Το Κύτταρο. Geoffrey M. Cooper Robert E. Hausman. GEOFFREY M. COOPER ROBERT E. HAUSMAN Boston University

Transcript

1 Το Κύτταρο Μια Μοριακή Προσέγγιση Έβδομη Έκδοση Geoffrey M. Cooper Robert E. Hausman GEOFFREY M. COOPER ROBERT E. HAUSMAN Boston University Ακαδημαϊκές Εκδόσεις Ι. Μπάσδρα και ΣΙΑ Ο.Ε. Κατακουζηνού 48, Αλεξανδρούπολη

2 Το Κύτταρο Μια Μοριακή Προσέγγιση Έβδομη Έκδοση Το εξώφυλλο Στην εικόνα του εξωφύλλου παρουσιάζεται ο σχηματισμός ενός αυτοφαγοσώματος, κατά τον οποίο οργανίδια και κυτταροδιάλυμα περικλείονται από κυτταροπλασματικές μεβράνες. Original painting by David S. Goodsell, based on the scientific design of Daniel J. Klionsky. Ο καλλιτέχνης Ο David S. Goodsell είναι Αναπληρωτής Καθηγητής Mοριακής Bιολογίας στο Ερευνητικό Ινστιτούτο Scripps. Στα εικονογραφημένα βιβλία του The Machinery of Life και Our Molecular Nature παρουσιάζονται η δομή και ο ρόλος των βιομορίων στο κύτταρο, ενώ στο νέο του βιβλίο Bionanotechnology: Lessons from Nature αναφέρεται η ολοένα στενότερη σχέση της βιολογίας με τη νανοτεχνολογία. Για περισσότερες πληροφορίες μπορείτε να ανατρέξετε στην ιστοσελίδα: Geoffrey M. Cooper Robert E. Hausman Library of Congress Cataloging-in-Publication Data ISBN: Cooper, Geoffrey M. The cell : a molecular approach / Geoffrey M. Cooper, Robert E. Hausman. 7th ed. p. ; cm. Includes bibliographical references. ISBN Hausman, Robert E., , author. II. Title. [DNLM: 1. Cells. 2. Cell Biology. 3. Cell Physiological Phenomena. 4. Molecular Biology. QU 300] QH dc The Cell: A Molecular Approach (Seventh Edition) was originally published in English in This translation is published by arrangement with Oxford University Press. Academic Publications J. Basdra and co. is solely responsible for this translation from the original work and Oxford University Press shall have no liability for any errors, omissions or inaccuracies or ambiguities in such translation or for any losses caused by reliance thereon. Η Έβδομη Έκδοση του βιβλίου Το Κύτταρο: Μια Μοριακή Προσέγγιση κυκλοφόρησε αρχικά στην αγγλική γλώσσα το Η παρούσα απόδοση στην ελληνική γλώσσα εκδίδεται με την άδεια της Oxford University Press. Οι Ακαδημαϊκές Εκδόσεις Ι. Μπάσδρα και ΣΙΑ Ο.Ε. φέρουν την αποκλειστική ευθύνη για τη μετάφραση από το πρωτότυπο. Η Oxford University Press δε φέρει καμία ευθύνη για τυχόν λάθη, παραλείψεις, ανακρίβειες ή αμφισημίες, καθώς και για κάθε απώλεια που ενδέχεται να προκύψει εξαιτίας τους. Copyright Ακαδημαϊκές Εκδόσεις Ι. Μπάσδρα και ΣΙΑ Ο.Ε. (Κατακουζηνού 48 - Αλεξανδρούπολη acapubinfo@otenet.gr, Όλα τα δικαιώματα παρακρατούνται. Απαγορεύεται η μερική ή ολική αναπαραγωγή αυτού του βιβλίου σε οποιαδήποτε μορφή και με οποιοδήποτε μέσο, ηλεκτρονικό ή μηχανικό (όπως με φωτοτύπηση, καταγραφή ή αποθήκευση σε οποιοδήποτε σύστημα αποθήκευσης και ανάκτησης πληροφορίας ή με οποιονδήποτε άλλο τρόπο), χωρίς άδεια.

3 Συντελεστές της Ελληνικής Έκδοσης ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΗ ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ Aλεξανδράκη Δέσποινα Αναπληρώτρια Καθηγήτρια Μοριακής Βιολογίας, Τμήμα Bιολογίας, Πανεπιστήμιο Κρήτης, Συνεργαζόμενη Ερευνήτρια του Ινστιτούτου Μοριακής Βιολογίας και Βιοτεχνολογίας του Ιδρύματος Τεχνολογίας και Έρευνας (Ι.Τ.Ε.) Αμούτζιας Γρηγόριος Επίκουρος Καθηγητής Βιοπληροφορικής στη Γενωμική, Τμήμα Βιοχημείας και Βιοτεχνολογίας, Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας Βελετζά Σταυρούλα Καθηγήτρια Ιατρικής Βιολογίας, Τμήμα Ιατρικής, Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης Γιαννακούρος Θωμάς Αναπληρωτής Καθηγητής Βιοχημείας, Τμήμα Χημείας, Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης Δεδούσης Γεώργιος Καθηγητής Κυτταρικής και Μοριακής Βιολογίας του Ανθρώπου, Τμήμα Επιστήμης Διαιτολογίας-Διατροφής, Χαροκόπειο Πανεπιστήμιο Αθηνών Ζαρκάδης Ιωάννης Καθηγητής Μοριακής Βιολογίας, Τμήμα Ιατρικής, Πανεπιστήμιο Πατρών Ζίφα Αιμιλία Επίκουρος Καθηγήτρια Βιολογίας (Νευροβιολογίας), Τμήμα Βιοχημείας και Βιοτεχνολογίας, Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας Θυφρονίτης Γεώργιος Καθηγητής Ανοσολογίας, Τμήμα Βιολογικών Εφαρμογών και Τεχνολογιών, Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων Ηλιόπουλος Αριστείδης Καθηγητής Βιολογίας, Τμήμα Ιατρικής, Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών Θεοχάρης Αχιλλέας Αναπληρωτής Καθηγητής Βιοχημείας και Μοριακής Βιολογίας, Τμήμα Χημείας, Πανεπιστήμιο Πατρών Καρακασιλιώτης Ιωάννης Επίκουρος Καθηγητής Ιατρικής Βιολογίας, Τμήμα Ιατρικής, Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης Κούκλης Παναγιώτης Επίκουρος Καθηγητής Βιολογίας, Τμήμα Ιατρικής, Σχολή Επιστημών Υγείας, Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων Κούκκου Άννα-Ειρήνη Αναπληρώτρια Καθηγήτρια Βιοχημείας, Τμήμα Χημείας, Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων Λαμπρόπουλος Αλέξανδρος Καθηγητής Γενικής Βιολογίας-Γενετικής, Τμήμα Ιατρικής, Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης Λυγερού Ζωή Καθηγήτρια Βιολο γίας, Τμήμα Ιατρικής, Πανεπιστήμιο Πατρών Ματθιόπουλος Κωνσταντίνος Καθηγητής Μοριακής Βιολογίας, Τμήμα Βιοχημείας και Βιοτεχνολογίας, Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας Μηλιώνη Δήμητρα Αναπληρώτρια Καθηγήτρια Μοριακής Βιολογίας, Τμήμα Βιοτεχνολο γίας, Γεωπονικό Πανεπιστήμιο Αθηνών Μόσιαλος Γεώργιος Καθηγητής Βιοχημείας-Μοριακής Βιολογίας-Βιοτεχνολογίας, Τμήμα Βιολογίας, Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης Μούτου Αικατερίνη Αναπληρώτρια Καθηγήτρια Βιολογίας Σπονδυλωτών, Τμήμα Βιοχημείας και Βιοτεχνολογίας, Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας Παναγιωτίδης Χρήστος Καθηγητής Κυτταρικής και Μοριακής Βιολογίας, Τμήμα Φαρμακευτικής, Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης Παπαμαρκάκη Θωμαΐς Καθηγήτρια Βιολογικής Χημείας, Τμήμα Ιατρικής, Σχολή Επιστημών Υγείας, Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων Παπασιδέρη Ισιδώρα Καθηγήτρια Κυτταρικής και Αναπτυξιακής Βιολογίας, Τμήμα Βιολογίας, Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών

4 iv Συντελεστές της Ελληνικής Έκδοσης Παπουτσή Ανδρονίκη Αναπληρώτρια Καθηγήτρια Βιολογίας-Γενετικής, Τμήμα Ιατρικών Εργαστηρίων, Αλεξάνδρειο Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα (ΑΤΕΙ) Θεσσαλονίκης Πολίτου Αναστασία Αναπληρώτρια Καθηγήτρια Βιολογικής Χημείας, Τμήμα Ιατρικής, Σχολή Επιστημών Υγείας, Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων Ρόχας Χιλ Ανδρέα Παόλα Επίκουρος Καθηγήτρια Βιολογίας-Βιοχημείας, Τμήμα Νοσηλευτικής, Πανεπιστήμιο Πελοποννήσου Σανδαλτζόπουλος Ραφαήλ Καθηγητής Μοριακής Βιολογίας, Τμήμα Μοριακής Βιολογίας και Γενετικής, Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης Σίμος Γεώργιος Καθηγητής Βιοχημείας, Τμήμα Ιατρικής, Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας Σκάβδης Γεώργιος Αναπληρωτής Καθηγητής Μοριακής Βιολογίας, Τμήμα Μοριακής Βιολογίας και Γενετικής, Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης Σπηλιανάκης Χαράλαμπος Αναπληρωτής Καθηγητής Μοριακής Βιολογίας και Επιγενετικής, Τμήμα Bιολογίας, Πανεπιστήμιο Κρήτης, Συνεργαζόμενος Ερευνητής του Ινστιτούτου Μοριακής Βιολογίας και Βιοτεχνολογίας του Ιδρύματος Τεχνολογίας και Έρευνας (Ι.Τ.Ε.) Σταθόπουλος Κωνσταντίνος Καθηγητής Βιοχημείας με έμφαση στη Βιοσύνθεση Πρωτεϊνών, Τμήμα Ιατρικής, Πανεπιστήμιο Πατρών Σταματάκης Αντώνιος Αναπληρωτής Καθηγητής Βιολογίας Βιολογίας Συμπεριφοράς, Τμήμα Νοσηλευτικής, Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών Σωτηροπούλου Γεωργία Αναπληρώτρια Καθηγήτρια Φαρμακογνωσίας-Βιοτεχνολογίας, Τμήμα Φαρμακευτικής, Σχολή Επιστημών Υγείας, Πανεπιστήμιο Πατρών Ταραβήρας Σταύρος Καθηγητής Φυσιολογίας, Τμήμα Ιατρικής, Πανεπιστήμιο Πατρών Τουράκη Μαρία Λέκτορας Βιοχημείας με έμφαση στην Παθοβιολογία Ζωικών Οργανισμών, Τμήμα Βιολογίας, Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης Φασσέας Κωνσταντίνος Καθηγητής Ηλεκτρονικής Μικροσκοπίας, Τμήμα Επιστήμης Φυτικής Παραγωγής, Γεωπονικό Πανεπιστήμιο Αθηνών Φριλίγγος Ευστάθιος Καθηγητής Βιολογικής Χημείας, Τμήμα Ιατρικής, Σχολή Επιστημών Υγείας, Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων Χαλεπάκης Γεώργιος Καθηγητής Κυτταρικής Βιολογίας, Τμήμα Bιολογίας, Πανεπιστήμιο Κρήτης Χατζόπουλος Πολυδεύκης Καθηγητής Μοριακής Βιολογίας, Τμήμα Βιοτεχνολογίας, Γεωπονικό Πανεπιστήμιο Αθηνών Χριστοφορίδης Σάββας Αναπληρωτής Καθηγητής Βιολογικής Χημείας, Τμήμα Ιατρικής, Σχολή Επιστημών Υγείας, Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων, Συνεργαζόμενος Ερευνητής του Ινστιτούτου Μοριακής Βιολογίας και Βιοτεχνολογίας - Τμήμα Βιοϊατρικής Έρευνας/Ιωάννινα του Ιδρύματος Τεχνολογίας και Έρευνας (Ι.Τ.Ε.) ΓΛΩΣΣΙΚΗ ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ Κόη Κωνσταντίνα Φιλόλογος ΓΡΑΦΙΣΤΙΚΗ-ΚΑΛΛΙΤΕΧΝΙΚΗ ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ Παπαχρήστου Θάλεια (Ακαδημαϊκές Εκδόσεις) ΕΚΤΥΠΩΣΗ-ΒΙΒΛΙΟΔΕΣΙΑ Γραφικές Τέχνες Μέλισσα

5 Συντελεστές της Ελληνικής Έκδοσης v ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΗ ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ ΑΝΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ (Τα ονόματα παρατίθενται με αλφαβητική σειρά.) Κεφάλαιο 1 Κεφάλαιο 2 Κεφάλαιο 3 Κεφάλαιο 4 Κεφάλαιο 5 Κεφάλαιο 6 Κεφάλαιο 7 Κεφάλαιο 8 Κεφάλαιο 9 Κεφάλαιο 10 Κεφάλαιο 11 Κεφάλαιο 12 Κεφάλαιο 13 Κεφάλαιο 14 Κεφάλαιο 15 Κεφάλαιο 16 Κεφάλαιο 17 Κεφάλαιο 18 Κεφάλαιο 19 Γενική επισκόπηση των κυττάρων και της κυτταρικής βιολογικής έρευνας: Πολίτου Α. Φασσέας Κ. Μόρια και μεμβράνες: Μηλιώνη Δ. Τουράκη Μ. Κυτταρικός μεταβολισμός: Δεδούσης Γ. Κούκκου Α. Βασικές αρχές της μοριακής βιολογίας: Παπουτσή Α. Σκάβδης Γ. Γονιδιωματική, πρωτεωμική και βιολογία συστημάτων: Αμούτζιας Γρ. Παπασιδέρη Ι. Γονίδια και γονιδιώματα: Λαμπρόπουλος Α. Ματθιόπουλος Κ. Αντιγραφή, διατήρηση και αναδιατάξεις του γονιδιωματικού DNA: Βελετζά Σ. Καρακασιλιώτης Ι. Σύνθεση και επεξεργασία του RNA: Αλεξανδράκη Δ. Ζαρκάδης Ι. Σύνθεση πρωτεϊνών, επεξεργασία και ρύθμιση της λειτουργίας τους: Ρόχας Χιλ Α. Π. Σταθόπουλος Κ. Ο πυρήνας: Γιαννακούρος Θ. Σπηλιανάκης Χ. Διαλογή και μεταφορά πρωτεϊνών: Παναγιωτίδης Χ. Χριστοφορίδης Σ. Μιτοχόνδρια, χλωροπλάστες και υπεροξειδιοσώματα: Μούτου Α. Σταματάκης Α. Ο κυτταροσκελετός και η κυτταρική κίνηση: Κούκλης Π. Σίμος Γ. Η κυτταροπλασματική μεμβράνη: Θεοχάρης Α. Παπαμαρκάκη Θ. Κυτταρικά τοιχώματα, εξωκυτταρικό πλέγμα και αλληλεπιδράσεις των κυττάρων: Χαλεπάκης Γ. Χατζόπουλος Π. Κυτταρική σηματοδότηση: Θυφρονίτης Γ. Μόσιαλος Γ. Ο κυτταρικός κύκλος: Ζίφα Α. Λυγερού Ζ. Κυτταρικός θάνατος και κυτταρική ανανέωση: Σωτηροπούλου Γ. Ταραβήρας Σ. Καρκίνος: Ηλιόπουλος Α. Σανδαλτζόπουλος Ρ. ΓΕΝΙΚΗ ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ: Φριλίγγος Ευστάθιος Καθηγητής Βιολογικής Χημείας, Τμήμα Ιατρικής, Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων

6 Συνοπτικά Περιεχόμενα ΜΕΡΟΣ I Βασικές αρχές της κυτταρικής και μοριακής βιολογίας Κεφάλαιο 1 Γενική επισκόπηση των κυττάρων και της κυτταρικής βιολογικής έρευνας 1 Κεφάλαιο 2 Μόρια και μεμβράνες 53 Κεφάλαιο 3 Κυτταρικός μεταβολισμός 91 Κεφάλαιο 4 Βασικές αρχές της μοριακής βιολογίας 125 Κεφάλαιο 5 Γονιδιωματική, πρωτεωμική και βιολογία συστημάτων 179 ΜΕΡΟΣ II Η ροή των γενετικών πληροφοριών Κεφάλαιο 6 Γονίδια και γονιδιώματα 213 Κεφάλαιο 7 Αντιγραφή, διατήρηση και αναδιατάξεις του γονιδιωματικού DNA 247 Κεφάλαιο 8 Σύνθεση και επεξεργασία του RNA 295 Κεφάλαιο 9 Σύνθεση πρωτεϊνών, επεξεργασία και ρύθμιση της λειτουργίας τους 361 ΜΕΡΟΣ III Δομή και λειτουργία των κυττάρων Κεφάλαιο 10 Ο πυρήνας 415 Κεφάλαιο 11 Διαλογή και μεταφορά πρωτεϊνών 449 Κεφάλαιο 12 Μιτοχόνδρια, χλωροπλάστες και υπεροξειδιοσώματα 501 Κεφάλαιο 13 Ο κυτταροσκελετός και η κυτταρική κίνηση 537 Κεφάλαιο 14 Η κυτταροπλασματική μεμβράνη 599 Κεφάλαιο 15 Κυτταρικά τοιχώματα, εξωκυτταρικό πλέγμα και αλληλεπιδράσεις των κυττάρων 643 ΜΕΡΟΣ IV Κυτταρική ρύθμιση Κεφάλαιο 16 Κυτταρική σηματοδότηση 677 Κεφάλαιο 17 Ο κυτταρικός κύκλος 733 Κεφάλαιο 18 Κυτταρικός θάνατος και κυτταρική ανανέωση 779 Κεφάλαιο 19 Καρκίνος 819

7 Περιεχόμενα Πρόλογος Ελληνικής Έκδοσης xiv Ευρετήριο Συνοδευτικών Video xvii Γενική επισκόπηση 1 των κυττάρων και της κυτταρικής βιολογικής έρευνας Προέλευση και εξέλιξη των κυττάρων 2 Το πρώτο κύτταρο 2 Η εξέλιξη του μεταβολισμού 5 Σύγχρονοι προκαρυωτικοί οργανισμοί 6 Ευκαρυωτικά κύτταρα 7 Η προέλευση των ευκαρυωτών 9 Η ανάπτυξη των πολυκύτταρων οργανισμών Τα κύτταρα ως πειραματικά μοντέλα 15 E. coli 15 Ζυμομύκητες 17 Caenorhabditis elegans 18 Drosophila melanogaster 19 Arabidopsis thaliana 19 Σπονδυλωτά Εργαλεία της κυτταρικής βιολογίας 22 Φωτονική μικροσκοπία 23 Ηλεκτρονική μικροσκοπία 30 Φωτονική μικροσκοπία υψηλής διακριτικής ικανότητας 33 Υποκυτταρική κλασμάτωση 36 Πολλαπλασιασμός ζωικών κυττάρων σε καλλιέργεια 38 Καλλιέργεια φυτικών κυττάρων 43 Ιοί 44 Κύτταρα Hela 42 Μοριακή Ιατρική Ιοί και καρκίνος 45 Περίληψη Σημαντικοί όροι 47 Ερωτήσεις 49 Βιβλιογραφικές αναφορές 50 2 Μόρια και μεμβάνες Τα μόρια των κυττάρων 53 Υδατάνθρακες 54 Λιπίδια 56 Νουκλεϊκά οξέα 59 Πρωτεΐνες Τα ένζυμα ως βιολογικοί καταλύτες 70 Η καταλυτική ενεργότητα των ενζύμων 71 Μηχανισμοί ενζυμικής κατάλυσης 72 Συνένζυμα 76 Ρύθμιση της ενζυμικής ενεργότητας Κυτταρικές μεμβράνες 79 Μεμβρανικά λιπίδια 80 Μεμβρανικές πρωτεΐνες 83 Μεταφορά μέσω κυτταρικών μεμβρανών 85 Η αναδίπλωση των πολυπεπτιδικών αλυσίδων στον χώρο 66 Η δομή των κυτταρικών μεμβρανών 84 Περίληψη Σημαντικοί όροι 88 Ερωτήσεις 89 Βιβλιογραφικές αναφορές 90 3 Κυτταρικός μεταβολισμός Μεταβολική ενέργεια και ATP 91 Ελεύθερη ενέργεια και ATP 92 Η γλυκόλυση και ο κύκλος του Krebs 95 Παραγωγή ενέργειας από λιπίδια Η αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων και η οξειδωτική φωσφορυλίωση 100 Η αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων 100 Χημειωσμωτική σύζευξη Φωτοσύνθεση 108 Μεταφορά των ηλεκτρονίων 108 Σύνθεση ATP 112 Σύνθεση γλυκόζης Η βιοσύνθεση των κυτταρικών συστατικών 113 Υδατάνθρακες 113 Λιπίδια 116 Πρωτεΐνες 116 Νουκλεϊκά οξέα 120 Η χημειωσμωτική θεωρία 104 Αντιμεταβολίτες και χημειοθεραπεία 118 Περίληψη Σημαντικοί όροι 122 Ερωτήσεις 123 Βιβλιογραφικές αναφορές 124

8 viii Περιεχόμενα 4 Βασικές αρχές της μοριακής βιολογίας Κληρονομικότητα, γονίδια και DNA 126 Γονίδια και χρωμοσώματα 126 Γονίδια και ένζυμα 128 Το DNA είναι το γενετικό υλικό 130 Η δομή του DNA 131 Η αντιγραφή του DNA Έκφραση της γενετικής πληροφορίας 135 Η συγγραμμικότητα μεταξύ γονιδίων και πρωτεϊνών 135 Ο ρόλος του αγγελιαφόρου RNA 136 Ο γενετικός κώδικας 137 Ιοί RNA και αντίστροφη μεταγραφή Ανασυνδυασμένο DNA 141 Οι ενδονουκλεάσες περιορισμού 143 Δημιουργία ανασυνδυασμένων μορίων DNA 146 Φορείς κλωνοποίησης 148 Αλληλούχιση του DNA 151 Έκφραση των κλωνοποιημένων γονιδίων Ανίχνευση νουκλεϊκών οξέων και πρωτεϊνών 153 Πολλαπλασιασμός τμημάτων DNA με την αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης 154 Υβριδισμός νουκλεϊκών οξέων 156 Τα αντισώματα ως εργαλεία για την ανίχνευση πρωτεϊνών Λειτουργική μελέτη των ευκαρυωτικών γονιδίων 161 Γονιδιακή μεταφορά σε φυτά και ζώα 162 Μεταλλαξιγένεση in vitro 165 Εισαγωγή μεταλλαγών στο γονιδίωμα κυττάρων και οργανισμών 166 Γονιδιωματική μηχανική με το σύστημα CRISPR/Cas 168 Παρεμβαίνοντας στη γονιδιακή έκφραση 170 Η υπόθεση του προϊού DNA 142 Παρεμβολή RNA 172 Περίληψη Σημαντικοί όροι 174 Ερωτήσεις 176 Βιβλιογραφικές αναφορές Γονιδιωματική, πρωτεωμική και βιολογία συστημάτων Γονιδιώματα και μεταγραφώματα 179 Τα γονιδιώματα των βακτηρίων και των ζυμομυκήτων 180 Τα γονιδιώματα του Caenorhabditis elegans, της Drosophila melanogaster και της Arabidopsis thaliana 181 Το γονιδίωμα του ανθρώπου 182 Τα γονιδιώματα άλλων σπονδυλωτών 183 Αλληλούχιση επόμενης γενιάς και ατομικά γονιδιώματα 187 Συνολική ανάλυση της γονιδιακής έκφρασης Πρωτεωμική 192 Ταυτοποίηση κυτταρικών πρωτεϊνών 192 Συνολική ανάλυση του υποκυτταρικού εντοπισμού των πρωτεϊνών 196 Πρωτεϊνικές αλληλεπιδράσεις Βιολογία συστημάτων 199 Συστηματικός έλεγχος της γονιδιακής λειτουργίας 200 Ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης 201 Δίκτυα 203 Συνθετική βιολογία 204 Το γονιδίωμα του ανθρώπου 185 ΜΟΡΙΑΚΗ ΙΑΤΡΙΚΗ Ελονοσία και συνθετική βιολογία 207 Περίληψη Σημαντικοί όροι 209 Ερωτήσεις 210 Βιβλιογραφικές αναφορές Γονίδια και γονιδιώματα Η δομή των ευκαρυωτικών γονιδίων 213 Ιντρόνια και εξόνια 215 Λειτουργίες των ιντρονίων Μη κωδικές αλληλουχίες 221 Μη κωδικά RNA 221 Επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες DNA 225 Διπλασιασμοί γονιδίων και ψευδογονίδια Χρωμοσώματα και χρωματίνη 231 Χρωματίνη 232 Κεντρομερή 237 Τελομερή 241 Η ανακάλυψη των ιντρονίων 217 Το πείραμα ENCODE 222 Περίληψη Σημαντικοί όροι 243 Ερωτήσεις 245 Βιβλιογραφικές αναφορές 245 Αντιγραφή, διατήρηση και αναδιατάξεις 7 του γονιδιωματικού DNA Αντιγραφή του DNA 248 DNA πολυμεράσες 248 Η αντιγραφική διχάλα 249 Η πιστότητα της αντιγραφής 256 Θέσεις έναρξης αντιγραφής και έναρξη της αντιγραφής 258

9 Περιεχόμενα ix Τελομερή και τελομεράση: διατήρηση των χρωμοσωμικών άκρων Επιδιόρθωση του DNA 262 Άμεση αντιστροφή της βλάβης 266 Επιδιόρθωση με εκτομή 267 Διαβλαβική σύνθεση DNA 273 Επιδιόρθωση δίκλωνων ρήξεων Αναδιατάξεις του DNA 278 Συζευκτικοί τύποι στους ζυμομύκητες 278 Τα γονίδια των αντισωμάτων 279 Γονιδιακή ενίσχυση 289 μοριακη ιατρικη Καρκίνος του παχέος εντέρου και επιδιόρθωση του DNA 275 Αναδιάταξη των γονιδίων των ανοσοσφαιρινών 281 Περίληψη Σημαντικοί όροι 290 Ερωτήσεις 292 Βιβλιογραφικές αναφορές Σύνθεση και επεξεργασία του RNA Η μεταγραφή στα βακτήρια 296 RNA πολυμεράση και μεταγραφή 296 Καταστολείς και αρνητικός έλεγχος της μεταγραφής 300 Θετικός έλεγχος της μεταγραφής Οι RNA πολυμεράσες των ευκαρυωτικών οργανισμών και οι γενικοί μεταγραφικοί παράγοντες 302 Ευκαρυωτικές RNA πολυμεράσες 303 Γενικοί μεταγραφικοί παράγοντες και έναρξη της μεταγραφής από την RNA πολυμεράση ΙΙ 303 Μεταγραφή από τις RNA πολυμεράσες Ι και ΙΙΙ Η ρύθμιση της μεταγραφής στους ευκαρυωτικούς οργανισμούς 308 cis-δραστικές ρυθμιστικές αλληλουχίες: υποκινητές και ενισχυτές 308 Περιοχές πρόσδεσης μεταγραφικών παραγόντων 314 Πρωτεΐνες που ρυθμίζουν τη μεταγραφή 316 Δομή και λειτουργία των ενεργοποιητών της μεταγραφής 318 Ευκαρυωτικοί καταστολείς 323 Ρύθμιση της επιμήκυνσης Χρωματίνη και επιγενετική 326 Τροποποιήσεις των ιστονών 326 Παράγοντες αναδιαμόρφωσης της χρωματίνης 329 Ιστόνες και επιγενετική κληρονομικότητα 331 Μεθυλίωση του DNA 333 Μη κωδικά RNA Επεξεργασία και ανακύκλωση του RNA 337 Επεξεργασία του ριβοσωμικού και του μεταφορικού RNA 337 Eπεξεργασία του mrna στους ευκαρυωτικούς οργανισμούς 340 Ο μηχανισμός του ματίσματος 342 Εναλλακτικό μάτισμα 346 Στοιχειοθεσία του RNA 351 Αποικοδόμηση του RNA 352 Η απομόνωση ενός μεταγραφικού παράγοντα 319 Η ανακάλυψη των snrnp 349 Περίληψη Σημαντικοί όροι 354 Ερωτήσεις 357 Βιβλιογραφικές αναφορές 357 Σύνθεση πρωτεϊνών, 9 επεξεργασία και ρύθμιση της λειτουργίας τους Μετάφραση του mrna 362 Μεταφορικά RNA 362 Το ριβόσωμα 364 Η οργάνωση των μορίων mrna και η έναρξη της μετάφρασης 369 Η διαδικασία της μετάφρασης 371 Ρύθμιση της μετάφρασης Αναδίπλωση και επεξεργασία των πρωτεϊνών 383 Μοριακοί συνοδοί και αναδίπλωση των πρωτεϊνών 384 Ασθένειες ανώμαλης πρωτεϊνικής αναδίπλωσης 387 Ένζυμα που καταλύουν την αναδίπλωση των πρωτεϊνών 390 Κοπή των πρωτεϊνών 391 Γλυκοζυλίωση 393 Πρόσδεση λιπιδίων Ρύθμιση της λειτουργίας των πρωτεϊνών 398 Ρύθμιση μέσω μικρών μορίων 398 Φωσφορυλίωση και άλλες τροποποιήσεις των πρωτεϊνών 399 Αλληλεπιδράσεις μεταξύ πρωτεϊνών Αποικοδόμηση των πρωτεϊ νών 406 Το μονοπάτι ουβικιτίνης-πρωτεασώματος 406 Πρωτεόλυση στα λυσοσώματα 407 μοριακη ιατρικη Η νόσος Alzheimer 389 Η ανακάλυψη των πρωτεϊνικών κινασών τυροσίνης 401 Περίληψη Σημαντικοί όροι 410 Ερωτήσεις 412 Βιβλιογραφικές αναφορές 412

10 x Περιεχόμενα 10 Ο 10.1 Ο πυρηνικός φάκελος και η κυκλοφορία μορίων ανάμεσα στον πυρήνα και το κυτταρόπλασμα 415 πυρήνας 415 Η δομή του πυρηνικού φακέλου 416 Το σύμπλοκο του πυρηνικού πόρου 421 Επιλεκτική μεταφορά πρωτεϊνών από και προς τον πυρήνα 422 Μεταφορά των μορίων RNA 428 Ρύθμιση της εισαγωγής πρωτεϊνών στον πυρήνα Η οργάνωση των χρωμοσωμάτων 432 Χρωμοσωιμικές επικράτειες 432 Ο εντοπισμός της χρωματίνης και η μεταγραφική ενεργότητα 433 Αντιγραφικά και μεταγραφικά εργοστάσια Τα πυρηνικά σωμάτια 438 Ο πυρηνίσκος και η επεξεργασία του rrna 438 Σωμάτια Polycomb: Κέντρα γονιδιακής αποσιώπησης 442 Σωμάτια Cajal και πυρηνικά στίγματα: Επεξεργασία και αποθήκευση των snrnp 443 Μοριακή Ιατρική Ασθένειες που συνδέονται με την πυρηνική λάμινα 420 Η ταυτοποίηση των σημάτων πυρηνικού εντοπισμού 424 Περίληψη Σημαντικοί όροι 445 Ερωτήσεις 446 Βιβλιογραφικές αναφορές Διαλογή και μεταφορά πρωτεϊνών Ενδοπλασματικό δίκτυο, συσκευή Golgi και λυσοσώματα Το ενδοπλασματικό δίκτυο 450 Ενδοπλασματικό δίκτυο και έκκριση πρωτεϊνών 450 Στόχευση πρωτεϊνών στο ενδοπλασματικό δίκτυο 452 Εισαγωγή πρωτεϊνών στη μεμβράνη του ER 458 Αναδίπλωση και επεξεργασία πρωτεϊνών στο ER 464 Ποιοτικός έλεγχος στο ER 466 Το λείο ER και η σύνθεση λιπιδίων 470 Εξαγωγή πρωτεϊνών και λιπιδίων από το ER Η συσκευή Golgi 474 Η οργάνωση του Golgi 474 Γλυκοζυλίωση πρωτεϊνών μέσα στο Golgi 476 Μεταβολισμός λιπιδίων και πολυσακχαριτών στο Golgi 478 Διαλογή των πρωτεϊνών και εξαγωγή τους από τη συσκευή Golgi Ο μηχανισμός της μεταφοράς μέσω κυστιδίων 483 Πειραματικές προσεγγίσεις για την κατανόηση της μεταφοράς μέσω κυστιδίων 483 Επιλογή φορτίου, πρωτεΐνες καλύμματος και εκβλάστηση κυστιδίων 485 Σύντηξη κυστιδίων Λυσοσώματα 490 Όξινες υδρολάσες των λυσοσωμάτων 492 Ενδοκυττάρωση και σχηματισμός λυσοσωμάτων 493 Φαγοκυττάρωση και αυτοφαγία 494 Η υπόθεση σήματος 455 Μοριακή Ιατρική Η νόσος Gaucher 491 Περίληψη Σημαντικοί όροι 496 Ερωτήσεις 498 Βιβλιογραφικές αναφορές 499 Μιτοχόνδρια, 12 χλωροπλάστες και υπεροξειδιοσώματα Τα μιτοχόνδρια 502 Οργάνωση και λειτουργία των μιτοχονδρίων 502 Το γενετικό σύστημα των μιτοχονδρίων 504 Εισαγωγή πρωτεϊνών και συναρμολόγηση των μιτοχονδρίων 506 Λιπίδια των μιτοχονδρίων 510 Μεταφορά μεταβολιτών μέσω της εσωτερικής μιτοχονδριακής μεμβράνης Οι χλωροπλάστες και άλλα πλαστίδια 514 Δομή και λειτουργία των χλωροπλαστών 515 Το χλωροπλαστικό γονιδίωμα 516 Εισαγωγή και διαλογή των πρωτεϊνών του χλωροπλάστη 518 Άλλα πλαστίδια Τα υπεροξειδιοσώματα 524 Λειτουργίες των υπεροξειδιοσωμάτων 525 Συναρμολόγηση των υπεροξειδιοσωμάτων 528 Μοριακή Ιατρική Ασθένειες που συνδέονται με τα μιτοχόνδρια: η κληρονομική οπτική νευροπάθεια του Leber 507 Μοριακή Ιατρική Διαταραχές της βιογένεσης των υπεροξειδιοσωμάτων 530 Περίληψη Σημαντικοί όροι 533 Ερωτήσεις 534 Βιβλιογραφικές αναφορές 535

11 Περιεχόμενα xi 13 Ο κυτταροσκελετός και η κυτταρική κίνηση Δομή και οργάνωση των ινιδίων ακτίνης 537 Συναρμολόγηση και αποσυναρμολόγηση των ινιδίων ακτίνης 538 Οργάνωση των ινιδίων ακτίνης 543 Σύνδεση των ινιδίων ακτίνης με την κυτταροπλασματική μεμβράνη 546 Μικρολάχνες 549 Προεκβολές της κυτταρικής επιφάνειας και κυτταρική κίνηση Κινητήρες μυοσίνης 554 Μυϊκή σύσπαση 555 Συσταλτά συστήματα ακτίνης και μυοσίνης σε μη μυϊκά κύτταρα 560 Άτυπες μυοσίνες Μικροσωληνίσκοι 562 Δομή και δυναμική οργάνωση των μικροσωληνίσκων 562 Συναρμολόγηση των μικροσωληνίσκων 566 Οργάνωση των μικροσωληνίσκων στο κύτταρο Κινητήρες μικροσωληνίσκων και κίνηση 570 Κινητήριες πρωτεΐνες των μικροσωληνίσκων 571 Μεταφορά φορτίου και ενδοκυτταρική οργάνωση 575 Βλεφαρίδες και μαστίγια 578 Αναδιοργάνωση των μικροσωληνίσκων κατά τη μίτωση 581 Κίνηση των χρωμοσωμάτων Ενδιάμεσα ινίδια 584 Πρωτεΐνες ενδιάμεσων ινιδίων 585 Συναρμολόγηση των ενδιάμεσων ινιδίων 586 Ενδοκυτταρική οργάνωση των ενδιάμεσων ινιδίων 587 Λειτουργίες των ενδιάμεσων ινιδίων: Κερατίνες και ασθένειες του δέρματος 589 Η απομόνωση της κινησίνης 573 Η έκφραση μεταλλαγμένης κερατίνης προκαλεί ανωμαλίες στην ανάπτυξη του δέρματος 591 Περίληψη Σημαντικοί όροι 592 Ερωτήσεις 595 Βιβλιογραφικές αναφορές Η κυτταροπλασματική μεμβράνη Η δομή της κυτταροπλασματικής μεμβράνης 599 Η λιπιδική διπλοστιβάδα 600 Μεμβρανικές πρωτεΐνες 602 Επικράτειες της κυτταροπλασματικής μεμβράνης Μεταφορά μικρών μορίων 612 Διευκολυνόμενη διάχυση και πρωτεΐνες-φορείς 612 Δίαυλοι ιόντων 615 Ενεργός μεταφορά ωθούμενη από την υδρόλυση του ATP 623 Ενεργός μεταφορά ωθούμενη από τη διαβάθμιση ιόντων Ενδοκυττάρωση 631 Φαγοκυττάρωση 631 Ενδοκυττάρωση με κυστίδια κλαθρίνης 632 Μη εξαρτώμενη από την κλαθρίνη ενδοκυττάρωση 639 Μοριακή Ιατρική Κυστική ίνωση 627 Ο υποδοχέας LDL 635 Περίληψη Σημαντικοί όροι 639 Ερωτήσεις 641 Βιβλιογραφικές αναφορές 641 Κυτταρικά τοιχώματα, εξωκυτταρικό πλέγμα και 15 αλληλεπιδράσεις των κυττάρων Κυτταρικά τοιχώματα 643 Κυτταρικά τοιχώματα των βακτηρίων 644 Κυτταρικά τοιχώματα των ευκαρυωτών Εξωκυτταρικό πλέγμα και αλληλεπιδράσεις κυττάρου-πλέγματος 651 Δομικές πρωτεΐνες του πλέγματος 652 Πολυσακχαρίτες του εξωκυτταρικού πλέγματος 655 Πρωτεΐνες πρόσφυσης 656 Αλληλεπιδράσεις κυττάρου-πλέγματος Αλληλεπιδράσεις κυττάρου-κυττάρου 661 Σύνδεσμοι πρόσφυσης 663 Στενοσύνδεσμοι 667 Χασμοσύνδεσμοι 669 Πλασμοδέσμες 671 Ο χαρακτηρισμός των ιντεγκρινών 662 Μοριακή Ιατρική Ασθένειες που συνδέονται με τους χασμοσυνδέσμους 670 Περίληψη Σημαντικοί όροι 673 Ερωτήσεις 674 Βιβλιογραφικές αναφορές 675

12 xii Περιεχόμενα 16 Κυτταρική σηματοδότηση Σηματοδοτικά μόρια και οι υποδοχείς τους 678 Τύποι διακυτταρικής σηματοδότησης 678 Οι στεροειδείς ορμόνες και η υπεροικογένεια των πυρηνικών υποδοχέων 679 Μονοξείδιο του αζώτου και μονοξείδιο του άνθρακα 682 Νευροδιαβιβαστές 683 Πεπτιδικές ορμόνες και αυξητικοί παράγοντες 684 Εικοσανοειδή 686 Φυτοορμόνες Πρωτεΐνες G και σηματοδότηση μέσω του κυκλικού AMP 689 Πρωτεΐνες G και υποδοχείς συνδεδεμένοι με πρωτεΐνες G 690 Το μονοπάτι camp: δεύτεροι αγγελιαφόροι και φωσφορυλίωση πρωτεϊνών 694 Κυκλικό GMP Κινάσες τυροσίνης και σηματοδοτικά μονοπάτια κινασών MAP, κινάσης PI3K και φωσφολιπάσης C/ ασβεστίου 699 Υποδοχείς-κινάσες τυροσίνης 699 Kινάσες τυροσίνης που δεν είναι υποδοχείς 702 Μονοπάτια των κινασών MAP 707 Τα μονοπάτια PI3K/Akt και mtor 710 Φωσφολιπάση C και Ca Υποδοχείς συνδεδεμένοι με μεταγραφικούς παράγοντες 718 Το σηματοδοτικό μονοπάτι των TGF-β/Smad 719 Το σηματοδοτικό μονοπάτι του NF-κB 719 Τα μονοπάτια Hedgehog, Wnt και Notch Η δυναμική της σηματοδότησης και σηματοδοτικά δίκτυα 724 Ανάδραση και δυναμική των συστημάτων σηματοδότησης 724 Δίκτυα και διασύνδεση σηματοδοτικών μονοπατιών 725 Υποδοχείς συνδεδεμένοι με πρωτεΐνες G και ανίχνευση οσμών 692 Μοριακή Ιατρική Καρκίνος: μεταγωγή σήματος και τα ογκογονίδια ras 705 Περίληψη Σημαντικοί όροι 727 Ερωτήσεις 730 Βιβλιογραφικές αναφορές Ο κυτταρικός κύκλος Ο κυτταρικός κύκλος των ευκαρυωτών 734 Οι φάσεις του κυτταρικού κύκλου 734 Ρύθμιση του κυτταρικού κύκλου από την κυτταρική αύξηση και από εξωκυτταρικά σήματα 736 Σημεία ελέγχου του κυτταρικού κύκλου Ρυθμιστές της προόδου του κυτταρικού κύκλου 740 Οι πρωτεϊνικές κινάσες και η ρύθμιση του κυτταρικού κύκλου 740 Οικογένειες κυκλινών και κυκλινοεξαρτώμενων κινασών 747 Αυξητικοί παράγοντες και η ρύθμιση των Cdk της G1 749 Η φάση S και η ρύθμιση της αντιγραφής του DNA 751 Σημεία ελέγχου βλαβών στο DNA Τα γεγονότα της φάσης M 755 Τα στάδια της μίτωσης 755 Είσοδος στη φάση της μίτωσης 759 Το σημείο ελέγχου συγκρότησης της ατράκτου και η μετάβαση στην ανάφαση 762 Η κυτταροκίνηση Μείωση και γονιμοποίηση 766 Η διαδικασία της μείωσης 766 Η ρύθμιση της μείωσης στα ωοκύτταρα 769 Η γονιμοποίηση 772 Η ανακάλυψη του MPF 742 Η ταυτοποίηση της κυκλίνης 746 Περίληψη Σημαντικοί όροι 773 Ερωτήσεις 776 Βιβλιογραφικές αναφορές Κυτταρικός θάνατος και κυτταρική ανανέωση Προγραμματισμένος κυτταρικός θάνατος 780 Τα βήματα της απόπτωσης 780 Κασπάσες: οι τελεστές της απόπτωσης 784 Κεντρικοί ρυθμιστές της απόπτωσης: η οικογένεια Bcl Σηματοδοτικά μονοπάτια που ρυθμίζουν την απόπτωση 788 Εναλλακτικά μονοπάτια προγραμματισμένου κυτταρικού θανάτου Τα βλαστικά κύτταρα και η διατήρηση των ιστών στους ενήλικες 794 Ο πολλαπλασιασμός των διαφοροποιημένων κυττάρων 794 Βλαστικά κύτταρα 796

13 Περιεχόμενα xiii Κλινικές εφαρμογές βλαστικών κυττάρων ενηλίκων Πολυδύναμα βλαστικά κύτταρα, κυτταρικός επαναπρογραμματισμός και αναγεννητική ιατρική 804 Εμβρυϊκά βλαστικά κύτταρα 805 Μεταφορά πυρήνα σωματικού κυττάρου 808 Επαγόμενα πολυδύναμα βλαστικά κύτταρα 810 Δια-διαφοροποίηση σωματικών κυττάρων 812 Ταυτοποίηση γονιδίων που συμμετέχουν στον προγραμματισμένο κυτταρικό θάνατο 783 Καλλιέργεια εμβρυϊκών βλαστικών κυττάρων 807 Περίληψη Σημαντικοί όροι 813 Ερωτήσεις 815 Βιβλιογραφικές αναφορές Καρκίνος Η ανάπτυξη και η αιτιολογία του καρκίνου 819 Τύποι καρκίνου 820 Η ανάπτυξη του καρκίνου 821 Τα αίτια του καρκίνου 823 Ιδιότητες των καρκινικών κυττάρων 825 Μετασχηματισμός των κυττάρων μιας καλλιέργειας Ογκογόνοι ιοί 830 Οι ιοί της ηπατίτιδας B και C 831 Μικροί ογκογόνοι DNA ιοί 832 Οι ερπητοϊοί 834 Οι ρετροϊοί Ογκογονίδια 835 Ρετροϊικά ογκογονίδια 836 Πρωτο-ογκογονίδια 837 Ογκογονίδια στον καρκίνο του ανθρώπου 840 Λειτουργίες των προϊόντων των ογκογονιδίων Ογκοκατασταλτικά γονίδια 850 Η ανακάλυψη των ογκοκατασταλτικών γονιδίων 851 Λειτουργίες των προϊόντων των ογκοκατασταλτικών γονιδίων 854 Γονιδιωματική του καρκίνου Μοριακές προσεγγίσεις στη θεραπεία του καρκίνου 859 Πρόληψη και έγκαιρη διάγνωση 860 Θεραπευτικές προσεγγίσεις 862 Η ανακάλυψη των πρωτο-ογκογονιδίων 838 Μοριακή Ιατρική Imatinib: θεραπευτική προσέγγιση του καρκίνου με στόχο το ογκογονίδιο bcr/abl 866 Περίληψη Σημαντικοί όροι 868 Ερωτήσεις 870 Βιβλιογραφικές αναφορές 870 Ευρετήριο 875

14 Πρόλογος Ελληνικής Έκδοσης Ο ρυθμός συσσώρευσης νέων γνώσεων και ανάπτυξης νέων τεχνολογιών στο πεδίο της κυτταρικής και μοριακής βιολογίας είναι σήμερα καταιγιστικός. Για να μπορεί ένας φοιτητής να «τιθασεύσει» όλες αυτές τις πληροφορίες, θα πρέπει να εμπεδώσει τις βασικές έννοιες της κυτταρικής και μοριακής βιολογίας και να κατανοήσει τον τρόπο με τον οποίο «διαπλάθονται» οι έννοιες αυτές μέσω της έρευνας χωρίς να χάνεται στις λεπτομέρειες αλλά και χωρίς να χάνει το ενδιαφέρον του για περαιτέρω εμβάθυνση στα επιμέρους αντικείμενα σπουδών. Για τον σκοπό αυτό χρειάζονται διδακτικά βοηθήματα που να μην καλύπτουν απλώς το εύρος των μελετών και τις εξελίξεις αιχμής στα αντίστοιχα πεδία αλλά και να παρουσιάζουν τις έννοιες με απλό και εκπαιδευτικά ελκυστικό τρόπο, τονίζοντας τις διαστάσεις και τις δυνατότητες της βασικής έρευνας, που είναι ο κύριος μοχλός ανάπτυξης για όλες τις σύγχρονες γνώσεις και εφαρμογές. Σε αυτό ακριβώς το πνεύμα είναι γραμμένο το βιβλίο Το Κύτταρο: Μια Μοριακή Προσέγγιση (The Cell: A Molecular Approach), ένα διδακτικό σύγγραμμα που εκδόθηκε για πρώτη φορά στην αγγλική γλώσσα το 1977 (με έξι διαδοχικές επανεκδόσεις έως σήμερα) και στην ελληνική γλώσσα το 2011 (ως μετάφραση της πέμπτης αγγλικής έκδοσης, του 2009) από τις Ακαδημαϊκές Εκδόσεις. Ένα στοιχείο που καθιστά το βιβλίο αυτό ιδιαίτερα χρήσιμο από παιδαγωγική άποψη είναι το γεγονός ότι αναφέρεται συστηματικά σε «Πειράματα-σταθμούς» από την ερευνητική βιβλιογραφία, τα οποία παρουσιάζονται σε ένθετα πλαίσια που τονίζουν ότι η βιολογία είναι πρωτίστως μια πειραματική επιστήμη και δείχνουν πώς διαμορφώνονται μέσω της έρευνας οι σημερινές επιστημονικές γνώσεις. Επίσης, υπάρχει ένας μεγάλος αριθμός ένθετων πλαισίων με τίτλο «Μοριακή Ιατρική», τα οποία δείχνουν πώς συνδέεται η βασική έρευνα με τις βιοϊατρικές εφαρμογές. Η παρούσα δεύτερη ελληνική έκδοση του βιβλίου Το Κύτταρο: Μια Μοριακή Προσέγγιση είναι βασισμένη στην 7η αγγλική έκδοση (The Cell: A Molecular Approach, Cooper GM, Hausman RE, 7 th edition, Sinauer, 2016). Παρακολουθώντας τις πρόσφατες επιστημονικές εξελίξεις, η έβδομη αγγλική έκδοση έχει εισαγάγει σημαντικές βελτιώσεις και επικαιροποιήσεις, μέσω της πληρέστερης παρουσίασης ορισμένων θεμάτων και της διευκρίνισης βιολογικών μηχανισμών με βάση τα νεότερα βιβλιογραφικά δεδομένα. Επίσης, περιλαμβάνει νέες υποενότητες με ιδιαίτερο ενδιαφέρον («Γονιδιωματική μηχανική με το σύστημα CRISPR/Cas», «Αλληλούχιση επόμενης γενιάς και ατομικά γονιδιώματα», «Συνθετική βιολογία», «Μη κωδικά RNA», «Ασθένειες ανώμαλης πρωτεϊνικής αναδίπλωσης», «Δια-διαφοροποίηση σωματικών κυττάρων», «Το πρόγραμμα ENCODE») και είναι σημαντικά αναβαθμισμένη σε ό,τι αφορά τις βιοϊατρικές εφαρμογές, καθώς αναλύονται στα ένθετα πλαίσια της «Μοριακής Ιατρικής» νέα θέματα όπως «Ελονοσία και συνθετική βιολογία», «Η νόσος Alzheimer» και «Διαταραχές της βιογένεσης των υπεροξειδιοσωμάτων». Επιπλέον, στη νέα αυτή έκδοση έχει προστεθεί ένα ακόμη κεφάλαιο με τίτλο «Γονιδιωματική, πρωτεωμική και βιολογία συστημάτων». Συμπερασματικά, η έβδομη αγγλική έκδοση είναι αναθεωρημένη σε σημαντικό βαθμό και η απόδοσή της στην ελληνική γλώσσα θεωρώ ότι θα συμβάλει ουσιαστικά ως διδακτικό βοήθημα στην τριτοβάθμια εκπαίδευση. Στην προετοιμασία της παρούσας δεύτερης ελληνικής έκδοσης αξιοποιήθηκε στο μέγιστο βαθμό η εμπειρία που είχαμε αποκτήσει κατά τον σχεδιασμό της πρώτης έκδοσης. Η επιστημονική επιμέλεια κάθε κεφαλαίου ανατέθηκε σε δύο συναδέλφους, οι περισσότεροι από τους οποίους ήταν επίσης επιμελητές σε αντίστοιχα κεφάλαια της πρώτης έκδοσης. Οι δύο επιμελητές κάθε κεφαλαίου κατέθεσαν τις παρατηρήσεις και τα σχόλιά τους ανεξάρτητα ο ένας από τον άλλο και στη συνέχεια τα σημεία όπου υπήρχαν αποκλίσεις ή διαστάσεις στην απόδοση συζητήθηκαν με τον γενικό επιμελητή/συντονιστή του έργου σε πνεύμα ανοικτού διαλόγου και συναίνεσης. Για την επιμέλεια της δεύτερης έκδοσης εργάστηκαν συνολικά 39 συνάδελφοι από 11 Πανεπιστήμια και 23 διαφορετικά Τμήματα. Όλοι οι συνάδελφοι συνεισέφεραν σημαντικά, διαθέτοντας πολύτιμο χρόνο, γνώσεις και θετική ενέργεια. Θα

15 ΠΡΟΛΟΓΟΣ ΕΛΛΗΝΙΚΗΣ ΕΚΔΟΣΗΣ xv ήθελα να τους ευχαριστήσω όλους, όπως και τους ανθρώπους των Ακαδημαϊκών Εκδόσεων, ιδιαίτερα την Κωνσταντίνα Κόη και τη Θάλεια Παπαχρήστου, με τις οποίες συνεργάστηκα εξαιρετικά για το άρτιο αποτέλεσμα που επιτεύχθηκε. Ιδιαίτερη μνεία αξίζει στους συναδέλφους εκείνους που με την επιμονή, την υπομονή, τη γνώση και την παρατηρητικότητά τους συνέβαλαν στη βελτίωση της απόδοσης ορισμένων όρων, αλλά και στον προβληματισμό και στη δημιουργική συζήτηση προκειμένου να υπερκεραστεί το πρόβλημα της απόδοσης όρων για τους οποίους δεν υπάρχει ακόμη εδραιωμένη απόδοση στην ελληνική βιβλιογραφία. Ακόμη και σε περιπτώσεις όπου δεν υιοθετήθηκαν οι προτάσεις τους, πυροδότησαν έναν γόνιμο διάλογο. Θεωρώ ότι η συνεργασία των εμπειρότερων και των νεότερων συναδέλφων που συμμετείχαν στην παρούσα έκδοση λειτούργησε ιδιαίτερα θετικά και συντέλεσε στην επιτυχία της δεύτερης έκδοσης. Τελειώνοντας, θα ήθελα να επισημάνω ότι μέσω του διαδικτυακού τόπου των Ακαδημαϊκών Εκδόσεων ( διατίθενται ορισμένα ιδιαίτερα χρήσιμα εκπαιδευτικά εργαλεία που δεν έχουν συμπεριληφθεί στο έντυπο κείμενο. Σε αυτά περιλαμβάνονται το αναθεωρημένο ερμηνευτικό λεξικό (Γλωσσάριο) με τις ελληνικές αποδόσεις των κυριότερων όρων, όπως αυτοί χρησιμοποιούνται στην παρούσα έκδοση, καθώς και μια σειρά από εκπαιδευτικά βίντεο (animations) στα οποία ο αναγνώστης μπορεί να έχει πρόσβαση μέσω φορητών ηλεκτρονικών συσκευών, όπως το τηλέφωνό του, σαρώνοντας τους κωδικούς QR που έχουν τοποθετηθεί στα αντίστοιχα σημεία του βιβλίου. Στάθης Φριλίγγος Ιωάννινα, Φεβρουάριος 2018

16 Αφιέρωση Ένας από τους συντελεστές της πρώτης ελληνικής έκδοσης, ο Καθηγητής Κώστας Δραΐνας, δεν είναι πλέον στη ζωή. Χάθηκε πρόωρα, τον Ιούνιο του 2011, λίγο μετά την κυκλοφορία της έκδοσης αυτής. Η παρούσα δεύτερη ελληνική έκδοση αφιερώνεται στη μνήμη του. Ο Κωνσταντίνος (Κώστας) Δραΐνας ( ), άνθρωπος δραστήριος, καλοπροαίρετος και αγαπητός μεταξύ των συναδέλφων του, άφησε πίσω του δυσαναπλήρωτο κενό, καθώς είχε σημαντική αλλά και ανιδιοτελή προσφορά στην εκπαίδευση, στην έρευνα και στην προώθηση της επιστήμης στην κοινωνία. Με βασικές σπουδές στη Βιολογία, από το Πανεπιστήμιο Πατρών, διδακτορικό δίπλωμα από το Τμήμα Γενετικής του Πανεπιστημίου της Γλασκόβης και μεταδιδακτορική έρευνα στο Τμήμα Χημείας και Βιοχημείας του UCLA και στο Τμήμα Βιοχημείας και Μικροβιολογίας του Πανεπιστημίου του St. Andrews, επέστρεψε στην Ελλάδα και ακολούθησε ακαδημαϊκή σταδιοδρομία στο Τμήμα Χημείας του Πανεπιστημίου Ιωαννίνων, ξεκινώντας το 1982 ως λέκτορας και φτάνοντας το 1997 στη βαθμίδα του Καθηγητή, με γνωστικό αντικείμενο τη Βιοχημεία-Μοριακή Γενετική και Βιοτεχνολογία. Η έρευνά του στο Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων εστιάστηκε στη βιοχημεία, μοριακή βιολογία και γενετική μικροοργανισμών βιομηχανικού και περιβαλλοντικού ενδιαφέροντος, ένα πεδίο στο οποίο ανέπτυξε σημαντικές ελληνικές και διεθνείς συνεργασίες με την ερευνητική του ομάδα και συνεισέφερε στη βιβλιογραφία με σημαντικές δημοσιεύσεις σε αυτόν τον τομέα. Η δραστηριότητα όμως στην οποία ξεχώρισε ήταν το εκπαιδευτικό ακαδημαϊκό του έργο, καθώς και το διοικητικό έργο το οποίο επιτέλεσε όλα αυτά τα χρόνια, μέχρι τον θάνατό του, το οποίο είχε ως διαρκές σημείο αναφοράς την πολύπλευρη συμβολή του στην οργάνωση της βιολογικής-βιοχημικής εκπαίδευσης στην Ελλάδα, τόσο στο Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων όσο και ευρύτερα στον ελληνικό πανεπιστημιακό χώρο, αλλά και τη διεθνή προβολή της. Ο Κώστας Δραΐνας ήταν διακεκριμένο μέλος του Διοικητικού Συμβουλίου της Ελληνικής Εταιρείας Βιοχημείας και Μοριακής Βιολογίας (ΕΕΒΜΒ), στο οποίο συμμετείχε για 18 σχεδόν συνεχόμενα χρόνια, και μάλιστα διετέλεσε Πρόεδρος τις διετίες , και Ως Πρόεδρος της ΕΕΒΜΒ, συμμετείχε ενεργά στην Ομοσπονδία Ευρωπαϊκών Βιοχημικών Εταιρειών (Federation of European Biochemical Societies, FEBS) και συνέβαλε αποφασιστικά στη διεκδίκηση και μετέπειτα επιτυχή διοργάνωση του 33 rd FEBS-11 th IUBMB Conference στην Αθήνα το Στον ελληνικό πανεπιστημιακό χώρο, υπήρξε από τους πρωτεργάτες στη διαμόρφωση νέων προγραμμάτων σπουδών ή πρωτοβουλιών στο πεδίο της βιολογικής-βιοχημικής εκπαίδευσης, οι οποίες οδήγησαν στην ίδρυση και λειτουργία θεσμών όπως η Ελληνική Επιστημονική Εταιρεία «Μικροβιόκοσμος» και, στο Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων, το Πρόγραμμα Σπουδών Επιλογής «Βιοχημεία», το Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών «Βιοτεχνολογία» και το Τμήμα Βιολογικών Εφαρμογών και Τεχνολογιών. Είχε δυναμικό και διαρκές ενδιαφέρον για την πανεπιστημιακή διδασκαλία και, εκτός από τον συντονισμό αρκετών μαθημάτων σε προπτυχιακό και μεταπτυχιακό επίπεδο, συμμετείχε συχνά σε επιμέλειες της μετάφρασης διδακτικών συγγραμμάτων αναφοράς (βιοχημείας, μοριακής και κυτταρικής βιολογίας, εξελικτικής βιολογίας) στην ελληνική γλώσσα. Ο Κώστας έφυγε από τη ζωή σε μια περίοδο πλήρους δραστηριότητας όπου φαινόταν ότι έχει πολλά ακόμα να προσφέρει. Θα τον θυμόμαστε για την ανθρωπιά του και την αμέριστη διάθεση προσφοράς του στην ελληνική πανεπιστημιακή κοινότητα. Στάθης Φριλίγγος εκ μέρους όλων των επιμελητών του βιβλίου Το Κύτταρο: Μια Μοριακή Προσέγγιση Δημήτρης Κλέτσας εκ μέρους της Ελληνικής Εταιρείας Βιοχημείας και Μοριακής Βιολογίας (ΕΕΒΜΒ)

17 Ευρετήριο Συνοδευτικών Video 1.1 Κυτταρική κλασμάτωση Σχηματισμός δεσμού Καταλύτες και ενέργεια ενεργοποίησης Αντιδράσεις καταλυόμενες από ένζυμα Γλυκόλυση Ο κύκλος του κιτρικού οξέος Οι φωτεινές αντιδράσεις Ο κύκλος του Calvin Avery, MacLeod και McCarty Βακτηριακός μετασχηματισμός Μεταλλαγές του DNA Η αναπαραγωγή του HIV Ενδονουκλεάσες περιορισμού Ανασυνδυασμένα μόρια DNA Αλληλούχιση του DNA Αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης Υβριδισμός νουκλεϊκών οξέων Στύπωμα κατά Southern Υβριδισμός αποικιών Μονοκλωνικά αντισώματα Χρωματίνη και χρωμοσώματα Η αντιγραφική διχάλα του DNA τα γονίδια των ελαφριών αλυσίδων των ανοσοσφαιρινών τα γονίδια των βαριών αλυσίδων των ανοσοσφαιρινών Μεταγραφή Επεξεργασία του RNA Μετάφραση το μονοπάτι ουβικιτίνηςπρωτεασώματος Εισαγωγή και εξαγωγή πρωτεϊνών μέσω του συμπλόκου του πυρηνικού πόρου Συμμεταφραστική στόχευση εκκρινόμενων πρωτεϊνών στο ER Η οργάνωση του Golgi Από το προπλαστίδιο στον χλωροπλάστη Συναρμολόγηση ενός ινιδίου ακτίνης Ένα λεπτό ινίδιο Συναρμολόγηση των μικροσωληνίσκων Η κινησίνη Μια χημική σύναψη Η αντλία Na + -K Ενδοκυττάρωση Εσοχές και κυστίδια καλυμμένα με κλαθρίνη Σύνθεση κυτταρίνης κατά την επιμήκυνση των φυτικών κυττάρων Σηματοδότηση από εκκρινόμενα μόρια Μεταγωγή σημάτων Ενίσχυση σήματος Οι φάσεις του κυτταρικού κύκλου

18 xviii ευρετηριο ΣΥΝΟΔΕΥΤΙΚων VIDEO 17.2 Κυτταρικοί κύκλοι εμβρύων Σημεία ελέγχου του κυτταρικού κύκλου Οι κυκλίνες, οι κινάσες Cdk και ο κυτταρικός κύκλος Μίτωση ενός ζωικού κυττάρου Η κυτταροκίνηση στα ανώτερα φυτά Η μειωτική διαίρεση Σύγκριση μεταξύ μείωσης I και μίτωσης Η πρόφαση I της μείωσης Απόπτωση το μιτοχονδριακό μονοπάτι της απόπτωσης Καρκινική μετάσταση Αναστολή του πολλαπλασιασμού εξαρτώμενη από την πυκνότητα Τα παραπάνω video συνιστούν ένα ιδιαίτερα πολύτιμο εκπαιδευτικό υλικό, καθώς αφενός μεν διευκολύνουν σημαντικά την κατανόηση σύνθετων εννοιών και αφετέρου βοηθούν τον φοιτητή να εμπεδώσει τη σχετική πληροφορία, ώστε να μπορεί εύκολα να τη θυμάται και να την αξιοποιεί. Στην παρούσα έκδοση η προβολή των εκπαιδευτικών video έχει απλουστευτεί σημαντικά: στο βιβλίο περιλαμβάνονται κωδικοί QR (QR codes) οι οποίοι επιτρέπουν στον αναγνώστη να έχει άμεση πρόσβαση σε αυτά μέσω ενός κινητού τηλεφώνου ή ενός tablet. Ορισμένα κινητά τηλέφωνα (όπως τα iphone που χρησιμοποιούν λειτουργικό ios 11 ή μεταγενέστερο) μπορούν να αναγνώσουν άμεσα τους κωδικούς QR: αρκεί να στρέψετε την κάμερα του τηλεφώνου προς τον κωδικό και θα μεταφερθείτε στο αντίστοιχο video, το οποίο μπορείτε να προβάλετε άμεσα απλώς πατώντας την ένδειξη «Play». Σε άλλες περιπτώσεις χρειάζεται να εγκαταστήσετε πρώτα στο κινητό σας μία από τις πολλές εφαρμογές αναγνώρισης κωδικών QR που διατίθενται δωρεάν από το App Store ή το Google Play Store. Χάρη στην καινοτόμο αυτή προσέγγιση, ο αναγνώστης μπορεί να προβάλει με έναν ιδιαίτερα απλό και γρήγορο τρόπο καθένα από τα δεκάδες εκπαιδευτικά video του βιβλίου, ακριβώς τη στιγμή που μελετά την αντίστοιχη θεματική ενότητα.