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FISIOLOGIA ??? = scienza che studia il normale funzionamento di un organismo e delle parti che lo compongono = applicazione pratica delle leggi della fisica e della chimica per la comprensione del funzionamento degli organismi viventi chimica, fisica, biolog...

FISIOLOGIA ??? = scienza che studia il normale funzionamento di un organismo e delle parti che lo compongono = applicazione pratica delle leggi della fisica e della chimica per la comprensione del funzionamento degli organismi viventi chimica, fisica, biologia, e anatomia La cellula unità fondamentale dei viventi forma e dimensioni varie nel corpo si comporta come organismi unicell La cellula ORGANISMO UMANO formato da 100.000 miliardi di cellule presenta + di 250 diversi tipi di cellule, diversi per dimensione, forma e funzione specifica cellule altamente specializzate interazione tra cell → complessità organismo La cellula: costituenti cellulari ?????? costituenti della cell dal punto di vista chimico ?????? La cellula: costituenti cellulari 98% del peso del corpo umano è costituito da 6 elementi: ossigeno (O), carbonio (C), idrogeno (H), azoto (N), calcio (Ca) e fosforo (P)  La cellula: costituenti cellulari C, H, O, P, N si combinano a formare gli elementi costitutivi della cell Elementi costitutivi Macromolecole Aminoacidi Proteine Lipidi Carboidrati Polisaccaridi (monosaccaridi) Nucleotidi Acidi nucleici  La cellula: costituenti cellulari ricorda che: CONDENSAZIONE = formazione di legame tra 2 molecole (o tra 2 parti della stessa molecola) con perdita di una molecola d’H2O IDROLISI = rottura di un legame per aggiunta di una molecola d’H2O  La cellula: costituenti cellulari MACROMOLECOLE: formate da strutture complesse (polimeri) ottenute per condensazione di molecole semplici (monomeri) durante digestione vengono scomposte in monomeri e assorbiti come tali per poi ricostruire macromolecole > parte ha vita breve rispetto la cell (continua demolizione e sostituzione) tranne DNA partendo dagli stessi monomeri si possono costruire macromolecole diverse in composizione e struttura  La cellula Elementi costitutivi Macromolecole Aminoacidi Proteine Lipidi Carboidrati Polisaccaridi (monosaccaridi) Nucleotidi Acidi nucleici  Aminoacidi unità strutturale delle proteine sono 20 α caratterizzati da - gruppo aminico - gruppo carbossilico - gruppo R ✓ catena laterale ✓ gruppo funzionale ✓ determina caratteristiche chimico-fisiche ✓ influenza la solubilità Gruppo funzionale ✓ classifica gli aa in apolari, polari a pH neutro: ioni bipolari (COOH→COO- ; NH2→NH3+) tamponi biologici Aminoacidi Apolari ✓ no scambio di e- ✓ no legami H o ionici ✓ idrofobici Polari idrofili legami H con H2O sono privi di carica carichi NH2 COOH  Aminoacidi Gruppo Aminoacidi R glicina alanina valina 20 aminoacidi leucina Non prolina polare metionina isoleucina fenilalanina 12 non triptofano essenziali serina Polare treonina asparagina PROTEINE non glutammina carico tirosina 8 essenziali cisteina lisina arginina Polare istidina carico acido aspartico acido glutammico  Aminoacidi: funzioni sintesi proteica produzione di E (aa ramificati) precursori di composti di rilevanza biologica: - aa solforati (met, cys)→ glutatione (antiossidante contro radicali liberi) - triptofano → niacina (vit. PP) neurotrasmettitori (serotonina) ormoni (melatonina) 2-9 aa = dipeptide 10-100 aa = polipeptide > 100 aa = proteina  Proteine: struttura primaria Sequenza lineare – mai in natura  Proteine: struttura secondaria - più comune - R verso esterno - legami H ✓ intracatena. ✓ paralleli asse ✓ 4° aa - proteine fibrose elastiche - (capelli, lana, pelle, unghie) Proteine: struttura secondaria foglietto β - 2 o + catene (max 10) - legami H: intercatena - a zig-zag - R verso esterno  Proteine: struttura terziaria - Ripiegamento nello spazio α elica - Interazioni tra aa lontani foglietto β - Ponti H anche tra R regioni di connessione - Ponti S-S interazione tra gruppi R - Proteine fibrose (cheratina) o globulari (Ig)  Proteine: struttura terziaria classificate in: FIBROSE GLOBULARI - insolubili in H2O - solubili in H2O - nel ts connettivo - Ig - seta, collagene, α-cheratina La forma influenza la funzione e può essere modificata da mutazioni ma anche dall’ambiente (denaturazione = perdita di forma → perdita di funzione)  Proteine: struttura quaternaria - Interazioni tra più catene - Disposizione spaziale - Proteine multimeriche - Es. Hb  Proteine: funzioni ✓ Enzimatica: catalizzano reazione specifica ✓ Strutturale: rinforzo e protezione (collagene, elastina) ✓ Deposito: riserva di nutrienti (aa) ✓ Trasporto: proteine trasportatrici, canale, pompe ✓ Regolazione: ormoni (insulina, fattori di crescita); controllano l’espressione di specifici geni ✓ Motilità: movimenti cellulari (actina e miosina) ✓ Protezione: anticorpi ✓ Comunicazione: mediano comunicazione tra cell distanti nell’organismo ✓ Recettoriale: permettono a cell di rispondere a stimoli esterni Proteine: enzimi - struttura coenzima apoenzima oloenzima oloenzima - Gruppo prostetico: sempre saldamente legato a porzione proteica - Coenzima: dissociabile, molecola organica (NAD, FAD) - Cofattore: dissociabile, ione (Fe, Cu, Zn)  Proteine: enzimi - struttura Sito attivo o catalitico nella porzione proteica responsabile del riconoscimento substrato simile a piccola fenditura Proteine: enzimi – meccanismo d’azione Proteine: enzimi – meccanismo d’azione Assorbimento di energia, formazione Prodotto (P) legame attraverso Substrati (S) sintesi per disidratazione Complesso enzima- Cambiamenti substrato (E-S) strutturali complesso Enzima (E) E-S Enzima (E) catalizzano formazione o scissione di molecole En : no modificazione → riutilizzabile Proteine: funzione enzimatica enzimi e reazioni  La cellula Elementi costitutivi Macromolecole Aminoacidi Proteine Lipidi Carboidrati Polisaccaridi (monosaccaridi) Nucleotidi Acidi nucleici  Lipidi: caratteristiche 18-25% massa corporea idrocarburi poco solubili in acqua solubili in solventi apolari non polimerizzano a diversa natura chimica corrisponde diversa funzione  Lipidi: funzioni ✓ Strutturale: compongono membrane ✓ Riserva energetica: deposito di trigliceridi (ts. sdiposo) ✓ Termica: - produzione di calore (grasso bruno) - isolamento termico (grasso sottocutaneo) ✓ Protezione meccanica: - isola da ambiente esterno - cuscinetto protettivo contro urti ✓ Bioregolatoria: loro idrolisi formazione di 2° messaggeri chimici o ormoni (surrene, ormoni sessuali) ✓ Vitamine: D, E, K e precursori vit A  Lipidi: classificazione ACIDI GRASSI acidi carbossilici a lunga catena TRIGLICERIDI glicerolo esterificato con tre molecole di acido grasso FOSFOLIPIDI contengono un gruppo fosforico polare GLICOLIPIDI lipidi legati a carboidrati STEROIDI formati da 4 anelli condensati a cui sono legate catene laterali e gruppi funzionali VITAMINE LIPOSOLUBILI vit. D, E, K, carotenoide (vitA)  Lipidi: acidi grassi testa ac. carbossilico idrofila costituenti essenziali dei lipidi catene idrocarburiche no ramificazioni testa polare (COOH) coda apolare anfipatiche saturi o insaturi coda idrocarburica idrofobica sempre legati ad altre classi lipidiche  Lipidi: trigliceridi + abbondanti riserva energetica alcool a 3C + ac. grassi neutri, apolari completamente insolubili in H2O legame glicerolo-ac. grasso = disidratazione R-=o≠ - saturi e/o insaturi sono GRASSI: > saturi OLI: > insaturi glicerolo acidi grassi trigliceride  Lipidi: fosfolipidi complessi C, H, O, P, N Testa = gruppo organico (colina) + P legato a glicerolo o sfingosina Coda: 2 ac. grassi (1 saturo e 1 insaturo) compongono membrane biologiche P  Lipidi: steroidi nucleo steroideo scheletro idrofobico circolano nel plasma associate Colesterolo a molecole idrofile Cortisolo (gluconeogenesi, antiinfiammatorio) Ormoni sessuali Testosterone Estradiolo  La cellula Elementi costitutivi Macromolecole Aminoacidi Proteine Lipidi Carboidrati Polisaccaridi (monosaccaridi) Nucleotidi Acidi nucleici  Carboidrati: Cn(H2O)n Monosaccaridi idrati del C 2-3% massa corporea precursori di molte biomolecole unità costitutiva = monosaccaride (3-7 C) posizione COOH - terminale: aldosi Aldoso Chetoso - interna: chetosi glucosio  Carboidrati: disaccaridi H2O legame glicosidico tra C1 e C4 Carboidrati: polisaccaridi amido glicogeno cellulosa oligosaccaride = 3-10 monosaccaridi polisaccaridi >10 monosaccaridi ramificati o lineari riserva energetica architettura tridimensionale→ strutture stabili  Carboidrati: funzioni ✓ Fonte energetica: utilizzati per formare ATP x attività metaboliche ✓ Riserva energetica: amido, glicogeno (cell. epatiche e muscolari) ✓ Strutturale: cellulosa (parete cell vegatali) ✓ Di sintesi: acidi nucleici  La cellula Elementi costitutivi Macromolecole Aminoacidi Proteine Lipidi Carboidrati Polisaccaridi (monosaccaridi) Nucleotidi Acidi nucleici Nucleotidi: struttura Nucleoside  Nucleotidi: struttura si uniscono tra loro tramite legame fosfodiesterico tra gruppo -OH del pentoso di un nucleotide e gruppo -PO4 del nucleotide successivo con eliminazione di 1 H2O Acidi nucleici: DNA struttura Doppia elica Filamenti complementari e antiparalleli basi azotate unite in modo orientamento opposto complementare: A=T; C ≡ G  Acidi nucleici: DNA importanza «Molecola della vita» Stabile Di facile duplicazione Informazione genetica Sintesi proteica DNA RNA Proteine Trascrizione Traduzione Dogma centrale della biologia Acidi nucleici: DNA… Dogma centrale della biologia Acidi nucleici:DNA…informazione genetica 1928: Griffith primi indizi su molecola in grado di trasferire informazione genetica - «principio trasformante»- R S S rugoso, no capsula, liscio, capsula gelatinosa, Miscela R e S ucciso da calore no virulento virulento ? patogenicità nella capsula? S S Acidi nucleici:DNA…informazione genetica Avery, McLeod, McCarty identificano chimicamente il «principio trasformante» (1944) separazione varie componenti da estratto cellulare di batteri tipo S (virulenti) varie componenti separate messe a con batteri R (non virulenti) RNasi degrada RNA ? RNA o DNA ? e non DNA DNasi degrada DNA e non RNA DNA = principio trasformante!!! Acidi nucleici: DNA ipotesi replicazione DNA originario dopo generazione successiva 1 replicazione Due doppie eliche SEMI-CONSERVATIVA entrambe formate da un’elica vecchia e una nuova Una doppia elica vecchia e CONSERVATIVA una neo-sintetizzata Frammenti di elica neo- sintetizzata interposti DISPERSIVA casualmente con frammenti delle eliche materne preesistenti (vecchia) Acidi nucleici: DNA replicazione repliconi forcella di replicazione Semiconservativa Bidirezionale Repliconi: elicasi – srotola 2 filamenti - rompe ponti H Forcelle di replicazione: punti di apertura lungo DNA Acidi nucleici: DNA replicazione DNA polimerasi: - unisce i nucleotidi vecchi-nuovi - aggiunge nucleotidi in 3’→ replicazione 5’-3’ Replicazione in ≠ modo sui 2 filamenti Principale o veloce Secondario o lento - in continuo in piccoli frammenti (di Okazaki):- sintetizzati in - filamento stampo 3’-5’ direzione opposta a forcella - DNA ligasi Acidi nucleici: DNA replicazione Acidi nucleici: RNA RNA DNA Acidi nucleici: RNA Ribosoma Subunità 60S Subunità 40S mRNA tRNA rRNA Acidi nucleici: RNA Acidi nucleici: replicazione DNA vs RNA ANALOGIE DIFFERENZE Apertura e despiralizzazione della RNA prodotto è a singolo filamento, doppia elica del DNA; esposizione delle complementare solo a 1 dei filamenti basi sul filamento stampo per la sintesi di DNA Nuovo filamento di RNA si stacca dal Ribonucleotidi si aggiungono 1 alla volta DNA stampo, spostato dall’elica di DNA che si riforma Sequenza dei nucleotidi della nuova Molecole di RNA sono molto + corte catena di RNA viene determinata per (poche migliaia di nucleotidi) di quelle appaiamento complementare sullo di DNA (fino a 250 milioni di stampo di DNA nucleotidi)  Nucleotidi: ATP Legami altamente energetici Adenina Gruppi fosfato Ribosio molecola energetica legami altamente energetici gruppi PO4- carichi negativamente Nucleotidi: ATP energeticamente favorevole  Nucleotidi: ATP E liberata da ATP utilizzata per compiere: Lavoro chimico - reazioni sfavorevoli Lavoro di trasporto attraverso membrana Lavoro meccanico – contrazione muscolare  Nucleotidi: NAD+-NADH nicotinammide adenina NAD+ NADH Funzione energetica nelle ossidoriduzioni biologiche 2 nucleotidi uniti da legame fosfo-anidridico tra gruppi fosforici Nucleotidi : ribosio + base azotata → adenina → nicotinammide - (niacina o vit PP o vit B3) - derivata da pirimidina - dona/accetta H+ Forma ridotta (NADH) trasferisce elettroni (E) a altre molecole Nucleotidi: NADP+-NADPH