Biologia Cellulare PDF

BIOLOGIA CELLULARE Fino al metà del 1600 non si conosceva nemmeno il termine cellula, solo grazie al microscopio si iniziò ad introdurre il termine. 1650: Roberto Hook: si costruì un microscopio e osservò un tappo di sughero e qui vide le prime “cellule”. Diventò sovraintendente della royalsociecy of london. Contestualmente un ricco mercante di tessuti: Van Leeuwenhoek individua «animanucoli» in una goccia di acqua. Nel 1838Matthias Schleden, un avvocato tedesco, asseriva che le piante sono costituite da cellule Nel 1839Theodor Schwann sosteneva che gli animali sono costituiti da cellule: Nascono i primi due principi della TEORIA CELLULARE: Tutti gli organismi sono composti da una o più cellule. La cellula è l’unità strutturale della vita. Solo nel 1855Virchow, un patologo tedesco, formula il terzo principio della teoria cellulare: Le cellule possono avere origine solo da cellule preesistenti TEORIA CELLULARE FINALE: Tutti gli organismi sono composti da una o più cellule La cellula è l’unità strutturale della vita Le cellule possono avere origine solo da cellule preesistenti Le cellule sono alla base della vita e possono essere: -Unicellulari, organismo formato da un solo tipo di cellula. -Pluricellulari, organismo formato da un insieme di cellule. Le dimensioni della cellula sono molto variabili e si usa solitamente il micrometro, mentre per gli organelli unicellulari è il nanometro. Le cellule possono assumere forme diverse, ad esempio basta pensare al GLR, disco biconcavo privo di nucleo, serve a trasportare ossigeno. Poi ho il neurone. Il macrofago ha la funzione di prendere gli agenti patogeni e eliminarli. Gli spermatozoi, sono molto agili e solo il primo che raggiunge la cellula uovo la feconda. Qualunque sia la morfologia della cellula devono: Respirare Dividersi Produrre energia Nutrirsi PRINCIPALI CARATTERISTICHE DEGLI ORGANISMI VIVENTI: ORGANIZZAZIONE CELLULARE:La cellula rappresenta il modulo organizzativo fondamentale degli esseri viventi, i quali possono essere composti da una singola cellula (organismi monocellulari) o da una collettività di cellule (organismi pluricellulari) integrate ed organizzate in tessuti, organi ed apparati in modo da costituire quella entità strutturale e funzionale coerente chiamato ORGANISMO FINALISMO DELLE PARTI:In qualunque essere vivente, ciascuna delle parti svolge una funzione necessaria o almeno utile, al mantenimento della vita da parte dell’intero organismo, il quale richiede la coesistenza coordinata e complementare di tutte le parti che lo compongono METABOLISMO: Capacità di utilizzare fonti esterne di materie prime e di energia allo scopo di preservare la struttura complessa ed ordinata degli organismi e permetterne la crescita e la moltiplicazione. Ad esempio nella catena di trasporto degli elettroni, l’ossigeno è l’accettore ﬁnale e questa serve per poi produrre ATP.Se non ho ossigeno, non ho ATP e quindi ho un ischemia. Posso avere diversi tipi di metabolismo: a) Anabolismo: Biosintesi di molecole organiche più complesse da molecole più semplici. b) Catabolismo: Demolizione di sostanze complesse in sostanze più semplici più basso contenuto energetico. L’energia chimica presente nelle sostanze degradate viene resa disponibile sotto forma di ATP ECCITABILITA’:Gli organismi viventi sono in grado di ricevere stimoli dall’esterno e rispondervi producendo mutamenti del proprio stato e/o delle proprie attività; ciò permette di mantenere invariate nel tempo le caratteristiche strutturali e di svolgere in modo ottimale le corrispondenti funzioni. INFORMAZIONE: Tutte le nostre cellule hanno un patrimonio di informazione genetica. FENOTIPO: ciò che realmente si manifesta GENOTIPO: totalità dell’informazione genetica. Tutto ciò che noi facciamo è dovuto alle proteine, basta pensare alla duplicazione, trascrizione e traduzione. GENOMA: In biologia, il corredo aploide dei cromosomi di una cellula, con i geni in essa contenuti. RIPRODUZIONE ED EREDITARIETA’ DEI CARATTERI:L’attività riproduttiva consiste nel realizzare nuove unità biologiche (nuovi organismi) che manifestino un livello di complessità ed organizzazione equivalente a quello dei loro predecessori, ma anche una notevole variabilità individuale dei singoli caratteri. Ereditarie sono tutte quelle caratteristiche che vengono trasmesse dai genitori alla prole CLASSIFICABILITA’ ED EVOLUZIONE: Il processo evolutivo è fondato su due fattori: Variabilità genetica Selezione naturale Troviamo una somiglianza nei caratteri strutturali e funzionali che consentono di riunire gli organismi viventi in categorie dette specie ASPETTI DELLE CELLULE: Alcune delle più piccole cellule batteriche sono oggetti cilindrici. La maggior parte delle cellule vegetali ha solitamente forma poliedrica, con un diametro compreso tra i 20 e i 30 micrometri, ed è delimitata da pareti cellulari rigide. Le cellule dei tessuti animali hanno forma estremamente variabile, a seconda del tipo e della funzione (possono essere sferiche, dai contorni irregolari, stellate, poliedriche, cubiche, cilindriche) Il loro diametro è spesso compreso fra i 10 e i 20 micrometri e la loro superﬁcie è deformabile, spesso ricca di estroﬂessioni es ciglia e microvilli. La differenza fondamentale tra procariote ed eucariote sono le dimensioni e l’organizzazione interna. CELLULA PROCARIOTE: I procarioti sono tutti organismi unicellulari. Troviamo: Batteri: I. Eubatteri, sono il gruppo più vasto e diversiﬁcato e troviamo alcuni patogeni, i cianobatteri. II. Archeobatteri, sono anaerobi che vivono in ambienti inospitali e troviamo gli: a) Tirobatteri, in ambienti acidi b) Aloﬁli, in ambienti di elevata salinità Alghe azzurre Tutti questi hanno un elevato adattamento e rapida capacità di riprodursi, sono di piccole dimensioni (1-2 micrometri), e possono avere forme diverse: Bastoncello( bacilli), Sferica (cocchi), Elicoidale (spirochete). In queste cellule molto semplici ho un citoplasma delimitato da una membrana plasmatica e nella maggior parte dei casi una parete cellulare rigida. Sulla membrana plasmatica ho un introﬂessione, il mesosoma, che in organismo anaerobi, sembra essere la sede di enzimi della respirazione cellulare. Il mesosoma inoltre sembra essere coinvolto a far si che la molecola di DNA si trovi nella giusta posizione. Il citoplasma inoltre contiene molti enzimi deputati alle reazioni metaboliche. Il DNA, è un singolo cromosoma circolare che si trova in una regione detta nucleotide. I Ribosomi sono coinvolti nella sintesi dei polipeptidi. La parete cellulare, è rigida, che da supporto alla cellula, ne mantiene la forma e ne impedisce l’aumento di volume per effetto osmotico quando si trova in un ambiente ipotonico. È molto porosa e permette ai vari nutrienti entrare all’interno. Questa parete è composta da peptidoglicani, molecola complessa, composta da zuccheri legati trasversalmente da corte unità polipeptidiche. La parete è molto importante per distinguere un batterio gram positivo da uno negativo. I GRAM POSITIVI: parete spessa costituita da un monostrato di peptidoglicani. I GRAM NEGATIVI: la loro parete è più complessa, è paragonabile ad un panino, in cui uno strato di peptidoglicano è compreso tra 2 membrane di natura fosfolipidica. In alcune cellule posso trovare anche una capsula, solitamente nei batteri. Queste capsula all’esterno della parete è formata dalle cellule stesse, capsula fatta da polisaccaridi, e aiuta il batterio a proteggerlo dall’essiccamento. CELLULA EUCARIOTE: Costituiscono tutti gli altri organismi viventi (i protozoi, le piante, i funghi e gli animali) sono molto più grosse (10-30 micron) e il loro materiale genetico è racchiuso da una membrana, che forma una struttura denominata nucleo. Hanno dimensioni di 10-30 micrometri. ( LEGGI IN MANIERA SOMMARIA GLI ORGANELLI CITOPLASMATICI) A partire dallo zigote attraverso alcune divisioni cellulari si formano prima la morula, poi la blastula. La blastula è costituita da 32 cellule che saranno in grado di “differenziarsi” nelle diverse tipologie cellulari che ci costituiscono costituendo tessuti, organi, apparati. Le differenze fra i diversi tipi cellulari dipendono dalle diverse proteine che li costituiscono dall’espressione selettiva di speciﬁci sets di geni. La ﬂora batterica racconta tutto di noi, ci identiﬁca, ci dice chi siamo e da dove veniamo. Sulla rivista Nature, nel 2009, è riportato: “ogni individuo è come un’isola con un proprio ecosistema, differente da quello di altre isole Il microbiota intestinale è uno degli elementi fondamentali di tutto l’ecosistema intestinale che, che viene deﬁnito da alcuni esperti come un organo virtuale disseminato in tutto il canale alimentare, dal cavo orale al canale anale, e costituito forse da più di 100 trilioni di cellule batteriche, virus e miceti (numero superiore rispetto a tutte le cellule del nostro organismo), che da sempre ci accompagna nell’evoluzione ﬁlogenetica. L’unicità nella composizione del microbiota è determinata da i numerosissimi eventi che durante la vita di ciascuno di noi si susseguono in un copione assolutamente non replicabile. Quando queste comunità vivono in equilibrio vi è una condizione deﬁnita di eubiosi. Questa è molto importante perché permette alle varie componenti del microbiota intestinale di essere funzionalmente eﬃcaci e soprattutto di essere sincronizzate sia tra loro, sia con gli altri componenti dell’ecosistema intestinale. CELLULA VEGETALE: Nelle cellule vegetali la membrana è circondata dalla parete cellulare. Alcune pareti cellulare sono rigide e robuste. Vacuoli: grosse vescicole contenenti acqua e sostanze di vario tipo. Diventano via via più grandi man mano che la cellula invecchia. Funzione: servono da deposito per sostanze di riserva o riﬁuto, danno turgore alla cellula, della quale possono occupare gran parte del volume. Plastidi: Organuli di forma allungata costituiti da 2 membrane, una interna ed una esterna. Esistono diversi tipi di plastidi: Cloroplasti: complesso sistema di membrane interne (tilacoidi), dotati di DNA circolare, contengono la cloroﬁlla, sono sede della fotosintesi. Cromoplasti: Deposito di pigmenti colorati. Leucoplasti: Deposito di sostanze di riserva (amido). BASI DELLA VITA All’interno della cellula si svolgono tantissime reazioni chimiche catalizzate da enzimi, queste reazioni vanno a costituire il metabolismo cellulare, attraverso cui la cellula ha due scopi importanti: 1)Ottenere energia chimica dall’ambiente attraverso la degradazione dei nutrienti, si ottiene tramite processi ossidativi, deﬁniti catabolismo, ossia la trasformazione di molecole ricche di carboidrati, grassi e proteine in molecole inorganiche quindi povere di energia (CO2, H2O). Quindi avrò una quota notevole di energia sotto forma di ATP e coenzimi ridotti. 2)Sintesi di molecole necessarie al mantenimento delle attività cellulari, l’energia prodotta nella prima fase viene utilizzata per trasformare molecole organiche semplici in zuccheri, acidi grassi, amminoacidi, e basi azotate. Qui vengono sintetizzate anche macromolecole complesse come i lipidi, polisaccaridi, proteine e acidi nucleici. Questo è detto anabolismo. Condensazione: Ho la formazione di un legame tra due molecole con l’eliminazione di una molecola di H2O (anabolismo). Idrolisi: Rottura di un legame con aggiunta di una molecola di H2O. Solo circa 25 di tutti gli elementi presenti in natura sono deﬁniti essenziali per la vita 4 di questi costituiscono da soli il 96% del corpo umano: Ossigeno Carbonio Idrogeno Azoto Oltre a comporre l’acqua, l’ossigeno è necessario per la respirazione cellulare ed è un componente della maggior parte dei composti organici. I ILcarbonio costituisce lo scheletro di tutti i composti organici (ogni C forma 4 legami). L’idrogeno è presente in tutti i composti organici. Insieme all’ossigeno compone l’acqua. Nelle proteine e negli acidi nucleici oltre ai tre precedenti elementi, è presente l’azoto. Il calcio in forma ionica (Ca++) è importante per la contrazione muscolare, per la liberazione di neurotrasmettitori. E’ un secondo messaggero. È una componente strutturale di denti e ossa. Il fosforo è componente degli acidi nucleici e dell’ATP. E’, inoltre, un componente strutturale delle ossa. Sodio, potassio e Cloro in forma ionica (Na+ , K+ , Cl- ) sono importanti per l’attività elettrica di tutte le cellule e dei neuroni in particolare. BIOMOLECOLE Tutte le caratteristiche proprie di un organismo vivente sono il risultato dell’esistenza e del funzionamento di quattro classi di biomolecole. La caratteristica comune a tutte le macromolecole è di essere costituite da strutture complesse (polimeri) ottenute dall’assemblaggio di unità più piccole (monomeri). LIPIDI Sono tutte sostanze idrofobe, lipoﬁle o solubili in solventi apolari e hanno aﬃnità per altri lipidi. Sono insolubili in H2O e sono molto eterogenei. Posso dividerli in più categorie: Trigliceridi: 1)La funzione primaria dei trigliceridi (grassi e olii) è quella di fornire energia per i processi metabolici. 2)I trigliceridi possono essere facilmente accumulati come riserva energetica in tessuti specializzati. Olii sono liquidi a 20° sono insaturi e presentano molti doppi legami e li trovo nei semi delle piante Grassi sono solidi a 20° sono saturi e li trovo nel tessuto adiposo degli animali. Il tessuto adiposo ha anche la funzione di coibentare. I legami all’interno di queste molecole contengono un alto livello di energia. COMPOSIZIONE In ciascuna molecola di trigliceride ci sono tre molecole di acidi grassi sono legate ad una molecola di Glicerolo (alcol a 3 atomi di carbonio). Gli acidi grassi invece sono costituiti da lunghe molecole. Nel trigliceride il legame si forma tra il gruppo COOH (carbossilico) dell’acido grasso e il gruppo OH del glicerolo. E prende il nome di legame di estere, quindi vanno via 3 molecole di H2O, sarebbe una reazione di condensazione. Gli acidi grassi possono essere: Saturi:Le molecole di trigliceridi si dispongono in modo ordinato e i lipidi sono solidi a temperatura ambiente (esempio è il burro) Insaturi:Le molecole di trigliceridi si dispongono in modo disordinato ei lipidi sono liquidi, essendo insaturi ho dei doppi legami tra gli atomi di carbonio. I doppi legami creano un ripiegamento. Se ho più doppi legami, i trigliceridi sono chiamati POLIINSATURI. (esempio olio di oliva). Fosfolipidi Sono molecole ANFIPATICHE, ossia hanno la testa polare a la coda apolare. Ho la testa polare, composta dal gruppo fosfato, che è legata agli acidi grassi tramite una molecola di glicerolo. Le due code di acidi grassi s tengono unite grazie a legami di Van del Wals( forze di attrazione deboli). Il gruppo fosfato è idroﬁlico, tende ad attirare acqua. Acido grasso è idrofobico( lipoﬁlico e apolare, amalgamarsi in solventi apolari) tende a respingere l’acqua. Steroidi Si tratta di una famiglia di composti organici molto importanti che hanno una struttura comune basata su più anelli fusi tra loro. 1) Il colesterolo è un importantissimo componente delle membrane cellulare, questo è un tampone di ﬂuidità poiché si mette in mezzo alle code degli acidi grassi e controlla se la membrana è troppo ﬂuida o meno. Inoltre è il punto di partenza per la sintesi degli ormoni steroidei ( progesterone o testosterone). 2) Vitamina D 3) Ormoni sessuali 4) Messaggeri chimici CarboidratiCn(H2O)n Sono molecole a 5 o a 6 atomi di carbonio a forma di anello. Sono chiamati generalmente zuccheri o glucidi. I carboidrati più semplici sono i monosaccaridi, i quali possono essere aldosi o chetosi. Dal legame fra i monosaccaridi si originano i disaccaridi e polisaccaridi. Monosaccaridi Possono essere sia PENTOSI (RNA,DNA) e ESOSI (fruttosio, galattosio e mannosio e glucosio). Nell’RNA, al posto del carbonio 2 posso trovare un gruppo ossidrilico, mentre nel DNA al posto del carbonio 2 trovo H. --La gliceraldeide è l’aldoso più semplice, contiene 3 atomi di carbonio. La presenza di un carbonio asimmetrico determina l’esistenza di 2 enantiomeri: L- Gliceraldeide e D-Gliceraldeide. Più aumenta il numero di atomi di carbonio maggiore saranno i carboni asimmetrici e di conseguenza il numero di stereoisomeri, per calcolare quanti stereoisomeri ci sono=2^n. Solitamente la serie sterica D è quella più importante. --Il diidrossiacetone, è il chetoso più semplice ed è privo di carboni asimmetrici. GLUCOSIO Il glucosio è uno zucchero fondamentale nel metabolismo energetico cellulare in quanto produce ATP.Inoltre la barriera ematoencefalica è attraversata dal glucosio e non da altre cose perché è molto stretta. Il glucosio è uno zucchero esoso (C6H12O6). Questo esiste sia in forma ciclica che in forma lineare. La forma ciclica è più stabile. Formazione della forma ciclica: 1) Partendo dalla catena lineare, contenete un gruppo ossidrile in C5 e un gruppo aldeidico su C1. 2) La reazione tra questi due genera la forma di anello 3) Avrò la formazione di 2 ANOMERI, i quali differiscono per la disposizione del carbonio. 4) Il gruppo ossidrilico, legato a C1 si trova sotto il piano e quindi ho alfa-D- Glucosio, mentre se il gruppo ossidrilico in C1 si trova sopra al piano avrò beta-D-glucosio. Disaccaridi Questi si formano grazie al legame glicosidico tra due monosaccaridi. -Il MALTOSIO è un disaccaride formato da due molecole di Glucosio, uniti per condensazione. -Il SACCAROSIO (lo zucchero da cucina) è un disaccaride formato da una molecola di Glucosio e una di Fruttosio. -Il LATTOSIO è un disaccaride formato da una molecola di Glucosio e una di Galattosio Polisaccaridi 1) Hanno funzione strutturale: La cellulosa è costituita da grandi molecole lineari composte da sequenze di molecole di Glucosio. È il costituente principale della parete cellulare nei vegetali. Anche nel regno animale si trovano polisaccaridi con funzione strutturale, ad es. la Chitina (esoscheletro degli insetti) e la galattosammina (cartilagini) 2) Funzione energetica: Il Glicogeno è anch’esso un polimero del Glucosio. Viene utilizzato come zucchero di riserva dagli animali e depositato nel fegato e nei muscoli. È molto ramiﬁcato. Struttura ramiﬁcata simile all’amilopectina. L’ Amido è un polimero del Glucosio poco ramiﬁcato. È il principale glucide di accumulo nei vegetali. Tramite enzimi può essere facilmente convertito a Glucosio. Formato da 2 componenti, l’amilosio e l’amilopectina Il glucosio, la cellulosa, l’amido sono costituiti solamente dal glucosio e per questo si chiamano omopolisaccaridi. Altri polisaccaridi, costituiti da acido ialuronico, eparina etc, sono formati da più unita monosaccaridiche differenti per questo si dicono eterosaccaridi. GAG La loro struttura è caratterizzata da una alternanza di zuccheri diversi. Nelle matrici extracellulari sono presenti complessi proteico-polisaccaridici noti come PROTEOGLICANI.I proteoglicani presentano un nucleo proteico a cui sono attaccate covalentemente catene di GAG. Proteine Sono molto importanti, sono quelle molecole che la cellula produce in base agli ordini dati dal patrimonio genetico. Ho 22 tipi di amminoacidi che combinati in maniera diversa danno origine a molte proteine diverse. I monomeri sono quindi gli amminoacidi che come appena detto, combinati in maniera diversa danno origine a proteine diverse con funzioni diverse. Le funzioni che svolgono le proteine non le fa nessun’altra molecola: 1) Regolano gli ingressi e le uscite dalla membrana plasmatica 2) Funzione strutturale,citoscheletro. 3) Difesa organismi esterni, anticorpi 4) Bloccano i processi emorragici 5) Messaggeri chimici, ormoni e neurotrasmettitori 6) Enzimi, catalizzano le reazioni Composizione degli amminoacidi: Ho un carbonio a cui sono legati: R, residuo amminoacidico, chiamato anche Gruppo R o catena laterale. Questo varia da amminoacido ad amminoacido. Questo variando da un amminoacido ad un altro, determina la diversità dei vari amminoacidi. Il gruppo R può essere: Apolare, Polare, Acido, Basico. Gruppo carbossilico= COOH, questo è un gruppo funzionale Gruppo Amminico, gruppo funzionale Un idrogeno I vari amminoacidi sono legati per formare una catena, il legame che li tiene uniti è il legame Peptidico. Questo legame si forma tra il gruppo carbossilico e quello amminico. Questa qui è una reazione di condensazione. Si forma tra OH del gruppo carbossilico e H del gruppo amminico, alla ﬁne ho l’eliminazione di una molecola d’acqua. Gruppo N-terminale e gruppo C-terminale così deve essere una successione di amminoacidi. Posso modiﬁcare le proteine tramite modiﬁche post-traduzionali tramite l’aggiunta di gruppi fosfato, posso aggiungerli solo ad alcuni amminoacidi, solo alcuni possono essere fosforilati. Gli enzimi responsabili dell’aggiunta del gruppo fosfato sono le chinasi Strutture delle proteine: 1) Struttura primaria: E’ una successione di amminoacidi che andranno a comporre la proteina, ed è geneticamente determinata in quanto corrisponde alle triplette geniche. Devo sapere l’ordine preciso in cui si succedono gli amminoacidi, perché se li inverto, cambia la proteina. Ad esempio, gli amminoacidi(Ala,Gly, Ser), questi possono dare origine a 6 tripeptidi differenti, aventi la stessa conﬁgurazione amminoacidica ma diversa struttura primaria Ad esempio nell’anemia falciforme un solo amminoacido è cambiato. La mutazione puntiforme è la variazione di un nucleotide che quindi varia la tripletta e determinerà la variazione dell’amminoacido. 2) Struttura secondaria: Posso avere ripiegamenti ad alfa elica o beta foglietto. Queste strutture sono tenute insieme da legami deboli che si instaurano tra i gruppi R. I legami si stabilizzano in base alle aﬃnità tra i diversi amminoacidi. Il ponte disolfuro si crea tra 2 atomi di zolfo che si trovano uno davanti all’altro. Il ponte disolfuro è un legame covalente. I gruppi -SH nella catena laterale di due residui amminoacidici di cisteina che si trovano vicini interagiscono tra di loro e danno luogo ad un legame. Nel beta foglietto, la catena polipeptidica si estende con andamento a zig- zag e due o più catene si aﬃancano, dando luogo alla formazione di legame ad idrogeno tra gli atomi dei gruppi peptidici delle catene laterali. Nell’alfa elica, ho la formazione di legami ad idrogeno tra l’ossigeno di COOH di ogni legame peptidico e l’idrogeno del gruppo NH del quarto legame peptidico successivo 3) Struttura terziaria: Indica la sua conformazione nello spazio tridimensionale, ed è dovuta la ripiegamento della catena polipeptidica su se stessa. I ripiegamenti della catena sono favoriti in punti in cui le strutture secondarie alfa elica e beta foglietto sono interrotte per la presenza si amminoacidi destabilizzanti. La proteina assume una struttura globulare, nella quale tratti lontani della catena polipeptidica vengono a trovarsi vicini, dando luogo ad interazioni laterali degli amminoacidi. Le interazioni possibili possono essere: Legami ad idrogeno, che si formano tra amminoacidi con catena laterale polarizzata Ponti salini, fra cariche positive e negative dei vari amminoacidi. Interazioni idrofobiche, tra residui di amminoacidi apolari. Ponti disolfuro, tra residui di cisteina. La più importante, poiché questa ha la funzionalità proteica., quindi la capacità di una proteina di svolgere o meno la propria funzione dipende dalla struttura terziaria, infatti se non si raggiunge questa struttura non ho la funzione della proteina. Il cambio conformazionale di una proteina serve per farla passare da uno stato inattivo ad uno attivo, aggiungo o tolgo gruppi funzionali (PO42-) Le chinasi, questi enzimi, aggiungono PO42-, che attivano la proteina la momento giusto. Ogni proteina ha la sua chinasi. Non sempre le proteine riescono a raggiungere la struttura terziaria per questo possono entrare in gioco le cellule CHAPEIRON, che tramite un dominio di riconoscimento, legano le proteine da assistere e tramite il dominio ATP asic, legano l’ATP da utilizzare come fonte di energia per aiutare le proteine a raggiungere il giusto ripiegamento La denaturazione proteica, consiste nella perdita della conformazione nativa della proteina e quindi della funzione biologica. La denaturazione può portare alla perdita delle strutture secondarie e terziarie, ma mai della struttura primaria!!! Gli agenti che determinano questa denaturazione sono: Alte temperature Alcuni solventi Variazioni di PH Quando si rompono i legami, verranno formati poi nuovi che danno luogo a strutture diverse = denaturazione irreversibile. Se invece aggiungo piccole quantità di PH, posso modiﬁcare la struttura tridimensionale della proteina agendo sulle catene laterali= denaturazione reversibile, in quanto la proteina potrà riprendersi la sua conformazione nativa. Struttura quaternaria, ho più subunità, ﬁno a formare un tetramero , ossia 4 proteina insieme (es è l’emoglobina) FOLDING PROTEICO; questo processo viene controllato dalla cellula che le sintetizza. Se la proteina non raggiunge la struttura corretta, viene prima aiutata dalle cellulechapeiron, ma se questo fallisce, la proteina sarà distrutta dalproteosoma, ma per capire quale è la proteina da distruggere, la cellula stessa capisce quale proteina si è ripiegata male e quale no, per questa mette un’etichetta sulla proteina da distruggere e questa etichetta è l’ubiquitina. Molte proteine alterate, quindi che non hanno raggiunto una struttura terziaria, e con una struttura secondaria anomala, non si lasciano distruggere dal enzimi speciﬁci, perché sono proprio queste proteine alterate a distruggere l’enzima stesso= le proteine si accumulano e determinano atroﬁa di compressione cellulare portandola a necrosi DOMINI PROTEICI: sedi funzionali che si diversiﬁcano per la funzione svolta. Molte proteine a volte sono composte da uno o più moduli distinti che si strutturano indipendentemente uno dall’altro e questi sono chiamati domini. Questi domini rappresentano parte di una proteina che lavora in maniera differente. ACIDI NUCLEICI Gli acidi nucleici (DNA e RNA) sono macromolecole specializzate per l’immagazzinamento e l’utilizzazione delle informazioni che servono al funzionamento della cellula e dell’intero organismo. Entrambi sono polimeri formati a partire da monomeri che si chiamano nucleotidi. Un nucleotide è composto da una base azotata, da uno zucchero e da un gruppo fosfato. Se prendo come riferimento lo zucchero avrò: 1) In C1 ho attaccata la base azotata. 2) In C2 ho OH o H, a seconda se ho RNA o DNA 3) In C3 ho OH 4) In C5 ho un ossigeno a cui è legato il gruppo fosfato Le basi possono essere puriniche (adenina e guanina, a singolo anello) e pirimidiniche (citosina, timina e uracile, anello doppio) L’unione dei diversi nucleotidi per andare a formare l’acido nucleico avviene tramite il legame fosfodiestereo. Questo coinvolge il gruppo fosfato all’estremità in 5 e il gruppo ossidrile all’estremità in 3. Il primo nucleotide della catena è il fosfato esteriﬁcato al 5 del pentoso, mentre la catena si conclude con l’OH del pentoso libero. Nel DNA il contenuto di A=T e G=C. I ﬁlamenti polinucleotidici appaiano attraverso le basi complementari , quindi una base purinica con una pirimidinica. I ﬁlamenti della doppia elica sono tenuti insieme da legami ad idrogeno, che si instaurano tra le basi complementari, mentre la struttura nucleosidica è tenuta insieme da legami fosfodiesterei. Membrana plasmatica Barrierache delimita e separa lo spazio intercellulare da quello extracellulare. Seleziona il materiale che deve entrare e uscire -> controllo di soluti e solventi Permette l’entrata e l’uscita di macromolecole e di altre cellule (es. macrofagi che inglobano un batterio) Comunicazione cellulare grazie a recettori di membrana -> indispensabile per il funzionamento dell’organismo Permette l’organizzazione del tessuto stesso -> cellule più o meno adese le une alle altre La m. p. cambia e si sposta creando metastasi È una struttura altamente dinamica -> modello a mosaico ﬂuido -> per permettere alla cellula di svolgere tutte le suefunzioni. Morfologia Doppio strato di fosfolipidi (molecole anﬁpatiche = doppia polarità -> teste polari idroﬁbiche; code apolari idrofobiche) tenuti insieme da forze di van derWaals Proteine di membrana Glicidi: 1) ancorati ai lipidi -> glicolipidi 2) Ancorati a proteine -> glicoproteine Colesterolo -> tampone di ﬂuidità -> impedisce che la m. diventi troppo ﬂuida se la temperatura aumenta o troppo rigida se la temperatura diminuisce. I fosfolipidi Sono di tanti tipi diversi -> in base alla loro composizione varia la ﬂuidità delle membrane al bisogno I singoli lipidi non sono immobili ma si muovono continuamente: Rotazionale -> girano sul proprio asse Diffusione laterale -> spostamento nello stesso strato della membrana Diffusione trasversale (o a ﬂip-ﬂop) -> spostamento da uno strato all’altro della membrana -> solo grazie a speciﬁci enzimi (ﬂippasi) asimmetria di membrana -> avviene durante l’apoptosi (quando una cellula subisce un danno al patrimonio genetico e invia un segnale alle cellule adiacenti che possono fagocitarla -> le cellule tumorali eludono il processo e continuano a riprodursi). Le proteine di membrana È un componente funzionale -> adesione intercellulare. Classiﬁcabili in base alle interazioni con i fosfolipidi: 1) Intrinseche (o integrali) --Monopasso -> attraversano la m. solo una volta --Multipasso -> attraversano la m. piu di una volta 2) Ancorate ai lipidi -> legate da legami covalenti 3) Estrinseche (o periferiche) -> sulla membrana, legate con legami non covalenti) Non possono muoversi trasversalmente, ma orizzontalmente scorrendo dentro alla membrana. I glicidi Piccole catene glicidiche (= unione di più monosaccaridi) ancorate a lipidi o a proteine. Il complesso di catene glucidiche e glicoproteine costituisce il glicocalice -> segnale d’identità (es. responsabili del gruppo sanguigno). Sono rivolte prevalentemente all’esterno -> contributo all’asimetria di membrana. Meccanismi di trasporto Il passaggio selettivo di molecole permette il mantenimento di un ambiente ottimale. Ricordiamoci che la membrana è semipermeabile. Posso avere diversi tipi di trasporto: Passaggio passivo o (diffusione): spostamento secondo gradiente (da dove sono di più a dove sono di meno) -> non richiede energia. 1) Diffusione semplice -> dalla parte più concentrata alla meno concentrata la struttura chimica della molecola che diffonde è aﬃne ai fosfolipidi -> molecole piccole e apolari (O2, molecole secondo le loro dimensioni. 2) Diffusione facilitata -> garantisce il passaggio di molecole chimicamente non aﬃni ai fosfolipidi -> canali ionici e carriers -> cambio di conformazione: Canali ionici -> passaggio altamente speciﬁco per uno ione -> es. canale per K+ Carriers -> passaggio di molecole complesse -> es. carrier GLUT. 3)Diffusione dell’acqua -> da minore concentrazione a maggiore Passaggio attivo -> spostamento contro gradiente -> richiede energia fornita da ATP o da un ﬂusso di molecole che si spostano secondo gradiente -> cambio conformazionale. 1) ATP dipendente -> la molecola si sposta contro gradiente grazie all’ATP. Pompa sodio-potassio -> ogni ciclo, entrano 2 ioni K+, escono 3 ioni Na+ e si consuma una molecola di ATP -> concentrazioni dei due ioni molto diverse all'interno e all'esterno. 2) Co-trasporto -> la molecola si sposta contro gradiente grazie all'accoppiamento con una che segue il suo gradiente di concentrazione. Antiporto -> passaggio contemporaneo ma in direzioni opposte Simporto-> passaggio contemporaneo e nella stessa direzione. 3) Trasporto vescicolare -> permette ai neuroni di liberare neurotrasmettitori. Verso l’esterno -> esocitosi -> fusone della membrana della vescicola con quella cellulare. Verso l’interno -> endocitosi (spesso mediata da recettori) -> introﬂessione di una porzione della membrana cellulare. Canali ionici nel trasporto passivo Proteine che formano canali speciﬁci. Canali passivi -> non cambiano mai la loro permeabilità = sono sempre aperti. Canali ad accesso variabile -> variano la permeabilità in base a stimoli. I. Canali a controllo di ligandoextracellulare -> risponde ad un messaggero extracellulare. II. Canali a controllo di ligandointracellulare -> risponde ad un messaggero intracellulare -> spesso deriva dall’addizione di un gruppo fosfato. III. Canali a controllo di potenziale -> risponde a un cambiamento elettrico della membrana. IV. Canali a controllo meccanico -> risponde a uno stimolo meccanico -> spesso dato dal citoscheletro COMUNICAZIONE CELLULARE Stabilisce un contatto tra tutte le cellule dell’organismo -> lavoro coordinato per mantenimento dell’omeostasi -> fondamentale per la vita Si avvale di messaggeri primari e di molecole che li riconoscono in maniera selettiva Quando il messaggero primario (ligando) si lega al recettore, questo si attiva -> cambia la sua conformazione -> ed avvia una serie di risposte all’internodella cellula. La segnalazione cellulare è fondamentale per tutte le funzioni della cellula e ha ripercussioni sull’intero organismo: Quali sono le vie di segnalazione? Segnalazione autocrina -> la cellula produce il messaggio che agisce sulla stessa cellula Segnalazione paracrina -> la cellula produce il messaggio che agisce nelle vicinanze -> es. processo inﬁammatorio Segnalazione endocrina -> la cellula produce il segnale (ormoni) che viene trasportato dalla circolo sanguigno; agisce su cellule bersaglio Segnalazione neurone Segnalazione contatto Sequenza di eventi: 1) Riconoscimento altamente speciﬁco dello stimolo sulla superﬁcie della m. plasmatica 2) Trasferimento dell’informazione attraverso la membrana plasmatica 3) Trasmissione del segnale a molecole speciﬁche -> ampliﬁcazione 4) Cessazione della risposta in seguito all’eliminazione delle molecole segnale Ligandi -> molecole segnale Proteine (insulina) Peptidi Amminoacidi (ormoni tiroidei) Nucleotidi Lipidi (ormoni steroidei) Gas disciolti Recettori -> proteine che ricevono il segnale Di membrana -> proteine integrali di membrana -> dedicati ai ligandi che non possono attraversare la membrana Citoplasmatici -> dedicati ai ligandi che possono attraversare la membrana Famiglie di recettori di membrana: 1) Recettori associati alle proteine G (o 7TM -> 7 tratti transmembrana che formano un sito di ligando) 3 domini -> esterno (lega con il ligando), nella membrana, citoplasmatico (lega con le proteine G) Più di 2000 recettori. Molecole segnale -> proteine, peptidi, lipidi e altre piccole molecole. Il 50% dei farmaci sono attivi su questi recettori. 2) Recettori dotati di attività enzimatica intrinseca Recettori associati a proteine G Proteine G -> legano un nucleotide GDP (guanosin-di-fosfato) o GTP (guanosin-tri- fosfato). Sono trimerice = 3 subunità (alfa, beta, gamma) Interruttori molecolari -> sono spente quando legano GDP; accese quando legano GTP. Ciclo di attivazione: Inizialmente la subunita alfa è legata alla molecola GDP Il ligando si lega al recettore -> cambiamento di conformazione Il recettore induce un cambiamento di conformazione nella proteina G, che espelle il GDP La subunità alfa si lega al GTP -> cambio conformazione dell’alfa che si attiva e si stacca dalle altre subunità L’alfa attiva l’enzima adenilato-ciclasi o l’enzima fosfolipasi c-beta Effettori: 1) Adenilato-ciclasi -> quando si attiva trasforma l’ATP in cAMP (adenosin- mono-fosfato ciclico). cAMP -> secondo messaggero -> attiva la PKA (enzima chinasi cAMP dipendente). Chinasi -> proteine che attivano altre proteine (fattori trascrizionali) mediante fosforilazione -> alla base della regolazionegenica. 2) Fosfolipasi c-beta -> quando si attiva taglia un fosfolipide di membrana e stacca la testa polare (IP3) che diffonde.IP3 (ligando intra cellulare) raggiunge il REL aprendo i suoi canali ionici per far uscire gli ioni Ca2+. Calcio -> secondo messaggero -> attiva la PKC (proteina chinasi calcio dipendente) che ampliﬁca il segnale Recettori di superﬁcie collegati a enzimi 3) Recettore tirosino chinasi (RTK) -> due monomeri inattivi -> ligando cambia conformazione -> dimerizzazione -> si uniscono e si attiva ->forsforilazione incrociata delle tirosine sotto il recettore -> cascata delle MAP chinasi (al fosfato si attaccano proteine ciroplasmatiche). Processo che fa capire alla cellula di dividersi per meiosi. Network molecolare -> le varie vie di trasmissione interagiscono reciprocamente -> le cellule producono una risposta speciﬁca adatta ad unacombinazione di segnali NUCLEO Il nucleo è l’organulo più voluminoso della cellula. Solitamente appare sferico ed in posizione quasi centrale. Solitamente c’è un solo nucleo per cellula. Il nucleo è delimitato da un involucro nucleare. Il nucleo è costituito da cromatina, nucleoplasma e nucleolo. Il nucleo è colui che distingue una cellula eucariotica da una procariotica. Questo è la sede dell’informazione genetica, visto che ci è contenuto il DNA, ed è la sede dove viene duplicato e trascritto. DNA: considerata la molecola dell’ereditarietà, depositaria dell’informazione genetica e in grado di dirigere la sintesi delle proteine. Quindi il nucleo è un centro di controllo. Il nucleo è delimitato da una doppia membrana o involucro nucleare o Carioteca, il quale separa l’interno del nucleo (nucleoplasma), dall’ esterno del nucleo citoplasma. Tra una membrana e l’altra troviamo lo spazio perinucleare. La membrana esterna è in continuità con il RER. E inoltre è in contatto/ ricoperta la sua faccia citoplasmatica da una delicata rete di ﬁlamenti di vimentina A(proteina). Questa proteina è importante per dare supporto e ancoraggio al nucleo e sono presenti anche nei mitocondri e nel RER La membrana internaè poggiata su una rete di ﬁbre di sostegno, ﬁlamenti proteici, chiamata lamina nucleare, il cui scopo è di dare sostegno per il nucleo e ancoraggio per la cromatina.Inoltre cerca di mantenere stabile la forma della cellula nel tempo, funzione analoga a quella del citoscheletro. A livello di questa struttura ho l’adesione dei cromosomi mediante i telomeri, quel famoso cappuccio proteico. L’involucro nucleare costituito da queste due membrane non è continuo, ossia le membrane in alcuni punti si fondono, portando alla formazione dei pori nucleari, il cui scopo è permettere il passaggio di molecole tra nucleo e citoplasma. Questi pori non sono semplici strutture che mettono in connessione nucleoplasma con citoplasma ma è una struttura altamente organizzata di natura proteica denominata “complesso del poro nucleare”= media un trasporto abbasta selettivo delle molecole. Il nucleolo contiene la cromatina e il nucleolo Il poro nucleare è costituito dal complesso del poro, dove ogni anello è costituito da 8 complessi proteici aggregati. Un anello lo trovo sulla membrana esterna(anello citoplasmatico) e uno sulla membrana interna(nucleare). Questi 2 anelli sono collegati tra di loro da una struttura a raggiera, formata da 100 proteine e delimitano lo spazio perinucleare. All’interno di questo canale ci saranno delle proteine trasportatrici responsabili del trasporto delle macromolecole. Le proteine citosoliche di nuova sintesi destinate al nucleo contengono una sequenza di amminoacidi di indirizzamento chiamata= segnale di localizzazione nucleare. Questi amminoacidi sono la lisina e l’arginina, amminoacidi basici che sono un’etichetta per la proteina. Successivamente ci saranno delle proteine trasportatrici che riconosceranno queste etichette. Cosa entra nel nucleo? Proteine strutturali (istoniche e non istoniche) Proteine che vanno a formare i ribosomi. Il nostro patrimonio genetico è organizzato in cromosomi e cromatina Quelle di tipo funzionale, tipo replicare il DNA. Nel nucleolo: Le proteine entrate dal citosol Sono assemblate nel nucleolo le subunità ribosomiali, che dopo aver subito questo processo andranno a lavorare nel citoplasma. Il nucleolo ha 2 regioni: Regione Fibrillare, ci sono tratti di DNA i cui geni codiﬁcano la trascrizione di RNA ribosomiale. Regione granulare, sede in cui si assemblano RNA ribosomiale e le proteine ribosomiali per formare le subunità del ribosoma Il nucleo all’interno presenta il DNA ma non lo troviamo in forma lineare bensì organizzato in un modo particolare per preservarlo e facilitare la sua trascrizione. Le molecole di DNA essendo lunghe sono impacchettate in una struttura altamente organizzata perché poi devono entrare all’interno del nucleo. IL DNA si associa a proteine per formare la cromatina. Questa è la forma in cui gli acidi nucleici si trovano nel nucleo di una cellula in interfase queste proteine che legano il DNA possono essere di due tipi: Istoniche,sono proteine altamente conservate nell’evoluzione Le proteine istoniche sono ricche in Lisina ed Arginina, sono proteine basiche dotate di una carica netta positiva. Non istoniche, proteine eterogenee con caratteristiche meno costanti delle proteine istoniche Gli istoni sono responsabili del primo livello di organizzazione dei cromosomi= il nucleosoma. Ogni singola particella nucleosomica è costituita dal complesso di 8 proteine istoniche (istone H2A,H2B,H3,H4) e ce ne sono 2 per tipo e il doppio ﬁlamento di DNA si avvolge intorno all’ottamero istonico. Ogni nucleosoma è separato da DNA linker. 1) La formazione dei nucleosomi converteunamolecoladi DNA inun ﬁlo di cromatinalungo circa 1/3 della lunghezza iniziale. Qui ho la famosa collana di perle che costituisce il PRIMO LIVELLO DI COMPATTAMENTO DEL DNA. 2) Successivamente avvicino le perle, e quindi i nucleosomi stessi si aggregano dando luogo ad una struttura più compatta, avrò una ﬁbra da 30nm, si diminuisce ancora di più la lunghezza della cromatina.Quando vado a formare l’ottetto, gli istoni hanno delle “code” che escono fuori, queste code sono gli amminoacidi, e H1, istone più grande, fa sì, che due nucleosomi si tocchino così da ridurre le dimensioni. Qui avrò una cromatina più larga della collana di perle, ma la cromatina di una cellula vivente raramente la forma a collana di perle 3) Successivamente questa struttura diventa ancora più compatta, e lo fa disponendosi in anse che si irradiano da un asse centrale. Grazie alle proteine non istoniche si creano queste anse che andranno a formare il famoso “Scaffold proteico”. Qui avrò una ﬁbra di 300 nm. 4) Poi ho la struttura cromatinica di ﬁbra da 700 nm, la cromatina si spiralizza ancora di più. 5) In ﬁneda 1400nm, quando le anse si ripiegano ancora di più. Quello da 1400 nm è il livello di condensazione più alto ed è presente nei cromosomi mitodici. Nonostante i rigorosi livelli di organizzazione, la struttura della cromatina è molto dinamica, sono importanti due strategie generali per cambiare reversibilmente strutture locali di cromatina. COMPLESSI DI RIMODELLAMENTO DELLA CROMATINA SPINTI DA ATP MODIFICAZIONE COVALENTE (ACETILAZIONE, METILAZIONE, FOSFORILAZIONE) CATALIZZATA DEGLI ISTONI (H1) A LIVELLO DELLE CODE ISTONICHE IN UNA DETERMINATA REGIONE O DEL DNA STESSO In una cellula in interfase trovo due tipi di cromatina: Eucromatina, meno condensata, la trovo in zone dove ho un alta attività di trascrizione Eterocromatina, più condensata e non la trovo in zone di trascrizione, perché inattiva. Questa a sua volta la divido in: I. Costitutiva, non viene mai espressa. Un esempio è quella che nei cromosomi dei mammiferi si trova attorno al centromero e alle estremità telomeriche e rappresenta il 10% del materiale cromatinico. II. Facoltativa, propria delle regioni del DNA silenziato, funzione della speciﬁcità cellulare o inibita da particolari geni. Lyonizzazione, durante la fase embrionale delle femmine dei mammiferi, uno dei cromosomi X, in tutte le cellule, viene inattivato in maniera permanente. Inattivazione del cromosoma è casuale, o quello della madre o quello del padre. Tale cromosoma viene silenziato e quindi inerte dal punto di vista trascrizionale, si forma un pacchetto di eterocromatica e si formerà il famoso corpo di Barr. (un esempio sono le gatte femmine). Questo ci permette di controllare l’espressione genica dal punto di vista fenotipico Il patrimonio genetico è diverso da specie a specie, ad esempio noi siamo organismi diploidi “2n” ad eccezione dei gameti che hanno “n”aploidi. Gli omologhi: uguali geni che occupano lo stesso locus per un carattere. Un carattere che occupa lo stesso locus per lo stesso gene è detto allele. Epigenetica: controllo dell’espressione genica. Per attivare un gene, attivo degli enzimi che attaccano o rimuovono gruppi funzionali dalla proteina, cambiando la conformazione. ESPRESSIONE GENICA I processi di trascrizione e traduzione si realizzano in tutti gli organismi viventi e questa è l’espressione genetica. Avrò la conversione del DNA in Proteine. Dogma centrale della biologia è: DNA>RNA>Proteine. Tutti i processi che avvengono sono sottoposti a regolazione. Il concetto di regolazione induca che si possono indurre o reprimere certe attività in base alle richieste della cellula. Negli organismi procarioti un’espressione genica selettiva consente alla cellula di risparmiare energia, sintetizzando solo quelle proteine che gli servono in determinate condizioni ambientali. Negli organismi eucarioti invece è molto più selettiva, perché consente alle cellule di adattarsi all’ambiente, di svolgere funzioni specializzate durante la divisione e il differenziamento e nei vari stadi dello sviluppo. Inoltre le proteine possono variare da cellula a cellula e da stadio a stadio. Il gene è una sequenza di DNA che contiene l’informazione genetica, poi converti il DNA in RNA. Ho diversi tipi di RNA, ciascuno codiﬁcato da un gene speciﬁco. Messaggero Ribosomiale Transfert Tutti e 3 sono coinvolti nella sintesi proteica. 1) I geni ribosomiali, li posso trovare liberi nel citoplasma oppure adesi al RER. I ribosomi sono talmente tanti che nella maggior parte delle cellule più dell’80% dell’RNA lo trovo sotto forma di rRNA. Per fornire alla cellula un numero così elevato di trascritti le sequenze di DNA che codiﬁcano per rRNA sono ripetute centinaia di volte. CENTRIFIBRILLARI= Codiﬁcano e hanno una struttura ad albero di natale. 1) Geni per l’rRNA situati uno dopo l’altro lungo una singola molecola di DNA (disposizione in tandem dei geni per l’rRNA ripetuti) 2) Ognuna delle ﬁbrille che si espande dal DNA è un trascritto di rRNA nascente 3) Il granulo scuro alla base di ogni ﬁbrilla = RNA polimerasi I responsabile della formazione di quel trascritto 4) Il tratto di DNA tra le ﬁbrille di RNA più corte e quelle più lunghe = UNITÀ DI TRASCRIZIONE 5) La regione della ﬁbra di DNA tra unità di trascrizione adiacenti priva di catene di RNA nascenti = SPAZIATORE NON TRASCRITTO. 2) Geni codiﬁcanti per i tRNA. Ho tanti tRNA quanti sono gli amminoacidi. Questi geni si ripetono più volte in piccoli gruppi(cluster) all’interno del genoma. Le sequenze di DNA che codiﬁcano un dato tRNA si trovano in un clauster. Il DNA nel clauster si chiama tDNA è composto da sequenze spaziatrici che non sono trascritte, mentre le sequenze codiﬁcanti sono situati ad intervalli regolari. 3) Gene eucariote per gli mRNA,sarebbe la porzione trascritta, contiene quindi le informazioni per costruire la proteina, ma prima ho delle sequenze nucleotidiche che costituiscono il promotore.(questo non verrà trascritto) Contiene i siti di regolazione, di riconoscimento, di legame per RNA polimerasi 2 e indica quale è il primo nucleotide del gene che deve essere trascritto. In generale trovo solo un promotore per gene, ma può accadere che un singolo promotore controlla più geni. STRUTTURA DEL GENE. Composto da una sequenza di basi speciﬁche (DNA), organizzato in modo che il DNA venga trascritto in RNA. La trascrizione comincia in prossimità del PROMOTORE, mentre la trascrizione ﬁnisce a livello di un'altra regione detta TERMINATORE= conﬁni del gene che vengono trascritti. Avrò delle sequenze regolatrici, le quali si trovano all’interno del promotore, che partecipano al controllo della trascrizione e sono il punto di attacco di per proteine regolatrici, (fattori trascrizionali) le quali possono inﬂuenzare la velocità in senso positivo o negativo della trascrizione. Elementi di controllo prossimale: TATA box:E’comune a tutti i promotori eucariotici, e qui si attacca il primo fattore di trascrizione. Induce il cambiamento sia di sè stesso che della sequenza di DNA, favorendo l’attacco di altri fattori trascrizionali, tra cui l’RNA polimerasi. È una sequenza di TATAA, situata 25 nucleotidi prima della sequenza da trascrivere. Questo è chiamato core del promotore perché è dove si l’RNA polimerasi. CAAT e GC BOX, controllano la velocità della trascrizione. Questi legano delle proteine di regolazione, le quali fanno che modiﬁcano l’eﬃcienza del Tata box da parte dell’RNA polimerasi. Elementi di controllo distale: ENHANCER, sono sequenze posizionate 1000 nucleotidi prima dell’inizio della trascrizione e servono ad aumentare la velocità della trascrizione. Agli Enhancer si legheranno poi le proteine che andranno a legarsi con L’RNA polimerasi. SILENCER,rallentano o inibiscono completamente la trascrizione e si trovano in genere dopo il gene trascritto. Quindi il controllo a livello trascrizionale determina quali dei molti geni del nucleo sono trascritti in molecole di RNA e quali no. Il grado di spiralizzazione della cromatina inﬂuenza molto l’espressione genica. La trascrizione richiede dei cambiamenti della struttura della cromatina che consenta ai fattori di trascrizione di accedere e legarsi al DNA nella regione del promotore. I nucleosomici quindi possono essere temporaneamente modiﬁcati tramite fosforilazione, metilazione degli istoni. A volta la metilazione induce un maggiore impacchettamento della cromatina e quindi il gene sarà silenziato. Al contrario l’acetilazione dell’istone H1 rappresenta una modiﬁcazione che riduce la compattezza della cromatina nel punto in cui è situato il gene. TRASCRIZIONE L’informazione contenuta nel DNA fornisce le informazioni per la sintesi di una molecola di RNA. Le caratteristiche tra trascrizione dei procarioti e degli eucarioti sono identiche. Il linguaggio rimane sempre lo stesso, ho sempre una sequenza nucleotidica. La trascrizione è effettuata dall’RNA polimerasi, la quale in direzione 5’>3’(leggerò nella direzione della molecola nascente), seguendo il normale comportamento dell’accoppiamento delle basi (A-U, C-G). RNA polimerasi si unisce inizialmente al promotore di un gene, quale questo enzima (RNA) riconoscere e quindi sceglie quale dei due ﬁlamenti trascrivere. Questo enzima despiralizza e apre la doppia elica. Quando si arriva alla sequenza ﬁnale la RNA polimerasi si stacca dal gene e il DNA si richiude. La trascrizione avviene grazie all’intervento di un apparato molecolare, caratterizzato dallapresenza di più proteine. Una grossa categoria di queste proteine sono i fattori trascrizionali, i quali si trovano nelcitoplasma in forma inattiva e che devono essere attivati dalle chinasi mediante cambio di trasformazione. I fattori trascrizionali vengono quindi fosforilati e si spostano dal citoplasma al nucleo attraverso i pori nucleari. Questi fattori sono molti e sono indispensabili per far aderire al promotore l’enzima che compie la trascrizione, l’RNA polimerasi DNA-dipendente (RNA polimerasi: polimerizza l’unione dei nucleotidi che formano l’RNA; DNA- dipendete: la polimerizzazione avviene a seconda alle basi che legge nel ﬁlamento). Le tre fasi della trascrizione: 1) Fase di inizio: ﬁno a che l’RNA polimerasi non trova il promotore a cui hanno aderito i fattori trascrizionalinon inizia la trascrizione. Si forma quella che viene deﬁnita “bolla di trascrizione”. Infatti l’RNA separa i dueﬁlamenti di DNA. 2) Fase di allungamento: l’RNA polimerasi scorre lungo tutto il DNA per sintetizzare l’RNA. 3) Fase di terminazione: l’RNA polimerasi raggiunge il terminatore e si dissocia dal DNA insieme al trascritto di RNA. Tuttavia essendoci negli eucarioti più tipologie di RNA dobbiamo disporre di più tipi di enzimi a seconda dell’RNA che devo sintetizzare. RNA polimerasi I per gli rRNA RNA polimerasi II per gli mRNA RNA polimerasi III per i tRNA MATURAZIONE DEGLI mRNA Mentre nei procarioti mRNA viene trascritto subito in proteina e si può dire che il processo di traduzione e trascrizione avviene in contemporanea nel citoplasma. Negli eucarioti invece la trascrizione avviene nel nucleo, mentre la traduzione avviene nel citoplasma. Cosa succede alla molecola di RNA appena trascritta? Non è ancora pronta per essere utilizzata ma deve subire unprocesso di maturazione, quindi da pre-RNA o RNA eterogeneo nucleare sarà modiﬁcato a RNA maturo. Questo processo consiste in alcune modiﬁcazioni: 1) Aggiunta del cappuccio all’estremità 5’: questo cappuccio non è altro che un nucleotide che è statomodiﬁcato. Si tratta cioè di una guanosina che è stata metilata nella posizione 7 dell’anello purinico (7-metil-guanosina). Questo cappuccio dà la stabilità all’mRNA, proteggendo la molecola dalla degradazione precoce da partedelle nucleasi, che agiscono al 5’ della molecola dell’RNA. Tale protezione è importante perché consente all’mRNA di arrivare intatto al citoplasma dove avverrà la sintesi proteica. Inoltre svolge un altro ruolo importante, quello di far posizionare correttamente mRNA sul ribosoma per l’inizio della traduzione e determinare l’uscita dell’mRNA maturo dal nucleo. 2) Aggiunta della coda di poli (A) all’estremità 3’:Sequenza di nucleotidi contenenti adenina, lunga circa 100 a 200 nucleotidi. Questa sequenzaè sintetizzata dall’enzima PoliA-polimerasi che catalizza l’aggiunta di tale sequenza all’mRNA. Questa modiﬁca serve a proteggere l’mRNA dall’attacco delle nucleasi. Inoltre tale coda serve anche per far passare questa molecola dal nucleo dove è stata trascritta e maturata alcitoplasma dove verrà tradotta. Più è lunga la catena di PoliA, maggiore sarà la vita nel citoplasma dell’mRNA. 3) Rimozione degli introni, elementi presenti nel trascritto primario ma non nell’RNA maturo e quindi non verranno tradotti. Il gene è costituito da esoni ed introni e quando viene trascritto vengono trascritte entrambe le componenti. Per avere l’RNA maturo devo togliere gli introni e questa rimozione è un processo complicato ed estremamente preciso in quanto il taglio deve avvenire nel conﬁne netto tra introne ed esone. Questo processo di splicing è svolgo dagli spliceosomi, proteine che riescono a tagliare precisamente nelconﬁne in quanto riconoscono delle sequenze poste all’inizio e alla ﬁne dell’introne. 5’-GU all’estremità 5’ dell’introne: sito 5’ di splincing. AG-3’ all’estremità 3’ dell’introne: sito 3’ di splicing. Alla ﬁne di questo processo ciò che ottengo è una molecola costituita solo da un insieme di esoni. A partireda un unico gene posso ottenere più proteine correlate (splicing alternativo). Il taglio deve avvenire in maniera precisa, un singolo errore su un nucleotide, magari escluso oppure conservato cambierebbe la cornice di lettura dell’mRNA. CIRCA IL15% DELLE MALATTIE EREDITARIE UMANE SEMBRA SIA DOVUTO A MUTAZIONI CHE ALTERANO LO SPLICING DELL’mRNA. Per riconoscere le sequenze del trascritto primario da eliminare ci sono delle speciﬁche sequenze di riconoscimento che sono situate al conﬁne tra esone e introne, caratterizzata da speciﬁche sequenze nucleotidiche che sono AG e GU. L’introne viene escisso come struttura a cappio: 1) TAGLIO DEL SITO DI SPLICING AL 5’ 2) FORMAZIONE DI UN CAPPIO MEDIANTE UN LEGAME COVALENTE TRA L’ESTREMITA’ 5’ DELL’INTRONE ED UN RESIDUO DI ADENOSINA PROSSIMO ALL’ESTREMITA’ 3’ DELL’INTRONI 3) TAGLIO DEL SITO DI SPLICING AL 3 4) RILASCIO DEL CAPPIO E UNIONE COVALENTE DELLE ESTREMITA’ DEGLI ESONI. Lo splicesoma è composto da tante subunità note come snRNP. Ognuno di quest’ultimo è composto da: 1) pre-mRNA 2) PICCOLE PARTICELLE RIBONUCLEOPROTEICHE A cosa servono gli introni? Sono un meccanismo di regolazione dell’espressione genica, per questo elimino solo alcune sequenze introniche per dare dare origine a più proteine diverse partendo dallo stesso tratto di DNA Così come l’RNA messaggero subisce questo processo di maturazione, anche rRNA e tRNA vanno incontro amodiﬁcazioni. Codice genetico IL codice genetico è il mezzo secondo cui il linguaggio nucleotidico viene convertito in amminoacidico. La sequenza di nucleotidi nell’mRNA viene lette in gruppi di 3 basi, detti CODONI o TRIPLETTE. Le triplette sono in totale 64: 1) Di cui 61 solo codoni senso, le quali triplette codiﬁcano ognuno un amminoacido. 2) Le restanti 3 triplette sono codoni non senso o codoni stop, non codiﬁcano per nessun amminoacido ma fanno terminare la traduzione. Caratteristiche codice genetico: 1)Degenerato o Ridondante, ossia un amminoacido può essere codiﬁcato da più triplette, ma ho delle eccezioni, ad esempio: AUG è l’unico codone speciﬁco per la Metionina. UGG è l’unico codone speciﬁco per il triptofano. 2) Universale,i codoni speciﬁcano quasi sempre per gli stessi amminoacidi, unica eccezione a livello del genoma mitocondriale dove i codoni codiﬁcano per amminoacidi diversi. 3) Non sovrapposto, ciascun nucleotide lungo mRNA appartiene ad un codone I codoni simili possono variare per il terzo nucleotide. Questa cosa fa si che in caso di mutazioni il tasso di invasione della malattia si riduca, perché magari il nucleotide sostituito va a formare una tripletta che codiﬁca per lo stesso amminoacido. TRADUZIONE Detta anche sintesi proteica, avviene nel citoplasma e ha sede sui ribosomi. Gli amminoacidi vengono uniti per formare la struttura primaria della proteina. Il codone di inizio è AUG e alla ﬁne è tre codoni stop (UAA;UAG;UGA). La traduzione procede in direzione 5’>3’. Partecipano 3 tipi di RNA: 1) mRNA, trasporta i messaggi sotto forma di codoni 2) tRNA, fa da interprete, trasformando il linguaggio nucleotidico in amminoacidico. 3) rRNA, parte integrante del ribosoma. I ribosomi degli eucarioti sono composti da due subunità, una maggiore e una minore, che unite hanno un coeﬃciente di sedimentazione pari a 80S, contro i 70S dei procarioti. rRNA sintetizzato nel nucleolo, mentre le proteine ribosomiali nel citosol. Le proteine ribosomiali entreranno poi nel nucleolo per assemblarsi con l’mRNA e andranno a formare le subunità ribosomiali. Queste subunità andranno poi nel citosol, dove avviene la formazione vera e propria del ribosoma. I ribosomi hanno 4 siti d legame: SITO A: sito amminoacidico. SITO P: sito peptidico SITO E: sito EXIT, a differenza degli altri 3, si trova sulla subunità maggiore SITO per mRNA. I ribosomi che sono la sede della sintesi proteica, sono strutture formate da due subunità, contenenti ciascuna una molecola di mRNA. Il tRNA, ha una struttura tridimensionale, dove da un lato lego gli amminoacidi, dall’altro lego i codoni di mRNA grazie all’anticodone, quindi avrò una tripletta di nucleotidi complementare. (tRNA+amminoacido, questo legame avviene grazie all’amminoacil-tRNA sintetasi) e in più ho fattori di traduzione che facilitano il processo. AMMINOACIL-tRNA SINTETASI LEGAME TRA AA E tRNA (amminoacilazione o caricamento) E’ AD ALTA ENERGIA: L’IDROLISI DI TALE LEGAME RILASCERA’ SUFFICIENTE ENERGIA PER GUIDARE LA FORMAZIONE DEL LEGAME PEPTIDICO. QUANDO L’AA SI E’ ATTACCATO, IL tRNA E’ DEFINITO AMMINOACILtRNA (o tRNA CARICO) E L’AAATTIVATO. Due codoni che speciﬁcano lo stesso AA e che sono diversi solamente a livello della terza posizione, possono usare lo stesso Trna. VIRUS Chiamati anche virioni, sono particelle infettive, le quali non riescono a replicarsi in maniera autonoma, quindi hanno bisogno di una cellula ospite= PARASSITI ENDOCELLULARI OBBLIGATI SPECIFICI, hanno bisogno dell’apparato energetico della cellula ospite, hanno bisogno di sfruttare gli enzimi etc. Sono costituiti da una molecola di DNA/RNA (in questo caso presentano l’enzima trascrittasi inversa che trasforma l’RNA in DNA. A loro volta hanno un rivestimento proteico, il CAPSIDE, di natura lipidica, acquisito dalla cellula ospite al momento della replicazione dei virioni. Sono detti speciﬁci perché alcuni virus infettano solo alcuni tipi di cellule, ad esempio alcuni solo quelle vegetali, altri solo quelle animali altri solo i batteri batteriofagi o fagi). Per esempio l’Epatite colpisce soltanto le cellule del fegato. Le dimensioni dei virus vanno da 10-300nm. Ogni virus interagisce con la cellula ospite attraverso proteine di superﬁcie che interagiscono con proteine di superﬁcie della cellula stessa tale interazione determina la speciﬁcità del virus. Un virus ha, generalmente, una gamma di ospiti relativamente ristretta un cambiamento di speciﬁcità della cellula ospite salto di specie o «spillover»è alla base delle pandemie. I virus, mutando, possono acquisire nuove capacità, tra cui produrre nuove versioni delle proteine del capside in grado di riconoscere cellule umane, penetrare in esse e replicarsi eﬃcacemente. Accade più frequentemente nei virus a RNA, come i Coronavirus che hanno in media un tasso di mutazione più elevato e quindi possono più facilmente acquistare la capacità di infettare le cellule umane. Il salto di specie avviene in genere a seguito di un contatto prolungato tra l'uomo e l'animale portatore del patogeno originale: Esempi: salto di specie maiale-uomo e uccello-uomo. Quando un virus cambia la specie ospitante può accadere che: l'ospite infettato sia completamente sprovvisto di difese immunitarie speciﬁche che di solito contribuiscono ad attenuare i sintomi di infezioni portate da virus più largamente diffusi nella popolazione. il virus non ha avuto il tempo di modiﬁcarsi in varianti meno letali e quindi determina un'infezione grave nel nuovo ospite. Le infezioni viali possono essere di due tipi: 1)Ciclo lisogenico, il batteriofago si ﬁssa sulla superﬁcie batterica e inietta il suo acido nucleico all’interno della cellula ospite. Qui il genoma del virus si integra, si chiude ad anello con quello della cellula ospite e la cellula dividendosi si porta dietro il DNA/RNA virale. A volte questo può portare a gravi conseguenze in ambito tumorale, se il gene virale si trova vicino ad un promotore attivo ci sarà una trasformazione veloce=Leucemia. L'imperfetta escissione di un provirus può portare al trasporto di geni da un organismo ospite ad un altro, un processo denominato transfezione. 2)Ciclo litico,un batteriofago infetta una cellula ospite, iniettando il proprio DNA all’interno e il DNA fagico si dirige verso la sintesi di nuovi fagi, sfruttando l’apparato biosintetico della cellula ospite= la cellula si lisa e escono i vari fagi. Varie malattie virali: 1)La poliomielite, è una malattia infettiva causata da poliovirus, virus a RNA appartenenti al genere Enterovirus. Il contagio avviene attraverso goccioline di saliva di persone infette o per via oro-fecale. Colpisce le cellule nervose provocando paralisi. Non esistono cure per la poliomielite, se non trattamenti sintomatici, che possono solo in parte minimizzare gli effetti della malattia. L’unica possibilità di sconﬁggere la malattia è rappresentata dalla prevenzione attraverso la vaccinazione. 2)Il vaiolo è causato dal virus Variola major che si manifesta con febbri elevate e con la comparsa di pustole ulceranti su tutto il corpo. Nel 30% dei casi risulta fatale. Grazie alla vaccinazione, l'ultimo caso conosciuto di vaiolo nel mondo è stato diagnosticato nel 1977 in Somalia. L’Organizzazione mondiale della sanità ha dichiarato uﬃcialmente eradicata questa malattia nel 1980. 3)La febbre gialla è provocata da un virus appartenente al genere Flavivirus, cui appartengono anche i virus responsabili della dengue e della encefalite giapponese. La si trasmette attraverso la puntura di zanzare Aedes. E' endemica nelle aree tropicali dell’Africa, del Centro e del Sud America. L'infezione provoca varie forme di malattia, da lieve a grave ﬁno al decesso. 4)Ebola: Il contagio è mediante contatto con sangue o ﬂuidi corporei di un animale infetto (comunemente le scimmie o pipistrelli della frutta). Da due giorni a tre settimane dopo aver contratto il virus, compaiono febbre, dolori muscolari, cefalea, nausea vomito, diarrea con alterazione della funzionalità epatica e gastrica seguite da emorragie esterne o interne. Il rischio di morte tra le persone infette è estremamente alto (50-70%). Attualmente non esiste un trattamento speciﬁco per curare la malattia. 5)I Coronavirus sono una vasta famiglia di virus noti per causare malattie che vanno dal comune raffreddore a malattie più gravi come la Sindrome respiratoria mediorientale (MERS) e la Sindrome respiratoria acuta grave (SARS). I Coronavirus sono stati identiﬁcati a metà degli anni ’60 e sono noti per infettare l'uomo ed alcuni animali (inclusi uccelli e mammiferi). I Coronavirus hanno morfologia rotondeggiante e dimensioni di 100-150 nm di diametro (circa 600 volte più piccolo del diametro di un capello umano!). Nel Dicembre 2019 a Wuhan, in Cina, è stato isolato un nuovo virus appartenente a questa famiglia, denominato SARS-CoV-2. La sequenza virale di questo nuovo Coronavirus ha un’omologia di circa il 76% rispetto al virus che causò la pandemia di SARS nel 2002/2003, dunque i due virus sono molto simili. La sindrome respiratoria acuta grave Coronavirus-2 (SARS-CoV-2) è il nome dato al nuovo coronavirus del 2019. COVID-19 è il nome dato alla malattia associata al virus. SARS-CoV-2 è un nuovo ceppo di coronavirus che non è stato precedentemente identiﬁcato nell'uomo. I pipistrelli sono considerati ospiti naturali di questi virus, ma anche molte altre specie di animali sono considerate fonti. A differenza dell'inﬂuenza, per COVID-19 non esiste un vaccino né un trattamento speciﬁco. Inoltre sembra essere più trasmissibile dell'inﬂuenza stagionale. Poiché si tratta di un nuovo virus, nessuno ha un'immunità pregressa, il che signiﬁca che l'intera popolazione umana è potenzialmente suscettibile all'infezione da SARS-CoV-2. Bioenergetica Branca cella scienza che si occupa delle trasformazioni di energia negli organismi viventi -> distinti in: Autotroﬁ -> sintetizzano le molecole organiche a partire da energia luminosa. Eterotroﬁ -> la loro vita dipende dagli autotroﬁ. trasformano l’energia chimica degli alimenti per utilizzarla in tutte le funzioni. Glucosio negli autotroﬁ Fotosintesi -> le piante a partire da 6 molecole di CO2 e 6 molecole di H2O sintetizzano una molecola di glucosio (esoso) e 6 molecole di O2 e avviene nei cloroplasti -> strutture altamente specializzate che contengono cloroﬁlla (pigmento) nei cui avviene la fotosintesi. Glucosio negli eterotroﬁ. Le cellule non utilizzano immediatamente l’energia dal glucosio, ma la trasformano in tanti passaggi ﬁno ad arrivare all’ATP. All’interno delle cellule non c’è un deposito di ATP (sarebbe pericoloso) -> la cellula modula la produzione di ATP in base alle sue esigenze in quello speciﬁco momento. Non depositi di ATP ma depositi di glucosio trasformato al bisogno. Glucosio = molecola energetica elettiva. ATP = moneta energetica elettiva -> tutte le funzioni vitali necessitano di energia -> viene sempre prodotta ATP. ATP = adenosintrifosfato = nucleotide trifosfato. I gruppi fosfato hanno carica negativa (normalmente si respingerebbero) -> per tenerli insieme ci vuole energia (7.5 k/cal) -> quando i gruppi fosfato vengono separati l'energia viene liberata. Processo di produzione dell’ATP. Grazie alle amilasi il cibo viene digerito e poi assorbito dal sangue (la glicemia si alza) -> il pancreas rilascia insulina (ormone che si lega a recettori tirosino- chinatici) -> i recettori GLUT si espongono sulla superﬁcie della membrana -> il glucosio entra nella cellula e: 1) Va in banca per essere utilizzato successivamente. 2) Viene utilizzata immediatamente. Il glucosio comincia ad essere degradato nel citoplasma in un processo chiamato glicolisi -> 10 reazioni diverse in cui il prodotto di una reazione diventa il substrato della successiva. Da una molecola di glucosio si ottiene 2 molecole di piruvato (3 atomi di carbonio l’una) Resa netta energetica della glicolisi = 2 ATP (si producono 4 ATP ma la cellula ne investe due nel processo) 1glucosio -> 2 Piruvato + 2 ATP + 2NADH + 2H+ + 2H2O. Il piruvato è ricco di energia -> il suo destino dipende dalla quantità di ossigeno nella cellula -> due vie metaboliche: Se ossigeno suﬃciente -> Respirazione cellulare (mitocondri). Se ossigeno non suﬃciente -> Fermentazione -> porta alla produzione del lattato (acido lattico) -> produzione di ATP minore rispetto alla respirazione cellulare. Due molecole chiave (coenzimi di numero limitato) nella conversione in ATP -> accettano elettroni (passano a un livello energetico superiore) e li ricedono -> reazioni di ossidoriduzione: NAD. FAD. Respirazione cellulare (nei mitocondri) -> produzione di 34 molecole di ATP. 2 momenti: Ciclo di Krebs -> nella matrice mitocondriale -> dove convergono i prodotti catabolici di vari metabolismi (glucosio, lipidi, amminoacidi) aﬃnché si possa convertire l’energia di legame di questi composti in ATP -> conversione di piruvato in acetil-coenzima A. Fosforilazione ossidativa -> nella membrana mitocondriale interna. Ciclo di krebs: Serie di reazioni di decarbossilazione ossidativa (staccamento di carbonio attraverso ossidazione) -> si condensa una molecola di acetil-coenzima A con una molecola di ossalacetato -> reazione ciclica che necessita di coenzimi NAD e FAD come accettori di elettroni (riduzione). Produzione di CO2 e riduzione di NAD e FAD. L’energia degli elettroni ospitati temporaneamente nel NAD e FAD viene usata per fabbricare ATP. Fosforilazione ossidativa. La membrana mitocondriale interna presenta molte proteine -> si uniscono a formare complessi che costituiscono la catena di trasporto degli elettroni: Complesso 1 -> il NAD ridotto entra e si ossida -> ritorna NAD e può rientrare nella glicolisi e nel ciclo di Krebs. Complesso 2 -> il FAD ridotto entra e si ossida -> ritorna FAD e NAD. Gli elettroni liberati ﬂuiscono da un complesso all’altro (complesso 3 e 4). Complesso 4 -> si ossida quando riceve gli elettroni e si ossida quando li cede all’O2 che si riduce diventando H20. I complessi sono ordinati secondo un potenziale ossidoriduttivo crescente -> il complesso successivo per strappare gli elettroni deve essere più forte di quello che lo precede. Teoria chemio-osmotica di Mitchell -> formazione di un gradiente protonico (i complessi oltre a trasportare elettroni funzionano come pompe protoniche nello spazio intermembrana) -> accumulo di ioni H+ che passano attraverso la F0-F1 ATPsintetasi -> F0 = canale per protoni; F1 = enzima che catalizza la sintesi di ATP attaccando un Pi a un ADP (energia per il legame ottenuto grazie al gradiente protonico). CICLO CELLULARE Negli eucarioti ho 2 tipi di divisioni cellulari: la mitosi e la meiosi. Tutte le cellule del nostro corpo, le cosiddette cellule somatiche vanno incontro a mitosi, dove da una cellula madre ho 2 cellule ﬁglie identiche. Nella meiosi invece, a partire da una cellula madre ottengo cellule ﬁglie diverse dalla madre si per contenuto citoplasmatico, sia morfologicamente, sia per il contenuto genetico, cosa importante è che sono Aploidi e hanno subito il Crossing over. La meiosi avviene nei gameti. Il ciclo cellulare è il tempo che intercorre tra una divisione e la successiva. È composta da: Interfase, accresce. Questa comprende 3 sottofasi: 1) G1, svolge tutte le sue funzioni vitali e cambia da cellula a cellula e soprattutto dipende dal collegamento cellula-ambiente esterno. ho dei fattori di crescita che mi dicono che la cellula deve accresce per poi passare alla fase S. Ho alcune cellule restano in fase G0, come i neuroni e le cellule muscolari. 2) Punto di non ritorno, se si arriva qui non si torna indietro, perché ho la sintesi del DNA, duplicazione del patrimonio genetico. 3) G2, accrescimento citoplasmatico e duplicazione degli organelli. Mitosi (M), divisione vera e propria, e poi ho citocinesi, separazione cellule in 2 cellule ﬁglie. Divido il patrimonio genetico, quei cromatidi che si sono fermati lì li devo dividere in maniera perfetta sennò problemi. Ho diverse tipologie di cellule: Labili, si dividono in continuazione. -Spermatogoni: danno origine ai gameti maschili -Cellule staminali ematopoietiche: danno origine ai globuli rossi e bianchi. -Cellule epiteliali: che rivestono le cavità e le superﬁci corporee Stabili, solo in alcune situazioni, solo con determinate stimolazioni. Un esempio sono gli epatociti, infatti se un epatocita va incontro a necrosi, l’epatocita vicino si divide per rimpiazzarlo. Linfociti: possono essere indotti a dividersi dall’interazione con un antigene appropriato. Quando una cellula non si divide per tanto tempo si dice che è entrata di fase G0, poi possono riprendere a dividersi. Perenni, neuroni e muscolari, le quali restano in fase G0 MITOSI Composta da diverse fasi: Profase, Ho una condensazione dei cromosomi, li riesco a vedere al microscopio ottico, ma non li distinguo singolarmente. Ho la dispersione dell’involucro nucleare e della membrana nucleare. Ho i centrosomi, ognuno contenente i centrioli, duplicati durante la fase S. dai centrioli si diramano corti microtubuli disposti a raggiera=Aster. Grazie ai centrosomi inizia a formarsi il fuso mitotico, ﬁbre di microtubuli che attraversano la cellula Prometafase, ho la dissoluzione dell’involucro nucleare in frammenti che si integrano con il RE. I centrosomi stanno ai poli opposti della cellula. i microtubuli penetrano nel nucleo della cellula e agganciano i cromosomi a livello dei cinetocori, struttura proteica, che si trova a livello del centromero. I microtubuli vanno da una parte all’altra della cellula. I cromosomi appaiono molto condensati e sono distinguibili le zone centromeriche che tengono insieme i cromatidi fratelli. Questa adesione avviene anche grazie a proteine di adesione, le coesine. Metafase, i cromosomi li trovo sul piano equatoriale (piastra metaﬁsica), quindi ho i cinetocori allineati. Unico punto di controllo della mitosi, se i cromosomi non sono ben allineati sulla piastra metaﬁsica si blocca la mitosi. Fase molto breve in cui i cromosomi hanno il massimo della visibilità. Anafase, i cromatidi fratelli si separano, migrando ai poli opposti della cellula. questa migrazione è possibile grazie all’eliminazione delle strutture che tenevano insieme i cromatidi fratelli (coesine). Questo movimento ai poli opposti è dovuto anche ad un accorciamento dei microtubuli che tengono i cromatidi e un allontanamento dalle due parti opposte del fuso. Telofase, qui ormai i cromatidi sono veri e propri cromosomi, i quali raggiungono la parte opposta della cellula e inizia la loro despiralizzazione e intorno ad essi ricomincia a formarsi l’involucro nucleare dei nuclei ﬁgli. Ladespiralizzazione del materiale cromosomico preclude la ripresa dell’attività costituzionale e in ogni nucleo delle cellule ﬁglie inizia la formazione del nucleolo. Il fuso mitotico si disintegra. In questa fase ha inizio anche la divisione citoplasmatica delle cellule ﬁglie= citodieresi. Nelle cellule animali che si dividono, la formazione delle due cellule ﬁglie avviene con la comparsa sulla superﬁcie esterna di un restringimento a forma di solco che dalla superﬁcie esterna si estende ﬁno all’interno. Il solco è ricco di ﬁlamenti di actina che scivolano l’uno sull’altro spinti da piccoli ﬁlamenti di miosina che generano la forza= Anello contrattile. MEIOSI Avviene nella linea germinativa e ho un processo di differenziamento. Alla ﬁne avrò 4 cellule ﬁglie diverse dalla cellula madre, ognuna con il patrimonio genetico diverso dalla cellula madre (2n>n). importante è la variabilità generica. Per garantire il dimezzamento del numero dei cromosomi dei gameti, la meiosi avviene in due divisioni, separate da una intercinesi, in cui non avviene la sintesi del DNA. 1° divisione è detta riduzionale, avviene la segregazione delle cellule ﬁglie, precisamente degli omologhi di ciascuna coppia cromosomica, realizzando così 2 cellule a corredo aploide di cromosomi con 2 cromatidi fratelli 2° divisione è detta equazionale, simile a una mitosi, vanno ai poli opposti i cromatidi. 1° divisione meiotica. Questa è preceduta dalla sintesi del DNA, quindi nella meiosi 1 entra un patrimonio genetico duplicato, dove i cromosomi sono formati da 2 cromatidi fratelli uniti dalle coesine a livello del centromero. Parlo di cromosomi omologhi, i quali hanno la stessa lunghezza e presentano nello stesso locus gli stessi Geni. La profase 1 è la fase più lunga della meiosi 1. Questa è suddivisa in diverse fasi: Leptotene, la cromatina si despiralizza Zigotene, i cromosomi omologhi di ogni coppia, costituiti dai cromatidi fratelli, vanno a formare le tetradi. Pachitene, il processo di formazione delle tetradi è dato grazie alle sinapsi. In questa fase, grazie alla vicinanza dei segmenti ho lo scambio dei cromatidi non fratelli =CROSSING OVER, quindi avrò la ricombinazione genetica. Il punto in cui avviene il crossing over è il chiasma. Diplotene, i cromosomi omologhi tendono a separarsi a livello del centromero ma rimangono uniti nel chiasma. Diacinesi, si conclude la profase e ho il passaggio alla metafase. Prometafase 1: i cromosomi si condensano ulteriormente e i nucleoli scompaiono e si conclude la formazione del fuso mitotico. Metafase 1: I cromosomi omologhi si attaccano a fasci di microtubuli del fuso a livello dei cinetocori e si portano sul piano equatoriale, organizzati lungo la piastra metaﬁsica. Anafase 1:Gli omologhi si staccano e migrano ai poli opposti pe effetto di modiﬁcazioni strutturali di microtubuli Telofase 1: i cromatidi fratelli, che compongono 1 omologo, raggiungono il polo, e si formano cellule apolidi. Inoltre l’involucro nucleare si ricostruisce e si formano due nuclei separati. 2° divisione meiotica Simile alla mitosi, perché qui si separano i cromatidi fratelli. Importante sottolineare che non avviene una nuova duplicazione. Quindi da aploidi bicromatidiche a 4 cellule aploidi monocromatidiche. Gametogenesi Insieme di processi che portano che portano alla formazione dei gameti, spermatozoi e cellula uovo. Le cellule interessate sono quelle della linea germinale, le quali si trovano rispettivamente nelle gonadi maschili = TESTICOLI e nelle gonadi femminili = OVAIE. Ricordiamo che una cellula diploide, 2n, contiene coppie di cromosomi omologhi, un set di origine paterna e uno di origine materna. Questi cromosomi omologhi appunto contengono geni nello stesso locus, i quali geni codiﬁcano per gli stessi caratteri che possono esprimersi in maniera diversa =ALLELI. Gametogenesi maschile: Avviene nella gonade maschile, testicolo. Quest’ultimi si trovano in una sacca esterna a borsa detta scroto, in quanto la spermatogenesi deve avvenire ad una data temperatura, circa 32°. Il testicolo ho costituito da numerosi lobuli contenenti: -Tubuli seminiferi in cui avviene la spermatogenesi. -Cellule interstiziali o di Leydig che servono a secernere testosterone Gametogenesi maschile: questa inizia durante la pubertà e dopo la meiosi 1 ho subito la meiosi 2. Alla ﬁneho 4 cellule Processo: 1) Spermatogonio 2n, si moltiplica per mitosi e alla pubertà diventano: 2) 2 spermatociti primari 2n, qui ha inizio la meiosi. Nella prima divisione meiotica da ogni spermatocita hanno origine: 3) 2 spermatociti secondari, n. con la seconda divisione meiotica da ognuna di queste cellule avrò: 4) Due spermatidi per ogni spermatocita e quindi in totale 4 spermatidi aploidi i quali poi matureranno in spermatozoi. Gli spermatozoi lasciano i tubuli seminiferi e raggiungono l’epididimo deve completano la maturazione, e vengono immagazzinati. Al momento dell’eiaculazione percorrono i dotti spermatici o vasi deferenti che, dallo scroto risalgono la cavità pelvica e si continuano nei dotti eiaculatori che sboccano nell’uretra. Il liquido seminale contiene circa 60 milioni di spermatozoi /ml. Alla sua costituzione partecipano i prodotti di secrezione di: vescichette seminali, con un secreto ricco di fruttosio e prostaglandine; prostata con un secreto basico ghiandole bulbouretrali con un secreto mucoso. Nella testa ho patrimonio genetico e ognuno è diverso. Nel collo ho una localizzazione densa di mitocondri che danno energia per motilità. Ovogenesi Ovogonio,2n. va incontro a mitosi ﬁno al terzo mesa della vita intrauterina, inoltre questo ovogonio va incontro a meiosi 1 diventando ovocita primario. Questa meiosi ﬁ ferma alla profase. Starà in questa condizione ﬁno alla pubertà. Raggiunta la maturità sessuale, l’ovocita primario comincia la sua maturazione proseguendo la meiosi 1 e concludendola, cominciata nella vita fetale, all’interno del follicolo primario, il quale si trova nell’ovaio. Con questa prima divisione si formano 2 cellule aploidi con diverse caratteristiche: -Ovocita secondario, contenuto dal follicolo maturo, che conserva gran parte della massa citoplasmatica della madre. Questo si libera nelle tube di falloppio durante l’ovulazione e soltanto se viene fecondato completa la meiosi 2 formando una cellula uovo e un secondo globulo polare -Globulo polare, cellula molto piccola. Il processo di ovogenesi dura 28gg (ciclo ovarico e uterino quaderno). (controllo ciclo cellulare sul quaderno e libro) DUPLICAZIONE È semiconservativa, ciascun ﬁlamento funge da stampo per la sintesi di uno nuovo, inoltre si rispetta l’appaiamento delle basi (A-T e C-G). Repliconi, sono punti in cui parte una nuova replicazione negli eucarioti. La replicazione inizia da una speciﬁca sequenza di nucleotidi =origine di replicazione. Qui i due ﬁlamenti di svolgono e la replicazione del DNA procede in direzioni opposte, dall’origine verso l’esterno. L’origine di replicazione determina la formazione di un’apertura, chiamata bolla di replicazione. Questa forma ad entrambe le estremità la famosa forcella di replicazione, in prossimità della quale avviene la replicazione del DNA. La sintesi di un ﬁlamento inizia sempre con un innesco, primer.Il ﬁlamento viene sintetizzato in direzione 5’>3’. Avrò due tipi di ﬁlamenti: Lento, è sintetizzato in corti frammenti, detti di Okazaki, che alla ﬁne processo sono uniti tra di loro, in modo da formare un ﬁlamento continuo. Veloce, il quale va nella stessa direzione della forcella di replicazione ed è sintetizzato come un’unica molecola continua. La replicazione è un processo complesso a cui partecipano molte proteine diverse. Vediamo i vari passaggi della duplicazione del DNA: 1) Si deve aprire la doppia elica, in modo tale che ogni ﬁlamento disgiunto sia uno stampo per le eliche di nuova sintesi. 2) DNA ELICASI, la quale a livello della forcella, si lega a uno dei ﬁlamenti di DNA e viaggiando in direzione 5’>3’ verso la forcella stessa, srotola progressivamente la doppia elica, in quanto rompe i legami ad idrogeno che tengono unite le basi azotate. Queste energia per fare tutto questo la DNA elicasi la prende dall’idrolisi dell’ATP. 3) DNA TOPOISOMERASI, viaggiando lungo il DNA e hanno la capacità di apportare transitoriamente dei tagli a uno o più ﬁlamenti della doppia elica, così che si allenti la tensione prodotta nei nuovi avvolgimenti e dando al DNA una forma rilassata. I super avvolgimenti sono una conseguenza alla torsione necessaria per separare i due ﬁlamenti. 4) Dopo che i ﬁlamenti sono stati separati, questi devono restare tali, e lo fanno grazie alle proteine leganti l DNA a singola elica. Queste proteine di legano a entrambi i ﬁlamenti impedendo che si riformi la doppia elica. Le basi azotate sono esposte così che possano fare da stampo. 5) DNA POLIMERASI, responsabile del legame covalente tra i diversi nucleotidi per formare i nuovi nucleotidi. La DNA polimerasi ha delle caratteristiche spiegano come mai i due ﬁlamenti si sintetizzano in maniera differente. Prima di tutto la DNA polimerasi è incapace di iniziare la sintesi di un ﬁlamento senza un innesco. Quindi interviene la RNA polimerasi DNA dipendente, in grado di sintetizzare un corto segmento di RNA (5-10 ribonucleotidi), detto primer o innesco. Questo è complementare ad un tratto della DNA polimerasi e fornisce l’OH necessaria alla DNA polimerasi. I primer utilizzati verranno poi rimossi e sostituiti con DNA. Poiché l’RNA POLIMERASI è il primo enzima polimerizzante a iniziare il processo di duplicazione di DNA, viene chiamato anche DNA primasi. Le due molecole di DNA polimerasi responsabili della sintesi dei due ﬁlamenti di DNA si muovono dal 3’ al 5’ sintetizzando solo da 5’ a 3’. Ambedue assemblano un ﬁlamento che si allunga a partire dall’estremità 5’P. Si formeranno due ﬁlamenti, uno cresce nella direzione della forcella, l’altro in direzione opposta. Il ﬁlamento guida/veloce,può essere sintetizzato in maniera continua per aggiunta di nucleotidi alla sua estremità 3’ (quello stampo). Ho bisogno di un solo innesco. La DNA primasi crea un unico primer all’origine della replicazione e poi interviene la DNA polimerasi che attacca i nucleotidi in direzione 5’>3’ man mano che scorre verso l’apertura della replicazione. Nel ﬁlamento in ritardo, il DNA è sintetizzato in direzione5’>3’, ma la sintesi avviene in maniera opposta rispetto la forcella di replicazione. La DNA primasi sintetizza in contiuazione questi primer andando all’indietro ritornando sempre all’apertura della forcella per sintetizzare gli inneschi in direzione 5’>3’. La DNA polimerasi riesce a eliminari i frammenti di RNA e sostituirli con quelli di DNA e una volta fatto ciò saranno poi uniti dalla DNA ligasi. (parte libro))) GENETICA Branca della scienza che studia le leggi attraverso le quali vengono ereditati i caratteri ereditari. I primi studi vengono fatti dal monaco naturalista nei primi dell’800. Le cellule del corpo umano sono costituite da 46 cromosomi perciò sono cellule diploidi(2n) e abbiamo ereditato una serie di cromosomi dalla mamma e una serie di cromosomi dal papà. Questi cromosomi sono tra di loro omologhi, si corrispondono per forma, per dimensioni e per il tipo di informazioni genetiche. L’unità di informazione destinata ad essere tradotta, è costituita da un segmento di DNA cromosomico= GENE. Ciascuno di essi occupa una posizione ﬁsica ben precisa=LOCUS. Due geni che occupano lo stesso locus su ognuno dei cromosomi della coppia si dicono ALLELI, i quali controllano un particolare carattere dell’organismo. Gli alleli possono differire per un solo nucleotide e quindi esprimono di conseguenza forme alternative dello stesso gene. Il genotipo è la costituzione genica dell’individuo, patrimonio ereditario. Il fenotipo è invece ciò che si manifesta in relazione al genotipo OMOZIGOTE: Per un determinato gene ho una coppia di alleli identici, questo carattere si manifesterà sempre. ETEROZIGOTE: alleli diversi per un gene. I Caratteri si dividono in: Dominanti , si manifestano fenotipicamente in condizioni di eterozigosi e omozigosi. Recessivi, si manifestano fenotipicamente in omozigosi. L’espressione fenotipica spesso è l’interazione di più caratteri tra di loro e dell’interazione dei caratteri con l’ambiente. Perciò, c’è una complessità che mi da maggiore variabilità. Prima di Mendel si pensava che la trasmissione dei caratteri avvenisse per mescolamento casuale delle caratteristiche portate dai due genitori ma improvvisamente Gregor ebbe un’intuizione e affrontò la tematica della trasmissione dei caratteri con rigore scientiﬁco. Mendel scelse come materiale sperimentale le piante di pisello odoroso, facili da coltivare, si potevano fecondare artiﬁcialmente e autoimpollinarsi. Focalizzò la sua attenzione su 7 coppie di caratteri unitari, cioè caratteri che si presentavano solo con due forme alternative, facilmente distinguibili: il carattere del seme ad esempio, poteva presentarsi in due varianti: -Liscio -Rugoso LEGGI DI MENDEL Leggi che governano la trasmissione dei caratteri monofattoriali, un singolo gene che esiste in due forme alleliche e quindi ho variabilità allelica. Mendel incrociò due linee pure (omozigoti) che differivano che un unico carattere, chiamate GENERAZIONE PARENTALE e indicate con la lettera “P”. Trovo che gli individui della progenie, deﬁnita prima generazione ﬁliale e indicata con il simbolo F1, avevano tutti lo stesso fenotipo, uguale a quello di uno solo dei genitori, mentre l’altro fenotipo sembrava essere scomparso. Il carattere che si manifesta è quello dominante, mentre quello che non si manifesta è quello recessivo. 1) Prima legge di Mendel Nota come legge della dominanza, afferma che, incrociando due linee pure differenti per un carattere ereditario, tutti i ﬁgli F1 sono uguali tra di loro e mostrano il carattere di uno dei due genitori, quello dominate. Per valutare se il carattere recessivo fosse andato perduto, Mendel fece autoimpollinare la generazione F1 e vide che anche nella F2 non vi era mescolanza e che il carattere recessivo ricompariva con un rapporto costante di una pianta su 4. Per quanto riguarda il genotipo avrò: 25% Omozigote dominate 25% Omozigote recessivo 50% eterozigoti. Per quanto riguarda il Fenotipo avrò: 25% recessivo 75% dominante Il carattere recessivo che pensava fosse scomparso ricompare in un rapporto 1:4. 2) Seconda legge di Mendel. Nota anche come legge della segregazione, afferma che incrociando due eterozigoti della F1, i gameti si uniscono in tutte le combinazioni possibili e si ottiene una seconda generazione F2 in cui sono presenti rispettivamente. Le coppie di alleli di un gene si separano (segregano) l’uno dall’altro durante la formazione dei gameti. Genotipicamente ho: 25% omozigote dominante 25% omozigote recessivo 50% eterozigote Fenotipicamente ho: 75% dominante 25% recessivo 3)Terza legge di Mendel Detta anche assortimento indipendente dei caratteri, afferma che incrociando individui di linea pura differenti per due caratteri, nella F2 tali caratteri si assortiscono indipendentemente gli uni degli altri durante la formazione dei gameti. Mendel effettuò una seconda serie di incroci in cui piante di linea pura (generazione P) differivano per due caratteri ben distinti: 1) AABB, primo individuo, da gameti A e B 2) Aabb, secondo individuo, da gameti a e b. Dall’incrocio di questi due individuo si ottiene una prima generazione ﬁliale F1: AaBb. Mendel continuò l’esperimento ﬁno alla seconda generazione ﬁliale F2, compiend o un incrocio diibrido, ovvero un incrocio fra individui che sono tutti doppiamente eterozigoti, tra le piante F1, quindi ho un autoimpollinazione. Avrò in totale 16 combinazioni differenti: 9 con fenotipo dominate, almeno una A o B maiuscola 3 con il primo fenotipo dominante e il secondo recessivo, almeno una A maiuscola ed entrambe le B minuscole. 3 con il primo fenotipo recessivo e il secondo dominate, entrambe le A minuscole e almeno una B maiuscola. 1 con entrambi i fenotipi recessivi, entrambe le A e B minuscole. Il rapporto fenotipico è: 9:3:3:1 1) ciascuna coppia di fattori si separa (si assortisce) in modo indipendente senza alcuna relazione con il modo in cui gli altri fattori si separano. 2) nei gameti, dunque, si possono ritrovare tutte le possibili combinazioni di fattori. TEORIA CROMOSOMICA DELL’ERIDARIETA’ 1) I cromosomi contengono il materiale genetico che viene trasmesso dai genitori ai ﬁgli e da una cellula all’altra. I geni si trovano nei cromosomi. 2) I cromosomi vengono replicati e trasmessi dai genitori ai ﬁgli. Vengono anchetrasmessi da cellula a cellula durante lo sviluppo multicellulare di un organismo. Ogni tipo di cromosoma mantiene la sua individualità durante la divisione cellulare e la formazione dei gameti. 3) Il nucleo di una cellula diploide contiene due serie di cromosomi, che si trovano in coppie di omologhi. Un membro di ogni coppia viene ereditato dalla madre e l’altro dal padre 4) I gameti solo aploidi che si combinano per formare una cellula una cellula diploide. 5) Durante la meiosi un membro di ogni coppia di cromosomi segrega in una cellula ﬁglia e l’altro nell’altra cellula ﬁglia. I membri di diverse coppie di cromosomi segregano in maniera indipendente gli uni dagli altri. TEST CROSS. Un individuo con fenotipo dominate può essere sia omozigote che eterozigote. Per distinguere tra queste due possibilità Mendel un metodo ancora oggi utilizzato il famoso Test cross. Questo test consiste nell’incrocio tra l’individuo di cui si vuole determinare il genotipo e un individuo omozigote recessivo. Si vanno a valutare le frequenze genotipiche e facendo ciò è possibile risalire al genotipo dell’individuo che si sta analizzando. ALBERO GENEALOGICO Lo utilizziamo per andare a vedere come viene ereditato un carattere patologico. È una rappresentazione schematica del modo in una malattia compare nella famiglia. Si parte dall’individuo che presenta la malattia, detto anche probando, e poi si va a ritroso. Ci sono delle regole per la trasmissione dei caratteri patologici. Innanzitutto per la trasmissione da genitore a ﬁglio devono essere soddisfatte due situazioni: 1) La mutazione deve essere presente nella linea germinativa 2) La mutazione deve essere compatibile con la vita, moltissimi aborti spontanea avvengono perché il tipo di mutazione è incompatibile con la vita. Un gene non si esprime sempre nello stesso modo, infatti la presenza di un determinato allele nel genotipo di un individuo non garantisce necessariamente che esso debba esprimersi a livello fenotipico in tutti gli individui nello stesso modo. La manifestazione di un determinato gene può essere modiﬁcato da altri geni o da fattori ambientali che possono portare ad una mancanza di espressione( PENETRANZA) o un’espressività variabile (ESPRESSIVITA’). 1) L’espressività è il grado di manifestazione del carattere e può essere: Variabile, la manifestazione fenotipica è diversa in individui con lo stesso genotipo, un esempio sono le malattie genetiche dovute a mutazioni di un singolo gene e sono caratterizzati da effetti fenotipici multipli. Uniforme, il grado di manifestazione del carattere è uguale in tutti gli individui La penetranza, probabilità che un allele si esprima negli individui che lo possiedano. Completa: tutti gli individui portatori di un determinato allele manifestano il fenotipo corrispondente. (>100%) Incompleta MUTAZIONI 1) Letali, portano al decesso in una fase precoce dello sviluppo embrionale, prima della nas

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