Biologia Cellulare PDF

La Biologia cellulare L’insegnamento di Biologia Cellulare affronta lo studio della cellula eucariote animale e degli organelli che la caratterizzano in termini morfo-funzionali e fornisce nozioni relative alla capacità delle cellule di organizzarsi in tessuti ed organi. ...

La Biologia cellulare L’insegnamento di Biologia Cellulare affronta lo studio della cellula eucariote animale e degli organelli che la caratterizzano in termini morfo-funzionali e fornisce nozioni relative alla capacità delle cellule di organizzarsi in tessuti ed organi.  La cellula La cellula è l’unita’ fondamentale di tutti gli organismi viventi. UNA CELLULA E’ COSTITUITA DA UN SISTEMA (BIO)CHIMICO ALTAMENTE ORGANIZZATO Tutti i processi biologici sono il risultato di specifiche interazioni tra le molecole che compongono ciascun organismo, quindi lo studio della biologia non può prescindere dalla conoscenza di base delle molecole che costituiscono la cellula. Quali sono le molecole di interesse biologico?  Le molecole di interesse biologico  L'idrogeno (H) e' il componente principale dell'Universo ed e' il piu' semplice degli elementi chimici. Il suo atomo e' costituito da un nucleo formato da un protone, particella di carica elettrica positiva, attorno a cui si muove un elettrone, con carica di uguale intensita' ma negativa. Figure 2-8a Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)  MOLECOLE Le molecole sono la parte più piccola di un elemento o di un composto capace di esistenza indipendente. Possono essere costituite da due o più atomi uguali o differenti tenuti insieme da legami chimici. Ogni molecola ha una struttura precisa, che ne caratterizza l’attività chimica e biologica.  I legami chimici Legami forti (covalenti) Legami deboli (non covalenti) Legami covalenti (forti): implicano la condivisione di elettroni. Gli atomi che costituiscono le molecole sono tenuti insieme da legami covalenti in cui coppie di elettroni sono condivise da coppie di atomi. Legami non covalenti (deboli): non implicano la condivisione di elettroni, ma piuttosto variazioni più disperse nelle interazioni elettromagnetiche tra molecole o all'interno di una molecola. Legami ionici Legami idrogeno Interazioni idrofobiche Forze di van der Waals Legame idrogeno Il legame a idrogeno è un tipo di legame debole che si forma quando un atomo di idrogeno parzialmente positivo, legato con un legame covalente polare in una molecola, è attratto da un atomo parzialmente negativo, a sua volta legato covalentemente in un’altra molecola. Nei sistemi biologici l’atomo donatore è un atomo di ossigeno o di azoto, legato covalentemente all’idrogeno, mentre l’atomo accettore può essere ossigeno o azoto. Figure 2-15 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) Figure 2-16 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) Table 2-1 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) Table 2-2 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) Figure 2-17 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)  I carboidrati Sono formati da carbonio (C), idrogeno (H) e ossigeno (O), con un rapporto di 1 : 2 : 1. I carboidrati semplici, o zuccheri, possono essere: monosaccaridi (una singola molecola di zucchero) disaccaridi (due monosaccaridi) Gli organismi li usano come fonti di energia e componenti strutturali. 19  I monosaccaridi e i disaccaridi I carboidrati semplici forniscono energia a pronto rilascio. Il glucosio è un monosaccaride ed è la principale fonte di energia dei viventi. La sua formula molecolare è C6H12O6. 20  I monosaccaridi e i disaccaridi Il ribosio (C5H10O5) e il desossiribosio (C5H10O4) sono monosaccaridi importanti in quanto molecole costitutive degli acidi nucleici RNA e DNA. Il saccarosio è un disaccaride, ed è la forma in cui gli zuccheri sono trasportati nelle piante. È formato da due monosaccaridi (glucosio e fruttosio) uniti grazie a una reazione di condensazione. Il lattosio è un disaccaride che si trova nel latte. Deriva dall’unione di una molecola di glucosio e una di galattosio (un isomero del glucosio). 21  I polisaccaridi Sono carboidrati complessi con due tipi di funzioni: Riserva – il glucosio è immagazzinato come amido nelle piante, come glicogeno negli animali e nei funghi; Struttura – la cellulosa è contenuta nelle piante, la chitina in alcuni animali e funghi 22 Figure 2-19 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) Figure 2-20 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)  I lipidi I lipidi o grassi, sono composti organici largamente diffusi in natura, sono struturalmente molto diversificati. Sono costituiti prevalentemente da atomi di carbonio e di idrogeno uniti tra loro con legami covalenti scarsamente polari (caratteristica che conferisce il comportamento idrofobico). 26 Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018  Grassi e oli sono riserve di energia Gli acidi grassi possono essere: saturi – non presentano doppi legami tra gli atomi di carbonio della catena idrocarburica insaturi – hanno uno o più doppi legami tra gli atomi di carbonio della catena 27 Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018  Gli steroidi e le cere Gli steroidi stabilizzano la membrana esterna delle cellule, oppure hanno funzioni ormonali. Le cere formano uno strato protettivo che riduce la perdita di acqua. In molti animali proteggono e mantengono in salute la cute e il pelo. 28 Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018 Figure 2-21 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)  I fosfolipidi sono componenti della membrana plasmatica Come i lipidi, i fosfolipidi contengono glicerolo e tre gruppi a esso legati. Nei fosfolipidi il terzo gruppo è un fosfato polare. 30 Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018 Figure 2-22 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)  Le proteine Le proteine sono macromolecole biologiche costituite da catene di amminoacidi legati l’uno all'altro da un legame peptidico (ovvero un legame tra il gruppo amminico di un amminoacido e il gruppo carbossilico dell'altro amminoacido, creato attraverso una reazione di condensazione con perdita di una molecola d'acqua). Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018  Le proteine Le proteine svolgono molte funzioni: sostegno – in forma di cheratina (nei capelli e nelle unghie) e di collagene (nei legamenti e nei tendini) metabolismo – gli enzimi catalizzano le reazioni trasporto – le proteine di trasporto della membrana plasmatica fanno entrare e uscire sostanze dalla cellula difesa – gli anticorpi distruggono gli agenti patogeni e prevengono le infezioni regolazione – alcuni ormoni, come l’insulina, sono proteine di regolazione movimento – l’actina e la miosina sono componenti dei tessuti muscolari 33 Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018  Una proteina è un polimero formato da una sequenza di amminoacidi Gli amminoacidi sono essenzialmente composti da: un atomo di carbonio centrale un gruppo amminico (−NH2) un gruppo carbossilico (−COOH) un gruppo R, che è variabile e rappresenta il resto della molecola Le proteine dei viventi contengono una ventina di amminoacidi diversi, combinati in un enorme numero di sequenze possibili. 34 Figure 2-23 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) Figure 2-24 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) Figure 2-25 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)  Gli acidi nucleici Un acido nucleico è un polimero di nucleotidi. DNA ed RNA portano informazioni sotto forma di codici. Un nucleotide è un complesso molecolare formato da: un fosfato – l’acido fosforico uno zucchero pentoso una base azotata – guanina, adenina, citosina, timina o uracile 38 Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018 Il DNA (acido desossiribonucleico) Si trova all’interno del nucleo e contiene l’informazione genetica. I nucleotidi sono allineati lungo due filamenti con struttura a doppia elica. Il suo zucchero pentoso è il desossiribosio. Le sue basi azotate sono la guanina, l’adenina, la citosina e la timina. 39  L’RNA (acido ribonucleico) Convoglia le informazioni codificate nei geni dal DNA ai ribosomi per la sintesi proteica. I nucleotidi sono allineati lungo un unico filamento. Il suo zucchero pentoso è il ribosio. Le sue basi azotate sono la guanina, l’adenina, la citosina e l’uracile. 40  ATP L’adenosin-trifosfato (ATP) è un nucleotide composto da tre parti: la base adenina lo zucchero pentoso ribosio tre gruppi fosfato legati tra loro da legami covalenti 41 L’ATP è il trasportatore di energia delle cellule L’ATP è una molecola ad alta energia: la rottura dei legami covalenti dei due gruppi fosfato più esterni da parte di un enzima (idrolisi) libera infatti molta energia. 42 Figure 2-26 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) Figure 2-27 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) Figure 2-28 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) Figure 2-29 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) Table 2-3 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) Figure 2-30 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) Figure 2-32 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) Figure 2-34 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) Figure 2-36 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)