Biologia Animale Anna (1) PDF

Le cellule **" Sono l'elemento più semplice del nostro corpo"** 1. **[CAPACITA':]** a. **[Si riproducono ]** b. **[Utilizzano energia]:** le cellule consumano energia perché non sono sistemi all'equilibrio, ovvero non sono sistemi che presentano la stessa concentrazione di soluto da e...

Le cellule **" Sono l'elemento più semplice del nostro corpo"** 1. **[CAPACITA':]** a. **[Si riproducono ]** b. **[Utilizzano energia]:** le cellule consumano energia perché non sono sistemi all'equilibrio, ovvero non sono sistemi che presentano la stessa concentrazione di soluto da entrambe le parti (= il flusso netto di soluto in questo caso è pari a zero), ma esistono vari **gradienti di concentrazione**. c. **[Hanno un metabolismo]:** insieme di trasformazioni chimiche che si dedicano al mantenimento delle funzioni vitali interne della cellula, ovvero la trasformazione di alcune cellule in altre ancora. d. **[Rispondono a stimoli esterni]:** rileviamo stimoli presenti all'esterno (sia ambiente interno sia esterno della cellula e interno al nostro corpo), le cellule li elaborano e generano una risposta (motoria, ormonale, ecc...). ogni cellula del nostro organismo riesce a percepire alcuni parametri dell'ambiente in cui è inserito in nostro organismo. e. **[Sono capaci di autoregolazione]:** i parametri interni alla cellula rimangono costanti, e nel caso di variazioni dei parametri (osmolarità di 300 osmoli, ovvero la concentrazione di una soluzione, pH neutro, temperatura di 37º, ecc...) esse stesse fanno in modo di riportarli a valori medi consentiti e costanti. f. **[Si evolvono]:** le cellule hanno subito un processo evolutivo. 2. **La cellula è l'unità base di ogni essere vivente:** g. Ogni organismo è formato da una o più cellule: gli organismi pluricellulari si sono formati per evoluzione a partire da organismi unicellulari. h. La cellula è l'unità base. i. Le cellule si originano da cellule preesistenti, NON vi è una cellula originaria. j. Le cellule, dentro l'organismo umano, hanno una forte eterogeneità: **ex:** la cellula nervosa e la cellula muscolare derivano entrambe dallo zigote, ma in fase di sviluppo acquisiscono una forte [eterogeneità sia strutturale che funzionale]. Nonostante l'eterogeneità, tutti gli organismi viventi sono fondamentalmente simili e le funzioni di base sono svolte con gli stessi meccanismi e dagli stessi organuli, molecole e macromolecole, che partecipano a reazioni chimiche simili. k. [Differenziamento cellulare]: in una situazione in cui gli elementi di base e le strutture macromolecolari sono uguali per tutte le cellule, le funzioni delle varie cellule non è la stessa perché esse vanno incontro a un processo di differenziamento cellulare: **DNA** -\> **RNA** -\> **proteina** l. Le dimensioni delle cellule del nostro corpo si aggirano attorno alle decine di [micrometri] (10^-6^), mentre gli organuli delle cellule si aggirano attorno alle decine di [nanometri] (10^-9^). ***Come si osservano la cellula e i suoi componenti?*** Ad occhio nudo si possono osservare fino ai millimetri, per osservare una cellula o dei batteri si utilizza un **[microscopio ottico]** (fino alle decine di micrometri) mentre per osservare virus e piccole molecole si utilizza un **[microscopio elettronico]** (per osservare oggetti di dimensioni nanometriche). Si utilizza quest' ultimo perché la luce visibile del microscopio ottico dopo una certa grandezza non ha [sufficiente potere risolutivo] per poter rendere nitidi oggetti di dimensioni nanometriche (sotto i duecento nanometri le immagini a microscopio ottico non possono essere nitide a causa di un limite fisico imposto dal potere risolutivo della luce visibile). Il potere risolutivo del microscopio elettronico è molto più elevato perché funziona attraverso [fasci di elettroni] che hanno una lunghezza d'onda molto minore e una frequenza molto maggiore della luce visibile. Con il microscopio elettronico non posso osservare delle strutture vive, ma per forza morte, ragione per cui non può essere abbandonata l'osservazione tramite microscopio ottico. 3. **Evoluzione** Il processo di evoluzione accomuna tutti gli esseri viventi. Tutte le cellule hanno un **[progenitore ancestrale]** dal quale si sono generate durante il percorso evolutivo. Esse sono di 2 tipi: **procarioti** o **eucarioti**. Le cellule procariotiche sono divise in: m. [batteri] n. [archeobatteri] (che vivono in ambienti ostili). Gli eucarioti sono divisi in: - [unicellulari] - [piante ] - [animali ] - [funghi]. I procarioti hanno subito un **processo evolutivo** che ha portato alla **pluricellularità**. **Due elementi** sono stati essenziali durante il processo evolutivo, permettendo il passaggio dai procarioti agli eucarioti; essi sono i [mitocondri] e i [cloroplasti] (=equivalente vegetale dei mitocondri). I mitocondri hanno avuto la capacità di **cambiare le proprie [caratteristiche metaboliche]**, rendendosi capaci di utilizzare **l'ossigeno per produrre** **ATP** utile alle funzioni cellulari, e quindi rendendo la produzione di ATP molto più efficiente (=passaggio da anaerobiosi ad aerobiosi, ovvero dall'assenza alla presenza di ossigeno nella scomposizione del glucosio per la produzione di ATP, passata da 2 molecole a 38). Tutto ciò è stato validato dalla **["teoria endosimbiotica"]** secondo cui il mitocondrio avrebbe un'origine cellulare a sé stante; esso sarebbe stato inglobato in una cellula incapace di utilizzare l'ossigeno per sintetizzare ATP, diventandone parte integrante. La cellula procariote ed eucariote **Cellula procariote:** unicellulare **Composizione:** o. Parete cellulare. p. Materiale genico (DNA) non delimitato dalle strutture di membrana, ma inserito direttamente nell'ambiente citoplasmatico. **Organizzazione e funzioni:** q. Ambiente omogeneo, non c'è una specializzazione della singola cellula in quanto è priva di organelli circondati da una membrana (= non c'è una compartimentazione interna). r. Non è in grado di definire aree specifiche in cui si svolgono funzioni specifiche. **Cellula eucariote:** in gran parte pluricellulari ma esistono anche unicellulari. Il processo evolutivo ha definito una [crescita nelle dimensioni] cellulari e [la differenziazione cellulare] dovuta dalla [divisione cellulare]. Gli eucarioti pluricellulari hanno meccanismi di divisione specializzata, a seconda della funzione della cellula e in base alle loro esigenze. **Generali:** - Hanno organelli che si distinguono l'uno dagli altri perché delimitati dalla membrana. s. Il DNA si trova nel nucleo e nei mitocondri (= DNA mitocondriale: dimostrazione della loro origine ancestrale e del processo di endosimbiosi). t. Il citoplasma è occupato in gran parte dal sistema delle endomembrane, che si originano dalla membrana nucleare e dal reticolo endoplasmatico. u. La membrana di rivestimento della cellula è dello stesso tipo di quelle che ne delimitano le aree interne. v. Tutto viene immerso nel citoplasma, composto principalmente da H2O, ma in cui sono dispersi altri soluti. **Organizzazione e funzioni:** - Si delineano delle regioni entro ciascuna di esse si svolge una funzione specifica (specializzazione di aree delimitate tipicamente da membrane). **Composizione:** 1. [Citoscheletro:] = garantisce il supporto meccanico = mantiene organizzate le membrane in uno spazio ben preciso = costituisce una rete di trasporto per le molecole da un sistema di endomembrane all'altro = definisce la struttura della cellula = interviene nella divisione cellulare 2. [Nucleo cellulare, diviso in:] w. Nucleolo: sede del nucleo dove viene sintetizzato il DNA ribosomiale. x. Pori nucleari: proteine di membrana che fanno selezione e controllano i movimenti. y. Membrana nucleare: selettivamente controllata. 3. [Sistema delle endomembrane, diviso in:] z. Reticolo endoplasmatico a. Apparato del Golgi b. Lisosomi **Fondamentali:** A. **[Membrana plasmatica]** Tutti i [soluti] che entrano ed escono dalla cellula sono controllati dalla membrana plasmatica. Essa compie un [processo di selettività] ovvero che chi entra e chi esce viene controllato da delle [proteine di membrana]. La natura chimica delle membrane è fosfolipidica. Il [fosfolipide] (=dimensione di c.a. 6-10 nm) è formato da: = **due code idrofobiche apolari** ([acidi grassi]) e **una testa idrofila polare** ([glicerolo con legato il gruppo fosfato]), che può quindi interagire con un ambiente acquoso come il citoplasma. I fosfolipidi sono molecole **anfipatiche** (hanno sia proprietà polari che apolari). La membrana è un doppio strato fosfolipidico, dove le teste sono all'esterno e le code all'interno. Fosfolipidi: proprietà, funzioni - Chimicamo Il **citoplasma è un soluto polare**, per cui non può passare all'interno della membrana (= apolare). Nella membrana sono inserite delle strutture prevalentemente proteiche che attraversano la membrana creando delle **proteine di membrana**, anch'esse anfipatiche poiché sulla loro superficie possiedono regioni sia idrofobiche che idrofiliche. Esse sono disposte con la parte idrofobica rivolta verso l'interno della membrana e la parte idrofilica sulla parte esterna. Esse disponendosi attorno a un poro, ne determinando l'apertura e la chiusura. Questi canali di membrana garantiscono la permeabilità e decidono quando i soluti possono o non possono passare attraverso. Il vantaggio della membrana plasmatica semi-permeabile è la selettività di essa, poiché le membrane sono strutture selettivamente permeabili e quindi le proteine di membrana non permettono il passaggio da una parte all'altra di tutti i tipi di molecole. Gli ioni vanno ad accumularsi ad un capo e all'altro della membrana, e nel momento in cui si garantisce il passaggio di essi, ovvero quando si aprono i canali di membrana, essi passano da una parte all'altra della membrana generando dei segnali che vengono poi recepiti dalle cellule. ((Nel caso ci fosse un solo strato fosfolipidico le code tenderebbero a richiudersi, modificando la struttura della membrana, ragione per cui la forma a doppio strato è molto più stabile.)) Un altro elemento presente nelle membrane sono i **carboidrati** [legati alla parte idrofilica delle proteine]. Essi sono strutturati in [catene] e dunque vengono chiamati [oligosaccaridi]. Le proteine sono glicosilate (= hanno dei carboidrati attaccati), e definite **glicoproteine**. La loro funzione è quella di *stabilizzare* la struttura della membrana stessa. B. **[Nucleo cellulare:]** **=** centro d'informazione della cellula. [Membrana nucleare]: doppio strato fosfolipidico (membrana interna e esterna di un doppio strato fosfolipidico). c. [Pori nucleari], delimitati da [proteine] specifiche e mettono in comunicazione le due membrane nucleari e consentono il passaggio di soluti dall'interno e all'esterno del nucleo. d. La membrana esterna non è chiusa ma è in [continuità strutturale con il reticolo endoplasmatico.] Nel nucleo c'è il [nucleoplasma] (invece del citoplasma) con dentro la [cromatina], più o meno dispersa; ciò dipende dallo stato funzionale in cui si ritrova la cellula e il nucleo. **Cromatina:** fortemente dispersa o fortemente compattata (sotto forma di cromosomi). Nel nucleo è presente **l'informazione genetica**. C. **SISTEMA DELLE ENDOMEMBRANE:** 1. **[Reticolo endoplasmatico]** (= **1°** parte del sistema delle **endomembrane**) **= Insieme di membrane-associate in comunicazione tra di loro.** E' costituito da **membrane tubulari** e **sacche appiattite** (= cisterne) connesse fra loro. Lo spazio interno racchiuso dal RE è chiamato **lume**. Sono anche le strutture che delimitano uno spazio interno al reticolo. La membrana non è omogenea: è **liscia e rugosa** (= rugosa nei punti in cui vi sono i ribosomi sopra, utili per finalizzare la sintesi proteica **-\>** Il reticolo endoplasmatico rugoso ha **funzione di sintesi proteica**). I **ribosomi** sono complessi formati da RNA e proteine; sono anche dispersi nel citoplasma, in funzione della proteina che devono sintetizzare. Il reticolo endoplasmatico liscio ha invece **funzione contenitiva di ioni calcio Ca^2+^** **[(1)]** (= capaci di legarsi a molti elementi intra ed extra cellulari, esso regola la comunicazione tra i neuroni: è un **ligando** che modula la funzione e la comunicazione tra moltissime parti della cellula). La **concentrazione citoplasmatica** dello ione calcio viene mantenuta bassa grazie al **REL**, che lo conserva dentro di sé, o portandolo fuori (= non deve avere una concentrazione alta a livello citoplasmatico). Il REL svolge anche un **ruolo di sintesi lipidica [(2)]**. 2. **[Apparato del Golgi]** (= **2°** parte del sistema delle **endomembrane**) Costituito da [pile di sacche membranose appiattite] = **cisterne**. La [funzione] dell'apparato del Golgi [è di ricevere e modificare le molecole prodotte dal RE] (= nella parte cis più interna e in continuità con il RE) e [le indirizza nei vari comparti] (= nella parte trans più esterna). L'apparato del Golgi **ha un orientamento**, una certa **polarità** che permette di definire una **parte cis** **[(1)]** e una **parte trans [(2)]** ; da qui le molecole lasciano il Golgi per raggiungere altre parti della cellula. Nel Golgi avviene, oltre che la sintesi, anche la **sintesi di polisaccaridi complessi** e la **[maturazione delle proteine]** **-\>** le glicoproteine contenute in vescicole passano dal RE al Golgi dove assumono la loro forma finale, per poi uscire dal Golgi in ulteriori vescicole e raggiungere la loro destinazione. (= la **glicosilazione** inizia nel lume del RE rugoso ma portato a termine nel Golgi). 3. **[Lisosomi]** ( 0,5-1,0 µm) (= **3°** parte del sistema delle **endomembrane**) = **Piccole vescicole circondati da una singola membrana** (= internamente glicosilata -\> funzione protettiva dall'attività idrolitica di questi enzimi finchè essi non diventano necessari) **contenenti enzimi litici** (= **idrolasi** -\> azione idrolitica, ovvero di rottura di legami =\> in grado di digerire specifiche molecole biologiche come carboidrati, proteine, grassi). Contengono più di [40 enzimi] diversi che funzionano a [Ph = 5 (acido).] Gli enzimi lisosomali sono sintetizzati nel RE rugoso, trasportati nel Golgi dove vengono impacchettati in vescicole che diventano lisosomi. I lisosomi sono l'ultima parte del sistema delle endomembrane. ALTRI ORGANELLI... D. **[Perossisomi ]** = Organuli delimitati da **singola membrana.** Contengono **enzimi** che **catalizzano reazioni metaboliche** e degradano i derivati tossici dell'O^2^, ovvero il **perossido d'idrogeno (H~2~O~2~)**. Esso viene decomposto, grazie all'enzima catalasi, in [ossigeno gassoso e acqua. ] I perossisomi sono coinvolti anche nel **processo di beta-ossidazione (1)**, (= processo metabolico che porta alla **sintesi di ATP** a partire dai **grassi**) e nel **processo di detossificazione dell'etanolo (2)** all'interno del fegato. E. **[I mitocondri]** ( lunghezza= qualche µm ; larghezza= fino a 1µm) -\> grandi quanto una cellula batterica. = **Sede della respirazione aerobica** (= respirazione cellulare). I mitocondri sono organuli capaci di sintetizzare ATP per la cellula attraverso la respirazione aerobica (in presenza di ossigeno). L'analogo dei mitocondri nelle piante sono i **cloroplasti**, che fanno fotosintesi e producono ossigeno e glucosio. Il glucosio viene degradato dai mitocondri che respirando producono ATP, acqua e anidride carbonica utili poi di nuovo ai cloroplasti per dare inizio alla fotosintesi. Sono presenti in tutte le cellule, ma hanno **densità** particolarmente **alta nei tessuti muscolari.** Caratteri generali: e. Possono [cambiare forma] e [unirsi tra di loro]. f. Sono delimitati da **due membrane** che costituiscono la **membrana mitocondriale interna e esterna.** Quella interna racchiude la **matrice mitocondriale** ( = all'interno sono presenti [enzimi] e piccole molecole di [DNA] che codificano per alcuni RNA e alcune proteine utili ai mitocondri) ed è caratterizzata da introflessioni interne chiamate **creste** dove avviene la sintesi dell'ATP. g. [Ossidano] le [molecole] derivate da zuccheri, grassi e proteine con produzione di ATP. h. [Consumano O~2~ e producono CO~2~ ]. F. **[Citoscheletro ]** = **Rete di fibre proteiche che connette gli elementi interni alla cellula**. Esse sono ancorate alla membrana plasmatica e conferiscono la forma e l'elevata organizzazione della cellula. **Composto da:** i. **Microtubuli:** sono costituiti da unità di [tubulina]. Distribuiscono i cromosomi duplicati in direzioni opposte (=importanti nel processo di divisione cellulare), formati da dimeri di alfa e beta tubulina che si spiralizzano attorno a un lume centrale. j. **Filamenti intermedi:** stabilizzano la forma cellulare. Sono formati da subunità fibrose che formano delle strutture allungate. k. **Microfilamenti:** sono costituiti da unità di [actina]. Garantiscono la contrazione dei muscoli, sono formati da due filamenti globulari di actina che spiralizzano formando le strutture. Le tre strutture filamentose hanno forme completamente diverse. **Funzione:** - Movimento della cellula. - Garantisce la solidità della cellula e resistenza meccanica. - Importante ruolo nella divisione cellulare. ***AGENTI CHE INVADONO LE CELLULE:*** A. **[Virus]** (= dimensioni: **25-30 nm**) **= Parassiti non cellulari incapaci di vita indipendente.** Non hanno un metabolismo e si riproducono a partire da un'altra cellula. Sono costituiti da un capside proteico che contiene DNA o RNA. B. **[Viroidi ]** **= Agenti acellulari infettivi più semplici dei virus che possono infettare cellule eucariote.** Sono molecole di RNA circolari di circa [250-400 nucleotidi]. Sono [replicate dalla cellula ospite] e [non codificano per nessuna proteina]. Essi sono responsabili del **RNA silencing** **-\>** [si legano all'RNA della cellula ospite] bloccando la [trasduzione] in proteine. C. **[Prioni ]** **= Particelle proteiche infettive**. Promuovono [l'aggregazione sbagliata di proteine] cellulari dando origine a **proteine prioniche** di struttura complessa, comportando [un'alterata funzionalità del sistema nervoso] e conseguente morte neuronale. Responsabili di malattie neurologiche (es. mucca pazza). La loro presenza può causare [l'insorgenza di alcune malattie neurodegenerative] (es. l'Alzheimer, che tra i tanti fattori di insorgenza ha anche la presenza dei prioni). I componenti chimici delle cellule [La tavola periodica ] Ogni atomo è rappresentato da un numero atomico (A = numero di protoni). Se [l'elemento è neutro] l'atomo non ha cariche e il numero atomico definisce anche il numero di elettroni, altrimenti si parla di ioni. La regola generale per la disposizione degli elettroni nelle orbite è la **regola dell'ottetto**: è necessaria la stabilità delle molecole, quindi gli atomi condividono e- per avere [**8e-** nel livello energetico più esterno. ] Gli organismi viventi sono costituiti da circa **25 elementi diversi**. I più comuni sono: il **carbonio**, l'**idrogeno**, l'**azoto** e l'**ossigeno**. C, H, N, O [formano più del 96% delle cellule del nostro organismo.] Perché questi atomi? **=STABILITA'.** l. **O:** nella respirazione cellulare e sintesi di ATP; è il maggior componente dell'H2O dunque uno dei maggiori componenti organici. m. **C:** è nello scheletro molecolare di molecole organiche (= 4 legami covalenti) e ne è il maggior componente. Si trova nella CO2. n. **H:** si trova nei composti organici, nell'acqua e nei trasferimenti di energia sotto forma di ione H^+^ (fondamentale nella sintesi di ATP e nel mantenimento del pH). o. **N:** presente nelle proteine e negli acidi nucleici. Sono capaci di stabilire legami covalenti forti (= legami stabili) **-\>** condividendo gli elettroni con altri atomi rispettano la regola dell'ottetto, stabilizzando la struttura. Il **4%** delle cellule organiche sono formate da atomi meno frequenti ma altrettanto importanti perché hanno una funzione specifica (es. Ca, P, K, S, Na, Cl, Mg) -\> p. **Ca:** componente strutturale di ossa e denti, importante per la contrazione muscolare e per la trasmissione sinaptica (= è messaggero intracellulare che agisce grazie alla grande [differenza di concentrazione] tra l'interno (10^-7^) e l'esterno (10^-3^) della cellula, con un [gradiente di concentrazione di 10^4^]). E' fondamentale anche per la secrezione ormonale. q. **P:** componente degli acidi nucleici e fosfolipidi di membrana, importante nel trasferimento di energia (ATP e ADP sono formati da ioni fosforo collegati a una base azotata). Si lega alle proteine mediante fosforilazione **-\>** eccendere o spegnere la trasmissione del segnale. r. **K:** si trova come ione positivo, regola la funzione nervosa e la contrazione muscolare, va spesso di pari passo con il sodio nella comunicazione cellulare. s. **S:** presente nelle proteine come ponti disolfuro (gruppi). t. **Na:** si trova come ione positivo, regola la funzione nervosa ed è dunque indispensabile nella funzione neuronale. Modifica il potenziale di membrana per trasdurre un segnale. **[Il carbonio ]** Ad eccezione dell'acqua, quasi tutte le molecole cellulari sono a base di carbonio. Si lega tramite legame covalente -\> legame stabile, ovvero un legame che necessita di una grande quantità di energia (J/calorie) per essere rotto. Può legare fino a [4 atomi con legami covalenti] (ha 4 elettroni liberi e si lega con 4 atomi per rispettare la regola dell'ottetto e la stabilità delle molecole), creando [composti di carbonio lineari, ciclici o ramificati]. Il carbonio [può formare una varietà enorme di molecole molto stabili], come il DNA e RNA e proteine come enzimi. Nelle molecole organiche lo scheletro è composto da carbonio che può formare [legami covalenti singoli, doppi o tripli], a cui si agganciano delle strutture composte da altri atomi (= **gruppi funzionali**). I gruppi funzionali possono essere carichi negativamente, positivamente, o avere carica neutra ma essere comunque **polari** (= molecole polari possiedono una parziale carica e formano legami più deboli; servono circa 8kcal per rompere il legame). **[L'acqua ]** Composto più abbondante delle cellule (75-85% del peso di un essere umano). Molecola polare, ovvero ha una **distribuzione disomogenea di cariche**; nessuna carica prevale sull'altra ma ha una distribuzione delle cariche differente **-\>** [polarità positiva verso l'idrogeno e negativa verso l'ossigeno]. Tra ossigeno e gli idrogeni ci sono **angoli di legame di 104,5º gradi**. Forma **legami a idrogeno** con altre molecole -\> forza di legame di [10 volte più debole] del legame covalente. Si crea una [struttura ordinata] che costituisce un **ambiente idoneo alla vita**. ***Proprietà dell'acqua:*** 1. Tensione superficiale: è dovuta ai [legami a idrogeno] (nonostante siano legami deboli) -\> fondamentale nel trasporto dell'acqua per [capillarità] all'interno delle piante, proprio perché ha un'elevata tensione superficiale. 2. Elevato calore specifico: è la quantità di calorie che devo somministrare per **alzare di 1ºC, 1g di H20.** Ciò è dovuto sempre dalla presenza di legami a idrogeno; se l'acqua non potesse formarli, con l'avvento della radiazione solare, le molecole d'acqua inizierebbero ad acquisire energia aumentando ulteriormente il calore **-\>** ciò non garantirebbe la vita. Invece con l'arrivo di energia termica, quest'ultima viene usata dall'H2O per rompere i legami a idrogeno tra molecole, [non aumentando] la propria agitazione termica e [determinando] invece un **passaggio di stato**, portando l'H2O ad essere un **ottimo dispersore di energia termica**. 3. Ottimo refrigerante: perché è una molecola polare, (= Il legame a idrogeno determina le proprietà dell'acqua a diverse temperature). 4. Solvente ideale delle cellule: consente la solubilità di un soluto in un ambiente acquoso dato che la maggior parte dei soluti sono **ioni**, per cui il solvente più idoneo è proprio un **solvente polare**. 5. Contribuisce alla formazione delle membrane cellulari: le molecole idrofile e idrofobiche danno origine a membrane stabili, che separano compartimenti acquosi intra ed extra cellulari (le membrane sono [strutture anfipatiche]).  [pH] = l'acqua si dissocia in ioni H^+^ e in ioni OH^-^ secondo la reazione: **H2O H^+^ + OH^-^** la condizione è di neutralità in quanto la soluzione è neutra. La **costante ionica dell'acqua** (= Kw ) può essere calcolata come il prodotto della concentrazione ionica degli ioni idrogeno e ioni ossidrile, che **è uguale a 10^-14^ moli/L = \[H^+^\]^2^**. In una **soluzione neutra**, dove la concentrazione ionica degli ioni idrogeno è uguale alla concentrazione degli ioni ossidrile, essa sarà di **10^-7^ moli/L** **= \[H^+^\]** e **pH= 7**. La relazione tra concentrazioni ioniche è alla base della scala del pH, definito come pH = -log~10~ \[H+\] (= formula). Il nostro organismo fa di tutto per mantenere il [pH neutro]. [**Ex:**] quando si corre il corpo va in condizioni di acidosi: manca la respirazione e si butta fuori molta CO2 per portare via idrogenioni. Essi vengono espulsi anche mediante le urine. ***[Misura del pH:]*** = Gli elettrodi di vetro sono sensibili agli ioni H+, dunque si usa il **pH-metro**. Esso possiede una **sonda** in cui viene inserita una certa quantità di idrogenioni (HCl). Il pH-metro viene immerso in una soluzione. La [concentrazione] degli idrogenioni nella sonda è diversa da quella degli idrogenioni nella soluzione. Le [cariche vengono separate] dalla sonda di vetro e ciò genera una [differenza di potenziale] elettrico il quale viene rilevato da un filo e calcola quanti e- sono concentrati all'esterno (= viene applicata la **Legge di Nenst**). Dunque il ΔV sposta le cariche e- da una parte all'altra e permette di calcolare il pH. ***[Perché il pH è importante in Bio?]*** Il pH determina la **carica netta delle molecole biologiche in soluzione** **-\>** a seconda del pH in soluzione una certa molecola avrà una **polarità differente**. **[Ex 1:]** L'amminoacido, può presentarsi in soluzione acquosa sotto forma di [ione positivo] (gruppo amminico viene idrogenato in ambiente acido), [ione negativo] (gruppo carbossilico viene ossidato in ambiente basico) o [neutro polare] (carica netta pari a zero in ambiente neutro). La carica netta cambia la [struttura dell'amminoacido] e ne cambia la **funzione di una proteina**. L'attività di molte proteine dipende dal pH **-\>** molti canali di membrana, pompe, trasportatori si aprono e si chiudono in funzione del pH intra ed extracellulare. **[Ex 2:]** L' **attività catalitica di un enzima** dipende dal pH. Avremo dunque [2 situazioni]: - **Processo di ossidazione**: il pH sarà alto = BASICITA'. - **Processo di riduzione**: pH sarà basso = ACIDITA'. 1. Carboidrati 1. **Monosaccaridi=** sono gli zuccheri più semplici e comprendono: - **Glucosio** - **Fruttosio** - **Galattosio** 2. **Disaccaridi =** nascono dall'unione di 2 monosaccaridi. Sono: - **Maltosio (= glucosio + glucosio) -\>** legame alpha-glicosilico - **Lattosio (= glucosio + galattosio) -\>** legame beta-glicosilico - **Saccarosio (= glucosio + fruttosio) -\>** legame alpha-glicosilico 3. **Polisaccaridi =** nascono dall'unione di più monosaccaridi. Sono: - Amido (= amilosio e amilopectina. L' amilopectina è più ramificata dell'amilosio). - Glicogeno: simile all'amilopectina, ma più ramificato - Cellulosa (= formata da ripetizioni di glucosio) 2. I lipidi - Possono essere **molecole idrofobiche apolari** oppure **anfipatiche** (con regioni polari e apolari). - Sono **solubili** in [solventi polari]. - Hanno una **struttura eterogenea** in base alla classe di appartenenza. - Formano parte della nostra **riserva energetica**, fanno parte delle **strutture delle membrane** e contribuiscono alla **trasmissione dei segnali chimici**. - Funzione [strutturale e di mediazione chimica] (nella membrana cellulare). - [Fonte di energia e riserva energetica] a lunga durata -\> le molecole di acidi grassi vengono demolite quando è [esaurito il glicogeno] per ricavare energia. - Presentano [catena lineare], per cui possono [compattarsi] e impacchettarsi nella membrana. - Hanno solo [legami singoli] tra gli atomi di carbonio. - Essendo compatti, hanno [temperatura di fusione molto alta] e sono [solidi a temperatura ambiente]. - Sono presenti nei grassi [animali] (burro) o anche [vegetali] (margarina). - Possiedono [1 o + doppi legami] tra gli atomi di carbonio e ne risulta una [struttura a gomito] (producono angolature). - A causa della curvatura le catene sono più disordinate e [non riescono a compattarsi] - [Temperatura di fusione bassa] e sono [liquidi a temperatura ambiente]. - Sono caratteristici dei grassi [vegetali]. - [Immagazzinare energia] per sostenere il metabolismo energetico. - Funzione di [isolante termico]. - **Derivanti degli acidi grassi saturi** -\> a temperatura ambiente sono solidi o semisolidi e sono presenti nel corpo degli animali, soprattutto in quelli che vivono in ambienti freddi (isolante termico). - **Derivanti degli acidi grassi insaturi** -\> a temperatura ambiente sono liquidi, e sono tipici degli oli vegetali delle piante (olio d'oliva). - Formata [da una molecola di glicerolo a cui sono legati due acidi grassi (]*acido oleico e acido stearico*[), un gruppo fosfato a cui è legata una molecola di colina]. - Tipico del [doppio strato fosfolipidico] delle membrane cellulari delle cellule animali. - [Conferisce alla membrana fluidità e dinamismo] grazie alle insaturazioni e alle catene più corte. - [Colesterolo] -\> il più importante, poiché dal metabolismo di esso derivano tutti gli steroidi e perché conferisce [compattezza e rigidità alla membrana cellulare]. - [Sali biliari del fegato]. - [Ormoni sessuali] come estradiolo e testosterone. - [Cortisolo e aldosterone]. 3. **Le proteine** - **Legame covalente** -\> conferisce forte stabilità alla struttura. - **Legame a idrogeno** - **Legame ionico** -\> interazione elettrostatica. - **Forze di Van der Waals** -\> interazioni deboli tra molecole vicine. - **Interazioni idrofobiche** -\> spingono le parti apolari verso l'interno della molecola. **Formazione dell'insulina:** - Viene inizialmente [sintetizzata come un unico peptide, la proinsulina]. - Dopo un trattamento enzimatico viene [resa attiva eliminando una parte della catena peptidica] (la catena C verde). - Nella [forma finale appare come una doppia catena peptidica] (catena A e catena B), tenuta assieme da [ponti disolfuro. ] - [Struttura primaria] -\> sequenza lineare di amminoacidi. - [Struttura secondaria] -\> regioni della catena organizzate in α-elica e β-foglietto. - [Struttura terziaria] -\> struttura tridimensionale complessiva assunta dalla catena polipeptidica con più strutture secondarie ripiegate. - [Struttura quaternaria] -\> dettata disposizione delle diverse catene polipeptidiche in una proteina. *Subunità* -\> porzione della catena in cui trovo elementi proteici distinti. *Dominio* -\> regione della catena polipeptidica in cui è individuabile la presenza di una precisa struttura secondaria. - *[Anemia falciforme]* **-\>** nell'emoglobina è presente un amminoacido in sostituzione di un altro, portando i globuli rossi ad avere una forma "a falce" e perdere la caratteristica forma concava, con [conseguente perdita di efficienza nel legare l'ossigeno.] - *[Sindrome di Tymothy]* -\> in un [canale di trasporto del calcio] un amminoacido è in sostituzione di un altro, il che porta i [canali ad aprirsi con anticipo comportando al soggetto danni cardiaci e neuronali enormi]. - [Catena polipeptidica che si avvolge su sé stessa] in un cilindro rigido grazie alla formazione di [legami a idrogeno tra il gruppo carbossilico di un amminoacidico e il gruppo amminico di quattro amminoacidi successivi.] - Le [catene laterali R di ogni amminoacido sono orientate verso l'esterno]. - Conformazione tipica delle [proteine che si inseriscono in membrana], poiché i [residui R sono apolari] -\> sono [trasportatori e recettori di membrana]. - La forma è tipica del *[collagene]*, *[dei capelli e dei tendini]* -\> l'elica si allunga e si stringe con molta elasticità. - [Si ottiene avvolgendo una sull'altra due o tre strutture ad α-elica. ] - Struttura tipica del [collagene]. - Per determinarne la struttura viene utilizzata la cristallografia a raggi X, in quanto se una proteina viene bombardata da raggi X crea delle figure di diffrazione, che permettono di ottenere informazioni sulla posizione. - Strutture che [si ripiegano su sé stesse a zig-zag]. - Ogni foglietto interagisce con quelli adiacenti tramite [legami a idrogeno] tra un [gruppo amminico di un amminoacido e un gruppo carbossilico dell'altro]. - Il [gruppo R sporge alternativamente ai due lati del foglietto]. - Rispetto alla struttura ad elica, conferisce alla proteina proprietà meccaniche diverse: la [struttura è molto meno elastica ma molto più resistente alla tensione]. **Riassumendo: alpha-elica è molto elastica, foglietto beta pieghettato è molto resistente alla tensione.** 1. *[Le proteine DHPR del muscolo scheletrico]* - (**DHPR** -\> di-idropiridine, organizzate sulla membrana del tubulo T in tetrameri (4 subunità dello stesso monomero, la idropiridina), è un canale di tipo L del calcio (un canale che lascia passare una corrente lenta) che si attiva con la depolarizzazione della membrana plasmatica del muscolo. - **RyR1** -\> rianodine, organizzate sulla membrana del RS, poste ad alternanza davanti ad una proteina DHPR e non. ) 2. ***[Canali del Na^+^ e del Ca^2+^]*** - **Recettore** **-\>** proteina che presenta un [sito di legame], una [cavità superficiale]. - **Ligando** **-\>** [molecole specifiche per ciascun recettore che vanno a legarsi con essi] (l'interazione tra una proteina e un ligando avviene in modo molto selettivo e specifico). - **4 subunità polipeptidiche legate tramite ponti disolfuro covalenti.** = 2 subunità sono catene pesanti e 2 sono catene leggere. [Ciascuna subunità è formata da una struttura terziaria con domini a β-foglietto] uniti da loop, che [sono quelli che vanno poi a legare l'antigene]. 4. **Gli acidi nucleici** - **Gruppo fosfato** **-\>** lega i vari nucleotidi nel [processo di formazione dei filamenti]. - **Zucchero pentoso** **-\>** lo zucchero può essere un [ribosio per l'RNA] o un [desossiribosio per il DNA], che [differiscono tra loro per la mancanza di un atomo di *ossigeno nel gruppo ossidrile* del C2 del desossiribosio]. - **Base azotata -\>** [puriniche] (*adenina e guanina*) o [pirimidiniche] (*citosina, timina / uracile*), definiscono la [specificità di ciascun nucleotide] in quanto sono [l'unica parte variabile] del nucleotide. La struttura del DNA \| Scienza Facile ***Le catene nucleotidiche e la doppia elica del DNA*** - [Legame tra 2 nucleotidi] **=\>** *legame covalente fosfodiesterico.* - [Legame tra 2 catene nucleotidiche] **=\>** *legame a idrogeno.* *Differenze DNA e RNA* - Non ha una struttura a doppia elica ma a ***singolo filamento***. - Non presenta la base azotata Timina, e in sostituzione ha **l'*Uracile*.** - Presenta il ***ribosio*** al posto del desossiribosio. - **[Tripletta AUG]** -\> pone *inizio* al processo di traduzione. - **[Triplette UAA -- UAG -- UGA]** -\> pongono *fine* a processi interni alla sintesi. *Il codice genetico e la sintesi proteica* **[L'informazione genetica è conservata nelle sequenze nucleotidiche del DNA] -\>** [trasferita nell'mRNA] **-\>** [tra sportata fuori dal nucleo] **-\>** [tradotta in un polipeptide a livello ribosomiale]. Il processo di sintesi proteica avviene **in 3 fasi:** - **Duplicazione** -\> il [DNA viene duplicato nel nucleo]. - **Trascrizione** -\> il DNA [sintetizza un filamento di RNA messaggero] [complementare a uno dei due filamenti. ] - **Traduzione** -\> il [ribosoma traduce l'mRNA in una **sequenza di amminoacidi**]**.** **DUPLICAZIONE**  **Bioenergetica** 1. **Principio di conservazione dell'energia** -\> *[l'energia non si crea e non si distrugge, ma si trasforma]*. 2. L'energia dell'universo è costante, ma l**'entropia** (la quantità di disordine in un sistema) **è in continuo aumento** **-\>** **∆H =** **∆G +** **Tx∆S** ([l'energia totale] del sistema (= **∆H**) è uguale alla [variazione di energia libera] (=**∆G)** più il prodotto tra la [temperatura del sistema e la sua entropia] (**Tx∆S)** ). 3. **L'entropia di un cristallo perfetto allo zero assoluto è esattamente uguale a zero** -\> lo zero assoluto è un [limite teorico asintotico], in quanto [tale temperatura non è raggiungibile]. - **G \< 0** -\> il **processo è [spontaneo] e la reazione è [esoergonica]** (viene emessa energia). - **G \> 0** -\> il **processo [non] avviene [spontaneamente] e la reazione è [endoergonica]** (viene fornita energia). - **G = 0** -\> il **processo è all'[equilibrio]**. - [Aumentando il numero di molecole reattive] **-\>** [fornendo energia al sistema]. - [Abbassando la barriera dell'energia di attivazione] grazie ad un [lavoro **enzimatico**] che [catalizza una reazione] rendendo il [substrato particolarmente attivo], a [temperatura costante. ] - [Abbassano l'energia di attivazione] delle reazioni, [aumentandone la velocità]. - [Formano complessi reversibili e transitori] con delle [molecole di substrato]. - **[Non] rendono spontanea una reazione endoergonica**. - **[Non] forniscono energia** **-\>** favoriscono le reazioni ma non forniscono nessun apporto energetico. - **[Non] si alterano irreversibilmente durante la reazione -\>** sono riutilizzabili a ciclo continuo. - [Sono altamente specifici per il substrato] **-\>** [ogni enzima ha un sito attivo specifico] che lega uno specifico substrato (i due per legarsi tramite legame non covalente hanno forme complementari). - [Sono sensibili al pH] **-\>** a fronte di un [cambiamento di pH possono essere alterate delle strutture enzimatiche]. - [Sono sensibili alla temperatura] **-\>** [sopra una certa temperatura l'enzima viene denaturato], con la perdita della sua struttura terziaria e il cambiamento della conformazione del polipeptide. - [L'enzima presenta nel sito attivo dei residui R con carica positiva] che [si legano con i residui a carica negativa del substrato da legare.] - [L'azione di catalisi avviene in maniera particolarmente lenta,] infatti, [all'interno delle cellule vegetali, vi è un'enorme presenza di questi enzimi]. LE REAZIONI DI FISSAZIONE DEL CARBONIO - ppt scaricare 1. **[Modello chiave-serratura]** -\> quello [classico], il substrato si lega al sito attivo e avviene la reazione. 2. **[Modello a adattamento indotto]** -\> il legame enzima-substrato necessita di un [cambiamento conformazionale dell'enzima e una distorsione del legame del substrato]. - **[Per orientamento]** -\> l'enzima va a [diminuire l'entropia dei substrati per far in modo che siano orientati in un certo modo per facilitare la reazione]. - **[Per reattività]** -\> vengono [modificate le cariche del substrato] dalle catene laterali dell'enzima, anch'esse cariche ma di carica opposta. - **[Per tensione]** -\> il [substrato viene distorto tramite una tensione meccanica] che esercita una pressione fisica sui legami del substrato. 1. [L'enzima lega il substrato tramite adattamento indotto], portando un [cambio conformazionale]. 2. [Conversione del substrato in prodotti]. 3. [Rilascio dei prodotti]. 4. [Liberazione del sito attivo] **-\>** il *[processo viene ripetuto centinaia / migliaia di volte al secondo]*.  - Se **\[S\] \** k~m~ può essere **trascurato**. - Se **\[S\] \>\> K~m~** **-\>** la [velocità è uguale a V~max~]. - Se **\[S\] = K~m~ -\>** la [velocità è uguale a V~max~ /2]. - [Si legano all'enzima e ne diminuiscono l'attività] o la [bloccano del tutto]. - Sono quasi tutti [reversibili] (non disattivano irreparabilmente l'enzima), tranne [alcuni che sono irreversibili]. [ **Ex:**] *[gas nervino]* (competitore irreversibile dell'acetilcolinesterasi). - *[Inibizione competitiva]* -\> [inibitore e substrato "competono" per legarsi al sito attivo dell'enzima], e il legame [dell'inibitore impedisce quello del substrato]. - *[Inibizione non competitiva]* -\> [inibitore e substrato si legano a siti di legame diversi dell'enzima], e il l[egame dell'inibitore distorce l'enzima e diminuisce la probabilità di legame del substrato. ] - *[**Inibizione allosterica**]* -\> quando l'inibitore allosterico si lega nel sito apposito dell'enzima, **stabilizza l'enzima nella sua forma a bassa affinità** (con poca o nulla formazione di prodotto), determinando una **diminuzione o un blocco dell'attività enzimatica.** - ***[Attivazione allosterica]*** -\> quando l'attivatore allosterico si lega nel sito apposito dell'enzima, **stabilizza l'enzima nella sua forma ad alta affinità** (passa da una minima produzione di prodotto a una normale), determinando **l'attività dell'enzima.**  ***Regolazione per fosforilazione e defosforilazione*** **Da ricordare:** - **Enzima (=catalizzatore)=** velocizza la reazione, controlla la V. - **Substrato=** molecola che si lega all'enzima. - **Inibitore=** rallenta o blocca la reazione, può essere reversibile o irreversibile. - **Effettore=** regola la velocità di reazione, controlla la Km. **Le membrane cellulari** 1. [Delimitare i contorni della cellula] e dei [suoi organelli] e [fungere da barriera di permeabilità] **-\>** la [membrana plasmatica regola gli scambi con l'esterno], mentre le [membrane intracellulari dividono la cellula in compartimenti funzionali. ] 2. Siti di [specifiche funzioni biochimiche] **-\>** [trasporto di elettroni] o [maturazione delle proteine nel RER], il tutto grazie al [lavoro di proteine di recettori, enzimi e proteine di trasporto]. 3. [Regolazione del movimento di sostanze] [dall'interno o dall'esterno della cellula grazie a delle proteine di membrana] **-\>** le membrane sono [selettivamente permeabili], il che è permesso grazie a particolari [proteine] di trasporto che regolano il passaggio di molecole polari dentro la membrana plasmatica. 4. [Rilevazione di segnali esterni] grazie a [recettori di membrana] -\> le cellule ricevono informazioni dal loro ambiente sotto forma di [segnali elettrici o chimici], che vengono **[captati da molecole segnale]** che **[si legano a proteine recettori]**, trasmessi all'interno della cellula dove viene [generata successivamente una risposta] (trasduzione del segnale). 5. [Mediazione dell'adesione], delle [interazioni e della comunicazione tra cellule] -\> alcune [proteine poste sulla membrana plasmatica], come le [giunzioni aderenti], [giunzioni strette] e [giunzioni comunicanti], permettono la [comunicazione e l'unione tra cellule limitrofe]. - *[Doppio strato lipidico "fluido"]* -\> i fosfolipidi nella membrana sono in [costante movimento]. - *Inserite nel doppio strato in maniera disomogenea* ci sono delle [proteine di membrana]. ***Modello a mosaico fluido di Singer e Nicolson*** - **Fosfolipidi** **-\>** sia [fosfogliceridi che sfingolipidi], derivati rispettivamente da [glicerolo e sfingosina]. - **Glicolipidi** **-\>** [glicolipidi o glicosfingolipidi], derivati rispettivamente dal [glicerolo o dalla sfingosina]. - **Steroli -\>** per la maggior parte [colesterolo], necessario per [mantenere e stabilizzare le membrane], agendo come un [tampone per la fluidità]. - **Proteine integrali** **-\>** [immerse nel doppio strato fosfolipidico], si inseriscono nella [parte apolare] [grazie alla presenza di catene laterali R idrofobiche]. - **Proteine periferiche e proteine ancorate ai lipidi -\>** sono [proteine idrofile], che quindi [sporgono dalla parte esterna della membrana verso lo spazio extracellulare e intracellulare]. Proteine di membrana **I lipidi di membrana** - *[Diffusione dei lipidi di membrana]* - *[La fluidità dei lipidi di membrana]* - La *[composizione lipidica della membrana]*. - *[Presenza di **acidi grassi insaturi**]* **-\>** [se le componenti fosfolipidiche presentano un gran numero di acidi grassi insaturi] (con doppi legami nelle code, che non permettono ai fosfolipidi di impacchettarsi) la loro [temperatura di transizione sarà più bassa e quindi la membrana sarà più fluida]. - *[Lunghezza delle catene di acidi grassi]* **-\>** le [membrane ricche di acidi grassi a catena lunga tendono a essere meno fluide e avere una temperatura di transizione più alta]. - *[Presenza in membrana di molecole di colesterolo]* **-\>** [aumenta la stabilità della membrana], rendendola [meno fluida. ] - *[Il colesterolo nella membrana]* - La [presenza di colesterolo tra i fosfolipidi ne impedisce il movimento], rendendo la [membrana a temperature elevate] **[meno fluida]** di quanto dovrebbe essere. - [Impedisce alle catene di acidi grassi di impacchettarsi con l'abbassamento della temperatura], *riducendo la tendenza della membrana a gelificare in seguito a raffreddamento*. - *[Le zattere lipidiche ]* - **Alto livello di colesterolo**. - **Alta densità e compattezza dei fosfolipidi** **-\>** i [fosfolipidi presentano acidi grassi a lunga catena] con [alto livello di saturazione] (tipicamente di parla di [sfingolipidi], con la [sfingosina] invece del glicerolo). - Le **zattere lipidiche** sono spesso associate a elementi proteici in quanto lavorano principalmente con **proteine recettori** di [segnali chimici ed elettrici] e hanno il compito di **trasdurre il segnale da una parte all'altra della membrana**, per ogni zattera lipidica esterna possiede la corrispettiva interna. - Le **caveole** sono invaginazioni della membrana delle cellule dei mammiferi, connesse alle zattere lipidiche. Il loro ruolo è la regolazione della funzione respiratorie, processi di endocitosi e esocitosi e contengono proteine importanti nella segnalazione del calcio. - *[Proteine di membrana ]* - [faccia E] (esoplasmatica, esterna) - [faccia P] (protoplasmatica, interna) La divisione dei **due monostrati** ha permesso di osservare le proteine di membrana e di **classificarle in tre gruppi**: - **Proteine integrali di membrana** **-\>** generalmente [proteine con struttura secondaria], che quindi possono [esibire all'esterno le catene laterali R apolari] e che quindi **[possono inserirsi nella parte idrofoba della membrana]**, **[trapassandola da una parte all'altra.]** Oltre alla parte idrofobica [presentano anche delle regioni idrofile che espongono all'esterno]. - **Proteine integrali monotipiche / monopasso** **-\>** proteine che [interagiscono con la membrana mediante interazioni elettrostatiche deboli], come *legami a idrogeno o forze di Van Der Waals*, che scorrono da un solo lato della membrana pure essendo [all'interno di essa] e [non esposte verso l'esterno]. - **Proteine periferiche** **-\>** proteine che [non penetrano all'interno del doppio strato perché non presentano segmenti idrofobici], ma che [si legano tramite **legami deboli alle teste polari dei lipidi** di membrana], per cui rimangono **[all'esterno del doppio strato fosfolipidico]**. - **Proteine di membrana ancorate ai lipidi** **-\>** proteine [legate tramite legame covalente alle molecole lipidiche] in membrana (come i glicolipidi) o [alle catene di acidi grassi dei fosfolipidi]. **[Possono essere situate sia all'interno che all'esterno del doppio strato. ]** - *[Orientamento e compito delle glicoproteine ]* - **Ribosomi liberi** **-\>** [sintetizzano le proteine periferiche] che stanno sulla membrana interna. - **Ribosomi sul RER** **-\>** [sintetizzano le proteine integrali e le periferiche] che stanno sulla [membrana esterna] della cellula. - Costituiscono i **siti di riconoscimento dei recettori di membrana** **-\>** **[Ex:]** le *[immunoglobuline]* sono quelle che si legano agli [antigeni, scaturendo la risposta cellulare]. - Svolgono un ruolo fondamentale nel **riconoscimento cellula-cellula**. - Partecipano nei **fenomeni di adesione cellulare per la formazione di tessuti**. - *[Mobilità delle proteine di membrana ]* - La [velocità di movimento è molto ridotta] rispetto ai lipidi di membrana **-\>** [si muovono c.a. 100 volte più lentamente dei lipidi.] - [Hanno delle dimensioni che superano di parecchio quelle dei lipidi]. - Sono [ancorate al citoscheletro]. - [Possono fare solo movimenti direzionali e non casuali]. - I [movimenti sono ostacolati dalla presenza di altre proteine all'interno della membrana] e [dai materiali extracellulari che possono far incagliare la porzione esterna delle proteine]. - *[Funzioni delle proteine di membrana]* 1. **[Ancoraggio]** **-\>** [alcune proteine di membrana **ancorano la cellula alla matrice extracellulare**] e [si connettono ai microfilamenti intracellulari] (fanno da ponte tra l'ambiente interno e l'ambiente esterno). 2. **[Trasporto passivo]** (**non richiede energia, avviene verso gradiente di concentrazione**) **-\>** le ***[proteine canale]*** [si dispongono attorno a un poro], [controllandone l'apertura e la chiusura], generando dei canali di membrana che [gestiscono il movimento di soluti] (**[la proteina non interagisce con il soluto]**). 3. **[Trasporto attivo]** (**richiede energia, avviene contro gradiente di concentrazione**) **-\>** le [**proteine trasportatrici** pompano i soluti attraverso la membrana] (**[interagiscono con il soluto]**). 4. **[Attività enzimatica]** **-\>** [catalizzano delle reazioni], ovvero accelerano delle [reazioni esoergoniche] (= reazioni energicamente favorite). 5. **[Trasduzione del segnale]** (**[recettori]**) **-\>** molti [soluti agiscono su una cellula bersaglio] [grazie a dei segnali che vengono captati dalle proteine recettori di membrana]. **[Es:]** quelle inserite sulle zattere lipidiche. 6. **[Riconoscimento cellulare]** (**glicoproteine**) **-\>** le glicoproteine [fungono da marcatori di identificazione cellulare]. **[Ex:]** avviene per le cellule batteriche, riconosciute dal corpo umano grazie alle glicoproteine superficiali di essi, gli antigeni. 7. **[Giunzione intercellulare]** **-\>** [proteine di adesione cellulare che legano le membrane di cellule adiacenti, formando giunzioni meccaniche.] - [Carboidrati di membrana ] - [Mediare le interazioni fra cellula e ambiente] **-\>** [molte glicoproteine sono recettori] o sono [attive nel riconoscimento cellulare]. - [Agire nell'adesione intercellulare per la formazione di tessuti]. - **Osmosi** - È **passivo -\>** [non necessita di energia] (processo esoergonico). - **Avviene secondo gradiente di concentrazione** **-\>** [l'acqua si sposta dalla parte di membrana dove il solvente è meno concentrato a dove è più concentrato], fino al [raggiungimento dell'equilibrio] ovvero alla [condizione di uguale concentrazione di soluto da entrambe le parti]. - **Consuma il gradiente -\>** [al raggiungimento dell'equilibrio il gradiente è consumato], perché la concentrazione di soluto è uguale da ambo le parti della membrana. - **È un processo energicamente favorito -\>** il [movimento dell'acqua procede sempre dalle regioni con energia libera più alta verso quelle con energia libera più bassa]. - *[Come passa l'acqua attraverso la membrana]?* 1. **Il movimento flip-flop dei fosfolipidi** **-\>** esso consente al singolo lipide di cambiare strato, crea dei [micropori di membrana] attraverso i quali l'acqua può passare. 2. **Tra i fosfolipidi di membrana ci sono dei microspazi -\>** attraverso i quali l'acqua, essendo una molecola sufficientemente piccola, riesce a passare. 3. **Tra i lipidi di membrana ci sono delle proteine specifiche -\>** esse coadiuvano il passaggio dell'acqua attraverso la membrana come. **[Ex:]** le [acquaporine a livello renale]. - *[La pressione osmotica ]* - [Isotoniche] **-\>** [l'osmolarità è uguale all'interno e all'esterno della cellula], che ha forma rigida. - [Ipotoniche] -**\>** [all'interno della cellula c'è maggiore concentrazione di soluto], per cui [l'acqua si muove dall'esterno verso l'interno aumentando la pressione osmotica intracellulare]. - [Ipertoniche] **-\>** [all'esterno della cellula c'è maggiore concentrazione di soluto], per cui [l'acqua si muove dall'interno verso l'esterno diminuendo la pressione osmotica intracellulare]. - *[Trasporto attraverso le membrane ]* a. **[Passivo]** **-\>** [diffusione semplice] - [diffusione facilitata], **tramite canali e trasportatori.** b. **[Attivo]** **-\>** [trasporto attivo primario] - [secondario], che avviene con un **dispendio di ATP.** - *[Permeabilità delle membrane ]* - *polarità* - *carica del soluto* Polarità **-\>** i *doppi strati fosfolipidici sono più permeabili a molecole apolari* e *meno permeabili a molecole polari*, perché le [molecole apolari si sciolgono meglio nella fase idrofobica del doppio strato lipidico]. Carica **-\>** *ioni carichi passano con difficoltà attraverso le membrane* soprattutto perché *essi sono spesso circondati da gusci di idratazione*, ovvero [circondati da delle molecole d'acqua che impediscono il loro passaggio in maniera passiva attraverso la membrana]. - *[Trasporto passivo ]* - *Diffusione semplice* c. *[Dimensioni del soluto e la sua polarità]* **-\>** *molecole apolari e liposolubili passeranno attraverso la memebrana con più facilità* di molecole polari e non liposolubili. d. *[Area di assorbimento della membrana]*. e. *[Gradiente di concentrazione]* **-\>** la *diffusione semplice avviene secondo gradiente*. f. *[Spessore della membrana]*. g. *[Composizione dello strato lipidico]*. - *[Flusso di soluto ]* h. D = coefficiente di diffusione. i. A = area della sezione di scambio. j. X = spessore della membrana. k. K = coefficiente di partizione, che corrisponde alla concentrazione di soluto nei lipidi / concentrazione di soluto nell'acqua. l. **K alto -\>** il [soluto avrà una maggiore solubilità attraverso la membrana]. m. **K basso -\>** il [soluto avrà una minore solubilità attraverso la membrana]. - ***Diffusione dell'ammoniaca*** (NH~3~) ***dall'esterno all'interno del lume dei tubuli renali*** **-\>** [l'ammoniaca entra come molecola apolare all'interno dei tubuli renali], dove [a causa dell'ambiente acido viene **protonata**], diventando uno **[ione NH~4~^+^]**. [Diventando] uno ione con carica, e quindi una [molecola polare], **NON** [può attraversare nuovamente la membrana] (verrà [escreta tramite urine]). - ***L'acido acetilsalicilico*** (principio attivo dell'aspirina) all'interno dell'[ambiente acido dello stomaco diventa] indissociato e apolare e quindi **[solubile]**, per cui [può attraversare la membrana delle cellule entrando nel citoplasma]: all'interno del [citoplasma neutro] delle cellule si [dissocia nuovamente], diventando [polare], per cui **NON** [può più attraversare la membrana]. - *Diffusione facilitata -- canali ionici* n. ***Subunità*** ***α*** **-\>** [subunità principale] che forma il [poro nel quale transitano gli ioni]. o. ***Subunità accessorie*** **-\>** solitamente le [subunità polari], che [sporgono ai due lati della membrana]. - **Subunità accessoria** - **Subunità α** - **Subunità accessoria** **I canali ionici sono regolati da:** p. *[Stimoli elettrici]*, ovvero da una **∆V di membrana** **-\>** [ai due capi della membrana si crea una differenza di potenziale elettrico] dell'ordine di grandezza dei **mV**, in quanto la [membrana separa cariche di segno opposto]. I **canali ionici sensibili ad una veriazione di potenziale elettrico di membrana**, ovvero i [voltaggio-dipendenti], [si aprono e si chiudono per permettere il passaggio degli ioni]. q. *[Stimoli meccanici]* **-\>** i [canali di membrana presenti su] **cellule meccano-cettori** a una [variazione della tensione meccanica sulla membrana cambiano forma e si aprono]. r. *[Stimoli chimici]* **-\>** [canali presenti a livello sinaptico], che [si aprono quando si legano] a un **mediatore chimico** o [quando ricevono] **particolari segnali chimici**. s. *[Selettività]* **-\>** essi sono [selettivi sia rispetto alla specie ionica che fanno transitare sia all'interazione con il ligando] (se si parla di canali sensibili a [stimoli chimici]). t. *[Cinetica di apertura, chiusura ed inattivazione]* **-\>** [c'è bisogno di tempo per permettere ai canali di aprirsi e chiudersi] (alcuni si muovono più lentamente e alcuni più velocemente). u. *[Proprietà farmacologiche]* **-\>** molti [canali] sono [bloccati o potenziati da molecole che sono molto selettive]. - **I canali degli ioni sodio e degli ioni calcio sono voltaggio-dipendenti**: all'*[interno]* della membrana si forma un [ambiente elettronegativo] mentre all'*[esterno]* uno [elettropositivo]. Ciò determina una [differenza di voltaggio ai capi della membrana che viene recepito dalle proteine canale]. - **l'apertura e la chiusura** del poro sono [dettati dalla differenza di voltaggio della membrana] che viene registrata dal *[segmento S4 della proteina]*, il sensore del voltaggio con carica positiva che lo rende sensibile alle differenze di potenziale, il che comporta il suo movimento e il [cambiamento di conformazione di tutti e i domini]. - **Il fatto che la proteina faccia passare ioni calcio oppure ioni sodio è dettato dai segmenti S5 e S6:** il loop tra il segmento S5 ed S6 [presenta verso l'esterno] [amminoacidi con carica negativa], che [si legano alle cariche positive del sodio] facendolo [passare nel momento di apertura] del poro [verso gradiente elettrochimico]. - *Diffusione facilitata -- proteine trasportatrici* v. ***Uniporto* -\>** viene [trasportato 1 solo soluto]. w. ***Simporto* -\>** vengono [trasportati due soluti nella stessa direzione di diffusione]. x. ***Antiporto* -\>** vengono [trasportati due soluti in direzioni di diffusione opposte]. 1. la [molecola interagisce con il trasportatore legandosi ad esso]. 2. il [trasportatore subisce un cambio conformazionale allosterico]. 3. Il [glucosio viene liberato dalla parte opposta della membrana]. 4. Altro [cambio conformazionale] **-\>** il [trasportatore torna alla forma iniziale]. y. Consentono [l'aumento della glicemia del sangue], che è c.a. **60-70 mg/dL**. z. Sono [maggiormente sintetizzati e concentrati nel tessuto epatico] e in quello [muscolare] (dove c'è massima sintesi di ATP). a. [Immagazzinano principalmente il d-glucosio]. b. Sono [specifici per il substrato]. c. **[Molecole con strutture simili competono per lo stesso trasportatore]** **-\>** ai pazienti che manifestano sintomi di **diabete** (ovvero una concentrazione di glicemia nel sangue perennemente elevato, c.a. + 100 mg/dL) vengono [somministrate delle molecole che si legano e competono per il GLUT1], [per non permettere al glucosio di essere trasportato e quindi abbassare il livello glicemico]. Ha altre **4 isoforme** (5 isoforme totali delle proteine GLUT) **-\>** la [GLUT4 è l'isoforma la cui espressione e sintesi è mediata dall'insulina]. La **[metformina]** è una [molecola che va a bloccare il simporto sodio-glucosio] e viene [somministrata quando un soggetto non riesce a mantenere bassi i livelli di glucosio nel sangue] ([non siamo ancora in condizione di diabete], ma iniziano ad essere sbilanciati i livelli di glucosio nel sangue). d. *[Orletto a spazzola]* **-\>** zona della cellula [rivolta verso il lume gastrico] con [alta superficie di scambio] (superficie ricca di insenature per aumentare la superficie al massimo). e. *[Lato sierosale/basolaterale]* **-\>** [zona che rivolge verso i capillari,] quindi il sangue. f. *[Pompa sodio-potassio]* **-\>** **trasporto attivo** che trasporta il [sodio verso l'esterno], continuando a [mantenere alta la concentrazione] (= il gradiente) di [sodio nel lume gastrico], il che permette al [glucosio di entrare all'interno della cellula assieme agli ioni sodio], in quanto entrambi sono [trasportati tramite simporto da SGLUT1]. g. **GLUT1 -\>** selettivo per [glucosio, galattosio e ioni sodio]. h. **GLUT5 -\>** selettivo per il [fruttosio]. i. **GLUT2 -\>** trasportatore selettivo per [glucosio, fruttosio e galattosio] e dà verso i vasi sanguigni permettendo [l'espulsione degli zuccheri nel plasma sanguigno]. - **Trasporto attivo** - Viene **[utilizzato ATP]** per **[trasportare ioni contro gradiente di concentrazione]** **-\>** si **[crea il gradiente].** - Elevata [specificità delle proteine di trasporto] **-\>** [legano ognuna un particolare soluto]. - Le [proteine di trasporto possono trasportare 1 solo tipo di ione oppure ioni diversi]. - Il [trasporto attivo può essere *elettrogenico* o *elettroneutro*] **-\>** *elettrogenico* se c'è una [prevalenza di una carica, positiva o negativa, che si muove da un capo all'altro della membrana], o *elettroneutro* se il [movimento di un soluto carico viene bilanciato con il trasporto dal lato opposto di un soluto di carica opposta]. **\[intuitivamente come simporto e antiporto\]** - Può essere **[primario o secondario]** **-\>** **primario** significa che presenta *un sito di legame dove l'ATP si lega*, **secondario** significa che *consuma ATP ma [non] si lega ad essa in maniera diretta*. - Permette il [mantenimento di gradienti stabili di concentrazione ionica] **-\>** ai c*api della membrana ci sono ioni diversamente concentrati*, che creano una [stabilità di potenziale di membrana garantita dai trasportatori attivi, mentenendo il gradiente di concentrazione]. - **[All'azione di un trasportatore attivo è sempre abbinata l'attività di uno passivo]** **-\>** attività basale cellulare che permette il [mantenimento del gradiente di ioni] (creazione e consumo di gradiente). - *Trasportatori attivi primari* a. [La pompa sodio -- potassio] 1. *[3 ioni sodio]* si legano alla [subunità alfa]. 2. Viene [idrolizzato 1 gruppo fosfato di una molecola di ATP grazie al legame con la proteina]. 3. Il legame col gruppo fosfato porta ad un [cambio conformazionale della proteina] e quindi al [rilascio degli ioni sodio all'*esterno* della cellula]. 4. Vengono [legati *due ioni potassio* dalla subunità alfa]. 5. Viene [rilasciato il gruppo fosfato dalla proteina]. 6. Avviene un [cambio conformazionale della protein]a che permette il [rilascio del potassio all'*interno* della cellula]. b. [La pompa protonica] c. [La pompa del calcio ] d. [La pompa potassio -- protoni] j. ***Pompa potassio -- protoni*** k. ***Canale del potassio*** l. ***Canale del cloro*** m. ***Pompa cloro -- bicarbonato*** - *Trasportatori attivi secondari* a. [Antiporto sodio -- protoni ] b. [Antiporto sodio -- calcio] 1. *I neuroni* - **Soma (corpo cellulare) -\>** contiene il [nucleo] e tutti gli [organelli necessari per la sintesi degli enzimi e delle altre molecole essenziali per la vita della cellula]. Il soma è [caratterizzato da una bassa densità di canali ionici] (sono praticamente tutti nell'assone) e in esso si trovano *[recettori post-sinaptici]* (dove arriva il [segnale proveniente da un altro neurone]). - **Dendriti -\>** sono dei [prolungamenti eccitabili] che [partono dal soma], e sono quelli che [ricevono gli impulsi elettrici dagli altri neuroni]. In essi sono *[presenti molti canali voltaggio-dipendenti]* (canali del sodio, del calcio e del potassio). - **Assone -\>** [porzione allungata], che [conduce i segnali elettrici verso le sinapsi], spesso *[mielinizzati]* grazie agli *[oligodendrociti]* e alle *[cellule di Schwann]*. Nell'assone c'è un'[altissima densità di canali del sodio e potassio], situati nei [nodi di Ranvier] (porzioni non mielinizzate che permettono la conduzione dei segnali elettrici grazie all'azione delle [pompe sodio-potassio]). - **Bulbi terminali / sinapsi -\>** parte [terminale del neurone], con un'alta densità di [canali del calcio], dove sono presenti molte *[vescicole sinaptiche contenenti i neurotrasmettitori]*. a. **Sensoriali -\>** [*rilevano* informazioni sensoriali dall\'esterno e dall\'interno del corpo], e li [*convertono* in *segnali elettrici*] per permettere da altri neuroni di trasferirli. Gli stimoli [sensoriali sono afferenti] (arrivano al SNC). b. **Interneuroni -\>** [*Analizzano* gli stimoli sensoriali] in *ingresso* e *[coordinano e elaborano]* quelli in *uscita* nel [sistema nervoso centrale], consentendo quindi di [modulare le risposte nervose]. c. **Motori -\>** [presentano assoni che si allontanano dal sistema nervoso centrale e raggiungono gli organi periferici], dove *[trasmettono il segnale captato]* grazie ai neuroni sensoriali. Gli stimoli motori sono [efferenti] (= trasportano il segnale [da SNC a SNP]). 2. *Potenziali elettrici a riposo* All'inizio il [potassio] ovviamente [si sposta] dal citosol, in cui è più concentrato, fuori dalla cellula dove è meno concentrato, ovvero [verso gradiente CHIMICO di concentrazione]. Il [passaggio delle cariche positive verso l'ambiente extracellulare provoca nel citosol uno sbilanciamento di cariche con prevalenza di anioni metallici] **-\>** le [cariche positive] nel citosol [attraggono quelle dello spazio extracellulare] per raggiungere il [bilanciamento di cariche]. *[All'equilibrio elettrochimico si raggiunge una situazione di bilanciamento tra gradiente chimico e gradiente elettrico]* **-\>** una [forza spinge le cariche verso l'esterno] (*gradiente chimico*) e [una le spinge verso il citosol] (*gradiente elettrico*), portando il **flusso netto di cariche ad essere nullo**. Con il raggiungimento dell'equilibrio si ha uno *[sbilanciamento di cariche]*, in quanto il **citosol ha prevalenza di anioni** e **l'ambiente extracellulare una prevalenza di cationi** **-\>** si crea un **∆V** ai **capi della membrana**, chiamata potenziale di equilibrio elettrochimico, generalmente rispetto ad uno ione specifico (in questo caso allo ione potassio). **RIASSUMENDO:** Inizialmente il **potassio** viene trasportato dal citosol all'ambiente extracellulare, con gradiente chimico, quindi senza dispendio energetico. Si crea così uno **sbilanciamento di carica** in quanto il citosol si carica negativamente (M^-^) mentre l'ambiente extracellulare positivamente (K^+^). Si raggiunge una situazione di **equilibrio elettrochimico** in quanto vi sono una forza chimica che trasporta gli ioni K^+^ all'esterno e una forza elettrica che li trasporta verso l'interno; ciò comporta che il **flusso netto di carica sia nullo**, ma che si crei comunque una **differenza di potenziale ai capi della membrana** rispetto agli ioni K^+^. 3. *Misurazione del potenziale di membrana* a. collego un voltmetro all'interno della cellula e uno all'esterno e misurando i due voltaggi presenti sui due capi della membrana. b. Calcolo il ∆V per sottrazione. 4. *Genesi del potenziale di membrana* - **Se \[K\]~interno~ = \[K\]~esterno~ -\>** il [potassio è equamente concentrato all'interno e all'esterno della cellula], **[non]** [c'è un flusso netto di ioni potassio], e per cui la [differenza di potenziale ai capi della membrana è uguale a **0**]. - **Se \[K\]~interno~ \> \[K\]~esterno~** **-\>** se il [potassio è più concentrato all'interno della cellula che all'esterno], il [potassio fluisce all'esterno portando all'interno della cellula ad avere un accumulo di cariche negative], creando una [differenza di potenziale], ovvero [il potenziale di equilibrio elettrochimico del potassio, che rappresenta la differenza di potenziale di membrana] (in questo caso, perché è solo permeabile al potassio). 5. *Proprietà del potenziale a riposo* **Il V~m~** (= potenziale di membrana) **è sempre negativo**, e varia tra i **-40mV e i -100mV -\>** [negativo perché il potassio ha la tendenza ad uscire verso l'esterno tramite i canali appositi, creando uno sbilanciamento di cariche all'interno in maggioranza negative, ed è variabile perché la concentrazione di ioni può variare.] Non varia se l'elettrodo penetra più profondamente nella cellula **-\>** il potenziale è uniforme. È *generato dall'apertura dei canali ionici selettivamente permeabili ad una specie ionica* ([ex. Canali del potassio]) e dai *gradienti ionici mantenuti stabilmente da trasportatori attivi* ([ex. Pompa sodio-potassio]). **È più sensibile alle variazioni di K^+^ rispetto ad altri ioni a causa della maggiore permeabilità dello ione potassio a riposo**. Ioni come sodio, calcio e cloro contribuiscono poco al potenziale a riposo, in quanto in questa condizione la membrana è poco permeabile a suddetti ioni (i canali a riposo sono chiusi). 6. *Calcolo del potenziale di membrana (non chiede)* Nel caso di una membrana permeabile ad una sola specie ionica, il potenziale di equilibrio è determinato dalla **legge di Nernst: E~x~ = 58 mV log \[x\]~esterno~ / \[x\]~interno~.** Il potenziale di equilibrio di uno ione è dato quindi dal logaritmo in base 10 del rapporto tra la concentrazione dello ione all'esterno e quella all'interno della cellula, moltiplicato per 58 mV. **Tramite la legge di Nernst possono essere calcolati i potenziali di equilibrio degli ioni sodio e degli ioni potassio**: E~Na~ = +63 mV -- E~K~ = -92 mV. I **potenziali del sodio e del potassio sono di segno opposto**, poiché quello del **sodio genera una prevalenza di cariche positive all'interno della cellula mentre quello del potassio porta ad una prevalenza di cariche negative: generano flussi ionici esattamente opposti.** - Se P~K~ \>\> P~Na~ -\> V~m~ ∼ -92 mV. - Se P~K~ \ V~m~ ∼ +63 mV. d. *I canali ionici e il potenziale d'azione* 1. *[I canali del sodio e del potassio voltaggio-dipendenti ]* - **Se V~m~ = -60/-70 mV -\>** i [canali del **sodio** sono **chiusi**], ma **non** [quelli del **potassio**], che sono [aperti perché la voltaggio-dipendenza del canale comporta la sua apertura a voltaggi molto negativi]. - **Se V~m~ \> -35 mV -\>** i [canali del **sodio** iniziano ad **aprirsi**], poiché il potenziale di **[-35 mV è il potenziale di soglia]**, [ovvero il potenziale a cui sono sensibili i canali del sodio] (che entra, perché c'è un accumulo di ioni Na^+^ all'esterno della cellula a causa della pompa sodio-potassio). - **Se V~m~ \> 0 mV -\>** [**tutti** i canali sono **aperti**]. - **Se V~m~ \< + 50 mV -\>** il [**flusso netto del sodio** è **0** perché raggiunge il valore di **potenziale di equilibrio**. ] - **Depolarizzazione -\>** **aumenta** la [differenza di potenziale] a causa [dell'*entrata* di *cariche positive*]. - **Polarizzazione -\>** **diminuisce** la [differenza di potenziale], a causa della [*fuoriuscita* di cariche positive] dal citosol intracellulare. e. *Il gating dei canali ionici* - **Chiuso -\>** non permeabile agli ioni. - **Aperto -\>** permeabile agli ioni. - **Inattivato -\>** il [canale è aperto ma non è permeabile]. f. *La permeazione attraverso i canali ionici* - Il [potassio si avvicina al poro legato a una molecola d'acqua]. - Il filtro di selettività del poro, ovvero il sito di legame per gli ioni potassio costituito da cariche negative, aggancia il potassio facendolo passare attraverso. - Il [potassio, sempre legato all'acqua, passa attraverso la membrana]. **RIASSUMENDO:** apertura canali **-\>** origine a flussi di corrente **-\>** aumento del ∆V~m~ **-\>** depolarizzazione di membrana **-\>** potenziale di azione positivo, che scorre lungo l'assone del neurone. g. *La tecnica del patch-clamp* - Una [micropipetta di vetro con un diametro di 1 μm], all'interno della quale è presente un [filo metallico] conduttore capace di [rilevare la corrente ionica] presente sulla [membrana], viene [appoggiata] sulla superficie di una cellula dove è presente un [canale ionico]. - Per far aderire al meglio la pipetta con la superficie della cellula si esercita una [leggera aspirazione], si va a creare quindi una **patch**. - Grazie al filo metallico la [corrente che passa attraverso il canale ionico viene rilevata dal filo metallico e viene amplificata]. - È possibile a questo punto rilevare il potenziale e [applicare delle differenze di potenziale di membrana], iniettando delle correnti che inducono la [depolarizzazione della membrana e l'apertura dei canali ionici]. h. *Genesi e registrazione di un potenziale d'azione -\> (riassume ciò che è stato detto prima)* i. *Il PA neuronale e l'assone gigante di calamaro* j. *I neuroni generano potenziale d'azione* k. *Propagazione del potenziale d'azione lungo l'assone* - *[Origine e propagazione del PA]* - *La mielinizzazione della membrana* - *Trasmissione del PA lungo un assone mielinizzato* - Il **PA si genera al cono di emergenza**, subito [prima dell'inizio della guaina di mielina] **-\>** la [depolarizzazione si propaga quindi lungo l'assone]. - La [depolarizzazione diffonde passivamente fino al nodo successivo] **-\>** [in presenza di assone non mielinizzato, il PA durante la propagazione si annullerebbe poiché la depolarizzazione piano piano si abbassa avvicinandosi ad un valore sottosoglia. ] - Il **PA arriva al nodo successivo, il quale raggiunge il suo livello di soglia generando quindi un nuovo potenziale d'azione** **-\>** i [canali del sodio del nodo successivo si aprono, propagando il PA]. - **Il processo è ripetitivo e permette la propagazione del PA sopra soglia lungo tutto l'assone**. - *La trasmissione sinaptica* a. ***Le sinapsi elettriche*** b. ***Le sinapsi chimiche*** - [Il passaggio dei neurotrasmettitori attraverso proteine recettori ] - **Recettori ionotropi -\>** [canali ionici ligando-attivati] (si aprono quando si legano al neurotrasmettitore), che sono [molto specifici per ogni tipo di neurotrasmettitore] rilasciato e [possono essere permeanti a più ioni]. - **Recettori metabotropi -\>** il [neurotrasmettitore si lega al recettore, il quale attiva delle proteine che modulano dei canali ionici di membrana] che permettono il rilascio dei neurotrasmettitori (non interagiscono per via diretta con il neurotrasmettitore ma per via indiretta). - **Recettori eccitatori -\>** [eccitano e depolarizzano la membrana postsinaptica]. - **Recettori inibitori -\>** [iperpolarizzano la membrana], il che può avvenire facendo fluire cationi nell'ambiente extracellulare (ex. Aprendo i canali del potassio) oppure facendo entrare anioni nel citosol (ex. Aprendo i canali del cloro). [Polarizzando la membrana fanno in modo che il potenziale di membrana sia più basso del livello di soglia, rendendo molto più difficile che si depolarizzi]. l. *Tipologie di neurotrasmettitori* 1. [Acetilcolina] - **Gestisce la contrazione muscolare volontaria -\>** [funzione eccitatoria] per i muscoli scheletrici nei vertebrati. - **Agisce a livello cardiaco rallentando il battito -\>** [azione inibitoria]. - Gestisce le **funzioni digestive** in uno stato di quiete dell'organismo, ovvero nelle situazioni di "rest and digest". 2. [Noradrenalina] 3. [Dopamina] 4. [Serotonina] 5. [GABA] 6. [Glutammato] m. *La trasmissione sinaptica (= semi-ripetizione)* n. *Neurosecrezione* o. *La dinamica della fusione vescicolare* 1. **Canali voltaggio-dipendenti del calcio;** 2. **Sinaptogamina;** 3. **Proteine Snare.** p. *I recettori post-sinaptici ionotropi* - **[Recettore nicotinico ]** - [Apertura stimolata dall'**acetilcolina**] (ACh). Essa è [presente] a livello del **muscolo scheletrico e del SNC**. - [Proteina (=recettore nicotico) formata da 5 subunità] **-\>** **2 subunità α + 1 subunità β + subunità γ + subunità δ**. - [Per far aprire il canale l'acetilcolina deve legarsi ad entrambe le subunità α] (ciascuna deve legare un neurotrasmettitore). - Quando si apre, il [canale è permeabile sia al ***sodio*** che al ***calcio***]. - Induce un **processo di depolarizzazione postsinaptico [-\>]** [se la depolarizzazione è abbastanza intensa, essa porta alla genesi di un PA, al contrario essa rimane sottosoglia si estingue]. - **[Recettore GABA-A]** - Proteina transmembrana formata da 5 subunità -\> è un etero-pentamero, formato quindi da 5 subunità diverse tra di loro, di cui la **subunità β ha il legame con il GABA**. - **Quando il GABA si lega alla subunità β il canale si apre**. - [All'apertura del canale permeano ioni Cl^-^ all'interno della cellula]. - Induce un **processo di iperpolarizzazione postsinaptico**. q. *L'integrazione sinaptica (=conclusione-riassuntiva)* r. *I messaggeri chimici* - *Caratteri generali* - **Segnali endocrini (= ormoni) -\>** il [sito di rilascio del segnale è lontano dal recettore]. - **Segnali paracrini (= fattori di crescita, monossido di azoto) -\>** la [cellula bersaglio è quella dove viene generato il segnale o è vicina ad essa]. - **Recettori di membrana -\>** [*sono ligandi di natura idrofila* che non permeano la membrana cellulare], come ad esempio peptidi e molecole idrosolubili, che possiedono recettori di membrana. - **Recettori intracellulari -\>** [*ligandi di natura idrofobica* che possiedono recettori intracellulari], come ad esempio ormoni steroidei e molecole liposolubili. s. *Integrazione e amplificazione di segnali di trasduzione* - **1 recettore -\>** [integra più vie di trasduzione]. - **2 recettori -\>** [possono convergere sulla stessa via] (attivati da ligandi diversi) o [attivare due vie distinte], delle quali una regola l'altra. - **L'adrenalina si lega al recettore associato a proteine G**. - La **proteina G viene attivata** e induce una reazione a cascata in 6 passi, che si conclude con **l'attivazione dell'enzima glicogeno fosforilasi**. - La risposta cellulare arriva con la **produzione di 10^8^ molecole attivate e alla trasformazione del glicogeno in glucosio-1-fosfato**. t. *Recettori associati alle proteine G* - **Un sito di legame per il messaggero -\>** tra il segmento **S6 e S7** nella zona extracellulare. - **Un segmento intracellulare che interagisce con le proteine G -\>** loop tra il segmento **S5 e S6**. - **Vari siti di fosforilazione intracellulari delle proteine chinasi A e dei recettori associati alle proteine G -\>** tra il segmento **S5 e S6**, e sul segmento 6. - **Proteine G grandi eterotrimeriche -\>** **proteine formate da 3 subunità, alfa -- beta -- gamma**, le cui ultime due spesso sono associate (formano la subunità beta-gamma). - **Proteine G piccole monomeriche -\>** **proteine formate da 1 subunità**, come ad esempio le Ras, Raf... 1. *[Caratteri generali ]* - **Nucleo -\> RE -\> Golgi -\> lisosomi** **[(esocitosi)]**. - **Lisosomi [(endocitosi)] -\> Golgi -\> RE -\> nucleo**. - Le [vescicole si formano per gemmazione in uno dei compartimenti]. - Il [trasporto viene mediato dal citoscheletro cellulare], in particolare dai [microtubuli che definiscono una precisa direzione di movimento], e dalle [proteine motrici]. - Le [vescicole arrivate al compartimento accettore si fondono con la membrana di esso], [rilasciando le molecole all'interno per esocitosi]. 2. *[Il reticolo endoplasmatico: introduzione ]* - **[Il RER si occupa della sintesi proteica] -\>** più concentrato in [distretti cellulari coinvolti nella biosintesi] di **proteine** (ex: cellule del fegato, cellule neuroendocrine). - **[Il REL si occupa di sintesi lipidica e di ormoni steroidei] -\>** più concentrato nelle [ghiandole surrenali], [testicoli e ovaie] (= ormoni sessuali). **RIASSUMENDO:** Il **REL** ha una struttura più tubulare, si occupa della sintesi lipidica e di ormoni steroidei, è più concentrato nelle cellule delle ghiandole surrenali, testicoli e ovaie. Il **RER** ha una struttura più a sacche appiattite ed è caratterizzato dalla presenza dei ribosomi, ha una funzione di sintesi proteica ed è più presente nei distretti coinvolti nella sintesi di proteine. I 2 sono strettamente connessi. 3. *[I ribosomi del RER]* - **Importazione post-traduzionale -\>** i [ribosomi rimangono liberi nel **citosol** perché i polipeptidi sintetizzati sono destinati a essere importati nel **nucleo, nei mitocondri, nel citosol, nei cloroplasti o nei perossisomi**]. - **Importazione co-traduzionale -\>** i [ribosomi si legano al **RER** perché i polipeptidi sintetizzati sono destinati al **sistema di endomembrane o all'esportazione della cellula**]. 4. *[Il "traslocone" e il processo di sintesi proteica nel RER]* 5. *[Esempi di indirizzamento di proteine del RER]* **RIASSUMENDO:** 1. nel RER l'enzima viene [sintetizzato e glicosilato]. 2. Nel Golgi avviene la [fosforilazione] diventando **[mannosio-6-fosfato]**. 3. Il [mannosio si lega a un recettore] formando gli **[endosomi tardivi]**. 4. Il [ph molto basso] dell'endosoma tardivo fa [scindere recettore e enzima]. 5. [L'endosoma si fonde con il lisosoma] che [rilascia l'enzima]. 1. Il polipeptide viene indirizzato verso il **traslocone** e infine verso il **poro di entrata del RER**. 2. I vari amminoacidi della catena iniziano a entrare fino a quando il poro incontra la **[sequenza di stop]** e [arresta la traslocazione]. 3. La [proteina viene rilasciata lateralmente nella membrana del RE]: **l'estremità amminica sarà nel lume del RE mentre l'estremità carbossilica nel citosol**. 6. *[Le varie parti che lo compongono]: REL e GOLGI (=mancanti?)* a. ***Il REL*** [Nel REL ci sono **numerosi enzimi** che svolgono **diverse funzioni**]**:** 1. **Sintesi di ormoni steroidei -\>**A [cellule della *corteccia surrenale*]. 2. **Detossificazione dei farmaci -\>** nelle [cellule epatiche] gli [enzimi nel REL aggiungono dei gruppi ossidrile alle molecole], [rendendole polari e solubili e quindi più facilmente smaltibili] (esempio: idrossilazione dei barbiturici, dei sedativi, negli epatociti). 3. **Accumulo di calcio**. 4. **Biosintesi delle membrane -\>** gran parte degli [enzimi che sintetizzano le membrane plasmatiche sono localizzate nel REL] (dove gli acidi grassi sintetizzati nel citoplasma sono attaccati alle teste). Nella [sintesi dei fosfolipidi c'è una forte a-simmetria]: gli [acidi grassi sono inseriti sulla membrana esterna del REL], vengono [legati alle teste], dopodiché [intervengono gli enzimi flippasi] che [girano i fosfolipidi trasferendoli sul monostrato opposto]. 5. **Metabolismo dei carboidrati -\>** i [carboidrati vengono accumulati sotto forma di glicogeno all'interno delle cellule epatiche], dove quest'ultimo viene fosforilato per formare [glucosio] (glucosio-6-fosfato), il quale viene successivamente [defosforilato grazie al glucosio-6-fosfatasi a livello del REL] e tramite un trasportatore di membrana viene portato fuori dalla cellula epatica e [inserito nel sangue]. b. *[L'apparato del Golgi ]* 3. **Modello delle cisterne stazionale -\>** [ciascun compartimento del Golgi è una struttura stabile], e le [vescicole si formano per *processo di gemmazione*] e [si muovono o verso la membrana o verso il RE]. 4. **Modello di maturazione delle cisterne -\>** [le cisterne del Golgi sono compartimenti dinamici] che [gradualmente si trasformano e maturano o in direzione cis o trans], e insieme al loro movimento [vanno a formarsi le vescicole di trasporto sempre per *gemmazione*]. - Il dolicolo fosfato nella membrana del RE agisce da trasportatore delle unità oligosaccaridiche per la glicosilazione delle proteine. - Il dolicolo fosfato si lega al mannosio e alla n-acetilglucosammina. - Una flippasi sposta la catena di carboidrati dalla parte citosolica a quella del lume del RE. - **L'oligosaccaride matura e acquisisce la sua formazione finale.** 7. *[Endocitosi ed esocitosi ]* - *Le vie di secrezione* - **Secrezione costitutiva -\>** avviene un [rilascio continuo di proteine solubili e lipidi di membrana] (come, ad esempio, avviene per la secrezione del [muco]). - **Secrezione regolata -\>** avviene un [rilascio controllato e rapido in risposta a segnali extracellulari] (caso del rilascio di [neurotrasmettitori e degli ormoni]). a. ***Esocitosi*** 1. [**Avvicinamento** della vescicola secretoria alla membrana plasmatica]. 2. [**Fusione** delle membrane] (quella della vescicola con quella plasmatica). 3. [**Rottura** della membrana plasmatica]. 4. [**Liberazione** del contenuto della vescicola all'esterno della cellula] **-\>** la [membrana della vescicola si integra con la membrana plasmatica, ricostituendola]. (= come se la membrana le imprestasse un pezzo di membrana alla vescicola) - **T-SNARE -\>** [recettori bersaglio] (target) [della membrana]. - **V-SNARE -\>** [recettori della vescicola]. b. ***Endocitosi*** - **Fagocitosi -\>** [ingresso di materiale di grosse dimensioni o di intere cellule]. - **Pinocitosi -\>** [ingresso di liquidi]. - **Endocitosi mediata da recettori -\>** [ingresso di molecole], tipicamente [fattori di crescita e ormoni], tramite il *[legame tra il ligando]* (la sostanza da endocitare) [e un *recettore di membrana*]. - [Pinocitosi ] - [Fagocitosi ] 1. Il **materiale entra all'interno della cellula con l'invaginazione della membrana plasmatica**. 2. **Formazione di un endosoma precoce**, ovvero una **vescicola con all'interno degli enzimi inattivi**. 3. **Fusione** [dell'endosoma precoce con uno tardivo], ovvero contenente [enzimi idrolitici attivi], [oppure con un lisosoma]. 4. **Digestione del materiale fagocitato** grazie [all'azione degli enzimi idrolitici]. 5. **Rilascio all'interno** [della cellula dei prodotti della fagocitosi]. - [Endocitosi mediata da recettori] **NEW** 1. ***I mitocondri*** - *La respirazione* - *I mitocondri nelle cellule eucariote* - *Membrana esterna*. - *Membrana interna* **-\>** la membrana interna presenta delle **creste**, che servono ad [aumentare la superficie di assorbimento cellulare] e a [portare avanti molte tappe della sintesi dell'ATP], e una **matrice mitocondriale**, all'interno della quale [sono presenti *ribosomi*], *[enzimi]*, *[DNA ed RNA]*. - *ATP* - [Genesi di gradienti e potenziali di membrana]. (=**creare ∆V di membrana**) - [Catalizzare reazioni *endoergoniche energicamente favorite*] **-\>** **l'idrolisi di un gruppo fosfato dalla molecola di ATP rilascia un'enorme quantità di energia**. - [Contrazione muscolare]. - [Cambi di conformazione di proteine] **-\>** [fosforilazione di proteine grazie all'idrolisi di un gruppo fosfato dall'ATP]. 2. ***Il metabolismo aerobico*** - *Visione d'insieme dell'ossidazione del glucosio* - **RIASSUMENDO:** nel ***citoplasma*** avviene la [glicolisi in assenza di ossigeno], e il **glucosio** viene [ossidato a] **piruvato**: vengono [prodotte], **2 ATP -- 2 piruvato -- 2 NADH**. Successivamente il piruvato viene [trasportato] nella ***matrice mitocondriale*** e trasformato in **Acetil coenzima-A** e viene [prodotta] **CO~2~ -- NADH**. L'acetil coenzima A viene [metabolizzato] nel ***ciclo di Krebs*** e vengono [prodotte] **4 CO~2~ - 2 ATP -- 6 NADH -- 2 FADH~2~**. I [coenzimi ridotti vengono ossidati] e gli **e-** entrano nella [catena di trasporto degli e-]; [si legano all'ossigeno per produrre H2O]. Avviene una [fosforilazione ossidativa] perché gli [ioni H vengono pompati] grazie **all'ATP sintetasi** e **l'ADP si trasforma in ATP**. Durante il trasporto degli elettroni e la fosforilazione ossidativa si producono **3 ATP per ogni NADH e 2 ATP per ogni FADH~2~** **-\>** **per ogni molecola di glucosio si producono al massimo 38 molecole di ATP**. 3. ***La glicolisi*** **"La glicolisi è un [processo di ossidazione] del glucosio che permette di produrre 2 molecole di piruvato per ogni glucosio ossidato, che avviene per azione degli enzimi citoplasmatici".** Il [processo di glicolisi avviene per tappe]: Reazione netta della glicolisi: glucosio + 2 NAD^+^ + 2 ADP + 2 P~i~ 2 piruvato + 2 ATP + 2 NADH + 2 H^+^ + 2 H~2~O. 4. ***Il ciclo di Krebs*** Ad ogni ciclo di Krebs si formano quindi **2 CO~2~ -- 3 NADH -- 1 FADH~2~ -- 1 ATP per ogni molecola di piruvato**.  5. ***La catena di trasporto degli elettroni*** Durante le **prime fasi del metabolismo aerobico si formano dei [coenzimi], il NADH e il FADH~2~**: 5. **NADH** (nicotinammide adenina dinucleotide: adenina + 2 ribosio + nicotinammide) -\> **[esiste in forma ridotta come NADH o in forma ossidata come NAD^+^]** (durante l'ossidazione il NADH cede due elettroni ai trasportatori della membrana interna e libera energia). 6. ***FAD*** (flavina adenina dinucleotide / riboflavina) -\> esiste in **[forma ossidata come FAD o in forma ridotta come FADH~2~]** tramite riduzione durante il [ciclo dell'acido citrico]. Durante la ***catena di trasporto di elettroni vengono ossidati il NADH e il FADH~2~*** in quanto essi hanno una f[orte tendenza a cedere elettroni]: gli [elettroni in questione vengono ceduti a molecole che hanno sempre più tendenza ad accettarli]. Gli [elettroni passano quindi a molecole eccettrici secondo un gradiente energetico degli elettroni stessi]: si ha un *potenziale elettrico iniziale* = [potenziale delle molecole che cedono gli elettroni], che [a mano a mano che gli elettroni vengono ceduti durante la catena di trasporto degli elettroni aumenta], fino a che *essi raggiungono l'ossigeno* (l'accettore finale degli elettroni) con un **potenziale +**. **\[RIASSUMENDO1:** nelle prime fasi del metabolismo aerobico si formano i coenzimi NADH e FADH~2~. Essi nella catena di trasporto degli elettroni vengono ossidati perché hanno una forte tendenza a cedere elettroni. Man mano che cedono gli e- la differenza di potenziale generata aumenta diventando positiva.**\]** ***I trasportatori di membrana di ioni idrogeno sfruttano l'energia degli elettroni, che passano da un donatore a un accettore, per trasportare gli ioni dalla matrice allo spazio intermembrana contro gradiente di concentrazione***. La catena di trasporto degli elettroni si costituisce in **3 parti principali**: 1. Il **complesso I** (NADH deidrogenasi) [catalizza il trasferimento di due elettroni dal NADH] [al CoQ] e sfrutta l'energia liberata dall'ossidazione per trasportare *[4 protoni nello spazio intermembrana].* 2. Il **complesso III** (citocromo b-c~1~) [catalizza il trasferimento di 2 elettroni dal CoQ al citocromo C] e sfrutta l'energia liberata dall'ossidazione del FADH~2~ per trasportare *[4 protoni nello spazio intermembrana]*. 3. Il **complesso IV** (citocromo c-ossidasi) ossida il citocromo c e trasferisce 2 elettroni di bassa energia a ½ molecola di ossigeno per formare 1 molecola d'acqua -\> l'energia liberata viene sfruttata per pompare *[2 protoni nello spazio intermembrana]*. [L'energia elettrochimica che viene prodotta dalla catena di trasporto degli elettroni viene sfruttata dall'ATP-sintasi]: ***essa sfrutta il movimento contro gradiente dei protoni per produrre ATP.***  I [trasportatori della catena di trasporto sono disposti spazialmente in ordine di potenziale redox crescente]: *tanto più è negativo il potenziale redox della molecola tanto più alta è la tendenza della molecola ad ossidarsi e quindi cedere gli elettroni.* [Ciascun complesso I -- II -- III -- IV (i trasportatori di protoni)] **si riduce accettando elettroni dal trasportatore precedente**, che **viene ossidato**. [Nel passaggio da un trasportatore all'altro, gli elettroni perdono energia]: [l'energia ceduta viene usata per pompare protoni nello spazio intermembrana]. 6. ***L'ATP-sintasi*** [Il trasporto dei protoni] [Il trasporto dei protoni da un lato all'altro della membrana interna, prima grazie ai trasportatori poi grazie all'ATP-sintasi, è un processo **elettrogenico**] (sbilanciamento di cariche ai capi della membrana) **-\>** \[matrice= accumulo -; intermembrana= accumulo +\] Il [gradiente protonico genera oltre ad un potenziale elettrico anche una forza elettrochimica di c.a. **30 mV**]: il movimento dei protoni dallo spazio intermembrana alla matrice è un movimento governato sia da *forze elettriche* (la differenza di potenziale elettrico stabile ai capi della membrana) che da *forze chimiche* (il gradiente di concentrazione dei protoni). **Ai capi della membrana interna esiste quindi una [forza motrice protonica] che agisce sui protoni**, che [si ottiene calcolando la differenza tra il potenziale di membrana e la forza elettrochimica], [ed è pari a] **-210 mV.** 7. ***Struttura dell'ATP sintasi*** **[L'ATP-sintasi è costituito da subunità mobili]:** il **movimento dei protoni genera un movimento rotatorio dell'ATP-sintasi che viene sfruttato per la produzione di ATP**. [Le componenti della proteina sono F1 ed F0]: a. **F1 -\>** [sito catalitico formato da 5 subunità] (**3 alfa -- 2 beta -- delta - gamma -- epsilon**), dove avviene la **sintesi** vera e propria di **ATP**. La [subunità gamma è in contatto con il dominio F0 ed è libera di ruotare], mentre la [subunità delta collega il dominio F1 all'F0]. La [subunità gamma]: - [Formata da 2 alfa -- eliche allungate e avvolte a spirale che si estende come un perno da F0 fino ad una cavità centrale di F1]. - [È in grado di ruotare intorno al suo asse in modo discreto in senso antiorario a step di 120º]. - È in [comunicazione con le subunità c del dominio F0]. - [Il meccanismo di rotazione è stato scoperto utilizzando tecniche di microscopia a fluorescenza]. b. **F0 -\>** [inserita in membrana], è [formata da 3 subunità] (**1 a -- 2 b -- 10 c**). nella [subunità a è presente un canale attraverso cui fluiscono i protoni spinti dalla forza motrice protonica], mentre le [subunità c formano una struttura cilindrica che può ruotare] (i protoni che entrano andranno a interagire con un sito di legame sulle subunità c, che ruoteranno tramite la forza protonica). 8. ***La rotazione di F0 e la sintesi di ATP in F1*** La [subunità α della F1 ha il sito di accoglienza del protone, dove quest'ultimo entra spinto dalla forza protonica], che si lega all'[aspartato] tramite carico negativamente (cariche opposte di attraggono). [L'interazione protoni -- aspartato seguita dalla forza protonica fa muovere il cilindro di subunità c], che [a sua volta fa muovere la subunità gamma del dominio F1], direttamente [connessa al cilindro]. [Un secondo semi canale della subunità α accoglie i protoni quando hanno finito un giro completo]: i [protoni rilasciati diffondono nella matrice, il che permette di dissipare il gradiente protonico per sintetizzare ATP]: **sostanzialmente il gradiente protonico genera la forza che fa spostare il complesso delle subunità c collegate alla subunità gamma, che permette ad ogni giro completo la sintesi di [3 molecole di ATP], ognuna delle quali richiede mediamente [3 protoni].** [La sintesi vera e propria di ATP avviene però nel dominio F1]: la [subunità gamma è inserita all'interno delle 3 subunità beta, e ogni volta che si lega a una delle tre ne provoca un cambio conformazionale]. Le [subunità beta di F1 possono acquisire tre configurazioni]: - **O (open) -\>** accetta l'ADP e il gruppo fosfato. - **L (loose) -\>** mantiene in sede l'ADP e il gruppo fosfato. - **T (tight) -\>** **sintetizza l'ATP**. **"Durante una rotazione completa della subunità gamma, tutt'e tre le beta assumono in sequenza le conformazioni O -\> L -\> T,** **per cui per ogni rotazione vengono sintetizzate 3 molecole di ATP".** **Il legame beta -\>** **gamma** [determina sempre il cambio conformazionale T -\> O, di modo che l'ATP sintetizzato possa essere rilasciato e rimpiazzato con ADP e un gruppo fosfato]. [In caso di alta concen