PRINCIPIO 17/3/10 15:07 Página ii Bioquímica TERCERA EDICIÓN Christopher K. Mathews OREGON STATE UNIVERSITY K. E. van Holde OREGON STATE UNIVERSITY Kevin G. Ahern OREGON STATE UNIVERSITY Traducción José Manuel González de Buitrago Catedrático de Bioquímica de Escuela Universitaria Departamento de Bioquímica y Biología Molecular Universidad de Salamanca Jefe de Sección de Bioquímica Servicio de Bioquímica Hospital Universitario de Salamanca Madrid • México • Santafé de Bogotá • Buenos Aires • Caracas • Lima • Montevideo San Juan • San José • Santiago • São Paulo • Reading, Massachusetts • Harlow, England PRINCIPIO 17/3/10 15:07 Página iii Datos de catalogación bibliográfica MATHEWS, C. K.; VAN HOLDE, K. E.; AHERN, K. G. BIOQUÍMICA PEARSON EDUCACIÓN, S. A.,Madrid, 2002 ISBN: 978-84-832-2694-0 Materia: Bioquímica, 577 Formato: 195 (cid:1)270 Páginas: 1.368 Todos los derechos reservados. No está permitida la reproducción total o parcial de esta obra ni su tratamiento o transmisión por cualquier medio o método sin autorización escrita de la Editorial. DERECHOS RESERVADOS © 2002 respecto a la primera edición en español por: PEARSON EDUCACIÓN, S. A. Núñez de Balboa, 120 28006 Madrid MATHEWS, C. K.; VAN HOLDE, K. E.; AHERN, K. G. BIOQUÍMICA ISBN: 84-7829-053-2 Depósito Legal: M- PRENTICE HALLes un sello editorial de PEARSON EDUCACIÓN Traducido de: Biochemistry. Third edition. Copyright © 2002, por Benjamin/Cummings Publishing Company, Inc., an imprint of Addison Wesley Longman, Inc. ISBN: 0-8053-3066-6 Edición en español: Equipo editorial: Editora: Isabel Capella Técnico editorial: Sonia Ayerra Equipo de producción: Director: José A. Clares Técnico: Equipo de diseño: Mario Guindel, Lía Sáenz y Begoña Pérez Composición: COPIBOOK, S. L. Impreso por: IMPRESO EN ESPAÑA- PRINTED IN SPAIN Este libro ha sido impreso con papel y tintas ecológicos DEDICATORIA Y AUTORES 17/3/10 14:53 Página vii Acerca de los autores CHRISTOPHER K. MATHEWS es Catedrático Distinguido y Jefe del Departamento • de Bioquímica y Biofísica de la Universidad del Estado de Oregón.Posee un B.A. del Reed College (1958) y un Ph.D.de la Universidad de Washington (1962).Ha trabajado en los claustros de las Universidades de Yale y de Arizona antes de aceptar su posición actual.Su principal campo de interés en la investigación es la coordinación entre la biosíntesis de los precursores del DNA y la replicación del DNA.El Dr.Mathews fue becario Eleanor Roosevelt International Cancer en el Instituto Karolinska de Estocolmo de 1984 a 1985,y Catedrático Invitado Tage Erlander en la Universidad de Estocolmo de 1994-1995.Ha publicado más de 150 artículos científicos sobre virología molecular,regulación metabólica,en- zimología de nucleótidos y genética bioquímica. Es autor de Bacteriophage Biochemistry(1971) y codirector de Bacteriphage T4(1983) y de Structural and Organizational Aspects of Metabolic Regulation (1990).Su experiencia docente comprende cursos de bioquímica de pregrado y postgrado en la Facultad de Medicina. K. E. VAN HOLDE es Catedrático Emérito Distinguido de Biofísica y Bioquímica, en la Universidad del Estado de Oregón.Obtuvo su B.A.(1949) y Ph.D.(1952) en la Universidad de Winsconsin.Durante muchos años,el interés investigador principal del Dr.Van Holde ha sido la estructura de la cromatina y este traba- jo le valió,en 1977,la concesión de una Cátedra de Investigación de la Sociedad Americana del Cáncer.Ha trabajado en la Universidad del Estado de Oregón desde 1967 y en 1988 fue nombrado Catedrático Distinguido.Es miembro de la Academia Nacional de Ciencias y ha recibido las becas Guggenheim, NSF y EMBO.Es autor de más de 200 artículos científicos y de tres libros,además de éste:Physical Biochemistry(1971,1985),Chromatin(1988) y Principles ofPhysical Biochemistry (1998). Ha sido también codirector de The Origins of Life and Evolution (1981). Su experiencia docente comprende cursos de química, bio- química y biofísica de pregrado y de postgrado,así como el Curso de Fisiología y Biología Molecular en el Laboratorio de Biología Marina de Woods Hole. KEVIN G. AHERN es profesor Ayudante del Departamento de Bioquímica y Biofísica de la Universidad del Estado de Oregón. Obtuvo sus títulos de B.S. (1976) y M.S. (1981) en la Universidad del Estado de Oklahoma y su Ph.D. (1986) en la Universidad del Estado de Oregón.Entre sus temas de interés se en- cuentran la utilización de los ordenadores en la investigación científica y la en- DEDICATORIA Y AUTORES 17/3/10 14:53 Página viii viii ACERCA DE LOS AUTORES señanza. El Dr. Ahern pertenece al claustro de la Universidad del Estado de Oregón donde ha sido promotor de los cursos a través de la red para la ense- ñanza de la bioquímica.Es redactor colaborador de la revista Science,columnista de Genetic Engineering Newsy escritor libre de numerosas publicaciones online e impresas.El Dr.Ahern ha ejercido como director,desde 1987 a 1998,de Bio- technology Software and Internet Journaly es el fundador de Da Vinci Press Ink (www.davincipress.com),una empresa consultora de software.Ha dirigido la edición de dos libros Biotechnology Software Reports-Computer Applications for Molecular Biologisty The Biotechnology Software Directory,A Buyer´s Guide.La experiencia docente del Dr.Ahern comprende cursos de bioquímica de pregrado y postgrado. PREFACIO Y REVISORES 17/3/10 15:01 Página ix Prefacio LAPLANIFICACIÓNDELATERCERAEDICIÓNDEUNLIBRODETEXTODEBIOQUÍMICA • que ha sido bien recibido parecería un trabajo sencillo.Ciertamente,son nece- sarias las mejoras:las sugeridas por los que utilizan el texto,así como los cam- bios esenciales identificados por los autores.A pesar del mayor cuidado han apa- recido los molestos errores inevitables que deben corregirse.Pero seguramente, si el texto ha funcionado bien,la tarea principal debe ser actualizarlo.Así pen- sábamos hasta que comenzamos a contemplar la expansión explosiva del co- nocimiento bioquímico que se ha producido en los pocos años transcurridos desde la aparición de la segunda edición de Bioquímica.¿Cómo puede dispo- nerse esta información nueva sin dar lugar a un libro de texto con una infor- mación tan densa que no puedan utilizarlo los estudiantes, la mayoría de los cuales estudian el primer año de bioquímica? Estaba claro que se requería un enfoque cualitativamente diferente. Sin duda,este enfoque debe utilizar la potencia del ordenador para acceder y orga- nizar la enorme información sobre genómica,proteómica,secuencias génicas y estructuras proteicas presentes en las bases de datos de expansión continua.Es crucial que el texto forme un todo sin costuras con los recursos de información auxiliar y que estos recursos estén estrechamente conectados con el texto. Además,estos recursos deben diseñarse y producirse en colaboración con al- guien que no sólo tenga la destreza técnica sino también la experiencia de la en- señanza de la bioquímica,de forma ideal con las ediciones previas de nuestro li- bro de texto.En otras palabras,para conseguir nuestros objetivos era esencial reclutar a un tercer autor. Los dos que participamos en las dos primeras ediciones,esto es,los Drs.Van Holde y Mathews,fuimos muy afortunados de poder incorporar al Dr.Kevin Ahern como tercer autor.El Dr.Ahern tiene una experiencia amplia y profun- da de la bioinformática,pulida por la experiencia como Director de la revista Biotechnology Software & Internet Journal y como redactor colaborador de Sciencecon responsabilidad concreta de las aplicaciones de los ordenadores en las ciencias biológicas.De igual importancia,el Dr.Ahern enseña bioquímica en nuestro departamento utilizando este libro de texto. La participación del Dr.Ahern hace que la nueva edición de Bioquímicasea una nueva empresa,aunque el libro se parezca a las ediciones anteriores en lo esencial.Pensamos que el texto tiene dos funciones.Como en el pasado,hemos tratado de crear un texto que pueda leerse y utilizarse, para guiar a los estu- PREFACIO Y REVISORES 17/3/10 15:01 Página x x PREFACIO diantes a través de un curso de introducción a la bioquímica,que es normal, aunque no frecuente,que tenga un año de duración.Pero,en combinación con la Guía Electrónica de Estudio diseñada por el Dr.Ahern, el texto se ha con- vertido en una puerta de entrada al mundo enorme y en continua evolución que es la bioquímica.Nuestro objetivo ha sido crear un recurso informático que ayu- dará y guiará a los estudiantes mucho después de que hayan completado su pri- mer curso de bioquímica. RECURSOS INFORMÁTICOS La Guía Electrónica de Estudio debe cumplir dos fines principales.(1) Debe po- tenciar la capacidad de los estudiantes para entender la bioquímica,y (2) debe proporcionar acceso a un cuerpo de conocimiento mucho mayor del que puede cubrirse en las páginas impresas del libro de texto.Para conseguir la mayor ac- cesibilidad y facilidad de uso,todo el material se da en un formato hipertexto corriente (HTML) y un lenguaje de programación (Java) al que se puede acce- der fácilmente a través de los navegadores comunes como Navigator de Netscape o Internet Explorer de Microsoft,virtualmente en cualquier ordenador perso- nal.Nuestra Guía Electrónica de Estudio tiene dos partes:una almacenada en un medio fijo,esto es el CD-ROM que acompaña a este texto,y la otra en uno di- námico,la página Web de Pearson Educación en www.librosite.net/mathews. El CD-ROM Guía Electrónica de Estudio que acompaña a cada copia de este texto contiene las secciones Visión General,Conceptos,y Terminología.La sec- ción Visión General sigue la organización del capítulo del texto y contiene hi- pervínculos que conducen al estudiante con un toque de botón a otros puntos de información relevante, como las estructuras químicas y las reacciones en- zimáticas.La sección de Conceptos proporciona resúmenes cortos con hiper- vínculos de las ideas importantes de cada capítulo.La sección de Terminología contiene resúmenes y definiciones de todos los términos importantes de cada capítulo. Nuestra página Web incorpora todas las características esenciales tanto del CD de los estudiantes como del de los profesores,así como otros recursos infor- máticos de interés para estudiantes y profesores. EVOLUCIÓN DEL TEXTO En el texto,la organización global permanece igual,esto es,comenzamos con la estructura y el mecanismo,seguido del metabolismo intermediario y luego el procesamiento de la información biológica. Con todo, se han realizado unos cuantos cambios significativos. El Capítulo 3 (Bioenergética) se ha acortado transfiriendo una sección (El ATP como moneda de intercambio energético) al Capítulo 12 (Introducción al Metabolismo). Este cambio elimina alguna re- dundancia y sitúa esta parte en una yuxtaposición adecuada con el metabolis- mo. Muchas secciones se crearon o escribieron de nuevo para ampliar conceptos y descubrimientos nuevos.Entre los ejemplos,se encuentran los tratamientos ampliados del plegado proteico y las proteínas chaperonas (Capítulo 6), los motores moleculares (Capítulo 8),las estructuras de los complejos respiratorios mitocondriales (Capítulo 15),las especies reactivas de oxígeno y las enferme- dades humanas (Capítulo 15),los conocimientos bioquímicos de la obesidad (Capítulo 18),el ácido fólico y el corazón (Capítulo 20),los neurotransmisores y la psicofarmacología (Capítulo 21),las nuevas rutas de transducción de señal (Capítulo 23),las estructuras y mecanismos de las DNA polimerasas (Capítulo PREFACIO Y REVISORES 17/3/10 15:01 Página xi PREFACIO xi 24),los mecanismos de recombinación genética (Capítulo 26) y la expresión de los genes en los eucariotas (Capítulo 28).Este material nuevo se ha plegado en el formato que ha funcionado bien en las ediciones anteriores,que es una in- troducción precoz de la estructura de los ácidos nucleicos (para clarificar las pre- sentaciones de la estructura y función proteicas),un énfasis en las raíces expe- rimentales de la bioquímica,un énfasis continuo en las relaciones energéticas en la bioquímica,y un enfoque a pasos de las rutas metabólicas complejas (intro- ducción,seguida de una visión general y luego,de los detalles y reiteración de la visión general y el tratamiento de la regulación). HERRAMIENTAS DE LA BIOQUÍMICA Dado que los métodos que utilizan los bioquímicos están evolucionando conti- nuamente,en cada edición añadimos técnicas nuevas en cada sección y elimina- mos las que dejan de utilizarse.En la Tercera Edición hemos añadido una nue- va sección de Herramientas,“Métodos para detectar y analizar las interacciones Proteína-Proteína”.Hemos eliminado la sección sobre secuenciación de Maxam y Gilbert (aunque esta técnica de importancia histórica se esquematizará cuan- do presentemos las técnicas de cartografiado de tránscritos en el Capítulo 26), y también hemos eliminado una sección que describe la identificación de los N- y C-terminales de los polipéptidos.La sección sobre el análisis de la secuencia proteica (Capítulo 5) indica aún cómo se identifican los N-terminales como parte de los protocolos de secuenciación automática. Hemos ampliado otras secciones de Herramientas para incluir variantes nuevas de técnicas más antiguas,como la microscopía confocal de barrido láser (Capítulo 1) y la síntesis de conjuntos de péptidos combinatorios (Capítulo 5).La sección sobre espectrometría de masas (Capítulo 6) también se ha am- pliado para reflejar la importancia creciente y la versatilidad de esta técnica. PROBLEMAS AL FINAL DE LOS CAPÍTULOS Los problemas cuantitativos y las preguntas de tipo discusión se encuentran en- tre los recursos de aprendizaje más valiosos de un texto,y los usuarios suelen pe- dir más problemas y respuestas completas.La mayor parte de los capítulos de la Tercera Edición tienen de dos a cuatro problemas nuevos cada uno, con res- puestas breves a todos ellos al final del libro. AGRADECIMIENTOS Cada una de las tres ediciones de este libro nos ha encontrado trabajando con un equipo editorial y de producción totalmente diferente en Addison Wesley Longman.Hemos disfrutado en particular trabajando con este equipo.Su pro- fesionalismo y dedicación al proyecto han hecho un placer trabajar con ellos y nos ha permitido escribir este texto,crear los recursos informáticos y ver com- pletado el proyecto en,aproximadamente,un año menos del tiempo proyecta- do en principio.Dirigiendo el equipo estaba Ben Roberts,Editor de Química, que supervisó las fases editorial y de producción del trabajo. El entusiasmo continuo de Ben por el proyecto fue una fuerza motivadora poderosa. El Dr. John Murdzek,Editor de Desarrollo,fue un crítico perspicaz y persistente.John posee un Ph.D. en química, lo que le permitió contactar con nosotros como científico, y le ayudó a detectar errores y ambigüedades que ciertamente hu- bieran pasado inadvertidas a un editor menos formado en la ciencia contem- poránea. PREFACIO Y REVISORES 17/3/10 15:01 Página xii xii PREFACIO Claudia Herman,Publicista Asociada,ayudó de muchas formas a que avan- zara el proyecto,incluyendo la concordancia de todos los revisores y asegurán- dose de que recibíamos las revisiones en el momento adecuado.Una vez que se envió el texto a producción, tuvimos el placer de trabajar con Lisa Weber, Editora de Producción.En su capacidad para enfrentarse a una miríada de de- talles y coordinar todas las fases del proceso de producción,Lisa nos recordaba a un jugador de ajedrez que puede jugar veinte partidas simultáneamente y ganar todas ellas. Lisa tenía como ayudante a la Investigadora Fotográfica Roberta Spieckerman,que nos evitó una enorme cantidad de trabajo contac- tando con autores y propietarios de los derechos de reproducción de las nu- merosas figuras que reprodujimos o adaptamos de fuentes ya publicadas.Anita Wagner,nuestra correctora de pruebas,nos advirtió de muchos temas sustan- ciosos, así como de errores tipográficos, durante su lectura cuidadosa de las pruebas.Estamos agradecidos a muchos colegas,a los que agradecemos en los pies de figura correspondientes,que contactaron con los autores directamente para proporcionarles los gráficos moleculares y los dibujos.Agradecemos tam- bién a la editora de copias Mary Prescott,la única miembro del equipo que tra- bajó también en la Primera Edición de este texto. Gracias también a Lynn Armstrong y Charlotte Shane por la preparación del índice. Un agradecimiento especial al artista Graham Johnson,que diseñó una ilus- tración para la cubierta notablemente bella y original y que,de manera brillante, transformó muchas de nuestras ideas esquemáticas en figuras atractivas e in- formativas. Gracias también a muchos bioquímicos, que se comprometieron con la editorial para revisar los primeros borradores de nuestros manuscritos. Tuvimos en cuenta todas sus sugerencias,aun aquéllas que no fuimos capaces de seguir. Debemos dar las gracias de forma especial a dos revisores,Drs.Kimberley Waldrom (Regis College) y Robert Ludwig (Universidad de California, Santa Cruz),que leyeron todo el texto en la fase de corrección de pruebas,localizan- do errores y ambigüedades que habían pasado inadvertidas a todos los autores y revisores. Los esfuerzos de Kevin Ahern para realizar la Guía Electrónica de Estudio dependieron en gran medida de la estudiante Jody Franke de la Universidad del Estado de Oregón,que le ayudó con los temas de enlaces y HTLM,de Heather Wycoff,que ayudó con los gráficos y Hamid Ghanadan,con información sobre los temas HTLM.Gracias a estas tres personas de parte de los autores. Como siempre,nuestras esposas Kate Mathews,Barbara van Holde e Indira Rajagopal fueron nuestros principales valedores y críticos.El amor y el apoyo que constantemente nos han ofrecido fueron los elementos más importantes para llevar este proyecto a su finalización satisfactoria a tiempo. CHRISTOPHER K. MATHEWS K.E. VAN HOLDE KEVIN G. AHERN PREFACIO Y REVISORES 17/3/10 15:01 Página xiii Revisores REVISORES (TERCERA EDICIÓN) Leigh Ward,University ofQueensland,Australia Randy Weselake,University ofLethbridge,Canada Roger Acey,California State University,Long Beach E.J.Wood,University ofLeeds,England Hugh Akers,Lamar University Charles Allen,University ofFlorida James Allen,Arizona State University REVISORES ESTUDIANTES (SEGUNDA EDICIÓN) Dean Appling,University ofTexas,Austin Dennis Ahern,State College,PA Roy Baker,University ofToronto Jasmeet Bajaj,University Park,PA Steven Blanke,University ofHouston Ken Bradley,Santa Cruz,CA Linda Bloom,Arizona State University Ann Brolly,Santa Cruz,CA Albert Bobst,University ofCincinnati Jay Chaplin,Santa Cruz,CA Rodney Boyer,Hope College Kirk Egge,Stillwater,MN Alexander Brownie,SUNY Buffalo Felicia Goodvum,Blacksburg,VA Tom Buckley,University ofVictoria,Canada Jeanette Harlow,Santa Cruz,CA Jeffrey Cohlberg,California State University,Long Beach Mara Jeffress,Santa Cruz,CA Richard Drake,University ofArkansas for Medical Sciences Tabinda Khan,Santa Cruz,CA Patricia Draves,University ofCentral Arkansas Scott Kiss,Spruce Grove,Alberta,Canada Kristin Eckert,Pennsylvania State University Emile Le Blanc,Edmonton,Alberta,Canada Jeremy Evans,Washington State University Jonathan Lo Cicero,Sherwood Park,Alberta,Canada David Fahrney,Colorado State University Mihir Mooi,University Park,PA James Franzen,University ofPittsburgh Sam Pejham,Los Gatos,CA Jeffrey Hayes,University ofRochester Keri Pomella,Eaton Park,FL Colleen Jonsson,New Mexico State University Arthur Roberson,Memphis,TN Thomas Jue,University ofCalifornia,Davis Terrance Strobaugh,Jr.,Altoona,PA Jason Kahn,University ofMaryland,College Park Tim Sturgeon,University Park,PA Harvey Knull,University ofNorth Dakota Trevor Swartz,Santa Cruz,CA Robert Kuchta,University ofColorado,Boulder Ruth Thatcher,Blacksburg,VA Robley Light,Florida State University Krista Watson,Edmonton,Alberta,Canada Dennis Lohr,Arizona State University Robert Ludwig,University ofCalifornia,Santa Cruz Theo Macrides,RMIT University,Australia ESTUDIANTES LICENCIADOS QUE REVISARON Susan Martinis,University ofHouston LOS PROBLEMAS (SEGUNDA EDICIÓN) Douglas McAbee,California State University,Long Beach Wei Chen,Tucson,AZ Graham Parslow,University ofMelbourne,Australia Brian Orendel,Tucson,AZ Mulchand Patel,SUNY Buffalo Eric Peterson,Denver,CO Kevin Plaxco,University ofCalifornia,Santa Barbara Ziaoquing You,Tucson,AZ Leigh Plesniak,University ofSan Diego Linda Roberts,California State University,Sacramento REVISORES (SEGUNDA EDICIÓN) Andrew Robertson,University ofIowa John Sadleir,University ofWestern Australia,Australia Genia S.Albrecht,Cornell University Wilma Saffran,CUNY Queens College Lisa T.Alty,Washington and Lee University Charles Samuel,University ofCalifornia,Santa Barbara Lars Backman,University ofUmeå,Sweden Pearl Tsang,University ofCincinnati Bruce R.Banks,University ofNorth Carolina,Greensboro Elizabeth Vierling,University ofArizona Frank O.Brady,University ofSouth Dakota,School ofMedicine, Kimberley Waldron,Regis University Vermillion