1 Las Introducción al estudio de la biología celular y molecular
1.1 El descubrimiento de las células 1.2 Propiedades básicas de las células
Las células son muy complejas y organizadas
Las células poseen un programa genético y los medios para usarlo
Las células son capaces de reproducirse
Las células obtienen y utilizan energía
Las células llevan a cabo diferentes reacciones químicas
Las células se ocupan de numerosas actividades mecánicas
Las células son capaces de reaccionar a estímulos
Las células son capaces de autorregularse
Las células evolucionan 1.3 Dos clases de células fundamentalmente diferentes
Características que diferencian a las células procariotas de las eucariotas
Tipos de células procariotas
Tipos de células eucariotas: especialización celular
Tamaño de las células y sus componentes
Biología sintética
● Perspectiva humana. Posibilidad de un tratamiento con reemplazo celular 1.4 Virus
Viroides
● Vías experimentales origen de las células eucariotas 2 Las bases químicas de la vida
2.1 Enlaces covalentes
Moléculas polares y no polares
Ionización 2.2 Enlaces no covalentes
Enlaces iónicos: atracciones entre átomos con carga
● Perspectiva humana. Radicales libres como causa de envejecimiento
Enlaces de hidrógeno
Interacciones hidrófobas y fuerzas de van der Waals
Las propiedades del agua para mantener la vida 2.3 Ácidos, bases y amortiguadores 2.4 La naturaleza de las moléculas biológicas
Grupos funcionales
Una clasificación de las moléculas biológicas por función 2.5 Cuatro tipos de moléculas biológicas
Carbohidratos
Lípidos
Proteínas
● Perspectiva humana. El plegamiento anormal de proteínas puede tener consecuencias letales
Ácidos nucleicos 2.6 La formación de estructuras macromoleculares complejas
El ensamble de las partículas del virus del mosaico del tabaco y las subunidades ribosomales
● Vías experimentales chaperonas: ayuda a las proteínas a llegar a su estado plegado apropiado 3 Bioenergética, enzimas y metabolismo
3.1 Bioenergética
Las leyes de la termodinámica y el concepto de entropía
Energía libre 3.2 Enzimas como catalizadores biológicos
Propiedades de las enzimas
Superación de la barrera de la energía de activación
El sitio activo
Mecanismos de catálisis enzimática
Cinética enzimática
● Perspectiva humana. El problema creciente de la resistencia a antibióticos 3.3 Metabolismo
Generalidades del metabolismo
Oxidación y reducción: un asunto de electrones
La captura y utilización de energía
Regulación metabólica 4 La estructura y función de la membrana plasmática
4.1 Generalidades de las funciones de la membrana 4.2 Una breve historia de los estudios sobre la estructura de la membrana plasmática 4.3 La composición química de las membranas
Lípidos de membrana
La asimetría de los lípidos de la membrana
Carbohidratos de la membrana 4.4 La estructura y funciones de las proteínas de membrana
Proteínas integrales de la membrana
Estudio de la estructura y Propiedades de las proteínas integrales de la membrana
Proteínas periféricas de membrana
Proteínas de membrana ancladas a los lípidos 4.5 Lípidos de membrana y la fluidez de la membrana
La importancia de la fluidez de la membrana
Mantenimiento de la fluidez de la membrana
Balsas lipídicas 4.6 La naturaleza dinámica de la membrana
Plasmática
La difusión de las proteínas de membrana después de la fusión celular
Restricciones a la movilidad de proteínas y lípidos
El eritrocito: un ejemplo de estructura de la membrana plasmática 4.7 El movimiento de sustancias a través
De las membranas celulares
La energética del movimiento de solutos
Difusión de sustancias a través de las membranas
Difusión facilitada
Transporte activo
● Perspectiva humana. Defectos en los conductos iónicos y transportadores como causa de enfermedad hereditaria 4.8 Potenciales de membrana e impulsos nerviosos
El potencial de reposo
El potencial de acción
Propagación de los potenciales de acción como impulso
Neurotransmisión: salto de la hendidura sináptica
● Vías experimentales El receptor para acetilcolina 5 La respiración aeróbica y la mitocondria
5.1 Estructura y función de la mitocondria
Membranas mitocondriales
La matriz mitocondrial 5.2 Metabolismo oxidativo en la mitocondria
El ciclo del ácido tricarboxílico (TCA)
La importancia de las coenzimas reducidas en la formación de ATP 5.3 La función de la mitocondria en la formación de ATP
Potenciales de oxidación-reducción
● Perspectiva humana. La función de los metabolismos anaeróbico y aeróbico en el ejercicio
Transporte de electrones
Tipos de portadores de electrones 5.4 Translocación de protones y establecimiento de una fuerza motriz para protones
5.5 Los mecanismos para la formación de ATP
La estructura de la sintasa de ATP
La base de la formación de ATP de acuerdo con el mecanismo de cambio de unión
Otras funciones para la fuerza motriz de protones además de la síntesis de ATP
5.6 Peroxisomas
● Perspectiva humana. Enfermedades consecutivas a la función anormal de mitocondrias o peroxisomas 6 La fotosíntesis y el cloroplasto
6.1 Estructura y función del cloroplasto 6.2 Una revisión del metabolismo fotosintético 6.3 La absorción de luz
Pigmentos fotosintéticos 6.4 Unidades fotosintéticas y centros de reacción
Formación de oxígeno: coordinación de la actividad de dos sistemas fotosintéticos diferentes
Destrucción de hierbas mediante inhibición del transporte de electrones 6.5 Fotofosforilación
Fotofosforilación no cíclica en comparación con cíclica 6.6 Fijación del dióxido de carbono y la síntesis de carbohidratos
Síntesis de carbohidratos en las plantas C3
Síntesis de carbohidratos en las plantas C4
Síntesis de carbohidratos en las plantas CAM 7 Interacciones entre las células y su ambiente
7.1 Espacio extracelular
Matriz extracelular 7.2 interacciones de las células con los materiales extracelulares
Integrinas
Adhesiones focales y hemidesmosomas: fijación de las células a su sustrato 7.3 Interacciones de las células entre sí
Selectinas
● Perspectiva humana. Función de la adhesión celular en la inflamación y metástasis
Superfamilia de las inmunoglobulinas
Caderinas
Uniones adherentes y desmosomas: fijación de unas células con otras
Función de los receptores de adhesión celular en la señalización transmembranosa 7.4 Zonas de oclusión: sellado del espacio extracelular 7.5 Uniones comunicantes y plasmodesmas: mediación de la comunicación intercelular
Plasmodesmas 7.6 Paredes celulares 8 Sistemas de membrana citoplásmica: estructura, función y tránsito en la membrana
8.1 Revisión del sistema endomembranoso 8.2 Algunas aproximaciones al estudio de las endomembranas
Información obtenida de la autorradiografía
Información obtenida a partir de la proteína verde fluorescente
Información obtenida del análisis bioquímico de las fracciones subcelulares
Información obtenida a partir de sistemas libres de células
Información obtenida del estudio de fenotipos mutantes 8.3 El retículo endoplásmico
El retículo endoplásmico liso
Funciones del retículo endoplásmico rugoso
Del retículo endoplásmico al aparato de Golgi: primer paso en el transporte vesicular 8.4 El aparato de Golgi
Glucosilación en el aparato de Golgi
El movimiento de materiales a través del aparato de Golgi 8.5 Tipos de transporte en vesículas y sus funciones
Vesículas cubiertas con COP II: transporte de cargamento del retículo endoplásmico al aparato de Golgi
Vesículas cubiertas con COP I: transporte de proteínas escapadas de regreso al retículo endoplásmico
Más allá del aparato de Golgi: ordenamiento de proteínas en la red trans de Golgi (TGN)
Direccionamiento de las vesículas a un compartimiento particular 8.6 Lisosomas
● Perspectiva humana. Trastornos secundarios a defectos de la función lisosómica 8.7 Vacuolas de las células vegetales 8.8 La vía endocítica: movimiento de membrana y materiales dentro de la célula
Endocitosis
Fagocitosis 8.9 Captación de proteínas por peroxisomas, mitocondrias y cloroplastos después de la traducción
Captación de proteínas en los peroxisomas
Captación de proteínas en las mitocondrias
Captación de proteínas en los cloroplastos
● Vías experimentales Endocitosis mediada por receptor 9 El citoesqueleto y la movilidad celular
9.1 revisión de las principales funciones del citoesqueleto 9.2 Estudio del citoesqueleto
El uso de la microscopia con fluorescencia en células vivas
El uso de pruebas de moléculas individuales in vitro e in vivo
Uso de técnicas de imágenes con fluorescencia para vigilar la dinámica del citoesqueleto 9.3 Microtúbulos
Estructura y composición
Proteínas relacionadas con los microtúbulos
Microtúbulos como soportes y organizadores estructurales
Microtúbulos como agentes de movilidad intracelular
Proteínas motoras que cruzan el citoesqueleto microtubular
Centros organizadores de microtúbulos
Las propiedades dinámicas de los microtúbulos
Cilios y flagelos: estructura y función
● Perspectiva humana. La función de los cilios en el desarrollo y la enfermedad 9.4 Filamentos intermedios
Ensamble y desensamble de filamentos intermedios
Tipos y funciones de los filamentos intermedios 9.5 Microfilamentos
Ensamble y desensamble de microfilamentos
Miosina: el motor molecular de los filamentos de actina 9.6 Contractilidad muscular
El modelo de filamento deslizante de la contracción muscular 9.7 Motilidad extramuscular
Proteínas de unión con la actina
Ejemplos de movilidad y contractilidad extramuscular 10 Naturaleza del gen y el genoma
10.1 Concepto de gen como unidad de la herencia 10.2 Cromosomas: portadores físicos de los genes
Descubrimiento de los cromosomas
Cromosomas como portadores de la información genética
Análisis genético en Drosophila
Entrecruzamiento y recombinación
Mutagénesis y cromosomas gigantes 10.3 Naturaleza química del gen
Estructura del DNA
La propuesta de Watson y Crick
DNA superenrollado 10.4 Estructura del genoma
Complejidad del genoma
● Perspectiva humana. Enfermedades que resultan de la expansión de repeticiones de trinucleótidos 10.5 Estabilidad del genoma
Duplicación completa del genoma (poliploidización)
Duplicación y modificación de secuencias del DNA
“Genes saltarines” y la naturaleza dinámica del genoma 10.6 Secuenciación de genomas: la base genética del ser humano
Genómica comparativa: “si se conserva, debe ser importante”
La base genética del “ser humano”
Variación genética dentro de la población humana
● Perspectiva humana. Aplicación del análisis genómico a la medicina
● Vías experimentales La naturaleza química del gen 11 Expresión del material genético: de la transcripción a la traducción
11.1 Relación entre genes y proteínas
Revisión del tránsito de la información dentro de las células 11.2 Sinopsis de la transcripción en células procariotas y eucariotas
Transcripción en bacterias
Transcripción y procesamiento del RNA en células eucariotas 11.3 Síntesis y procesamiento de los RNA ribosómico y de transferencia
Síntesis del precursor de rRNA
Procesamiento del rRNA precursor
Síntesis y procesamiento del rRNA 5S
RNA de transferencia 11.4 Síntesis y procesamiento de RNA mensajeros
Maquinaria para la transcripción del mRNA
Procesamiento de genes: un hallazgo inesperado
Procesamiento de los mRNA eucariotas
Implicaciones evolutivas de la rotura de genes y el corte y empalme del RNA
Creación de nuevas ribozimas en el laboratorio 11.5 RNA reguladores pequeños y Vías de desactivación (silenciamiento) de RNA
● Perspectiva humana. Aplicaciones clínicas de la interferencia de RNA
Micro-RNA: RNA pequeños que regulan la expresión génica
piRNA: una clase de RNA pequeños que funcionan en las células germinales
Otros RNA no codificadores 11.6 Codificación de la información genética
Propiedades del código genético 11.7 Decodificación de los codones: la función de los RNA de transferencia
La estructura de los tRNA 11.8 Traducción de la información genética
Inicio
Elongación
Terminación
Vigilancia y control de calidad de mRNA
Polirribosomas
● Vías experimentales. Función del RNA en la catálisis 12 El núcleo celular y el control de la expresión génica
12.1 Núcleo de una célula eucariota
La envoltura nuclear
Cromosomas y cromatina
● Perspectiva humana. Aberraciones cromosómicas y enfermedades humanas
Epigenética: hay más que heredar que una secuencia de DNA
El núcleo como un organelo organizado 12.2 Control de la expresión génica en bacterias
El operón bacteriano
Ribointerruptores 12.3 Control de la expresión génica en eucariotas 12.4 Control al nivel transcripcional
La función de los factores de transcripción en la regulación de la expresión génica
Estructura de los factores transcripcionales
Sitios de DNA que participan en la regulación de la transcripción
Activación transcripcional: función de los aumentadores, promotores y coactivadores
Represión de la transcripción 12.5 Control al nivel del procesamiento 12.6 Control al nivel traduccional
Localización citoplásmica de los mRNA
El control de la traducción de mRNA
Control de la estabilidad del mRNA
Función de los microRNA en el control al nivel de la traducción 12.7 Control postraduccional: determinación de la estabilidad de la proteína 13 Replicación y reparación del DNA
13.1 Replicación del DNA
Replicación semiconservadora
Replicación en células bacterianas
Estructura y funciones de las DNA polimerasas
La replicación en las células eucariotas 13.2 Reparación del DNA
Escisión de nucleótidos y reparación
Reparación por escisión de bases
Reparación de la unión deficiente
Reparación de la rotura de doble cadena
● Perspectiva humana. Consecuencias de las deficiencias del sistema de reparación del DNA 13.3 Entre la replicación y la reparación 14 Reproducción celular
14.1 El ciclo celular
Ciclos celulares in vivo
Control del ciclo celular 14.2 Fase M: mitosis y citocinesis
Profase
Prometafase
Metafase
Anafase
Telofase
Fuerzas necesarias para los movimientos mitóticos
Citocinesis 14.3 Meiosis
Las etapas de la meiosis
● Perspectiva humana. Falta de disyunción meiótica y sus consecuencias
Recombinación genética durante la meiosis
● Vías experimentales Descubrimiento y caracterización del factor promotor de maduración (MPF) 15 Señalización celular y transducción de señales: comunicación entre las células
15.1 Los elementos básicos de los sistemas de señalización celular 15.2 Estudio de los mensajeros extracelulares y sus receptores 15.3 Receptores unidos con proteína G y sus segundos mensajeros
Transducción de la señal por receptores unidos con proteína G
● Perspectiva humana. Trastornos relacionados con los receptores unidos con proteína G
Segundos mensajeros
Especificidad de las reacciones relacionadas con la proteína G
Regulación de los niveles de glucosa sanguínea
La función de los GPCR en la percepción sensorial 15.4 Fosforilación de proteína tirosina como mecanismo
Para la transducción de señal
La vía de cinasa de Ras-MAP
Señalización del receptor para insulina
Vías de señalización en las plantas 15.5 Función del calcio como mensajero intracelular
Regulación de las concentraciones de calcio en las células vegetales 15.6 Convergencia, divergencia y comunicación cruzada entre diferentes vías de señalización
Ejemplos de convergencia, divergencia y comunicación cruzada entre vías de señalización 15.7 Función del óxido nítrico como mensajero intercelular 15.8 Apoptosis (muerte celular programada)
La vía extrínseca de la apoptosis
La vía intrínseca de la apoptosis 16 Cáncer
16.1 Propiedades básicas de una célula cancerosa
16.2 Causas del cáncer
16.3 La genética del cáncer
Genes supresores de tumor y oncogenes: frenos y aceleradores
El genoma del cáncer
Análisis de la expresión génica 16.4 Nuevas medidas para combatir el cáncer
Inmunoterapia
Inhibición de la actividad de proteínas promotoras de cáncer
Inhibición de la formación de nuevos vasos sanguíneos (angiogénesis)
● Vías experimentales El descubrimiento de los oncogenes 17 La respuesta inmunitaria
17.1 Revisión de la respuesta inmunitaria
Respuestas inmunitarias innatas
Respuestas inmunitarias adaptativas 17.2 La teoría de la selección clonal aplicada a los linfocitos B
Vacunación 17.3 Linfocitos T: activación y mecanismo de acción 17.4 Temas selectos sobre las bases celulares y moleculares de la inmunidad
La estructura molecular de los anticuerpos
Reordenamiento de DNA de los genes que codifican los receptores de antígeno de los linfocitos B y T
Complejos antígeno-receptor unidos a la membrana
El complejo mayor de histocompatibilidad
Distinción entre lo propio y lo ajeno
Los linfocitos se activan por señales en la superficie celular
Vías de transducción de señales en la activación de linfocitos
● Perspectiva humana. Enfermedades autoinmunitarias
● Vías experimentales. La función del complejo mayor de histocompatibilidad en la presentación de antígenos 18 Técnicas en biología celular y molecular
18.1 El microscopio óptico
Resolución
Visibilidad
Preparación de muestras para microscopia óptica
Microscopia de contraste de fase
Microscopia de fluorescencia (y técnicas relacionadas basadas en la fluorescencia)
Microscopia con video y procesamiento de imágenes
Microscopia confocal de barrido láser
Microscopio de fluorescencia con súper resolución 18.2 Microscopia electrónica de transmisión
Preparación de la muestra para la microscopia electrónica 18.3 Microscopia electrónica de barrido y microscopia de fuerza atómica
Microscopia de fuerza atómica 18.4 Uso de radioisótopos 18.5 Cultivo celular 18.6 Fraccionamiento del contenido de una célula mediante centrifugación diferencial 18.7 Aislamiento, purificación y fraccionamiento de proteínas
Precipitación selectiva
Cromatografía líquida en columna
Electroforesis en gel de poliacrilamida
Medición y análisis de proteínas 18.8 Identificación de la estructura de proteínas y complejos multisubunitarios 18.9 Purificación de ácidos nucleicos 18.10 Fraccionamiento de ácidos nucleicos
Separación de DNA por electroforesis en gel
Separación de ácidos nucleicos por ultracentrifugación 18.11 Hibridación de ácidos nucleicos 18.12 Síntesis química de DNA 18.13 Tecnología de DNA recombinante
Endonucleasas de restricción
Formación de DNA recombinante
Clonación de DNA 18.14 Amplificación enzimática de DNA por reacción en cadena de la polimerasa
Aplicaciones de la PCR 18.15 Secuenciación de DNA 18.16 Bibliotecas de DNA
Bibliotecas genómicas
Genotecas de cDNA 18.17 Transferencia de DNA en células eucariotas y embriones de mamífero 18.18 Determinación de la función de genes eucariotas
Por eliminación o desactivación (silenciamiento) génica
Mutagénesis in vitro
Ratones con bloqueo génico
Interferencia del RNA 18.19 Uso de anticuerpos
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