Indice Collaboratori.................................... xi Prefazione alla prima edizione inglese................ xiii Prefazione all edizione inglese...................... xv Dedica........................................ xvi 1. Introduzione..............................1 e L importanza della biochimica........................ 1 Come questo libro racconta la storia della biochimica...... 1 2. Aminoacidi e proteine....................7 N. Taniguchi Introduzione..................................... 7 Aminoacidi...................................... 7 I tamponi....................................... 12 Peptidi e proteine................................. 12 Purificazione e caratterizzazione delle proteine........... 16 Analisi della struttura delle proteine.................. 21 L avvolgimento (folding) delle proteine e le malattie da alterato avvolgimento........................ 23 3. Sangue: cellule e proteine plasmatiche..25 W.D. Fraser Introduzione.................................... 25 Plasma e siero................................... 25 Elementi figurati del sangue......................... 25 Le proteine del plasma............................. 26 La reazione della fase acuta e la proteina C-reattiva....... 32 4. Trasporto dell ossigeno..................35 G.M. Helmkamp Introduzione.................................... 35 Struttura del gruppo prostetico eme................... 35 Caratteristiche delle globine nei mammiferi............. 36 Globine di vertebrati di recente identificazione........... 43 Acquisizioni da topi knockout per la mioglobina......... 44 Interazioni dell emoglobina con il monossido d azoto...... 44 Varianti normali dell Hb........................... 45 Anemia falciforme................................ 45 Altre emoglobinopatie............................. 47 5. Proteine catalitiche: gli enzimi..........51 J. Fujii Introduzione.................................... 51 Reazioni enzimatiche.............................. 51 Cinetica enzimatica............................... 55 Inibizione enzimatica.............................. 57 Regolazione dell attività enzimatica................... 59 6. Emostasi e trombosi.....................63 G. Lowe Introduzione.................................... 63 Emostasi....................................... 63 La parete vasale.................................. 65 Le piastrine..................................... 66 La coagulazione.................................. 69 La fibrinolisi..................................... 74 7. Membrane e trasporto..................77 M. Maeda Introduzione.................................... 77 Lipidi di membrana............................... 77 Composizione delle membrane biologiche.............. 78 Tipi di trasporto.................................. 80 8. Bioenergetica e metabolismo ossidativo 93 L.W. Stillway Introduzione.................................... 93 I processi ossidativi come fonte d energia............... 93 L energia libera.................................. 94 Conservazione dell energia tramite sintesi di ATP......... 95 La sintesi mitocondriale di ATP a partire da coenzimi ridotti....................................... 96 Il sistema mitocondriale di trasporto degli elettroni....... 97 Il gradiente di protoni che dirige la sintesi di ATP....... 102 Rapporti P:O e controllo respiratorio................. 105 Gli inibitori del metabolismo ossidativo............... 106 Regolazione della fosforilazione ossidativa............. 110 9. Funzione del tratto gastrointestinale...113 I. Broom Introduzione................................... 113 Digestione..................................... 113 Le basi meccaniche e anatomiche della digestione....... 113 Princìpi generali della digestione.................... 115 Digestione e assorbimento dei carboidrati............. 116 Digestione e assorbimento dei lipidi.................. 120 Il pancreas..................................... 120 Digestione e assorbimento delle proteine.............. 123
vi Indice ISBN-88-408-1353-5 10. Micronutrienti: vitamine e minerali....127 e I. Broom Introduzione................................... 127 Vitamine liposolubili............................. 128 Vitamine idrosolubili............................. 133 Microelementi.................................. 139 11. Metabolismo anaerobio del glucosio negli eritrociti..........................143 Introduzione................................... 143 Gli eritrociti.................................... 143 La glicolisi..................................... 144 La sintesi di 2,3-bisfosfoglicerato.................... 150 La via dei fosfopentosi............................ 150 Le concentrazioni cellulari di coenzimi redox........... 151 12. L accumulo e la sintesi dei carboidrati nel fegato e nel muscolo...............157 Introduzione................................... 157 Struttura del glicogeno........................... 157 Glicogenosintesi epatica a partire dal glucosio plasmatico. 158 Glicogenolisi epatica............................. 159 Regolazione ormonale della glicogenolisi epatica........ 160 II meccanismo d azione del glucagone................ 160 Mobilizzazione del glicogeno epatico a opera dell adrenalina............................... 163 La glicogenolisi nei muscoli........................ 164 Regolazione della glicogenosintesi................... 165 Gluconeogenesi................................. 167 13. Il ciclo degli acidi tricarbossilici........175 L.W. Stillway Introduzione................................... 175 La produzione di energia nel ciclo di Krebs............ 175 Le biosintesi associate al ciclo di Krebs................ 175 La piruvato carbossilasi........................... 177 Il complesso della piruvato deidrogenasi (PDC)......... 178 Reazioni ed enzimi del ciclo TCA.................... 180 Resa energetica del ciclo degli acidi tricarbossilici....... 184 Regolazione del ciclo degli acidi tricarbossilici.......... 184 Le reazioni anaplerotiche ( riempitive )............... 186 14. Metabolismo ossidativo dei lipidi nel fegato e nel muscolo...............189 Introduzione................................... 189 Attivazione degli acidi grassi e trasporto all interno del mitocondrio.............................. 189 L ossidazione degli acidi grassi...................... 190 La chetogenesi nel fegato.......................... 194 15. Biosintesi e deposito degli acidi grassi nel fegato e nel tessuto adiposo.......199 I. Broom Introduzione................................... 199 La sintesi degli acidi grassi......................... 199 Allungamento degli acidi grassi..................... 202 Insaturazione degli acidi grassi..................... 203 Acidi grassi essenziali............................ 203 Deposito e trasporto degli acidi grassi: la sintesi dei triacilgliceroli............................. 203 Regolazione del deposito dei grassi totali nell organismo.. 204 16. Biosintesi del colesterolo e degli steroidi.........................209 and G Beastall Introduzione................................... 209 Struttura del colesterolo........................... 209 Il colesterolo libero ed esterificato.................... 209 Biosintesi del colesterolo.......................... 210 Gli acidi biliari.................................. 217 Escrezione del colesterolo.......................... 218 Gli ormoni steroidei.............................. 218 Vitamina D 3.................................... 220 17. Lipidi e lipoproteine...................225 Introduzione................................... 225 Struttura e funzione delle lipoproteine................ 226 I recettori delle lipoproteine........................ 230 Misura delle lipoproteine.......................... 230 Il metabolismo delle lipoproteine.................... 231 Le dislipidemie.................................. 234 Aterogenesi.................................... 236 Rischio e valutazione del danno cardiovascolare........ 240 18. Biosintesi e catabolismo degli aminoacidi.......................245 A.B. Rawitch Introduzione................................... 245 Il metabolismo dello scheletro carbonioso degli aminoacidi.............................. 253 La biosintesi degli aminoacidi...................... 256 Le malattie ereditarie del metabolismo degli aminoacidi... 256 Aminoacidi precursori di molecole del segnale cellulare... 259 19. Il muscolo: metabolismo energetico e meccanismi della contrazione........261 J.A. Carson and J W Baynes Introduzione................................... 261 Struttura del muscolo............................ 261 Proteine muscolari............................... 263 Metabolismo energetico del muscolo................. 268 Metabolismo e contrazione muscolare................ 268
ISBN-88-408-1353-5 Indice vii 20. Omeostasi del glucosio, metabolismo energetico e insulina...................273 Le interazioni tra organi e sostanze energetiche......... 273 L omeostasi del glucosio........................... 274 L insulina...................................... 275 Ipoglicemia.................................... 278 Il metabolismo dopo un pasto e in condizioni di digiuno.. 279 Il metabolismo durante lo stress e la risposta metabolica alle lesioni.................................. 282 Il diabete mellito: il principale disordine del metabolismo energetico.................................. 286 Trattamento del diabete........................... 293 Valutazione del metabolismo energetico............... 294 21. Nutrizione..............................299 Introduzione................................... 299 Definizioni fondamentali e raccomandazioni usate nella scienza della nutrizione.................... 299 Nutrizione e genetica............................. 299 Le principali classi di nutrienti...................... 301 I nutrienti essenziali.............................. 303 Acqua e minerali................................ 303 Omeostasi energetica............................. 304 Regolazione dell assunzione di cibo.................. 305 Valutazione dello stato nutrizionale.................. 305 Malnutrizione.................................. 307 Obesità....................................... 308 Dieta, salute e malattie........................... 309 Nutrizione e patologie croniche..................... 311 22. Bilancio dell acqua e degli elettroliti: la funzione dei reni....................315 and M Szczepanska-Konkel Introduzione................................... 315 Metabolismo dell acqua, del sodio, del potassio......... 315 L osmolalità e il volume dei liquidi extra- e intracellulari.. 317 Bilancio dell acqua............................... 319 Il rene........................................ 319 L importanza della concentrazione plasmatica del potassio 325 Il sistema renina-angiotensina...................... 326 Il riassorbimento dell acqua nel tubulo distale e nel dotto collettore................................... 328 Il metabolismo dell acqua e del sodio sono correlati...... 330 24. Metabolismo del calcio e dell osso.....345 W.D. Fraser Il metabolismo del calcio.......................... 347 Disordini del metabolismo del calcio e dell osso......... 352 Le patologie del metabolismo osseo.................. 356 25. Carboidrati complessi: le glicoproteine.359 A.D. Elbein Glicoproteine: strutture e legami.................... 359 Interconversioni e attivazione dei glucidi della dieta...... 362 Altre vie metaboliche degli intermedi nucleotidemonosaccaride............................... 365 Biosintesi degli oligosaccaridi....................... 366 Funzioni delle catene oligosaccaridiche delle glicoproteine. 369 26. Lipidi complessi........................375 A.D. Elbein Introduzione................................... 375 I glicerofosfolipidi (fosfolipidi)....................... 375 Gli sfingolipidi.................................. 379 27. La matrice extracellulare...............387 G.P. Kaushal e A.D. Elbein Introduzione................................... 387 Il collagene.................................... 387 Le proteine non-collageniche della matrice extracellulare. 390 I proteoglicani.................................. 394 28. Funzioni specializzate del fegato.......399 A.F. Jones Introduzione................................... 399 La struttura del fegato............................ 399 Coinvolgimento del fegato nel metabolismo glucidico.... 399 Fegato e metabolismo proteico...................... 401 La sintesi dell eme............................... 403 Il metabolismo della bilirubina...................... 403 II metabolismo dei farmaci........................ 405 Farmacogenomica............................... 408 Genomica delle malattie del fegato................... 408 I test biochimici di funzionalità epatica............... 409 Classificazione dei disturbi epatici................... 410 23. Polmone e rene: il controllo dell equilibrio acido-base..............333 and M Szczepanska-Konkel I sistemi tampone dell organismo.................... 333 I polmoni e gli scambi gassosi...................... 336 I reni e il destino del bicarbonato.................... 340 Le patologie associate a squilibri del bilancio acido-base.. 341 29. Biosintesi e degradazione dei nucleotidi..........................413 R. Thornburg Introduzione................................... 413 Metabolismo delle purine.......................... 413 Il metabolismo delle pirimidine..................... 417 La sintesi dei deossinucleotidi....................... 421
viii Indice ISBN-88-408-1353-5 30. Acido deossiribonucleico (DNA)........425 R. Thornburg Introduzione................................... 425 Struttura del DNA............................... 425 Il ciclo cellulare................................. 430 31. L acido ribonucleico (RNA).............437 G.A. Bannon L anatomia molecolare dell RNA.................... 437 Le RNA polimerasi............................... 439 Il processo della trascrizione....................... 440 Le modifiche post-trascrizionali..................... 442 32. Sintesi proteica e turnover.............447 G.A. Bannon Introduzione................................... 447 Il codice genetico................................ 447 Il sistema della sintesi proteica...................... 449 Il processo di sintesi proteica....................... 451 Targeting delle proteine e modifiche post-traduzionali.... 455 33. Controllo dell espressione genica......459 D.M. Hunt and A Jamieson Introduzione................................... 459 Meccanismi di base dell espressione genica............ 459 Recettori per ormoni steroidei...................... 464 Approcci alternativi alla regolazione genica nell uomo... 465 Epressione genica................................ 467 34. Tecnologia del DNA ricombinante......473 W.S. Kistler and A Jamieson Introduzione................................... 473 Ibridazione..................................... 473 Amplificazione e clonaggio del DNA................. 480 Metodi particolari utilizzati per l analisi del DNA........ 485 Sequenziamento del DNA......................... 492 35. Ossigeno e vita........................497 Introduzione................................... 497 L inerzia dell ossigeno............................ 497 Le specie reattive dell ossigeno (ROS) e lo stress ossidativo (OxS)...................... 499 Specie reattive dell azoto (RNS)..................... 499 La natura del danno causato dai radicali dell ossigeno.... 500 Le difese antiossidanti............................ 501 36. La risposta immunitaria................507 A. Farrell Introduzione................................... 507 La risposta immunitaria non specifica................ 507 La risposta immunitaria specifica.................... 509 I tessuti linfoidi e la circolazione tra essi............... 510 Linfociti....................................... 511 Le molecole coinvolte nel riconoscimento dell antigene... 511 La reazione con l antigene, la risposta indotta da esso e la sua eliminazione.......................... 514 Il complesso maggiore di istocompatibilità (MHC)....... 516 Profili di espressione e restrizioni della stimolazione nel sistema MHC............................. 517 La risposta immunitaria specifica umorale............. 518 Gli elementi cellulari e molecolari della risposta immunitaria integrata......................... 519 I disturbi del sistema immunitario................... 521 37. Aspetti biochimici dell endocrinologia.523 F.F. Bolander Jr Introduzione................................... 523 Ormoni....................................... 523 Il sistema di regolazione ipotalamo-ipofisario........... 525 L asse ipotalamo-ipofisi-tiroide...................... 526 L asse ipotalamo-ipofisi-corteccia surrenale............ 529 L asse ipotalamo-ipofisi-gonadi...................... 531 L asse dell ormone della crescita (GH)................ 536 L asse della prolattina............................ 539 38. Recettori di membrana e trasduzione del segnale.............................541 M.M. Harnett and H S Goodridge Introduzione................................... 541 I recettori per gli ormoni.......................... 541 Recettori accoppiati a una via di trasduzione intracellulare del segnale.................................. 542 I secondi messaggeri............................. 546 39. Neurochimica..........................559 E.J. Thompson Introduzione................................... 559 Cervello e nervi periferici.......................... 559 Cellule del sistema nervoso........................ 560 La trasmissione sinaptica.......................... 563 Il meccanismo della visione........................ 566 40. Neurotrasmettitori.....................569 S. Heales Introduzione................................... 569 Definizione di neurotrasmettitore.................... 569 La classificazione dei neurotrasmettitori............... 569 La trasmissione nervosa........................... 570 Le varie classi di neurotrasmettitori.................. 573
ISBN-88-408-1353-5 Indice ix 41. Crescita cellulare, differenziamento e tumori................................583 M.M. Harnett and H S Goodridge Introduzione................................... 583 Il ciclo cellulare................................. 583 I fattori di crescita............................... 584 La regolazione mediata del ciclo cellulare.............. 589 L apoptosi..................................... 590 Il cancro...................................... 594 42. Invecchiamento........................599 Introduzione................................... 599 Teorie di invecchiamento.......................... 601 Invecchiamento dei muscoli danneggiamento del DNA mitocondriale................................ 606 Interventi per rallentare l invecchiamento cosa fare e cosa non fare............................... 606 Modelli genetici di invecchiamento.................. 607 Valori di riferimento e limiti clinici decisionali per le analisi di laboratorio 609 Proteine del siero................................ 609 Sostanze gassose nel sangue....................... 609 Calcio e fosfato.................................. 609 Liquido cerebrospinale (LCS)....................... 610 Test di coagulazione.............................. 610 Profilo di elettroliti (urea ed elettroliti)................ 610 Test endocrini.................................. 610 Esame emocromocitometrico....................... 610 Glucosio ed emoglobina glicata..................... 610 Lipidi......................................... 611 Test di funzionalità epatica........................ 611 Metaboliti chiave................................ 611 Diagnosi di infarto del miocardio.................... 611 Neurotrasmettitori e loro metaboliti.................. 611 Marcatori di pancreatite.......................... 611 Metalli in tracce e proteine che legano metalli.......... 611 Vitamine...................................... 612 Esercizi e problemi Domande a scelta multipla (DSM)................... 613 Casi clinici domande............................ 635 Domande a risposta breve......................... 643 Risposte guidate................................. 649 Casi clinici risposte............................. 651 Risposte brevi.................................. 655 Abbreviazioni.................................. 665 Indice........................................ 671