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1 Indice generale 1 UOMO E NUTRIENTI LA CELLULA Classificazione delle cellule L approccio citologico: la microscopia.. 6 La microscopia ottica La microscopia elettronica L approccio biochimico: il frazionamento cellulare Centrifugazione Organelli isolati Membrana plasmatica Nucleo Reticolo endoplasmatico Apparato di Golgi Vescicole secretorie Lisosomi Mitocondri Perossisomi Citosol La struttura delle cellule batteriche I virus Riassunto LA CHIMICA DELLA VITA Il carbonio Alcune reazioni di gruppi funzionali.. 16 Gli isomeri L acqua Il ph Legami deboli in biologia Caratteristiche molecolari dei viventi.. 20 Riassunto RICHIAMI DI TERMODINAMICA.. 23 La termodinamica Il primo principio della termodinamica 24 Il secondo principio della termodinamica Gli equilibri chimici Reazioni accoppiate I composti del fosfato ad alto contenuto energetico Il potenziale di trasferimento del fosfato L idrolisi di ATP nelle condizioni cellulari La carica energetica Riassunto LA COMPOSIZIONE DEL CORPO UMANO IN VIVO Metodi per lo studio della composizione corporea Grasso corporeo a partire dalla densità [ 40 K] Assorbimento di raggi X a doppia energia Tomografia assiale computerizzata e risonanza magnetica Attivazione neutronica Bioimpedenza Antropometria Misura dei compartimenti fluidi Scelta della tecnica da utilizzare Modelli del corpo umano

2 XXII Modello a vari livelli La persona di riferimento Influenza dell attività fisica sulla composizione corporea Peso corporeo e altezza Riassunto Bibliografia IL BISOGNO DI ENERGIA Energia ottenibile dai vari substrati Il consumo di energia Consumo energetico basale e a riposo 50 Termogenesi indotta dagli alimenti.. 50 Termoregolazione Attività fisica Attività fisica e stile di vita Misura della potenza erogata Determinazione del consumo energetico Spirometria Metodo dell acqua doppiamente marcata Il bisogno di energia Riassunto Bibliografia LA NUTRIZIONE ADEGUATA Nutrienti essenziali Il concetto di essenzialità condizionata Modificazione dei bisogni di nutrienti essenziali Benefici per la salute non legati all essenzialità Effetti farmacologici dei nutrienti La biodisponibilità La variabilità del bisogno: l approccio probabilistico Concetto di bisogno Le Tabelle di Assunzione Raccomandata di Nutrienti Criteri di adeguatezza dell assunzione di nutrienti in rapporto allo sviluppo di una deficienza Valutazione dello stato di nutrizione. 79 Determinazione dei bisogni Bisogni di gruppi L energia Quando i nutrienti diventano tossici. 82 La qualità della dieta Usi delle tabelle Le linee guida alimentari Indice generale La fortificazione dei cibi Riassunto Bibliografia L INTESTINO: STRUTTURA E FUNZIONI Canale gastroenterico Regolazione dell attività intestinale L enterocita Le secrezioni La flora batterica Attività metaboliche della flora batterica Interazioni tra componenti alimentari. 99 Caratteristiche di alcuni tratti del canale gastroenterico Stomaco Intestino tenue Colon L influenza di alimenti e nutrienti sulla funzione intestinale Glutammina Glutammato Arginina Glutatione e altri antiossidanti alimentari nei disordini intestinali Acidi grassi a corta catena Riassunto GLICIDI: STRUTTURA Natura chimica e classificazione Monosaccaridi Oligosaccaridi Polisaccaridi Polisaccaridi di deposito Polisaccaridi strutturali Glicosamminoglicani Riassunto DIGESTIONE E ASSORBIMENTO DEI GLICIDI Idrolisi dell amido Digestione degli oligosaccaridi e dei disaccaridi Risposta glicemica agli alimenti Indice glicemico Trasportatori di glucosio (GLUT) GLUT 1 (cervello - globuli rossi) GLUT 2 (fegato) GLUT 3 (cervello) GLUT 4 (sensibile all insulina) GLUT 5 (trasportatore di fruttosio). 122 GLUT 6 (sequenza tipo pseudogene) 123

3 Indice generale GLUT 7 (trasportatore microsomiale epatico) Trasporto intestinale di glicidi I cotrasportatori di Na + e glucosio (sodium-glucose transporters; SGLT) IL GLUT 2 apicale Riassunto Bibliografia FIBRA ALIMENTARE E ALIMENTI FUNZIONALI Definizione di fibra Composizione chimica Cellulosa Chitina β-glucani Gomme Emicellulose Inulina e oligofruttosio Lignina Pectine Polidestrosio Destrine resistenti Amido resistene Altre sostanze associate alla fibra alimentare Proprietà fisiche e chimiche della fibra Capacità di trattenere acqua Viscosità Capacità di adsorbimento Effetti fisiologici Effetti della fibra sulla fisiologia gastrointestinale e sull energia Svuotamento gastrico e senso di sazietà Intestino tenue Intestino crasso Usi terapeutici dei vari tipi di fibra Gli alimenti funzionali Probiotici Prebiotici Riassunto Bibliografia LIPIDI: ASPETTI STRUTTURALI Acidi grassi Triacilgliceroli Fosfolipidi Colesterolo Altre sostanze presenti nei grassi alimentari XXIII Riassunto Bibliografia DIGESTIONE E ASSORBIMENTO DEI LIPIDI Lipasi gastrica Lipasi pancreatica Assorbimento di acidi grassi e monoacilgliceroli Steroidi Fattori che possono influenzare l efficienza dell assorbimento del colesterolo Inibitori del trasporto intestinale del colesterolo Malassorbimento Metabolismo lipidico negli enterociti Trasporto Riassunto Bibliografia STRUTTURA DI AMMINOACIDI E PEPTIDI Gli amminoacidi delle proteine Le catene laterali Classificazione degli amminoacidi Piccoli amminoacidi neutri: glicina e alanina Amminoacidi a catena ramificata: valina, leucina, isoleucina Amminoacidi aromatici: triptofano, tirosina e fenilalanina Amminoacidi che contengono gruppi idrossilici: serina e treonina. 170 Amminoacidi solforati: cisteina e metionina Imminoacido: prolina Catene laterali acide: aspartato e glutammato Ammidi: asparagina e glutammina. 171 Amminoacidi con catene laterali basiche: istidina, lisina e arginina Modificazioni post-traduzionali Amminoacidi non presenti nelle proteine Peptidi Riassunto STRUTTURA DELLE PROTEINE Struttura delle proteine Struttura primaria Struttura secondaria

4 XXIV Struttura terziaria Struttura quaternaria Il ripiegamento (folding) delle proteine Mioglobina ed emoglobina Riassunto DIGESTIONE DELLE PROTEINE Enzimi digestivi Digeribilità Assorbimento degli amminoacidi Trasporto degli amminoacidi attraverso le membrane Trasporto di di- e tripeptidi Riassunto Bibliografia LE MEMBRANE BIOLOGICHE Struttura delle membrane Organizzazione dei lipidi Organizzazione delle proteine L organizzazione strutturale delle membrane Passaggio di nutrienti attraverso le membrane I trasportatori - diffusione facilitata. 196 Trasporto attivo Cotrasporto Riassunto Bibliografia GLI ENZIMI Enzimi Il sito attivo Specificità delle reazioni enzimatiche 203 Classificazione degli enzimi Alcuni fattori che influenzano la velocità delle reazioni catalizzate da enzimi Relazione tra velocità delle reazioni enzimatiche e concentrazione del substrato Alcuni commenti sul modello di Michaelis e Menten Misura dell attività enzimatica Reazioni a più substrati Meccanismi di catalisi Regolazione e controllo dell attività enzimatica Allosteria Modificazioni covalenti Indice generale Appendice Il modello di Michaelis e Menten Riassunto INTRODUZIONE AL METABOLISMO Anabolismo e catabolismo Scambi di materiali tra organi Regolazione e controllo di vie metaboliche I tempi del metabolismo Regolazione e controllo delle vie metaboliche: teoria classica Considerazioni termodinamiche Considerazioni cinetiche Principi di regolazione e controllo La teoria dell analisi del controllo metabolico Strutture di controllo nel metabolismo I cicli futili Pool metabolici Depositi e riserve Il bilancio Come si studia il metabolismo Appendice: Teoria dell analisi del controllo metabolico Riassunto Bibliografia FUNZIONE GENETICA DEGLI ACIDI NUCLEICI Cromosomi Nucleosomi Strutture di ordine più elevato Flusso dell informazione genetica La struttura degli acidi nucleici La struttura covalente La struttura a doppia elica del DNA 231 Proprietà fisiche del DNA Separazione dei filamenti La duplicazione del DNA La replicazione semi-conservativa Gli enzimi coinvolti nella duplicazione del DNA Fasi della duplicazione del DNA Trascrizione Terminazione Modificazioni dello RNA nascente Modificazioni all estremità terminale Il cappuccio all estremità

5 Indice generale Lo splicing Riassunto SINTESI DELLE PROTEINE Struttura del ribosoma Sintesi dei ribosomi RNA messaggero (mrna) e codice genetico Natura del codice genetico RNA transfer (trna) Struttura del trna Come il trna riconosce i codoni Attivazione degli amminoacidi Le amminoacil-trna sintetasi La traduzione Successione degli eventi nella traduzione Iniziazione Allungamento Terminazione Richieste energetiche per la sintesi proteica Sintesi proteica mitocondriale Processi post-traduzionali nella sintesi di proteine Maturazione di proteine per scissione idrolitica Altre modificazioni post traduzionali 250 Sintesi di proteine destinate alla secrezione Riassunto REGOLAZIONE DELL ESPRESSIONE GENICA Topografia del gene Regolazione dell espressione genica e differenziazione cellulare L induzione e la soppressione dell espressione genica Interazione tra proteine e acidi nucleici come base per una regolazione specifica del gene Motivi strutturali di proteine leganti il DNA Ruolo della conformazione del DNA nelle interazioni tra DNA e proteine 257 I principi della regolazione della trascrizione Regolazione dell attività degli attivatori della trascrizione Repressione specifica della trascrizione XXV Struttura della cromatina e attivazione della trascrizione Metilazione del DNA Regolazione post-trascrizionale dell espressione genica Modificazioni alle estremità 5 - e 3 - del pre-mrna Splicing alternativo Stabilità dello mrna La regolazione a livello di traduzione Riassunto Bibliografia MECCANISMI DELL AZIONE ORMONALE Il recettore per gli ormoni Ormoni del gruppo I Schema fondamentale della trasduzione del segnale attraverso il meccanismo dei recettori nucleari. 271 Classificazione e struttura dei recettori nucleari Dimeri dei recettori degli ormoni steroidei I domini del recettore che legano l ormone Ormoni del gruppo II Tipi di recettori Aggregazione di recettori e internalizzazione La superfamiglia delle GTPasi (proteine G): funzioni generali e meccanismo I secondi messaggeri Il sistema dello AMP ciclico (camp) 278 Il sistema del fosfatidilinositolo Il calcio Sistemi che agiscono tramite un attività tirosina chinasica legata al recettore Sistemi che attivano una tirosina chinasi separata dal recettore Sistemi che dipendono dal GMP ciclico (cgmp) e dal monossido di azoto (NO) Regolazione dei trasportatori di membrana Riassunto Bibliografia NUTRIGENOMICA Definizioni

6 XXVI Scopi della nutrigenomica Segnali nutrizionali: dal nutriente al gene Sensori per i nutrienti Recettori e sensori metabolici Polimorfismo Gli strumenti molecolari per la ricerca in nutrizione Nutrigenetica e diete personalizzate 293 Biologia dei sistemi nutrizionali Riassunto Bibliografia IL METABOLISMO TERMINALE L acetil-coa Il ciclo citrico Regolazione del ciclo citrico Decarbossilazione ossidativa del piruvato Regolazione della decarbossilazione ossidativa del piruvato Riassunto Bibliografia LA CATENA RESPIRATORIA E LA FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA Reazioni di ossidoriduzione Catena respiratoria La fosforilazione ossidativa Accoppiamento Trasporto di metaboliti attraverso la membrana mitocondriale Regolazione del metabolismo energetico Regolazione in vitro Regolazione nell animale in toto Importanza nutrizionale della regolazione negli organismi superiori Accoppiamento ossidazione/ fosforilazione Riassunto Bibliografia METABOLISMO DEL GLUCOSIO: GLICOLISI, NEOGLUCOGENESI E VIA OSSIDATIVA DIRETTA Glucosio libero La fosforilazione del glucosio Indice generale Glicolisi Le tappe della glicolisi Neoglucogenesi Regolazione della glicolisi e della neoglucogenesi Regolazione allosterica Regolazione tramite espressione genica La via dei pentosi fosfati Fase ossidativa Fase non ossidativa Significato metabolico della via ossidativa diretta Riassunto IL METABOLISMO DEL GLICOGENO Metabolismo del glicogeno Biosintesi del glicogeno Demolizione del glicogeno Regolazione della glicogenolisi e della glicogenosintesi Ipoglicemia e iperglicemia Riassunto METABOLISMO DI ZUCCHERI DIVERSI DAL GLUCOSIO Il fruttosio Metabolismo del sorbitolo Utilizzazione del galattosio Conversione galattosio/glucosio Vie alternative Amminozuccheri Riassunto Bibliografia CONSIDERAZIONI NUTRIZIONALI SUL METABOLISMO DEI GLICIDI Pool di glucosio Concentrazione ematica di glucosio Ormoni del metabolismo glicidico Ruolo del fegato nell omeostasi glicidica Glicogenolisi Neoglucogenesi Produzione di glucosio durante il digiuno Esercizio Importanza alimentare Il bisogno di glicidi

7 Indice generale Riassunto Bibliografia IL CABATOLISMO DEGLI ACIDI GRASSI Ingresso di acidi grassi a lunga catena nelle cellule: trasporto e diffusione Determinanti del trasporto degli acidi grassi Formazione degli acil-coa Il sistema della carnitina La β-ossidazione La β-ossidazione nei mitocondri La β-ossidazione nei perossisomi Vie minori per l ossidazione di acidi grassi α-ossidazione ω-ossidazione Regolazione della β-ossidazione Ossidazione degli acidi grassi insaturi 364 Ossidazione di acidi grassi con un numero dispari di atomi di carbonio. 365 Riassunto Bibliografia CORPI CHETONICI Formazione dei corpi chetonici Regolazione della chetogenesi Funzione dei corpi chetonici Vie di utilizzazione dei corpi chetonici Chetosi Riassunto Bibliografia BIOSINTESI DEGLI ACIDI GRASSI 375 Formazione del malonil-coa Acido grasso sintasi Allungamento degli acidi grassi Origine degli equivalenti riducenti e dell acetato per la biosintesi degli acidi grassi Controllo della biosintesi degli acidi grassi Regolazione dell acetil-coa carbossilasi Regolazione dell acido grasso sintasi 384 Lipogenesi e carboidrati Regolazione ormonale Riassunto Bibliografia XXVII 34 METABOLISMO DEI TRIACILGLICEROLI E DEI FOSFOLIPIDI Enzimi della biosintesi di triacilgliceroli e fosfolipidi Glicerolo 3-fosfato aciltrasferasi Lisofosfatidato aciltrasferasi Fosfatidato fosfoidrolasi Diidrossiacetone fosfato aciltrasferasi Monoacilglicerolo aciltrasferasi Diacilglicerolo aciltrasferasi Vie alternative per la biosintesi dei triacilgliceroli Catabolismo degli acilgliceroli Metabolismo dei triacilgliceroli nel tessuto adiposo Lipasi ormono-sensibile Regolazione a breve termine della lipolisi Controllo nutrizionale del metabolismo dei glicerolipidi Insulina, glucagone, ormoni tiroidei 393 SREBP (steroid regulatory element binding protein) Leptina Ruolo della PPARγ negli adipociti e nella sensibilità al glucosio Il tessuto adiposo integra l omeostasi energetica e il controllo metabolico Regolazione coordinata nella membrana mitocondriale esterna Regolazione a livello delle ramificazioni metaboliche Pool e canalizzazioni metaboliche di lipidi Metabolismo di alcuni fosfolipidi Riassunto Bibliografia BIOSINTESI E DEGRADAZIONE DEL COLESTEROLO Assorbimento del colesterolo Contenuto corporeo Generalità sul metabolismo del colesterolo Biosintesi del colesterolo Catabolismo del colesterolo e formazione degli acidi biliari Formazione delle HDL e trasporto inverso del colesterolo

8 XXVIII Recettori nucleari e metabolismo delle HDL Altri effetti dei recettori nucleari sul trasporto inverso di colesterolo PXR/SXR e il metabolismo di endoe xenobiotici Colesterolo alimentare e colesterolo plasmatico Effetti degli acidi grassi sul colesterolo plasmatico Riassunto Bibliografia ACIDI GRASSI INSATURI Le desaturasi Funzioni delle desaturasi Stearoil-CoA desaturasi Funzioni della Δ 5 e della Δ 6 desaturasi Alcune funzioni dei PUFA Via della desaturasi e implicazioni sui bisogni alimentari di PUFA Regolazione delle desaturasi tramite lipidi alimentari Eicosanoidi Sintesi degli eicosanoidi Eicosanoidi, funzione endoteliale, trombosi infiammazione e aterosclerosi Riassunto Bibliografia REGOLAZIONE DI GENI DEL METABOLISMO LIPIDICO Recettori nucleari metabolici: distribuzione tra tessuti PPAR (Recettore attivato del proliferatore dei perossisomi) LXR (recettore epatico X) FXR (recettore per i farnesoidi) PXR (recettore X per il pregnano) LRH-1 (omologo 1 del recettore epatico) SHP (partner eterodimerico piccolo) 430 C/EBP Regolazione del metabolismo lipidico tramite l espressione genica PPAR PPARα PPARγ SREBP ChREBP Recettori epatici X (Liver X Indice generale Receptors; LXR) Fattore nucleare 4α degli epatociti (hepatocyte nuclear factor 4α; HNF-4α) Inibitore-κB/Fattore nucleare-κb Riassunto Bibliografia LE LIPOPROTEINE Composizione e classificazione Le apolipoproteine Il metabolismo delle lipoproteine Chilomicroni VLDL (very low density lipoproteins) LDL (low density lipoproteins) HDL (High density lipoproteins) Prodotti catabolici delle lipoproteine. 449 Il colesterolo LDL Regolazione alimentare delle lipoproteine plasmatiche Colesterolo alimentare Bilancio energetico Iperlipidemie Riassunto Bibliografia ETANOLO Bevande alcoliche Il paradosso francese Assorbimento Metabolismo e valore nutrizionale dell etanolo Velocità del metabolismo dell etanolo La via dell alcol deidrogenasi (ADH) e i disordini metabolici associati a questo sistema Isoenzimi dell alcol deidrogenasi (ADH) ADH extraepatica Ruolo patogenetico del polimorfismo dell ADH Sistema microsomiale per l ossidazione dell etanolo Metabolismo dell etanolo e suoi effetti biochimici Acetaldeide Acetato Etanolo ed espressione genica Proteine leganti l elemento di regolazione steroideo (SREBP)

9 Indice generale Recettore α attivato dal proliferatore dei perossisomi (PPARα) Infiammazione Malattia epatica alcolica Relazione tra steatosi e infiammazione La malattia epatica alcolica Effetti sistemici dell alcol Effetti sul tratto gastroenterico Sistema cardiovascolare Pancreas Altri organi e sistemi Alcol e cancro Sindrome alcolica fetale Effetti farmacologici dell alcol Effetti metabolici dell alcol Effetti sul metabolismo dei carboidrati Effetto sul metabolismo dell urato. 471 Effetto sul metabolismo dei lipidi Stato nutrizionale degli alcolisti Osservazioni generali Vitamina A Amminoacidi e proteine Tiamina Vitamina B Vitamina C Folato e S-adenosilmetionina Altre vitamine e minerali Terapia nutrizionale dell alcolismo Identificazione degli alcolisti Riassunto Bibliografia CONSIDERAZIONI NUTRIZIONALI SUI GRASSI ALIMENTARI Grassi alimentari Assunzione inadeguata di grassi Acidi grassi polinsaturi Effetti degli eccessi di consumo Considerazioni nutrizionali Acidi grassi essenziali Colesterolo Salute cardiovascolare e relazione con acidi grassi ω3 e ω Acido linoleico Acido α-linolenico Acidi eicosapentaenoico (EPA) e docosaesaenoico (DHA) Acidi grassi essenziali e sviluppo Tossicità di alcuni lipidi alimentari Perossidazioni lipidiche XXIX Riassunto Bibliografia AMMINOACIDI; IL DESTINO DELL AZOTO AMMINICO Caratteristiche generali del metabolismo dell azoto di proteine e amminoacidi Degradazione specifica delle proteine nella via ubiquitinaproteasomi Rimozione del gruppo amminico Reazioni di transamminazione Ruolo catabolico delle transamminasi Ruolo anabolico delle transamminasi Reazioni di deamminazione Deamminazioni ossidative Ammoniaca Glutammato deidrogenasi Glutammina sintetasi Sintesi del carbammilfosfato Il ciclo dell urea Connessioni tra ciclo dell urea e ciclo citrico Regolazione del ciclo dell urea Compartimentazione del ciclo dell urea Riassunto Bibliografia METABOLISMO DEI SINGOLI AMMINOACIDI Amminoacidi che formano piruvato Glicina Serina Alanina Cisteina Treonina Idrossiprolina Amminoacidi che formano acetil-coa 506 Fenilalanina e tirosina Triptofano Lisina Amminoacidi che formano chetoglutarato Glutammato Prolina Arginina Istidina

10 XXX Amminoacidi che formano succinil-coa Metionina Degradazione degli amminoacidi a catena ramificata Il frammento monocarbonioso Biosintesi degli amminoacidi Amminoacidi non essenziali Amminoacidi essenziali Derivati del metabolismo degli amminoacidi Riassunto METIONINA E CISTEINA: METABOLISMO DEGLI AMMINOACIDI SOLFORATI Assorbimento degli amminoacidi solforati Metionina Rimetilazione dell omocisteina Transulfurazione dell omocisteina Decarbossilazione della S-adenosilmetionina Regolazione della rimetilazione e della transulfurazione Cisteina Glutatione Cisteinsulfinato Zolfo inorganico Taurina Biosintesi della taurina Taurina alimentare Deficienza di taurina Stress ossidativo Tossicità Riassunto Bibliografia GLUTAMMINA Digestione, assorbimento, biodisponibilità ed escrezione La glutammina trasportatore di azoto. 530 La glutammina come intermedio del metabolismo Cause ed effetti della deficienza di glutammina Riassunto ARGININA E NO Metabolismo dell arginina La via dell ossido nitrico Ruoli biologici dello NO Indice generale Stabilità e reattività dello NO Reazioni di S-nitrosilazione Il paradosso dell arginina Arginine metilate Riassunto Bibliografia CONSIDERAZIONI NUTRIZIONALI SUGLI AMMINOACIDI Metabolismo degli amminoacidi liberi 540 Amminoacidi essenziali Turnover delle proteine Regolazione del turnover proteico Amminoacidi e turnover proteico Misura del turnover proteico Metodo fattoriale Differenze arterovenose Il metodo del prodotto terminale Bisogno di proteine Terminologia Esigenze metaboliche di amminoacidi Valutazione del bisogno RDA per le proteine Bisogno di amminoacidi essenziali Metodo dell ossidazione diretta Metodo dell ossidazione di un amminoacido indicatore Metodo del bilancio del tracciante per 24 ore Casi particolari Valore nutrizionale delle proteine: la qualità proteica Effetti clinici della malnutrizione proteica Effetti avversi degli amminoacidi e delle proteine Effetti avversi di singoli amminoacidi Alcune caratteristiche del metabolismo degli amminoacidi Il fegato nel metabolismo degli amminoacidi Interazioni tra organi nel metabolismo degli amminoacidi Metabolismo degli amminoacidi durante l assorbimento intestinale Periodo postassorbitivo Incorporazione di amminoacidi in altri composti Riassunto Bibliografia

11 Indice generale 47 PURINE E PIRIMIDINE Biosintesi delle purine Sintesi de novo Interconversioni di nucleotidi Vie di recupero Catabolismo delle purine e formazione di urato Iperuricemia e gotta Biosintesi dei desossiribonucleotidi Biosintesi delle pirimidine Catabolismo delle pirimidine Riassunto INTEGRAZIONE METABOLICA DI GLICIDI, LIPIDI E PROTIDI Schemi metabolici generali Il metabolismo in diversi organi Fegato Muscolo Tessuto adiposo Sistema nervoso Regolazione ormonale del metabolismo Ormoni pancreatici Catecolammine Ormoni tiroidei Glicocorticoidi Somatotropo Eicosanoidi e citochine Ormoni intestinali Ormoni cardiovascolari Ormoni sessuali Nutrienti ed espressione genica Riassunto Bibliografia INTRODUZIONE ALLE VITAMINE Definizioni e nomenclatura Metodi di analisi e di dosaggio delle vitamine Biodisponibilità Bisogno di vitamine Assunzioni di riferimento per le vitamine Sorgenti alimentari di vitamine Le vitamine come coenzimi Stato di nutrizione vitaminico nell uomo Tossicità delle vitamine Riassunto Bibliografia XXXI 50 VITAMINA C (ASCORBATO E DEIDROASCORBATO) Struttura Biosintesi Azioni riducenti dell ascorbato Ruoli proossidanti e antiossidanti dell ascorbato Cofattore per enzimi Reazioni di idrossilazione cui partecipa il ferro Reazioni di idrossilazione cui partecipa il rame Metabolismo del ferro Eliminazione dei radicali liberi e interazione con la vit E Interrelazioni tra ascorbato e NO Interazione con i metalli pesanti Altri effetti possibili o ipotizzati della vitamina C Inibizione della formazione di nitrosammine Funzioni immunologiche Profilassi e cura del raffreddore Presenza nei cibi Assorbimento e distribuzione Contenuto corporeo ed escrezione Fattori che influenzano il metabolismo della vitamina C Deficienza di vitamina C Deficienza marginale Scorbuto Valutazione dello stato di nutrizione. 626 Escrezione urinaria Livelli plasmatici e leucocitari Marker del danno ossidativo del DNA Considerazioni per stabilire il livello raccomandato di assunzione Considerazioni particolari Controindicazioni e tossicità Interazioni con altri nutrienti Riassunto Bibliografia BIOTINA (VIT H) Struttura chimica Digestione e trasporto Aspetti biologici e metabolici Funzioni Acetil-CoA carbossilasi Piruvato carbossilasi Propionil-CoA carbossilasi Metilcrotonil-CoA carbossilasi

12 XXXII Altre azioni Deficienza Deficienze di enzimi che metabolizzano la biotina Deficienza in specie diverse dall uomo Valutazione dello stato nutrizionale Bisogni Situazioni in cui si può presentare una deficienza di biotina Deficienza di biotina Riassunto Bibliografia NIACINA Assorbimento ed escrezione Metabolismo Sintesi netta a partire dal triptofano 643 Vie di recupero Ossidoriduzioni Enzimi che consumano il NAD Reazioni cataboliche a carico di nicotinato e nicotinammide con formazioni di prodotti di rifiuto Pellagra Deficienza di altri nutrienti nell etiologia della pellagra Effetti pellagrogeni dell eccesso di leucina Pellagra iatrogena Errori del metabolismo Usi non nutrizionali della niacina Stato nutrizionale Bisogni di niacina Riassunto Bibliografia TIAMINA Caratteristiche della tiamina Tiamina alimentare Assorbimento Tiaminasi Metabolismo Ruoli metabolici della tiamina Deficienza di tiamina Beri-beri Alcolismo Senilità Valutazione dello stato di nutrizione. 664 Bisogni Riassunto Bibliografia Indice generale 54 PANTOTENATO Assorbimento ed escrezione Metabolismo e ruoli metabolici Deficienza Usi farmacologici Tossicità Riassunto Bibliografia RIBOFLAVINA Digestione e assorbimento Metabolismo Ruoli biochimici della riboflavina I coenzimi flavinici: FAD e FMN Deficienza Bisogni Stato nutrizionale Usi farmacologici Tossicità Riassunto Bibliografia VITAMINA B Assorbimento e biodisponibilità Sorgenti alimentari Assorbimento Biodisponibilità Metabolismo della vit B Vit B 6 nel muscolo Modalità di azione Ruoli metabolici fondamentali del piridossal fosfato α-decarbossilazione Racemizzazione Transamminazione Reazioni di eliminazione Frammenti monocarboniosi Lipidi Glicogenolisi e gluconeogenesi Biosintesi dell eme Funzione immune Interazioni con altri nutrienti e con farmaci Piridossale fosfato, ormoni steroidei ed espressione genica Valutazione dello stato di nutrizione. 695 Bisogni Deficienza di vit B Tossicità Usi farmacologici Riassunto Bibliografia

13 Indice generale 57 FOLATO Chimica e struttura Assorbimento e distribuzione Metabolismo Coenzimi folici Caricamento del tetraidrofolato con il frammento monocarbonioso. 706 Interconversioni dei coenzimi folici. 708 Gestione dell eccesso di frammenti monocarboniosi N 5 -metiltetraidrofolato N 5,N 10 -Metilentetraidrofolato Altri coenzimi del folato Utilizzazione del frammento monocarbonioso Timidilato sintasi e diidrofolato riduttasi Sintesi dell anello purinico Ruolo del folato nel metabolismo della metionina Considerazioni generali sul metabolismo dei frammenti monocarboniosi Sindromi da deficienza Cause di deficienza Stato di nutrizione Bisogni Usi terapeutici e tossicità Riassunto Bibliografia VITAMINA B Chimica e biochimica Assorbimento Trasporto ed escrezione Metabolismo e ruoli biochimici Bisogni Stato nutrizionale della vit B Test di Schilling per misurare l assorbimento di vit B Deficienza Deficienza primaria Deficienze secondarie Deficienza di cobalammina e di folato Anemia megaloblastica Anemia perniciosa Riassunto Bibliografia COLINA Assorbimento intestinale e metabolismo XXXIII Biosintesi della fosfatidilcolina Conseguenze della deficienza colinica Effetti tossici Assunzione consigliata Riassunto Bibliografia VITAMINA A Chimica Unità Digestione e assorbimento Digestione Assorbimento Riesterificazione Diossigenasi Gestione delle sostanze ad attività vitaminica A nell intestino Proteine leganti e recettori per i retinoidi Proteine leganti il retinolo Metabolismo Funzioni Visione Differenziazione cellulare Morfogenesi Risposta immune Azioni non genomiche dell ac retinoico Altri processi Mancanza di vitamina Eccesso di vitamina Intossicazione acuta Intossicazione cronica Effetti teratogenici Lattanti e bambini Impieghi farmacologici Considerazioni alimentari Considerazioni speciali Stato di nutrizione Riassunto Bibliografia VITAMINA D Biosintesi nell organismo Effetto dell invecchiamento Creme solari protettive Assorbimento e metabolismo Assorbimento Produzione del 25-OH derivato Produzione dello 1,25-diidrossiderivato (calcitriolo).. 758

14 XXXIV Metabolismo alternativo del 25(OH)D Regolazione del metabolismo della vitamina D Ruoli biologici Apoptosi, proliferazione e differenziazione cellulare Deficienza di vit D: rachitismo e osteomalacia Osteoporosi Stato di nutrizione Raccomandazioni Tossicità Riassunto Bibliografia VITAMINA E Nomenclatura e terminologia Assorbimento e distribuzione Proteine leganti il tocoferolo Distribuzione nei tessuti Attività biologica Prodotti di escrezione Valutazione dello stato di nutrizione. 769 Interazioni con altri nutrienti Assunzione raccomandata, usi e tossicità Deficienza Riassunto Bibliografia VITAMINA K Chimica e struttura Assorbimento, distribuzione e metabolismo Reazioni cui prende parte la vitamina K Glutammil carbossilasi Il ciclo della vitamina K Funzioni fisiologiche Coagulazione del sangue Osso Rene Segnalazione cellulare Deficienza di vitamina K Emorragia da deficienza di vit K nel lattante Relazione tra la vit K e l osteoporosi 779 Valutazione dello stato di nutrizione Bisogni e livelli di assunzione raccomandati Usi farmacologici della vit K Indice generale Riassunto Bibliografia COMPOSTI MARGINALI E FITONUTRIENTI Inositolo Carnitina Taurina Creatina Fitochimici Carotenoidi Composti allil solforici Glucosinolati Fitoestrogeni Flavonoidi Pirrolo chinolin chinone (PQQ) Riassunto Bibliografia METABOLISMO IDRICO-SALINO Acqua Compartimenti idrici Osmolalità Bilancio idrico Sete Disidratazione Sodio Funzioni del sodio Contenuto e distribuzione Bisogni di sodio Tossicità del sodio Alterazioni della concentrazione ematica di sodio Situazioni particolari Potassio Assunzione e perdite Funzioni biologiche Assunzione raccomandata Tossicità del potassio Stato di nutrizione Cloruro Equilibrio acido-base Il ph Elettroliti Acidosi e alcalosi Regolazione renale del ph Riassunto Bibliografia CALCIO Turnover Assorbimento

15 Indice generale Assorbimento netto e assorbimento vero Depositi e riserve Escrezione Funzioni Controllo dei livelli plasmatici Sistemi ormonali Valutazione dello stato di nutrizione. 831 Bisogni Variazioni dei bisogni di calcio durante la vita Effetti della carenza Osteoporosi Tossicità Relazione con altre sostanze Riassunto Bibliografia MAGNESIO Funzioni Omeostasi intracellulare Turnover Assorbimento Eliminazione urinaria Stato di nutrizione Assunzione raccomandata Deficienza Tossicità Riassunto Bibliografia FOSFORO Funzioni Digestione e assorbimento Escrezione Omeostasi Controllo del fosfato nel plasma Stato di nutrizione Tossicità Casi particolari Riassunto Bibliografia FERRO Caratteristiche chimiche importanti in biologia Funzioni Assorbimento Trasporto Biologia cellulare Regolazione degli scambi di ferro tra cellule e ambiente extracellulare. 858 XXXV Regolazione dell omeostasi intracellulare del ferro Metabolismo mitocondriale Metabolismo in cellule specializzate. 861 Enterociti Deposito e riciclo del ferro Eritroblasti Macrofagi Turnover Ferro di deposito Stato di nutrizione Perdite e valutazione dei bisogni Carenza Sintomatologia della carenza marziale Deficienza di ferro e immunità Fortificazione Sovraccarico Riassunto Bibliografia RAME Funzioni Enzimi e proteine Altre funzioni Assorbimento e distribuzione Valutazione dello stato di nutrizione. 879 Valutazione dei bisogni e dei livelli d assunzione raccomandati Interazioni con altri nutrienti Sindromi da deficienza nell uomo Tossicità Riassunto Bibliografia ZINCO Assorbimento Funzioni biochimiche e fisiologiche Regolazione dell omeostasi Metabolismo intracellulare Valutazione dello stato di nutrizione. 888 Assunzione raccomandata Deficienza Tossicità Riassunto Bibliografia MANGANESE Assorbimento Concentrazione nei tessuti Ruolo biologico Deficienza Tossicità

16 XXXVI Assunzione raccomandata Riassunto Bibliografia CROMO Assorbimento e trasporto Funzioni biologiche Effetti della deficienza Bisogni Riassunto Bibliografia FLUORO Assorbimento, metabolismo ed escrezione Azione cariostatica Effetti dell assunzione inadeguata Assunzione raccomandata Riassunto Bibliografia SELENIO Considerazioni alimentari Considerazioni biochimiche Selenoproteine Attività biologica Metabolismo Deficienza Stato di nutrizione Tossicità Riassunto Bibliografia IODIO Metabolismo Deficienza Feto Il neonato Il bambino Gozzigeni Bisogni Stato di nutrizione Supplementazione Riassunto Bibliografia ELEMENTI IN ULTRATRACCIA Assorbimento, trasporto e deposito Alluminio Arsenico Boro Bromo Cadmio Indice generale Germanio Litio Molibdeno Il molibdeno nel corpo umano Nichel Piombo Rubidio Silicio Stagno Vanadio Riassunto Bibliografia GRAVIDANZA: LA NUTRIZIONE MATERNO-FETALE Energia Proteine Vitamine Vitamine liposolubili Vitamine idrosolubili Minerali Alcune situazioni particolari Conclusioni circa la nutrizione materna La nutrizione dal punto di vista fetale Attività metabolica della placenta Ruolo del feto Trasporto transplacentare di nutrienti Problemi particolari e stile di vita Alcol Riassunto Bibliografia ALLATTAMENTO Il latte umano Composizione del latte Variazioni della composizione del latte Necessità nutrizionali della nutrice Energia Proteine Vitamine e minerali Malnutrizione e allattamento Riassunto Bibliografia ACCRESCIMENTO: DAL NEONATO ALL ADULTO Il neonato Periodo dell alimentazione complementare

17 Indice generale Il bambino da 2 a 10 anni di vita Adolescente Riassunto Appendice: Valori di assunzione di energia e di alimenti proposti dal Food and Nutrition Board (2005) Bibliografia SENILITÀ Teorie sull invecchiamento Apoptosi e necrosi Mitocondri e stress ossidativo Variazioni degli indici antropometrici 968 Attività sportiva Bisogni nutrizionali Micronutrienti Invecchiamento e nutrizione Riassunto Bibliografia ATTIVITÀ FISICA E SPORT Caratteristiche strutturali del muscolo 976 Proteine dei filamenti sottili e spessi 976 Contrazione muscolare Tipi di fibrocellule muscolari e loro metabolismo Sintesi di ATP in aerobiosi e in anaerobiosi Anaerobiosi Aerobiosi Alcuni aspetti del controllo della produzione di ATP nel muscolo striato Substrati consumati durante l attività fisica Relazione del consumo dei substrati con la durata dello sforzo Relazione del consumo di substrati con l intensità dello sforzo Alcune considerazioni sugli sforzi di lunga durata Ruolo delle proteine nel metabolismo muscolare Altri nutrienti Nutrizione e allenamento Regolazione delle masse muscolari Gli integratori alimentari Integrazione energetica Integrazione proteica Integratori vari Doping Attività fisica per la popolazione generale XXXVII Riassunto Bibliografia IL DIGIUNO Richieste di energia e di nutrienti Fasi del digiuno Necessità metaboliche del corpo umano Perdita di peso durante il digiuno Substrati ematici Glicidi Amminoacidi Acidi grassi liberi (NEFA) e corpi chetonici Ormoni Morte per fame Riassunto Bibliografia MALNUTRIZIONE CALORICO- PROTEICA Il semidigiuno: adattamento e accomodamento al digiuno Deficienza proteica relativa Ritardo di crescita Situazione endocrina Zinco e altri micronutrienti Ipoalbuminemia Ematologia e circolazione Edema Fegato grasso Funzioni mentali Diarrea Suscettibilità alle infezioni Alcuni aspetti clinici La PEM primaria Patofisiologia e risposte adattative alla PEM: marasma e kwashiorkor Fattori tossico-nutrizionali Malnutrizione nel paziente ospedalizzato (PEM secondaria) Patogenesi e significato clinico della malnutrizione Deplezione delle riserve corporee Guarigione delle ferite Funzioni immunitarie Funzioni cardiovascolari Funzioni gastrointestinali La mortalità e la morbilità della sottonutrizione Aspetti terapeutici Nutrizione enterale Nutrizione parenterale

18 XXXVIII Nutrizione e cancro Riassunto Bibliografia RADICALI LIBERI E STRESS OSSIDATIVO Formazione di radicali liberi Radicali liberi e lipidi Ossidazione di lipoproteine La difesa enzimatica La superossido dismutasi La catalasi La glutatione perossidasi Molecole antiossidanti Riassunto Bibliografia ORMONI E RISPOSTE ALL INFEZIONE E ALLO STRESS Ormoni e fattori di crescita Ormone della crescita o somatotropo Insulina Altri fattori di crescita Citochine Meccanismi di azione delle citochine Influenza di nutrienti sulla biologia delle citochine Modulazione della biologia delle citochine da parte di micronutrienti Funzioni fondamentali delle citochine Eicosanoidi Sintesi Cortisolo Ormoni del sistema nervoso Catecolammine Risposte ormonali a ferite, infezione e cancro Risposta della fase acuta Escrezione di urea: un marker dello stato ipercatabolico Marker utilizzati per lo stato nutrizionale Risposte fisiologiche alla chirurgia Nutrizione nel periodo perioperatorio Ferite accidentali Infezione Ciclo malnutrizione/infezione Effetto dell infezione sullo stato Indice generale nutrizionale Malnutrizione e risposta all infezione Nutrienti coinvolti nella risposta all infezione Cambiamenti nutrizionali e metabolici nei pazienti con infezione Pazienti ustionati Risposta metabolica Risposta infiammatoria Riassunto Bibliografia SINDROME METABOLICA Tessuto adiposo Fegato Alterazioni funzionali nel muscolo indotte dai lipidi Il coattivatore 1 (PGC1) del PPARγ e l omeostasi dei nutrienti energetici Regolazione attraverso il sistema carnitina aciltrasferasi 1/malonil- CoA Meccanismi della resistenza insulinica indotta dai lipidi Alterazioni dell utilizzazione di substrati legate all eccesso di lipidi 1059 Un ipotesi unificatrice: il malfunzionamento dei mitocondri 1061 Isolotti pancreatici Riassunto Bibliografia REGOLAZIONE DELL APPORTO DI CIBO E OBESITÀ Definizione dell obesità nell uomo Complicanze dell obesità Obesità nel bambino Eccesso energetico Consumo energetico in soggetti magri e in soggetti obesi Costituzione e sviluppo del tessuto adiposo Sviluppo del tessuto adiposo Fattori di trascrizioni coinvolti nell adipogenesi Eventi coinvolti nella differenziazione degli adipociti Regolazione endocrina Ormoni secreti dal tessuto adiposo

19 Indice generale Adiponectina Leptina Resistina Regolazione dell assunzione di cibo Prime teorie del controllo dell apporto alimentare Controlli centrali e periferici Controlli periferici Integrazione dei controlli periferici 1080 Controlli centrali Eventi tonici e fasici I segnali tonici: gli effetti dello stato energetico I segnali fasici Fegato e cervello nell omeostasi energetica Nutrienti e sazietà Proteine XXXIX Carboidrati Grassi Terapia dell obesità Velocità ottimale della perdita di peso Terapia comportamentale Farmaci anoressizzanti e termogenetici Procedimenti chirurgici Dietoterapia Esercizio fisico Mantenimento della perdita di peso Riassunto Bibliografia Indice analitico

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