Biologia Molecolare: Struttura e Funzione

Ecco gli appunti di studio dettagliati:

Biologia: La scienza della vita

• "Biologia" deriva dal greco e significa "scienza della vita".
• Definisce e descrive gli esseri viventi.
• Gli esseri viventi, nascono crescono, si riproducono e muoiono.

Origine della vita sulla Terra

• La Terra ha circa 4,5-4,6 miliardi di anni.
• La vita è apparsa verso la fine della prima settimana di vita della Terra (circa 4 miliardi di anni fa).
• L'atmosfera primordiale era diversa da quella attuale: c'erano CO2, vapore acqueo e molecole semplici come CO, idrogeno, ammoniaca, azoto, zolfo e metano.
• L'ossigeno era assente, favorendo l'unione degli elementi semplici.
• L'energia solare (UV), le scariche elettriche e le eruzioni vulcaniche contribuirono alla formazione delle prime molecole organiche (base chimica della vita).

Esperimento di Miller-Urey

• Negli anni '20, Oparin e Haldane ipotizzarono la formazione di molecole organiche da elementi semplici.
• Nel 1950, Miller-Urey ricrearono in laboratorio l'atmosfera primordiale, riscaldando elementi semplici e creando vapore.
• Le scariche elettriche simularono gli UV.
• Raffreddando il sistema, vennero analizzate le molecole risultanti.
• Si scoprì che elementi semplici si univano in polipeptidi, amminoacidi e acidi grassi.
• Queste molecole organiche semplici si accumularono nel "brodo primordiale", che fornì le zone di contatto per le prime molecole.

Dal brodo primordiale alla vita

• I monomeri si evolvettero in polimeri grazie a catalizzatori come le argille.
• La molecola RNA si formò per prima, avendo sia funzione di trasporto genetico che di enzima.
• Gli acidi nucleici catalizzarono reazioni metaboliche, come la formazione del legame peptidico nel ribosoma.
• L'RNA acquisì capacità autoreplicativa ed enzimatica.
• Le proteine, più efficienti come catalizzatori, portarono alla creazione di strutture complesse.
• L'RNA si mantenne per la replicazione e diede origine al DNA.
• Il DNA è statico, mentre RNA a singola elica è più labile.

La nascita delle cellule

• Nel brodo primordiale, gli acidi grassi (lipidi) costituirono la base delle cellule.
• I fosfolipidi, con code apolari idrofobiche e teste polari idrofiliche, formano micelle.
• Le micelle assomigliano a cellule con membrana plasmatica, creando le protocellule.
• All'interno delle protocellule vennero racchiuse le macromolecole (RNA, DNA, proteine), migliorando la fitness evolutiva.
• Le protocellule si divisero e colonizzarono l'ambiente, dando origine agli organismi procarioti (3,5 miliardi di anni fa).

Metabolismo e Teoria Endosimbiontica

• Alcuni procarioti svilupparono il metabolismo fotosintetico, creando ossigeno e influenzando selezione di alcuni organismi.
• Gli organismi fotosintetici creano oxigeno e i procarioti aerobici utilizzano l'ossigeno per creare energia attraverso respirazione cellulare.
• La teoria endosimbiontica afferma che protocellule anaerobie inglobarono procarioti aerobici.
• La fagocitosi (introduzione di materiale nelle cellule) portò all'assorbimento di procarioti aerobici che diedero origine ai mitocondri.
• La teoria endosimbiontica spiega l'origine degli eucarioti.
• Procarioti mancano di un nucleo.
• Eucarioti hanno un nucleo e compartimentazione interna.

Organismi eucarioti

• Si è osservato che la differenziazione delle funzioni cellulari portava a una maggiore efficacia dell'organismo pluricellulare.
• L'ossigeno cambiò l'atmosfera e creò l'ozono, proteggendo la terra dai raggi UV e consentendo la colonizzazione di nuove aree.
• Gli organismi si diversificarono adattandosi a ambienti diversi.

Classificazione degli esseri viventi

• LUCA (Last Universal Common Ancestor) è la protocellula da cui derivano tutti gli organismi.
• I domini principali sono Bacteria e Archea (procarioti differenti per il metabolismo), e Eukarya.
• Eukarya include quattro dei sei regni: protisti (unicellulari eucarioti), piante (autotrofi fotosintetici), funghi ed animali (eterotrofi non fotosintetici).

Caratteristiche degli esseri viventi

• Alto livello di organizzazione: macromolecole, polimeri, organuli, organismi cellulari, tessuti e organi.
• Omeostasi cellulare: capacità di mantenere costanti le caratteristiche chimico-fisiche interne.
• Codice genetico universale: stesso metodo di trasmissione dell'informazione genetica (DNA - proteine).
• Capacità di nascere, crescere e riprodursi.
• Adattamento all'ambiente durante l'evoluzione, modificando il patrimonio genetico.
• Ogni organismo ha un progetto proprio, espresso tramite il patrimonio genetico in un flusso unidirezionale (DNA - RNA - proteine).

La cellula

• Gli esseri viventi sono composti da cellule.
• Un granello di cellule equivale a 5000 cellule.
• Gli occhi non possono vedere le cellule senza microscopi.
• Microscopi ottici ingrandiscono tramite la luce.
• Microscopi elettronici ricostruiscono strutture tridimensionalmente tramite fasci di elettroni.
• L'evoluzione dei microscopi ha contribuito alla biologia.
• Robert Hooke ha scoperto le cellette (pareti cellulari vegetali).
• La cellula è l'unità morfologica e funzionale degli esseri viventi.
• "Omnis cellula e cellula": ogni cellula deriva da una cellula preesistente.
• I processi di divisione cellulare sono mitosi e meiosi.
• Esistono neuroni granulociti, procarioti (flagelli), spermatozoi e fibroblasti.

Confronto tra cellule procariotiche ed eucariotiche

• Le cellule si dividono in procariotiche ed eucariotiche.
• I procarioti sono relativamente semplici, monocellulari, con membrana plasmatica e DNA circolare nel nucleoide.
• Gli eucarioti sono più complessi, con compartimentazione interna e organelli come il nucleo e i mitocondri.
• I virus non sono cellule ma parassiti obbligati con materiale genetico e capside, che infettano.

Macromolecole informazionali: DNA, RNA e proteine

Dogma centrale della biologia:

• DNA → RNA → proteine: le informazioni genetiche del DNA si trasferiscono all'RNA, che a sua volta viene tradotto in proteine che eseguono il messaggio genetico.

Scoperta del DNA

• 1869: Johann Friedrich Miescher isolò una sostanza ricca di fosfato dai nuclei delle cellule immunitarie, chiamandola nucleina. Ignorava la sua importanza genetica.
• 1928: esperimento di Griffith: Studiando Streptococcus Pneumoniae scoprì il principio trasformante trasferendo l'informazione genetica da un tipo di batterio all'altro. Non identificò un tipo di batterio all' altro.
• 1944: esperimento di Avery, McLeod e McCarty: Ripetendo esposto studi di Griffith hanno ricreato le molecole. Degradano le cellule di tre beute con DNasi, RNasi e proteasi degradando rispettivamente le proteine. Le cellule tipo S, deducendo che il loro principio di Trasformazione in Rendeva le cellule di tipo R e poi, il DNA.

DNA e Informazione Genetica

• 1952: esperimento di Hershey e Chase:
• Usarono batteriofagi per confermare a seguito di studi il risultato che nelle cellule portava in alterazione l'informazione genetica mediante il DNA.
• I batteriofagi sono virus che infettano i batteri. È la confermata sperimentale che il DNA che conteneva informazione genetica era tramite del DNA.

Nucleotidi: Struttura e Componenti

• Watson e Crick hanno compreso che la struttura della cellula portava ad avere e studiare a trasmettere informazione genetica.
• Il DNA forma acidi, polimeri di nucleotidi. Nucleotidi sono formati da un carboidrato del gruppo da una base azotata presente in(PO4--).
• Sono delle molecole carbonese idratati; la loro formula bruta è Cn(H2O)n.
• Presentano uno scheletro con atomi di carbonio più ad un chetone.
• I carboidrati hanno struttura lineare che tende a reagire con sé stessa per creare una struttura circolare e dispongono i gruppi sopra una piano.

Zuccheri Pentosi

• Gli zuccheri contenuti nel DNA sono pentosi e solo tre contengono atomi di C e sono ribosio e desossiribosio.
• La differenza sono il legame nel carbonio 2' con ossidrile e idrogeno.

Basi azotate

• Dal carbonio 1' dello zucchero avviene la formazione di un nucleoside.
• Le 5 basi azotate si dividono in due classi:
  • Pirimidine: molecole con anello che distinguono grazie a gruppi e hanno legami di azoto e con le molecole citosina (C), timina (T) e uracile (U).
  • Purine: molecole con anello più grandi contengono carboni e azoto adenina (A) e guanina (G).
• Quando le basi azotate sono legate ad uno zucchero cambiano di nomenclatura.

nucleosidi

• Nucleosidi: NUCLEOSIDI: PENTOSO + BASE AZOTATA
• Nel ligame al ribosio non si lega la timina ma si presenta solo con il DNA cosi come avviene con l'uracile non si lega deossiribosido dato la presenza presente solo nell'RNA.

Gruppo fosfato

• Lr DNA. Il Dato lega al carbonio 5' dello zucchero e permette la formazione del nucleotide(vedi Fig. 12).
• L'atomo di cambio elemento cambia la nomenclatura(vedi Fig. 13).

Una catena di acidi nucleici

• La Molecola dell'acido nucleico è il prodotto che li fa interagire tra loro per formare un legame in DNA con 1 e RNA.
• Le molecole si legano in modo di interagire ad un gruppo con carboidrato con le basi ad azotate che non paticipano alla fromazione e sono lasciate da lato.

Legami e direzionalità

• Deossiadenosina è il primo nucleotide presente mentre il carbonio 5'è legato al gruppo con fosfato libero.
• Hanno un legame chimico con due nucleotidi con C-OP-O-C con un legame 3'e 5' con un legame fino al 3'terminale possiedendo un ossodrilico libro OH.
• Dando la direzionalità 5''a 3' con successione e informazione genetiaca che deve vedere letta solo in quelle direzione con solo in quella direzione.

Struttura in 3 dimensioni

• Struttura ed eliche
• Formata con filamenti in cui gruppi sono esterni e basi azotate nel interno.
• I filamenti con acidità disposti con direzzioni opposti che portano dei legami.
• In questo caso la legge ci viene in nostro socorrs alla relazione della complementarietà a calcolare le basi.

Struttura e studio del dna

• Nel 1553 studi di Franklin con esponenti alla diffusione e hanno studiato tutti a studiare il dna con due ricercatori tramite la diffrazione e raggi x.
• Venne studiato il dna con modello strutturale e hanno affermato che la il materiale genetico serve per avere trasmissione.

Struttura e caratteristiche dna

• diametro 2nm
• All interno le basi sono perpendicoolari all interno del interno e distano un 0.134 nm -Ogni giro di elica è costituito con 10 paiai che misuano dei nanometri Orientamento. Elix è dettoistro
• L elica crea delle parti diverse per far legdere le basi azotate La conformazioone è la più dinamica

Struttura è Rna

• È costituito con filameno singolo a contrario di DNA. Nel filo è presente un nucleo che porta lo zucchero e base azot e. Dal La Legge complementari.
• Tal Voltà è un rna con struttre globoali , se nel segmento seppur semplici ci sono legami che lo completatno , nel tRna.

Denaturazione termica

• il se è portato il dna con altre temperature gli H perdono i loro carateri di instabilità e dna che li le due separe :
  • La Sequenza a t fa denaturare più facilmente e la temperatura dove denaura il dna e detta tm.
  • dopo raffreddaameento le dna si riopaaiano è il rianeling e ibriddazionoe

Forme peculari - Ie dna

    - la lineari sono a doppio ligmaneto e alcuni vinru hanno la coppia
    -i batrei viru e plasmidi hanno doppia elica 
    - singoolo filamento e circooale

L'RNA messaggero

• l’80 % è RNA ribosomiale, strutturale e non quindi codificante ne con info genetica ma permette costrutire le protaein
• 11 15% e rna Transtfer rna che trasporata amminoacidi e non fa indirettamente alla sistesi no con codici info
• meno del 5 è RNA messagger Rna che porta le info genectuca

rna dna molecole

• il La lungheza con dna e misura a coppie di basi bp in kilo base. Rna invece e lunga e viene con migliaie di nucleotidi.
• Esempio migaiati in modo che si misura il dna: il DNA che viene la doppia elica e e riappaaiata e sono i legam.

Proteine e Rplicazione DNA

• Le proteine hanno struttura e funzione che si occupanda delle funzioni: - Proteina per struttura - Le proteine sono funzioni chimici - Il che si fa viene con le proteine

Amminoacidi

• Dalpunto di vista chimico gli amminoacidi hanno una struttura in comune e sono carbonio di Alfa che forma solo 3 legami e èsempre in soluzione
• La S struttura basilatre del amminocadi , le sostanze vanno a caratterriizaee dae canti e catalana che la rendono presente.

divisioni aminecidi

• La Riduuzione amminico va in classe grandi va inase. Agli acqaua quindi non interagison . In base alle classi: Non pilorai
• Polari
• eletticiamento cati
• polati hanno carichi non idrofobiti si puo no legare e c interagisocono in questo modo La presenza di 200 ammine che ci si presenta è dato alla presenza chimico dei vari aspetti che va a presentare la moleocla.

catena

• Gli ammiancidi possono esseretra loro legati per dare forma una struttura. Gli e quindi se ne porta che va a servire il polimeti e a questo ci si lega il legame peptitico.

Fimazione molecola

• La Sostnza reagisce con le condensazioni chimiche interagendo sia al gruppo che al carbonio , il che permettterà di formarsi il grupoi carbossiico al amminaicid che segue.
• Dal punto di vista Chimcio in molecole con acido nucleico anche con amminodiacidi e possbile idnetifcareun INizio la n temrinalee per le parte dei protein 3 la division esatta delle cellule che viene con ammine.

rna proteine

• La protein ha forma per quello parti di proiettate portano la nomi e il nome è struttura secondaria, portano di rigeone di una catena che può trasforamsi .
• le Catene posspnono avere struttura terzaire che contiene tutti i filamenti

Dominio aminoacidi

• Le Catene possono aver aminoacidi a alfa e quindi a creare proteine transmembrana compost da molecolae polari.
• La struttura terziaria è stabilizzata con la formala stabili iinterazionani e possono trovaree nelle vicinanze e possono essere a ponte disolfuro formati da cistenine la cateni polio
• le proteini sono per lo più formate con tanti aminocidi .

RNA

• il RNA porta le informazioni genitiche e per questo viene dato un nomativo al sistema rna : a caten singola dal carboni con zucchero e a vase azot e. il trna puoo assrumerr struttre golbali anche soloo su singola catena -gli a amminiocdaic son i fosfato ribosi e dalla base azota.te

la rnat ha singoala moleocala .

replicazione

• quando il filamento si apree il legemi di dventaon insabili e il dna si separate con le a e i t piu facilità

Replicatazionee

• Reaziones e se le elica sia apert, cio e fatt grazie i all aumento termicoo a cui sono state fatt le molecole ad idrogeno
• Nelle cellule la denatoaaztoe vien catallizata da i licasi el apolimerasi Ogni organismo presenta dna . I virus un singolo doppi con due cateene lineari filamente

Struttura e replicazione

• La proteina e la replicazione con rna ligame azotae e un carbon Nel sistema.

Mutzione e proteine con cellule

gli acido nudei protezzion dicono che va fatto per rna codificate: le proteine

Rinviare. A catena va fat con u che avvenga i mitocondri Mettibile Gli eucarioti vedi. In la in. I polimeti di la

Dna rna codifica

• Dna ci da basi xazte nel dnn -Dna: timina
  • rna: uracile

Trascrizione

il si dna come messgerrr il dna non e quello che fa la cosa e e. È di fare

Esplora le strutture cellulari procariotiche, le funzioni dei batteriofagi e la chimica del DNA, inclusi legami fosfodiesterici e denaturazione. Approfondisci le proprietà degli amminoacidi, le loro catene laterali e il ruolo dei ponti disolfuro nelle proteine.