Biologia - Scienza della Vita (PDF)

7 ottobre Biologia—> scienza della vita e va considerato anche l’ambiente in cui gli organismi vivono. L’ambiente è governato dalle leggi chimico-fisiche che lega il tutto, noi siamo diversi da un sasso, per esempio, perché ci sono delle informazioni contenute nel nostro dna che producono proteine p...

7 ottobre Biologia—> scienza della vita e va considerato anche l’ambiente in cui gli organismi vivono. L’ambiente è governato dalle leggi chimico-fisiche che lega il tutto, noi siamo diversi da un sasso, per esempio, perché ci sono delle informazioni contenute nel nostro dna che producono proteine per fare cose che altri esseri non fanno. Ciò che non è vivente è meno complesso rispetto ad un organismo vivente. 1. Biodiversità 2. Capacità di accrescimento 3. Capacità di autoriproduzione 4. Adattamento all’ambiente >BIODIVERSITÀ L’organismo vivente è caratterizzato dalla biodiversità che è importante, nessuno è identico a qualcuno anche i gemelli omozigoti sono diversi anche se geneticamente simili. Infatti l’ambiente interviene sulla modificazione delle persone. Ogni persona è diversa, non solo unicità genetica, ma anche comportamentale. Ciascuno ha diversa forza o aspetto ed è diverso anche dal punto di vista genetico di avere la capacità di sviluppare determinate malattie. Se non ci fosse stata biodiversità nella nostra specie, tutti saremmo morti di covid se fossimo stati tutti poco resistenti al covid. Infatti ogni organismo risponde diversamente alle infezioni o all’assorbimento di determinati nutrienti. Le specie che si riducono e rimangono in pochi esemplari possono anche riprodursi, ma avranno una biodiversità limitata ed è ciò li porterà all’estinzione prima o poi. Infatti di questi sono rimasti solo un sotto gruppo. organismi (batteri, animali, funghi, vegetali ecc) ≠ biodiversità dentro ad ogni specie Questa complessità deve essere controllata perché alcune modifiche possono essere vantaggiose, ma altre deriterie. Perciò la complessità specificamente determinata deve essere costante nel tempo e nello spazio. Le informazioni sono nel dna (macromolecola che contiene l’informazione genetica) che è in grado di tramandare le informazioni alla progenie. Infatti la biodiversità è controllata proprio dal gene. Il dna si è evoluto moltissimo fino ad arrivare alle scimmie e all’uomo. In ogni essere c’è una grandissima quantità di informazione specifica. L'insieme delle molecole di DNA che contiene l’informazione genetica è detta genoma. >CAPACITÀ DI ACCRESCIMENTO Ogni organismo cresce e si sviluppa. Lo zigote poi si duplica e poi si differenzia in cellule con determinate funzioni fino a creare il corpo umano e i diversi tessuti. Gli organismi viventi devono essere in grado di trasformare i composti inorganici in composti organici specifici di ciascun organismo. Inoltre gli organismi viventi devono essere in grado di produrre energia dalla materia che devono utilizzare nelle reazioni biochimiche. Gli enzimi sono fondamentali per far creare diverse reazioni all’interno della cellula. Infatti gli enzimi sono dei catalizzatori delle varie reazioni estremamente specifici ed efficienti. Gli enzimi abbassano l’energia di attivazione e fanno avvenire le reazioni a temperature corporee di circa 37 gradi e in maniera più veloce. In ogni organismo, si svolgono solo le reazioni per le quali esso è in grado di produrre corrispondente enzima. Una buona parte dell'informazione genetica riguarda proprio il modo di sintetizzare i diversi enzimi. Il cristallo cresce ma le cellule del sale rimangono uguale a se stesse. >CAPACITÀ DI RIPRODURSI 1. Riproduzione asessuata per scissione binaria Riguarda organismi unicellulari, batteri e cellule unicellulari eucarioti. Le cellule si dividono generando cellule figlie uguali a se stessi quindi è difficile che avvenga una modificazione o evoluzione poiché è molto lenta. Tramandare la genetica dalla cellula madre alla cellula figlia senza modificazione con il meccanismo di mitosi. 2. Riproduzione sessuata—> si uniscono due genomi diversi (anche nelle piante/insetti) quindi generano una progenie diversa rispetto al genoma dei genitori. Questa riproduzione permette un’evoluzione molto più veloce poiché ogni volta che c’è una nuova 1  nascita c’è una continua modificazione. Così l’evoluzione è molto più veloce. Diversi è per la scissione binaria in quanto è più difficile che una mutazione venga riprodotta senza che non sia del tutto fatale per il batterio. I meccanismi specifici per trasmettere nei gameti il patrimonio dei nostri genitori sono le meiosi. Se non avviene correttamente ci sono malattie genomiche molto gravi. 23 coppie di cromosomi—> tot 46 Se c’è un errore di divisione può portare a una trisomia del cromosoma 21→ down problemi cardiaci e fisici. Importante che ci sia un controllo di questo patrimonio genico con mitosi e meiosi. >ADATTAMENTO ALL’AMBIENTE Necessità di un meccanismo di adattamento compatibile con la conservazione e la trasmissione dell’informazione genetica. Infatti ci sono dei meccanismi evolutivi come la selezione naturale su specifiche varianti di un organismo (varia il fenotipo) generato dall’insorgenza di mutazioni casuali del DNA. ⇒Se siamo più portati per uno sport dipende dalla genetica ⇒Se ci alleniamo o abbiamo un alimentazione questo dipende dall’ambiente e posso modificare la mia prestazione fisica. Vivere in un ambiente, riprodursi e poter resistere dipende dal patrimonio genetico, ma anche da buone abitudini pratiche. Esempio nello sport: una persona è più predisposta ad uno sport di restienza, forza, velocità, però grazia all’allenamento si può migliorare le prestazioni. Infatti siamo programmati in un certo modo, ma il nostro organismo con l’allenamento può essere modificato. Esempio in ambito clinico: ci sono profili genetici che sono predisposti a determinate malattie genetiche—> si tiene sotto osservazione il paziente per dare consigli per far sviluppare la malattia il più lontano possibile. Infatti la malattia viene sviluppata dall’ambiente in cui mi trovo. 1. Lamark⇒si può fortificare una certa predisposizione e tutti sono d’accordo, ma non possono essere trasmesse determinate caratteristiche date dall’ambiente (errore di lamark) I figli di tamberi non potranno fare i record del mondo senza allenarsi verrà trasmessa la predisposizione di avere gambe da saltatore, ma non è che se non si allenano vinceranno. Jean-Baptiste Lamarck è noto per la sua teoria dell’evoluzione, che fu una delle prime a proporre una spiegazione scientifica del cambiamento delle specie nel tempo. Il suo pensiero si sviluppa principalmente attorno all’idea di evoluzione per trasformazione. Secondo Lamarck, gli organismi viventi si adattano all’ambiente attraverso l’uso o il non uso di certe parti del corpo, e queste modifiche vengono trasmesse alle generazioni successive. Questo processo è stato chiamato “eredità dei caratteri acquisiti”. Lamarck credeva che gli animali e le piante potessero sviluppare nuove caratteristiche durante la loro vita in risposta a esigenze specifiche dell’ambiente. Per esempio, se un animale dovesse allungare frequentemente il collo per raggiungere il cibo, questo tratto sarebbe trasmesso ai suoi discendenti. Lamarck vedeva l’evoluzione come un processo graduale, continuo e orientato verso la complessità crescente degli organismi. Questa teoria, pur essendo stata superata dalle moderne scoperte sulla genetica e la selezione naturale di Darwin, è stata comunque fondamentale nel delineare l’idea di un cambiamento delle specie nel corso del tempo, aprendo la strada per la successiva evoluzione delle idee scientifiche sull’evoluzione. 2. Darwin⇒le giraffe hanno il collo più lungo per adattamento all’ambiente ma non dato dalla capacità di allungamento, ma proprio da una modificazione genetica. Questo dovuto alle mutazioni 1)malattie⇒malattie svantaggiose che non vengono trasmesse perché la persona muorira e non le trasmetterà. 2)covid⇒molti sono morti perché non c’erano farmaci e le persona con un genotipo poco resistente al virus molti sono morti. >Meccanismi evolutivi complessi Selezionano organismi più adatti perché stando meglio si riproducono di più. 2 >L’organizzazione degli esseri viventi è organizzata in gerarchie atomo⇒ molecole⇒macromolecole >L’organizzazione biologica cellule⇒tessuti⇒organo⇒apparato⇒sistema >L’organizzazione biologica popolazione⇒comunità⇒ecosistema⇒biosfera/ecosfera CELLULA unità fondamentale della materia vivente ed è la più piccola unità capace di vita indipendente. Virus⇒ no vivente perché per riprodursi deve infettare una cellula e usare i suoi organuli per riprodursi. Può autoprodursi solo infettando una cellula. 3 Batterio⇒essere vivente unicellulare Note storiche ⇒1665 Hooke osservò delle fettine sottili di sughero e vide tante piccole cellette (tante piccole cellule vegetali morte) quindi solo il contenitore di cellulosa e conia il termine cellula. ⇒1800 teoria cellulare fatta dal botanico e zoologo Schleiden Schwann. La teoria dice che tutti gli organismi viventi sono costituiti da una cellula o più cellule che ne costituiscono le unità funzionali. ⇒1858 la teoria fu completata da Virchow, un patologo ed ogni cellula deriva sempre da cellule preesistenti >organizzazione della cellula: Organuli Complessi sopramolecolari Macromolecole Unità di base >cellula batterica⇒ organismo semplice 70% di H2O⇒importante è il mantenimento dell’idratazione perché intervengono anche per le azioni biochimiche degli organismi. Senza acqua non c’è vita sulla terra. 30% altro 1. 2% da polisaccaridi (zuccheri) 2. 15% proteine 3. 2% ⇒fosfolipidi servono per le membrane ma bisogna controllare perché ci potrebbero essere ictus o infarti. Anche il colesterolo serve per la fluidità delle membrane 4. Acidi nucleici 7%==>Dna e Rna 5. 4%ioni e piccole molecole⇒ non sono insignificanti. Se corro prendo magnesio e potassio perché sono fondamentali. Sodio e potassio servono per mantenere il potenziale di 4  membrana e nel regolare il bilancio idrico ed elettrolitico. Il calcio è il magnesio servono per molte attività poiché sono bivalenti. >cellula vivente generale 70%/80% acqua 20%/30% è costituito da carbonio 1. Micromolecole⇒monosaccaridi, lipidi semplici, amminoacidi o nucleotidi 2. Macromolecole⇒acidi nucleici (DNA,RNA), proteine, polisaccaridi e lipidi complessi. I componenti chimici della cellula possono essere classificati in: Composti organici Composti inorganici⇒ Come l’acqua e gli ioni minerali (cationi ed anioni) 1. I cationi più importanti sono: Na+/ K+/ Ca++/Mg++ 2. Gli anioni più importanti sono: Cl-/ SO4- -/PO4- -/ CO3- - >ACQUA—> gli organuli galleggiano nel citoplasma che è costituita da acqua e altre fibre che fanno da reticolato che è composto da H2O 1. La vita si è originata nell’acqua e l’acqua è essenziale per la vita 2. La terra è il pianeta dell’acqua perché ci sono i mari, laghi, stagni e molti ci abitano 3. L’acqua ha dei vantaggi fisiologici per esempio il raffreddamento dell’organismo che si sta surriscaldando. Ci deve essere un sistema che mantenga la temperatura corporea nel corpo sempre costante. Noi sudiamo perché così le cellule si surriscaldano allora sudo per estrarre calore per far abbassare la temperatura per questo devo integrare con i sali la temperatura. Sudorazione⇒ Come mezzo per raffreddare 4. L’acqua è la sostanza più abbondante nelle cellule circa il 70/75% del peso di un organismo. La materia vivente deve essere considerata come una soluzione acquosa. 5. Gli organismi hanno sviluppato meccanismi per ridurre le perdite di acqua 6. Nelle cellule come le molecole in continuo movimento entrano in collisione possono stabilire diversi tipi di interazione 7. L’acqua viene utilizzata come solvente universale per gli esseri viventi Proprietà: Polarità—>diversa distribuzione delle cariche elettriche tra l’O (elettrone negativo che tende ad acquisire elettroni quindi sposta la nuvola elettronica verso di sé quindi presenta delle cariche parziali negative verso l’ossigeno e positive verso l’ idrogeno) e l’H (elettrone positivo tende a perdere elettroni) la nuvola elettronica è asimmetrica dunque. Per questo si creano legami deboli detti ad idrogeno. Le molecole d’acqua si possono dissociare facilmente, mentre è difficile disfare legami covalenti tra ossigeno e idrogeno. Non sono cariche nette, ma sono cariche parziali. Legami ad idrogeno sono create tra idrogeno e l’ossigeno di due molecole d’acqua diverse. Invece il legame tra idrogeno e ossigeno della stessa molecola è covalente e si chiama dipolo perché si crea un polo positivo e un polo negativo. Una molecola d’acqua si può legare con 4 molecole d’acqua. 5  I legami idrogeno sono deboli ma così l’acqua è coesa. La proprietà che si associa a tale coesione è l’intensità superficiale per la quale la superficie dall’acqua è compatta e per questo molti insetti riescono a camminare sull’acqua. Coesione⇒è molto elevata e dipende dai legami idrogeno dell’acqua. La coesione spiega alcune caratteristiche dell’acqua, come la sua elevata tensione superficiale (insetti che camminano sull’acqua) e il suo elevato punto di ebollizione. La tensione superficiale è la densità superficiale di energia di legame sull'interfaccia tra un corpo continuo e un materiale di un'altra natura, un solido, un liquido o un gas. L’acqua ha un’elevata tensione superficiale perché tra le molecole è presente una forte coesione (dovuta ai legami 6  idrogeno), che tende a tenerle unite. Ed è grazie a questa proprietà che le goccioline d’acqua assumono una forma sferica e che un bicchiere si può riempire per qualche millimetro oltre il bordo, senza traboccare. Adesione⇒ è dovuta ai legami idrogeno tra l’acqua e le altre sostanze polari. In chimica e in fisica l'adesione è l'insieme dei fenomeni fisico-chimici che si producono tra due materiali di natura differente posti a contatto, tramite azioni di attrazione molecolare, incastro meccanico e dell'interdiffusione. Mentre il termine "adesione" fa riferimento all'azione di attrazione tra corpi differenti, il termine "coesione" fa riferimento all'azione di attrazione tra parti differenti dello stesso corpo. Nel caso dell'acqua, per esempio, con il termine "coesione" si indica la capacità delle molecole d'acqua di aggregarsi in gocce (grazie ai legami idrogeno), mentre l'adesione indica la capacità delle gocce d'acqua di rimanere "attaccate" alla superficie verticale di un contenitore (ad esempio una provetta) senza scivolare via. Capillarità⇒coesione e adesione dell’acqua spiegano tale fenomeno. Capacità di risalire all’interno di tubi molto stretti contro la forza di gravità. Permette come nel caso delle piante la risalita dell’acqua e così le radici possono assorbire l’acqua e farla risalire. Fondamentale per la vita. Alto calore specifico⇒Def: quantità di calore che un grammo di una sostanza deve assorbire per aumentare la sua temperature di un grado centigrado. L’acqua quando è esportata può portare via una determinata quantità di calore. L’acqua ha un alto calore specifico per i numerosi legami idrogeno tra le molecole che mantengono costante la temperatura dell’acqua che se si dovesse alzare è perché viene assorbito tanto calore ovvero tanta energia. Alto calore di evaporazione⇒ le molecole d’acqua portano una grande quantità di calore perché ha un alto calore specifico. Def: È la quantità di energia necessaria per convertire un grammo di liquido in vapore. Le molecole d’acqua quando passano allo stato di vapore portano con loro una grande quantità di calore determinando così un raffreddamento per evaporazione. Tendenza a dissociarsi⇒siccome non è così forte il legame idrogeno potrebbe anche dissociarsi e quindi questo origina i ioni idrogeno (protoni H+) e ioni idrossido (OH-) questo è ciò che fa sciogliere i sali in una certa quantità d’acqua. Infatti tendono a dissociarsi e formare ioni in presenza di sale. 7 Assorbendo una certa quantità di calore=energia che rompe i legami ad idrogeno e allontana le molecole si ottengono ≠ forme e ≠ stati dell’acqua. A 100 gradi l’acqua evapora. A zero gradi l’acqua cristallizza e i legami diventano regolari. In questa forma essendo regolari e compatti occupano più spazio rispetto allo stato liquido. Infatti per ciò questa è la motivazione per cui il ghiaccio galleggia perché è meno denso dell’acqua in quanto i legami sono posizionati regolarmente e più distanti. Uno dei pochi casi in cui lo stato solido è più leggero di quello solido poiché nello stesso volume ci sono meno molecole d’acqua. Invece per quanto riguarda il sale lo stato solido è più pensate perché a parità di volume le quantità di molecole è maggiore allo stato solido rispetto che a quello liquido. ⇒Come si sciolgono le sostanze in acqua: l’acqua dissociandosi fa sì che si possano sciogliere delle sostanze in essa. Nell’acqua avvengono tantissime reazioni biochimiche. Non tutte le sostanze si sciolgono, ma solo le sostanze polarizzate o i sali che possono dissociarsi in ioni. 1)Sostanze idrofile⇒ sostanze che amano l’acqua Composti ionici: come i sali Polari: zuccheri, carboidrati, amminoacidi e nucleotide. Simili all’aula che hanno della cariche parziali positive e negative. 2)Sostanze idrofobiche⇒ciò che non si polarizza e non interagiscono con l’acqua Composti apolari: grassi che tendono a sciogliersi e ionizzarsi. 3)Composti anfipatici hanno una parte idrofobiche e idrofiliche. Interagiscono perciò solo per metà con l’acqua. Il sodio si scioglie nell’acqua perché ogni ione (sodio e cloro) interagiscono con l’acqua. La soluzione è satura (Quando il sale non si scioglie più) dal punto di vista molecolare finiscono le molecole d’acqua che possono interagire. 8 Le molecole idrofobiche se vengono lasciate lì a riposare non si uniscono, ma se le si scuote all’inizio si uniscono, ma in realtà non sono solubili anche se all’inizio sembra poter mischiarle. Dopo un po’ si separeranno un'altra volta. 14 ottobre 4 classi principali di molecole organiche nella cellula Zuccheri⇒ macromolecole essenziali per la vita⇒polissacaridi Acidi grassi⇒ lipidi e grassi solo i lipidi Amminoacidi⇒ proteine Nucleotide⇒acidi nucleici DNA e RNA Cellula tipo: 1)70/80 di acqua 2)1% ioni importanti 3)20/30% composti organici⇒ Di piccole dimensioni:carboidrati, lipidi semplici , amminoacidi e nucleotidi Di grandi dimensioni: acidi nucleici (DNA e RNA), lipidi complessi e proteine LIPIDI Funzioni: 1. funzione di riserva energetica (lipidi di deposito)⇒ perché se scissi liberano energia. Ci vuole più tempo a scindere i lipidi piuttosto che gli zuccheri infatti per energia immediata è meglio mangiare i carboidrati perché sono già pronti per produrre energia. I lipidi vengono scissi se mancano i carboidrati. 2. Essi sono i principali componenti delle membrane (lipidi strutturali) 3. Molti ormoni sono di natura lipidica quindi hanno un ruolo di messaggeri chimici tra cellule diverse. Poi ci sono i cosiddetti secondi messaggeri che invece mandano le informazioni all’interno della cellula. 4. Isolamento dal freddo⇒ quindi molti animali sono aiutati da essi per isolarsi dal freddo. Esempio: Il tessuto adiposo di lipidi dei trichechi ha una funzione di isolamento dall’ambiente esterno 5. La vitamina A, E, D, K hanno una natura lipidica. Lipidi⇒ sono molecole idrofobiche insolubili o poco solubili in acqua e solubili in solventi apolari. Caratteristiche generali: 1)Sono composte da gruppi non polari perché tendono ad aggregarsi con le molecole idrofobiche. 2)Tendono ad associarsi tra di loro e formare barriere come nelle membrane cellulari. Grazie ad essi è stato possibile creare delle divisioni tra lo spazio interno ed esterno. 3)Sono davvero importanti perché sono una riserva energetica importante. Infatti i lipidi vengono scissi per produrre energia negli animali che vanno in letargo ed essi al risveglio sono molto magri poiché l’organismo durante il sonno li ha scissi. 3 classi di lipidi: Lipidi semplici o neutri⇒ non sono solubili in acqua e sono combinati con glicerolo e acidi grassi. Essi legano tre molecole di acidi grassi per formare i trigliceridi Lipidi complessi o lipidi polari⇒ sono le molecole anfipatiche che rappresentano i principali lipidi delle membrane biologiche. Sono comuni i fosfogliceridi che sono per metà sono solubili in acqua e per metà no. Steroidi⇒ colesterolo serve perché è un componente della membrana plasmatica e ne permette la fluidità. Altri steroidi sono importanti come ormoni negli animali: gli ormoni sessuali maschili e femminili e gli ormoni della corteccia surrenale che regolano la crescita e l’attività delle cellule. LIPIDI SEMPLICI: Essi sono neutri perché non polarizzati. Sono i più abbondanti degli esseri viventi 9  Hanno funzione di riserva energetica Sono detti anche gliceridi poiché formano la coltre di grasso. Sono formati da 1 molecola di glicerolo (alcol⇒ che ha una parte polarizzata che quando si lega con l’acido grasso viene persa e diventa neutro) unito a 1 o 2 o 3 altre molecole di acido grasso. L’acido grasso è composto da: Gruppo carbossilico⇒ (-COOH) Coda alifatica⇒catena con una serie di carboni regolari Glicerolo è legato all’acido grasso perché si perde una molecola d’acqua creano un legame covalente tra l’ossigeno e il carbonio e si chiama reazione di condensazione (formazione di una molecola d’acqua che poi viene persa) ogni OH del glicerolo lega un acido grasso per ciò gliceride/digliceride e trigliceridi. Essi non sono polarizzati. 10 Acidi grassi saturi Nella catena di carboni se c’è un solo legame covalente per ogni carbonio sono saturi. Sono rigidi e si possono accumulare nei vasi (fattore di rischio per le malattie cardiovascolari) e sono molto difficili da scindere. Gli acidi grassi saturi derivano da animali e alcuni dai vegetali, ma sono pochi. Acidi grassi insaturi perché nel carbonio 3 o 6 c’è un doppio legame. Infatti il carbonio fa 4 legami normalmente, ma in questo caso poiché fa solo due legami con l’idrogeno fa un doppio legame con l’altro carbonio successivo quindi si crea un doppio legame. Molti sono di origine vegetale e si accumulano meno facilmente. Le membrane sé non ci fossero i lipidi insaturi sarebbero troppo rigide. In realtà sono molto più mobili e fluidi. Fondamentale l’equilibrio tra acidi grassi saturi e insaturi. L’omega 3 e l’omega 6 sono insaturi. Dobbiamo introdurli con la dieta perché non sappiamo produrli. LIPIDI COMPLESSI 11 Glicerolo legato a 3 ossidrili e lega 2 acidi grassi e un gruppo polare(fosfato). Questo rende la molecola capace di interagire da una parte con le sostanze polari e dall’altra parte con sostanze apolari. Con la formazione di tale molecola è stata possibile la formazione delle membrane biologiche. Membrane che delimitano la parte interna ed esterna dividendo gli ambienti in zone interne ed esterne. Essi devono interagire sia con l’acqua che in zone dove non c’è l’acqua. Hanno una parte idrofila e una parte idrofobica⇒ dentro parte idrofobica e fuori la parte idrofilica così sono stabili e per stare così utilizzano la minima quantità di energia. È una sistemazione spontanea poiché tale disposizione richiede minore energia tra l’ambiente normale e quella acquosa. La loro formazione è stata spontanea. Servono sia gli acidi grassi saturi ed insaturi per far mantenere la struttura e contemporaneamente la fluidità. Esempi: Micelle⇒ Testa fuori e code dentro Liposome⇒ doppio strato come dentro una cavità Belayer sheet⇒ doppio strato fosfolipidico STEROIDI 1. Colesterolo⇒ha una parte idrofilica e il resto è idrofobica 2. Acidi biliari⇒ la bile è formata da steroidi e serve per digerire i grassi. 3. Ormoni sessuali⇒ (estrogeni, progesterone e testosterone) sono strettamente legati al colesterolo, poiché il colesterolo è una componente fondamentale della sintesi di tali ormoni. Infatti c’è una relazione reciproca tra gli ormoni sessuali e il colesterolo: il colesterolo è necessario per produrre gli ormoni sessuali, mentre questi ormoni influenzano i livelli di colesterolo nel corpo. 12  Molecola anfipatica Costituisce le membrane cellulari perché si inserisce nel doppio strato lipidico e impedisce che le code lipidiche siano fatte da acidi grassi soprattutto saturi per rendere la membrana più fluida. Prodotto di partenza per la sintesi degli ormoni steroidei La vitamina D2 è simile al colesterolo e può essere prodotta nella cute per azione delle radiazioni ultraviolette su un derivato del colesterolo. Molecola essenziale Precursore degli ormoni steroidei Esempi di ormoni: Cortisolo: è un ormone secreto dalle ghiandole surrenali Testosterone: è un ormone sessuale maschile CARBOIDRATI Funzioni energetica⇒perchè fa la glicolisi (è un ciclo metabolico che produce alla fine l’atp) nonché la fonte di energia che viene utilizzata. Una volta che vengono scissi essi producono subito energia producendo atp. sostegno⇒forma la parete cellulare la chitina forma l’esoscheletro degli insetti e dei crostacei Materiale di partenza per la sintesi di altri costituenti cellulari. Segnali di identificazione delle cellule Sono polari e si sciolgono facilmente in acqua. Se si raggiunge la saturazione vuol dire che rimane sul fondo poiché finiscono le molecole d’acqua con le quali si possono legare. ATP⇒ produrre energia e far sì che nella cellula ci siano delle reazioni vitali per la cellula. Anche i mitocondri producono atp e sono ancora più efficienti rispetto a bruciare lo zucchero. Quando si accumula zucchero e non si usa questo viene trasformato in glicogeno come riserva. Il glicogeno non è altro che tante molecole di glucosio legate tra di loro. Questo se c’è troppo zucchero in giro nell’organismo. Amido⇒ riforma energetica vegetale, lo si trova nelle patate, riso e pasta. Infatti anche tutti i vegetali hanno la funzione di accumulare l’eccesso però anziché formare il glicogeno formano l’amido. ⇒Sulle superficie delle membrane vengono legati gli zuccheri perché servono per segnalare ad altre cellule la presenza della cellula a cui sono attaccati gli zuccheri. Altri prodotti molecolari importati che contengono lo zucchero sono il DNA che contiene il ribosio (Acido desossiribonucleico). ⇒Classificazione 1)Monosaccaridi⇒ solo un monomero Glucosio⇒ fonte principale di energia, il cervello ha bisogno di glucosio. Fruttosio Galattosio 13 2)Disaccaridi⇒ due monomeri Saccarosio Lattosio⇒ lattasi scinde i due monomeri di lattosio e lo rende digeribile. Quando non siamo più lattanti il livello di questo enzima scende e dagli 8 anni produciamo solo il 20% di lattasi rispetto a quando siamo neonati. Serve per il calcio e soprattutto vicino al mare introducendo pesce e con la luce del sole introduciamo vitamina D per avere comunque calcio nelle ossa. In realtà nel corpo entra la pro vitamina D, mentre con il sole diventa vitamina D. In nord Europa si è fatta una modificazione genetica che faceva produrre lattasi per introdurre tanto lattosio per aver tanto calcio nonostante non lo introducessero con il pesce e non fossero esposti tanto tempo al sole. Maltosio⇒ 3)Oligosaccaridi⇒ da 3 a 10 un po’ più difficile da digerire anche essi vanno divisi in monomeri per essere utilizzati 4)Polisaccaridi⇒ oltre una 10ina di monomeri fonti di riserva Glicogeno⇒ come, riserva energetica nel muscolo e nel fegato dove viene fatta la glicolisi per produrre atp. Sono catene lunghe e ramificate per poter essere conservate e poi usate. Amido⇒ analogo del glucosio per i vegetali ed è un polimero del glucosio di riserva Cellulosa⇒ È un polisaccaride (carboidrato complesso) che è la principale componente della parete cellulare delle piante.è formata da lunghe catene di glucosio con legami beta-1,4-glicosidi che danno alla cellulosa una struttura rigida e insolubile in acqua.nonostante noi uomini non la assimiliamo è importante. Amido e glicogeno si ramificano i diversi modi. Per questo l'amido è diverso rispetto al glicogeno. Fondamentali specialmente glucosio e fruttosio Glucosio fonte di energia principale per gli apparati e i tessuti che hanno bisogno di energia come: il sistema nervoso, il cuore e i tessuti muscolari e tutto ciò che si contrae. 14 ⇒Glucosio è zucchero a sei atomi di carbonio fortemente polarizzati. ⇒È fortemente positivo dove ci sono le OH perché c’è l’ossigeno vicino all’idrogeno dove l'ossigeno è elettronegativo e l’idrogeno tende a perdere la nuvola elettronica che invece l’ossigeno tende ad acquistare. Per questo il glucosio è solubile in acqua. ⇒Il processo per unire due molecole di glucosio è la condensazione e in questo modo viene espulsa/liberata una molecola d’acqua. Per scindere uno zucchero disaccaride in due monomeri si fa l'idrolisi dove una molecola d’acqua viene usata. 15 Proteins Macromolecole sono costituite da amminoacidi Enzimi prime proteine osservate È una proteina che fa avvenire un processo chimico. Infatti serve energia per attuare un processo chimico. Essi riescono ad abbassare l’energia di attivazione dei processi rendendoli possibili a temperature molto minori. Per questo i processi avvengono a 37 gradi nel nostro organismo. Sono dei catalizzatori che facilitano la reazione. Proteine strutturali Rafforzano e proteggono la cellula e di conseguenza i tessuti. Rafforza un tessuto⇒ collagene della matrice extra cellulare che contiene gli altri tessuti. L'epidermide e i muscoli sono uniti da tessuti connettivi che sono abbondanti di collagene che serve per far aderire la pelle a cosa c’è sotto (osso muscoli) oppure nel citoscheletro che contiene il nucleo e gli organelli dove avvengono le reazioni. Questo mantiene la forma della cellula e ci sono filamenti (actina e miosina) e fanno mantenere la forma, ma danno ad esse la possibilità di contrarsi. Proteine di deposito Riforma energetica Esempio: nell’albume o nei semi. Essi sono ricchi di proteine che poi possono produrre energia. Però di base prima si scindono i carboidrati, poi i grassi ed infine le proteine perché ci vuole molto più tempo per ottenere energia dalle proteine. Sicuramente la prima funzione è quella strutturale. Proteine di trasporto Trasportano specifiche sostanze tra le cellule esempio: emoglobina trasporta ossigeno nei globuli rossi Fanno passare specifiche sostanze attraverso le membrane cellulari Esempio: proteine trasportatrici del glucosio/aminoacidi. ○ Funzionano come pompe o canali ionici Esempio: pompa sodio/potassio Proteine regolatorie Alcune solo ormoni (insulina) o fattori di crescita Altri controllano l’espressione di specifici geni Proteine contrattili Partecipano ai movimenti cellulari Esempio: actina e miosina Proteine di protezioni Sono le proteine che difendono l’organismo dagli agenti invasori Esempio:Anticorpi Struttura 1)Proteine semplici⇒fatte solo da amminoacidi. Infatti non sono legate a nulla di natura diversa. 2)Proteine coniugate a qualche cosa⇒ esse presentano altri gruppi chimici detti prostatici. Infatti sulle superficie delle cellule si trovano delle proteine che spesso hanno in cima dello zucchero che serve a segnalare che quella determinata cellula svolge diverse funzioni. Le cellule si parlano proprio attraverso a questi gruppi che si trovano sulle membrane. Gruppo prostetico⇒ gruppo diverso che viene aggiunto e fa funzionare la proteina perché altrimenti la proteina non è completa Apoproteina⇒ proteina senza gruppo prostetico Amminoacidi hanno delle parti in comune⇒ H2N (gruppo amminico) che contiene azoto H legato al carbonio COOH gruppo carbossilico 16 Sono tutti legati ad un carbonio centrale. Attaccata a questo carbonio c’è anche una catena laterale R che è diversa per ogni proteina. Classificazione: In base alla R possiamo avere caratteristiche chimiche diverse. Per questo motivo la classificazione degli aminoacidi è in base alla polarità delle catene laterali. Questo perché le proteine si avvalgono principalmente in risposta alla tendenza a sottrarre al contatto con il solvente acquoso le catene laterali idrofobiche e a solfatare quelle idrofiliche. 1)Amminoacidi apolari (idrofobici)⇒ Nessuna presenta un OH nella catena R quindi non sono ionizzabili. 2)Amminoacidi non carichi o con cariche parziali (idrofilici)⇒si legano all’acqua. 3)Amminoacidi carichi che assumono cariche positive e negative ed essendo ionizzanti possono fare legami in acqua a temperature di 37 gradi con pH fisiologico si polarizzano e assumono cariche elettriche E si dividono in: Basici⇒+ lisina arginina sono idrofilici come se fossero dei sali Acidi ⇒ - acido aspartico, acido glutammico Perde idrogeno e assumono una carica negativa 17 Monomero⇒ amminoacido Polimero⇒ proteina Si legano grazie al terminale amminico e il terminale carbossilico⇒Si forma un legame tra il gruppo carbossilico del primo amminoacido e il gruppo amminico di quello successivo. Una proteina finita avrà da una parte libera il gruppo amminico e da una parte quello carbossilico. Le proteine si piegano nello spazio tra le cariche dei gruppi R in sequenza e perciò cambia la struttura tridimensionale. In base alla struttura si avranno diverse funzioni. 18 Livelli di struttura delle proteine 4 livelli strutturali ≠ della proteina Primaria⇒ È la sequenza amminoacidica di una catena polipeptidica La conoscenza di questa struttura ci dà informazioni sull'ossatura fondamentale della molecola proteica, ovvero sulla sequenza degli amminoacidi che la costituiscono, ma non ci fornisce alcuna informazione sulla sua struttura tridimensionale. Secondaria⇒ struttura ripetitiva e regolare e sono caratterizzate da legami idrogeno tra gruppi amminici e gruppi carbossilici. Il ripiegamento è regolare quando si ripetono gli stessi aminoacidi in una catena o comunque sono molto simili. Sono strutture che presentano una polarità nella catena che viene ripetuta regolarmente. Hanno un’organizzazione bidimensionale della proteina. Durante il ripiegamento possono essere vicine due cariche opposte che si attraggono. Tutte le proteine se hanno una parte idrofobica si ripiegano all’interno in modo tale da non interagire con l’acqua. Con l’acqua interagirà la parte idrofilica. La catena principale si ripiega progressivamente in modo da formare il maggior numero di legami a idrogeno tra il gruppo carbonilico e il gruppo -NH- dei legami peptidici. I ripiegamenti della struttura proteica dovuti alla formazione di questi legami a idrogeno portano alla nascita della struttura secondaria della proteina. Benché i singoli legami a idrogeno siano abbastanza deboli, la formazione della struttura secondaria della proteina è favorita dal fatto che essi sono presenti in grandi quantità e quindi, complessivamente, contribuiscono in modo significativo alla sua stabilità. Questo porta alla formazione di: Alfa elica⇒ avvolgimenti perché ci sono gli stessi aminoacidi di struttura fibrosa. Stesso nastro e i legami idrogeno avvengono all’interno dell’ elica. Struttura beta⇒pezzi di nastro diversi che sono piegati. I gruppi polari vengono schermati tramite la formazione di legami idrogeno e ciò si realizza tramite l’acquisizione della struttura secondaria. 19 Tutto stabilizzato da legami peptidici. Proteine fibrose come il collagene sono miste sia alfa elica che foglietto beta. La struttura secondaria è dovuta a come essi vengono messi in sequenza. ⇒ Alcuni amminoacidi sono forti formatori di elica Esempio: leucina, metionina e glutammato ⇒ Alcuni amminoacidi sono forti formatori di foglietti Esempio: isoleucina, valina e fenilalanina. ⇒ La glicina e prolina sono distruttori di elica e sono responsabili del ripiegamento e della curvatura dell'alfa elica Terziaria⇒ È la forma complessiva assunta da ciascuna catena polipeptidica, questo in dipendenza Dalla sua specifica struttura primaria. C’è un collegamento tra struttura primaria e struttura terziaria e ciò lo dimostra l’esperimento di Anfinsen. La struttura terziaria viene stabilizzata da diversi legami: 1)Legami non covalenti Legami idrogeno Attrazioni ioniche 20  Interazioni idrofobiche ( si allontanano dall’acqua e essi si metto all’interno per evitare che l’acqua li raggiunga) 2)Legami covalenti Ponti disolfuri⇒ proteine che hanno dei residui di cisteina possono formare un ponte solfuro. Se si trova un gruppo SH si forma un ripiegamento formato da un legame covalente fatto tra le due cisteine che mantiene la struttura molto stabile con un legame covalente. Formati anche a distanza. Per funzionare uniscono diversi peptidi. Questa reazione richiede un ambiente ossidante quindi i ponti disolfuro sono raramente presenti nelle proteine intracellulari (ambiente riducenti) e sono relativamente frequenti nelle proteine extracellulari. Negli eucarioti la formazione di questi ponti si verifica nel lume del re il primo compartimento della via secretiva. 21 Quaternaria⇒ deriva dalla disposizione tridimensionale delle diverse catene peptidiche di una proteina. Da sole le sue unità non funzionano. Essa è posseduta solo dalle proteine costituite da più catene peptidiche. Esempio: l’emoglobina contiene il gruppo eme che lega l’ossigeno. Ogni subunità gli indica una struttura terziaria, ma l’emoglobina per funzionare deve unire 4 catene peptidiche. Un altro esempio è l’insulina. A meno che non ci siano proteine come il collagene è molto semplice e regolare, in generale le proteine sono molto complesse e hanno parti ad alfa eliche e foglietti beta insieme ad una parte globulare. 22 La ragnatela del ragno insieme ai foglietti beta. Sono filamentose e non si riescono a distruggere. La sequenza aminoacidica di una proteina determina la sua conformazione e la conformazione di una proteina determina la sua funzione. Le funzioni svolte dalle proteine: Catalisi enzimatica Trasporto e deposito Movimento cellulare Supporto meccanico Trasmissione del segnale Protezione immunitaria Acidi nucleici DNA e RNA RNA (Acido ribonucleico) DNA (Acido desossiribonucleico)⇒contiene, conserva e trasmette l’informazione genetica. Infatti c’è una correlazione tra proteina e dna. Il dogma centrale della biologia è il flusso dell’informazione genetica. Se c’è un errore nella sequenza del dna si avrà anche un errore della formazione della proteina perché si creerà un legame peptidico tra amminoacidi sbagliati e la proteina non sarà più utile. ⇒Il flusso dell’informazione che si definisce ”il dogma centrale della biologia” permette dal dna di trascrivere le informazioni attraverso gli acidi nucleici che trasferirà il gene che contiene le informazioni che in quel momento servono. Ciascuno a 18 mila agenti codificanti che vengono trascritti solo quando la proteina deve essere espressa. Se deve essere espressa l’informazione viene portata dall’RNA messaggero e questo messaggio verrà decodificato e permette la costruzione delle proteine facendo posizionare gli amminoacidi che vengono messi in modo corretto. L’espressione di una proteina corretta dipende dal fatto che nella molecola del dna ci sia la sequenza corretta. Se ci sono delle mutazioni vuol dire che ci sono delle variazioni nella sequenza del dna. DNA riesce anche a tramandare le informazioni alla progenie ed è fondamentale per la sopravvivenza di un organismo. 23 DNA Molecola fondamentale, per gli organismi unicellulari e pluricellulari. I virus hanno l‘RNA perché non ha autonomia. ⇒3 esperimenti che hanno permesso di identificare il dna: 1)Miescher riuscì a isolare il dna dal pus che era pieno di batteri e coniò il termine acido nucleico. Studiò la natura chimica del nucleo cellulare. 2)Griffith identificò il ceppo virulento dipendeva da una caratteristica della cellula al microscopio se era liscia o ruvida. Inoltre notò che le cellule morte di Streptococcus pneumoniae di forma virulenta conferivano la virulenza a cellule non virulente. Dimostrò che una sostanza presente nel ceppo virulento poteva modificare in modo permanente trasformando il ceppo innocuo. Hanno iniziato a capire che c’era qualcosa di specifico che rendeva virulenta una cellula (1928). Una volta ammazzato il ceppo virulento le 4 macromolecole vennero isolate per essere studiate e capire effettivamente dove si trovavano le informazioni genetiche. Ceppo grezzo non virulento⇒ vive Ceppo liscio virulento⇒ muore Ceppo liscio virulento ucciso dal calore⇒ vive Ceppo grezzo non virulento e liscio ucciso virulento dal calore⇒ muore 3)Avery, MacLeod, McCarty (1944) hanno isolato le macromolecole e hanno messo a contatto le proteine del ceppo virulento uniti con il ceppo non virulento. E sono stati in grado di identificare nel DNA quale principio trasformante aveva. I cromosomi sono molecole di DNA. 24 Watson e Crick⇒ come è formata Composizione chimica: Nucleotide⇒ Monomero degli acidi nucleici che consiste di tre parti: Uno zucchero pentoso (Cinque atomi di carbonio)⇒ Ribosio nell'RNA/Desossiribosio nel DNA Un gruppo fosforico Una base azotata con il fosfato legato al carbonio cinque dello zucchero pentoso e la base al carbonio uno. Nucleoside⇒nucleotide senza fosfato quindi formato solo da base azotata e zucchero 25 Zucchero Pentoso Il carbonio si contano dal laterale dx Nel dedossiribosio del dna manca l'ossigeno in posizione 2 5 tipologie di basi che si possono dividere in 2 sottogruppi: Purine⇒ sono le basi più grosse con due anelli aromatici Adenina (A) e Guanina (G) Pirimidine⇒ sono timina (T) e citosina (C) nel DNA, mentre nell’RNA al posto della timina c’è l’uracile (U) Legame fosfodiesterico⇒legame covalente forte generato da enzimi detti polimerasi. ⇒Se è un polimero di dna si avrà una dna polimerasi se invece è un polimero di rna si avrà un rna polimerasi ⇒Può essere scisso enzimaticamente da 2 enzimi DNasi o RNasi. Il legame avviene tra i nucleotidi in cui i fosfati uniscono le posizioni 3 e 5 dei residui zuccheri. Il legame viene fatto tra il carbonio 3 del desossiribosio/del ribosio e il gruppo fosfato del nucleotidi e il successivo. In questo modo si crea la catena che unisce più monomeri per formare l’acido nucleico. Le basi non interagiscono tra di loro, ma costituiscono il filamento. 26 Watson, Crick, Wilkins e Franklin sono quattro principali studiosi della struttura doppia elica del DNA fatta grazie a studi di cristallografia ai raggi X nel 1953. Rosalind Franklin⇒ morta prima di riceve il nobel per un tumore Watson, Crick e Wilkins⇒ Ricevettero il Nobel della fisiologia e della medicina nel 1962. Watson e Crick: Nel 1953 usano la regola di Chargaff e vedono che data una quantità di guanina c’è la stessa quantità di citosina e data una certa quantità di Adelina c’è la stessa quantità di timina. Quindi completano i dati ottenuti con Franklin e Wilkins. ⇒Dna è un filamento che polimerizza legando un nucleotide dopo l’altro con un legame fosfodiesterico (unisce i monomeri). ⇒Struttura a doppia elica perché sono due i filamenti che partecipano alla formazione di dna. ⇒C’è una polarità 3 e una 5 perché il primo nucleotide lascia libero il fosfato e il carbonio 5 e il carbonio tre dello zucchero. Ogni filamento ha una polarità 5 primo perché lega un fosfato che è libero Ogni filamento ha polarità 3 primo perché non ci sono più nucleotidi dopo ⇒Il legame covalente è tra i due monomeri che vanno a costituire i due filamenti e avviene tra l’ossigeno del gruppo fosfato e il carbonio 3. ⇒Ci sono due filamenti nel dna e questi due filamenti polimerizzati stanno insieme grazie al fatto che le basi azotate possono formare tra di loro dei legami idrogeno. ⇒L’accoppiamento tra la basi azotate che richiede meno energia per stabilizzarle è adenina e timina/citosina e guanina⇒ sono i più stabili e sprecano meno energia , ma anche gli altri accoppiamenti sono possibili ⇒La polarità è inversa in base al filamento opposto. Si dice Polarità anti parallela 27 Funzione⇒ avere la capacità di duplicarsi fedelmente per trasmettere le informazioni alla prole. duplicazione⇒ 2 molecole di dna che sono identiche 2001⇒ sequenziamenti delle parti più importanti del DNA umano In qualche ora possiamo sequenziare il nostro genoma sia codificante che non codificante. Molte variazioni tra i singoli individui e molte non variano la sintesi proteica altre hanno delle varianti nella produzione di proteine se non saremmo tutti dei cloni. Menomale perché la diversità è una risorsa per la specie. La struttura riflette la funzione Il dna a doppia elica permette di replicare in modo tale che le cellule figlie ricevono le stesse info della cellula madre perché ogni vecchio filamento funge da stampo per un filamento nuovo. Una variante se è positiva permane poiché dà vantaggi a popolazione. La riproduzione è semiconservativa La doppia elica si apre e i due filamenti parentali si dividono Il vecchio filamento fa da stampo Lo stampo viene completato. Così le informazioni vengono tramandate e conservate però se ci sono nuove varianti positive possono essere conservate. ⇒Enzimi che sintetizzano il nuovo filamento è la polimerasi. Essa aggiunge i nucleotidi una alla volta in direzione 5 primo—> 3 primo. Il filamento opposto è anti parallelo quindi dalla polarità 3 primo—> 5 primo. La doppia elica si apre, ogni filamento funge da stampo e mano mano che si apre sintetizzano i nuovi filamenti dallo stampo. ⇒I due filamenti di nuova sintesi hanno un tempo di formazione diverso poiché quello antiparallelo vengono prodotti pezzi di dna detti frammenti di Okazaki che poi verranno uniti con DNA ligasi. Per questo si parla di frammenti anticipati (polimerizzazione continua) e ritardati (polimerizazione a tratti) 28  Topoisomerasi⇒ fa diminuire la tensione per evitare di avvolgersi troppo Elicasi⇒ rompono i legami idrogeno tra i due vecchi filamenti Dna polimerasi⇒ha bisogno sempre di una piccola estremità costituita da un doppio filamento e quindi siccome rna polimerasi non ha questa esigenza allora essa si aggancia a qualche nucleotide. Primasi⇒sono rna polimerasi per innescare la dna polimerasi. Attività esonucleasi⇒ aggiunge nucleotidi ed elimina quelli errati. Procarioti La duplicazione ha origine sempre in un punto detto Origine di replicazione. Viene sintetizzato il primer a cui si attacca la dna polimerasi e si dà origine alla duplicazione. La forca replicativa si allarga. La cellula batterica è circolare e parte da un punto che si apre e poi si completa tutta la replicazione e si dividono due molecole uguali circolari. 29 La cellula umana è diploide, costituita circa da 6 X 10 alla 9 paia di basi che possiede due metri di dna compatto in un’unità piccolissima di 5 micron perciò devono esserci enzimi che intervengono nel momento giusto in maniera molto precisa. Negli eucarioti la molecola di dna è molto più lunga di quelle dei batteri quindi ci sono più origini di replicazione lungo il filamento e ci sono più bolle che iniziano e quando sono completate si uniscono per essere più veloci. I cromosomi durante le varie fasi della vita della cellula mostrano strati di compattamento diverso. Cromosomi più rilassati quando devono esprimere dei geni o quando il dna si deve duplicare. Una volta che avviene la duplicazione la cellula raggiunge una fase del ciclo cellulare detta m che è una fase mitotica (dura un’ora) arrivando al completamento della duplicazione del dna. La prima fase è l’Interfase dove la cellula accresce e quindi si espande e il dna deve essere rilassato. Ogni cromosoma presenta due filamenti tenuti insieme da una struttura detta centromero e questi due filamenti che vanno distribuiti alle cellule figlie sono tenuti insieme fino alla fase m dove il dna migra all’esterno della cellula per avere il contenuto genetico della cellula madre. I cromatidi fratelli si separano quando migrano ai poli della cellula. Il cromosoma accorcia la sua 30 lunghezza e si spiralizza perché in quell’ora non vanno espressi dei geni, ma si deve solo conservare perché è fondamentale che essa non si separa in modo tale da poter mantenere tutto il patrimonio genetico. Si compatta in modo ordinato la cromatina perché è formata da dna e proteine che mantengono integro questo filamento perché dal dna partono tutte le info per trascrivere un gene quindi il dna per conservarsi è avvolto nel nucleosoma (rocchetto attorno a quale il dna gira) ed è formato da 8 proteine chiamate istoni. Le proteine sono molto basiche poiché ci deve essere affinità tra l’acido nucleico e le proteine. Quando è il compattamento dei nucleosomi si organizzano e formano anse e poi fibrille fino alla costituzione del cromosoma metafasico. Da 2 metri a 1400 nanometri è molto ordinato il compattamento se no il cromosoma si romperebbe durante la distribuzione dalla cellula madre alle cellule figlie. Cromosoma metafasico (dopo la duplicazione) 2 cromatidi si vedono dopo che il dna si è duplicato. Sono detti fratelli perché fanno parte dello stesso cromosoma e sono uniti da una struttura detta centromero. Ogni cromosoma degli eucarioti sono lineari quindi le estremità devono essere protette se no si degraderebbe facilmente quindi alle estremità lineari ci sono delle strutture dette telomeri. 31 Cariotipo umano 23 coppie di cromosomi Tipico di ogni specie perché morfologicamente la quantità di cromosomi sono uguali per tutti gli esemplari della specie. Il cariotipo si mostra dai cromosomi più grandi/lunghi che hanno i numeri 1 a scendere fino al 22 23esimo sono la coppia di quelli sessuali. 22 ha più contenuto di dna rispetto che al 21 eccezione. La trascrizione Tutte le cellule dell’organismo (Muscolari ed epidermide) contengono gli stessi geni e gli stessi cromosomi ma morfologicamente sono diversi. Neurone cellula più grande Linfocita cellula più piccola 32 Le quantità di dna sono uguali. Non è il dna che fa la sintesi proteica, ma è l’rna messaggero che copia il dna quando c'è la necessità di doverlo esprimere. Ciò avviene con la trascrizione della sequenza in base a specifici geni. Essi devono essere espressi nella cellula e poi copiati dall’rna messaggero in compartimenti adibiti per la sintesi proteica. L’rna messaggero contiene le info per mettere in ordine gli amminoacidi. Così il dna non va nel citoplasma per far avvenire la sintesi. Sono tante le molecole di messaggero che contengono le informazioni e che escono dal nucleo per andare nel citoplasma. In questo modo è più facile controllare i geni. Il globulo rosso contiene ed esprime il gene dell'emoglobina, ma questa non la si vede nel neurone anche se anche esso contiene il medesimo gene. Non si esprime perché sono silenziati perché non servono in quella determinata cellula. La trascrizione avviene con un enzima “rna polimerasi”. La trascrizione è la copiatura delle info contenute in un gene all’’rna messaggero partono dal sito promotore. RNA è a singolo filamento quindi è uno dei due filamenti del dna che funge da stampo. ⇒RNA: Per controllare in modo efficiente l’espressione di un gene, infatti essendo ad un singolo filamento rna è meno stabile e si può degradare più facilmente rispetto ad un dna. Le molecole che man mano vengono prodotte per produrre proteine si degradano se non occorre più produrne altre. Se poi si andrà in deficit ne verranno prodotte altre. Infatti se inutili verranno degradate (sistema di controllo). Le dimensioni sono eterogenee perché i geni hanno lunghezze diverse. L’informazione contenuta nel dna passa da un linguaggio codificato da 4 lettere (GATC) ad uno che ne usa 20 (amminoacidi) Non tutti i trascritti vengono tradotti (≠ tipi di RNA) mRNA⇒trascritto di geni che codificano le proteine. Esso trasporta con la trascrizione la sequenza di DNA che da le info per mettere in sequenza corretta gli amminoacidi. rRNA⇒RNA che con proteine costituisce i ribosomi tRNa⇒rna di trasporto che posizione degli amminoacidi durante la traduzione snRNA⇒coinvolti nella maturazione RNA eucariote microRNA⇒ regola la post-trascrizione Come avviene la trascrizione: 1. Trascrizione (nucleo): Ha la funzione di trasportare le informazioni contenute nei geni nel citoplasma dove avviene la sintesi proteica. La sintesi proteica inizia con la trascrizione, che avviene nel nucleo. Durante questo processo, una sequenza di DNA viene copiata in un RNA messaggero (mRNA). I passi sono i seguenti: Inizio: L’enzima RNA polimerasi si lega alla regione del DNA chiamata promotore e inizia a separare i due filamenti di DNA. Elongazione: L’RNA polimerasi sintetizza una molecola di mRNA complementare al filamento di DNA stampo. La base adenina (A) del DNA si appaia con l’uracile (U) nell’mRNA, la timina (T) con l’adenina (A), la citosina (C) con la guanina (G) e la guanina (G) con la citosina (C). Termine: Quando l’RNA polimerasi raggiunge una sequenza di terminazione nel DNA, l’mRNA viene rilasciato e il processo di trascrizione termina. Sintetizza in direzione 5 primo tre primo. Lo stampo è anti parallelo quindi la prima sequenza in un verso e l’altra verso nel verso opposto. 33 Sintesi rna simile a quella del dna Però è più veloce perché c’è solo un filamento che funge da stampo, ma è meno stabile e si degrada più facilmente nel citoplasma. Direzione 5 primo perché il carbonio 5 ha il gruppo fosfato libero mentre l’ultimo nucleotidi ha libero il carbonio 3. 34 Tutti i geni hanno a monte un promotore per essere trascritti. Il promotore ha delle sequenze che sono affine all’rna polimerasi. L’inizio di un gene è a valle di un sito promotore perciò è facile distinguere i due filamenti. Il filamento 5-3 userà il filamento di mRNA antiparallelo a quello stampo. Nella molecola che va a costituire il dna ci sono moltissimi geni e se il promotore del gene è sopra o sotto e in base a ciò si avranno due inizi diversi in diversa direzione. Il sito promotore è specifica. Eucarioti è un po’ più complesso: Ci sono delle sequenze di riconoscimento per far sì che l’rna polimerasi si attacchi. È la stessa cosa cambia solo la sequenza. Sono delle sequenze fisse che posizionano in modo corretto l’rna per tutti geni. Quindi il controllo dell’espressione dei geni è importante e avviene con: Geni housekeeping espressi in tutti i tipi di cellule sempre allo stesso livello. In genetica molecolare, si dice ”housekeeping“ di geni che codificano una stessa proteina fondamentale per la sopravvivenza della maggior parte delle cellule di un organismo pluricellulare e si mantiene a livelli di espressione costanti nel corso del tempo. Esempi: -i geni dell’Actina sono comuni a tutte le cellule. 35  -fattori di trascrizione Generali -DNA o RNA polimerasi -istoni Geni specializzati regolati finemente Tessuti specifici (di un certo stadio embrionale) Geni inducibili ad espressione transitoria. Ci deve essere un innesco che viene attivato quando succede qualcosa di diverso. L’espressione differenziale è regolata in modo tale che viene regolato il dna messaggero quando devono essere espressi dei geni. Esempi: fattori di trascrizione, enzimi, mediatori dell’ infiammazione, ormoni. Le cellule dei diversi tessuti contengono lo stesso dna, ma per la presenza dei fattori trascrizionali diversi esprimono geni diversi Promotori In biologia un promotore è una regione di DNA costituita da specifiche sequenze dette consenso, alla quale si lega la RNA polimerasi per iniziare la trascrizione di un gene, o di più geni (operone). I promotori, costituiti da DNA a doppia elica, si trovano generalmente a monte del gene di cui iniziano la trascrizione e sono lunghi circa 200 bp; l'RNA polimerasi riconosce il DNA a doppia elica e si lega ad esso, anche se soltanto un'elica verrà utilizzata come stampo per la trascrizione. promotori forti⇒dove per forza di un promotore s'intende il numero di trascritti a cui esso può dare inizio in un dato tempo. I promotori sono costituiti da sequenze nucleotidiche di basi intervallate da corte sequenze che funzionano come moduli di controllo per l'espressione genica. Sono proprio questi moduli a caratterizzare i promotori. Terminatore Segnale di terminazione che indica che è finito il gene. È una sequenza in grado di bloccare la trascrizione di un gene. Il processo di trascrizione ha inizio in corrispondenza di un promotore, regione cui si lega la RNA polimerasi, un enzima in grado di catalizzare la polimerizzazione di un RNA a partire da uno stampo di DNA. Il Gene dei procarioti è costituito da regioni codificanti continue. Il loro gene contiene solo le istruzioni per fare le sintesi proteiche. L’rna si attacca per fare la sintesi producendo il filamento nuovo. Il dna è nel citoplasma. Negli eucarioti il dna è contenuto nel nucleo ed in questo caso il gene si trova a valle del promotore. E ci sono sia esoni che entroni. 36 Oltre al fatto che l’rna messaggero deve migrare dal nucleo al citoplasma, bisogna togliere gli introni che sono sequenze non codificanti. Il gene viene trascritto complementare (esoni e introni) poi deve essere trasportato fuori quindi si deve aggiungere un cappuccio (una guanina modificata⇒ sette metilguanosina) al 5 primo invece al 3 primo viene aggiunta una coda poli A per non far degradare il messaggero. Successivamente vengono rimossi gli introni (non codificanti) quindi rimane una sequenza continua di mrna codificante. Nel dna i geni degli eucarioti sono interrotti ed iniziano e finiscono con un esone. Splicing è il meccanismo per rimuovere gli introni. Gli introni sono utili perché geni che presentavano specifiche funzioni hanno fornito materiali per formare dei geni più complessi unendo diversi geni per creare nuove proteine, e anche se gli introni non codificano servono per rielaborare i diversi componenti. La “terminazione della trascrizione” è il processo mediante il quale la sintesi di un RNA messaggero (mRNA) viene interrotta durante la trascrizione di un gene. Questo processo è essenziale per la regolazione dell’espressione genica e avviene in due modalità principali: 37  1. Termine Riconosciuto da una sequenza specifica (in procarioti): Nei procarioti, la terminazione avviene quando l’enzima RNA polimerasi incontra sequenze specifiche di DNA, come una sequenza terminatore che può formare una struttura a “coda di cavallo” (hairpin) seguita da una sequenza di uracili. La formazione della struttura impedisce all’enzima di continuare la sintesi e provoca il rilascio dell’RNA. La terminazione indipendente da fattori (P-independent termination) si riferisce a un tipo specifico di terminazione della trascrizione nei procarioti, in cui l’enzima RNA polimerasi termina la sintesi dell’RNA senza l’ausilio di proteine o fattori esterni (come il fattore rho, che invece è coinvolto nella terminazione “P-dipendente”). In particolare, la terminazione P-indipendente avviene attraverso una sequenza di DNA che induce una formazione di una struttura secondaria nell’RNA appena sintetizzato. Questa struttura, nota come hairpin loop o “coda di cavallo”, è seguita da una sequenza di uracili (U) nell’RNA. P-dipendente: Richiede il fattore rho, una proteina che si lega all’RNA e “strappa” l’RNA fuori dalla RNA polimerasi quando questa incontra un segnale di terminazione. P-indipendente: Non necessita di fattori esterni come rho, ma dipende dalla sequenza di DNA che genera una struttura secondaria nell’RNA (hairpin) e una coda di uracili (U) per terminare la trascrizione. 2. Terminazione dipendente da fattori in eucarioti: Negli eucarioti, la terminazione è più complessa e coinvolge una serie di proteine e segnali chimici, tra cui la presenza di una sequenza chiamata ”segnale di poliadenilazione” che induce l’enzima RNA polimerasi II a fermarsi e a rilasciare l’RNA precursore (Un RNA precursore, spesso indicato come “pre-mRNA” negli eucarioti è una forma iniziale di RNA sintetizzato durante la trascrizione di un gene, che deve essere elaborato prima di diventare un RNA maturo e funzionale) Successivamente, una proteina chiamata “CPSF” interviene per tagliare l’RNA e aggiungere una coda di poli(A). In generale, la terminazione della trascrizione è cruciale per garantire che il mRNA prodotto corrisponda correttamente al gene trascritto e possa essere successivamente tradotto in proteine. 38 39 40 Ridondanza del codice genetico Caratteristiche del codice genetico: 1. A triplette 2. Universale 3. Ridondante (degenerato) perché ogni amminoacido può essere codificato da più di un cordone 4. Liberare e continuo La traduzione: Non tutti gli rna vengono tradotti. tRNA ha una struttura terziaria particolare, è a singolo filamento che si ripiega per formare delle strutture poiché si formano legami idrogeno che fanno raggiungere questa conformazione. Esiste un trna per ogni singolo amminoacido. Ci sono 2 estremità: 3 primo e 5 primo, ci sono basi complementari e si formano i legami ad idrogeno. All’estremità tre primo si lega un amminoacido preciso che è legato ad uno specifico tRNA. Il legame con l’anno acido è univoco ed è una molecola chiave poiché riconosce il messaggio che deve essere trasmessa perché da nucleotidi bisogna passare ad una sequenza di aminoacidi. Così avviene la traduzione da sequenza nucleotidica a sequenza di amminoacidi a e permette di tradurre il codice genetico. Il tRNA⇒RNA di TRASFERIMENTO 41 Ci sono delle Anse (Anticodone) ed è specifica per ogni amminoacido che legge l’informazione genetica in termini di sequenza di basi. È fatta da più anse per la sua conformazione e con il fatto che c’è un sito di attacco dell’amminoacido specifico in modo tale da poter attaccare una base specifica. Perciò c’è la garanzia per far avvenire la sintesi corretta. Anticodone⇒rappresenta la tripletta di basi azotate presente nel RNA di trasporto (detto anche RNA di trasferimento) con cui avviene il riconoscimento della tripletta di basi azotate del codone presente nell'RNA messaggero. Grazie a tale meccanismo è possibile l'inserimento di uno specifico amminoacido nella catena polipeptidica in accrescimento. Il riconoscimento del codone presente sull'RNA messaggero è possibile in quanto l'RNA di trasferimento ha una sequenza di tre basi azotate che si associano mediante legami a idrogeno al codone corrispondente sull'RNA messaggero con un meccanismo di complementarietà. DNA⇒ 4 basi RNA⇒4 basi Una base non può corrispondere ad un amminoacido perché ne mancherebbero 16 quindi la soluzione è che esse sono organizzate in triplette dette cordoni formate da tre basi unite. Ogni tripletta è specifica per un singolo amminoacido, ma ci sono più possibilità per far sì che venga fatto entrare un amminoacido. Alcuni amminoacidi possono essere specificati da 6 triplette. Ogni informazione è specifica per inserire un singolo amminoacido. 42 esempio: La metionina e il triptofano hanno solo una tripletta. Se hanno 3 triplette/4 triplette spesso cambia la terza lettera. Nelle malattie genetiche ci sono delle mutazioni a livello delle sequenze di dna che viene copiata sul messaggero e se viene inserito un altro amminoa si può sviluppare una malattia. L'amminoacil-tRNA sintetasi permette l’attacco specifico al tRNA con il codone corrispondente poiché questo enzima catalizza l’esterificazione di uno specifico amminoacido ad uno dei possibili tRNA corrispondenti. Sintesi proteica La sintesi proteica è il processo biologico attraverso cui una cellula produce una proteina a partire dalle informazioni contenute nel DNA. Avviene in due fasi principali: la trascrizione e la traduzione. 1. Trascrizione (nucleo): La sintesi proteica inizia con la trascrizione, che avviene nel nucleo. Durante questo processo, una sequenza di DNA viene copiata in un RNA messaggero (mRNA). I passi sono i seguenti: Inizio: L’enzima RNA polimerasi si lega alla regione del DNA chiamata promotore e inizia a separare i due filamenti di DNA. Elongazione: L’RNA polimerasi sintetizza una molecola di mRNA complementare al filamento di DNA stampo. La base adenina (A) del DNA si appaia con l’uracile (U) nell’mRNA, la timina (T) con l’adenina (A), la citosina (C) con la guanina (G) e la guanina (G) con la citosina (C). Termine: Quando l’RNA polimerasi raggiunge una sequenza di terminazione nel DNA, l’mRNA viene rilasciato e il processo di trascrizione termina. 2. Traduzione (citoplasma - ribosomi): Una volta che l’mRNA è stato sintetizzato e modificato (tramite il “capping” e lo "splicing" in eucarioti), lascia il nucleo e si sposta nel citoplasma, dove avviene la traduzione. In questa fase, il messaggio genetico dell'mRNA viene tradotto in una sequenza di amminoacidi per formare una proteina. La traduzione avviene sui ribosomi, che possono essere liberi nel citoplasma o legati al reticolo endoplasmatico rugoso. I passaggi della traduzione sono: Inizio: Il ribosoma si lega all’mRNA, riconoscendo la sequenza di inizio, che è il codone di inizio (AUG), che codifica per l’amminoacido metionina. La piccola subunità del ribosoma si associa all’mRNA, mentre l’anticodone del tRNA (trasportatore di amminoacidi) si lega al codone di inizio. Elongazione: I tRNA, ognuno dei quali è legato a un amminoacido specifico, entrano nel ribosoma e si legano ai codoni dell’mRNA attraverso il loro anticodone. Gli amminoacidi vengono legati insieme tramite legami peptidici, formando una catena polipeptidica. La grande subunità ribosomiale si sposta lungo l’mRNA, e il processo continua. Termine: Quando il ribosoma arriva a un codone di stop (UAA, UAG, UGA), la sintesi si interrompe. La catena polipeptidica viene rilasciata, e il ribosoma si dissocia dall’mRNA. Conclusione: La sintesi proteica è un processo altamente regolato e preciso che permette la produzione di proteine, essenziali per la struttura, il funzionamento e la regolazione delle cellule. Ribosoma⇒ È la sede della sintesi proteica. È costituito da 2 subunità. Ciascuna subunità è costituita da rRNA e proteine ribosomiali. 43  2 siti P e A che sono funzionali Sito E che è il sito di uscita Sito A (amminoacilico): Qui entra il tRNA carico di amminoacido. È il sito in cui l’amminoacido viene aggiunto alla catena polipeptidica. Sito P (peptidilico): È il sito dove il tRNA che trasporta la catena polipeptidica in crescita si lega. Il legame peptidico si forma tra il tRNA nel sito P e il tRNA nel sito A. Sito E (exit): È il sito dove il tRNA non carico (dopo aver donato il suo amminoacido) lascia il ribosoma. -Il primo tRNA si posiziona in P -Il secondo tRNA si posiziona in A Oltre al tRNA che entra c’è anche un posto per il filamento di rna messaggero Le tasche si formano perché il ribosoma si ripiega per far entrare Meccanicamente nel ribosoma: Nel ribosoma, la sintesi proteica avviene attraverso un complesso meccanismo che coinvolge l’interazione tra mRNA, tRNA e il ribosoma stesso. Meccanicamente, il ribosoma agisce come una “fabbrica” che lega amminoacidi in una sequenza specifica, seguendo le informazioni codificate nell’mRNA. Il ribosoma è composto da due subunità: una piccola e una grande, e la sintesi avviene in cicli che comprendono tre fasi principali: l’inizio, l’allungamento e la terminazione. 1. Inizio della traduzione (formazione del complesso di inizio): Il ribosoma si lega all’mRNA: La piccola subunità del ribosoma si lega all’mRNA in corrispondenza del codone di inizio (di solito AUG). Un tRNA carico di metionina (nell’uomo) si lega al codone di inizio tramite il suo anticodone complementare (UAC). Questo forma il complesso di inizio. La grande subunità del ribosoma si associa alla piccola subunità, formando il ribosoma completo. Il tRNA con la metionina si posiziona nel sito P del ribosoma, che è il sito peptidilico, mentre il sito A (amminoacilico) è pronto per ricevere il prossimo tRNA. 2. Allungamento della catena polipeptidica: L’allungamento è il ciclo principale in cui la catena polipeptidica cresce. Questo avviene attraverso i seguenti passaggi meccanici: Allineamento del tRNA: Un tRNA carico con un amminoacido entra nel sito A del ribosoma. L’anticodone del tRNA si lega al codone dell’mRNA, che è esposto nel sito A. 44  Formazione del legame peptidico: Una volta che il tRNA è correttamente allineato, l’amminoacido trasportato dal tRNA nel sito A viene legato al polipeptide in crescita nel sito P tramite una reazione di condensazione catalizzata dal ribosoma. Il legame peptidico viene formato tra il gruppo amminico dell’amminoacido nel sito A e il gruppo carbossilico dell’amminoacido nella catena polipeptidica nel sito P. Traslocazione: Dopo la formazione del legame peptidico, il ribosoma si sposta (trasloca) lungo l’mRNA di un codone. La piccola subunità del ribosoma scivola di un codone lungo l’mRNA, portando il tRNA dal sito A al sito P, mentre il sito A si libera per il prossimo tRNA. Il tRNA che si sposta nel sito E (exit) è rilasciato dal ribosoma e il processo ricomincia con il tRNA successivo che entra nel sito A. Ripetizione: Questo ciclo si ripete, con l’allungamento della catena polipeptidica, mentre il ribosoma si sposta lungo l’mRNA e i tRNA continuano a trasportare amminoacidi per formare la proteina. 3. Terminazione della sintesi proteica: Quando il ribosoma raggiunge un codone di stop (UAA, UAG, UGA), la sintesi proteica si interrompe. I passaggi meccanici coinvolti sono: Riconoscimento del codone di stop: I codoni di stop non codificano per amminoacidi, quindi non esiste un tRNA che li riconosca. Invece, fattori di rilascio (proteine specifiche) si legano al codone di stop. Rilascio della catena polipeptidica: I fattori di rilascio catalizzano il rilascio della catena polipeptidica dal tRNA nel sito P, utilizzando l’energia derivante dall’idrolisi di GTP. Dissociazione del ribosoma: Una volta che la proteina è rilasciata, il ribosoma si dissocia in due subunità (piccola e grande), e il mRNA viene rilasciato. In sintesi, il ribosoma funge da “macchina molecolare” che catalizza la formazione di proteine attraverso il movimento preciso dei suoi siti e l’uso di tRNA per “leggere” l’mRNA e aggiungere amminoacidi alla catena polipeptidica in crescita. Questo processo richiede l’energia fornita da ATP e GTP. 45 46 47 48 Negli eucarioti Proteine prodotte possono essere: Mantenute nella cellula⇒ ribosomi sono liberi nel citoplasma Appoggiate alle membrane⇒ reticolo endoplasmatico Espresse all’esterno della cellula⇒ Ribosomi si associano a d una membrana perchè ci sono membrane nel citoplasma e spingono la progenie e all’interno di questa tasca costituite dalle membrane e quindi i ribosomi e le proteine e non sono libere nel citoplasma ma queste proteine con la formazione di vescicole andranno ai vari apparati oppure attiverà in memoria a con la e proteine di membrane per formare il doppio strato fosfolipidico poiché ha un ruolo specifico. Le proiteime tra….. Insulina⇒ secreto nel sangue per digerire il glucosio all’estremo della cellula e riversata nel sangue e viene prodotta con informazioni che viene prodotta nella borsa memebranosa nel reticolo endoplasmatico e queste vescicole membranose si fondono com la membrana e riversano il loro contenuto all'esterno. Tutto ciò che si deve spostare da un compartimento all'altro si spostano attraverso le vescicole per non alterare i prodotti. La differenza della sintesi dai procarioti I geni die procatioti sono continui e sono pronti per fare la sintesi proteica e quando ancora la trascrizione non è finita può già iniziare la traduzione. Negli eucarioti questo processo è più lungo perché mRNA si potrebbe dissolvere facilmente. La scoperta delle cellule: XVII Anton van Leeuwenhoek⇒fu il primo microbiologo della storia Robert Hooke⇒ definì con il termine cellule/pori le strutture microscopiche che osservò esaminando con un microscopio la materia vegetale da un frammento del tappo di sughero. 49 Diversi tipi di cellule: Assone di un neurone lungo 70-80 cm, ma non si riesce a vederlo perché è lunghissimo ma minuscolo allo stesso tempo. Infatti è lungo in una sola dimensione, nelle altre è in micron. Il diametro del neurone infatti è di 30-40 micron. La fibra muscolare è una fibra molto lunga Uovo ha qualche centimetro di diametro Le cellule della pelle e delle mucose sono di 30/40 micron di diametro (30-40 milionesimo di metro). Il nucleo è una 10ina di micron Virus⇒ entra nelle cellule per infettarla e ne entrano tanti perché è nell’ordine dei nanometri (miliardesimo di metro) I ribosomi⇒fondamentali per la sistemi proteica ma sono leggermente più piccoli di un virus Batteri⇒ batterio è infettabile dai virus perché ha un diametro da 1 a 10 micron. Occhio umano Microscopio ottico⇒ da 1 mm ai micron Microscopio elettronico⇒ Contrasto tra scuro e chiaro con il microndenso La teoria cellulare: Mathias Schleiden⇒ (1804-1881) era un botanico tedesco e fece prima esatta descrizione della cellula, composta da citoplasma e nucleo osservando i tessuti vegetali. Theodor Schwann⇒ (1810-1882) era un fisiologo tedesco ed estese alle cellule animali le osservazioni di Schleiden. Enunciati della teoria cellulare 1) Tutti gli organismi viventi sono formati da cellule 2) Le cellule sono le unità funzionali che sono in grado di vivere anche in maniera indipendente Questi 2 postulati vennero fatti da Schleiden e Schwann 3) Le cellule non si creano da sole, ma ogni cellula crea cellule figlie dividendo se stessa. Quindi ciascuna cellula si origina per divisione da cellule preesistenti. Questo postulato fu aggiunto da Rudolf Virchow che era un patologo tedesco. Biologia cellulare 2 tipi cellule 1. cellula procariote⇒ batteri. Sono tutti unicellulari. 2. cellula eucariote⇒ unicellulari (lievito e funghi) e pluricellulari Le cellule sono le unità fondamentali della vita, evolute da un progenitore comune (teoria cellulare). Possono avere una morfologia molto diversa, ma alcune funzioni sono comune a tutte le cellule: Accrescimento e divisione Trasformazione dell’energia da una forma all’altra e uso dell’energia per compiere i tipi diversi di lavoro. Sede dell’informazione genetica, da cui dipendono il metabolismo e la determinazione delle proprie strutture Scambi con l’ambiente(ossigeno zucchero amminoacidi fondamentali) Unità fondamentale della vita 2 tipi di organismi 1. organismi monocellulari⇒ possono essere formati sia da cellule procariotiche che eucariotiche e la singola cellula in grado di svolgere tutte le funzioni necessarie per la sopravvivenza. Una cellula riesce a fare tutto e vivere nell’integrità singola. Le cellule infatti possono essere prese, coltivate e proliferare creando un organismo a sé che vive. 2. organismi pluricellulari⇒ composta solo da cellule eucariotiche. Gli organismi pluricellulari e unicellulari si differenziano per l’organizzazione della struttura e delle funzioni. Ogni cellula è specializzata nel suo ruolo perciò si parla di “suddivisione del 50  lavoro“ in quanto alcune cellule svolgono determinate funzioni che servono a tutto l’organismo, mentre altre cellule svolgono altre funzioni. Questa forma di specializzazione delle diverse cellule comporta che la forma, la struttura e le componenti interne siano diverse da cellula a cellula a seconda delle funzioni svolta, quindi si parla di differenziamento cellulare. Esempio: neurone controlla i movimenti, le emozioni e il pensiero. fibra muscolare è fondamentale perché cosi ci muoviamo. Quindi sono fondamentali entrambe perché altrimenti nessuna delle due avrebbe senso e porterebbe a qualcosa. Inoltre hanno funzioni diverse proprio per il fatto che sono di forme diverse per svolgere le funzioni. Quindi c’è una gerarchia e una specializzazione dovuta al processo di differenziamento. Una cellula uovo che viene fecondata da un gamete origina lo zigote, che è la prima cellula dell’organismo, che poi si divide in due, poi in 4 e poi in 8 e si creano le diverse cellule dell’organismo. Potrebbe succedere anche che dopo la prima divisione dello zigote, esso si divida in due forme di vita diverse (gemelli). Lo zigote è il massimo grado di totipotenza. Noi abbiamo una capacità evolutiva di essere arrivati ad un grado complesso di organizzazione e perché le cellule si sono specializzate. Neurone: assone, nucleo, dendriti e ci sono sinapsi post-sinaptiche e pre-sinaptiche. Il genoma (dna) delle diverse cellule è uguale in ciascuna di essa, quindi a livello di forma sono diverse perché dipende dai geni che si attivano nelle determinate cellule (epigenetica). Quindi in ogni cellula ci sono geni specifici e alcuni sono in comune e altri no. I geni per fare la glicolisi e fosfoglicogeni ossidativi sono espressi in più cellule, ma le cellule in cui sono presenti hanno forme diverse perchè anche altri geni sono attivi. I batteri⇒ bacilli, bacilli con flagelli, streptococchi, vibrioni sono molto più piccole di altre cellule come il neurone o la fibra muscolare liscia. La cellula muscolare striata è davvero grande e spessa ed è plurinucleata. Dimensioni reciproche sono fondamentali per capire come il batterio essendo piccolo riesce ad infettare la cellula poiché è piccolo, riesce ad entrare tranquillamente riuscendo a fare ciò che vuole. Il sistema immunitario riesce ad intervenire per bloccarlo, ma ciò avviene quando ormai sono state già infettate molte cellule. La cellula vive se ha le condizioni giuste per crescere e riceve i giusti segnali. Quindi di per sé sa essere viva, perciò si definisce l’unità fondante della vita. Al contrario il virus non è un essere vivente perché ha bisogno della cellula ospite perciò non sa replicare se stesso e inoltre non ha un metabolismo per sintetizzare di per sé una forma di energia. I virus sono organismi complessi, ma non viventi. Componenti delle cellule eucariotiche: La membrana⇒ unità perché isolata dal resto Il nucleo⇒ contiene il genoma che possiede tutte le informazioni Gli organelli Cellula adesa ad un altra Nucleo⇒ circondato da due membrane una interna e una estranea Reticolo endoplasmatico ruvido/rugoso⇒struttura particolare attorno al nucleo con ribosomi o liscio. Mitocondri Apparato di Golgi 51 Rappresentazione schematica delle strutture cellulari: Al confine della cellula c'è la membrana plasmatica⇒ controllo selettivo, non entra niente di non selezionato e fa da barriera di permeabilità. Il bene dell’organismo è fondamentale quindi ogni funzione serve per il funzionamento corretto quindi ci sono tre livelli di funzioni diverse Cellulare Organismo Società Le membrane delimitano le parti della cellula che hanno diverse funzioni: Mitocondrio Nucleo⇒ contiene il dna 52 La compartimentazione ci permette di fare funzioni diverse nelle diverse parti della cellula. La membrana plasmatico al microscopio elettronico: Amstrong= 10 alla meno 10 ( 1 decimo di nanometro) -Struttura binaria ferroviaria⇒ struttura doppio strato fosfolipidico. La molecola più importante è il grasso. L’acido grasso di per sé non forma la membrana, infatti bisogna modificarlo per farlo diventare un fosfolipide. -grasso⇒catena lunga, composto da una catena alifatica di CH2 (16-18 amminoacidi di carbonio) molecola apolare ed è idrofoba, poi alla fine c’è un gruppo funzionale carbossilico che ha una carica chimica e quindi si può sciogliere in acqua per cui l’acqua si riordina bene attorno al gruppo carbossilico e non si ordina lungo la coda idrocarburica, quindi si ha una molecola anfipatica. Gli acidi grassi devono formare delle sovrastrutture e tre molecole di acidi grassi formano i trigliceridi. Le parti idrofobe dei trigliceridi si possono attaccare agli altri trigliceridi e quindi possono crearsi degli agglomerati che portano ad ictus o infarti. 53 esterificazione che crea il trigliceride⇒ glicerolo+tre molecole di acidi grassi. Questo vale anche per la membrana fosfolipide. Sia la parte idrofoba e idrofilica hanno una forte capacità di sciogliersi. In acqua la testa e in un ambiente grasso la coda. Fosfatidilcolina Curva dovuta ad un doppio legame detto anche insaturazione e quindi è monoinsaturo. Se si ha un doppio legame vuol dire che si hanno solo due idrogeni (insaturazione di idrogeni). Possono essere definiti anche polinsaturi (se hanno più doppi legami). Per rendere saturi i grassi ci sono 54 delle modificazioni perché troppe insaturazioni sono dannose per il corpo. L'insaturazione del grasso porta una curva che serve per limitare l’interazione tra due fosfolipidi adiacenti così non c’è l’interazione tra le code. Infatti le cellule sono in grado di deformarsi perché sono fluide proprio grazie a queste insaturazioni. Tre molecole simili perché c’è una parte costante che dà la struttura fisica (acido grasso e glicerolo) e una parte che varia etanolammina, serina (amminoacido⇒ componenti dei polipeptidi e fanno anche altre cose gli amminoacidi insieme al glutammato ) inositolo e una alcol e ha tanti gruppi h non dissociati. Tutt’e tre sono fortemente idrofile fondamentale perché devono avere. A che fare con acqua all’esterno della cellula e all’interno della cellula (capacità di sciogliersi in acqua) e questa cosa la fanno con una testa polare. Fosfolipidi nell’acqua si organizzano in micelle e in doppi strati dove le teste rosse sono firmate da diverse molecole (vero l’interno e l’esterno) e questa molecola fatta a corona fa pensare ad una cellula primordiale dove al centro non c’è nulla dove c’è solo la struttura che la fa separare dal resto del mondo. Quindi queste molecole inorganiche si organizzavano in cellule primordiali non viventi. La membrana funziona con miliardi di fosfolipidi che si organizzano. La membrana: Fluidità (se no si spacca e riversa il contenuto della cellula nel tessuto ⇒ necrosi che mette a repentaglio la vita dell’organismo) l’elasticità è fondamentale. 2. Asimmetria⇒ i fosfolipidi che sono all’interno o all’esterno hanno una composizione chimica diversa. Hanno un'importanza funzionale. Sciogliere⇒ capacità di organizzare le molecole d’acqua intorno. La membrana è un magazzino di molecole chimiche importanti anche per la segnalazione cellulare. I grassi saturi e grassi insaturi sono due categorie principali di lipidi, differenziate dalla struttura chimica dei loro acidi grassi. Grassi saturi: Struttura chimica: Gli acidi grassi saturi non hanno doppi legami tra gli atomi di carbonio nella loro catena. Ogni atomo di carbonio è “saturato” con il massimo numero di atomi di idrogeno possibile. Fonti: Si trovano principalmente in alimenti di origine animale, come carne rossa, burro, formaggi, e anche in alcuni grassi vegetali come l’olio di cocco e di palma. Effetti sulla salute: Un consumo eccessivo di grassi saturi è stato associato a un aumento del colesterolo LDL (colesterolo “cattivo”), che può aumentare il rischio di malattie cardiovascolari. Grassi insaturi: Struttura chimica: Gli acidi grassi insaturi contengono almeno un doppio legame tra gli atomi di carbonio. Se ci sono due o più doppi legami, si parla di grassi polinsaturi. 55  Fonti: I grassi insaturi si trovano principalmente in alimenti di origine vegetale, come oli vegetali (es. olio d’oliva, olio di canola), frutta secca, semi, e pesce grasso. Effetti sulla salute: I grassi insaturi, specialmente quelli monoinsaturi e polinsaturi, sono generalmente considerati benefici per la salute cardiovascolare, poiché possono ridurre i livelli di colesterolo LDL e aumentare quelli di HDL (colesterolo “buono”). In generale, una dieta equilibrata dovrebbe privilegiare i grassi insaturi rispetto ai grassi saturi, sebbene alcuni grassi saturi in quantità moderata possano essere parte di una dieta sana. Legame in trans Doppio Legame in cis 2 doppi legami in cis In base a ciò ci sono le curve sono più o meno accentuate Esempio: Siamo organismi omeotermi le nostre mani non sono sempre a 37 gradi, ma possono essere a 10 gradi se sono in montagna oppure a 40 gradi in estate. Tutti i grassi sono in grado di compiere una modifica strutturale se c’è caldo o freddo. Questo avviene per assicurare la stessa elasticità a diverse temperature. Ciò avviene poiché c’è una modulazione dei grassi nella membrana. Più il colesterolo è presente più ci sarà fluidità e viceversa. Il colesterolo è importante (colesterolo alto da problemi nelle arterie capillari perché potrebbe ostruirle, poiché gran parte è idrofoba, quindi si crea un tappo e causa un ischemia, ictus o infarto). Ci deve essere la giusta quantità, in quanto esso è un componente fondamentale delle membrane cellulari inoltre il colesterolo gestisce la fluidità e si occupa degli ormoni steroidei (la membrana è una gigantesca miniera per la segnalazione). 56 Olo⇒ alcool per il gruppo OH Struttura rigida ad anelli Coda idrocarburica È una molecola anfipatica come i saponi e i detergenti perché solubilizzano il grasso e lo sporco e il detergente porta in soluzione dell’acqua e quindi pulisce. Colesterolo 57  Precursore ormai steroidei che sono fondamentali per la reazione di lotta o fuga⇒ una persona/ mammifero quindi con il cortisolo c’è una modifica del comportamento, del battito, della forza. Fluidità proteine di membrana Estrinseche⇒ Dette anche “periferiche“situate sulla superficie esterna o interna della membrana e possono essere ancorate o meno ancorate ad un lipide di membrana. Intrinseche⇒ Dette anche “integrali“ attraversano da parte a parte il doppio strato lipidico. Diverse tipologie 58 Nessuna sostanza passa senza un controllo preciso attraverso la membrana cellulare. Nel doppio strato ci sono composizioni chimiche di soluti con composizioni chimiche diverse dentro e fuori questo grazie alle pompe ioniche. È fondamentale per dare turgore alla cellula e per far mantenere la pressione della cellula e non si sgonfia. Trasporti: Diffusione semplice secondo gradiente di concentrazione⇒ passano ormoni lipidici senza un trasportatore. È un processo di trasporto passivo in cui le particelle di una sostanza si spostano da una regione di alta concentrazione a una di bassa concentrazione, seguendo il gradiente di concentrazione. Questo movimento avviene senza l’intervento di energia esterna (come ATP) e senza l’assistenza di proteine di trasporto. In questo caso le particelle tendono a muoversi spontaneamente verso l’area con concentrazione più bassa, cercando di raggiungere un equilibrio, cioè una distribuzione uniforme delle particelle. La velocità di diffusione è direttamente proporzionale al gradiente di concentrazione e dipende anche dalla temperatura e dalla natura della membrana (se presente) attraverso la quale le particelle devono passare. Esempio⇒quando una sostanza come l’ossigeno entra nel sangue nei polmoni, diffonde attraverso le membrane cellulari seguendo il gradiente di concentrazione (dall’area di alta concentrazione nei polmoni all’area di bassa concentrazione nel sangue). Diffusione facilitata mediata da permeasi (proteine canale e proteine vettrici)⇒ è un processo biologico mediante il quale molecole o ioni attraversano la membrana cellulare grazie a una proteina specifica, chiamata permeasi o carrier. Questa proteina agisce come un “trasportatore” che facilita il movimento delle sostanze attraverso la membrana, senza che sia necessaria l’energia (ATP), a differenza del trasporto attivo. Caratteristiche principali della diffusione facilitata: 1. Proteina trasportatrice: Una permeasi (o un canale) è coinvolta nel trasporto di specifiche molecole o ioni. 2. Diffusione passiva: Il processo avviene seguendo il gradiente di concentrazione, ovvero dalla zona di alta concentrazione a quella di bassa concentrazione, senza consumo di energia. 3. Saturabilità: La velocità di trasporto è limitata dalla quantità di permeasi disponibili. Se tutte le proteine trasportatrici sono occupate, non è possibile trasportare ulteriori molecole, anche se la concentrazione del soluto continua ad aumentare. 4.Specificità: Le permeasi sono selettive, cioè riconoscono e trasportano solo determinate molecole o ioni. Esempi: di molecole che utilizzano la diffusione facilitata sono gli zuccheri (come il glucosio) e alcuni amminoacidi. Uniporto⇒ porta dentro o fuori una sola tipologia di molecola. La permeasi trasporta una sola sostanza. Simporto⇒ porta dentro o fuori due molecole nello stesso momento nella cellula. La permeasi trasporta due sostanze nella stessa direzione. 59  Antiporto⇒ due molecole, ma una entra e l’altra esce. in questo caso, vengono trasportate due sostanze in senso opposto l’una dall’altra. Pompa sodio potassio (trasporto attivo con dispendio di energia) Crea una differenza di potenziale elettrochimico tra l’esterno e l’interno. La pompa sodio-potassio (Na⁺/K⁺-ATPasi) è una proteina di membrana che svolge un ruolo cruciale nel mantenimento dell’equilibrio ionico e del potenziale di membrana nelle cellule animali. È un esempio di trasporto attivo primario, il che significa che utilizza energia derivante dall’ATP per spostare ioni contro i loro gradienti di concentrazione. Funzionamento della pompa sodio-potassio: 1. Trasporto attivo: La pompa trasferisce tre ioni sodio (Na⁺) fuori dalla cellula e due ioni potassio (K⁺) all’interno della cellula, contro i rispettivi gradienti di concentrazione. Na⁺ è trasportato fuori dalla cellula (dove è presente a concentrazione più alta). K⁺ è trasportato dentro la cellula (dove è presente a concentrazione più bassa). 2. Utilizzo di ATP: La pompa utilizza un ATP per ogni ciclo di trasporto, che consente il movimento contro il gradiente di concentrazione di entrambi gli ioni. Questo è un esempio di trasporto attivo primario, che implica un consumo diretto di energia (ATP). 3. Mantenimento dell’equilibrio ionico: La pompa sodio-potassio contribuisce a mantenere una bassa concentrazione di Na⁺ all’interno della cellula e una alta concentrazione di K⁺. Questo processo è fondamentale per la regolazione del volume cellulare, l’eccitabilità neuronale, il trasporto di nutrienti e l’equilibrio idrico. 4. Potenziale di membrana: Poiché la pompa sposta più ioni Na⁺ fuori dalla cellula che K⁺ dentro, crea una differenza di carica tra l’interno e l’esterno della cellula. Questo contribuisce al potenziale di membrana, che è essenziale per attività cellulari come la trasmissione di segnali nervosi e la contrazione muscolare. Importanza: La pompa sodio-potassio è fondamentale per il mantenimento delle funzioni cellulari e per la stabilità del potenziale elettrico della cellula. Inibitori della pompa (come la digitossina) sono utilizzati in alcune terapie per malattie cardiache, poiché alterano l’equilibrio ionico e la contrazione muscolare. La pompa sodio-potassio è essenziale per i