BIOCHIMICA
MEDICA
Strutturale, metabolica e funzionale
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SILIPRANDI & TETTAMANTI
BIOCHIMICA
MEDICA
Strutturale, metabolica e funzionale
IV Edizione a cura di
G. TETTAMANTI
già Professore Ordinario di Biochimica Sistematica Umana,
Dipartimento di Chimica, Biochimica e Biotecnologie per la Medicina
Università degli Studi di Milano
Ristampa rivista e corretta
Con la collaborazione di
L. AVIGLIANO, C. BALDUINI, F. BUSSOLINO,
P. CHIARUGI, D. CONDORELLI, G. DE LUCA,
A. GIULIANI, G. GORACCI, C. GUARNIERI,
M. MACCARRONE, E. MONTI, A. PASSI,
A. PRINETTI, L. RIBONI, V. ZARA
Tutti i diritti sono riservati.
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ISBN 978-88-299-2319-9
Stampato in Italia
© 2014, by Piccin Nuova Libraria S.p.A., Padova
Collaboratori
Prof.ssa Luciana Avigliano
Dipartimento di Medicina Sperimentale e
Scienze Biochimiche
Università degli Studi di Roma Tor Vergata
Prof. Carlo Guarnieri
Dipartimento di Biochimica “G. Moruzzi”
Università degli Studi di Bologna
Prof. Cesare Balduini
Dipartimento di Biochimica
Università degli Studi di Pavia
Prof. Mauro Maccarrone
Dipartimento di Scienze Biomediche
Comparate
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Prof. Alessandro Prinetti
Dipartimento di Chimica, Biochimica e
Biotecnologie per la Medicina
Università degli Studi di Milano
Prof. Giancarlo De Luca
Dipartimento di Scienze Biomediche
Sperimentali e Cliniche
Università dell’Insubria - Varese
Prof.ssa Laura Riboni
Dipartimento di Chimica, Biochimica e
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Prof.ssa Attilia Giuliani
Dipartimento di Chimica, Biochimica e
Biotecnologie per la Medicina
Università degli Studi di Milano
Prof. Vincenzo Zara
Dipartimento di Scienze e Tecnologie
Biologiche ed Ambientali
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Prof. Gianfrancesco Goracci
Dipartimento di Medicina Interna
Sezione di Biochimica
Università degli Studi di Perugia
Prefazione
alla IV edizione
Sono trascorsi sei anni dalla uscita della III Edizione della “Biochimica medica” di
Siliprandi-Tettamanti. In questo periodo lo scenario dell’organizzazione dei servizi sanitari e della pratica professionale medica è sensibilmente cambiato, con crescente attenzione alla tutela della salute, alla prevenzione, alla massima razionalità dell’intervento terapeutico, alle applicazioni biotecnologiche in medicina e al coinvolgimento responsabile
del cittadino. Ciò ha avuto ovvie ripercussioni sui processi formativi, in dinamica evoluzione, e sull’aggiornamento continuo delle figure professionali che operano nel campo
medico-sanitario. Da qui la necessità anche per quanto attiene un singolo corso di studio,
la biochimica, non solo di un aggiornamento corrispondente all’impetuoso ampliamento
delle conoscenze nel settore, ma anche, e soprattutto, di una sempre più stretta integrazione sinergica con le altre discipline, in modo da fornire allo studente in formazione le basi per la più corretta interpretazione fisiopatologica della malattia.
Il Prof. Siliprandi, che della visione medica della biochimica è stato cultore attento e
illuminato propugnatore, ci ha lasciato da tempo. La sua impostazione, di immutata modernità, è però rimasta viva ed ispiratrice. Essa è stata costantemente seguita nella elaborazione del testo, si spera con sufficiente efficacia. Pertanto il testo è sempre “SiliprandiTettamanti”.
Si è deciso, nell’intento di dare linearità all’apprendimento, di mantenere l’impostazione classica dell’insegnamento della biochimica, e cioè di partire dalle molecole per arrivare alle funzioni. Donde la suddivisione del testo nella “Biochimica strutturale”,
“Biochimica metabolica” e “Biochimica funzionale”, avendo cura, pur nella necessaria
concisione, di trattare sia gli aspetti funzionali che sono propri di tutte le cellule, sia di
quelli che sono prerogativa dei sistemi più altamente specializzati, e sono presenti nell’uomo. Degli intimi meccanismi chimici delle reazioni è fornito solo qualche esempio, allo
scopo di non appesantire eccessivamente il processo formativo ed evitare disaffezione. È
stato possibile mantenere questa impostazione ed estendere il campo d’azione solo grazie
alle alte competenze e alla preziosa collaborazione dei Colleghi Professori L. Avigliano,
C.Balduini, F. Bussolino, P. Chiarugi, D. Condorelli, G. De Luca, A. Giuliani, G. Goracci,
C. Guarnieri, M. Maccarrone, E. Monti, A. Passi, A. Prinetti, L. Riboni e V. Zara. A tutti
loro va la mia più sentita gratitudine.
Questa IV Edizione è proposta, come le edizioni precedenti, agli studenti che hanno
scelto percorsi formativi nell’area delle scienze della salute dell’uomo, ed anche a professionisti di questa area che vogliano aggiornarsi su più recenti acquisizioni in campo biologico-molecolare e riceverne stimoli per una più efficace pratica professionale.
Sarò molto grato a studenti e docenti che vogliano segnalarmi inevitabili errori ed imprecisioni di cui mi assumo la piena responsabilità.
Esprimo poi il mio più ampio apprezzamento alla Piccin Nuova Libraria per la fattiva e paziente collaborazione usata durante la non poco impegnativa preparazione del testo. Infine un grazie affettuoso va a Luisa, mia moglie, la cui amorevole comprensione e
abilità informatica ha consentito che l’opera giungesse alla conclusione.
Milano, Aprile 2011
GUIDO TETTAMANTI
Indice generale
BIOCHIMICA STRUTTURALE
Capitolo 1
GLUCIDI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
(a cura di G. Tettamanti)
Definizione e significato . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
Monosaccaridi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
Stereoisomeria o isomeria ottica: forme D e L e
(+) e (–) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
Struttura ciclica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
Anomeri (α e β). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Glicosidi e legame glicosidico. . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Principali monosaccaridi naturali . . . . . . . . . . . . . . 8
Reazioni dei monosaccaridi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Derivati dei monosaccaridi . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Disaccaridi o diolosidi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Saccarosio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Maltosio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Isomaltosio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Cellobiosio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Lattosio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Glucidi ed altri composti come dolcificanti . . . . . 13
Polisaccaridi o glicani . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Omopolisaccaridi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Cellulosa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Pectine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Amido. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Glicogeno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Destrani . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Inulina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Eteropolisaccaridi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Glicosamminoglicani . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Acido jaluronico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Condroitinsolfati . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Dermatansolfati . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Cheratansolfato . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Eparina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Eparansolfati . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Proteoglicani. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Proteoglicani della cartilagine . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Capitolo 2
LIPIDI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
(a cura di G. Goracci)
Definizione e significato . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Acidi grassi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Acidi grassi saturi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Acidi grassi insaturi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Reazione degli acidi grassi insaturi . . . . . . . . . . . . 24
Idrossiacidi ed acidi grassi a catena
ramificata . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Esteri di acidi grassi con alcoli a lunga
catena (cere o ceridi) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Glicerolipidi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Trigliceridi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Glicerofosfolipidi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Sfingolipidi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Sfingofosfolipidi o sfingomieline . . . . . . . . . . . . . 29
Glicolipidi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Cerebrosidi e solfatidi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Gangliosidi e glicolipidi neutri complessi . . . . 30
Steroli e steroidi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Colesterolo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
Sali biliari. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Prenoli e prenoidi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Strutture lipidiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
Capitolo 3
AMMINOACIDI E PEPTIDI . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
(a cura di G. Tettamanti)
Definizione e significato . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
Gli amminoacidi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
Classificazione degli amminoacidi proteici. . . . . . 40
Amminoacidi proteici postsintetici . . . . . . . . . . . . 42
Amminoacidi non proteici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
Proprietà elettrochimiche degli amminoacidi . . . . 43
Riconoscimento e determinazione degli
amminoacidi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
Gli amminoacidi in diagnostica. . . . . . . . . . . . . . . 48
I peptidi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
Oligopeptidi e polipeptidi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
Peptidi naturali. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
Capitolo 4
PROTEINE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
(a cura di P. Chiarugi) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
Proprietà principali delle proteine. . . . . . . . . . . . . . 54
Solubilità e precipitabilità . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
Proprietà elettrochimiche. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
Indice generale IX
Peso molecolare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
Isolamento e criteri di purezza di una proteina . . . 57
Idrolisi delle proteine. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
Organizzazione strutturale delle proteine. . . . . . . . 58
Struttura primaria. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
Struttura conformazionale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
Struttura secondaria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
Struttura terziaria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
Struttura quaternaria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
Denaturazione delle proteine . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
Proteine globulari . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
Proteine fibrose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
Collagene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
Elastina. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
Cheratine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
Proteine coniugate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
Glicoproteine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
Glicoproteine N-glicosilate . . . . . . . . . . . . . . . 73
Glicoproteine O-glicosilate . . . . . . . . . . . . . . . 73
Importanza biologica delle glicoproteine . . . . 76
Fosfoproteine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
Immunoglobuline. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
Proteine glicate. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
Capitolo 5
CROMOPROTEINE TRASPORTATRICI
DI OSSIGENO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
(a cura di P. Chiarugi)
Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
Eme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
Mioglobina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
Emoglobina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
Struttura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
Funzioni dell’emoglobina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
Trasporto dell’ossigeno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
Fattori che modificano l’affinità
dell’emoglobina per l’ossigeno . . . . . . . . . . . . . . . 90
Azione tampone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
Trasporto dell’anidride carbonica . . . . . . . . . . . . . 93
Varianti fisiologiche dell’emoglobina . . . . . . . . . . . 95
Derivati dell’emoglobina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
Metaemoglobina. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
Carbossiemoglobina o carbonilemoglobina. . . 96
Cianoemoglobina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
Citoglobina e neuroglobina. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
Emoglobine atipiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
Emoglobina S. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
Emoglobina M . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
Talassemie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
Capitolo 6
NUCLEOTIDI, ACIDI NUCLEICI E
NUCLEOPROTEINE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
(a cura di E. Monti)
Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
I costituenti. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
Pentosi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
Basi azotate eterocicliche . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
Tautomeria delle basi azotate . . . . . . . . . . . . . . . 100
I nucleosidi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
I nucleotidi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
Funzioni biologiche dei nucleotidi . . . . . . . . . . . 102
Struttura primaria dei polinucleotidi . . . . . . . . . . 103
Acidi ribonucleici (RNA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
RNA “transfer” o tRNA . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
RNA messaggero o mRNA . . . . . . . . . . . . . . 103
RNA ribosomale o rRNA. . . . . . . . . . . . . . . . 103
RNA di piccolo peso molecolare a
funzione regolatrice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
Ribonucleasi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
Struttura conformazionale degli RNA. . . . . . . . . 107
Acidi deossiribonucleici (DNA) . . . . . . . . . . . . . . . 107
Forme circolari di DNA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
Denaturazione e rinaturazione del DNA . . . . . . . 111
DNA degli eucarioti. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
Endonucleasi di restrizione . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
Cromosomi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
Ribosomi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
Capitolo 7
ENZIMI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
(a cura di G. Tettamanti)
Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
Catalisi enzimatica e natura degli enzimi . . . . . . . 117
Catalisi enzimatica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
Meccanismo della catalisi enzimatica . . . . . . . . . 118
Sito attivo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
Specificità . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
Nomenclatura e classificazione . . . . . . . . . . . . . . 124
Natura degli enzimi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
Isoenzimi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
Enzimi costitutivi ed induttivi . . . . . . . . . . . . . . . 126
Cinetica enzimatica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
Cinetica delle reazioni enzimatiche. . . . . . . . . . . 126
Influenza della concentrazione dell’enzima . . . . 127
Influenza della concentrazione del substrato. . . . 127
Costante di Michaelis e Menten . . . . . . . . . . . . . 127
Influenza del pH sull’attività enzimatica. . . . . . . 130
Influenza della temperatura sull’attività
enzimatica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
Inibizione enzimatica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
Meccanismi di inibizione enzimatica
(reversibile) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
Applicazione degli inibitori degli enzimi in
medicina. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
Cinetica delle reazioni enzimatiche cui
partecipano due substrati . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
Regolazione degli enzimi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
Modificazione covalente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
Associazione/dissociazione . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
Regolazione allosterica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
Regolazione multipla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
Enzimi (substrati) suicidi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
Anticorpi catalitici (ab-zimi) . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
Sede subcellulare e “turnover” degli enzimi. . . . . 141
Compartimentazione intracellulare . . . . . . . . . . . 141
Concentrazione di enzimi e substrati a
livello cellulare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
Turnover degli enzimi ed eventi che
modificano il turnover . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
X
Indice generale
Enzimologia dell’ossigeno e suoi derivati
ed ossidoriduttasi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
Radicali liberi dell’ossigeno . . . . . . . . . . . . . . . . 148
Ossidoriduttasi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
Cenni di enzimologia clinica. . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
Gli enzimi come reagenti. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
Gli enzimi come indicatori diagnostici . . . . . . . . 154
Enzimi plasmatici costitutivi . . . . . . . . . . . . . . . . 154
Enzimi plasmatici non costitutivi . . . . . . . . . . . . 156
Gli enzimi in terapia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
V. Catalisi biologica non proteica: i
ribozimi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
Capitolo 8
VITAMINE E COENZIMI. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
(a cura di L. Avigliano)
Generalità. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
Classificazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
Fabbisogno. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
Carenze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
Le vitamine liposolubili . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
Vitamina A. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
Vitamina D. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
Tocoferoli (vitamina E) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
Vitamina K. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
Acidi grassi essenziali (vitamina F) . . . . . . . . . . 171
Le vitamine idrosolubili . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
Acido L-ascorbico (vitamina C) . . . . . . . . . . . . . 172
Le vitamine B ed i loro coenzimi . . . . . . . . . . . . . . 174
Riboflavina (vitamina B2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
Niacina, nicotinammide (vitamina PP o
vitamina B3) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
Tiamina (vitamina B1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
Acido lipoico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
Acido pantotenico (vitamina B5) . . . . . . . . . . . . . 183
Piridossina, piridossale, Piridossammina
(vitamina B6) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
Biotina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
Acido paramminobenzoico (PABA) . . . . . . . . . . 191
Folati . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
Antifolati . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
Tetraidrobiopterina. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
Vitamina B12 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
Fattori vitaminosimili . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
S-adenosilmetionina. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
Colina. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202
L-Carnitina. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
Capitolo 9
STRUTTURA E FUNZIONE DELLE
MEMBRANE BIOLOGICHE . . . . . . . . . . . . . . . . 207
(a cura di A. Prinetti)
Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
Composizione e struttura delle membrane
biologiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
I componenti lipidici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
I componenti proteici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212
I componenti glicidici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215
Ordine ed architettura delle membrane
biologiche: il modello a mosaico fluido . . . . . . . 215
Alterazioni patologiche della architettura
di membrana . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217
Diabete di tipo 2 e microdomini lipidici
di membrana . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218
Trasporto transmembrana . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
Diffusione semplice e diffusione facilitata . . . . . 219
Trasporto attivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
Capitolo 10
BIOENERGETICA MITOCONDRIALE . . . . . . 225
(a cura di V. Zara)
Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
Fosforilazione ossidativa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
I mitocondri . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
La catena respiratoria. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227
Vie di alimentazione della catena
respiratoria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228
I componenti della catena respiratoria. . . . . . . . . 229
Organizzazione sopramolecolare e sequenza
dei complessi della catena respiratoria . . . . . . . . 232
Inibitori della catena respiratoria. . . . . . . . . . . . . 235
Conversione dell’energia durante il flusso
elettronico nella catena respiratoria. . . . . . . . . . . 236
Controllo respiratorio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238
Disaccoppiamento della fosforilazione
ossidativa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238
Meccanismo della fosforilazione ossidativa . . . . . 240
Trasporto di metaboliti e di ioni attraverso la
membrana mitocondriale interna . . . . . . . . . . . . . 242
Trasporto di anioni. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242
Trasporto di cationi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244
I composti ricchi di energia . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246
Capitolo 11
BIOCHIMICA DELLE MALATTIE
MITOCONDRIALI. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249
(a cura di V. Zara)
Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249
Malattie mitocondriali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249
Import delle proteine nei mitocondri . . . . . . . . . . 250
Classificazione delle malattie mitocondriali . . . . . 251
Malattie causate da mutazioni nel genoma
mitocondriale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251
Malattie causate da mutazioni nel genoma
nucleare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253
Un esempio di alterazioni molecolari della
catena respiratoria indotte da mutazioni
di Bcs1p . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256
Diagnostica biochimico-clinica e terapia. . . . . . . . 257
BIOCHIMICA METABOLICA
Concetti introduttivi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263
Capitolo 12
METABOLISMO DEI GLUCIDI . . . . . . . . . . . . . 265
(a cura di G. Tettamanti)
Digestione ed assorbimento dei glucidi . . . . . . . . . 265
Indice generale XI
Assorbimento intestinale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266
Trasporto del glucosio e di altri
monosaccaridi attraverso le membrane
plasmatiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268
Metabolismo del glucosio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269
Ingresso del glucosio nelle cellule. . . . . . . . . . . . 269
Fosforilazione del glucosio . . . . . . . . . . . . . . . . . 269
Destino metabolico del Glucosio-6-P . . . . . . . . . 270
Glicolisi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271
Le tappe della glicolisi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271
Significato e regolazione della glicolisi . . . . . . . 277
La glicolisi nei vari tessuti. . . . . . . . . . . . . . . . . . 279
Effetto Pasteur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280
La fermentazione alcoolica . . . . . . . . . . . . . . . . . 280
Gluconeogenesi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280
Fosforilazione del piruvato in
fosfoenolpiruvato (PEP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280
Defosforilazione del fruttosio-1,6bifosfato in fruttosio-6-P . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283
Defosforilazione del glucosio-6-P in glucosio . . 283
Significato, bilancio energetico e regolazione. . . 284
I cicli futili . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285
Ciclo di Cori o ciclo “muscolo-fegato”. . . . . . . . 286
Metabolismo aerobico del glucosio . . . . . . . . . . . . 286
Trasferimento degli equivalenti riducenti
dal citoplasma ai mitocondri mediante i
sistemi pendolari . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286
Sistema pendolare “fosfodiossiacetone
glicerolo-3-fosfato” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286
Sistema pendolare “malato-aspartato”. . . . . . . . . 287
Ossidazione del piruvato . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288
Ciclo degli acidi tricarbossilici o ciclo di
Krebs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288
Le singole reazioni del ciclo di Krebs. . . . . . . . . 290
Bilancio energetico del ciclo di Krebs . . . . . . . . 293
Regolazione del ciclo di Krebs . . . . . . . . . . . . . . 294
Funzione metabolica del ciclo di Krebs . . . . . . . 295
Il ciclo dei pentoso fosfati . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295
Fase ossidativa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296
Fase non ossidativa (interconversione dei
pentoso fosfati) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297
Bilancio e regolazione del ciclo dei pentoso
fosfati . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300
Deficienza eritrocitaria della glucosio-6-P
deidrogenasi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301
Metabolismo del glicogeno . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302
Glicogenosintesi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302
Regolazione dell’attività della
glicogenosintetasi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Glicogenolisi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305
Regolazione dell’attività della glicogeno
fosforilasi nel muscolo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306
Regolazione della glicogeno fosforilasi
del fegato . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308
Regolazione del metabolismo del glicogeno . . . 308
Significato del glicogeno nei vari tessuti . . . . . . 308
Malattie da accumulo di glicogeno o
glicogenosi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 310
Regolazione della glicemia . . . . . . . . . . . . . . . . . 311
Metabolismo dell’acido glucuronico . . . . . . . . . . . 312
Metabolismo del fruttosio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314
Malattie da deficienza congenita di enzimi
adibiti al metabolismo del fruttosio . . . . . . . . . . 314
Formazione del fruttosio dal glucosio nel
liquido seminale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315
Metabolismo del galattosio . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316
Interconversione galattosio-glucosio . . . . . . . . . . 316
Sintesi del lattosio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 317
Formazione di altri monosaccaridi a
partire dal glucosio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 318
Capitolo 13
METABOLISMO DEI LIPIDI . . . . . . . . . . . . . . . 321
(a cura di G. Goracci)
Funzioni generali dei lipidi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322
Digestione ed assorbimento dei lipidi . . . . . . . . . . 322
Digestione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322
Assorbimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323
Steatorrea . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325
Trasporto dei lipidi nel sangue: le
lipoproteine plasmatiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325
Caratteristiche, funzioni e metabolismo
delle lipoproteine plasmatiche . . . . . . . . . . . . . . . 326
Separazione delle lipoproteine plasmatiche . . . . 334
Iperlipoproteinemie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335
Indirizzi terapeutici e profilattici delle
dislipemie. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337
Utilizzazione metabolica degli acidi grassi . . . . . 338
I trigliceridi come fonte di acidi grassi
ossidabili . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338
Utilizzazione ossidativa degli acidi grassi. . . . . . 338
Attivazione degli acidi grassi . . . . . . . . . . . . . . . 338
Trasporto degli acili attraverso la membrana
interna dei mitocondri: funzione della carnitina . 339
β-ossidazione degli acidi grassi. . . . . . . . . . . . . . 341
β-ossidazione degli acidi grassi saturi. . . . . . . . . 341
β-ossidazione degli acidi grassi insaturi . . . . . . . 343
β-ossidazione perossisomale . . . . . . . . . . . . . . . . 344
α-ossidazione degli acidi grassi. . . . . . . . . . . . . . 347
ω-ossidazione degli acidi grassi . . . . . . . . . . . . . 348
Ossidazione degli acidi grassi a numero
dispari di atomi di C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 348
Metabolismo del propionil-CoA . . . . . . . . . . . . . 348
Metabolismo dei corpi chetonici . . . . . . . . . . . . . . 349
Formazione dei corpi chetonici: “chetogenesi”. . 349
Regolazione della chetogenesi. . . . . . . . . . . . . . . 350
Utilizzazione ossidativa dei corpi chetonici . . . . 352
Chetosi o chetoacidosi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353
Biosintesi degli acidi grassi (lipogenesi) . . . . . . . . 353
Biosintesi “de novo” degli acidi grassi . . . . . . . . 354
Stechiometria della sintesi “de novo” degli
acidi grassi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 358
Regolazione della sintesi degli acidi grassi. . . . . 359
Metabolismo degli acidi grassi: confronto tra
β-ossidazione e sintesi “de novo” . . . . . . . . . . . . 359
Allungamento della catena degli acidi grassi . . . 360
Desaturazione degli acidi grassi . . . . . . . . . . . . . 361
Metabolismo dei trigliceridi . . . . . . . . . . . . . . . . . . 361
Sintesi dei trigliceridi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 361
Metabolismo dei glicerofosfolipidi . . . . . . . . . . . . . 362
XII
Indice generale
Biosintesi “de novo”dei glicerofosfolipidi . . . . . 364
Sintesi di glicerofosfolipidi mediante reazioni
d’interconversione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367
Catabolismo dei glicerofosfolipidi . . . . . . . . . . . 369
Metabolismo degli sfingolipidi . . . . . . . . . . . . . . . . 371
Biosintesi di sfingosina, ceramide e
sfingomielina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371
Degradazione di sfingosina, ceramide e
sfingomielina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373
Malattie da alterato metabolismo di
sfingolipidi (non glicosilati) . . . . . . . . . . . . . . . . 374
Metabolismo del colesterolo . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374
Biosintesi del colesterolo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374
Regolazione della biosintesi del colesterolo . . . . 378
Altri impieghi metabolici delle unità isoprenoidi 379
Esterificazione del colesterolo. . . . . . . . . . . . . . . 379
Trasformazioni metaboliche del colesterolo . . . . 379
Trasformazione del colesterolo negli acidi
biliari . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 379
Malattie da alterato metabolismo o trasporto
del colesterolo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 381
Aterosclerosi e arteriosclerosi . . . . . . . . . . . . 381
Xantomatosi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 381
Capitolo 14
METABOLISMO DEGLI AMMINOACIDI . . . . 383
(a cura di G. Tettamanti)
Digestione delle proteine e assorbimento
degli amminoacidi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 383
Digestione delle proteine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 383
Proteasi gastriche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 384
Proteasi pancreatiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 385
Peptidasi intestinali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 386
Assorbimento intestinale degli amminoacidi . . . 386
Amminoacidi essenziali e non essenziali . . . . . . . . 387
Catabolismo degli amminoacidi. . . . . . . . . . . . . . . 388
Transaminazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 389
Deaminazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 389
Deaminazione ossidativa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390
Deaminazione non ossidativa . . . . . . . . . . . . . . . 391
Decarbossilazione degli amminoacidi . . . . . . . . . 392
Destino metabolico dell’ammoniaca . . . . . . . . . . . 393
Sintesi del glutammato . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 393
Sintesi e demolizione della glutammina . . . . . . . 393
Sintesi del carbamil-fosfato . . . . . . . . . . . . . . . . . 394
Sintesi dell’alalina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395
Ciclo dell’urea . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395
Regolazione del ciclo dell’urea . . . . . . . . . . . . . . 396
Ammoniaca ed urea ematiche . . . . . . . . . . . . . . . 397
Metabolismo dei singoli amminoacidi . . . . . . . . . . 397
Glicina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 398
Formazione della serina . . . . . . . . . . . . . . . . . 398
Deaminazione ossidativa in acido gliossilico . . 398
Precursore della sintesi di vari composti . . . . 398
Serina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 399
Treonina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 399
Cisteina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 399
Metionina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 401
Valina, leucina, isoleucina . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403
Malattie ereditarie per difetto di enzimi
del metabolismo dagli amminoacidi
a catena ramificata . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403
Lisina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403
Arginina e ornitina. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 405
Le poliammine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 406
Aspartato e glutammato. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 407
Prolina ed idrossiprolina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 409
Istidina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 411
Fenilalanina e tirosina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 411
Malattie ereditarie per difetto congenito di
enzimi del metabolismo della fenilalanina e
della tirosina. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 414
Fenilchetonuria. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 414
Alcaptonuria. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 415
Albinismo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 416
Triptofano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 416
Morbo di Hartnup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 417
Creatina e fosfocreatina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 417
Capitolo 15
METABOLISMO DELLA EMOGLOBINA . . . . 421
(a cura di G. Tettamanti)
Metabolismo del ferro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 421
Assorbimento intestinale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422
Trasporto del sangue e distribuzione alle
cellule. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 423
Emocromatosi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 423
Anemia ferro priva. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 423
Biosintesi dell’eme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 423
Biosintesi del porfobilinogeno. . . . . . . . . . . . . . . 423
Sintesi delle protoporfirine . . . . . . . . . . . . . . . . . 424
Formazione dell’eme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 424
Le porfirie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 426
Catabolismo dell’emoglobina: formazione dei
pigmenti biliari . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 426
Gli itteri . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 428
Capitolo 16
METABOLISMO DEI NUCLEOTIDI . . . . . . . . . 431
(a cura di G. Tettamanti)
Biosintesi dei nucleotidi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 431
Biosintesi “de novo” dei nucleotidi pirimidinici. 432
Regolazione della biosintesi pirimidinica . . . . . . 433
Deficienze congenite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 435
Biosintesi “de novo” dei nucleotidi purinici . . . . 435
Regolazione della biosintesi purinica . . . . . . . . . 438
Trasformazione dei ribonucleotidi in
deossiribonucleotidi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 439
Sintesi dei nucleotidi per ricupero. . . . . . . . . . . . 440
Catabolismo dei nucleotidi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 440
Catabolismo dei nucleotidi purinici. . . . . . . . . . . 440
Alterazioni del metabolismo dell’acido urico:
le iperuricemie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 442
Catabolismo dei nucleotidi pirimidinici . . . . . . . 444
Capitolo 17
METABOLISMO DELL’ACIDO
DEOSSIRIBONUCLEICO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 447
(a cura di E. Monti)
Replicazione del DNA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 447
Indice generale XIII
Meccanismo della replicazione nei procarioti. . . 449
Inizio della sintesi - Despiralizzazione del DNA 449
Allungamento - Replicazione discontinua del
DNA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 449
Terminazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 451
Il processo di replicazione nelle cellule
eucariote. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 451
Trascrizione inversa - DNA complementare . . . . 453
Le mutazioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 454
Processi di riparazione del DNA . . . . . . . . . . . . . 455
Ricombinazione del DNA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 456
DNA ricombinante. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 458
Amplificazione del DNA - Reazione a catena
della polimerasi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 461
Degradazione del DNA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462
Capitolo 18
METABOLISMO DEGLI ACIDI
RIBONUCLEICI. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 463
(a cura di E. Monti)
Il processo di trascrizione del DNA . . . . . . . . . . . . 463
RNA polimerasi DNA dipendenti . . . . . . . . . . . . . 464
Regolazione della biosintesi degli RNA . . . . . . . 467
Inibitori non fisiologici della trascrizione . . . . . . 467
RNA polimerasi RNA dipendenti . . . . . . . . . . . . 467
Modificazioni post-trascrizionali degli RNA . . . . 467
Rimozione degli introni per rottura e
ricucitura (“splicing”) della catena
polinucleotidica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 468
Modificazioni degli mRNA alle due estremità
della catena . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 471
Modificazioni post-sintetiche degli RNA
ribosomiale e di trasporto. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 472
Significato funzionale dei processi di splicing . . 474
Degradazione degli acidi ribonucleici . . . . . . . . . . 475
Metabolismo dei piccoli RNA. . . . . . . . . . . . . . . . . 476
mi-RNA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 476
siRNA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 478
piRNA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 478
Interferenza genica mediata da piccoli RNA
(RNAi). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 478
Capitolo 19
METABOLISMO DELLE PROTEINE . . . . . . . . 481
(a cura di P. Chiarugi)
Biosintesi delle proteine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 481
Attivazione degli amminoacidi e loro
trasferimento sui relativi tRNA . . . . . . . . . . . . . . 482
Funzione e struttura dei tRNA. . . . . . . . . . . . . . . 483
Legame degli amminoacil-tRNA sul mRNA
in corrispondenza dei ribosomi . . . . . . . . . . . . . . 483
Appaiamento delle basi fra anticodone
dei tRNA e codone dei mRNA . . . . . . . . . . . 483
I ribosomi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 485
Formazione dei legami carboammidici fra
amminoacidi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 486
Inizio della sintesi proteica . . . . . . . . . . . . . . 486
Allungamento della catena polipeptidica. . . . 488
Termine della sintesi e distacco
della proteina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 489
Richiesta energetica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 489
Ribosomi liberi e ribosomi legati al reticolo
endoplasmatico. Sistema polisomale . . . . . . . . . . . 489
Modificazioni posttraduzionali delle proteine . . . 490
Inibitori della biosintesi proteica . . . . . . . . . . . . . . 492
Trasporto delle proteine alle sedi di residenza . . . 494
Assunzione della conformazione attiva da parte
delle proteine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 496
Patologie da “misfolding” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 497
Regolazione della biosintesi proteica: controllo
dell’espressione genica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 499
Regolazione della sintesi proteica nei procarioti. 499
Regolazione della sintesi proteica negli
eucarioti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 502
Biosintesi di particolari proteine . . . . . . . . . . . . . . 504
Immunoglobuline. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 504
Collagene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 505
Degradazione delle proteine . . . . . . . . . . . . . . . . . . 508
Sono note diverse modalità di degradazione
proteica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 509
Proteolisi lisosomale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 509
Proteolisi dipendente da ubiquitina . . . . . . . . 509
Proteolisi selettiva o limitata . . . . . . . . . . . . . 510
Proteolisi dipendente da caspasi . . . . . . . . . . 511
Capitolo 20
METABOLISMO DEI GLICOCONIUGATI.
INTRODUZIONE ALLA GLICOBIOLOGIA
MOLECOLARE E CELLULARE . . . . . . . . . . . . 513
(a cura di G. Tettamanti)
Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 513
Biosintesi e catabolismo dei glicoconiugati . . . . . . 515
Sede subcellulare degli eventi e reclutamento
delle forme attive dei singoli saccaridi coinvolti 515
Metabolismo delle glicoproteine. . . . . . . . . . . . . . . 517
Biosintesi delle N-glicoproteine . . . . . . . . . . . . . 517
Biosintesi delle O-glicoproteine . . . . . . . . . . . . . 521
Catabolismo delle N-glicoproteine e delle
O-glicoproteine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 521
Malattie da carenza genetica di enzimi implicati
nel metabolismo delle N-glicoproteine e
O-glicoproteine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 524
Patologie umane da difetti congeniti del
catabolismo delle N- e O-glicoproteine . . . . . 524
Patologie umane da difetti congeniti
della biosintesi di N- e O-glicoproteine
(CDG, “Congenital disorders of
Glycosylation”) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 524
Metabolismo dei glicosamminoglicani e dei
proteoglicani. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 526
Biosintesi dei glicosamminoglicani e dei
proteoglicani . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 526
Catabolismo dei glicosamminoglicani e dei
proteoglicani . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 527
Malattie da carenza genetica di enzimi
implicati nel metabolismo dei
glicosamminoglicani e proteoglicani. . . . . . . . . . 528
Metabolismo dei glicolipidi (glicosfingolipidi) . . . 531
XIV
Indice generale
Biosintesi dei glicolipidi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 531
Catabolismo dei glicolipidi . . . . . . . . . . . . . . . . . 535
Malattie da carenza genetica di enzimi
implicati nel metabolismo dei glicolipidi
(glicosfingolipidosi). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 535
Metabolismo delle ancore
glicanofosfoinositidiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 538
Sialoglicoconiugati. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 541
Aspetti particolari del metabolismo dell’acido
sialico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 541
Molecola di adesione cellulare di tessuto
nervoso (NCAM) e metabolismo dell’acido
polisialico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 544
Glicosilazioni regolatorie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 545
Lectine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 548
BIOCHIMICA FUNZIONALE
Capitolo 21
BIOCHIMICA CELLULARE: ASPETTI
BIOCHIMICI DELLE PRINCIPALI
FUNZIONI CELLULARI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 557
(a cura di G. Tettamanti)
Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 558
I. Trasduzione di segnali regolatori dall’esterno
all’interno della cellula . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 558
I.a. Agenti-segnale, messaggeri primari, recettori . 558
I.b.Trasduzione di segnali e trascrizione di
geni: generalità sul meccanismo
molecolare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 559
I.c. Natura dei recettori implicati nei processi di
trasduzione di segnali. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 560
I.d.Trasduzione di segnali attraverso la
membrana plasmatica mediata da
messaggeri secondari, o mediatori
intracellulari . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 562
AMP ciclico (cAMP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 563
GMP ciclico (cGMP) e ossido nitrico . . . . . 567
Inositoli fosfati e diacilglicerolo . . . . . . . . . 568
Attivazione delle fosfolipasi C operanti
sui fosfoinositidi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 569
Azione degli inositoli-trifosfati e del
diacilglicerolo: ruolo della proteina
chinasi C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 570
Ca2+ ioni. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 571
Messaggeri secondari formati per idrolisi
della fosfatidilcolina . . . . . . . . . . . . . . . . . . 574
Messaggeri secondari formati per idrolisi
di fosfolipidi (messaggeri sfingoidi) . . . . . . 575
I.e. Biotrasduzione di segnali non mediata da
messaggeri secondari . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 577
Vie di trasduzione attraverso recettori
ad attività tirosina-chinasica . . . . . . . . . . . . 577
Le cascate chinasiche. . . . . . . . . . . . . . . . . . 577
Vie di trasduzione attraverso la fosfatidil4,5 difosfato-3-chinasi (PI-3K) . . . . . . . . . . 580
Vie di trasduzione attraverso recettori
ad attività renina/treonina chinasica . . . . . . 582
Trasduzione di segnali mediata da recettori
dotati di altre attività enzimatiche
o di particolari attività regolatorie . . . . . . . . 582
I.f. Biotrasduzione di segnali coinvolgente il
citoscheletro: le integrine . . . . . . . . . . . . . . . . 583
I.g.Trasduzione di segnali attraverso i recettori
Notch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 587
I.g.Trasduzione di segnali attraverso ligandi Wnt 590
I.i. Trasduzione di segnali innescati
dall’insulina.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 592
Proteine-chinasi acido adenilico
dipendenti (AMPK) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 593
Proteine chinasi mTOR . . . . . . . . . . . . . . . . 596
I.l. Particolari aspetti molecolari della
trasduzione di segnali . . . . . . . . . . . . . . . . . . 597
II. Il ciclo cellulare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 600
II.a. Cicline, cicline-chinasi, cicline-chinasichinasi e cicline-chinasi-fosfatasi . . . . . . . . 602
II.b. Controllo del ciclo cellulare e della
progressione tra una fase e l’altra . . . . . . . . 602
II.c. Correlazione fra ciclo cellulare e
duplicazione del DNA . . . . . . . . . . . . . . . . . 604
III. Apoptosi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 606
III.a. Il programma apoptotico. . . . . . . . . . . . . . . 606
III.b. Le caspasi: proteasi di morte . . . . . . . . . . . 609
III.c. Segnali apoptotici di origine intracellulare. 610
III.d. Controllo (regolazione) dell’apoptosi. . . . . 610
Capitolo 22
BIOCHIMICA DEGLI ORMONI. . . . . . . . . . . . . 615
(a cura di G. Tettamanti)
Natura ed azione degli ormoni . . . . . . . . . . . . . . . . 615
I recettori ormonali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 616
Interazioni ormone-recettore . . . . . . . . . . . . . . . . 616
Caratteristiche molecolari dei recettori . . . . . . . . 617
Meccanismi di azione degli ormoni . . . . . . . . . . . . 620
Azione sulla sintesi proteica . . . . . . . . . . . . . . . . 620
Azione sulla permeabilità delle membrane
cellulari . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 622
Innesco del processo di trasduzione di
segnali attraverso la membrana plasmatica . . . . . 622
Controllo della proliferazione cellulare:
proto-oncogeni e geni soppressori della
crescita tumorale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 623
Ormoni polipeptidici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 623
Ormoni del pancreas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 624
Insulina. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 624
Glucagone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 631
Somatostatina. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 632
Ormoni che regolano l’omeostasi del Ca2+:
paratormone, calcitonina e calcitriolo. . . . . . . . . . 632
Paratormone (ormone ipercalcemizzante) . . . . . . 633
Calcitonina (ormone ipocalcemizzante) . . . . . . . 634
Calcitriolo (ormone ipercalcemizzante) . . . . . . . 634
Ormoni ipofisari . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 636
Ormoni anteroipofisari. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 636
Somatotropina (SH, GH) . . . . . . . . . . . . . . . . 636
Prolattina (PRL) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 638
Tirotropina (TSH) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 638
Gonadotropina (FSH, LH) . . . . . . . . . . . . . . . 639
Corticotropina (ACTH) . . . . . . . . . . . . . . . . . 640
Indice generale XV
Ormoni della ipofisi intermedia. . . . . . . . . . . . . . 641
Ormoni dell’ipofisi posteriore . . . . . . . . . . . . . . . 641
Vasopressina. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 642
Ossitocina. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 642
Regolazione dell’attività ormonale della ipofisi . 643
Ormoni del tratto gastro-intestinale . . . . . . . . . . . 643
Gastrina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 644
Colecistochinina. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 644
Secretina. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 645
Polipeptide vasoattivo intestinale (VIP) . . . . . . . 645
Peptide inibitore gastrico (GIP). . . . . . . . . . . . . . 645
Enteroglucagone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 647
Motilina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 647
Neurotensina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 647
Peptide di rilascio della gastrina . . . . . . . . . . . . . 647
Sostanza P . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 647
Ormoni derivati dagli amminoacidi . . . . . . . . . . . 647
Ormoni tiroidei . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 647
Biosintesi degli ormoni tiroidei . . . . . . . . . . . . . . 648
Trasporto nel sangue e metabolismo
degli ormoni tiroidei . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 649
Azione degli ormoni tiroidei . . . . . . . . . . . . . . . . 650
Regolazione della secrezione degli ormoni
tiroidei . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 651
Disfunzione della tiroide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 651
Ipotiroidismo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 651
Ipertiroidismo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 652
Ormoni della midollare surrenale . . . . . . . . . . . . . 652
Metabolismo della noradrenalina e
dell’adrenalina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 653
Azione metabolica dell’adrenalina
e della noradrenalina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 654
Recettori adrenergici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 654
Iperfunzione della midollare . . . . . . . . . . . . . . . . 656
Ormoni steroidei . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 656
Ormoni corticosteroidi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 656
Chimica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 656
Azione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 656
Mineralcorticoidi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 656
Glucocorticoidi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 656
Malattie da difetto dei corticosteroidi . . . . . . . . . 658
Ormoni sessuali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 658
Gli androgeni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 658
Gli estrogeni. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 658
Il progesterone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 659
Sintesi degli ormoni steroidei . . . . . . . . . . . . . . . 660
Formazione del pregnenolone . . . . . . . . . . . . 661
Sintesi del progesterone . . . . . . . . . . . . . . . . . 661
Sintesi dei corticosteroidi. . . . . . . . . . . . . . . . 662
Sintesi degli androgeni. . . . . . . . . . . . . . . . . . 662
Sintesi degli estrogeni . . . . . . . . . . . . . . . . . . 662
Malattie da difetti della steroidogenesi . . . . . . . . 664
Il ciclo mestruale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 665
Ormoni placentari . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 666
Eicosanoidi e docosanoidi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 667
Eicosanoidi: prostaglandine, prostacicline,
trombossani, leucotrieni, lipossine, resolvine . . . 667
Struttura chimica dei principali
eicosanoidi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 668
Biosintesi e catabolismo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 669
Funzione. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 674
Prostaglandine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 674
Trombossani e prostacicline. . . . . . . . . . . . . . 675
Leucotrieni e lipossine . . . . . . . . . . . . . . . . . . 676
Resolvine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 676
Docosanoidi: resolvine, protettine e
neuroprotettine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 676
Struttura chimica e metabolismo dei
principali docosanoidi. Metabolismo . . . . . . . . . 677
Funzione. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 677
Capitolo 23
BIOCHIMICA DEL SISTEMA
ENDOCANNABINOIDE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 681
(a cura di M. Maccarrone)
I cannabinoidi esogeni ed endogeni . . . . . . . . . . . . 681
Il sistema endocannabinoide . . . . . . . . . . . . . . . . . 683
Vie di biosintesi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 683
Meccanismi di trasporto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 686
Vie di degradazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 686
Bersagli molecolari . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 687
Recettori cannabici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 688
Recettori non-cannabici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 689
Vie di trasduzione del segnale . . . . . . . . . . . . . . . . 689
Rilevanza degli endocannabinoidi per la
fisiopatologia umana . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 690
Metabolismo energetico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 691
Tessuto adiposo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 692
Fegato. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 693
Pancreas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 693
Tratto gastrointestinale. . . . . . . . . . . . . . . . . . 693
Endocannabinoidi e tumori . . . . . . . . . . . . . . . . . 693
Effetto antiproliferativo . . . . . . . . . . . . . . . . . 694
Ruolo del SE nell’apoptosi . . . . . . . . . . . . . . 694
SE, migrazione cellulare e metastasi . . . . . . . 694
Altri effetti degli endocannabinoidi. . . . . . . . . . . 696
Capitolo 24
BIOCHIMICA DELLA NUTRIZIONE . . . . . . . . 699
(a cura di L. Avigliano)
Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 699
Criteri per la valutazione dei fabbisogni
nutrizionali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 700
Il peso ideale o desiderabile . . . . . . . . . . . . . . . . 700
Valore energetico dei nutrienti. Fabbisogni
energetici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 702
Classi di nutrienti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 705
Acqua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 707
Proteine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 708
Carboidrati. Indice glicemico . . . . . . . . . . . . . . . 712
Lipidi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 713
Purine e pirimidine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 716
Etanolo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 716
Vitamine. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 716
Componenti minerali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 716
Biodisponibilità dei nutrienti. Digestione
degli alimenti e assorbimento dei principi
attivi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 726
Digestione degli alimenti. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 727
Assorbimento dei nutrienti . . . . . . . . . . . . . . . . . 730
XVI
Indice generale
L’intestino crasso nei processi di digestione
ed assorbimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 731
Componenti bioattivi presenti negli alimenti . . . . 731
Carotenoidi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 731
Composti fenolici e polifenolisi . . . . . . . . . . . . . 731
Fitosteroli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 731
Sulfori allilici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 731
Fibra alimentare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 731
Probiotici e prebiotici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 733
Sostanze antiossidanti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 733
Linee guida alimentari e livelli raccomandati
di assunzione di nutrienti (LARN) . . . . . . . . . . . . 737
Interrelazioni e integrazioni metaboliche
correlate ai ritmi alimentazione/digiuno . . . . . . . . 739
Assetto metabolico a seguito di un pasto . . . . . . 741
Assetto metabolico al termine del digiuno
fisiologico notturno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 745
Assetto metabolico nel digiuno prolungato. . . . . 746
Capitolo 25
BIOCHIMICA DEL FEGATO. . . . . . . . . . . . . . . . 753
(a cura di L. Riboni e A. Giuliani)
Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 753
Caratteristiche anatomo-funzionali del fegato . . . 754
Funzioni delle cellule del fegato . . . . . . . . . . . . . . . 755
Funzioni degli epatociti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 755
Funzioni delle cellule non parenchimatose . . . . . 756
Il fegato come organo di raccolta e riciclo di
ogni genere di molecole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 757
Metabolismo degli epatociti . . . . . . . . . . . . . . . . . . 757
Metabolismo glucidico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 758
Metabolismo lipidico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 760
Metabolismo degli amminoacidi e dell’azoto . . . 762
Processi di detossificazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 764
Reazioni di fase 1: la superfamiglia delle
citocromo P450 monoossigenasi (enzimi
CYP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 765
Reazioni di fase 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 766
Reazioni di coniugazione
Altri processi di detossificazione. . . . . . . . . . . . 768
Metabolismo epatico dell’etanolo . . . . . . . . . . . . . 768
Enzimi epatici che ossidano l’etanolo in
aldeide acetica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 769
Ossidazione dell’aldeide acetica in acido
acetico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 771
Alterazioni metaboliche indotte dall’etanolo . . . 772
Capitolo 26
BIOCHIMICA DEI SISTEMI CONTRATTILI . 775
(a cura di C. Guarnieri)
Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 775
Citoscheletro: motori molecolari . . . . . . . . . . . . . 776
Microtubuli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 776
Microfilamenti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 778
Filamenti intermedi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 778
Il tessuto muscolare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 779
Proprietà generali del tessuto muscolare; dati
composizionali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 779
Organizzazione strutturale del muscolo
scheletrico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 780
Miofibrille e sarcomeri . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 780
Struttura delle proteine miofibrillari . . . . . . . . . . 782
Miosina. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 782
Actina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 783
Tropomiosina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 784
Troponina: C, I, T. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 784
Proteine strutturali e regolatorie . . . . . . . . . . . . . 785
Meccanismo della contrazione del muscolo
scheletrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 786
Tipologia delle fibre muscolari scheletriche . . . . . 790
Azione dell’esercizio fisico sul tipo di fibre
muscolari . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 781
L’energia “fosfato” nel muscolo scheletrico . . . . . 791
L’esercizio anaerobico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 793
L’esercizio aerobico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 795
Effetti benefici dell’esercizio fisico. . . . . . . . . . . 795
Organizzazione strutturale del muscolo
cardiaco . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 796
Caratteristiche morfologiche dei cardiomiociti . 796
Struttura delle proteine miofibrillari
miocardiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 796
Meccanismo della contrazione del muscolo
cardiaco . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 796
Innesco del processo contrattile . . . . . . . . . . . . . 797
Regolazione catecolamminica della contrazione
miocardica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 787
Omeostasi del Ca2+ nella cellula miocardica . . . . 798
Sistemi adibiti alla estrazione dei Ca2+ dal
sarcoplasma: le “pompe del calcio” . . . . . . . . . . 798
Sistemi adibiti alla “immissione” del Ca2+
nel sarcoplasma: i “canali” del calcio . . . . . . . . . 799
L’energia fosfato nel miocardio . . . . . . . . . . . . . . 801
I substrati ossidabili utilizzati dal miocardio . . . . 802
Glucosio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 802
Acido lattico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 803
Acidi grassi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 804
La carnitina nel miocardio. . . . . . . . . . . . . . . . . . 804
Amminoacidi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 806
Modificazioni metaboliche nell’anossia e
nella ischemia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 806
Il cuore come organo endocrino. . . . . . . . . . . . . . . 807
Diagnostica enzimatica dell’ischema cardiaca . . . 807
Ipertrofia ed insufficienza cardiaca. . . . . . . . . . . . 810
Capitolo 27
BIOCHIMICA DEL SANGUE . . . . . . . . . . . . . . . 813
(a cura di C. Balduini)
Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 813
Il plasma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 815
Proteine plasmatiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 815
Funzione delle proteine plasmatiche . . . . . . . . . . 816
Proteine di trasporto (prealbumina,
albumina, globulina) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 816
Proteine implicate nei fenomeni
immunitari (γ-globuline) . . . . . . . . . . . . . . . . 818
Sistema del complemento . . . . . . . . . . . . . . . 818
Proteine implicate nei processi
infiammatori acuti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 818
Proteine ad attività enzimatica . . . . . . . . . . . . 818
Indice generale XVII
Proteine ormonali. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 819
Proteine con funzioni particolari
(crioglobuline, β2-Microglobulina,
Orosomucoide, α-Fetoproteina). . . . . . . . . . . 819
Proteine ad attività antiproteasica
(α1-antitripsina, α2 macroglobulina) . . . . . . . 819
Biosintesi e turnover delle proteine plasmatiche. 820
Elettroliti plasmatici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 820
Altri componenti del plasma . . . . . . . . . . . . . . . . . 822
Le cellule del sangue . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 822
I globuli rossi o eritrociti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 823
Membrana eritrocitaria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 823
Metabolismo degli eritrociti . . . . . . . . . . . . . . . . 825
Glicolisi: formazione di ATP e suo utilizzo. . 825
Formazione del 2,3-bifosfoglicerato . . . . . . . 826
Ciclo dei pentoso fosfati: funzione del
NADPH e del glutatione ridotto . . . . . . . . . . 826
I gruppi sanguigni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 827
Eritropoiesi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 828
Le piastrine e la coagulazione del sangue . . . . . . . 829
Funzione delle piastrine. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 829
Adesione, attivazione e aggregazione piastrinica 830
Endoperossidi, prostacicline, prostaglandine
e trombossani nei processi di attivazione e
aggregazione delle piastrine . . . . . . . . . . . . . . . . 831
Formazione del coagulo permanente. . . . . . . . . . 832
Fibrinolisi del coagulo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 835
I leucociti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 837
Funzione dei leucociti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 838
Penetrazione nei tessuti e raggiungimento
dei focolai di infezione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 838
Meccanismi dell’attività antibatterica . . . . . . . . . 839
Capitolo 28
BIOCHIMICA DEL SISTEMA NERVOSO. . . . . 843
(a cura di D. Condorelli)
Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 843
I componenti cellulari del sistema nervoso:
neuroni e glia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 843
I componenti chimici fondamentali del
sistema nervoso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 846
Trasmissione dell’impulso nervoso . . . . . . . . . . . . 846
Potenziale di riposo e potenziale d’azione . . . . . 846
La sinapsi ed i neurotrasmettitori . . . . . . . . . . . . 850
I principali neurotrasmettitori . . . . . . . . . . . . . . . 855
Acetilcolina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 855
Catecolammine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 859
Serotonina o 5-idrossitriptammina . . . . . . . . . . . 862
Neurotrasmettitori inibitori: GABA, glicina . . . . 863
Acido glutammico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 867
Considerazioni sulla organizzazione strutturale
dei recettori ionotropici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 869
Ossido nitrico (NO) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 870
Neuropeptidi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 871
Trasduzione degli stimoli sensoriali:
meccanismo della visione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 873
Fattore di crescita delle cellule nervose
(“Nerve Growth Factor”) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 876
Metabolismo del tessuto nervoso . . . . . . . . . . . . . . 877
Glucidi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 877
Lipidi e corpi chetonici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 877
Amminoacidi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 878
Barriera ematoencefalica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 879
Capitolo 29
BIOCHIMICA DEL TESSUTO ADIPOSO . . . . . 881
(a cura di C. Guarnieri)
Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 881
Tessuto adiposo bianco . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 882
Metabolismo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 882
Funzione secretoria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 886
Leptina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 886
Adipochine pro-infiammatorie e inibenti i
meccanismi d’azione dell’insulina
(resistenza all’insulina) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 887
Adipochine e sistema cardiovascolare. . . . . . . . . 888
Altri prodotti di secrezione . . . . . . . . . . . . . . . . . 888
Termogenesi e tessuto adiposo bruno . . . . . . . . . . 890
Metabolismo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 890
Capitolo 30
BIOCHIMICA DEL TESSUTO VASCOLARE . . 893
(a cura di C. Guarnieri)
Vasi sanguigni e circolazione . . . . . . . . . . . . . . . . . 893
Tessuto muscolare liscio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 895
Organizzazione strutturale del muscolo liscio. . . 895
Contrazione del muscolo liscio . . . . . . . . . . . . . . 896
Effetti regolatori sul tono della muscolatura
liscia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 897
Vasodilatazione e vasocostrizione del sistema
vascolare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 898
Rimodellamento e neoformazione vascolare. . . . . 901
Capitolo 31
BIOCHIMICA DEL RENE . . . . . . . . . . . . . . . . . . 905
(a cura di L. Riboni)
Metabolismo renale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 905
Ultrafiltrazione ed escrezione di cataboliti . . . . . . 908
Basi biochimiche dell’elaborazione dell’urina
finale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 910
Riassorbimento di proteine . . . . . . . . . . . . . . . . . 911
Riassorbimento del glucosio . . . . . . . . . . . . . . . . 912
Riassorbimento degli amminoacidi . . . . . . . . . . . 913
Riassorbimento di elettroliti . . . . . . . . . . . . . . . . 915
Regolazione renale del pH ematico . . . . . . . . . . . . 918
Riassorbimento di bicarbonato ed escrezione
di protoni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 921
Escrezione dei protoni in forma di H2PO4– e
di acidi non volatili . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 922
Escrezione dei protoni in forma di NH4+ . . . . . . 923
Stati di acidosi ed alcalosi e loro
compensazione. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 923
Funzioni endocrine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 924
Renina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 924
Calcitriolo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 925
Eritropoietina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 926
XVIII
Indice generale
Capitolo 32
BIOCHIMICA DEL TESSUTO OSSEO . . . . . . . 927
(a cura di G. Tettamanti)
Biochimica dell’osso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 928
Parte minerale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 928
Matrice organica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 929
Processo di mineralizzazione. . . . . . . . . . . . . . . . 930
Riassorbimento dell’osso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 931
Relazioni fra sistema immunitario e
metabolismo dell’osso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 931
Marcatori biochimici del rimodellamento osseo . 922
Anomalie metaboliche e genetiche che
interessano il tessuto osseo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 933
Biochimica dentale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 935
Smalto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 925
Dentina. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 936
Polpa dentale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 936
Capitolo 33
BIOCHIMICA DELLA MATRICE
EXTRACELLULARE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 939
(a cura di G. De Luca e A. Passi)
Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 939
La composizione della matrice extracellulare . . . 940
Proteine strutturali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 940
Il collagene. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 940
Collageni fibrillari . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 941
Collageni non fibrillari . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 944
Turnover del collagene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 945
Patologie legate ad alterazioni della biosintesi
del collagene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 935
I proteoglicani e l’acido ialuronico . . . . . . . . . . . . 946
Glicosamminoglicani: struttura e biosintesi . . . . 946
Acido ialuronico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 948
Proteoglicani. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 950
Struttura e funzioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 950
Metabolismo dei proteoglicani . . . . . . . . . . . . . . 955
Biosintesi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 955
Catabolismo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 956
L’elastina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 958
La laminina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 959
Proteine adesive specializzate . . . . . . . . . . . . . . . . 959
La lamina basale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 960
Degradazione della matrice extracellulare . . . . . . 962
Metalloproteasi (MMP). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 962
Serina proteasi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 963
Capitolo 34
IL CONTROLLO TRASCRIZIONALE DEL
METABOLISMO ENERGETICO . . . . . . . . . . . . 965
(a cura di F. Bussolino)
Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 965
La risposta trascrizionale all’ipossia . . . . . . . . . . . 965
Il fattore di trascrizione “Hypoxia Inducible
Factor” (HIF): struttura-funzione . . . . . . . . . . . . 966
Il ruolo di HIF nel metabolismo . . . . . . . . . . . . . 967
I principali fattori di trascrizione coinvolti
nella regolazione del metabolismo energetico. . . . 969
Il ruolo del glucosio nel controllo
trascrizionale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 969
Regolazione trascrizionale del . . . . . . . . . . . . . . 969
metabolismo da parte del glucosio . . . . . . . . . . . 969
Controllo trascrizionale del metabolismo
lipidico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 972
Il metabolismo degli acidi grassi. . . . . . . . . . . . . 972
Il metabolismo del colesterolo. . . . . . . . . . . . . . . 973
Controllo trascrizionale del metabolismo degli . . 976
amminoacidi e delle proteine . . . . . . . . . . . . . . . . . 976
Regolazione trascrizionale del ciclo dell’urea. . . 976
Regolazione trascrizionale della sintesi di
glutammina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 977
INDICE ANALITICO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 979
