la síntesis de colesterol
                                                              • 26.2.2. Escualeno (C30) Se sintetiza a partir de seis moléculas de pirofosfato de isopentenilo (C5)
                                                              • 26.2.3. El escualeno se cicla para formar colesterol
                                                              • 26.3.1. Las lipoproteínas transportan colesterol y triacilgliceroles por todo el organismo
                                                              • 26.3.2. Los niveles sanguíneos de ciertas lipoproteínas pueden servir para fines de diagnóstico
                                                              • 26.3.3. Las lipoproteínas de baja densidad juegan un papel central en el metabolismo del colesterol
                                                              • 26.3.4. El receptor de LDL es una proteína transmembrana que tiene cinco regiones funcionales diferentes
                                                              • 26.3.5. La ausencia del receptor de LDL conduce a hipercolesterolemia y aterosclerosis
                                                              • 26.3.6. El manejo clínico de los niveles de colesterol puede entenderse a nivel bioquímico
                                                              • Sales biliares
                                                              • Hormonas esteroides
                                                              • 26.4.1. La nomenclatura de las hormonas esteroides
                                                              • 26.4.2. Los esteroides son hidroxilados por las monooxigenasas del citocromo P450 que utilizan NADPH y O2
                                                              • 26.4.3. El sistema Cytochrome P450 está muy extendido y realiza una función protectora
                                                              • 26.4.4. La pregnenolona, ​​un precursor de muchos otros esteroides, se forma a partir del colesterol mediante la escisión de su cadena lateral.
                                                              • 26.4.5. La síntesis de progesterona y corticosteroides a partir de pregnenolona
                                                              • 26.4.6. La síntesis de andrógenos y estrógenos a partir de pregnenolona
                                                              • 26.4.7. La vitamina D se deriva del colesterol por la actividad de la luz que divide los anillos
                                                              • 26.4.8. El pirofosfato de isopentenilo es un precursor de una amplia variedad de biomoléculas
                                                              • El fosfatidato es un intermedio común en la síntesis de fosfolípidos y triacilgliceroles
                                                              • El colesterol se sintetiza a partir de la acetil coenzima A en tres etapas
                                                              • La compleja regulación de la biosíntesis del colesterol tiene lugar en varios niveles
                                                              • Los derivados importantes del colesterol incluyen sales biliares y hormonas esteroides
                                                              • Términos clave
                                                              • Problema del mecanismo
                                                              • Problemas de interpretación de datos e integración de capítulos
                                                              • Donde empezar
                                                              • Libros
                                                              • Fosfolípidos y esfingolípidos
                                                              • Biosíntesis de colesterol y esteroides.
                                                              • Lipoproteínas y sus receptores.
                                                              • Activación de oxígeno y catálisis P450
                                                              • 27.1. El ADN puede asumir una variedad de formas estructurales
                                                                • 27.1.1. El A-DNA es una doble hélice con características diferentes a las del B-DNA más común
                                                                • 27.1.2. Los surcos mayor y menor están alineados por grupos de enlaces de hidrógeno específicos de secuencia
                                                                • 27.1.3.Los resultados de los estudios de cristales individuales de ADN revelaron variaciones locales en la estructura del ADN
                                                                • 27.1.4. Z-DNA es una doble hélice para zurdos en la que los fosfatos de la columna vertebral zigzaguean
                                                                • 27.2.1. Todas las ADN polimerasas tienen características estructurales en común
                                                                • 27.2.2. Dos iones metálicos unidos participan en la reacción de la polimerasa
                                                                • 27.2.3. La especificidad de la replicación está determinada por los enlaces de hidrógeno y la complementariedad de la forma entre las bases
                                                                • 27.2.4. Muchas polimerasas revisan las bases recién agregadas y los errores de impuestos especiales
                                                                • 27.2.5. La separación de hebras de ADN requiere helicasas específicas e hidrólisis de ATP
                                                                • 27.3.1. El número de enlace de ADN, una propiedad topológica, determina el grado de superenrollamiento
                                                                • 27.3.2. La torsión helicoidal y la contracción superhelical están correlacionadas entre sí a través del número de enlace
                                                                • 27.3.3. Las topoisomerasas de tipo I relajan las estructuras superenrolladas
                                                                • 27.3.4. Las topoisomerasas de tipo II pueden introducir superenrollamientos negativos mediante el acoplamiento a la hidrólisis de ATP
                                                                • 27.4.1. Un cebador de ARN sintetizado por Primase permite que comience la síntesis de ADN
                                                                • 27.4.2. Una hebra de ADN se produce de forma continua, mientras que la otra hebra se sintetiza en fragmentos
                                                                • 27.4.3. La ADN ligasa se une a los extremos del ADN en regiones dúplex
                                                                • 27.4.4. La replicación del ADN requiere polimerasas altamente procesivas
                                                                • 27.4.5. Las hebras principales y rezagadas se sintetizan de manera coordinada
                                                                • 27.4.6. La síntesis de ADN es más compleja en eucariotas que en procariotas
                                                                • 27.4.7. Los telómeros son estructuras únicas en los extremos de los cromosomas lineales
                                                                • 27.4.8. Los telómeros son replicados por la telomerasa, una polimerasa especializada que lleva su propia plantilla de ARN
                                                                • 27.5.1. Las reacciones de recombinación proceden a través de los intermedios de Holliday Junction
                                                                • 27.5.2. Las recombinasas están relacionadas evolutivamente con las topoisomerasas
                                                                • 27.6.1. Algunos mutágenos químicos son bastante específicos
                                                                • 27.6.2. La luz ultravioleta produce dímeros de pirimidina
                                                                • 27.6.3. Se utilizan diversas vías de reparación del ADN
                                                                • 27.6.4. La presencia de timina en lugar de uracilo en el ADN permite la reparación de citosina desaminada
                                                                • 27.6.5. Muchos cánceres son causados ​​por una reparación defectuosa del ADN
                                                                • 27.6.6. Algunas enfermedades genéticas son causadas por la expansión de repeticiones de tres nucleótidos
                                                                • 27.6.7. Muchos carcinógenos potenciales pueden detectarse por su acción mutagénica sobre las bacterias
                                                                • El ADN puede asumir una variedad de formas estructurales
                                                                • Las ADN polimerasas requieren una plantilla y un cebador
                                                                • El ADN de doble hebra puede envolverse a sí mismo para formar estructuras superenrolladas
                                                                • La replicación del ADN de ambas cadenas procede rápidamente de sitios de inicio específicos
                                                                • Moléculas de ADN de doble hebra con secuencias similares a veces se recombinan
                                                                • Las mutaciones son producidas por varios tipos de cambios en la secuencia base del ADN
                                                                • Términos clave
                                                                • Problemas de mecanismo
                                                                • Problemas de interpretación de datos e integración de capítulos
                                                                • Problema con los medios
                                                                • Dónde empezar
                                                                • Libros
                                                                • Estructura del ADN
                                                                • Topología de ADN y topoisomerasas
                                                                • Mecanismo de replicación
                                                                • ADN polimerasas y otras enzimas de replicación
                                                                • Recombinasas
                                                                • Mutaciones y reparación del ADN
                                                                • Reparación de ADN defectuoso y cáncer
                                                                • 28.1. La transcripción es catalizada por la ARN polimerasa
                                                                  • 28.1.1. La transcripción se inicia en los sitios promotores de la plantilla de ADN
                                                                  • 28.1.2. Las subunidades sigma de la ARN polimerasa reconocen los sitios promotores
                                                                  • 28.1.3. La ARN polimerasa debe desenrollar la doble hélice de la plantilla para que tenga lugar la transcripción
                                                                  • 28.1.4. Las cadenas de ARN se forman de novo y crecen en la dirección 5 & # x02032-to-3 & # x02032
                                                                  • 28.1.5. El alargamiento tiene lugar en las burbujas de transcripción que se mueven a lo largo de la plantilla de ADN
                                                                  • 28.1.6. Una horquilla de ARN seguida de varios residuos de uracilo termina la transcripción de algunos genes
                                                                  • 28.1.7. La proteína Rho ayuda a terminar la transcripción de algunos genes
                                                                  • 28.1.8. Los precursores de la transferencia y el ARN ribosómico se escinden y modifican químicamente después de la transcripción
                                                                  • 28.1.9. Inhibidores antibióticos de la transcripción
                                                                  • 28.2.1. El ARN en células eucariotas se sintetiza mediante tres tipos de ARN polimerasa
                                                                  • 28.2.2. Elementos cis y transactivos: bloqueos y claves de la transcripción
                                                                  • 28.2.3. La mayoría de los promotores de la ARN polimerasa II contienen una caja TATA cerca del sitio de inicio de la transcripción
                                                                  • 28.2.4. La proteína de unión a caja TATA inicia el ensamblaje del complejo de transcripción activo
                                                                  • 28.2.5. Múltiples factores de transcripción interactúan con promotores eucariotas
                                                                  • 28.2.6. Las secuencias potenciadoras pueden estimular la transcripción en los sitios de inicio a miles de bases de distancia
                                                                  • 28.3.1. Los extremos de la transcripción de pre-ARNm adquieren una tapa 5 & # x02032 y una cola de poli (A) 3 & # x02032
                                                                  • 28.3.2. La edición de ARN cambia las proteínas codificadas por ARNm
                                                                  • 28.3.3. Los sitios de empalme en los precursores de ARNm se especifican mediante secuencias en los extremos de los intrones
                                                                  • 28.3.4. El empalme consta de dos reacciones de transesterificación
                                                                  • 28.3.5. Pequeños ARN nucleares en empaliceosomas catalizan el empalme de precursores de ARNm
                                                                  • 28.3.6. Algunas moléculas de pre-ARNm pueden empalmarse de formas alternativas para producir diferentes ARNm
                                                                  • La transcripción es catalizada por la ARN polimerasa
                                                                  • La transcripción eucariota y la traducción están separadas en el espacio y el tiempo
                                                                  • Se procesan los productos de transcripción de las tres polimerasas eucariotas
                                                                  • El descubrimiento del ARN catalítico fue revelador con respecto tanto al mecanismo como a la evolución
                                                                  • Términos clave
                                                                  • Problema del mecanismo
                                                                  • Problemas de integración de capítulos
                                                                  • Problemas de interpretación de datos
                                                                  • Dónde empezar
                                                                  • Libros
                                                                  • Polimerasas de ARN
                                                                  • Iniciación y alargamiento
                                                                  • Promotores, potenciadores y factores de transcripción
                                                                  • Terminación
                                                                  • 5 & ​​# x02032-Formación de casquete y poliadenilación
                                                                  • Edición de ARN
                                                                  • Empalme de precursores de ARNm
                                                                  • Auto-empalme y catálisis de ARN
                                                                  • 29.1. La síntesis de proteínas requiere la traducción de secuencias de nucleótidos en secuencias de aminoácidos
                                                                    • 29.1.1. La síntesis de proteínas largas requiere una frecuencia de error baja
                                                                    • 29.1.2. Las moléculas de ARN de transferencia tienen un diseño común
                                                                    • 29.1.3. El aminoácido activado y el anticodón del ARNt se encuentran en los extremos opuestos de la molécula en forma de L
                                                                    • 29.2.1. Los aminoácidos se activan primero por adenilación
                                                                    • 29.2.2. Las sintetasas de aminoacil-tRNA tienen sitios de activación de aminoácidos altamente discriminatorios
                                                                    • 29.2.3. La corrección mediante sintetasas de aminoacil-tRNA aumenta la fidelidad de la síntesis de proteínas
                                                                    • 29.2.4. Las sintetasas reconocen los bucles de Anticodon y los tallos aceptores de las moléculas de ARN de transferencia
                                                                    • 29.2.5. Las sintetasas de aminoacil-tRNA se pueden dividir en dos clases
                                                                    • 29.3.1. Los ARN ribosomales (ARNr 5S, 16S y 23S) juegan un papel central en la síntesis de proteínas
                                                                    • 29.3.2. Las proteínas se sintetizan en la dirección de amino a carboxilo
                                                                    • 29.3.3. El ARN mensajero se traduce en la dirección 5 & # x02032-to-3 & # x02032
                                                                    • 29.3.4. La señal de inicio es AUG (o GUG) precedida por varias bases que se emparejan con rRNA 16S
                                                                    • 29.3.5. La síntesis de proteínas bacterianas es iniciada por ARN de transferencia de formilmetionilo
                                                                    • 29.3.6. Los ribosomas tienen tres sitios de unión de tRNA que unen las subunidades 30S y 50S
                                                                    • 29.3.7. La cadena de polipéptidos en crecimiento se transfiere entre los ARNt en la formación de enlaces peptídicos
                                                                    • 29.3.8. Solo las interacciones codón-anticodón determinan el aminoácido que se incorpora
                                                                    • 29.3.9. Algunas moléculas de ARN de transferencia reconocen más de un codón debido a la oscilación en el emparejamiento de bases
                                                                    • 29.4.1. Formilmetionil-tRNAF Se coloca en el sitio P del ribosoma durante la formación del complejo de iniciación 70S
                                                                    • 29.4.2. Los factores de elongación entregan aminoacil-tRNA al ribosoma
                                                                    • 29.4.3. La formación de un enlace peptídico es seguida por la translocación de ARNt y ARNm impulsada por GTP
                                                                    • 29.4.4. La síntesis de proteínas se interrumpe por factores de liberación que leen los codones de parada
                                                                    • 29.5.1. Muchos antibióticos actúan inhibiendo la síntesis de proteínas
                                                                    • 29.5.2. La toxina diftérica bloquea la síntesis de proteínas en eucariotas al inhibir la translocación
                                                                    • La síntesis de proteínas requiere la traducción de secuencias de nucleótidos en secuencias de aminoácidos
                                                                    • Sintetasas de ARN de transferencia de aminoacilo Lea el código genético
                                                                    • Un ribosoma es una partícula de ribonucleoproteína (70S) compuesta de una subunidad pequeña (30S) y una grande (50S)
                                                                    • Los factores proteicos juegan un papel clave en la síntesis de proteínas
                                                                    • La síntesis de proteínas eucariotas difiere de la síntesis de proteínas procariotas principalmente en la iniciación de la traducción
                                                                    • Términos clave
                                                                    • Problemas de mecanismo
                                                                    • Problemas de integración de capítulos
                                                                    • Problema de interpretación de datos
                                                                    • Problema con los medios
                                                                    • Donde empezar
                                                                    • Libros
                                                                    • Aminoacil-tRNA sintetasas
                                                                    • Transferencia de ARN
                                                                    • Ribosomas y ARN ribosomales
                                                                    • Factores de iniciación
                                                                    • Factores de alargamiento
                                                                    • Formación y translocación de enlaces peptídicos
                                                                    • Terminación
                                                                    • Fidelidad y corrección
                                                                    • Síntesis de proteínas eucariotas
                                                                    • Antibióticos y toxinas.
                                                                    • 30.1. El metabolismo consta de vías altamente interconectadas
                                                                      • 30.1.1. Motivos recurrentes en la regulación metabólica
                                                                      • 30.1.2. Principales vías metabólicas y sitios de control
                                                                      • 30.1.3. Uniones clave: glucosa 6-fosfato, piruvato y acetil CoA
                                                                      • 30.3.1. Las adaptaciones metabólicas en el hambre prolongada minimizan la degradación de proteínas
                                                                      • 30.3.2. Los trastornos metabólicos en la diabetes son el resultado de una insuficiencia relativa de insulina y un exceso de glucagón
                                                                      • 30.3.3. Homeostasis calórica: un medio para regular el peso corporal
                                                                      • El metabolismo consta de vías altamente interconectadas
                                                                      • Cada órgano tiene un perfil metabólico único
                                                                      • La ingesta de alimentos y el hambre inducen cambios metabólicos
                                                                      • La elección de combustible durante el ejercicio está determinada por la intensidad y la duración de la actividad
                                                                      • El etanol altera el metabolismo energético en el hígado
                                                                      • Términos clave
                                                                      • Donde empezar
                                                                      • Libros
                                                                      • Metabolismo del combustible
                                                                      • Adaptaciones metabólicas en la inanición
                                                                      • Diabetes mellitus
                                                                      • Metabolismo del ejercicio
                                                                      • Metabolismo del etanol
                                                                      • 31.1. Las proteínas procariotas que se unen al ADN se unen específicamente a los sitios reguladores en los operones
                                                                        • 31.1.1. Un operón consta de elementos reguladores y genes que codifican proteínas
                                                                        • 31.1.2. los laca El operador tiene una secuencia base simétrica
                                                                        • 31.1.3. los laca La proteína represora en ausencia de lactosa se une al operador y bloquea la transcripción
                                                                        • 31.1.4. La unión de ligandos puede inducir cambios estructurales en las proteínas reguladoras
                                                                        • 31.1.5. El operón es una unidad reguladora común en procariotas
                                                                        • 31.1.6. La transcripción puede ser estimulada por proteínas que entran en contacto con la ARN polimerasa
                                                                        • 31.1.7. El motivo Helix-Turn-Helix es común a muchas proteínas procariotas que se unen al ADN
                                                                        • 31.2.1. Los nucleosomas son complejos de ADN e histonas
                                                                        • 31.2.2. El ADN eucariota se envuelve alrededor de las histonas para formar nucleosomas
                                                                        • 31.2.3. El control de la expresión genética requiere remodelación de cromatina
                                                                        • 31.2.4. Los potenciadores pueden estimular la transcripción perturbando la estructura de la cromatina
                                                                        • 31.2.5. La modificación del ADN puede alterar los patrones de expresión génica
                                                                        • 31.3.1. Los esteroides y las moléculas hidrófobas relacionadas atraviesan las membranas y se unen a los receptores de unión al ADN
                                                                        • 31.3.2. Los receptores de hormonas nucleares regulan la transcripción reclutando coactivadores y correpresores para el complejo de transcripción
                                                                        • 31.3.3. Los receptores de hormonas esteroides son objetivos de las drogas
                                                                        • 31.3.4. La estructura de la cromatina se modula mediante modificaciones covalentes de las colas de histonas
                                                                        • 31.3.5. Las histonas desacetilasas contribuyen a la represión transcripcional
                                                                        • 31.3.6. La unión del ligando a los receptores de membrana puede regular la transcripción a través de cascadas de fosforilación
                                                                        • 31.3.7. La estructura de la cromatina reduce eficazmente el tamaño del genoma
                                                                        • 31.4.1. La atenuación es un mecanismo procariótico para regular la transcripción mediante la modulación de la estructura secundaria del ARN naciente
                                                                        • 31.4.2. Los genes asociados con el metabolismo del hierro están regulados traslacionalmente en animales
                                                                        • Las proteínas procariotas que se unen al ADN se unen específicamente a los sitios reguladores en los operones
                                                                        • La mayor complejidad de los genomas eucariotas requiere elaborados mecanismos de regulación genética
                                                                        • La activación y represión transcripcional están mediadas por interacciones proteína-proteína
                                                                        • La expresión genética se puede controlar a niveles postranscripcionales
                                                                        • Términos clave
                                                                        • Problema del mecanismo
                                                                        • Problema de integración de capítulos
                                                                        • Problema de interpretación de datos
                                                                        • Donde empezar
                                                                        • Libros
                                                                        • Regulación de genes procarióticos
                                                                        • Nucleosomas e histonas
                                                                        • Receptores de hormonas nucleares
                                                                        • Remodelación de cromatina y cromatina
                                                                        • Regulación postranscripcional
                                                                        • Aspectos historicos
                                                                        • Capítulo 32.Sistemas sensoriales
                                                                          • 32.1. Se detecta una amplia variedad de compuestos orgánicos por olfato
                                                                            • 32.1.1. El olfato está mediado por una enorme familia de receptores de siete hélices transmembrana
                                                                            • 32.1.2. Los olores se decodifican mediante un mecanismo combinatorio
                                                                            • 32.1.3. Imágenes de resonancia magnética funcional revelan regiones del cerebro que procesan información sensorial
                                                                            • 32.2.1. La secuenciación del genoma humano condujo al descubrimiento de una gran familia de receptores amargos 7TM
                                                                            • 32.2.2. Una familia de receptores 7TM responde casi con certeza a los compuestos dulces
                                                                            • 32.2.3. Los sabores salados se detectan principalmente por el paso de iones de sodio a través de canales
                                                                            • 32.2.4. Los sabores agrios surgen de los efectos de los iones de hidrógeno (ácidos) en los canales
                                                                            • 32.2.5. Umami, el sabor del glutamato, es detectado por una forma especializada de receptor de glutamato
                                                                            • 32.3.1. La rodopsina, un receptor Specialized 7TM, absorbe la luz visible
                                                                            • 32.3.2. La absorción de luz induce una isomerización específica del enlace 11-cis-De retina
                                                                            • 32.3.3. La reducción del nivel de calcio inducida por la luz coordina la recuperación
                                                                            • 32.3.4. La visión del color está mediada por tres receptores cónicos que son homólogos de la rodopsina
                                                                            • 32.3.5. Los reordenamientos en los genes de los pigmentos verde y rojo conducen a & # x0201cColor ceguera & # x0201d
                                                                            • 32.4.1. Las células ciliadas utilizan un paquete conectado de estereocilios para detectar pequeños movimientos
                                                                            • 32.4.2. Se han identificado canales mecanosensoriales en Drosophila y bacterias
                                                                            • 32.5.1. Los estudios de la capsaicina, el ingrediente activo de los pimientos & # x0201cHot & # x0201d, revelan un receptor para detectar altas temperaturas y otros estímulos dolorosos
                                                                            • 32.5.2. Los sistemas sensoriales sutiles detectan otros factores ambientales como el campo magnético de la Tierra
                                                                            • El olfato, el gusto, la visión, la audición y el tacto se basan en vías de transducción de señales activadas por señales del entorno.
                                                                            • Se detecta una amplia variedad de compuestos orgánicos por olfato
                                                                            • El gusto es una combinación de sentidos que funcionan mediante diferentes mecanismos
                                                                            • Las moléculas fotorreceptoras en el ojo detectan la luz visible
                                                                            • La audición depende de la rápida detección de estímulos mecánicos
                                                                            • El tacto incluye la detección de presión, temperatura y otros factores
                                                                            • Términos clave
                                                                            • Problema de integración de capítulos
                                                                            • Problema del mecanismo
                                                                            • Problemas con los medios
                                                                            • Donde empezar
                                                                            • Olfato
                                                                            • Gusto
                                                                            • Visión
                                                                            • Audiencia
                                                                            • Recepción del tacto y el dolor
                                                                            • Otros sistemas sensoriales
                                                                            • 33.1. Los anticuerpos poseen distintas unidades de unión a antígeno y efectoras
                                                                            • 33.2. El pliegue de inmunoglobulina consiste en un marco de tipo sándwich beta con bucles hipervariables
                                                                            • 33.3. Los anticuerpos se unen a moléculas específicas a través de sus bucles hipervariables
                                                                              • 33.3.1. Los análisis de rayos X han revelado cómo los anticuerpos se unen a los antígenos
                                                                              • 33.3.2. Los antígenos grandes se unen a anticuerpos con numerosas interacciones
                                                                              • 33.4.1. Los genes J (unión) y los genes D (diversidad) aumentan la diversidad de anticuerpos
                                                                              • 33.4.2. Se pueden formar más de 108 anticuerpos por asociación combinatoria y mutación somática
                                                                              • 33.4.3. La oligomerización de anticuerpos expresados ​​en la superficie de células B inmaduras desencadena la secreción de anticuerpos
                                                                              • 33.4.4. Se forman diferentes clases de anticuerpos mediante el salto de VH Genes
                                                                              • 33.5.1. Los péptidos presentados por las proteínas MHC ocupan un surco profundo flanqueado por hélices alfa
                                                                              • 33.5.2. Los receptores de células T son proteínas similares a anticuerpos que contienen regiones variables y constantes
                                                                              • 33.5.3. CD8 en células T citotóxicas actúa en concierto con los receptores de células T
                                                                              • 33.5.4. Las células T auxiliares estimulan las células que muestran péptidos extraños unidos a proteínas MHC de clase II
                                                                              • 33.5.5. Las células T colaboradoras dependen del receptor de células T y CD4 para reconocer péptidos extraños en células presentadoras de antígenos
                                                                              • 33.5.6. Las proteínas MHC son muy diversas
                                                                              • 33.5.7. Los virus de inmunodeficiencia humana subvierten el sistema inmunológico al destruir las células T auxiliares
                                                                              • 33.6.1. Las células T están sujetas a selección positiva y negativa en el timo
                                                                              • 33.6.2. Las enfermedades autoinmunes son el resultado de la generación de respuestas inmunitarias contra los autoantígenos
                                                                              • 33.6.3. El sistema inmunológico juega un papel importante en la prevención del cáncer
                                                                              • Los anticuerpos poseen distintas unidades de unión a antígeno y efectoras
                                                                              • El pliegue de inmunoglobulina consiste en un marco de tipo sándwich beta con bucles hipervariables
                                                                              • Los anticuerpos se unen a moléculas específicas a través de sus bucles hipervariables
                                                                              • La diversidad es generada por reordenamientos genéticos
                                                                              • Las proteínas del complejo mayor de histocompatibilidad presentan antígenos peptídicos en las superficies celulares para su reconocimiento por los receptores de células T
                                                                              • Se suprimen las respuestas inmunitarias contra los autoantígenos
                                                                              • Términos clave
                                                                              • Problema del mecanismo
                                                                              • Problema de integración de capítulos
                                                                              • Problema de interpretación de datos
                                                                              • Donde empezar
                                                                              • Libros
                                                                              • Estructura de anticuerpos y complejos anticuerpo-antígeno
                                                                              • Generación de diversidad
                                                                              • Procesamiento de proteínas y antígenos del MHC
                                                                              • Receptores de células T y complejos de señalización.
                                                                              • VIH y SIDA
                                                                              • Descubrimiento de conceptos importantes
                                                                              • 34.1. La mayoría de las proteínas motoras moleculares son miembros de la superfamilia P-Loop NTPase
                                                                                • 34.1.1. Una proteína motora consta de un núcleo de ATPasa y una estructura extendida
                                                                                • 34.1.2. La unión y la hidrólisis de ATP inducen cambios en la conformación y afinidad de unión de las proteínas motoras
                                                                                • 34.2.1. El músculo es un complejo de miosina y actina
                                                                                • 34.2.2. La actina es un polímero dinámico polar, autoensamblante
                                                                                • 34.2.3. Los movimientos de las proteínas motoras únicas se pueden observar directamente
                                                                                • 34.2.4. La liberación de fosfato desencadena el golpe de poder de miosina
                                                                                • 34.2.5. La longitud del brazo de palanca determina la velocidad del motor
                                                                                • 34.3.1. Los microtúbulos son polímeros cilíndricos huecos
                                                                                • 34.3.2. Kinesin Motion es altamente procesivo
                                                                                • 34.3.3. Pequeños cambios estructurales pueden invertir la polaridad del motor
                                                                                • 34.4.1. Las bacterias nadan girando sus flagelos
                                                                                • 34.4.2. El flujo de protones impulsa la rotación flagelar bacteriana
                                                                                • 34.4.3. La quimiotaxis bacteriana depende de la inversión de la dirección de rotación flagelar
                                                                                • La mayoría de las proteínas motoras moleculares son miembros de la superfamilia P-Loop NTPase
                                                                                • Las miosinas se mueven a lo largo de los filamentos de actina
                                                                                • La kinesina y la dineína se mueven a lo largo de los microtúbulos
                                                                                • Un motor giratorio impulsa el movimiento bacteriano
                                                                                • Términos clave
                                                                                • Problema del mecanismo
                                                                                • Problema de integración de capítulos
                                                                                • Problema de interpretación de datos
                                                                                • Donde empezar
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                                                                                • Kinesina, dineína y microtúbulos
                                                                                • Movimiento bacteriano y quimiotaxis
                                                                                • Aspectos historicos
                                                                                • Apéndice A: Constantes físicas y conversión de unidades
                                                                                • Apéndice B: Constantes de acidez
                                                                                • Apéndice C: Longitudes de enlace estándar

                                                                                De acuerdo con el editor, se puede acceder a este libro mediante la función de búsqueda, pero no se puede navegar.


                                                                                ¿Fosforilación oxidativa inversa? - biología

                                                                                Reactividad en química

                                                                                PS1. Introducción a la fotosíntesis

                                                                                En biología, se necesita energía para impulsar todo tipo de procesos bioquímicos. Se necesita energía para mantenerse con vida. Hay muchas fuentes de energía en la tierra. Las fuerzas tectónicas liberan cantidades masivas de calor e impulsan la conversión de algunos minerales en productos gaseosos, por ejemplo, los sulfuros metálicos como la zincblenda se pueden convertir en sulfuro de hidrógeno gaseoso, H2S. A veces, todo ese calor y gas llega a la superficie de la tierra en forma de volcanes. En los océanos, algunos organismos marinos obtienen su energía de los gases liberados por los respiraderos volcánicos, como el metano y el sulfuro de hidrógeno. Sin embargo, la luz solar es una fuente de energía aún más abundante en la mayor parte de la superficie terrestre. En la fotosíntesis, la energía luminosa se absorbe y se utiliza para producir ATP.Recuerde, el ATP es como un paquete de baterías portátil en biología, puede viajar a diferentes partes de una celda donde se puede usar para impulsar pasos ascendentes en reacciones bioquímicas.

                                                                                Figura PS1.1. La absorción de fotones del sol está acoplada a la producción de ATP, la batería biológica.

                                                                                Las plantas, las algas y algunas bacterias son capaces de realizar la fotosíntesis. Podrían obtener el beneficio inmediato de las moléculas portátiles de ATP para impulsar reacciones bioquímicas. Sin embargo, la producción de ATP en la fotosíntesis también está relacionada con la captura de carbono. El dióxido de carbono del aire se incorpora a las moléculas de carbohidratos. Esta conversión ocurre en una serie de reacciones llamadas & quot; reacciones oscuras & quot, porque continúan sucediendo incluso sin luz solar. Los carbohidratos se pueden almacenar, a largo plazo, y luego se pueden usar como fuentes de energía a través de la glucólisis y el ciclo del ácido cítrico.

                                                                                Figura PS1.1. En la fotosíntesis, el ATP se desvía hacia la producción de carbohidratos para el almacenamiento de energía a largo plazo.

                                                                                Los animales, por supuesto, se benefician de este proceso indirectamente porque también pueden utilizar los carbohidratos como fuente de energía. La descomposición de los carbohidratos libera energía a través de la compensación habitual: los enlaces C-H y C-C ligeramente más débiles se rompen y se forman enlaces O-H y C-O ligeramente más fuertes, lo que significa que hay una liberación general de energía. Al comer plantas, podemos acceder de inmediato a estos carbohidratos sin todo el alboroto de estar todo el día bajo el sol haciéndolos nosotros mismos.

                                                                                Si recuerda algo de biología vegetal básica, es posible que esté familiarizado con otro aspecto de la fotosíntesis. La "reacción equilibrada" para la fotosíntesis también implica la conversión de agua en oxígeno molecular, como sigue:

                                                                                El oxígeno es un actor clave en la fosforilación oxidativa, en la que la glucólisis y el ciclo del TCA se vuelven aún más eficientes al aumentar la cantidad de ATP producida por cada molécula de glucosa descompuesta. La mayoría de los organismos (incluyéndonos a nosotros) simplemente no pueden sobrevivir sin ese ATP adicional del que dependemos de las plantas para nuestra supervivencia en más de un sentido.

                                                                                Pero a diferencia de lo que sugiere la reacción equilibrada, la producción de oxígeno por parte de las plantas se lleva a cabo por separado de la síntesis de carbohidratos. La producción de oxígeno es en realidad parte de la "reacción ligera", junto con la síntesis de ATP.

                                                                                Figura PS1.3. La fotosíntesis también está asociada con la producción de oxígeno molecular.

                                                                                En la fotosíntesis, el agua se oxida para producir oxígeno molecular. Las plantas toman los electrones que han quitado de las moléculas de agua y los desvían hacia una cadena de transporte de electrones. La energía aprovechada por esa cadena de transporte de electrones se utiliza para convertir ADP en ATP. En la fosforilación oxidativa, los organismos (incluidas las plantas) toman electrones del NADH y los succinan y los desvían a una cadena de transporte de electrones, depositándolos finalmente en una molécula de oxígeno para producir agua. La energía aprovechada por esa cadena de transporte de electrones se utiliza para convertir ADP en ATP.

                                                                                Eso significa que tenemos dos procesos opuestos que se aprovechan para producir ATP. En un proceso, los electrones corren cuesta abajo energéticamente y se depositan en dioxígeno para producir agua. Eso es fosforilación oxidativa. La fotosíntesis es realmente una fosforilación oxidativa que se ejecuta a la inversa: los electrones comienzan en el agua y continúan a través de una cadena de electrones desde allí. Pero si la fosforilación oxidativa va cuesta abajo, entonces la fotosíntesis debe ir cuesta arriba.

                                                                                Ahí es donde entra la luz. La luz absorbida en la fotosíntesis se usa para elevar los electrones cuesta arriba en energía desde allí, pueden comenzar a rodar cuesta abajo a través de la cadena de transporte de electrones, liberando energía a lo largo del camino que se puede aprovechar para la formación de ATP.

                                                                                Todos estos eventos tienen lugar en un orgánulo especial de la planta llamado cloroplasto. Los cloroplastos se parecen un poco a las mitocondrias, donde tienen lugar los procesos metabólicos importantes, como el ciclo del TCA y la fosforilación oxidativa. Al igual que las mitocondrias, los cloroplastos contienen su propio ADN y ribosomas para la producción de proteínas y se transmiten directamente de la célula madre a la célula hija. Los cloroplastos tienen una doble membrana y están llenos de un medio acuoso llamado estroma.

                                                                                Figura PS1.4. Diagrama simplificado de un cloroplasto.

                                                                                Dentro del cloroplasto hay estructuras llamadas tilacoides. Un tilacoide es como un globo de agua complejo, tiene una membrana y está lleno de un medio acuoso llamado lumen. Sin embargo, a diferencia de un simple globo de agua, el tilacoide tiene partes que están profundamente dobladas, de modo que parecen discos apilados en capas. Estas porciones del tilacoide se llaman grana. Las porciones regulares no dobladas se llaman laminillas.

                                                                                Figura PS1.5. Diagrama simplificado de la estructura de los tilacoides.

                                                                                El tilacoide juega un papel muy importante en la ftosíntesis. Un grupo de complejos de proteínas unidos a la membrana tilacoide llevan a cabo la absorción de la energía luminosa, la conversión del agua en dioxígeno y la producción de ATP, además de un portador de electrones, NADPH. El ATP y NADPH se liberan en el estroma circundante. Una proteína soluble en el estroma, llamada ribulosa bisfosfato carboxilasa (RuBisCo) captura el dióxido de carbono y lo une covalentemente a una molécula de carbohidrato. Otras proteínas luego usan el ATP y NADPH para reducir el grupo carboxilato (del CO2) en una parte regular de la cadena de carbohidratos. De esta manera, en lugar de tratar de unir seis moléculas de dióxido de carbono juntas en una glucosa, el problema se simplifica en solo tomar un dióxido de carbono a la vez y agregarlo a un azúcar preexistente.

                                                                                El ATP es producido por una ATP sintasa, que es muy similar al complejo utilizado para el mismo propósito durante la fosforilación oxidativa. Al igual que la ATP sintasa en las mitocondrias, esta es impulsada por un gradiente de protones. El gradiente de protones se crea a través de una vía de transporte de electrones, como la de las mitocondrias. De hecho, muchas de las características de la fotosíntesis son bastante similares a la fosforilación oxidativa. Una diferencia crucial es que la cadena de transporte de electrones en la fosforilación oxidativa comienza con NADH y termina con agua, mientras que en la fotosíntesis es al revés: la cadena comienza con agua y termina con NADPH. La cadena de transporte de electrones en la fosforilación oxidativa es exotérmica, y su energía va cuesta abajo. La cadena de transporte de electrones en la fotosíntesis sería endotérmica, pero puede sostenerse mediante la entrada de energía en forma de luz.

                                                                                Figura PS1.6. Diagrama simplificado de los principales participantes en la fotosíntesis.

                                                                                Consulte la sección sobre fotosíntesis en Biochemistry Online de Henry Jakubowski.

                                                                                Este sitio está escrito y mantenido por Chris P. Schaller, Ph.D., College of Saint Benedict / Saint John's University (con contribuciones de otros autores como se indica). Está disponible gratuitamente para uso educativo.

                                                                                />
                                                                                Estructura y reactividad en química orgánica, biológica e inorgánica por Chris Schaller tiene licencia bajo una Licencia Creative Commons Reconocimiento-No comercial 3.0 Unported.

                                                                                Envíe las correcciones a [email protected]

                                                                                Este material se basa en el trabajo respaldado por la National Science Foundation con la subvención No. 1043566.

                                                                                Todas las opiniones, hallazgos y conclusiones o recomendaciones expresadas en este material pertenecen a los autores y no reflejan necesariamente los puntos de vista de la National Science Foundation.


                                                                                ¿Cuáles son las similitudes y diferencias entre la fotofosforilación y la fosforilación oxidativa?

                                                                                Ambos procesos operan con el mismo principio básico pasando electrones por una cadena para crear una protón (H +) degradado, permitiendo el formación de ATP. La mayor diferencia es dónde ocurren. Fotofosforilación ocurre en la membrana tilacoide de los cloroplastos durante la etapa de fotosíntesis dependiente de la luz. Luz en forma de fotones suministra la energía necesaria para excitar dos e - s en PSII (fotosistema II), que luego pasan a lo largo de la cadena de transporte. Oxidativo fosforilaciónOcurre en la membrana de las crisálidas mitocondriales durante la respiración celular. Aquí, los e - s son suministrados por NAD y FAD, con oxígeno actuando como el último aceptor de electrones, lo que lleva a la formación de H2O. Durante la fotofosforilación, NADP actúa como el último e-aceptor, lo que lleva a la formación de NADPH.

                                                                                En ambos procesos, los e - s pasan por una cadena de agentes de transferencia de electrones en una serie de reacciones redox. En ambas reacciones, a medida que los e - s pasan a lo largo del complejo de citocromo, los iones H + son bombeado de un área de baja a alta concentración, creando una gradiente de protones. Durante la fotofosforilación, los e - s se bombean desde el estroma dentro el tilacoide, mientras que en la fosforilación oxidativa los e - s se bombean desde la matriz dentro el espacio intermembranal. los quimiosmosis de iones H + por el gradiente de concentración a través de los poros de ATPsynthase luego suministra la energía necesaria para fosforilar el ADP dentro ATP, que es el principal portador de energía y cotización en las células.


                                                                                Ver el vídeo: 25. Oxidative Phosphorylation (Julio 2022).


Comentarios:

  1. Sharn

    Podemos decir que esta es una excepción :)

  2. Gray

    Gracias, se ha leído.

  3. Raedan

    Gracias por la ayuda en esta pregunta ¿Cómo puedo agradecerle?

  4. Ezra

    Wacker, una frase notable y oportuna

  5. Winward

    Es una gran idea y a tiempo

  6. Griorgair

    En mi opinión, ya se ha discutido.

  7. Maumi

    Confirmo. Me suscribo a todo lo anterior. Podemos comunicarnos sobre este tema.



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