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Definizioni

• La biologia è lo studio scientifico della vita e delle diverse forme viventi.
• Ogni essere vivente è costituito da cellule.

Introduzione

• La materia vivente è costituita da cellule.
• Esse rappresentano l'unità fondamentale in grado di compiere tutte le attività richieste per la vita.
• Una delle proprietà comuni a tutti gli esseri viventi è la complessità specificamente definita.
• Ciò significa che con l'aumentare della complessità dell'organismo si instaurano innumerevoli nuove connessioni e il numero di interazione tra le cellule aumentano.

Gerarchia dell'organizzazione vivente

• Partendo da una semplice molecola di acqua (livello chimico) otteniamo, grazie alla loro unione con altre sostanze, le macromolecole.
• Le macromolecole si uniranno a formare gli organelli (livello cellulare).
• L'associazione di molte cellule porta alla formazione dei tessuti, i quali sono i costituenti degli organi.
• L'unione degli organi crea i sistemi di organi che sono i costituenti essenziali dell'organismo vivente.
• Le interazioni continuano ad aumentare portando alla formazione di popolazioni (unione di molti organismi) che a cascata formeranno la comunità, l'ecosistema ed infine la biosfera (composta dalla terra e da tutte le comunità).

La cellula

• Le dimensioni delle cellule cambiano durante le fasi del ciclo cellulare.
• Sono correlate alla specializzazione della cellula.
• Imicoplasma ed ivirus sono le unità di dimensione minore visibili con microscopio elettronico.
• Altra caratteristica propria delle cellule è la forma, che differenzia le diverse tipologie.
• La forma e la dimensione sono dipendenti dalle attività che la cellula svolge.

Modelli animali

• I modelli animali (es. topi immunocompromessi) vengono utilizzati in laboratorio per testare le cellule che si vogliono studiare (es. cellule umane ingegnerizzate).
• Questo permette di studiare l'effetto delle cellule umane su un organismo vivente.
• La rapidità di riproduzione dei topi facilita lo studio.
• I modelli animali vengono utilizzati nello studio della memoria.

Classificazione degli organismi viventi

• Tutti i viventi sono classificati in categorie (o taxa) secondo un preciso ordine gerarchico.
• Il termine Tassonomia significa studio della diversità e della classificazione dei viventi in categorie.
• Esseri viventi si possono classificare in 3 domini: Bacteria, Archaea, Eukarya.

La chimica della vita

• Gli elementi principali alla base della vita sono quattro: idrogeno (H), carbonio (C), azoto (N) e ossigeno (O).
• Combinandosi in modi diversi, danno origine a gran parte delle macromolecole biologiche.
• Molecole: -Covalenti: gli elettroni vengono condivisi per creare il legame. -Ionici: un atomo cede uno o più elettroni ad un altro.

Proprietà dell'acqua

• La sua forma
• I legami covalenti
• La sua funzione biológica.

Composti organici del carbonio

• La vita richiede circa 25 elementi necessari per la formazione della materia vivente
• Gli elementi di rilevanza più importante sono: -Ossigeno. -Carbonio. -Idrogeno. -Azoto.

Isomeria

• I composti organici possono esistere in forma diverse con la stessa formula, ma struttura o legami differenti.
• Diversi tipi di isomeria: isomeria di catena, di posizione, ottica e cis-trans.

Biomolecole (carboidrati, lipidi, proteine ed acidi nucleici)

• Le biomolecole sono di fondamentale importanza per la vita
• Sono classificabili in carboidrati, lipidi, proteine, e acidi nucleici
• I carboidrati sono formati da C, H, O, in particolare sono zuccheri
• I lipidi sono insolubili in acqua formati per lo più da C, H, O
• Le proteine sono importanti per la vita a livello strutturale e funzionale in un organismo,
• Sono formati da amminoacidi legati in sequenza
• Gli acidi nucleici sono il DNA e l'RNA
• Il DNA porta l'informazione genetica
• L'RNA svolge importanti funzioni nella sintesi proteica

Il nucleolo

• Il nucleolo è una regione all'interno del nucleo,
• contiene rRNA e molecole fondamentali per l'organizzazione e la trascrizione dei geni ribosomiali
• Questo porta alla formazione di due subunità ribosomiali che si assemblano poi nel citosol per la sintesi proteica.
• Le proteine e le particelle RNA (RNP) sono coinvolte nella trascrizione e maturazione dell'RNA, compresi i processi di splicing.
• I micro-agglomerati nel nucleo sono chiamati speckles e sono responsabili di splicing e maturazione RNA.

Reticolo Endoplasmatico

• Il reticolo endoplasmatico (RE) è una struttura membranosa composta da canali, sacchi e
• vescicole, -elicoidale.
• Esso è suddiviso in RE liscio (REL) e RE rugoso (RER).
• REL:- funzione di sintesi e metabolismo degli steroidi, detossificazione, metabolismo farmaci.
• RER: -sintesi di proteine, modificazione post traduzionale, trasporto, controllo qualità.

L'apparato di Golgi

• È un organello cellulare importante per il traffico di vescicole,
• modifica le proteine e i lipidi che riceve,
• subiscono le modifiche biochimiche
• è fondamentale per il ripiegamento e la corretta modificazione delle proteine,
• classificazione dei gruppi glucidici→ creazione della etichetta.

Lisosomi

• Sono vescicole delimitate da una membrana,
• contengono enzimi idrolitici,
• funzione di digestione endocellulare di molecole complesse di vario tipo (proteine, lipidi, zuccheri).
• Le patologie lisosomiali sono molte e possono influenzare vari aspetti.
• processi come l'eterofagia (nutrizione in organismi unicellulari),
• Reazione immunitaria:
• Morfogenesi:
• Digestione extracellulare:
• Autofagia: digestione di materiali cellulari

Il mitocondrio

• Il mitocondrio è un organello a doppia membrana.
• ha una membrana interna e una membrana esterna con funzioni diverse.
• Membrana interna è il luogo dove avviene la fosforilazione ossidativa che è il processo finale della respirazione cellulare,
• La membrana esterna e lo spazio intermembrana sono coinvolti nel trasporto dei metaboliti.
• La matrice mitocondriale sono diversi enzimi, DNA, ribosomi.
• Il mitocondrio ha un DNA, perché deriva da un batterio
• La divisione avviene per scissione.
• Il mitocondrio ha un DNA a doppia elica a forma di anello
• Le proteine che hanno un DNA a doppia elica sono prodotti nel citosol

Processo di replicazione del DNA

• La replicazione inizia con la separazione delle due eliche del DNA
• La duplicazione è semiconservativa
• L'enzima elicasi svolge il DNA a singolo filamento
• Le proteine SSB tengono separati i filamenti singoli di DNA
• DNA polimerasi crea nuovi filamenti
• La DNA polimerasi usa l'RNA come stampo per copiare il tratto di DNA
• Il processo di replicazione inizia in punti chiamati origine di replicazione.
• La velocità di duplicazione è diversa nei due filamenti. Un filamento procede in direzione 5⇒3 e viene chiamato filamento lento o lagging strand
• L'altro filamento procede in direzione 3⇒5 e viene chiamato filamento veloce o leading strand
• I frammenti di Okazaki sono fatti da una copia continua del filamento 5⇒3

Il ciclo cellulare

• Il ciclo cellulare:
• fasi eucarioti: interfase e fase M. L'interfase consiste nelle fasi G1, S, e G2.
• fasi procarioti: duplicazione DNA e divisione cellulare. Il tempo richiesto varia da cellula a cellula.
• La maggioranza delle cellule sono in fase G1 e rimangono li in attesa di segnali.
• Le due fasi della fase M sono: mitosi (divisione genoma e citosol) e citochinesi (separazione finale delle cellule figlie).
• I checkpoint controllano se avviene il corretto evento in ogni fase del ciclo cellulare, e garantisce la replicazione corretta del DNA.
• Nelle cellule tumorali questo processo viene disregolavo e la cellula può proliferare e non morire.

Gene oncosoppressori

• Sono dei geni che in modo naturale inibiscono la crescita e la proliferazione tumorale, quando sono mutati provocano una perdita di funzione dei geni.
• p53
• p15-16
• p27
• p21
• Rb
• APC, che sono legati al cancro al colon

Mutazioni

• Vari cambiamenti nelle sequenze di DNA.
• Mutazioni possono essere:
  • germinali, ereditate nelle generazioni successive.
  • somatiche, acquisite durante la vita di un individuo.
• Mutazioni possono provocare un cambiamento nelle proteine che la cellula sintetizza, a livello strutturale e funzionale.

Telomerasi

• È un enzima che replica/allunga le sequenze ripetute terminali dei cromosomi (telomeri)
• Protegge da danni e allunga i telomeri in modo da mantenere inalterato il materiale genico.
• Le cellule tumorali attivano questa proteina per proliferare più a lungo.

Geni mutatori

• Mutazioni sono una delle cause di cancro
• I geni responsabili delle mutazioni possono essere danneggiati da fattori ambientali (come radiazioni, fumo e agenti chimici).
• Mutazioni possono riguardare la velocità di duplicazione senza che si verifica un danno

Cellule staminali

• Le cellule staminali sono cellule non differenziate in grado di auto rinnovarsi
• Possono differenziarsi in diversi tipi di cellule.
• Le cellule staminali sono rilevanti per la medicina rigenerativa, potendo generare diversi tessuti che possono sussidiare a diversi problemi (es. danneggiamento muscolo).

Matrice extracellulare

• La matrice extracellulare (MEC) è un insieme complesso e altamente dinamico di molecole che riempie gli spazi tra le cellule.
• E’ composta da fibre strutturali (collageni ed elastina) o di proteine adesive (laminina e fibronectina) immerse in un’alta concentrazione di complessi proteoglicanici come il glicosaminoglicani.
• Negli organismi multicellulari, la MEC ha un importante ruolo (struttura, supporto, adesione, crescita, differenziamento). Essa interagisce con diversi fattori di segnalazione e riorganizzazione.
• La polarità della cellula è correlata al posizionamento di queste proteine nell'organismo.

Immunità

Trascrizione

• Il processo mediante il quale il DNA produce un RNA
• La trascrizione avviene in tre fasi principali: inizio, allungamento, terminazione.
• Ci sono vari enzimi implicati in questo processo, es. DNA polimerasi e l'RNA polimerasi che riconoscono una sequenza di DNA (promotore).
• La terminazione inizia in differenti punti sulla sequenza di DNA.

Traduzione

• In questo caso l'RNA viene tradotto in proteina
• avvengono tre fasi principali: l'inizio, l'allungamento, la terminazione
• In queste fasi sono fondamentali i vari tipi di RNA (es. mRNA, tRNA e rRNA) ed i fattori di traduzione.
• Per esempio, il corretto abbinamento a livello di triplette (tra RNA e aminoacidi) è fatto dall'amminoacil-tRNA sintetasi.

Canali ionici

• I canali ionici permettono il passaggio di alcuni ioni, come sodio, potassio, calcio e cloro,
• attraverso la membrana plasmatica.
• Possono essere regolati meccanicamente, o da un ligando specifico.
• I canali possono anche avere un' attivazione dovuta al voltaggio.

Integrine

• Sono una superfamiglia di proteine transmembrana coinvolte in diverse funzioni cellulari importanti.

Sinapsi

• Le sinapsi permettono la comunicazione tra neuroni e con le altre cellule.
• sono di due tipi, elettrica e chimica.
• La sinapsi elettrica: avviene il passaggio diretto di corrente ionica, tramite i canali di connessione delle due cellule (gap junction)
• La sinapsi chimica: l'arrivo di un potenziale d'azione, provoca il rilascio di neurotrasmettitori nella fessura sinaptica. Le molecole rilasciate si legano ai specifici recettori delle membrana post sinaptiche.