Indice generale
Prefazione all’edizine italiana II
PARTE
I
Fondamenti di biochimica
1 La logica molecolare della vita
Le somiglianze chimiche tra i vari organismi viventi 3
La biochimica cerca di spiegare la vita in termini chimici comuni, 4;
Tutte le macromolecole sono costituite da pochi composti semplici, 4
Produzione e consumo di energia nel metabolismo 5
La composizione molecolare riflette uno stato stazionario dinamico, 5;
Gli organismi scambiano energia e materia con il loro ambiente circostante, 5; Il flusso di elettroni genera l’energia per gli organismi, 6; In
biologia le reazioni sono unite dall’accoppiamento energetico, 6; Gli enzimi innescano serie di reazioni chimiche, 7
Il trasferimento dell’informazione biologica 8
La struttura del DNA consente la sua riparazione e replicazione con
una fedeltà pressoché assoluta, 8; L’anatomia molecolare rivela le relazioni evoluzionistiche, 9; La sequenza lineare del DNA codifica proteine con struttura tridimensionale, 9; Le interazioni non covalenti stabilizzano le strutture tridimensionali, 10
Le regole fische del mondo biochimico 10
Letture scelte 11
centrali energetiche delle cellule eucariotiche aerobiche, 18; I cloroplasti
convertono l’energia solare in energia chimica, 18; Il citoscheletro stabilizza la forma della cellula, organizza il citoplasma e produce il movimento, 18; Il citoplasma è concentrato, ordinato e dinamico, 19
Analisi biochimica dei componenti cellulari 19
È possibile isolare gli organelli per centrifugazione, 19
I virus: i parassiti delle cellule 19
Sommario
21
Struttura ed evoluzione delle cellule procariotiche 12
Escherichia coli è la cellula procariotica meglio studiata, 13
Evoluzione delle cellule eucariotiche 14
Le principali caratteristiche strutturali delle cellule
eucariotiche 14
Le membrane plasmatiche contengono trasportatori e recettori, 15; Il reticolo endoplasmatico organizza la sintesi delle proteine dei lipidi, 16; Il
complesso di Golgi modifica e indirizza le proteine alla loro sede finale,
16; I lisosomi sono la sede preferenziale per reazioni di degradazione, 16;
Le cellule delle piante contengono vacuoli, 17; I perossisomi distruggono
il perossido di idrogeno e i gliossisomi convertono i grassi in carboidrati,
17; Il nucleo degli eucarioti contiene il genoma, 17; I mitocondri sono le
Problemi 22
3 Le biomolecole
Composizione chimica e legami chimici
23
Le biomolecole sono composti organici 23
Struttura tridimensionale: configurazione e conformazione
Reattività chimica 26
24
La forza dei legami dipende dalle proprietà degli atomi impegnati nel
legame, 26; Nella cellula avvengono cinque tipi di trasformazioni
chimiche, 27; In tutte le reazioni di ossido-riduzione si ha un
trasferimento di elettroni, 27; I legami carbonio-carbonio si possono
rompere e formare, 28; Il trasferimento di elettroni all’interno di una
molecola produce un riarrangiamento molecolare, 28; Le reazioni di
trasferimento di gruppo attivano gli intermedi metabolici, 28; I
biopolimeri si formano per condensazione, 28
Le macromolecole e le loro subunità monomeriche
28
Le macromolecole sono i principali costituenti delle cellule, 28; Le
subunità monomeriche hanno strutture semplici, 29
Sommario 29
2 Le cellule
Letture scelte 21
Letture scelte 30
Problemi 30
4 L’acqua
Le interazioni deboli nei sistemi acquosi
31
I legami idrogeno danno all’acqua proprietà insolite, 31; L’acqua
forma legami idrogeno con i soluti polari, 32; L’acqua interagisce
elettrostaticamente con i soluti carichi, 32; I composti non polari
determinano variazioni energeticamente non favorevoli nella struttura
dell’acqua, 33; Le interazioni di van der Waals sono attrazioni
interatomiche deboli, 34; I soluti modificano le proprietà colligative
delle soluzioni acquose, 34
Ionizzazione dell’acqua, acidi e basi deboli
35
L’acqua è poco ionizzata, 35; La ionizzazione dell’acqua è espressa da
una costante di equilibrio, 36; La scala del pH indica le
VI
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concentrazioni di ioni H+ e OH–, 36; Gli acidi e le basi deboli hanno
costanti di dissociazione caratteristiche, 37
I sistemi tampone come difesa dai cambiamenti di pH nei sistemi
biologici 37
I tamponi sono miscele di acidi deboli e delle loro basi coniugate, 37
INSERTO 4.1 Sangue, polmoni e tampone: il sistema tampone
bicarbonato
38
Sommario 39
PARTE
Letture scelte 39
Problemi 40
II
Struttura e catalisi
5 Amminoacidi, peptidi e proteine
Gli amminoacidi
47
I peptidi sono catene di amminoacidi, 48; I peptidi e i polipeptidi
biologicamente attivi hanno dimensioni molto variabili, 48; I polipeptidi hanno una caratteristica composizione in amminoacidi, 49;
Alcune proteine contengono gruppi chimici diversi dagli amminoacidi,
49; Le proteine hanno diversi livelli di struttura, 49; Le proteine
possono essere separate e purificate, 49; Le proteine possono essere
separate e caratterizzate mediante elettroforesi, 50
La struttura covalente delle proteine
51
È stata determinata la sequenza amminoacidica di numerose
proteine, 51; Dalla sequenza amminoacidica si possono ricavare
importanti informazioni biochimiche, 51
Sommario 52
Letture scelte 52
Problemi 53
6 La struttura tridimensionale
delle proteine
Uno sguardo alla struttura delle proteine
54
La conformazione di una proteina è stabilizzata da interazioni deboli,
54; Il legame peptidico è rigido e planare, 55
Struttura secondaria delle proteine
56
L’α elica è una struttura secondaria comune a molte proteine, 56; La
sequenza amminoacidica modifica la stabilità dell’α elica, 56; La
conformazione β organizza le catene polipeptidiche in foglietti, 56; I
ripiegamenti β sono comuni nelle proteine, 58
Struttura terziaria e quaternaria delle proteine
58
Le proteine fibrose sono adatte a ruoli strutturali, 59; Nelle proteine
globulari una differenza strutturale riflette una diversa funzione, 60; La
mioglobina è un esempio della complessità della struttura delle
proteine globulari, 60; Le proteine globulari hanno strutture terziarie
diverse, 61; La struttura quaternaria delle proteine varia da dimeri a
complessi molto più grandi, 62
Denaturazione e ripiegamento delle proteine
63
La perdita della struttura in una proteina determina la perdita della
funzione, 63; La sequenza amminoacidica determina la struttura
terziaria, 64
Sommario 64
Il legame reversibile di un ligando a una proteina: le proteine che
legano l’ossigeno 67
L’ossigeno si lega al gruppo prostetico eme, 68; La mioglobina ha un
solo sito di legame per l’ossigeno, 68; L’interazione proteina-ligando
può essere descritta in termini quantitativi, 69; L’ossigeno è trasportato
nel sangue dall’emoglobina, 70; Le subunità dell’emoglobina sono
strutturalmente simili alla mioglobina, 71; Il legame dell’ossigeno
provoca una modificazione strutturale nell’emoglobina, 72; L’emoglobina lega l’ossigeno in modo cooperativo, 72; L’emoglobina trasporta
anche H+ e CO2, 73; Il legame dell’ossigeno all’emoglobina è regolato
dal 2,3-bisfosfoglicerato, 74; L’anemia a cellule falciformi è una
malattia molecolare, 75; Le immunoglobuline hanno due siti uguali per
il legame dell’antigene, 76; Gli anticorpi si legano saldamente e
specificamente a un antigene, 76
L’interazione tra proteine è alla base del movimento
42
Gli amminoacidi hanno proprietà strutturali comuni, 42; Le proteine
contengono solo L-amminoacidi, 43; Gli amminoacidi possono essere
classificati in base al gruppo R, 43; Gli amminoacidi possono agire da
acidi e da basi, 46; È possibile predire la carica elettrica degli
amminoacidi, 47
Peptidi e proteine
7 Funzioni delle proteine
Letture scelte 65
Problemi 65
76
Le principali proteine del muscolo sono l’actina e la miosina, 77; I
filamenti spessi di miosina scorrono sui filamenti sottili di actina, 77
Sommario 78
Letture scelte 78
Problemi 79
8 Gli enzimi
Introduzione agli enzimi
80
La maggior parte degli enzimi sono proteine, 80; Gli enzimi sono
classificati in base alle reazioni che catalizzano, 81
Come lavorano gli enzimi
81
Gli enzimi modificano le velocità delle reazioni, non gli equilibri, 82; Le
velocità e gli equilibri delle reazioni hanno precise definizioni
termodinamiche, 83; Il potere catalitico e la specificità degli enzimi
dipendono da un piccolo numero di principi, 83; La concentrazione
del substrato modifica la velocità delle reazioni catalizzate dagli
enzimi, 84; Molti enzimi catalizzano reazioni a due o più substrati, 85;
Gli enzimi possono essere inibiti, 86; L’inibizione reversibile può
essere competitiva, incompetitiva o mista, 86; L’inibizione irreversibile,
86; L’attività enzimatica viene modificata dal pH, 87
Gli enzimi regolatori
87
Gli enzimi allosterici vanno incontro a modificazioni conformazionali in
seguito al legame di modulatori, 87; La tappa di regolazione in molte
vie metaboliche è catalizzata da un enzima allosterico, 88; Le
proprietà cinetiche degli enzimi allosterici non seguono l’equazione di
Michaelis-Menten, 88; Alcuni tipi di regolazione richiedono la
proteolisi di un precursore enzimatico, 90
Sommario 91
Letture scelte 91
Problemi 92
9 Carboidrati e glicobiologia
Monosaccaridi e disaccaridi
93
Vi sono due famiglie di monosaccaridi: aldosi e chetosi, 93; I
monosaccaridi hanno centri asimmetrici, 94; I monosaccaridi comuni
assumono forme cicliche, 94; I disaccaridi contengono un legame
glicosidico, 97
Polisaccaridi
98
L’amido e il glicogeno sono riserve di sostanze nutrienti, 98; I
glicosamminoglicani sono componenti della matrice extracellulare, 98
Glicoconiugati: proteoglicani, glicoproteine e glicolipidi
Sommario 100
Letture scelte 101
99
Problemi 101
VII
Indice generale
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10
Recettori enzimatici
Nucleotidi e acidi nucleici
Alcune considerazioni di base
102
I nucleotidi e gli acidi nucleici contengono basi caratteristiche
e pentosi, 102; Negli acidi nucleici i nucleotidi sono uniti da legami
fosfodiestere, 104; Le proprietà delle basi dei nucleotidi determinano
la struttura tridimensionale degli acidi nucleici, 105
Struttura degli acidi nucleici
106
Le molecole di DNA hanno composizioni in basi distinte, 106; Il DNA
è una doppia elica, 107; Il DNA può essere presente in forme
tridimensionali diverse, 108; Alcune sequenze di DNA adottano
strutture insolite, 109; Gli RNA messaggeri codificano le catene
polipeptidiche, 109; Altri RNA hanno strutture tridimensionali complesse, 109; Il DNA e l’RNA a doppia elica possono essere denaturati
e formare ibridi, 110
Altre funzioni dei nucleotidi
11
Letture scelte 114
Problemi 115
Lipidi strutturali delle membrane
118
I glicerofosfolipidi sono derivati dell’acido fosfatidico, 118; Gli
sfingolipidi sono derivati della sfingosina, 119; Gli steroli hanno
quattro anelli idrocarburici fusi, 121
12
Letture scelte 121
chinasi
Problemi 122
Membrane biologiche e trasporto
123
Ogni tipo di membrana ha una caratteristica composizione
in lipidi e proteine, 123
L’architettura sovramolecolare delle membrane
125
Le proteine di membrana diffondono lateralmente nel doppio strato,
125; Le proteine periferiche di membrana sono facilmente solubili in
acqua, 126; Le proteine integrali sono unite alle membrane da
interazioni idrofobiche con i lipidi, 127
Il trasporto di soluti attraverso le membrane
128
Il trasporto passivo è facilitato da proteine di membrana, 129; Il
trasportatore del glucosio degli eritrociti promuove un trasporto passivo, 130; Classificazione dei trasportatori, 131; Il trasporto attivo
sposta un soluto contro un gradiente di concentrazione o contro un
gradiente elettrochimico, 131; Le pompe ioniche sono esempi di
sistemi di trasporto attivo, 132; I canali selettivi per gli ioni permettono
un movimento veloce degli ioni attraverso le membrane, 134
Sommario 134
specifica
142
Regolazione della trascrizione da parte degli ormoni
steroidei 147
L’apoptosi è un suicidio cellulare programmato comandato da segnali
extracellulari, 148
Sommario 149
Letture scelte 149
Problemi 150
PARTE
III
Bioenergetica e metabolismo
Principi di bioenergetica
155
Le trasformazioni biologiche dell’energia seguono le leggi della
termodinamica; 156; La variazione di energia libera standard è
direttamente correlata alla costante di equilibrio, 156; La variazione di
energia libera reale dipende dalle concentrazioni dei reagenti e dei
prodotti, 158; Le variazioni di energia libera si possono sommare, 159
Il trasferimento di gruppi fosforici e l’ATP
159
La variazione di energia libera dell’idrolisi dell’ATP ha un valore molto
negativo, 160; Altri composti fosforilati e tioesteri hanno un’energia
libera di idrolisi molto elevata, 161; L’ATP fornisce energia mediante
trasferimenti di gruppi, non per semplice idrolisi, 162
Le reazioni di ossido-riduzione di interesse biologico
I costituenti molecolari delle membrane
13
proteina
Il recettore β adrenergico agisce attraverso il secondo messaggero
cAMP, 143; Dai fosfatidilinositoli si ottengono due secondi
messaggeri, 145; Il calcio è il secondo messaggero in molte vie di
trasduzione del segnale, 146; I sistemi dei recettori a serpentina
accoppiati a proteine G sono molto comuni, 146
Bioenergetica e termodinamica
116
Gli acidi grassi sono derivati degli idrocarburi, 116; I triacilgliceroli
sono esteri degli acidi grassi con il glicerolo e servono da riserva
energetica, 117
Sommario 121
una
Recettori accoppiati alle proteine G e secondi messaggeri
14
I lipidi
Lipidi di riserva
è
112
I nucleotidi trasportano energia chimica, 112; I nucleotidi adeninici
fanno parte di molti cofattori enzimatici, 112; Alcuni nucleotidi sono
molecole regolatrici, 113
Sommario 114
141
Il recettore dell’insulina
per residui di tirosina, 141
Letture scelte 135
Problemi 136
Meccanismi molecolari di trasduzione del segnale
Sommario 170
Letture scelte 171
137
Il recettore nicotinico dell’acetilcolina è un canale ionico controllato da
ligandi, 138; I canali ionici controllati dal voltaggio producono potenziali d’azione nei neuroni, 140
Problemi 171
15
Glicolisi e catabolismo degli esosi
Glicolisi
173
La glicolisi può essere divisa in due fasi, 173; La fase preparatoria della
glicolisi richiede ATP, 175; La fase di recupero della glicolisi produce
ATP e NADH, 177; Il bilancio complessivo indica un guadagno netto di
ATP, 179; Il piruvato è l’accettore terminale degli elettroni nella
fermentazione lattica, 180; L’etanolo è il prodotto ridotto della
fermentazione alcolica, 180; Altri monosaccaridi possono entrare nella
via glicolitica in diversi punti, 181
Regolazione del catabolismo dei carboidrati
Biosegnalazione
164
Il flusso di elettroni può produrre un lavoro biologico, 164; Le ossidoriduzioni possono essere descritte come semi-reazioni, 164; Le
ossidazioni biologiche comportano spesso delle deidrogenazioni, 165;
I potenziali di riduzione sono una misura dell’affinità per gli elettroni,
166; Un numero molto limitato di coenzimi e di proteine agiscono da
trasportatori universali di elettroni, 168; Il NADH e il NADPH agiscono
come trasportatori di elettroni solubili, 168; Le flavoproteine
contengono saldamente legati nucleotidi flavinici, 169
182
Gli enzimi regolatori si comportano come valvole metaboliche, 182;
Glicolisi e gluconeogenesi sono regolate in modo coordinato, 183; La
fosfofruttochinasi-1 è modulata da una complicata regolazione
allosterica, 184; L’esochinasi e la piruvato chinasi sono altri enzimi
regolatori, 185
VIII
Indice generale
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L’ossidazione del glucosio e la via del pentosio fosfato
Sommario 187
16
Letture scelte 188
185
Problemi 188
Il ciclo dell’acido citrico
Produzione di acetato
189
Il flusso elettronico mitocondriale
192
Il ciclo dell’acido citrico è costituito da otto tappe, 194; L’energia
liberata dalle ossidazioni viene efficacemente conservata nel ciclo,
197; I componenti del ciclo dell’acido citrico sono importanti intermedi biosintetici, 197
Regolazione del ciclo dell’acido citrico
199
Il ciclo dell’acido citrico è regolato a livello delle sue tre tappe
esoergoniche, 200
Il ciclo del gliossilato
Sommario 201
17
200
Letture scelte 202
Problemi 202
Ossidazione degli acidi grassi
Digestione, mobilizzazione e trasporto degli acidi grassi
204
207
211
I corpi chetonici formati nel fegato sono utilizzati dagli altri organi, 211;
I corpi chetonici sono prodotti in eccesso nel diabete o durante il digiuno, 212
Sommario 213
18
Letture scelte 214
Problemi 214
Ossidazione degli amminoacidi
e produzione dell’urea
Le proteine della dieta sono degradate enzimaticamente ad amminoacidi liberi, 215
Destino metabolico dei gruppi amminici
217
Il piridossal fosfato partecipa al trasferimento dei gruppi amminici α
all’α-chetoglutarato, 217; L’ammoniaca si forma dal glutammato nel
fegato, 218; L’ammoniaca viene trasportata attraverso il sangue sotto
forma di glutammina e di alanina, 218
Escrezione dell’azoto e ciclo dell’urea
219
L’urea viene prodotta dall’ammoniaca in cinque tappe enzimatiche,
220; L’attività del ciclo dell’urea è regolata e poco dispendiosa, 221
Vie di degradazione degli amminoacidi
222
Dieci amminoacidi sono degradati ad acetil-CoA, 223; In alcune
persone il catabolismo della fenilalanina è difettoso, 224; Cinque
amminoacidi sono convertiti ad α-chetoglutarato, 224; Quattro amminoacidi sono convertiti a succinil-CoA, 225; Gli amminoacidi a
catena ramificata non sono degradati nel fegato, 226; Asparagina e
aspartato sono degradati a ossalacetato, 226
Sommario 227
La sintesi di ATP
236
L’ATP sintasi possiede due domini funzionali, Fo e F1, 237; ATP sulla
superficie di F1 e suo rilascio provocato dal gradiente protonico, 237;
Ogni subunità β dell’ATP sintasi può assumere tre diverse conformazioni, 238; La catalisi rotazionale sta alla base del meccanismo
di variazione di legame per la sintesi di ATP, 239; L’accoppiamento
chemiosmotico permette stechiometrie non intere di consumo di
ossigeno e di sintesi di ATP, 239; Per l’ossidazione del NADH
citosolico nei mitocondri, sono necessari sistemi navetta, 240
241
La fosforilazione ossidativa è regolata sulle necessità energetiche della
cellula, 241; I mitocondri disaccoppiati del tessuto adiposo bruno
producono calore, 242
La fotosintesi: la cattura della luce
Caratteristiche generali della fotofosforilazione
La β ossidazione degli acidi grassi saturi avviene in quattro reazioni
fondamentali, 208; Le quattro reazioni sono ripetute per formare
acetil-CoA e ATP, 208; Si possono ossidare anche acidi grassi
poliinsaturi o a catena dispari, 209; L’ossidazione degli acidi grassi è
accuratamente regolata, 211
Corpi chetonici
229
Gli elettroni sono incanalati verso accettori universali di elettroni, 230;
Gli elettroni passano attraverso una serie di trasportatori legati alla
membrana, 231; I trasportatori di elettroni funzionano in complessi
multienzimatici, 232; L’energia rilasciata durante il trasferimento
elettronico viene efficientemente conservata in un gradiente protonico,
236
Regolazione della fosforilazione ossidativa
I grassi della dieta vengono assorbiti nell’intestino tenue, 204; Gli
ormoni innescano il processo di mobilizzazione delle riserve di triacilgliceroli, 206; Gli acidi grassi sono attivati e trasportati nei mitocondri, 206
La β ossidazione
Fosforilazione ossidativa
e fotofosforilazione
La fosforilazione ossidativa
Il piruvato viene ossidato ad acetil-CoA e CO2, 190; Il complesso della
piruvato deidrogenasi richiede cinque cofattori, 190; Gli intermedi
restano legati alla superficie dell’enzima, 191
Reazioni del ciclo dell’acido citrico
19
Letture scelte 227
Problemi 228
243
La fotosintesi delle piante avviene nei cloroplasti, 243; Le clorofille e i
pigmenti accessori assorbono l’energia della luce per la fotosintesi,
244; La clorofilla trasferisce l’energia assorbita ai centri di reazione
tramite trasferimento per risonanza, 245; Nelle piante superiori due
centri di reazione agiscono in coppia, 247; L’acqua viene scissa dal
complesso che libera ossigeno, 249
Accoppiamento della sintesi di ATP alla fotofosforilazione
250
Il flusso degli elettroni e la fosforilazione sono accoppiati da un
gradiente protonico, 250; Il flusso ciclico di elettroni produce ATP, ma
non NADPH o O2, 251; L’ATP sintasi dei cloroplasti è simile a quella
dei mitocondri, 251
Sommario 251
20
Letture scelte 252
Problemi 253
Biosintesi dei carboidrati
Gluconeogenesi
254
La conversione del piruvato in fosfoenolpiruvato richiede due reazioni
esoergoniche, 255; La conversione del fruttosio 1,6-bisfosfato in
fruttosio 6-fosfato è la seconda deviazione, 258; La conversione del
glucosio 6-fosfato in glucosio libero è la terza deviazione, 258; La
gluconeogenesi è energeticamente costosa, 258; Gli intermedi del
ciclo dell’acido citrico e molti amminoacidi sono glucogenici, 259; La
gluconeogenesi e la glicolisi sono regolate in modo reciproco, 259;
Nei semi in germinazione la gluconeogenesi converte grassi e proteine
in glucosio, 261
Biosintesi di glicogeno, amido, saccarosio e altri carboidrati
261
L’UDP-glucosio è il substrato della sintesi del glicogeno, 261; La
degradazione del glicogeno non è l’inverso della sintesi, 263; Il
glicogeno viene degradato per fosforolisi, 263; La glicogeno sintasi e la
glicogeno fosforilasi sono regolate in modo complementare, 264;
L’UDP-glucosio è il substrato per la sintesi del saccarosio nelle piante
e del lattosio negli animali, 265
IX
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Sintesi fotosintetica dei carboidrati
266
L’assimilazione dell’anidride carbonica avviene in tre fasi, 267; Ogni
triosio fosfato sintetizzato a partire da CO2 costa sei molecole di
NADPH e nove di ATP, 269
Regolazione del metabolismo dei carboidrati nelle piante
270
La rubisco è sottoposta a regolazioni di segno positivo e negativo, 270;
La fotorespirazione inizia con l’attività ossigenasica della rubisco, 270;
Alcuni tipi di piante possiedono un meccanismo che impedisce la
fotorespirazione, 270
Sommario 272
21
Letture scelte 273
275
282
I triacilgliceroli e i glicerofosfolipidi sono sintetizzati a partire da precursori comuni, 282
Biosintesi del colesterolo, degli steroidi e degli isoprenoidi
22
Letture scelte 287
Problemi 288
Biosintesi degli amminoacidi,
dei nucleotidi e delle molecole
correlate
Uno sguardo al metabolismo dell’azoto
289
Il ciclo dell’azoto crea una quantità di azoto disponibile per
i processi biologici, 289; L’azoto viene fissato da enzimi del complesso della nitrogenasi, 290; L’ammoniaca viene incorporata nelle
biomolecole attraverso il glutammato e la glutammina, 291; La glutammina sintetasi è il principale sito di regolazione del metabolismo
dell’azoto, 291
Biosintesi degli amminoacidi
Integrazione e regolazione ormonale
del metabolismo nei mammiferi
Regolazione ormonale del metabolismo energetico
307
311
L’adrenalina segnala un’attività imminente, 311; Il glucagone segnala
bassi livelli di glucosio nel sangue, 312; L’insulina segnala alti livelli di
glucosio nel sangue, 313; Il diabete è provocato da un difetto nella
produzione di insulina o nella sua azione, 313; Gli ormoni agiscono
attraverso specifici recettori cellulari, 314
Regolazione a lungo termine della massa corporea
315
La leptina regola l’assunzione di cibo, 315; La leptina innesca una
cascata regolatrice, 315
Sommario 316
Letture scelte 316
PARTE
Problemi 317
IV
Le vie dell’informazione
24
Geni e cromosomi
Elementi cromosomiali
320
I geni sono segmenti di DNA che codificano RNA e catene polipeptidiche, 320; I cromosomi degli eucarioti sono molto complessi,
321; Molti geni eucariotici contengono sequenze intercalate non trascritte (introni), 321
Le dimensioni e la struttura delle molecole di DNA
295
La sintesi de novo delle purine inizia dal PRPP, 295; La biosintesi dei
nucleotidi purinici è regolata mediante inibizione retroattiva, 298; I
nucleotidi pirimidinici sono costruiti a partire da aspartato, PRPP e
carbamil fosfato, 298; La biosintesi dei nucleotidi pirimidinici è
regolata da inibizioni a feedback, 301; I nucleosidi monofosfato sono
convertiti in nucleosidi trifosfato, 301; I ribonucleotidi sono i precursori dei deossiribonucleotidi, 301; Il timidilato deriva dal dCDP e
dal dUMP, 302; La degradazione delle purine e delle pirimidine
produce rispettivamente acido urico e urea, 303; Le basi puriniche e
322
Le cellule eucariotiche contengono più DNA, 322
Il superavvolgimento del DNA
323
Le topoisomerasi catalizzano le variazioni del numero di legame del
DNA, 323
La cromatina e la struttura del nucleoide
290
L’α-chetoglutarato è il precursore di glutammato, glutammina, prolina
e arginina, 292; Serina, glicina e cisteina derivano dal 3-fosfoglicerato,
293; Tre amminoacidi non essenziali e sei essenziali sono sintetizzati
da ossalacetato e piruvato, 293; Il corismato è un intermedio
fondamentale nella sintesi di triptofano, fenilalanina e tirosina, 294;
La biosintesi dell’istidina utilizza precursori della biosintesi della
purina, 294; La biosintesi degli amminoacidi è regolata allostericamente, 294
Biosintesi e degradazione dei nucleotidi
Problemi 306
283
Il colesterolo viene prodotto dall’acetil-CoA in quattro tappe, 284; Il
colesterolo serve a diversi scopi, 284; Il colesterolo e altri lipidi sono
trasportati da lipoproteine plasmatiche, 285
Sommario 287
23
Letture scelte 306
Il fegato modifica e distribuisce le sostanze nutrienti, 307; Il tessuto
adiposo immagazzina e conserva gli acidi grassi, 309; Il muscolo usa
ATP per produrre lavoro meccanico, 310; Il cervello utilizza energia
per trasmettere impulsi elettrici, 311
Il malonil-CoA si forma da acetil-CoA e bicarbonato, 276; Gli acidi
grassi vengono sintetizzati mediante una sequenza di reazioni, 276; Il
complesso dell’acido grasso sintasi possiede sette siti attivi diversi,
276; L’acido grasso sintasi utilizza gruppi acetilici e malonilici, 277; Le
reazioni dell’acido grasso sintasi sono ripetute fino a formare palmitato,
279; L’acetato viene trasportato fuori dai mitocondri sotto forma di
citrato, 279; La biosintesi degli acidi grassi è fortemente regolata,
281; Sintesi di acidi grassi a catena lunga e di acidi grassi insaturi, 281
Biosintesi dei triacilgliceroli
Sommario 305
Metabolismi tessuto-specifici: la divisione del lavoro
Problemi 273
Biosintesi dei lipidi
Biosintesi degli acidi grassi
pirimidiniche sono riciclate mediante le vie di salvataggio, 303; Molti
agenti chemioterapeutici colpiscono enzimi delle vie biosintetiche dei
nucleotidi, 304
324
Gli istoni sono piccole proteine basiche, 324; I nucleosomi sono le
unità organizzative fondamentali della cromatina, 325
Sommario 327
25
Letture scelte 328
Problemi 328
Metabolismo del DNA
La replicazione del DNA
329
La replicazione del DNA è governata da un insieme di regole
fondamentali, 329; Il DNA è degradato dalle nucleasi, 330; Il DNA
viene sintetizzato dalle DNA polimerasi, 330; Il processo di
replicazione è molto accurato, 331; E. coli possiede almeno cinque
DNA polimerasi, 332; La replicazione del DNA richiede numerosi
enzimi e fattori proteici, 332; La replicazione del cromosoma di E. coli
procede in stadi successivi, 333; La replicazione nelle cellule eucariotiche è più complessa, 335
La riparazione del DNA
336
Tutte le cellule possiedono sistemi multipli di riparazione del DNA, 336
X
Indice generale
© 88-08-05279-6
La ricombinazione del DNA
337
La ricombinazione genetica omologa ha numerose funzioni, 338; La
ricombinazione sito-specifica determina riarrangiamenti del DNA in
punti precisi, 338; Gli elementi genetici trasponibili si spostano da
una posizione all’altra, 339
Sommario 340
26
Letture scelte 340
Problemi 341
343
L’RNA è sintetizzato dalle RNA polimerasi, 343; La sintesi di RNA è
guidata da sequenze specifiche sul DNA, 343; Le cellule eucariotiche
hanno tre tipi di RNA polimerasi nel nucleo, 345; L’RNA polimerasi II
richiede per la sua attività molti altri fattori proteici, 345
Le modificazioni dell’RNA dopo la trascrizione
La sintesi RNA-dipendente di RNA e di DNA
349
Sommario 350
Letture scelte 351
Problemi 351
353
Il codice genetico è stato decifrato utilizzando stampi di mRNA
artificiali, 353; La possibilità di «oscillare» permette ad alcuni tRNA di
riconoscere più di un codone, 354
La sintesi proteica
354
Il ribosoma è una macchina sopramolecolare complessa, 356; Gli RNA
transfer hanno caratteristiche strutturali peculiari, 357; Stadio 1: Le
amminoacil-tRNA sintetasi attaccano il corretto amminoacido ai tRNA,
358; Stadio 2: Un amminoacido specifico inizia la sintesi proteica, 359;
Stadio 3: I legami peptidici si formano durante la fase di allungamento,
361; Stadio 4: La terminazione della sintesi polipeptidica necessita di
un segnale peculiare, 362; Stadio 5: Le catene polipeptidiche neosintetizzate vanno incontro a ripiegamenti e modificazioni, 364;
Trasporto a destinazione e degradazione delle proteine
365
La glicosilazione svolge un ruolo chiave nel trasporto a destinazione
delle proteine, 367
Sommario 368
Letture scelte 369
29
Letture scelte 380
Tecnologia del DNA ricombinante
382
Le endonucleasi di restrizione e la DNA ligasi permettono di ottenere il
DNA ricombinante, 383; I vettori di clonaggio amplificano i segmenti
di DNA inseriti, 385
L’isolamento di un gene da un cromosoma cellulare
Problemi 369
Applicazioni della tecnologia del DNA ricombinante
386
Sommario 393
Appendice A
Letture scelte 393
370
Problemi 394
395
Comuni abbreviazioni usate nella letteratura scientifica di tipo biochimico, 395; Abbreviazioni degli amminoacidi, 398; Il codice genetico standard, 398; Abbeviazioni delle unità, 399; Alcuni prefissi usati
nel Sistema Internazionale delle unità, 399; Costanti matematiche, 399;
Alcuni fattori di conversione, 399; Alcune costanti fisiche con simboli
e valori, 399; Tavola periodica, 400
Appendice B
401
Regolazione dell’espressione genica
L’inizio della trascrizione è regolato dal legame di proteine vicino
o in corrispondenza dei promotori, 371; Molti geni procariotici sono
390
I geni clonati possono essere espressi, 390; I geni clonati possono
essere modificati, 390; Il clonaggio nelle cellule vegetali è favorito da
un parassita batterico, 391; La tecnologia del DNA ricombinante
permette di acquisire nuovi prodotti, 392
Soluzioni abbreviate dei problemi, 401
Principi della regolazione genica
Problemi 381
Il clonaggio di un gene spesso richiede una libreria di DNA, 387;
Sequenze specifiche di DNA possono essere amplificate, 387;
Sequenze specifiche vengono identificate per mezzo dell’ibridazione,
388
Metabolismo delle proteine
Il codice genetico
377
La cromatina trascrizionalmente attiva è strutturalmente diversa dalla
cromatina inattiva, 378; Molti promotori eucariotici sono regolati
positivamente, 378; Il legame del DNA a transattivatori e a coattivatori
facilita l’interazione dei fattori di trascrizione generali, 378; Nell’attivazione della trascrizione sono coinvolte tre classi di proteine,
379
Clonaggio del DNA: tecniche di base
La trascrittasi inversa produce DNA a partire da RNA virale, 349;
Alcuni retrovirus causano il cancro e l’AIDS, 350; La telomerasi è una
trascrittasi inversa specializzata, 350
375
L’operone lac è soggetto anche a una regolazione positiva, 376; Molti
geni per la biosintesi degli amminoacidi sono regolati per mezzo
dell’attenuazione della trascrizione, 377
Sommario 380
346
Gli introni trascritti nell’RNA sono rimossi per mezzo dello splicing, 347; Gli mRNA degli eucarioti subiscono ulteriori modificazioni
post-trascrizionali, 348; Anche gli RNA ribosomiali e i tRNA subiscono
modificazioni post-trascrizionali, 348
28
Regolazione dell’espressione genica nei procarioti
Regolazione dell’espressione genica negli eucarioti
Metabolismo dell’RNA
Sintesi DNA-dipendente di RNA
27
regolati nell’ambito di unità chiamate operoni, 372; Le proteine
regolatrici hanno domini distinti che legano il DNA, 373; Le proteine
regolatrici interagiscono anche con altre proteine, 375
Glossario 411
Indice analitico 431
