INDICE. Capitolo 4 Caratteristiche generali delle cellule 61. Capitolo 1 Introduzione alla biologia 1

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1 :32 Pagina V INDICE Prefazione XI Ringraziamenti XX Il sito web dedicato al libro XXII Ringraziamenti dell editore italiano Guida alla lettura XXIII Capitolo 1 Introduzione alla biologia 1 XXII 1.1 Le proprietà della vita: passato e presente 2 Genoma e proteoma: Lo studio del genoma e del proteoma fornisce una base evoluzionistica per la comprensione della biologia La biologia come disciplina scientifica 10 Dentro la ricerca: L osservazione e la sperimentazione costituiscono il centro della biologia 15 PARTE I Capitolo 2 Chimica Le basi chimiche della vita I: gli atomi, le molecole e l acqua Atomi 19 Dentro la ricerca: Rutherford ha determinato il modello attuale dell atomo I legami chimici e le molecole Le proprietà dell acqua 31 Capitolo 3 Le basi chimiche della vita II: le molecole organiche L atomo di carbonio e lo studio delle molecole organiche Classificazione delle molecole organiche e delle macromolecole 44 Dentro la ricerca: Anfinsen dimostrò che la struttura primaria della ribonucleasi determina la sua struttura tridimensionale 55 Genoma e proteoma: Le proteine contengono nelle loro strutture domini funzionali 56 PARTE II Capitolo 4 La cellula Caratteristiche generali delle cellule La microscopia Sommario della struttura cellulare 64 Genoma e proteoma: Il proteoma determina le caratteristiche di una cellula Il citoplasma 68 Dentro la ricerca: I ricercatori Sheetz e Spudich hanno dimostrato che la miosina cammina sui filamenti di actina Il nucleo e il sistema di endomembrane Organuli semiautonomi 81 Capitolo 5 La struttura della membrana e il trasporto La struttura della membrana 87 Genoma e proteoma: Circa il 25% dei geni codifica per proteine di membrana Il trasporto di membrana 94 Dentro la ricerca: Agre scoprì che l osmosi avviene più rapidamente nelle cellule con proteine di trasporto che permettono la diffusione facilitata dell acqua 98 Capitolo 6 L organizzazione cellulare nella biologia dei sistemi (Systems biology) I principi dell organizzazione cellulare Il sistema endomembranoso 117 Dentro la ricerca: Palade dimostrò che le proteine di secrezione si muovono in modo sequenziale attraverso gli organuli del sistema di endomembrana Gli organuli semiautonomi 124 Genoma e proteoma: I mitocondri e i cloroplasti derivano da relazioni simbiotiche ancestrali 125 V

2 :32 Pagina VI Capitolo 7 Gli enzimi, il metabolismo e la respirazione cellulare L energia, le reazioni chimiche e gli enzimi Una veduta d insieme del metabolismo 137 Genoma e proteoma: Molte proteine utilizzano ATP come fonte di energia La respirazione cellulare 141 Dentro la ricerca: Dentro la ricerca Il metabolismo secondario 153 Capitolo 8 La fotosintesi Visione d insieme della fotosintesi Reazioni che sfruttano l energia luminosa 162 Genoma e proteoma: I complessi di citocromi dei mitocondri e dei cloroplasti hanno in comune delle proteine simili dal punto di vista evolutivo Ciclo di Calvin 171 Dentro la ricerca: Il ciclo di Calvin è stato determinato mediante metodi di marcatura con isotopi Variazioni nella fotosintesi 175 Capitolo 9 Comunicazione cellulare e regolazione del ciclo cellulare Aspetti generali della comunicazione cellulare Recettori cellulari Trasduzione del segnale e risposta cellulare 189 Genoma e proteoma: Il tipo di risposta di una cellula a molecole segnale dipende dalle proteine che produce 194 Capitolo 10 Multicellularità La matrice extracellulare 197 Genoma e proteoma: I collageni sono una famiglia di proteine che conferiscono diverse proprietà alla ECM delle cellule animali Giunzioni cellulari 202 Dentro la ricerca: Loewenstein e colleghi seguirono lo spostamento di un colorante fluorescente per stabilire le dimensioni dei canali delle giunzioni-gap o comunicanti I tessuti 208 PARTE III Capitolo 11 Genetica Struttura degli acidi nucleici e replicazione del DNA Identificazione biochimica del materiale genetico 217 Dentro la ricerca: Avery, MacLeod, e McCarty hanno usato i metodi di purificazione per dimostrare che il DNA è il materiale genetico Struttura degli acidi nucleici Replicazione del DNA 227 Genoma e proteoma: Le DNA polimerasi sono una famiglia di enzimi con funzioni specializzate. 234 Capitolo 12 Espressione genica a livello molecolare Visione d insieme dell espressione genica Trascrizione Processamento del RNA negli eucarioti La traduzione e il codice genetico 249 Dentro la ricerca: Nirenberg e Leder scoprirono che le triplette di RNA possono promuovere il legame del trna ai ribosomi Il macchinario della traduzione 253 Genoma e proteoma: Il confronto degli rrna delle subunità minori di specie diverse è stato basilare per stabilire delle relazioni evolutive Gli stadi della traduzione 258 Capitolo 13 Regolazione genica Visione d insieme della regolazione genica Regolazione della trascrizione nei batteri 268 VI

3 :32 Pagina VII Dentro la ricerca: Jacob, Monod e Pardee studiarono un mutante batterico costitutivo per determinare la funzione del repressore lac Regolazione della trascrizione negli eucarioti Regolazione negli eucarioti del processamento del RNA e della traduzione 282 Genoma e proteoma: L aumento di complessità biologica correla con una dimensione maggiore dei genomi e dei proteomi 283 Capitolo 14 Mutazioni, riparazione del DNA e cancro Le mutazioni 289 Dentro la ricerca: I Lederberg usarono la replica della piastra per dimostrare che le mutazioni sono degli eventi casuali La riparazione del DNA Il cancro 301 Genoma e proteoma: Le mutazioni di circa 300 geni umani possono promuovere la formazione del cancro 309 Capitolo 15 Cromosomi eucariotici, ciclo cellulare, meiosi e mitosi Struttura molecolare dei cromosomi eucariotici 313 Dentro la ricerca: Noll confermò il modello a collana di perle di Kornberg digerendo la regione linker 314 Genoma e proteoma: La coda degli istoni controlla il compattamento della cromatina Regolazione del ciclo cellulare 320 Dentro la ricerca: Gli studi di Masui e Markert sulla maturazione degli oociti hanno permesso di identificare le cicline e le chinasi ciclina-dipendenti Divisione cellulare mitotica Meiosi e riproduzione sessuale Variazioni nel numero e nella struttura dei cromosomi 337 Capitolo 16 Modelli semplici di eredità Le leggi di Mendel e la teoria cromosomica dell ereditarietà I cromosomi sessuali e l eredità legata all X 358 Dentro la ricerca: Gli esperimenti di Morgan hanno dimostrato una correlazione tra caratteri genetici e la trasmissione dei cromosomi sessuali in Drosophila Variazioni nelle modalità di trasmissione e loro basi molecolari 362 Genoma e proteoma: Le mutazioni di singoli geni causano molte malattie ereditarie e hanno effetti pleiotropici 363 Capitolo 17 Modelli complessi di eredità Interazioni tra geni Geni sullo stesso cromosoma: associazione, ricombinazione e mappatura 375 Dentro la ricerca: Gli incroci di Bateson e di Punnett con i piselli odorosi hanno mostrato che i geni non assortiscono sempre in maniera indipendente 375 Genoma e proteoma: Le frequenze di ricombinazione forniscono un metodo per mappare i geni lungo i cromosomi Eredità extranucleare: i genomi degli organelli Inattivazione dell X, imprinting genomico ed effetto materno 381 PARTE IV Capitolo 18 Evoluzione Origine e storia della vita Origine della vita sulla Terra 391 Dentro la ricerca: Bartel e Szostak hanno dimostrato la selezione chimica in laboratorio Storia della vita sulla Terra 400 Genoma e proteoma: L origine delle cellule eucariotiche durante il Proterozoico ha coinvolto un associazione tra batteri e archea 405 VII

4 :32 Pagina VIII Capitolo 19 Un introduzione all evoluzione La teoria dell evoluzione Le osservazioni del cambiamento evolutivo 418 Dentro la ricerca: I Grant hanno osservato la selezione naturale nei fringuelli delle Galápagos I processi molecolari alla base dell evoluzione 426 Genoma e proteoma: Nuovi geni negli eucarioti si sono evoluti per rimescolamento degli esoni 428 Capitolo 20 La genetica di popolazione I geni nelle popolazioni 433 Genoma e proteoma: I geni nelle popolazioni naturali sono in genere polimorfici I meccanismi evolutivi e i loro effetti sulle popolazioni 436 Dentro la ricerca: Seehausen e van Alphen hanno scoperto che la colorazione dei maschi dei Ciclidi africani è soggetta alla scelta femminile 443 Capitolo 21 L origine delle specie I concetti di specie I meccanismi di speciazione 456 Dentro la ricerca: Podos ha scoperto che nei fringuelli un adattamento dell alimentazione può avere promosso anche l isolamento riproduttivo La velocità della speciazione Evo-Devo: la biologia evoluzionistica dello sviluppo e la forma delle nuove specie 462 Genoma e proteoma: Lo studio del gene Pax6 indica che differenti tipi di occhi si sono evoluti da una forma più semplice 466 Capitolo 22 Dentro la ricerca: Cooper e colleghi hanno estratto il DNA da uccelli non volatori estinti e lo hanno poi confrontato con il DNA estratto da specie attuali per ricostruire la loro filogenesi 485 Genoma e proteoma: A causa del trasferimento orizzontale di geni, l albero della vita è in realtà una rete della vita. 487 PARTE V Capitolo 23 Diversità I batteri e gli archaea Diversità ed evoluzione Struttura e locomozione Riproduzione Nutrizione e metabolismo 505 Genoma e proteoma: Studi di espressione genica hanno rivelato in che modo i cianobatteri fissano l azoto nelle sorgenti termali Ruoli ecologici e applicazioni biotecnologiche 507 Dentro la ricerca: Gli esperimenti di Daly hanno rivelato in che modo l Mn(II) aiuta Deinococcus radiodurans a evitare i danni da radiazioni 509 PARTE VI Il sistema nervoso Capitolo 24 Sistema nervoso I componenti cellulari del sistema nervoso Proprietà elettriche dei neuroni Comunicazione tra i neuroni 520 Dentro la ricerca: Otto Loewi ha scoperto l acetilcolina 528 Genoma e proteoma: I recettori dei neurotrasmettitori sono costituiti dall associazione di subunità variabili Effetto sulla salute 531 Tassonomia e sistematica Tassonomia Sistematica 476 VIII

5 :23 Pagina IX PARTE VII La riproduzione animale Capitolo 25 La riproduzione animale La riproduzione asessuata La riproduzione sessuata 538 Dentro la ricerca: Paland e Lynch hanno fornito l evidenza che la riproduzione sessuata può promuovere nelle popolazioni l eliminazione di mutazioni nocive Le strutture e le funzioni riproduttive nei mammiferi La gravidanza nei Mammiferi 550 Genoma e proteoma: L evoluzione della famiglia di geni delle globine è stata importante per la gestazione interna nei mammiferi La sincronizzazione della riproduzione con i momenti favorevoli dell anno L impatto sulla salute pubblica 554 Glossario G-1 Crediti C-1 Indice analitico I-1 IX