Bio Doc PDF - Chimica e Biologia

I LEGAMI CHIMICI I legami chimici sono interazioni tra atomi che formano molecole, coinvolgendo principalmente gli elettroni del livello più esterno e modificando la struttura elettronica degli atomi. La loro formazione segue la teoria dell’ottetto di Lewis. I legami chimici si dividono in due categ...

I LEGAMI CHIMICI I legami chimici sono interazioni tra atomi che formano molecole, coinvolgendo principalmente gli elettroni del livello più esterno e modificando la struttura elettronica degli atomi. La loro formazione segue la teoria dell’ottetto di Lewis. I legami chimici si dividono in due categorie principali: interatomici e intermolecolari. Legami interatomici 1. Legame covalente: Si forma tra atomi con elettronegatività uguale o simile, che non sono metallici. Esistono tre varianti principali: - Legame covalente puro: Tra atomi con la stessa elettronegatività. - Legame covalente polare: Tra atomi con elettronegatività diversa. - Legame dativo: Un atomo dona una coppia di elettroni a un altro; una volta formato, è indistinguibile da un normale legame covalente. Il legame covalente può essere semplice, doppio o triplo, a seconda del numero di elettroni condivisi. 2. Legame ionico: Si verifica quando un atomo meno elettronegativo cede elettroni a uno più elettronegativo. 3. Legame metallico: Si stabilisce tra atomi di elementi metallici. Legami e forze intermolecolari Le forze intermolecolari sono interazioni tra due o più molecole, tra cui: 1. Forze di van der Waals: Interazioni elettrostatiche deboli che possono essere di tre tipi: - Interazione dipolo-dipolo (Keesom): Tra dipoli permanenti. - Forza di Debye: Tra un dipolo permanente e uno indotto. - Forza di London: Tra dipoli istantanei indotti. Pur essendo deboli, queste forze sono fondamentali in processi biologici come il ripiegamento delle proteine. 2. Interazioni idrofobe: Non formano veri legami chimici ma riducono il contatto tra molecole non polari e acqua, contribuendo a processi biologici come la formazione delle membrane cellulari. 3. Legame a idrogeno: Si forma quando un atomo di idrogeno è vicino a un atomo fortemente elettronegativo, come ossigeno o azoto. Questo legame è essenziale nella struttura di proteine e acidi nucleici. PROPRIETÀ DELL'ACQUA L'acqua, grazie alla sua polarità, ha un elevato potere solvente. I composti ionici e polari (idrofili) si dissolvono in acqua, mentre le molecole non polari (idrofobe) no. Tra le proprietà dell’acqua troviamo: - Coesione tra molecole. - Elevata tensione superficiale. - Elevato punto di ebollizione e calore specifico. - Elevato calore di evaporazione. pH e sistemi tampone L’acidità di una soluzione è espressa dal pH, che misura la concentrazione degli ioni H+: - Soluzione acida: [H3O+] > 10^-7 M. - Soluzione neutra: [H3O+] = 10^-7 M. - Soluzione basica: [H3O+] < 10^-7 M. Il pH dei fluidi biologici deve rimanere stabile per evitare gravi patologie. Ad esempio, il sangue deve mantenere un pH costante per prevenire condizioni pericolose come il coma acidosico o la tetania alcalosica. I sistemi tampone nel corpo aiutano a regolare il pH, mantenendolo entro limiti sicuri. Le soluzioni tampone contengono miscele di soluti che contrastano le variazioni di pH dovute all’aggiunta di acidi o basi forti, garantendo così la stabilità dell’ambiente biologico. LIPIDI I lipidi rappresentano una riserva energetica importante. Il valore calorico di 1g di lipidi è circa il doppio rispetto a quello di zuccheri e proteine (circa 9,46 kcal/g contro 4,15 kcal/g). Più del 95% delle riserve lipidiche nel corpo umano si trova sotto forma di TRIGLICERIDI ; un uomo sano di 70 kg ne ha circa 15 kg. Inoltre, i lipidi accumulati nel tessuto sottocutaneo (sotto il derma) fungono da isolante termico. I lipidi alimentari forniscono acidi grassi essenziali, come l'acido linoleico (omega-6) e l'acido linolenico (omega-3), che non vengono sintetizzati dall'organismo, e sono veicoli per le vitamine liposolubili (A, D, E, K). Una riduzione eccessiva di lipidi nella dieta può diminuire l'assorbimento vitaminico. Gli adipociti sono cellule che accumulano grasso: - Adipociti bianchi: che hanno come funzione principale quello, appunto di accumulo di grasso - Adipocita bruno: la sua principale funzione è la termoregolazione e si differenza da quello bianco dal fatto che il contenuto lipidico è distribuito in più gocciole di grasso oppure in unica gocciolina centrale; il citoplasma è diffuso in tutto lo spazio cellulare e riccamente farcito di mitocondrio; nucleo centrale e le cellule adipose sono maggiormente innervate e vascolarizzate. Funzioni dei Lipidi Oltre alla riserva energetica, i lipidi hanno altre funzioni: - Isolamento Termico: Deposito di grassi nel tessuto sottocutaneo. (adipocita bruno) - Protezione Meccanica: Accumulo vicino a organi come cuore, fegato, milza, reni, encefalo e midollo spinale. - Ruolo strutturale: I fosfolipidi sono fondamentali nella formazione delle membrane biologiche, separando compartimenti acquosi con diversa composizione, essenziali per la vita. - Messaggeri intracellulari e ormoni: Alcuni lipidi fungono da ormoni e mediatori chimici extracellulari, come gli ormoni corticosurrenalici e sessuali. - Accumulo in cuscinetti adiposi: Questi ammassi di grasso servono a proteggere aree specifiche del corpo, come le membrane sinoviali (strato di rivestimento interno della capsula articolare che ha il compito di facilitano il movimento). Tipi di Lipidi 1. Lipidi Semplici o Non Polari (Neutri) - Trigliceridi: Sono i più comuni e servono come riserva energetica e isolante termico. Nei trigliceridi, gli acidi grassi sono legati al glicerolo; possono essere solidi (grassi) o liquidi (oli) a temperatura ambiente. - Cere: Esteri di acidi grassi con alcool a catena lunga, presenti sulla superficie della pelle e dei capelli con funzione idrorepellente. 2. Lipidi Complessi (Coniugati o Composti) - Fosfolipidi: Costituiscono le membrane biologiche. I fosfogliceridi e gli sfingolipidi sono i principali componenti delle membrane cellulari, mentre i fosfogliceridi contengono glicerolo, acidi grassi e un gruppo fosfato. Gli sfingolipidi, presenti nelle cellule nervose, sono basati sulla sfingosina. - Glicolipidi: Combinazione di lipidi e carboidrati. Gli sfingoglicolipidi si suddividono in cerebrosidi, globosidi e gangliosidi, importanti nelle membrane cellulari. 3. Lipoproteine Plasmatiche - Sono particelle sferiche che trasportano lipidi dal fegato ai tessuti e dall'intestino al fegato. Sono classificate in base alla loro densità: chilomicroni, lipoproteine a bassa e bassissima densità (LDL, VLDL), e lipoproteine ad alta densità (HDL). Lipidi Derivati I lipidi derivati includono ormoni steroidei, acidi grassi, steroli e corpi chetonici. Tra i principali steroli, il colesterolo è il più abbondante e costituisce un componente essenziale delle membrane cellulari animali. Gli ormoni steroidei, derivati dal colesterolo, sono messaggeri chimici che influenzano l'attività delle cellule bersaglio. Acidi Grassi Gli acidi grassi sono lipidi costituiti da una catena idrocarburica lineare e da un gruppo carbossilico (- COOH). Possono essere saturi (senza doppi legami) o insaturi (con uno o più doppi legami). Gli acidi grassi polinsaturi contengono almeno due doppi legami, mentre i monoinsaturi ne contengono uno solo. CARBOIDRATI O GLUCIDI I carboidrati sono sintetizzati dalle piante attraverso la fotosintesi, utilizzando l'anidride carbonica (CO2) dell'aria, l'acqua (H2O) del suolo e l'energia solare. I carboidrati sono la principale fonte di energia a rapida utilizzazione: infatti, i globuli rossi (eritrociti) e i neuroni (cellule nervose) utilizzano normalmente solo il glucosio come fonte energetica. Tutti i carboidrati assunti con la dieta vengono convertiti quasi completamente in glucosio attraverso processi digestivi e metabolici. Anche alcuni amminoacidi possono essere convertiti in glucosio tramite processi metabolici. Una dieta povera di carboidrati può portare a un aumento dell'utilizzo dei lipidi e delle proteine come fonte energetica. I carboidrati possono anche formare strutture complesse che fungono da marcatori nel riconoscimento cellulare. Un esempio importante è rappresentato dai carboidrati legati a proteine e lipidi sulla superficie cellulare, che formano glicoproteine e glicolipidi, riconosciuti da molecole complementari. Gli oligosaccaridi complessi legati a molecole lipidiche sulla superficie dei globuli rossi, come gli antigeni A, B e 0, determinano i gruppi sanguigni umani. Classificazione dei Carboidrati - Monosaccaridi: zuccheri semplici, costituiti da un'unica unità. Possono avere un gruppo aldeidico (aldosi) o chetonico (chetosi) e vengono classificati in base al numero di atomi di carbonio (triosi, tetrosi, pentosi, esosi). I monosaccaridi si presentano in due conformazioni stereoisomeriche, D e L, ma negli organismi viventi prevale la forma D. In soluzione acquosa, i monosaccaridi tendono a formare strutture cicliche, che costituiscono oltre il 99% delle molecole di glucosio in condizioni fisiologiche. Questa ciclizzazione genera due forme alternative, alfa e beta, che differiscono per la posizione del gruppo -OH sul carbonio 1. - Disaccaridi: costituiti da due monosaccaridi uniti da un legame covalente chiamato legame glicosidico, che si forma attraverso una reazione di condensazione con eliminazione di una molecola d'acqua (H2O). A seconda della posizione del gruppo -OH sul carbonio 1 coinvolto nel legame, si può formare un legame alfa- glicosidico o beta-glicosidico. - Oligosaccaridi: costituiti da 3 a 20 monosaccaridi uniti da legami glicosidici di vari tipi. Possono essere legati a proteine (glicoproteine) o lipidi (glicolipidi) sulla superficie cellulare, dove fungono da segnali di riconoscimento. Si distinguono in omo-oligosaccaridi, costituiti da un solo tipo di monomero, e oligosaccaridi complessi, formati da diversi tipi di monomeri. Le differenze nelle catene oligosaccaridiche complesse legate ai glicolipidi sulle membrane dei globuli rossi determinano i diversi gruppi sanguigni umani del sistema AB0. - Polisaccaridi: grandi polimeri costituiti da centinaia o migliaia di monosaccaridi. Un esempio di polisaccaride è il glicogeno, una forma di riserva del glucosio nei mammiferi, presente principalmente nel fegato e nei muscoli scheletrici. Nei vegetali, la cellulosa svolge una funzione strutturale ed è il polisaccaride più abbondante sulla Terra. Tuttavia, l'uomo non è in grado di digerire la cellulosa a causa dell'assenza di enzimi specifici, come le cellulasi, che sono presenti in alcuni microrganismi e funghi. L’apporto glucidico è la quantità di carboidrati consumati, e ha una quota “non disponibile” ai fini nutritivi che sono la fibra alimentare comprende polisaccaridi non amidacei (cellulosa, emicellulosa, pectina, lignina) e altre sostanze vegetali che non possono essere digerite dagli enzimi umani. Pur non avendo un valore nutritivo diretto, la fibra è importante per la sua azione meccanica nell'intestino, dove favorisce la peristalsi e il movimento del chimo grazie alle sue proprietà gelificanti e idrofile. La cellulosa sono una famiglia di enzimi ad attività combinata: - Endocellulasi: rompere i legami della struttura esponendo le singole catene - Esocellulasi: preleva per idrolisi unità dalle catene prodotte dando luogo ai monosaccaridi con più di un atomo di carbonio nella catena - Cellobiasi: idrolizza i prodotti della esocellulasi formano singoli monosaccaridi di glucosio. La chitina è un polisaccaride strutturalmente è simile alla cellulosa, ma il monomero è N- acetilglucosammina, che costituisce la parte rigida delle pareti cellulari dei funghi. PROTEINE: FUNZIONI E STRUTTURA Le proteine, che sono degli insiemi di amminoacidi, svolgono diverse funzioni essenziali per l'organismo: - Strutturale: forniscono supporto meccanico a cellule e tessuti. - Trasporto: veicolano molecole e ioni. - Recettoriale: captano segnali esterni e li trasmettono all'interno della cellula. - Segnalazione: trasferiscono segnali tra cellule. - Accumulo: immagazzinano sostanze all'interno di cellule e tessuti. - Regolazione genica: si legano al DNA per attivare o disattivare geni. - Enzimatica: agiscono da catalizzatori biologici, accelerando le reazioni chimiche. Una molecola è detta chirale quando non è sovrapponibile alla sua immagine speculare. Gli isomeri ottici o enantiomeri sono coppie di molecole chirali, che sono immagini speculari l'una dell'altra e non sovrapponibili. Gli amminoacidi, ad eccezione della glicina, sono chirali ed esistono in due forme isomeriche, designate come D e L in base alla disposizione degli atomi attorno al carbonio asimmetrico, simile alla D- o L- gliceraldeide. La maggior parte delle proteine nei viventi è composta da L-amminoacidi; i D-amminoacidi sono rari, presenti in alcuni microrganismi, invertebrati marini, e in piccola quantità nei mammiferi. Gli amminoacidi (AA) sono raggruppati in base alle proprietà delle loro catene laterali o gruppi R. A pH 7.2, il pH cellulare, le catene laterali acide e basiche sono idrofile. Le piante e i batteri sintetizzano tutti gli amminoacidi necessari, mentre gli amminoacidi essenziali sono quelli che gli animali devono ottenere dalla dieta. Ogni specie animale ha amminoacidi essenziali specifici, diversi tra loro. *il gruppo carbossilico -COOH lega covalentemente -NH2 togliendo H2O → sintesi proteica* Nonostante ci siano solo 20 amminoacidi, la varietà di proteine è enorme grazie alla combinazione di amminoacidi in sequenze diverse, chiamate polipeptidi. Ogni polipeptide ha una direzionalità intrinseca, con un gruppo amminico libero a un'estremità (estremità N-terminale) e un gruppo carbossilico libero all'altra estremità (estremità C-terminale). Le proteine hanno una forma tridimensionale o conformazione che dipende dalla sequenza di amminoacidi, dai ripiegamenti della catena polipeptidica e dalla sua organizzazione nello spazio. Le proteine presentano quattro livelli di organizzazione strutturale: 1. Struttura primaria: sequenza lineare di amminoacidi nella catena polipeptidica. 2. Struttura secondaria: regioni della catena polipeptidica che si avvolgono o ripiegano in modo regolare, stabilizzate da legami idrogeno tra gli atomi dei legami peptidici. Esistono due tipi principali di strutture secondarie: - α-elica: struttura elicoidale stabilizzata da legami idrogeno intramolecolari. - Foglietto β: struttura pieghettata stabilizzata da legami idrogeno intramolecolari o intermolecolari tra catene polipeptidiche parallele o antiparallele. 3. Struttura terziaria: disposizione tridimensionale complessiva della catena polipeptidica, stabilizzata da interazioni idrofobiche, ioniche, legami idrogeno e ponti disolfuro tra i gruppi R degli amminoacidi. 4. Struttura quaternaria: disposizione delle subunità polipeptidiche in proteine multimeriche, come l'emoglobina, che è composta da quattro catene polipeptidiche (due α e due β) connesse tramite legami simili a quelli della struttura terziaria. Per stabilizzare la struttura terziaria abbiamo bisogno: - Interazioni idrofobiche o idrofile: nel caso idrofobo abbiamo una riduzione del contatto proteine- acqua; invece, nel caso idrofilo abbiamo il contatto con l’acqua - Legami ionici che si stabilizzano tra due gruppi di residui di diversi amminoacidi - Legami idrogeno: deriva dalla attrazione dei gruppi - Legami disolfuri: si formano tra due gruppi -SH, che in seguito ad una reazione i due gruppi perdono i rispettivi atomi di idrogeno e si legano tra loro mediante il legame covalente -S-S-. Le proteine possono essere classificate in: - Proteine fibrose: hanno una struttura allungata e svolgono ruoli strutturali, di protezione e sostegno. - Proteine globulari: hanno una struttura compatta e solubile in acqua, coinvolte in funzioni enzimatiche, ormonali e di trasporto. Un esempio di proteina multimerica è l'insulina, formata da due catene polipeptidiche legate da ponti disolfuro, essenziali per il mantenimento della sua conformazione e funzione. Modificazioni Post-Traduzionali Le proteine possono subire modificazioni post-traduzionali, come: 1. Acetilazione: aggiunta di un gruppo acetile (-COCH3). 2. Metilazione: aggiunta di un gruppo metile (-CH3). 3. Glicosilazione: aggiunta di zuccheri, formando glicoproteine, coinvolte in difesa e segnalazione. 4. Fosforilazione: aggiunta di un gruppo fosfato, che può attivare o inibire l'attività enzimatica tramite cambiamenti conformazionali. Gli agenti denaturanti possono alterare le strutture secondaria, terziaria e quaternaria delle proteine, compromettendone la funzione biologica. ACIDI NUCLEICI Gli acidi nucleici sono macromolecole formate da monomeri chiamati nucleotidi (o nucleosidi monofosfato). Ogni nucleotide è composto da tre componenti principali: - Zucchero a cinque atomi di carbonio (pentoso) - Base azotata - Gruppo fosfato Nelle basi azotate che costituiscono gli acidi nucleici, vi sono due classi: - Pirimidina: citosina, timina - Purine: adenina, guanina I nucleotidi sono uniti tra loro da legami fosfodiesterici (o fosfodiesteri), legami covalenti in cui il gruppo fosfato in posizione 5’ di un nucleotide si lega covalentemente al gruppo ossidrilico (-OH) del carbonio 3' dello zucchero del nucleotide adiacente. Questo conferisce ai polimeri una direzionalità intrinseca, con un'estremità 5’ (in cui sporge il gruppo fosfato) e un'estremità 3’ (dove si trova il gruppo -OH). Differenze tra DNA e RNA: - DNA: Zucchero = desossiribosio; basi azotate = adenina (A), timina (T), citosina (C), guanina (G). Il DNA è costituito da due filamenti antiparalleli e complementari che formano una doppia elica. Le basi A e T sono accoppiate tramite due legami idrogeno, mentre C e G sono accoppiate tramite tre legami idrogeno. - RNA: Zucchero = ribosio; basi azotate = adenina (A), uracile (U), citosina (C), guanina (G). L’RNA è generalmente a singolo filamento e non forma una doppia elica, tranne in alcuni virus. Tuttavia, può piegarsi su sé stesso creando regioni a doppio filamento grazie a legami idrogeno tra basi complementari. Tipi di RNA e loro funzioni: - mRNA (RNA messaggero): Trasporta l'informazione genetica dal DNA al ribosoma, dove avviene la sintesi proteica. - tRNA (RNA di trasporto o trasferimento): Ha la funzione di tradurre la sequenza di basi dell’mRNA e trasportare l'amminoacido appropriato al ribosoma. - rRNA (RNA ribosomiale): Forma parte strutturale dei ribosomi, che sono il sito della sintesi proteica. - miRNA (microRNA): Piccoli RNA che regolano l'espressione genica nelle cellule eucariotiche. La sintesi dell'RNA, chiamata trascrizione, consiste nel copiare le informazioni contenute in un tratto di DNA in una molecola di RNA. Sebbene il DNA abbia principalmente la funzione di conservare le informazioni genetiche, i diversi tipi di RNA svolgono funzioni essenziali per la trascrizione e la traduzione delle informazioni genetiche. Sono trascritte quattro tipi di molecola di RNA: - RNA messaggero (mRNA): trasporta un messaggio genetico dal DNA al ribosoma dove avviene la sintesi proteica. - RNA di trasporto (tRNA): traducono messaggio in mRNA e trasportano l’amminoacido al ribosoma. - RNA ribosomale (rRNA): formano i ribosomi, le strutture sulla quale l’mRNA viene tradotto e dove i tRNA trasferiscono gli amminoacidi seguendo le informazioni contenute nel mRNA. - microRNA: sono piccole molecole endogene di RNA non codificante, che servono principalmente come nella regolazione dell’espressione genica a livello trascrizionale e post-trascrizionale VIRUS I virus sono complessi macromolecolari costituiti da acidi nucleici (DNA o RNA) racchiusi in un involucro proteico chiamato capside, organizzato in strutture regolari ripetute chiamate capsomeri. Non possiedono componenti necessarie per la sintesi proteica o altre attività biosintetiche, il che li rende parassiti intracellulari obbligati: per replicarsi, devono infettare una cellula ospite e sfruttarne il metabolismo. Classificazione dei Virus I virus possono essere classificati in base a diversi criteri: 1. Genoma: - Virus a DNA - Virus a RNA 2. Forma: - Virus elicoidali: Struttura elicoidale, come il virus del mosaico del tabacco. - Virus poliedrici: Struttura simmetrica poliedrica, come l'adenovirus. - Virus con rivestimento o involucro: Rivestiti da una membrana lipidica derivata dalla cellula ospite, come il virus dell'influenza. - Virus complessi: Strutture complesse con elementi aggiuntivi, come i batteriofagi (fagi). 3. Tipi di cellule infettate: - Virus di cellule batteriche (batteriofagi o fagi) - Virus di cellule animali - Virus di cellule vegetali Genoma fagico: materiale genetico di un fago, un virus che infetta i batteri, possono essere costituiti da DNA o RNA e possono essere organizzate in catene singole o doppie. Quando un fago infetta un batterio, il suo genoma viene introdotto nella cellula ospite e può seguire due percorsi: 1. integrarsi nel genoma batterico, attraverso il ciclo lisogenico 2. iniziare a replicarsi e dirigere la sintesi di nuove particelle virali; portando alla lisi della cellula ospite, attraverso il ciclo litico Fagi della Serie T I fagi della serie T sono un gruppo di batteriofagi che infettano batteri come Escherichia coli. Esempi includono T2, T4 e T6. Sono fagi virulenti, noti per il ciclo litico che distrugge la cellula ospite. Questi virus hanno una struttura complessa composta da una testa icosaedrica che contiene il DNA, una coda elicoidale e fibre della coda che si legano alla cellula ospite. Ciclo Litico Il ciclo litico è il processo mediante il quale i virus, come i fagi virulenti, si replicano all'interno di una cellula ospite e causano la sua distruzione (lisi). Le fasi principali del ciclo litico sono: 1. Adesione: Il fago aderisce ai recettori presenti sulla superficie del batterio ospite tramite le fibre della coda. 2. Penetrazione: Il fago inietta il suo DNA nel citoplasma della cellula batterica, utilizzando un enzima litico (lisozima) che perfora la parete cellulare. 3. Replicazione e Sintesi: Il DNA fagico indirizza la sintesi degli enzimi necessari per la replicazione del DNA virale e la produzione delle proteine del capside e della coda. 4. Assemblaggio: I componenti virali neosintetizzati vengono assemblati per formare nuovi virioni. 5. Lisi e Rilascio: Gli enzimi litici causano la lisi della cellula batterica, liberando centinaia di nuovi fagi nell'ambiente esterno. Ciclo Lisogeno Nel ciclo lisogeno, tipico dei fagi temperati, il DNA virale si integra nel genoma del batterio ospite e rimane silente, formando un provirus o profago. Questo ciclo permette al virus di replicarsi insieme al DNA batterico senza distruggere la cellula ospite. Tuttavia, in determinate condizioni (es. esposizione a radiazioni UV o mutazioni), il provirus può essere attivato e passare al ciclo litico, causando la lisi della cellula. Virus Animali I virus animali possono entrare nella cellula ospite per endocitosi mediata da recettori o attraverso la fusione della membrana virale con la membrana della cellula ospite. Dopo l'ingresso, il capside virale viene disgregato e il genoma virale viene rilasciato nel citoplasma. Nei virus a DNA, la sintesi del DNA e delle proteine virali avviene utilizzando il macchinario biosintetico della cellula ospite. Nei virus a RNA, invece, l'RNA può essere trascritto in DNA tramite la trascrittasi inversa (come nei retrovirus), che poi si integra nel genoma dell'ospite come provirus. Sopravvivenza e Trasmissione I virus non possono sopravvivere a lungo fuori dalla cellula ospite e dipendono dalla trasmissione da un ospite all'altro per perpetuarsi. La gamma di ospiti di un virus è spesso molto specifica, determinata dalle glicoproteine di aggancio (antirecettori) sulla superficie virale, che interagiscono con i recettori della cellula ospite. I PROCARIOTI Caratteristiche Generali e Classificazione I procarioti sono organismi unicellulari privi di compartimenti cellulari. Diversamente dagli eucarioti, non possiedono un nucleo vero e proprio, ma un'area nucleare che contiene la maggior parte del materiale genetico. La maggior parte dei procarioti è unicellulare, ma alcuni formano colonie con cellule specializzate. Classificazione Morfologica I procarioti possono essere classificati in base alla forma: - Cocchi: Forma sferica. Possono essere singoli o formare gruppi. Se si dispongono in coppia si chiamano diplococchi, in lunghe catene streptococchi, o a grappolo stafilococchi. - Bacilli: Forma a bastoncino. Possono essere singoli o formare catene (streptobacilli). - Batteri a forma di spirale: Comprendono spirilli (spirale rigida), vibrioni (forma di virgola) e spirochete (spirale flessibile). Modalità di Ottenimento del Nutriente e dell’Energia I procarioti possono essere classificati in base al modo in cui ottengono il carbonio e l'energia: - Autotrofi: Producono molecole organiche utilizzando la CO2 come fonte di carbonio. - Eterotrofi: Ricavano atomi di carbonio dai composti organici di altri organismi. - Chemiotrofi: Ottengono energia da composti chimici tramite reazioni redox. - Fototrofi: Catturano l'energia luminosa per sintetizzare ATP e NADPH. Condizioni Ottimali di Crescita I procarioti crescono in base a specifiche condizioni ambientali: - Aerobi obbligati: Crescono in presenza di O2. - Anaerobi obbligati: Crescono in assenza di O2. - Anaerobi facoltativi: Possono crescere sia con che senza O2. - Alòfili: Vivono in soluzioni sature di sali. - Psicrofili: Crescono a temperature tra 0 e 20°C. - Mesofili: Temperatura ottimale tra 25-40°C. - Termofili: Temperatura tra 50-110°C. - Acidofili: Crescono in ambienti con pH minore di 5,4. - Neutrofili: pH compreso tra 5,4 e 8. - Alcalofili: pH maggiore di 8. Relazione con l’Ospite I procarioti possono essere classificati in base alla loro relazione con un organismo ospite, da simbionti a patogeni. Caratteristiche delle Pareti Cellulari e Colorazione di Gram La parete cellulare dei batteri fornisce supporto strutturale, mantiene la forma e previene l'esplosione osmotica in ambienti ipotonici. La parete dei Gram+ è spessa (20-80 nm), formata principalmente da peptidoglicano. La parete dei Gram- è più sottile (2-3 nm) e possiede una membrana esterna con lipopolisaccaride (LPS), che funge da endotossina e conferisce virulenza. Alcuni batteri possiedono una capsula polisaccaridica o proteiche protegge dalla disidratazione, facilita l'adesione e resiste alla fagocitosi. Colorazione di Gram 1. Si applica il colorante violetto di genziana. 2. Si lava con una soluzione di iodio e ioduro di potassio (liquido di Lugol). 3. Si tratta con alcol etilico per decolorare. 4. Si aggiunge la safranina, che colora di rosso-rosa le cellule che non hanno fissato il violetto. Struttura della Cellula Procariotica I procarioti sono privi di nucleo, ma possiedono un'area nucleare con un DNA circolare a doppio filamento. Oltre al DNA genomico, molti batteri possiedono plasmidi, piccoli anelli di DNA autonomi che possono contenere geni importanti per la resistenza agli antibiotici e altre funzioni. Il DNA è avvolto in anse (strutture del DNA che regolamentano dell’organizzazione del genoma), non è legato a istoni (proteine che avvolgono il DNA formano nucleosomi, cruciali per la compattazione del DNA e la regolazione dell’espressione genetica negli eucarioti) ed è complessato a proteine acidi. Riproduzione Asessuale e Scambio Genico La riproduzione avviene principalmente per scissione binaria: il DNA si replica, la cellula si allunga e si divide in due cellule figlie. In condizioni ideali, alcuni batteri come E. coli possono duplicarsi ogni 20-30 minuti. Esistono tre meccanismi principali di trasferimento genico: 1. Trasformazione: Assunzione di DNA estraneo dall’ambiente. 2. Trasduzione: Trasferimento di DNA tramite fagi. 3. Coniugazione: Trasferimento diretto di DNA tra due cellule tramite pili sessuali. CELLULA EUCARIOTICA ANIMALE La cellula eucariotica animale è caratterizzata dalla presenza della membrana plasmatica, che delimita la cellula e separa l'ambiente intracellulare (citoplasma) da quello extracellulare. La membrana plasmatica consente il mantenimento di un ambiente interno diverso da quello esterno, permettendo gli scambi necessari per rifornire la cellula di sostanze nutritive e per eliminare i rifiuti. La struttura delle membrane biologiche è principalmente composta da lipidi, in particolare fosfolipidi. La Struttura dei Fosfolipidi I fosfolipidi sono molecole anfipatiche, con una testa polare idrofila e una coda apolare idrofoba. In presenza di un'interfaccia aria-acqua, i fosfolipidi formano un monostrato, con le teste rivolte verso l'acqua e le code verso l'aria. In un ambiente acquoso, invece, tendono a formare una micella o un doppio strato che delimita due compartimenti acquosi distinti: interno ed esterno. La Fluidità delle Membrane Le membrane cellulari sono dinamiche e la loro fluidità è essenziale per il cambiamento di forma e per le funzioni cellulari. Tre fattori principali influenzano la fluidità della membrana: 1. Lunghezza delle code dei fosfolipidi. 2. Grado di insaturazione delle code. 3. Contenuto di colesterolo. La lunghezza delle code influisce sulla fluidità: code più lunghe favoriscono uno stato più rigido (gel), mentre la presenza di doppi legami nelle code riduce l'impacchettamento e aumenta la fluidità. Il colesterolo, invece, svolge una duplice funzione: limita l’impacchettamento dei fosfolipidi, mantenendo la fluidità a basse temperature, ma ne riduce anche la deformabilità, aumentando la compattezza della membrana. Distribuzione del Colesterolo Il contenuto di colesterolo varia tra le diverse membrane cellulari. Nella membrana plasmatica, il colesterolo rappresenta fino al 50% dei lipidi, contribuendo a dare compattezza, resistenza e impermeabilità. Al contrario, nel reticolo endoplasmatico, dove è necessaria una maggiore permeabilità, il contenuto di colesterolo è molto inferiore. Movimenti dei Fosfolipidi Nelle membrane cellulari, i fosfolipidi mostrano un movimento laterale costante. Tuttavia, il movimento "flip-flop", cioè il passaggio da un foglietto all'altro del doppio strato, è molto raro a causa della sfavorevole interazione termodinamica tra la testa polare dei fosfolipidi e l'ambiente idrofobo. Al contrario, il colesterolo può effettuare questo movimento con maggiore frequenza grazie alla sua piccola testa polare. - Flippasi: catalizzano il trasferimento dei fosfolipidi del lato esterno al lato del doppio stratto - Floppasi: facilitano movimento dal lato interno al lato esterno - Scramblasi: Movimento in entrambe la direzioni Spessore delle Membrane Le caratteristiche delle code dei fosfolipidi influenzano anche lo spessore della membrana. Un doppio strato composto da fosfolipidi saturi tende ad avere uno spessore maggiore rispetto a uno composto da fosfolipidi insaturi. Inoltre, la presenza di colesterolo o di sfingomielina aumenta ulteriormente lo spessore della membrana. Zattere Lipidiche e Curvatura delle Membrane La diversa lunghezza delle code lipidiche e la segregazione dei fosfolipidi portano alla formazione di microdomini noti come "zattere lipidiche". Questi domini, meno fluidi e più spessi rispetto al resto della membrana, giocano un ruolo importante in varie funzioni cellulari. Infine, la diversa curvatura delle membrane è influenzata dalla struttura dei fosfolipidi. Alcuni fosfolipidi, come la fosfatidiletanolammina, conferiscono una curvatura che facilita i processi di estroflessione (gemmazione) e introflessione (endocitosi). ASIMMETRIA DELLA MEMBRANA Nella membrana plasmatica esistono enzimi chiamati flippasi e floppasi che trasferiscono rapidamente e selettivamente determinati fosfolipidi da un foglietto all'altro della membrana in una direzione specifica. Questi enzimi si differenziano dalle scramblasi, che invece rimescolano i fosfolipidi tra i due foglietti senza una specifica direzionalità. L'attività di flippasi e floppasi determina una distribuzione asimmetrica dei fosfolipidi tra i due foglietti, un aspetto che si mantiene grazie alla bassa probabilità del movimento flip-flop spontaneo. Il colesterolo, invece, è presente in uguale quantità in entrambi i foglietti, grazie alla sua elevata frequenza di flip-flop. L'asimmetria riguarda sia la presenza di specifiche modificazioni su un solo lato della membrana, sia la distribuzione dei vari fosfolipidi tra i due foglietti. Proteine di membrana La percentuale di proteine nelle membrane varia notevolmente tra i diversi tipi di membrane e cellule. Ad esempio, la mielina, che avvolge gli assoni neuronali e ha una funzione isolante, contiene solo il 15-30% di proteine. Al contrario, la membrana mitocondriale interna, sede di numerose attività enzimatiche, ne contiene circa il 70%. La membrana plasmatica ha tipicamente circa il 50% di proteine, il che corrisponde a un rapporto numerico di circa 1 molecola proteica ogni 25-50 molecole lipidiche. Le proteine di membrana si dividono in tre categorie principali: 1. Proteine integrali, che attraversano il doppio strato fosfolipidico con uno o più domini. La struttura più comune di questi domini è l'alfa-elica, anche se possono esistere anche domini a foglietti beta. 2. Proteine periferiche, che si trovano sulla superficie interna o esterna della membrana e interagiscono con proteine integrali. 3. Proteine ancorate ai lipidi, che si legano covalentemente a molecole lipidiche inserite nel doppio strato. Per una proteina integrale, è fondamentale che il dominio transmembrana sia apolare, in modo da potersi integrare con le code idrofobe dei fosfolipidi. La lunghezza dell'alfa-elica transmembrana deve corrispondere allo spessore del doppio strato della membrana. Le proteine destinate a organuli specifici, come la membrana plasmatica o il reticolo endoplasmatico (RE), presentano eliche transmembrana di lunghezze diverse, ottimizzate per le membrane di destinazione. Modello a mosaico fluido Il doppio strato fosfolipidico fluido e le proteine di membrana sono descritti nel modello a mosaico fluido. Secondo questo modello, le proteine possono diffondere lateralmente nel piano della membrana. Tuttavia, la velocità di diffusione delle proteine è inferiore rispetto ai fosfolipidi, a causa delle dimensioni maggiori delle proteine. Inoltre, molte proteine di membrana interagiscono con altre componenti cellulari, come il citoscheletro, limitando ulteriormente la loro mobilità. Esperimenti sulla fluidità della membrana La fluidità della membrana plasmatica può essere dimostrata attraverso esperimenti come la fusione di cellule umane e di topo per formare una cellula ibrida (eterocarionte). Le proteine di membrana umane e murine vengono marcate con anticorpi fluorescenti di colori diversi. Subito dopo la fusione, le proteine sono distribuite separatamente, ma incubando la cellula a 37°C, si osserva un rimescolamento dei colori, indicando il movimento delle proteine nella membrana. Questo esperimento dimostra che le proteine non sono immobili nella membrana e che la fluidità dipende dalla temperatura. Un altro esperimento è la FRAP (Fluorescence Recovery After Photobleaching), in cui si marca una proteina di membrana con una molecola fluorescente. Dopo aver sbiancato una regione della membrana con un laser, la diffusione delle molecole fluorescenti nelle aree sbiancate mostra il recupero della fluorescenza nel tempo, dimostrando la mobilità delle proteine. Mobilità delle proteine di membrana La mobilità delle proteine di membrana può variare. Una proteina può: 1. Diffondere liberamente nel doppio strato fosfolipidico. 2. Diffondere in maniera confinata a un'area specifica della membrana, limitata dal citoscheletro. 3. Muoversi in una direzione specifica grazie all'interazione con motori molecolari citoplasmatici. 4. Interagire temporaneamente con altre proteine, causando un confinamento o immobilizzazione temporanea. Un esempio di organizzazione delle proteine di membrana si osserva negli eritrociti, dove la rete di filamenti di spettrina si associa a proteine integrali come la glicoforina e l'anchirina. Questa struttura conferisce elasticità ai globuli rossi, permettendo loro di deformarsi nei capillari e tornare alla forma originale. CARBOIDRATI DI MEMBRANA I carboidrati contribuiscono all'asimmetria della membrana cellulare, poiché si trovano esclusivamente sul versante esterno, formando il rivestimento chiamato glicocalice. Questi carboidrati sono legati a lipidi (glicolipidi) o a proteine (glicoproteine). I principali glicolipidi sono i cerebrosidi, che contengono uno zucchero semplice, e i gangliosidi, che contengono un’oligosaccaride. Funzioni del Glicocalice: 1. Riconoscimento antigenico: Il glicocalice è un fattore antigenico per il sistema immunitario. Ad esempio, il riconoscimento dei gruppi sanguigni è determinato dalle caratteristiche del glicocalice dei globuli rossi. 2. Riconoscimento cellulare: Il glicocalice facilita il contatto tra cellule, essenziale per la formazione dei tessuti. Le cellule normali, infatti, smettono di proliferare quando entrano in contatto tra loro, un processo noto come inibizione da contatto. 3. Prevenzione dell'aggregazione dei globuli rossi: Le glicoforine dei globuli rossi, ricche di acido sialico, creano una carica negativa che impedisce l'aggregazione delle cellule nei capillari. 4. Digestione negli enterociti: Nel rivestimento dell'intestino, il glicocalice adsorbe enzimi digestivi che scompongono i nutrienti in molecole più piccole, facilitando l'assorbimento. 5. Protezione chimica: Un glicocalice sviluppato protegge gli epiteli esposti a condizioni chimiche ostili, come alta acidità. È presente anche nella membrana dei lisosomi, proteggendola dall'azione di lipasi e proteasi. 6. Legame di virus e tossine: Il glicocalice è il sito di legame per virus (come l'influenza) e tossine (come il colera), che si attaccano a componenti glucidiche specifiche. Permeabilità della Membrana La membrana plasmatica agisce come un'interfaccia tra la cellula e l'ambiente extracellulare. La permeabilità di una molecola dipende dalla sua capacità di attraversare il doppio strato fosfolipidico, caratterizzato da una parte idrofoba costituita dalle catene alifatiche dei fosfolipidi. - Molecole idrofobe attraversano facilmente la membrana. - Molecole idrofile incontrano difficoltà a penetrare il doppio strato a causa delle interazioni sfavorevoli con le code idrofobe dei fosfolipidi. - Piccole molecole non cariche come O2 e CO2, e molecole idrofobe come gli ormoni steroidei, possono diffondere attraverso la membrana. - Molecole polari non cariche, come acqua e urea, attraversano la membrana con una velocità limitata. - Molecole cariche e ioni necessitano di proteine di membrana specifiche per attraversare il doppio strato lipidico. Acquaporine e Osmosi La membrana plasmatica è dotata di proteine specifiche, le acquaporine, che formano canali permeabili all'acqua, aumentando notevolmente la permeabilità della membrana all'H2O e consentendo una regolazione fine in base alle esigenze cellulari. Esempio: Se due comparti sono separati da una membrana semipermeabile, contenenti soluzioni con concentrazioni diverse di zucchero, avremo un flusso di H2O dal comparto a minore concentrazione di zucchero a quello con maggiore concentrazione. Questo processo, detto OSMOSI, porterà a un equilibrio osmotico quando il movimento dell'acqua, causato dalla pressione idrostatica, uguaglierà quello opposto dovuto alla differenza di concentrazione residua. Trasporto attraverso la Membrana Il doppio strato fosfolipidico non permette il passaggio di molecole cariche e ioni, a meno che specifiche proteine di membrana facilitino il trasporto. 1. Canali ionici: Consentono il passaggio rapido di ioni in entrambe le direzioni, sempre secondo gradiente di concentrazione. 2. Trasportatori: Facilitano il movimento di soluti secondo il loro gradiente di concentrazione senza consumo di energia, noto come trasporto passivo o diffusione facilitata. - Uniporto: Trasporta un solo soluto. - Cotrasporto: Trasporta due soluti nella stessa direzione (simporto) o in direzioni opposte (antiporto). 3. Pompe ioniche: Trasportano ioni contro gradiente di concentrazione utilizzando energia dall'idrolisi dell'ATP. Esempio: Pompa sodio/potassio, che trasporta 3 ioni Na+ fuori dalla cellula e 2 ioni K+ all'interno. Segnalazione Chimica La membrana plasmatica è anche sede di processi di segnalazione chimica mediati da proteine integrali di membrana chiamate recettori. Modalità di trasduzione del segnale: - Canali ligando-dipendenti: Si aprono in risposta al legame con un ligando, consentendo il passaggio di ioni. - Recettori per proteine G: Attivano una proteina-G in risposta al legame con un ligando, innescando una cascata di segnali intracellulari. - Recettori con attività chinasica: Fosforilano proteine intracellulari in risposta all'attivazione. - Molecole segnale idrofobe: Attraversano direttamente la membrana e legano i loro recettori nel citoplasma o nel nucleo. COMPARTIMENTAZIONE CELLULARE Le cellule eucariotiche, a differenza delle cellule batteriche che sono costituite da un unico compartimento circondato da una membrana, presentano diversi compartimenti o organelli immersi nel citoplasma. Il citoplasma, esclusa la parte contenuta negli organelli, è chiamato citosol, una soluzione acquosa contenente proteine, lipidi, zuccheri e altre molecole essenziali. La compartimentazione cellulare permette l’organizzazione spaziale e funzionale delle migliaia di reazioni chimiche che avvengono all'interno della cellula, assicurando che queste reazioni avvengano in modo efficiente. Ultrastruttura del Nucleo e Cromatina Il nucleo è una struttura dinamica avvolta da un doppio strato di membrana, l'involucro nucleare, che separa il nucleo dal citoplasma. Questo involucro è interrotto da pori nucleari, strutture proteiche che permettono lo scambio bidirezionale di molecole tra il nucleo e il citoplasma. Nel nucleo sono presenti filamenti di cromatina, composti da DNA e proteine, che possono essere suddivisi in due categorie principali: - Eucromatina: Cromatina meno compatta e dispersa, il cui DNA è attivamente trascritto. - Eterocromatina: Cromatina altamente condensata, il cui DNA non è trascritto. Questa può essere ulteriormente suddivisa in: - Facoltativa: Condensata temporaneamente, come nel caso del corpo di Barr, un esempio di inattivazione di uno dei due cromosomi X nelle femmine. (non trascritto temporaneamente) - Costitutiva: Permanentemente condensata, come nelle regioni del centromero e dei telomeri. (non è mai trascritto) Membrana e Trasporto Nucleare La membrana nucleare interna si connette alla lamina nucleare, una rete proteica che fornisce sostegno strutturale. La membrana esterna è in continuità con il reticolo endoplasmatico rugoso. I pori nucleari sono costituiti da un complesso di nucleoporine, proteine che formano un canale centrale idrofobo, attraverso cui molecole di grandi dimensioni possono passare solo se dotate di specifiche sequenze di segnalazione, come la Nuclear Localization Signal (NLS) per l'importazione nucleare e la Nuclear Export Signal (NES) per l'esportazione. Il trasporto nucleare è regolato da un ciclo di proteine Ran, che legano GTP o GDP per facilitare il movimento di importine ed esportine attraverso i pori nucleari. Lamina Nucleare e Laminopatie La lamina nucleare è formata da lamine, proteine del citoscheletro che forniscono supporto strutturale al nucleo. La loro fosforilazione e defosforilazione regolano la disgregazione e la riorganizzazione dell'involucro nucleare durante la divisione cellulare. Mutazioni nei geni che codificano le lamine possono causare laminopatie, malattie che portano a fragilità nucleare e invecchiamento precoce. Nucleolo e Sintesi Ribosomiale Il nucleolo è il corpo nucleare più grande, visibile al microscopio ottico. È il sito di sintesi dei ribosomi e contiene una regione fibrillare (DFC) dove si trovano i geni ribosomali attivi e una regione granulare (GC) dove avviene l'assemblaggio delle subunità ribosomiali. Le proteine ribosomiali, sintetizzate nel citoplasma, vengono importate nel nucleolo per essere assemblate con rRNA e poi esportate nel citoplasma. TRASCRIZIONE E TRADUZIONE Le informazioni genetiche (necessarie per la sintesi delle proteine), contenute nel DNA, sono espresse attraverso due processi fondamentali: la trascrizione e la traduzione. L'espressione genica è il processo mediante il quale l'informazione genetica fluisce dal DNA all'RNA (trascrizione) e dall'RNA alle proteine (traduzione). Questo flusso unidirezionale di informazioni dal DNA all'RNA e quindi alle proteine è noto come dogma centrale della biologia. Tuttavia, i virus a RNA rappresentano un'eccezione a questo dogma, poiché possono effettuare la trascrizione inversa grazie all'enzima trascrittasi inversa. L'espressione genica può essere regolata, il che significa che ogni gene può essere espresso con diverse efficienze. Una cellula può produrre grandi quantità di alcune proteine e piccole quantità di altre, o addirittura non produrle affatto. Questo avviene in base alle esigenze della cellula. Trascrizione nelle cellule procariotiche ed eucariotiche: Nelle cellule procariotiche, che non possiedono un nucleo, l'mRNA prodotto nel citoplasma viene immediatamente tradotto senza ulteriori modificazioni. Nelle cellule eucariotiche, invece, il nucleo separa la trascrizione (che avviene nel nucleo e include la maturazione dell'RNA) dalla traduzione (che avviene nel citoplasma). Sia nei procarioti che negli eucarioti la trascrizione avviene mediante delle RNA polimerasi, che catalizza la sintesi di RNA a partire dal filamento stampo del DNA. - Nei procarioti abbiamo una sola RNA polimerasi - Negli eucarioti abbiamo tre RNA polimerasi: dove il primo ha il compito di catalizzare vari tipi di molecole di rRNA, il secondo catalizza la sintesi degli mRNA che codificano le proteine e dei mRNA e infine abbiamo il terzo polimerasi che catalizza la sintesi dei tRNA e di una delle molecole di rRNA. La sintesi dell'RNA, nota come trascrizione, si divide in tre fasi principali: 1. Inizio della trascrizione 2. Allungamento 3. Terminazione In entrambe le cellule procariotiche ed eucariotiche, la trascrizione inizia con il legame dell'RNA polimerasi al promotore, una sequenza non trascritta presente sul DNA. Subito dopo il promotore si trova il sito di inizio, dove inizia effettivamente la trascrizione. Nei procarioti, l'RNA polimerasi riconosce specificamente il promotore grazie a una subunità chiamata fattore sigma (σ). Diversi fattori sigma possono essere utilizzati a seconda delle condizioni. Dopo aver riconosciuto il promotore, l'RNA polimerasi srotola la doppia elica del DNA e inizia la trascrizione del filamento stampo. I promotori nei procarioti sono brevi sequenze di circa 40 basi e sono localizzati subito prima del punto di inizio della trascrizione. Differenti geni possono avere promotori diversi, permettendo alla cellula di decidere quali geni trascrivere in un determinato momento. Negli eucarioti, l'inizio della trascrizione differisce in quanto ci sono tre tipi di promotori, uno per ciascun tipo di RNA polimerasi. Durante la fase di allungamento, l'RNA polimerasi sintetizza l'RNA fino a raggiungere una sequenza di terminazione, che provoca il distacco dell'RNA polimerasi dal DNA e dall'RNA neosintetizzato. Nei procarioti, la terminazione avviene alla fine della sequenza di terminazione. Negli eucarioti, l'RNA polimerasi supera la sequenza di terminazione e aggiunge una sequenza di nucleotidi specifica (segnale di poliadenilazione) alla molecola di pre-mRNA. Solo uno dei due filamenti del DNA viene trascritto per ogni gene. Tuttavia, il filamento opposto può essere trascritto per un altro gene. Ciò significa che il filamento stampo per un gene può essere il filamento non stampo per un altro gene. Sia nei procarioti che negli eucarioti che negli eucarioti il trascritto primario di mRNA contiene più sequenze di quelle che codificano la proteina: - Sequenze leader non codificate: sequenze di riconoscimento per il legame con il ribosoma. Consente al ribosoma di posizionarsi correttamente per iniziare la traduzione dell’mRNA. - Sequenza trailing non codificante: sequenze di varie dimensioni. Modifiche post-trascrizionali nelle cellule eucariotiche: Mentre l'mRNA dei batteri viene tradotto subito dopo la trascrizione, l'mRNA eucariotico subisce ulteriori modificazioni nel nucleo. Queste modificazioni sono necessarie per produrre un RNA funzionale. Le principali modifiche includono: 1. Aggiunta di un cappuccio 5' all'estremità dell'mRNA per proteggerlo dalla degradazione e facilitarne il legame con il ribosoma. 2. Poliadenilazione all'estremità 3' dell'mRNA per facilitarne l'esportazione dal nucleo e proteggerlo dalla degradazione. 3. Rimozione degli introni (sequenze non codificanti) tramite un processo chiamato splicing, che unisce insieme gli esoni (sequenze codificanti). Il processo di splicing alternativo permette di generare diverse molecole di mRNA dallo stesso gene, aumentando la varietà di proteine che un organismo può produrre. Traduzione: La traduzione avviene nei ribosomi presenti nel citoplasma, dove l'mRNA viene letto per sintetizzare una proteina. Il processo inizia con il legame del ribosoma all'mRNA e la traduzione comincia al codone di inizio (AUG). Durante l'allungamento, gli amminoacidi vengono aggiunti uno alla volta alla catena polipeptidica. Infine, la traduzione si conclude quando il ribosoma raggiunge un codone di stop, e la proteina appena sintetizzata viene rilasciata. Concetto di Trascrizione: A) Inizio della trascrizione: 1. Fase di riconoscimento e legame: L'RNA polimerasi riconosce una sequenza specifica del DNA, chiamata promotore, situata all'inizio del gene da trascrivere. Il promotore contiene sequenze che indicano il punto preciso in cui l'RNA polimerasi deve legarsi. Nella fase di legame, l'RNA polimerasi si attacca saldamente al promotore, separando le due eliche del DNA per formare una "bolla" di trascrizione, creando uno spazio accessibile alla lettura. 2. Fase di avvio: Dopo il legame, l'RNA polimerasi inizia a catalizzare la sintesi dell'RNA, allineando i primi nucleotidi complementari al filamento stampo del DNA. Questa fase è caratterizzata dall'incorporazione dei primi nucleotidi, che costituiscono il nucleo dell'RNA nascente. L'RNA polimerasi procede a sintetizzare una breve sequenza di RNA di circa 8-10 nucleotidi. B) Allungamento: Una volta che l'RNA polimerasi ha completato l'inizio della trascrizione e si è stabilizzata sul DNA, entra nella fase di allungamento. Durante questa fase, l'RNA polimerasi procede lungo il filamento stampo del DNA, aggiungendo nucleotidi complementari uno per uno all'estremità 3' dell'RNA in crescita. Questo processo continua finché l'intero gene non viene trascritto. L'RNA polimerasi, inoltre, separa temporaneamente le due eliche del DNA, permettendo all'RNA neosintetizzato di formare una coppia temporanea con il filamento stampo del DNA. Una volta aggiunto ogni nucleotide, la doppia elica del DNA si riforma dietro l'RNA polimerasi. C) Terminazione: Quando l'RNA polimerasi raggiunge una specifica sequenza di terminazione del gene, si verifica la dissociazione del complesso di trascrizione. A questo punto, l'RNA polimerasi rilascia il filamento di RNA appena sintetizzato e si stacca dal DNA. Il filamento di RNA ottenuto, chiamato trascritto primario o pre-mRNA (nell'eucariote), può successivamente essere modificato tramite un processo di splicing, in cui vengono rimossi gli introni e uniti gli esoni, e altre modifiche post-trascrizionali prima di diventare mRNA maturo. Splicing alternativo e maturazione dell'mRNA: Nelle cellule eucariotiche, il trascritto primario subisce ulteriori modifiche prima di essere tradotto in proteina. Tra questi, lo splicing alternativo è un processo chiave, in cui diversi esoni possono essere combinati in modi alternativi, consentendo la produzione di diverse proteine da un singolo gene. Sintesi proteica (traduzione): Infine, l'mRNA maturo viene esportato dal nucleo al citoplasma, dove viene letto dai ribosomi per sintetizzare le proteine. Questo processo, chiamato traduzione, converte la sequenza nucleotidica dell'mRNA in una sequenza amminoacidica, corrispondente alla proteina finale CODICE GENETICO è il sistema di regole con cui l’informazione codificate nel DNA o RNA vengono tradotte in sequenze di amminoacidi nelle proteine. Ha le seguenti caratteristiche: 1. Codoni: il codice genetico è basato su triplette di nucleotidi chiamati codoni. Ogni codone corrisponde ad uno specifico amminoacido o a un segnale di stop. 2. Degenerazione: più codoni possono codificare per lo stesso amminoacido. 3. Codoni di stop: serve come segnale di terminazione della sintesi proteica 4. Universale: Il codice genetico ha un'importante caratteristica, ovvero quello di essere universale, perciò identico per tutti gli esseri viventi. In altre parole, la tabella del codice genetico è valida per il nostro DNA così come per il DNA di una pianta o di un batterio: in tutti questi organismi, il codone CUG codifica per l'amminoacido leucina, ad esempio. Questa è un'importante prova del fatto che il codice genetico si è sviluppato all'origine della vita ed è rimasto tale millennio dopo millennio. 5. Non sovrapposto: i codoni vengono letti uno dopo l’altro senza sovrapposizione e senza spazi tra di loro. RETICOLO ENDOPLASMATICO RUVIDO (RER) E LISCIO (REL) Struttura e Funzione Il reticolo endoplasmatico (RE) è una rete di membrane presente nelle cellule eucariotiche e si suddivide in due tipi principali: il reticolo endoplasmatico ruvido (RER) e il reticolo endoplasmatico liscio (REL). Struttura del Reticolo Endoplasmatico Ruvido (RER) Il RER è caratterizzato dalla presenza di ribosomi sulla sua superficie esterna, che gli conferiscono un aspetto "ruvido" al microscopio elettronico. Questi ribosomi sono attaccati alla membrana del RER grazie a recettori specifici e sono responsabili della sintesi proteica. - Struttura della membrana: Il RER è costituito da un sistema di cisterne appiattite e tubuli interconnessi. La membrana del RER è continua con la membrana nucleare esterna. - Funzione: Il RER è principalmente coinvolto nella sintesi delle proteine destinate alla secrezione, alla membrana plasmatica o agli organelli cellulari. Dopo la sintesi, le proteine entrano nel lume del RER dove subiscono modifiche post-traduzionali, come la glicosilazione. Struttura del Reticolo Endoplasmatico Liscio (REL) Il REL si distingue dal RER per l'assenza di ribosomi sulla sua superficie, risultando "liscio" al microscopio elettronico. È più prevalente nelle cellule specializzate in funzioni metaboliche specifiche, come le cellule del fegato (epatociti). - Struttura della membrana: Il REL è costituito principalmente da una rete di tubuli e cisterne. - Funzione: Il REL è coinvolto nella sintesi dei lipidi (fosfolipidi, steroidi), nella detossificazione di farmaci e tossine, nel metabolismo del glicogeno e nella regolazione del calcio intracellulare. Proteine del RER e REL e il loro Ruolo - RER: - Ribosomi: Sintetizzano le proteine. Quando una proteina viene tradotta, se contiene un segnale specifico, verrà indirizzata al RER dove inizierà la sua modifica. - Proteine chaperon: Assicurano il corretto ripiegamento delle proteine nel lume del RER. - Enzimi per la glicosilazione: La glicosilazione è il processo in cui zuccheri vengono aggiunti alle proteine. Questo avviene principalmente nel RER ed è fondamentale per la stabilità e la funzione delle proteine. - REL: - Enzimi coinvolti nella sintesi dei lipidi: Questi enzimi partecipano alla produzione di fosfolipidi e steroidi essenziali per le membrane cellulari. - Proteine per la detossificazione: Il REL contiene enzimi del citocromo P450 che trasformano sostanze tossiche in molecole più solubili e meno dannose. - Proteine che regolano il calcio: Il REL è importante nel sequestro e nel rilascio di ioni calcio, essenziali per numerose funzioni cellulari, come la contrazione muscolare. Glicosilazione delle Proteine nel RER La glicosilazione è un processo fondamentale che avviene nel RER. Durante la traduzione di una proteina, la catena polipeptidica entra nel lume del RER, dove avviene l'aggiunta di catene di zuccheri (oligosaccaridi) alla proteina. Questo processo è cruciale per: - Stabilità proteica: La glicosilazione aiuta a stabilizzare le proteine e a proteggerle dalla degradazione. - Funzione: Gli zuccheri aggiunti possono essere essenziali per la funzione biologica della proteina, ad esempio nel riconoscimento cellulare. - Traffico intracellulare: La glicosilazione può influenzare il destino della proteina, determinando se verrà secreta, inserita nella membrana plasmatica o inviata ad un altro compartimento cellulare. La glicosilazione delle proteine nel reticolo endoplasmatico ruvido (RER) è un processo essenziale per la modifica post-traduzionale delle proteine. Questo processo consiste nell’aggiunta di catene di zuccheri (oligosaccaridi) alle proteine e si svolge principalmente nel lume del RER. La glicosilazione ha un ruolo chiave nella corretta maturazione, stabilità, e funzionalità delle proteine. Passaggi della Glicosilazione nel RER 1. Inizio della traduzione e traslocazione nel RER: La sintesi della proteina inizia sui ribosomi liberi nel citoplasma. Se la proteina contiene un segnale di localizzazione per il RER (una sequenza segnale), il ribosoma viene traslocato alla superficie del RER. Una volta legato al RER, la proteina viene traslocata nel lume del RER attraverso un canale proteico chiamato traslocone. Attaccamento dell’oligosaccaride: 2. Mentre la proteina entra nel lume del RER, un’oligosaccaride preassemblato composto da 14 zuccheri (nove residui di mannosio, tre di glucosio e due di N-acetilglucosammina) viene trasferito dal dolicolo fosfato (una molecola lipidica) all’asparagina (Asn) della proteina nascente. Questo trasferimento avviene grazie a un complesso enzimatico chiamato oligosaccharyltransferasi. Questa è una N-glicosilazione, poiché l’oligosaccaride viene attaccato al gruppo amminico (NH2) dell’asparagina. 3. Modifiche iniziali dell’oligosaccaride: Dopo l’aggiunta iniziale, l’oligosaccaride subisce modifiche. Enzimi chiamati glucosidasi rimuovono i residui di glucosio dall’oligosaccaride. Successivamente, altre modifiche possono avvenire per rimuovere specifici residui di mannosio. Queste modifiche sono importanti per la successiva corretta maturazione e trasporto della proteina. 4. Ripiegamento e controllo qualità: Durante e dopo la glicosilazione, la proteina viene assistita da proteine chaperon come la calnexina e la calreticulina. Queste proteine si legano ai residui glucidici dell’oligosaccaride e facilitano il corretto ripiegamento della proteina. Se la proteina è ripiegata correttamente, viene rilasciata dai chaperoni e procede attraverso il sistema secretorio. Se la proteina non si ripiega correttamente, può essere rimodificata, ritentare il ripiegamento o, in caso di fallimento, essere indirizzata alla degradazione.  5. Trasporto verso il Golgi: Una volta completata la glicosilazione iniziale e assicurato il corretto ripiegamento, la proteina viene racchiusa in vescicole e trasportata dal RER all’apparato di Golgi, dove avvengono ulteriori modifiche dell’oligosaccaride (come l’aggiunta di acido sialico o ulteriori residui di mannosio e fucosio) e dove la proteina viene preparata per la destinazione finale. Asimmetria di Membrana del RER e REL L'asimmetria di membrana si riferisce alla differenza nella composizione delle due facce della membrana del RE: - Lato citoplasmatico: Sul lato rivolto verso il citoplasma, la membrana del RER e del REL contiene proteine che interagiscono con il citoscheletro ed enzimi che sintetizzano i fosfolipidi. - Lato luminale: Sul lato rivolto verso il lume del RE, troviamo proteine coinvolte nella glicosilazione e nel ripiegamento delle proteine nel RER, mentre nel REL ci sono enzimi che partecipano alla sintesi dei lipidi e alla detossificazione. APPARATO DI GOLGI L’apparato di Golgi è composto da cisterne appiattite e impilate, ciascuna delle quali è delimitata da una membrana e contiene specifici enzimi coinvolti nella maturazione di proteine e lipidi provenienti rispettivamente dal reticolo endoplasmatico rugoso (RER) e liscio (REL). L’apparato di Golgi ha due facce distinte: la faccia di ingresso o cis, vicina al reticolo endoplasmatico, e la faccia di uscita o trans, rivolta verso la membrana plasmatica. Le aree di transizione sono chiamate cis-Golgi Network (CGN) e trans-Golgi Network (TGN). Le proteine da modificare, che arrivano dal RER, entrano nel Golgi attraverso vescicole di trasporto e subiscono una serie di trasformazioni, tra cui: - La glicosilazione iniziata nel RER. - La sintesi di polisaccaridi (es: componenti glucidici di mucine e proteoglicani). - La sintesi di lipidi (glicolipidi e sfingomielina). Le cisterne del Golgi sono dotate di specifici enzimi che si trovano in regioni distinte: 1. Cisterne Cis: mannosidasi I. 2. Cisterne Mediali: mannosidasi II, N-acetilglucosamminotransferasi. 3. Cisterne Trans: galattosiltransferasi, sialiltransferasi. Nel compartimento TGN, le glicoproteine vengono smistate e raccolte in vescicole che le dirigono verso destinazioni finali: 1. Lisosomi. 2. Vescicole o granuli di secrezione. 3. Membrana cellulare. Funzione dei Lisosomi I lisosomi, organelli responsabili della degradazione intracellulare, contengono idrolasi acide (proteasi, glicosidasi, nucleasi, lipasi, fosfolipasi e fosfatasi). Questi enzimi vengono sintetizzati nel RER, modificati nel Golgi e inviati nei lisosomi, dove operano in un ambiente acido (pH 5) mantenuto da una pompa protonica. Il pH acido è cruciale per attivare le idrolasi, che non funzionerebbero nel citosol, proteggendo la cellula in caso di rottura del lisosoma. Le proteine della membrana lisosomiale sono altamente glicosilate, con un rivestimento di carboidrati (glicocalice) che le protegge dall'ambiente acido e dalle proteasi. Biogenesi e Maturazione dei Lisosomi 1. Produzione dell’idrolasi acida: Sintetizzata nel RER e trasportata al Golgi. 2. Modificazione nel Golgi: Nell'area cis-Golgi, l’idrolasi acida viene fosforilata (mannosio-6-fosfato, M6P). 3. Riconoscimento e Trasporto: Nell'area trans-Golgi, l’idrolasi legata al M6P si aggancia ai recettori specifici e viene incapsulata in vescicole di trasporto rivestite di clatrina. 4. Fusione con l’endosoma tardivo: La vescicola raggiunge l’endosoma tardivo, dove il pH acido induce la dissociazione dell’idrolasi acida dal recettore. 5. Maturazione dell’idrolasi acida: Il gruppo fosfato viene rimosso e l’idrolasi raggiunge la sua forma attiva. 6. Formazione del Lisosoma: L'endosoma tardivo si trasforma in un lisosoma maturo, pronto a degradare materiale cellulare. Funzioni dei Lisosomi I lisosomi svolgono un ruolo cruciale nella digestione intracellulare: 1. Autofagia: Riciclaggio di organelli danneggiati o non funzionante. Le strutture obsolete vengono inglobate in vescicole e fuse con i lisosomi, dove gli enzimi digestivi li scompongono in componenti riutilizzabili. 2. Degradazione di patogeni: Elimina microrganismi ingeriti (fagocitosi). 3. Degradazione di macromolecole: Digestione di proteine, lipidi, carboidrati e acidi nucleici in componenti semplici (endocitosi). 4. Apoptosi: Rimozione delle cellule morte o danneggiate. Traffico Vescicolare Il traffico vescicolare intra ed extra cellulare riguarda sia l’esocitosi che l’endocitosi. 1. Esocitosi: Secrezione di materiale dalla cellula, ovvero riversamento del proprio contenuto all’esterno della cellula. - Esocitosi costitutiva: Avviene continuamente, senza nessun specifico segnale. - Esocitosi regolata: Avviene in risposta a segnali esterni. 2. Endocitosi: Ingresso di materiale esterno nella cellula tramite vescicole. Gemmazione: Processo mediante il quale le vescicole si staccano dalle membrane del RE o del Golgi. Questo processo può avvenire anche sulla membrana plasmatica, per esempio nella gemmazione virale. Vescicole Rivestite Le vescicole sono rivestite da diverse proteine, in base alla loro funzione e origine: 1. Clatrina: Vescicole che vanno dal Golgi ai lisosomi o dalla membrana plasmatica durante l'endocitosi mediata da recettori. 2. COPI: Vescicole retrograde (dal Golgi al RE). 3. COPII: Vescicole che vanno dal RE al Golgi. Il rivestimento di clatrina (è una proteina esamerica costituita da tre catene polipeptidiche pesanti e tre leggere a formare una struttura a tre brace uncinate, dette Triskelion) è essenziale per il corretto trasporto delle proteine, tramite l’interazione con recettori specifici e adattatori che formano una struttura di clatrina. Dopo il distacco dalla membrana, la vescicola perde il rivestimento e si fonde con l'endosoma tardivo. TRAFFICO BIDIREZIONALE DI VESCICOLE TRA RE E GOLGI Le vescicole che si spostano dal Reticolo Endoplasmatico (RE) all'apparato di Golgi sono rivestite da COP II, mentre le vescicole retrograde, che si muovono dal Trans Golgi Network (TGN) verso le cisterne mediali e cis del Golgi o verso il RE, sono rivestite da COP I. Il processo di trasporto vescicolare segue una serie di fasi chiave: 1. Rivestimento delle vescicole: - Le vescicole in uscita dal RE sono rivestite da COP II. - Le vescicole retrograde, che ritornano dal Golgi, sono rivestite da COP I. 2. Gemmazione: Le vescicole si formano attraverso un processo di gemmazione dalla membrana dell'organulo di origine. Le COP I e COP II si legano alla membrana donatrice, favorendo una la curvatura della membrana, aiutando con la formazione delle vescicole che alla fine si staccano dalla membrana. 3. Perdita del rivestimento: Una volta formate, le vescicole perdono il loro rivestimento (ovvero COP I e COP II) per poter interagire con i loro bersagli. 4. Ancoraggio: Le vescicole si ancorano alla membrana dell'organulo bersaglio. Questo processo è mediato dalle proteine Rab, che legano le vescicole alle proteine della membrana bersaglio, dette "proteine laccio". 5. Fusione: L'ancoraggio e la fusione delle vescicole con la membrana bersaglio sono mediati dalle proteine v-SNARE (presenti sulla vescicola) e t-SNARE (presenti sull'organulo bersaglio). La fusione è facilitata da proteine di fusione che formano un complesso catalizzando l'unione delle membrane. Dopo la fusione, altre proteine favoriscono il distacco dei complessi SNARE, che possono così essere riutilizzati. ENDOCITOSI L'endocitosi è il processo che porta all'interno della cellula materiale extracellulare tramite la formazione di vescicole. Esistono tre principali tipi di endocitosi: 1. Endocitosi mediata da recettori (o clatrina-dipendente): Questo processo è altamente specifico e permette l'internalizzazione di soluti selezionati tramite recettori di membrana. La membrana plasmatica si invagina, formando fossette rivestite da clatrina, che gemmano per formare vescicole. Queste vescicole si fondono con gli endosomi precoci, i quali si acidificano grazie alle pompe protoniche, diventando endosomi tardivi. Il pH acido favorisce la dissociazione tra il materiale internalizzato e i recettori, che possono essere riciclati tramite vescicole di riciclo dei recettori. Le molecole rimaste negli endosomi tardivi vengono inviate ai lisosomi per la degradazione. 2. Fagocitosi: È un processo specializzato per l'ingestione di grandi particelle (batteri, cellule morte o danneggiate). I fagociti, come macrofagi e granulociti, avvolgono queste particelle con la membrana plasmatica, formando il fagosoma, che si fonde con un lisosoma per degradare il contenuto. Questo processo è actino-dipendente e non coinvolge la clatrina. 3. Pinocitosi: La cellula assume piccole gocce di liquido extracellulare contenente soluti in modo aspecifico. Si distingue in macropinocitosi (vescicole visibili al microscopio ottico) e micropinocitosi (vescicole visibili solo al microscopio elettronico). TRANSCITOSI La transcitosi è un processo che permette il trasporto di materiale extracellulare attraverso la cellula, da una parte all'altra della membrana plasmatica. Questo processo può avvenire con o senza il coinvolgimento di recettori, e le vescicole non sono rivestite da proteine né subiscono modifiche al loro contenuto. PEROSSISOMI I perossisomi (diametro ~0,5 μm) sono organelli sferici circondati da membrana, presenti in tutte le cellule. Sono particolarmente abbondanti nelle cellule del fegato e dei reni. Il loro nome deriva dal fatto che contengono perossido di idrogeno (H₂O₂), prodotto da enzimi ossidativi. La loro caratteristica distintiva è la presenza dell’enzima catalasi, che degrada l’H₂O₂ prodotto dalle attività metaboliche. I perossisomi contengono una matrice perossisomale che può formare una struttura paracristallina detta nucleoide, costituita da cristalli di urato ossidasi (uricasi) o catalasi (nelle piante). Biogenesi dei perossisomi La biogenesi dei perossisomi può avvenire in due modi: - Per divisione di perossisomi preesistenti - Per fusione di microvescicole provenienti dal reticolo endoplasmatico rugoso (RER). I perossisomi derivano da una regione specifica del RER, detta reticolo perossisomiale, dove viene sintetizzata la proteina di trasporto transmembrana perossina Pex3p. Le perossine sono una famiglia di proteine coinvolte nella biogenesi dei perossisomi. Tra queste, la Pex3p è l’unica sintetizzata nel RER, mentre le altre sono prodotte dai ribosomi citoplasmatici. La Pex3p, una volta inserita nella membrana del RER, richiama dal citosol Pex19p, che favorisce la gemmazione delle microvescicole. Pex1 e Pex6 facilitano poi la fusione di queste microvescicole in macrovescicole, da cui si formano i perossisomi. Le proteine e i lipidi di membrana, insieme agli enzimi della matrice perossisomale come la catalasi, sono trasportati nei perossisomi attraverso la membrana grazie a Pex3p. L'importazione delle proteine avviene post-traduzione, e richiede energia dall'idrolisi di ATP. Funzioni dei perossisomi I perossisomi contengono circa 50 enzimi e hanno un pH interno di ~8,2. Le loro principali funzioni includono: - Disintossicazione: Ossidano sostanze tossiche, come l'alcol etilico, ad acetaldeide negli epatociti. - Metabolismo del perossido di idrogeno: La catalasi degrada l'H₂O₂ in H₂O e O₂ o lo utilizza per ossidare substrati tossici come formaldeide, fenoli, nitriti, alcol metilico (→ formaldeide) ed etilico (→ acetaldeide). - Rimozione delle ROS (specie reattive dell’ossigeno): Le ROS sono eliminate da enzimi come la catalasi e da molecole non enzimatiche come le vitamine A ed E, prevenendo danni a lipidi, proteine e DNA. - Ossidazione degli acidi grassi: Nei perossisomi avviene una parte significativa della β-ossidazione degli acidi grassi a catena lunga e molto lunga, producendo acetil-CoA, che viene poi trasferito al citosol o ai mitocondri per l'ulteriore ossidazione. CITOSCHELETRO Rete tridimensionale di struttura proteiche che si estendono per tutto il citoplasma, dando forma alla cellula ed organizzandone i componenti interni. Funzioni del citoscheletro: - Sostegno della architettura cellulare - Motilità cellulare Il citoscheletro è formato da tre componenti: - Microfilamenti o filamenti di actina - Microtubuli - Filamenti intermedi I MICROFILAMENTI, anche chiamati filamenti di actina, sono il componente più sottile del citoscheletro, con un diametro di circa 7 nm. Sono formati principalmente dalla proteina actina e svolgono un ruolo fondamentale nella struttura, movimento e dinamica cellulare. Insieme ai microtubuli e ai filamenti intermedi, formano la rete strutturale che conferisce forma e supporto meccanico alle cellule. Struttura dei microfilamenti I microfilamenti sono polimeri lineari di actina, una proteina globulare molto abbondante in tutte le cellule eucariotiche. Esistono due forme principali di actina: 1. Actina G (globulare): Questa è la forma monomerica della proteina. Le singole molecole di actina G si uniscono l'una all'altra per formare lunghe catene filamentose. 2. Actina F (filamentosa): Quando i monomeri di actina G si polimerizzano, formano un filamento a doppia elica chiamato actina F. Questa doppia elica costituisce la struttura del microfilamento. Polarità dei microfilamenti I microfilamenti sono polarizzati, il che significa che hanno una distinzione tra le estremità. Le due estremità del filamento non sono identiche: - Estremità positiva (+): È il punto in cui i monomeri di actina si aggiungono più rapidamente. Questa estremità è anche chiamata estremità "barbed" (punteggiata). - Estremità negativa (-): Qui l'aggiunta di monomeri è più lenta, e questa estremità è chiamata "pointed" (puntata). La polarità dei microfilamenti è importante per il loro ruolo dinamico nei processi cellulari, come la migrazione cellulare e la divisione cellulare. Funzioni dei microfilamenti 1. Mantenimento della forma cellulare: I microfilamenti sono coinvolti nel mantenimento e nella modifica della forma cellulare. Ad esempio, formano la rete corticale sotto la membrana plasmatica, fornendo supporto strutturale e contribuendo alla stabilità della membrana stessa. 2. Movimento cellulare: Uno dei ruoli principali dei microfilamenti è facilitare il movimento cellulare, sia interno che esterno. Questo include il movimento ameboide delle cellule, la formazione di estensioni cellulari come i filopodi (sottili proiezioni di actina) e i lamellipodi (ampie strutture a rete di actina che si espandono durante la migrazione cellulare). Il movimento è guidato dalla polimerizzazione e depolimerizzazione dell'actina. 3. Contrazione muscolare: Nei muscoli, i microfilamenti di actina interagiscono con la proteina miosina per generare forza e movimento. La miosina, una proteina motoria, si attacca ai microfilamenti e usa l'energia derivante dall'ATP per scorrere lungo l'actina, causando la contrazione muscolare. 4. Citosi ed endocitosi: I microfilamenti sono coinvolti in processi come la citocinesi (la separazione del citoplasma durante la divisione cellulare) e l'endocitosi (il processo attraverso cui le cellule ingeriscono materiali dalla loro superficie). Durante la citocinesi, l'anello contrattile di actina e miosina si stringe attorno alla cellula, separando le due cellule figlie. 5. Stabilizzazione di giunzioni cellulari: I microfilamenti aiutano a mantenere l'integrità delle giunzioni cellulari, come le giunzioni aderenti che collegano le cellule epiteliali vicine. 6. Segnalazione cellulare: I microfilamenti possono essere coinvolti nella trasduzione del segnale, aiutando a trasferire informazioni dal segnale extracellulare all'interno della cellula, spesso in risposta a stimoli ambientali che richiedono un cambiamento nella struttura o funzione cellulare. Polimerizzazione e depolimerizzazione dell'actina La dinamica dei microfilamenti è un processo regolato dalla continua aggiunta e rimozione di monomeri di actina. Questa dinamica è modulata da diverse proteine regolatrici, tra cui: - Profilina: Aiuta ad aggiungere monomeri di actina G all'estremità positiva del filamento, accelerando la polimerizzazione. - Timosina: Lega i monomeri di actina G, impedendo la loro polimerizzazione e mantenendoli in riserva. - Cofilina: Promuove la depolimerizzazione dei filamenti di actina all'estremità negativa, accelerando il disassemblamento del filamento. - Arp2/3: Questa complessa proteina nuclea nuovi filamenti di actina e permette la ramificazione, particolarmente importante per la formazione di lamellipodi. Polimerizzazione: inizia con il legame dei monomeri di G-actina per formare un filamento di F-actina. La polimerizzazione avviene principalmente all’estremità positiva (+) del filamento, dove i monomeri si aggregano e si legano l’uno all’altro, estendendo il filamento. L’ATP è importante poiché viene idrolizzata dalla actina fornendo energia necessaria per la crescita del filamento. Depolimerizzazione: avviene principalmente all’estremità negativa (-) del filamento, dove i monomeri di actina vengono rimossi. Abbiamo che l’ATP legata alla actina si idrolizza in ADP, con la conseguenza dello stacco dei monomeri di actina dal filamento. Funzione di interazione con altre proteine I microfilamenti non agiscono da soli, ma interagiscono con numerose altre proteine per eseguire le loro funzioni. Alcune proteine importanti includono: - Miosina: Come menzionato, le proteine della famiglia delle miosine si muovono lungo i filamenti di actina e sono cruciali per la contrazione muscolare, il trasporto di vescicole e organelli e altri tipi di movimento cellulare. - Spectrina e filamina: Queste proteine legano i filamenti di actina e li collegano alla membrana plasmatica, conferendo stabilità strutturale alla cellula. - Vinculina e talina: Queste proteine collegano i microfilamenti di actina alle giunzioni adesive, specialmente nei contatti focali tra la cellula e la matrice extracellulare. Microfilamenti nelle diverse cellule e tessuti - Cellule muscolari: Nei muscoli, i microfilamenti di actina sono organizzati in strutture molto regolari chiamate sarcomeri, che sono unità contrattili della fibra muscolare. - Cellule epiteliali: I microfilamenti sono concentrati sotto la membrana plasmatica e stabilizzano la forma della cellula e la posizione delle giunzioni cellulari. - Neuroni: Nei neuroni, i microfilamenti sono coinvolti nella crescita e nel mantenimento dei neuriti (assoni e dendriti). MICROTUBULI I microtubuli sono uno dei componenti principali del citoscheletro delle cellule eucariotiche. Sono strutture cilindriche, cave, formate dalla polimerizzazione di dimeri di tubulina, proteine globulari composte da due subunità: tubulina α e tubulina β. Questi dimeri si assemblano in modo lineare per formare protofilamenti, e 13 protofilamenti si uniscono lateralmente per creare un microtubulo. Struttura dei Microtubuli I microtubuli hanno una struttura polarizzata con due estremità: - Estremità positiva (+) dove la polimerizzazione (aggiunta di nuovi dimeri) è più rapida. - Estremità negativa (-) dove la polimerizzazione è più lenta e spesso è ancorata ai centrosomi o a strutture simili. Funzioni dei Microtubuli 1. Mantenimento della forma cellulare: I microtubuli forniscono supporto meccanico e contribuiscono alla resistenza della cellula. 2. Trasporto intracellulare: Agiscono come binari lungo i quali proteine motorie come chineisine e dineine trasportano vescicole, organelli, e altre componenti cellulari. 3. Divisione cellulare: I microtubuli formano il fuso mitotico, una struttura essenziale per la separazione dei cromosomi durante la mitosi. 4. Movimento cellulare: I microtubuli formano le strutture di ciglia e flagelli, che sono responsabili del movimento cellulare in molti organismi. Polimerizzazione e Dinamica dei Microtubuli I microtubuli sono altamente dinamici, con una continua aggiunta e rimozione di dimeri di tubulina. Questo processo è noto come instabilità dinamica. La polimerizzazione e la depolimerizzazione dei microtubuli sono regolati dal GTP, che si lega alla tubulina. - GTP-tubulina si associa ai microtubuli e stabilizza la struttura. - Quando il GTP viene idrolizzato a GDP, la struttura diventa instabile, portando alla depolimerizzazione. Organizzazione e Centri di Nucleazione I microtubuli sono nucleati dai centrosomi o da altre strutture chiamate corpi basali (nelle ciglia e flagelli). Il centrosoma è formato da due centrioli e una matrice di proteine che facilitano l'assemblaggio dei microtubuli. I FILAMENTI INTERMEDI rappresentano uno dei tre principali componenti del citoscheletro, insieme ai microtubuli e ai microfilamenti. Sono strutture filamentose che conferiscono resistenza meccanica alle cellule, aiutandole a mantenere la loro forma, a resistere allo stress meccanico e sono privi di polarità. Struttura dei filamenti intermedi 1. Monomero: I filamenti intermedi sono formati da proteine filamentose. Un monomero di FI è costituito da una singola proteina che ha una struttura simile a un'asta o una forma a elica alfa. Questa proteina ha una regione centrale di tipo elicoidale (la "rod domain"), che è conservata tra le diverse classi di proteine che formano i filamenti intermedi, e due regioni terminali non strutturate chiamate testa N-terminale e coda C-terminale. Alcuni esempi di proteine che costituiscono i filamenti intermedi includono cheratine, vimentine, desmine e neurofilamenti. 2. Dimero: Due monomeri si avvolgono l'uno attorno all'altro, formando un dimero coiled-coil. In questa configurazione, le eliche alfa dei due monomeri si avvolgono insieme a spirale. I due monomeri si allineano in modo parallelo (le teste N-terminali di entrambe le proteine si trovano dallo stesso lato). Questo dimero rappresenta la prima unità stabile della struttura dei filamenti intermedi. 3. Tetramero: Due dimeri si associano in modo antiparallelo (cioè con le estremità N-terminali di un dimero che si trovano accanto alle estremità C-terminali dell'altro dimero), formando un tetramero. In questo stadio, la struttura non è più polarizzata, perché i terminali N e C si trovano alle estremità opposte del tetramero, neutralizzando la polarità del filamento intermedio. 4. Filamento intermedio: I tetrameri si impilano uno sopra l'altro per formare una struttura protofilamentosa. Otto protofilamenti si intrecciano lateralmente per formare il filamento intermedio maturo, che ha un diametro di circa 10 nm. Questi filamenti non sono polarizzati (cioè non hanno estremità + e - come i microtubuli o i microfilamenti), e questa mancanza di polarità li rende stabili e resistenti allo stress meccanico. Funzioni dei filamenti intermedi - Resistenza meccanica: I filamenti intermedi conferiscono robustezza alle cellule, soprattutto a quelle esposte a forze meccaniche intense, come le cellule epiteliali e muscolari. Nel tessuto epiteliale, ad esempio, le cheratine (una classe di FI) sono cruciali per la coesione delle cellule e la loro resistenza allo stress. - Formazione di giunzioni cellulari: I FI sono coinvolti nelle giunzioni desmosomiali, che collegano le cellule tra loro, e nelle emidesmosomi, che ancorano le cellule alla matrice extracellulare. - Ruolo nelle malattie: Mutazioni nelle proteine dei FI possono causare malattie come epidermolisi bollosa, una malattia della pelle caratterizzata da fragilità dei tessuti epiteliali. MOTORI MOLECOLARI I motori molecolari sono proteine che utilizzano l'energia derivata dall'idrolisi di ATP per generare movimento lungo i filamenti del citoscheletro. I principali motori molecolari che interagiscono con il citoscheletro sono le chineisine e le dineine, che si muovono lungo i microtubuli, e la miosina, che si muove lungo i microfilamenti (actina). Tipi di Motori Molecolari 1. Chineisine: si muove verso l'estremità positiva (+) dei microtubuli. Per quanto riguarda la loro funzione, le chineisine sono coinvolte nel trasporto anterogrado di vescicole, organelli (come i mitocondri) e altre componenti cellulari dal centro verso la periferia della cellula. La chineisina ha una testa globulare che si lega ai microtubuli e idrolizza ATP per generare il movimento. La parte centrale e la coda sono responsabili del legame con il carico da trasportare. 2. Dineine: si muove verso l'estremità negativa (-) dei microtubuli. La funzione delle dineine sono responsabili del trasporto retrogrado (verso il centrosoma) e del movimento delle ciglia e dei flagelli. Come le chineisine, le dineine hanno teste globulari per l'idrolisi di ATP e una coda che si lega al carico o ad altre strutture cellulari. 3. Miosina: si muove verso l'estremità positiva (+) dei microfilamenti di actina. La miosina è coinvolta nel movimento muscolare, nella contrazione cellulare, e in processi come la divisione cellulare e il trasporto intracellulare. La miosina è composta da una testa che si lega all'actina e utilizza ATP per il movimento e da una coda che può legarsi a vari substrati. Meccanismo di Movimento Il movimento dei motori molecolari avviene attraverso cicli ripetuti di legame, idrolisi dell’ATP, cambiamenti conformazionali e rilascio: 1. Il motore molecolare si lega al suo filamento (microtubuli per chineisine e dineine, actina per la miosina). 2. L'idrolisi dell'ATP porta a un cambiamento conformazionale nella proteina, generando forza. 3. Il motore si sposta lungo il filamento e si lega nuovamente in una posizione successiva, ripetendo il ciclo. INSTABILITÀ DINAMICA L’instabilità dinamica è un fenomeno che riguarda i microtubuli ed è essenziale per la loro funzione. I microtubuli sono strutture altamente dinamiche, costituite da dimeri di tubulina che si polimerizzano e depolimerizzano in modo rapido e continuo. Meccanismo dell’Instabilità Dinamica Ogni estremità dei microtubuli ha un comportamento diverso: - Estremità positiva (+): Qui la polimerizzazione è più rapida. I dimeri di tubulina legati a GTP si aggiungono alla fine del microtubulo, favorendo l'allungamento. - Estremità negativa (-): La polimerizzazione è più lenta, e spesso l’estremità è ancorata ai centri di nucleazione come il centrosoma. Quando i dimeri di tubulina si legano, lo fanno nella loro forma GTP-tubulina, che è stabile e favorisce l'assemblaggio del microtubulo. Tuttavia, dopo che il GTP viene idrolizzato a GDP, i dimeri diventano meno stabili, causando la depolimerizzazione. Questo processo alterna fasi di crescita e di collasso, definendo l’instabilità dinamica. Fasi dell’Instabilità Dinamica 1. Polimerizzazione: I dimeri di GTP-tubulina si aggiungono all’estremità positiva del microtubulo, allungandolo. 2. Catastrofe: Se il GTP viene idrolizzato a GDP troppo rapidamente, il microtubulo entra in una fase di rapida depolimerizzazione. 3. Rescue: Se nuovi dimeri di GTP-tubulina si aggiungono, il microtubulo può tornare a crescere, salvandosi dalla depolimerizzazione completa. Questo ciclo di polimerizzazione e depolimerizzazione consente ai microtubuli di esplorare l’ambiente cellulare, trovando punti di ancoraggio o target specifici, come i cromosomi durante la mitosi. TREADMILLING Il treadmilling è un fenomeno osservato principalmente nei microfilamenti di actina, ma può verificarsi anche nei microtubuli. Descrive una situazione in cui le subunità si aggiungono a una estremità del filamento (solitamente l’estremità positiva) e contemporaneamente si perdono dall’altra estremità (solitamente l’estremità negativa), mantenendo la lunghezza del filamento relativamente costante. Meccanismo del Treadmilling 1. Estremità positiva: L’actina legata a ATP si aggiunge all’estremità positiva del microfilamento, favorendo la crescita del filamento. 2. Estremità negativa: L’actina legata a ADP si dissocia dall’estremità negativa del filamento, causando la sua riduzione. Questo movimento continuo dà l’impressione che il filamento si stia "muovendo" nello spazio, pur rimanendo fisso in termini di lunghezza. Il treadmilling è importante per la migrazione cellulare e altri processi dinamici che coinvolgono l’actina. METABOLISMO ENERGETICO Il metabolismo energetico è l'insieme delle reazioni biochimiche che avvengono all'interno delle cellule per produrre energia, principalmente sotto forma di ATP (adenosina trifosfato). I mitocondri sono gli organelli principali responsabili della produzione di questa energia tramite il processo di respirazione cellulare. Catabolismo: insieme delle reazioni che producano energia. Ad esempio, l’idrolisi della ATP che si trasforma in ADP+ Pi attraverso i mitocondri, che sono delle cellule energetiche. Anabolismo: insieme di reazione che consumano energia. Ad esempio la sintesi della ATP. Respirazione Cellulare La respirazione cellulare si divide in tre fasi principali: 1. Glicolisi: avviene nel citoplasma e comporta la scissione del glucosio in due molecole di piruvato, con produzione di una piccola quantità di ATP. 2. Ciclo di Krebs (o Ciclo dell’Acido Citrico): si svolge all'interno della matrice mitocondriale. Il piruvato viene ossidato, producendo CO₂ e trasportatori di elettroni (NADH, FADH₂). 3. Catena di Trasporto degli Elettroni (o Fosforilazione Ossidativa): avviene nella membrana interna del mitocondrio. Gli elettroni trasportati da NADH e FADH₂ attraversano una serie di complessi proteici, generando un gradiente di protoni che consente la sintesi di ATP. Struttura del Mitocondrio Il mitocondrio ha una struttura molto organizzata, essenziale per la sua funzione: - Membrana esterna: è liscia e permeabile a piccole molecole grazie alla presenza di porine. - Spazio intermembrana: lo spazio tra la membrana interna ed esterna, che accumula protoni durante la fosforilazione ossidativa. - Membrana interna: altamente invaginata per formare delle creste, contiene le proteine della catena di trasporto degli elettroni e l’enzima ATP sintasi. - Matrice mitocondriale: qui avviene il ciclo di Krebs e contiene DNA mitocondriale, ribosomi e gli enzimi necessari per la replicazione del DNA e la sintesi proteica. Proteine dirette alla Matrice Mitocondriale Le proteine destinate alla matrice mitocondriale sono sintetizzate nel citosol come precursori. La loro importazione nel mitocondrio richiede: 1. Segnale di localizzazione mitocondriale: una sequenza peptidica specifica che dirige la proteina verso il mitocondrio. 2. Complessi TOM e TIM: il complesso TOM (Translocase of the Outer Membrane) media il passaggio attraverso la membrana esterna, mentre il complesso TIM (Translocase of the Inner Membrane) facilita il transito attraverso la membrana interna. 3. Chaperoni: aiutano a mantenere la proteina non ripiegata durante il trasporto e assistono nel suo ripiegamento una volta che è entrata nella matrice. Proteine dirette alla Membrana Mitocondriale Le proteine destinate alla membrana mitocondriale interna o esterna seguono percorsi simili a quelle per la matrice, ma con specifiche differenze: - Alcune proteine utilizzano specifici segnali che le indirizzano alla membrana interna o esterna dopo essere passate attraverso il complesso TOM. - Altre proteine possono essere integrate direttamente nella membrana grazie a chaperoni e complessi di inserimento specifici (come SAM per la membrana esterna e OXA per la membrana interna). Duplicazione dei Mitocondri I mitocondri si duplicano tramite un processo chiamato fissione mitocondriale, simile alla divisione dei batteri. La duplicazione è strettamente regolata e comprende: 1. Divisione del DNA mitocondriale: il DNA circolare presente nella matrice viene replicato. 2. Fissione della membrana mitocondriale: complessi proteici, come la dinamina, regolano il processo di scissione, durante il quale un mitocondrio si divide in due. 3. Controllo del numero di mitocondri: la fusione e fissione dei mitocondri sono regolate per mantenere l’omeostasi energetica e rispondere alle esigenze cellulari. La fusione e la fissione consentono anche ai mitocondri di mescolare i loro contenuti, permettendo il recupero di componenti danneggiate e la distribuzione uniforme del DNA mitocondriale. Mitocondri nei neuroni: le vescicole cariche di neurotrasmettitori sono sintetizzate nel corpo cellulare del neurone, trasportate lungo i microtubuli dalle chinesine e rilasciano il neurotrasmettitore all’estremità dell’assone. Le vescicole scariche sono trasportate lungo i microtubuli dalle dineine al corpo cellulare dove vengono ricaricate. Respirazione cellulare: la funzione principale del mitocondrio consiste nell’estrarre energia dalle molecole di nutrienti per produrre ATP. La respirazione cellulare è il processo con la quale i nutrienti, demoliti dalla digestione a molecole elementare, sono demoliti in molecole ancora più semplici, ottenendo energia disponibile per la cellula sotto forma di ATP. Un altro modo per produrre energia è la degradazione del glucosio, che avviene in serie di reazione: 1. La glicolisi avviene nel citosol e consiste nella degradazione di una molecola di glucosio in due molecole di piruvato in assenza di O2. In primo luogo, abbiamo il consumo di due molecole di ATP, poi in un secondo luogo abbiamo la formazione di quattro molecole di ATP e due molecole di cofattore ridotto NADH. Avendo il consumo di due molecole di ATP, da un lato, e la produzione di quattro molecole di ATP, dall’altro lato; abbiamo un bilancio energetico netto di due molecole di ATP e due molecole di NADH. In presenza di O2 abbiamo la decarbossilazione del piruvato. In assenza dell’O2 la glicolisi può diventare temporaneamente la sorgente più importante di energia in tessuti come i muscoli striati scheletrici sotto forte sforzo fisico. Il bilancio netto energetico, in assenza di O2, è di due molecole di ATP per una molecola di glucosio. 2. Decarbossilazione del piruvato: il piruvato viene trasportato dal citosol all’interno del mitocondrio. Nella matrice mitocondriale il piruvato è ossidato dall’enzima piruvato-deidrogenasi, rimuovendo un atomo di carbonio sotto forma di CO2, con la formazione di una molecola a due atomi di carbonio 3. Ciclo di Krebs: il ciclo di Krebs è una via metabolica anfibolica. Partecipa a processi catabolici e anabolici e fornisce precursori per la produzione di alcuni amminoacidi e di altri molecole. Durante il ciclo sono prodotte una molecola di ATP, tre molecole di NAH + H+ e una molecola di FADH2 4. L’energia degli elettroni è usata dai complessi per pompare H+ contro gradiente di concentrazione dalla matrice allo spazio inter-membrana, generando un gradiente protonico attraverso membrana mitocondriale interna. si compone in due fasi: la prima fase gli elettroni trasportarti da NADH e FADH2 sono ceduti alla catena di trasporto degli elettroni costituita da quattro complessi respiratori della membrana mitocondriale interna. Nella seconda fase il gradiente protonico generato dalla catena di trasporto degli elettroni è sfruttato dall’ATP sintasi che grazie alla energia dei protoni che fluisce nella matrice mitocondriale secondo gradiente di reazione fa reagire le molecole di ADP con i gruppi fosfato formando ATP. NUCLEO E CROMOSOMI Il nucleo è l'organello più grande nelle cellule eucariotiche, ed è il sito in cui è contenuto e organizzato il materiale genetico sotto forma di DNA. I cromosomi sono lunghe molecole di DNA, associate a proteine strutturali e regolatrici, che codificano l'informazione genetica necessaria per la sopravvivenza e il funzionamento delle cellule. Cromosoma Procariotico: - Nelle cellule procariotiche (come batteri e archea), il DNA è organizzato in una singola molecola circolare di DNA nudo, chiamata nucleoide, che non è racchiusa da una membrana nucleare. - Non ci sono cromosomi veri e propri; il DNA è più compatto grazie alla presenza di proteine che lo stabilizzano, ma non ci sono nucleosomi (strutture con DNA avvolto intorno a istoni). Cromosoma Eucariotico: - Nelle cellule eucariotiche, il DNA è organizzato in più cromosomi lineari, racchiusi nel nucleo e associati a proteine istoniche. - Il DNA è avvolto attorno a proteine chiamate istoni, formando delle unità chiamate nucleosomi. Questa struttura più complessa permette una regolazione precisa dell’espressione genica e della replicazione. Distensione delle Cromatine nell'Interfase Durante l'interfase, che è il periodo in cui la cellula non si sta dividendo, il DNA non è condensato in cromosomi visibili al microscopio, ma si trova sotto forma di cromatina. La cromatina è il complesso di DNA e proteine (principalmente istoni) che compongono i cromosomi. E si possono distinguere due tipi di cromatina: - Eucromatina: la parte di cromatina meno condensata e più attivamente trascritta. È associata a geni che vengono espressi. - Eterocromatina: la cromatina più densamente imballata e generalmente inattiva dal punto di vista trascrizionale. Si trova spesso nelle regioni pericentromeriche e telomeriche dei cromosomi. FASI DEL DNA: FUNZIONE E STRUTTURA Il DNA attraversa diverse fasi e stati strutturali durante il ciclo cellulare, in base alla sua funzione e attività. 1. Interfase: Il DNA è in forma di cromatina distesa, consentendo l'accesso agli enzimi di replicazione e trascrizione. È il momento in cui la cellula cresce, replica il DNA (fase S) e si prepara alla divisione (fasi G1 e G2). 2. Fase G1 (Gap 1): La cellula aumenta di dimensioni e sintetizza proteine e organelli. Il DNA è sotto forma di cromatina aperta (eucromatina), consentendo l'attività di trascrizione per produrre proteine. 3. Fase S (Sintesi): Il DNA viene duplicato per preparare la divisione cellulare. I cromatidi fratelli vengono sintetizzati ma restano attaccati tra loro al centromero. 4. Fase G2 (Gap 2): La cellula continua a crescere e prepara i componenti necessari per la divisione. Il DNA è ancora sotto forma di cromatina ma si condensa gradualmente in cromosomi. 5. Mitosi (Divisione Cellulare): Il DNA si condensa in cromosomi ben distinti e visibili. Ogni cromosoma è costituito da due cromatidi fratelli uniti al centromero. Durante la mitosi, i cromatidi si separano e vengono distribuiti nelle due cellule figlie. Morfologia del cromosoma: ogni cromosoma metafisico consiste di due cromatidi fratelli identici che sono uniti in una proporzione chiamata centromero. Il centromero è una regione specializzata del cromosoma, costituita da sequenze ripetute che danno origine a eterocromatina costituita, il quale svolge due ruoli: 1. Tenere uniti i cromatidi fratelli fino alla divisione cellulare 2. Costituisce il sito di attacco per i microtubuli del fuso mitotico per assicurare la corretta distribuzione dei cromosomi duplicati tra le cellule figlie durante la divisone cellulare Oltre alla costrizione primaria, che sarebbe il centromero, vi è anche una costrizione secondaria che contiene le sequenze che codificano l’RNA ribosomiale. Nel cromosoma sono presenti, in duplice copia i telomeri (sequenze eterocrmatiche) altamente ripetute alla estremità dei cromosomi che hanno la funzione di proteggere il cromosoma dalla degradazione a opera di nucleasi e mantengono la lunghezza del cromosoma. Le sequenze ripetute dei telomeri sono siti di legame per le proteine telomeriche che formano un cappuccio marcato all’estremità del cromosoma come estremità naturale e quindi le distinguono dalla rottura a doppio filamento di DNA. Questo previene l’attivazione non appropriata della risposta della cellula al danno al DNA che spesso conduce alla morte prog