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BIOMOLECOLE Proteine carboidrati e acidi nucleici hanno un monomero che si ripete per dare origine a polimeri. Distinguiamo: - Metaboliti primari (nella loro struttura sino uguali in tutte le cellule che possiamo studiare, hanno compiti indispensabili) - Metaboliti secondari (so...

BIOMOLECOLE Proteine carboidrati e acidi nucleici hanno un monomero che si ripete per dare origine a polimeri. Distinguiamo: - Metaboliti primari (nella loro struttura sino uguali in tutte le cellule che possiamo studiare, hanno compiti indispensabili) - Metaboliti secondari (sono più circoscritti, cioè appartengono a delle determinate categorie, di solito sono molecole piccole) LIDIPI Non sono polimeri costituiti da monomeri che si ripetono. Sono molecole apolari. Gli acidi grassi sono unità costitutive. I trigliceridi hanno il compito di riserva energetica, quindi non hanno un ruolo strutturale, che invece hanno fosfolipidi, sfingolipidi e cere, terpeni e steroli, che hanno un ruolo strutturale e regolatorio. ACIDI GRASSI Molecole che hanno una catena carboniosa lunga e lineari (non ramificate) e terminano con il gruppo COOH, come l'acido miristico, palmitico, stearico, arachico. Si tratta di molecole che hanno una doppia natura, perché hanno una porzione lunga apolare e una testa polare data dall' acido carbossilico, che è un elettrolita debole. La porzione apolare della molecola è dominante rispetto alla testa polare (molecola anfipatica, con due caratteristiche). Molecola adatta ad esplicitare forze di London, quindi avranno lo stato fisico solido. Il numero di atomi di carbonio è pari nelle molecole più importanti perché derivano dall'acetilcoenzima a (2 atomi di carbonio) - Saturi: non hanno doppi legami - Insaturi: con uno o più doppi legami (polinsaturi). Acido palmitoleico 16:1 delta9 (16 carbonio 1 doppio legame delta dove c'è il doppio legame) acido linoleico 18:2 delta 9,12 acido linolenico 18:3 delta 9, 12, 15 acido arachidonico 20:4 delta 5,8,11,14. - Nomenclatura omega: si parte dal CH3 e si indica la posizione dove incontriamo il primo doppio legame, acido linoleico omega6 - La presenza di un doppio legame impone la presenza di isomeria geometrica, quindi i doppi legami possono essere cis o trans, ma tutti gli acidi grassi insaturi naturali sono tutti cis Il cambio di forma induce un cambiamento dello stato fisico, perché fa meno interazioni e quindi lo stato fisico diventa fluido, quindi l'aumento dell'insaturazione sposta lo stato fisico verso maggiore fluidità, e man mano che aumentano i doppi legami diventa sempre più fluido, diventando liquido. È importante che ci sia un doppio legame e che sia cis. C'è un impatto sulla forma della molecola anche perché si trovano al centro della molecola. Gli acidi grassi vogliono essere fluidi. Più è insaturo un acido più è a u, maggiormente è fluido. I doppi legami non sono mai adiacenti, c'è sempre un carbonio in mezzo. Legami coniugati risentono di risonanza, per questo in natura non sono mai adiacenti. Il legame singolo assume caratteristiche del legame doppio e quindi non potrebbe girare, mentre farli non coniugati permette di non risentire di risonanza e permettere al legame di girare e conferire fluidità. Il CH2 tra i doppi legami aumenta la fluidità ma è un punto molto reattivo. Le molecole insature sono quasi completamente solo delle piante, che fanno prima l'acido grasso saturo e poi tolgono gli idrogeni lasciando il doppio legame. Gli omega 3 fanno più bene degli omega 6, perché l'acido arachidonico nelle nostre membrane biologiche è un master regolatore della fluidità, quindi è ben distribuito nelle nostre cellule come fosfolipidi di membrane, però l'acido arachidonico quando c'è un infiammazione viene preso da un enzima cicloossigenasi che lo usa come substrato e sintetizza i mediatori dell'infiammazione; quindi un eccesso di acido arachidonico può scatenare una super infiammazione (mediatore proinfiammatorio)(gli antiinfiammatori inibiscono l'enzima cicloosigenasi). GLICERIDI Unità è il glicerolo. Si forma un estere tra un glicerolo e un acido grasso per condensazione, da qui il nome TRIGLICERIDE. Ha lo stato fisico determjnato dagli acidi grassi che lo compongono (saturi= solido insaturi= liquido). I trigliceridi sono incolori Trigliceridi solidi = grassi. Sono trigliceridi di riserva negli animali. Il grasso animale è una forza di conservazione Trigliceridi liquidi = oli. Prodotti e accumulati nelle piante. Ci sono alcuni organi deputati alla conservazione delle riserve energetiche, come l'olio di oliva, o i semi CERE Contengono un unità di acido grasso. Una cera contiene un acido grasso tendenzialmente tutto saturo, che forma un legame estereo con un alcol a lunga catena lineare, anche questo tutto saturo. È una molecola altamente apolare e solida, questo perché l'obiettivo delle cere è quello di essere idrofobe. Vengono utilizzate sia dalle cellule vegetali che animali per respingere l'acqua. FOSFOLIPIDI Prendiamo un trigliceride e sottraiamo un acido grasso = digliceride, che lega il gruppo fosfato che a sua volta lega un gruppo alcolico con legame fosfoestereo. - Cefaline: lega etanolammina o serina, sono fosfolipidi carichi negativamente - Lecitine: lega colina, sono fosfolipidi neutri perché la carica positiva sull'azoto e negativa sul fosfato si annulla  I fosfolipidi hanno una zona molto polare (testa polare) e due code idrofobe (code apolari), è evidente la natura anfipatica (doppia polarità). Lo stato fisico della molecola dipende dalla natura degli acidi grassi, che vengono bilanciati tra saturi e insaturi per avere la giusta fluidità - MICELLE: la natura anfipatica del fosfolipide fa in grado che possa interagire sia con acqua che altri acidi grassi. Nella micella tutte le code apolari si trovano all'interno e interagiscono l'una con l'altra e all'esterno vengono esposte solo le teste (nel solvente apolare è il contrario) - DOPPIO STRATO: nella membrana biologica si forma un doppio stato fosfolipidico (bilayer) con entrambi gli strati che rivolgono la testa polare verso il solvente acquoso. La membrana può essere considerato spontaneamente indotta, ma non è spontaneo la distribuzione asimmetrica, che è indotta con un enzima SFINGOLIPIDI Presenti nelle membrane biologiche come i fosfolipidi. Non esiste il glicerolo, ma prende il suo posto la sfingosina, che contiene tre gruppi funzionali, nella sfingosina è implicita una lunga catena, poi c'è un NH2 che con un CO-OH di un acido grasso può formare un legame ammidico, formando un solo legame, che forma una delle due code apolari (mentre l'altra è data dalla sfingosina stessa). Ha proprietà del tutto analoghe a quelle del fosfolipide. - Cerebrosidi, non hanno testa polare ma ci sono gli zuccheri - Sulfatidi, dove c'è uno zucchero che lega il gruppo solfato TERPENI E STEROLI Sono apolari, poi non c'entrano niente con gli altri. Dal punto di vista strutturale non hanno nemmeno l'unità dell'acido grasso, infatti sono metaboliti secondari, ma rientrano nei lipidi per la loro apolarità. Non ci sono legami esterei perché non sono costituiti da unità che si possono scindere (lipidi semplici). Sono oligomeri di unità a cinque atomi di carbonio, unità isopreniche.  - Steroli: sono una classe di terpeni. Il colesterolo è il più importante. È apolare, ha 27 atomi di carbonio, ma deriva da una molecola a 30 atomi che ha perso 3 carboni. È costituente delle membrane biologiche, riesce ad inserirsi nel bilayer fosfolipidico perché tutta la zona apolare si trova tra le code di acido grasso, mentre l'unico pezzo polare l'OH si mette fuori nella zona polare. Regola quindi la fluidità delle membrane biologiche. La presenza eccessiva di colesterolo può portare all'irrigidimento delle membrane biologiche. Il colesterolo è uno sterolo animale, quindi possiamo produrlo da soli, e a questo si aggiunge quello dell'alimentazione. Le statine sono inibitori degli enzimi che sintetizzano il colesterolo. Il colesterolo è anche il precursore di una serie di ormoni, quindi ha un ruolo regolatorio fondamentale. - Fitosteroli: presenti nelle piante e differiscono per carbonii in più nella catena laterale. CARBOIDRATI mercoledì 12 ottobre 2022 09:07 Sono una fonte energetica (amidi e zuccheri), elementi strutturali e di supporto delle piante (cellulosa), sono biquitariamente presenti all'interno di biomolecole (negli acidi nucleici il monomero ha uno zucchero), funzione di riconoscimento e ricezione sulla membrana (per esempio i gruppi sanguigni sono zuccheri che escono dalla membrana). Il monomero è il monosaccaride, che deve essere bifunzionale (con due gruppi funzionali), con poche unità è un oligosaccaride, con tante è un polisaccaride. I monosaccaridi sono catene carboniose di una lunghezza limitata (da 4 a 6 atomi di carbonio), tutti i carboni sp3 legano l'OH, quindi il gruppo alcolico (polialcoli), però uno dei carbonii non è alcol quindi o un aldeide (all'inizio o alla fine) un chetone (che si trova sempre in posizione due). Possiamo classificarli - Per gruppo carbonilico, quindi in aldosi e chetosi, - In base alla lunghezza della catena carboniosa, quindi in triosi, tetrosi, pentosi ed esosi. CHIRALITA' Stereoisomeria esiste quando il carbonio sp3 in considerazione lega 4 gruppi diversi, quindi il carbonio può essere descritto in due modi in base a come i sostituenti sono disposti nello spazio, queste due molecole vengono chiamate enantiomeri. Quando si verificano queste condizioni la molecola di dice chirale. Il carbonio viene detto stereogenico, cioè generatore di stereometria. Il termine deriva da chiros che significa mano, perché le due molecole sono una l'immagine speculare dell'altra ma non sono sovrapponibili. Per scrivere un enantiomero basta invertire due sostituenti. Bisogna avere una presentazione tridimensionale del carbonio, formule prospettiche che distinguono gli enantiomeri con S e R. Oppure si usano le proiezioni di Fischer, per cui si scrive una specie di croce omettendo il carbonio centrale. I due enantiomeri hanno stesse identiche proprietà chimico-fisiche, ma differiscono per una sola proprietà fisica, ovvero se li mettiamo dentro un polarimetro, dove se la luce esce dritta la molecola non è chirale, se è deviata verso destra è destrogira (un enantiomero), se verso sinistra è levogiro (con lo stesso angolo dell'altro enantiomero ma opposto). Ma questa è una proprietà sperimentale perché possiamo capirlo solo dall'esperimento con il macchinario. Gli enantiomeri differiscono anche per il modo in cui interagiscono con altre molecole chirali (come i recettori, fatti di proteine, fatti di amminoacidi che sono chirali). La talidomide era una molecola teratogena (dava problemi al feto) perché usavano entrambi gli enantiomeri miscelati, ma poi si è scoperto che solo uno dei due era teratogeno, quindi bisogna sempre separare gli enantiomeri e testarli separatamente per le differenti proprietà. Quando un farmaco è chirale, i suoi due enantiomeri possono avere attività molto differente. Un esempio diventato tragicamente celebre è quello della talidomide, un farmaco utilizzato come sonnifero per le donne in gravidanza negli anni Cinquanta e Sessanta in Germania, in cui erano presenti come miscela di quantità uguali di due enantiomeri della stessa molecola (miscela racemica). Enantiomeri della talidomide. L’enantiomero R (+) del principio attivo della talidomide ha effetti sedativi e antinausea, mentre enantiomero S (-) è molto tossico per il feto, tanto da provocare la nascita di bambini con gravi malformazioni (effetto teratogeno). Esiste perciò la necessità di trovare metodi di preparazione di composti chirali come singoli enantiomeri. MONOSACCARIDI Da 3 a 7 atomi di carbonio, tutti i C con un gruppo ossidrilico, un solo C con un gruppo carbonilico (ossigeno con doppio legame). La gliceraldeide appartiene agli aldotriosi. Ha due enantiomeri perché presenta un carbonio stereogenico, e viene rappresentato con le formule di Fischer (i carboni si mettono lungo la linea verticale con quello con più ossigeno più in alto, mentre sulle linee orizzontali ci metto i CHOH) credo i due enantiomeri invertendo i CHOH; il nome che si dà a queste molecole è D-gliceraldeide (OH a destra), L-gliceraldeide (OH a sinistra) (D NON SIGNIFICA DESTROGIRO, il +/d e il -/l significano rispettivamente destrogiro e levogiro) Per un tetroso, molecola che presenta due carboni stereogenici, si possono scrivere 4 enantiomeri, e vale la formula "2alla n" dove n sta per il numero di carboni stereogenici. Le coppie di enantiomeri sono solo quelle che sono l'opposto con entrambi gli elementi, dove sono diastereoisomeri che cambiano completamente per proprietà chimico-fisiche e diventano due molecole completamente diverse. D-ALDOSI rappresenta tutti gli aldosi D, per capire che sono D basta vedere l'ultimo OH e assicurarsi che sia a destra. D-gliceraldeide è il trioso TETROSI: 2 molecole D, D- eritroso e D-treosio, che differiscono per un solo CH- OH, e quindi tra loro sono diasteroisomeri, presentando dunque caratteristiche completamente differenti. ALDOPENTOSI: 4 molecole D, dove il più importante è il D- ribosio ALDOESOSI: 8 molecole D, più importanti D-glucosio perché è lo zucchero più abbondante in natura, perché è il più stabile; abbiamo poi il D-mannosio (che differisce dal glucosio per il carbonio 2) e il D-galattosio (che differisce dal glucosio solo per il carbonio 4) e quindi sono EPIMERI (diasteroisomeri che differiscono solo per uno) mannosio epimero in 2, galattosio epimero in 4 D-CHETOSI Rappresenta i D-chetosi, che hanno un carbonio stereogenico in meno Il diidrossiacetone non ha carboni stereogenici TETROSO: 1 sola moleca con il carbonio stereogenico CHETOPENTOSI: 2 molecole D, D- ribulosio estremamente abbondante in natura CHETOESOSI: 4 molecole D, D- fruttosio il più importante (ha la stessa stereochimica dei carboni stereogenici 3,4,5) In natura esistono solo i D, gli L non esistono e non vengono riconosciuti dalle molecole biologiche CICLIZZAZIONE I monosaccaridi hanno più gruppi funzionali, una serie di alcoli e un aldeide, ma quando metto in soluzione acquosa queste molecole la loro forma ciclizza (due gruppi funzionali di una stessa molecola reagiscono tra di loro chiudendo il ciclo). I gruppi che reagiscono sono l'aldeide o il chetone con gli alcoli. Il carbonio da sp2 diventa sp3. Il ciclo non si forma con l'ossigeno può vicino, poiché darebbe un ciclo a tre, che non è assolutamente stabile (stessa cosa per il ciclo a 4), quindi il ciclo si forma con il carbonio 4 o 5, che danno un ciclo a cinque (furanosico) e a sei termini (piranosico ---> glucopiranosio) e si crea un semiacetale (un carbonio sp3 che lega due ossigeni, uno sottoforma di OR e uno sottoforma di OH). Quindi i polimeri di formano grazie agli alcoli e semiacetali, che reagiscono tra loro e danno la polimerizzazione. Il carbonio che forma il semiacetale diventa anche stereogenico. PROIEZIONE DI HAWORTH La proiezione di hawort presuppone che il ciclo sia planare. I gruppi che nella proiezione di Fischer stavano a destra vanno sotto, quelli a sinistra puntano in alto. Si usa alfa e beta per indicare la stereochimica del carbonio anomerico (1 negli aldeidi, 2 nei chetosi). L'alfa è quello in cui l'OH del carbonio anomerico si trova dalla parte opposta del CH2OH, il beta ha l'OH nello stesso lato. Alfa e beta tra loro sono diasteroisomeri, quindi hanno proprietà diverse. Il nome completo della molecola è alfa-D-glucopiranosio. Alfa si riferisce al carbonio anomerico, D indica il carbonio 5 (nel glucosio) e gluco indica la stereochimica del carbonio 2,3,4; piranosio si riferisce alla ciclizzazione a sei termini, quindi ogni parte del nome ci dà indicazione sulla stereochimica dei suoi costituenti. Tutti gli zuccheri possono ciclizzare purchè diano dei cicli stabili. I cicli non sono veramente planari, ma si distorgono, quindi si usa anche la proiezione a sedia, anche perché il ciclo lineare di un esagono non rispetterebbe l'angolo di 109°. Su ciascun carbonio c'è un sostituente assiale e uno equatoriale. Sono più stabili i carboni con i sostituenti più grandi sulle linee equatoriali. Il beta ha l'OH in modo equatoriale, quindi è più stabile, quindi si forma più spesso il beta che l'alfa (65/35). Il beta-glucosio è il più abbonante perché è il più stabile e quindi ha tutti gli OH in maniera equatoriale. RIBOSIO: il ribosio può formare il sia il ciclo a 5 che ha 6, con più abbondanza del 6 perché è più stabile. Il desossiribosio appartiene alla categoria degli zuccheri modificati, perché perde un OH, ma può comunque considerarsi uno zucchero, al posto dell'OH ha il CH3. EQUILIBRIO IN SOLUZIONE Il legame semiacetalico è reversibile, quindi tende ad aprirsi e richiudersi come legame, quindi indipendentemente dal fatto che prendo solo alfa o solo beta, sciolti in soluzione si formerà sempre 36% di alfa-d-glucosio e il 64% di beta-d- glucosio (vale per tutti gli zuccheri). Quando si formano le percentuali determinate di alfa e beta si raggiunge l'equilibrio in soluzione. QUESTO VALE PER TUTTI I MONOSACCARIDI E QUANDO IL MONOSACCARIDE STA DA SOLO. DISACCARIDI DISACCARIDI (omosaccaridi) Due monosaccaridi reagiscono tra loro tramite il semiacetale di un monosaccaride e un OH alcolico di un atro monosaccaride, ottenendo un acetale, che si chiama anche glicoside. Il maltosio è formato da due unità di glucosio. Il semiacetale si trova in posizione anomerica (1) e reagisce con l'OH di un altro monosaccaride. Si forma un legame alfa- 1,4-glicosidico. L'estremità semiacetalica libera si apre e si chiude e da due possibilità (per questo nella slide c'è la linea strana). Gli acetali non si aprono e non si chiudono più, quindi possiamo dire se sono alfa o beta. Il cellobiosio differisce dal maltosio solo per il carbonio anomerico (anomeri). DISACCARIDI (eterosaccaridi) Lattosio: eterosaccaride costituito dal galattosio e dal glucosio, con legame beta-1-4-glicosidico. Bisogna però specificare chi mette il legame semiacetale, se il glucosio o il galattosio (qui il galattosio). Saccarosio: eterodisaccaride con glucosio legato al fruttosio. Il fruttosio ha forma furanosica nel saccarosio, ed ha quindi il carbonio anomerico in posizione 2. il glucosio e il fruttosio legano tra loro i due acetali, quindi possiamo definirlo doppio acetale, per questo nella slide c'è scritto alfa per il glucosio e beta per il saccarosio. La molecola di saccarosio viene sintetizzata nelle piante durante la fotosintesi, diventando glucosio, la molecola che viaggia è dunque il saccarosio come molecola di energia. La forma del saccarosio non cambia mai perché entrambi i semiacetali sono diventati acetali (quindi una delle due molecole non ha l'estremità libera per alternarsi tra alfa e beta), e per questo motivo le cellule lo riconoscono molto più facilmente facendolo entrare nella molecola OLIGOSACCARIDI Le ciclodestrine sono oligosaccaridi ciclici (il primo della catena e l'ultimo formano un legame glicosidico). Tutti gli zuccheri sono impiegati in legami acetali. Si formano delle cavità dove gli OH non sono presenti, perché tutti esposti all'esterno, quindi la forma ciclica si scioglie in acqua, ma la sua apolarità interna permette di veicolare farmaci apolari affinchè arrivino al sito attivo. Consente di veicolare molecole a media polarità in zone ad alta polarità. POLISACCARIDI AMIDO Possono avere funzione di riserva energetica e strutturale, di sostegno. La funzione di riserva energetica viene svolta principalmente dall'amido (piante) e glicogeno (animali). L'amido è un unione di due polisaccaridi separati, amilosio e amilopectina. L'amilosio è un omosaccaride con circa 2000 residui (unità monosaccaridi) di glucosio con legame alfa- 1,4-glicosidico L'amilopectina è una catena di amilosio che presenta delle ramificazioni, ha le catene 1,4 ma ogni tanto parte una catena 1,6 a parte. Lo zucchero da cui parte la catena 1,6 fa 3 legami glicosidici (più o meno ogni venti residui) (amilopectina molto più grande dell'amilosio) Il glicogeno è come l'amilopectina, ma con una ramificazione più frequente (una ogni dieci residui). L'amilosio è meno denso, l'amilopectina mette più zuccheri in meno spazio (denso), il glicogeno è il più denso perché ha ancora più ramificazioni. Gli amidi differiscono per differenza di percentuale tra amilosio (meno compatto) e amilopectina (più compatto). CELLULOSA La cellulosa è un polisaccaride che ricorda molto l'amilosio, perché è lineare, fatto tutto da glucosi con legame beta-1,4-glicosidico (con l'amilosio è un diasteroisomero). La cellulosa forma delle fibrille di cellulosa, dove ci sono tante unità (multipli di 6) di cellulosa unite ad altre con legami a idrogeno (sono queste fibrille a dare consistenza alla parete). Il legame in natura non è solo 1,4 e non serve per forza il glucosio. - I MANNANI sono polimeri di mannosio, che hanno come polimerizzazione alfa-1,2 e alfa 1,3. Alcune piante usano questo come polimero di riserva. - La CHITINA è un polisaccaride in cui c'è un altro esempio di zucchero modificato, con sostituzione dell'ossigeno dell'OH con l'azoto (amminozuccheri, molto presenti nella parete dei batteri) amminozucchero uniti con legame beta-1,4. - La PECTINA è un polisaccaride modificato, la posizione 6 dello zucchero CH2OH, viene ossidata in acido carbossilico COH, portando il galattosio ad acido galatturosico. Si trova nelle cellule vegetali tra una cellula e l'altra, nella lamella mediana, che tiene attaccate le cellule perché ricca di cationi bivalenti calcio e magnesio, che interagiscono con l'acido che funge da anione, tenendo unite le cellule. Nella marmellata c'è la pectina che li tiene aggrumate, nelle confetture è pectina aggiunta. PROTEINE Sono sia elementi funzionali (enzimi nel citosol), si trovano anche nel succo nucleare, nelle membrane costitutive di organelli, o della membrana plasmatica esterna hanno un ruolo strutturale, nel senso che hanno un ruolo di selezione di molecole che attraversano queste membrane. Fungono da supporto, deposito di amminoacidi (funzione energetica), trasporto di altre sostanze (emoglobina), coordinamento di attività generali e ormonali, risposta a stimoli chimici. ELEMENTO STRUTTURALE Alfa amminoacidi, monomero che va a polimerizzarsi; deve avere due gruppi funzionali (amminico e carbossilico), gli amminoacidi si uniscono per legame ammidico. Quelli delle proteine sono tutti alfa. Gli amminoacidi differiscono per il gruppo R. il carbonio accanto a R è stereogenico (tranne nella glicina perché R = H, quindi è l'unico amminoacido a non essere una molecola chirale). Gli amminoacidi proteici sono 20, in 19 esiste solo la forma L. IL PH L'amminoacido ha un gruppo acido e uno basico, e il pH è quello che determina la forma dell'amminoacido (la forma delle cariche). Per ogni amminoacido esiste un punto isoelettrico (valore di pH), in cui la forma predominante ha l'NH3+ e il CO-, forma zwitterionica, con ione positivo e negativo. A pH più bassi del punto isoelettrico predomina una forma nella quale il CO- è COH (gruppo neutro), ed è rimasto l'NH3+ (gruppo carico positivamente), forma cationica (forma acida). A pH più alti del pi predomina la forma anionica, perché l'NH2 rimane così e il COH predomina sottoforma di CO-, quindi è una forma negativa o anionica (forma basica). La forma dell'amminoacido in acqua non esiste, perché la sua forma non predomina ad alcun valore di Ph. CLASSIFICAZIONE R= H o alchile (senza gruppo), è apolare. Nella regione dove si trovano, rendono la zona apolare. Sono idrofobi, sono gli amminoacidi considerati anabolizzanti Glicina (unica achirale) Alanina Valina Leucina Isoleucina R= gruppo aromatico (gruppo benzenico stabile, o anello aromatico con la stessa stabilità, con legami coniugati in struttura ciclica). La loro polarità varia (primi due apolari, gli altri più polari). Metabolita secondario è una molecola che un regno della natura elabora a partire dai metaboliti primari, e questi amminoacidi sono precursori di metaboliti secondari importantissimi nell'uomo come mediatori del sistema periferico (fenilalanina e tirosina sono precursori della adrenalina e della dopamina, triptofano della serotonina, isti dell'istamina) Fenilalanina, precursore dell'adrenalina e della dopamina Tirosina, precursore dell'adrenalina e della dopamina Triptofano, prec della serotonina Istidina, prec dell'istamina R= OH o zolfo (SH, SCH3). Sono essenziali per la struttura delle proteine, perché sono i siti di derivatizzazione di una proteina. Le proteine possono essere fosforilate o fosfatate dove è presente il gruppo OH con legame estereo Serina (con OH dove si legano i semiacetali degli zuccheri per produrre glicoproteine) Treonina (con un carbonio stereogenico) Metionina Cisteina (omologo solforato della serina), forma i ponti di sulfuro R= COOH o ammide. Con COOH è un amminoacido acido Acido aspartico Acido glutammico invece del COH hanno l'ammide Asparagina, Glutammina R= ammine o gruppo basico NH2 Lisina Arginina (si aggiunge anche l'istidina) La prolina è a parte perché non ha il gruppo R (potremmo inserirla nel primo gruppo) AMMINOACIDI ESSENZIALI Ci sono una serie di amminoacidi che vanno introdotti con la dieta, perché gli animali non riescono a sintetizzarli (10 amminoacidi) Sono di origine vegetale ma li assumiamo anche con gli animali (che li immagazzinano per noi) LEGAME PEPTIDICO Legame ammidico o peptidico tra gli amminoacidi, che è una reazione tra il COOH di un amminoacido e l'NH2 di un altro, attraverso una reazione di condensazione, perché viene persa una molecola d'acqua, si forma il legame C=O-NH, che si chiama legame ammidico. L'amminoacido in acqua però non è mai in questa forma; se io prendo due amminoacidi li agito, li riscaldo non reagiscono mai, perché richiede troppa energia, perché essendo un CO- e un NH3+ tendono ad attaccarsi formando un interazione ione-ione. Nella cellula la sintesi del peptide e della proteina deve avvenire in condizioni speciali, in particolare il gruppo COOH e il gruppo NH2 devono essere attivati (modificati) per reagire, quindi queste sono condensazioni ma tra gruppi attivati. Il CONH rispetta le regole per dare origine alla risonanza (doppio legame vicino ad un gruppo con coppia di elettroni), la risonanza fa sì che la struttura del legame peptidico sia un ibrido tra le due strutture in slide, che è una via di mezzo tra legame singolo e doppio (legame peptidico 1,5, ne singolo né doppio, ma ibrido), questo comporta che è più forte di un legame singolo, e non ruota (può ma tende a non farlo). Il legame ammidico differisce dal legame estereo perché la risonanza è più efficiente, e da un legame più rigido e più stabile (per questo si lega l'NH e non l'OH). Nella struttura del peptide abbiamo due legami singoli e uno rigido (quasi doppio) Parte rigida = legame peptidico Parte flessibile= legame singolo che può piegarsi. POLARITA' Le caratteristiche di polarità di una catena peptidica sono determinate dal gruppo R, e nella catena c'è un terminale che mantiene l'NH2 libero (ammino terminale); allo stesso modo dall'altro lato un amminoacido ha il COOH libero (carbossi terminale) Si parte dall'amminoacido con l'ammino terminale (alanserina) perché nelle cellule il gene si legge dalla tripletta dell'ammino terminale. OLIGOPEPTIDE Differenza tra polipeptide e proteina; la proteina ha una struttura tridimensionale ordinata Struttura primaria: Inizia dall'ammino-terminale e finisce con il carbossi-terminale. La struttura primaria è direttamente connessa al gene, inoltre determina anche le organizzazioni successive (struttura tridimensionale) Nella beta globina se in posizione 6 c'è la valina (al posto di glu) e questo determina l'anemia falciforme HbS Struttura secondaria: La possiamo definire con un numero, che è un angolo diedro (tridimensionale tra due piani) tra i piani individuati tra i legami peptidici della catena. Nella struttura delle proteine ci sono solo due strutture in cui gli angoli si ripetono in maniera regolare: struttura alfa elica e beta foglietto. Tutte le altre prendono il nome di strutture random in cui l'angolo cambia ALFA ELICA: tratto di struttura secondaria in cui la catena polipeptidica si avvolge a spirale formando un'elica in modo destrorso (dipende dalla configurazione L). Una struttura del genere deve essere stabilizzata con legami ad idrogeno contratti dai gruppi CONH dei legami peptidici. Legame a idrogeno tra l'ossigeno del CO l'NH del quarto amminoacido che segue nella sequenza. Visto dall'alto l'alfa elica ha i gruppi r proiettati all'esterno, e questo tratto assume la polarità e le caratteristiche degli amminoacidi che lo costituiscono. INCOMPATIBILITA': Amminoacidi carichi dello stesso segno rendono quel tratto incompatibili con l'alfa elica. Amminoacidi adiacenti con gruppi ingombranti sono incompatibili con l'alfa elica. L'incompatibilità è data anche dalla presenza della prolina (l'NH della prolina diventa N, e non avendo l'idrogeno non può fare legami a idrogeno per stabilizzare l'elica). Normalmente questa struttura si estende solo per massimo 20 amminoacidi.  FOGLIETTO BETA: anche questa struttura regolare è stabilizzata dai legami a idrogeno tra CO e NH, quindi stabilizzata dai legami peptidici. La differenza dall'elica è che i legami idrogeno sono fatti da amminoacidi mooolto distanti tra loro. I tratti dei legami peptidici formano delle pieghe come in un foglietto piegato (vedi slide). I gruppi R si trovano sopra e sotto. La forma è pseudo planare e pseudo allungata. Ci sono due tipologie parallela e antiparallela (vanno i direzioni diverse con due giravolte). Senza la giravolta non si può formare il beta foglietto (beta-hairpin), quindi non è un tratto causale, ha la lunghezza precisa di 3-5 residui e poi riiniziano i tratti che possono formare i legami idrogeno. In questo tratto c'è la prolina (incompatibile) alternata alla glicina (che serve perché ha la tendenza a piegarsi di più rispetto agli altri amminoacidi perché ha una catena laterale semplice (H) con la catena laterale più flessibile di tutti). La beta-foglietto predomina nelle proteine fibrose e allungate. Struttura terziaria: Può essere considerato il modo in cui le varie strutture del polipeptide si organizzano per dare la forma finale alla proteina. Le forze che stabilizzano la struttura terziaria determinano una forma rigida. Le forze intermolecolari si stabiliscono tra le catene laterali, quindi non tra i gruppi CO-NH, ma tra i gruppi R, catene laterali dei vari amminoacidi. Legame a idrogeno tra amminoacidi diversi (serina argentina). Interazioni idrofobiche (valina con boh). Interazioni elettrostatiche (amminoacidi basici con un acido). Nella struttura terziaria si possono stabilire anche i ponti di solfuro (legami covalenti, molto più forte che rende la struttura non modificabile) che si stabiliscono tra residui di cisteina (CH2-S-S-CH con reazione di ossidazione). Questa struttura crea delle zone nelle quasi può essere ospitato un solvente (acqua se nel citosol). Ci sono però delle zone non adatte come le interazioni idrofobiche dove l'acqua non può entrare. Si creano inoltre interazioni con ioni per bilanciare cariche negative (K+) o positive (Cl-). In molte proteine di tipo enzimatico questa struttura crea delle cavità adibite a sito attivo dell'enzima (cavità dove entra giusta la molecola che deve reagire). In una proteina ci sono una serie di cisteine, e non tutte fanno il ponte di solfuro, si decide chi lo fa perché non è una reazione spontanea, ci vuole un ossidante, ovvero il glutatione, che è un peptide che funge da ossidante (oppure la proteina tioredoxina). Non c'è un rapporto univoco struttura primaria, secondaria, terziaria.  Chaperoni molecolari: organizzano la conformazione delle catene poliptidiche nascenti in modo da avvicinare i gruppi che fanno le interazioni che abbiamo citato. Stabilizzano anche le proteine danneggiate, le rigenerano. HSP heat shock protein, sono proteine che rigenerano la struttura terziaria, degradata a seguito di uno shock termico. Proteasoma se la proteina non viene ricostituita. Prione: più piccola particella che può dare infezione, proteina, che diventa un agente infettivo. Una volta che viene a contatto con le proteine ripiegate in maniera normale, le contagia, ovvero induce un ripiegamento sbagliato, induce un cambio conformazionale creando dei legami intermolecolari, questo solo se i prioni sono a più bassa energia. I prioni hanno un energia così bassa che anche se la riscaldi non si denatura. Forma: l'ambiente cellullare cambia la struttura terziaria. Anche il Ph cambia la forma, perché se è basico o acido permette o meno determinate interazioni. Derivatizzare la proteina significa legare qualcosa alle catene laterali degli amminoacidi, la serina prende un gruppo fosfato grazie all'ATP nel trasporto attivo, cambiandone la forma e facendola diventare da mediamente polare a carica negativamente (la forforilazione di una proteina cambia la forma) Struttura quaternaria: Proteine che sono funzionali in una versione che comprende più catene polipeptidiche. L'esempio più semplice è l'emoglobina, che esplica la sua funzionalità solo in tetramero, quindi con 4 catene polipeptidiche che interagiscono tra loro con forze intermolecolari. Abbiamo inoltre visto che cambiando un solo amminoacido dell'emoglobina, questa non funziona più, perché cambia la struttura terziaria e quindi cambia il modo in cui la beta globina interagisce con l'alfa globina, quindi cambia tutta la funzionalità della proteina (questo è un esempio di proteina globulare di tipo quaternaria). L'actina (proteina del citoscheletro) come monomero è globulare, come proteina funzionale è allungata, perché sono tante unità globulari che fanno un filamento instaurando forze intermolecolari tra loro. Nella cheratina c'è uno sviluppo fondamentale ad alfa-elica del monomero, però la funzione della cheratina può essere svolta solo quando si formano delle fibrille, che sono date dalla struttura quaternaria, cioè ciascuna di queste che interagisce con le altre. La struttura quaternaria fa pensare dunque o a proteine quaternaria di tipo globulare o a proteine quaternarie di tipo fibroso, la cosa che li accomuna è la presenza di più catene polipeptidiche che interagiscono tra di loro tramite forze intermolecolari. Sono tutte proteine che da sole non solo funzionali, lo diventano solo quando formano la struttura quaternaria. CELLULA INTRODUZIONE giovedì 20 ottobre 2022 16:02 Una cellula è un'organizzazione dotata di vita che ha una membrana esterna, dotata eventualmente di strutture protettive aggiuntive, con al suo interno un liquido cellulare, il citosol; quello che sta dentro alla membrana si chiama invece citoplasma, che include oltre al citosol tutti gli organelli. Un organello è una struttura delimitata a sua volta da una membrana, che può contenere altre macromolecole. Il ribosoma è un ammasso di proteine e acidi nucleici ma manca la membrana. Le cellule eucariotiche sono più grandi (10 micron), quelle procariotiche più piccole (1 unità di micron). PROCARIOTICA EUCARIOTICA organismi Batteri e archeobatteri Protozoi (cellule che non hanno un'organizzazione superiore, ma sono normalmente isolate, non è un regno a sé), piante, animali, funghi (lieviti sono funghi unicellulari) DNA DNA a doppia elica, ma DNA a doppia elica, organizzato in cromosomi è un unico pezzo (pezzi separati) circolare di DNA (fanno eccezione i plasmidi) Ribosomi Ribosomi più piccoli Ribosomi più grandi, ma quelli nei mitocondri sono di tipo procariotico organizzazione Sono cellule isolate, al Troviamo cellule singole, colonie e organismi massimo si dividono in pluricellulari, anche specializzati (questo grazie ad colonie un'espressione selettiva del codice genico, che esprime solo determinate proteine) Divisione cellulare Scissione o gemmazione Mitosi e meiosi Citoscheletro (rete presente Presente, deriva da quello dei procarioti proteica che dà forma alla cellula e fa muovere vescicole e organelli) Organelli Pochi e mancano Tanti organelli presenti assolutamente i mitocondri Membrana Assenti gli steroli Steroli presenti L'aspetto della cellula e la sua composizione dipende dalla funzione della cellula. Nella a abbondano i mitocondri, nella b sono molto meno e abbonda il reticolo endoplasmatico, quindi avranno due funzioni diverse. I MICROSCOPI sabato 22 ottobre 2022 13:06 TEM: microscopio elettronico a trasmissione, osserviamo una cellula eucariotica e una procariotica. Vediamo che non c'è il nucleo delimitato, poi ci sono i reticoli endoplasmatici in quella eucariotica. La sorgente luminosa viene da sopra ed è un fascio di elettroni emessi da un filamento, questi elettroni attraversano il campione e si vanno a fissare su una lastra fotografica, che è quello che l'occhio vede. Il limite di risoluzione è 2 nanometri, quindi possiamo vedere anche le substrutture. La cellula deve essere per forza morta, fissata e colorata, altrimenti non si vede nulla. È impossibile trasportare il TEM perché l'osservazione della cellula va fatta sottovuoto, in assenza di aria, perché le molecole nell'aria potrebbero deviare gli elettroni. Costa molto. MO: Il microscopio ottico, primo ad essere inventato. Funziona in maniera tale che una potente lente inquadra quello che stiamo osservando e ingrandisce il campione. Campione: striscia sottile piazzata sul vetrino, noi osserviamo il campione grazie ad una lente molto potente e poi abbiamo bisogno di una fonte di radiazione elettromagnetica (sorgente luminosa, fotoni) che attraversa il campione. La risoluzione dipende dal raggio di lunghezza della luce (0,2 micron, non permette di vedere la substruttura dell'organello). Si possono vedere cellule vive, o fissate e colorate SEM: microscopio elettronico a scansione. La fonte di radiazione elettromagnetica sono gli elettroni e ha lo stesso livello di risoluzione del TEM 2 nanometri. Le cellule devono essere fissate e colorate con ioni metallici, quindi sono morte. Si possono visualizzare solo le parti esterne della cellula, quindi lo usiamo solo per vedere le strutture esterne della cellula (flagelli, ciglia, come nel paramecium). STED: fascio a laser eccitati. Si possono vedere molecole e strutture selettivamente, grazie ad una proteina marina gfp (green fluorescent protein) che viene introdotta nella cellula e viene fatta accumulare in determinate zone, quindi se tratto con il laser quella zona vedo la proteina fluorescente verde. CRYO-EM: microscopia criogenica. Si prende la cellula e si mette sotto azoto liquido, e tutti i complessi proteici vengono congelati e bloccati, e in queste condizioni vengono messe in un apparecchio che mantiene le stesse condizioni ed è in grado di osservare diverse strutture. Può scoprire e analizzare le proteine di membrana. Per scoprire la struttura di una proteina uso i raggi x, e affinché la proteina possa essere sottoposta ai raggi x deve essere cristallizata (deve precipitare). Si prendono poi questi cristallini, si mettono nei raggi x, e quello che viene fuori è la struttura tridimensionale della proteina. Tutte le proteine che non cristallizzano però non possono essere analizzate dai raggi x: quali sono le proteine che non cristallizzano? Per esempio quelle della membrana: se prendo una proteina della membrana, per cristallizzarla dovrei toglierla dalla membrana e farla precipitare, però avrei una struttura diversa da quella presente nella membrana. Risonanza magnetica nucleare, analizza atomo per atomo e le prossimità spaziali e mi dà l'idea di una struttura tridimensionale, però devo sciogliere la proteina che studio in un solvente che replichi l'ambiente della proteina. CELLULA ANIMALE martedì 25 ottobre 2022 15:14 CELLULA EUCARIOTICA ANIMALE In una cellula eucariotica animale si può distinguere una membrana e un citosol che prende il nome di citoplasma quando lo consideriamo con tutti gli organelli. All'interno di questi organelli ce ne sono almeno due che non sono propriamente organelli: il citoscheletro è una struttura cellulare ma non è uno organello perché manca di membrana; i ribosomi anche non sono considerabili organelli, poiché sono una serie di acidi nucleici mescolati a proteine ma mancano di membrana. Gli organelli cellulari sono il nucleo che ha due membrane, i reticoli che hanno le membrane, l'apparato del Golgi, il mitocondrio, il lisosoma e il perossisoma. CELLULA VEGETALE EUCARIOTICA VS ANIMALE La cellula vegetale ha una struttura evidente, una parete fatta da cellulosa (zucchero incolore). Questa parete cellulare caratterizza tutte le cellule vegetali, anche quelle embrionali, che devono dividersi velocemente per formare cellule adulte, quindi sembrerebbe un paradosso che la cellula embrionale si vada a proteggere con una parete che poi non le serve per dividersi, eppure anche le cellule embrionali hanno questa struttura. Quali sono le cellule che abbiamo incontrato che hanno una parete? Le cellule procariotiche e le eucariotiche vegetali, ma il motivo per cui queste due cellule hanno la parete è diverso. Nel caso dei procarioti la parete serve a contenere una pressione osmotica molto elevata all'interno, cioè se non ci fosse la parete per la pressione osmotica tutti i liquidi uscirebbero dalla cellula procariotica, perché ha una quantità di soluti tale da far aumentare enormemente la pressione osmotica. Nel caso della cellula eucariotica vegetale la parete non serve a impedire che escano liquidi per la pressione osmotica, ma serve a delimitare la forma della cellula, perché la cellula vegetale possiede il vacuolo, che può cambiare enormemente il suo volume, andando da valori molto bassi a valori estremamente alti, a seconda della quantità di acqua che mantiene, quindi per mantenere la struttura in una cellula in cui è presente un organello la cui variazione di volume è così drammatica, allora è necessario avere una struttura intorno, ovvero la parete. Il vacuolo esplica una serie di funzioni, ma sicuramente sostituisce i lisosomi. In più ci sono i plastidi, che sono una classe di organelli assente nelle cellule animali. LA CELLULA PROCARIOTE Questa è la cellula procariotica che possiede la membrana, la parete, e addirittura la capsula esterna, quindi se distruggiamo queste strutture, la pressione osmotica è talmente tanta che la cellula potrebbe scoppiare; questo è esattamente quello che succede prendendo un antibiotico beta lattamico, come la penicillina, che agisce bloccando la sintesi della parete batterica, quindi non uccide il batterio, ma interrompe la sintesi della sua parete, però il batterio scoppia perché ha una pressione osmotica troppo grande da sostenere senza parete. Non c'è un vero nucleo, gli organelli sono veramente pochi, ci sono i mitocondri, i ribosomi, reticoli abbastanza scarsi. IL NUCLEO È la struttura che contiene il materiale genetico, il DNA, mentre il grosso dell'RNA si trova all'esterno, anche se viene tutto sintetizzato nel nucleo grazie al processo di trascrizione, sulla base delle informazioni contenute nel DNA. Ci sono due membrane (doppia membrana) formate da un doppio strato fosfolipidico ciascuna. Queste membrane hanno dei pori, detti pori nucleari, che sono una specie di aggregato che attraversa entrambe le membrane, in modo tale da consentire un accesso all'interno (proteine ed enzimi di sintesi) o all'esterno (RNA sintetizzato) assolutamente controllato, costituiti da proteine chiamate nucleoporine (proteina che si organizza con un'altra proteina sotto formando un canale che attraversa entrambe le membrane). La zona del nucleolo all'interno del nucleo è quella più scura al microscopio, più densa, che contiene il DNA particolare che codifica l'RNA ribosomiale. TRAFFICO DI MOLECOLE Escono in rosso: RNA ribosomiale (subunità ribosomiali, codificate dal nucleolo), RNA messaggero che servirà da stampo per la codifica della proteina, RNA transfer. Entrano in blu: proteine ribosomiali, proteine per la trascrizione (passaggio da un tratto piccolo di DNA al corrispondente RNA, fatto solo sul quel tratto di DNA che codifica per proteina che dobbiamo sintetizzare), proteine per la replicazione (DNA che copia se stesso e dà un'altra copia di DNA, nel ciclo cellullare questo evento avviene una sola volta, evento propedeutico alla duplicazione cellulare, quindi la mitosi) I RIBOSOMI Nelle cellule procariotiche i ribosomi non sono attaccati al reticolo (ribosomi liberi, citoplasmatici). Nelle cellule eucariotiche ci sono i ribosomi liberi nel citoplasma, e quelli attaccati al reticolo (nella sintesi proteica eucariotica entrano in gioco entrambi). I ribosomi eucariotici e procariotici hanno diversa dimensione, in entrambi i casi si tratta di due subunità una più piccola e l'altra più grande (organizzazione simile). Il ribosoma procariotico misura 70 S, l'altro 80S. - (S= unità di misura del coefficiente di sedimentazione, cioè il tempo che ci mette ad attraversare un fluido un corpo; questo valore dipende sia dalla forma che dalla massa) I calcoli infatti non tornerebbero tra le due subunità del ribosoma, ma mettendole insieme cambia la forma, e in base alla nuova forma cambia valore. LA STRUTTURA E L'RRNA 16S l ribosoma è fatto da RNA ribosomiale e proteine. l'RNA messaggero normalmente è una struttura così piccola che non si associa una struttura terziaria e quaternaria, si fa un filo; per quanto riguarda l'RNA transfer ha una forma particolare; l'RNA ribosomiale è enorme ed ha alcuni tratti appaiati e altri non appaiati, per cui si forma una specie di ansa, quindi ha una struttura molto complessa. Ogni subunità è formata da pezzi di RNA ribosomiale più piccoli della subunità. RNA ribosomiale 16S, ha un ruolo importantissimo nell'evoluzione e gli alberi filogenetici dei batteri; questo RNA cambia solamente da una specie all'altra, non con l'evoluzione (quindi si presta molto a studi di tipo filogenetico, per assegnare quell'organismo a un genere e ad una specie, perché studiando il DNA potremmo trovare due DNA differenti non perché appartengono a diverse specie ma perché uno dei due ha subito una mutazioni), quindi si studia l'RNA, per la precisione il pezzo di DNA che codifica l'RNA. Questo scoperto da Woese che ha scoperto anche gli archeobatteri studiando questo rRNA 16S, perché ha visto che tutti i batteri erano diversi ma avevano comunque un tratto comune; studiando gli archeobatteri ha notato che questo tratto era così diverso che doveva appartenere proprio ad un altro dominio (ovvero gli archeobatteri). IL RETICOLO ENDOPLASMATICO Reticolo endoplasmatico ruvido: i reticoli sono delle cisterne di forma allungata ricoperti da membrana, che si trovano tutte intorno al nucleo. Perché queste cisterne punteggiate dai ribosomi negli eucarioti giocano un ruolo essenziale nella sintesi proteica, che avviene ad opera dei ribosomi ancorati sul reticolo endoplasmatico, che si chiama per questo ruvido. Ci sono queste cisterne perché il prodotto che esce dalla sintesi proteica dei ribosomi non è affatto quella che è la proteina finale, tutto quello che deve succedere dopo, compresa l'azione degli chaperoni molecolari che devono modellare la struttura terziaria, ma anche la modifica eventuale della struttura (ritagli e aggiunte) viene ad opera di enzimi che si trovano su queste cisterne, quindi il compito del reticolo endoplasmatico ruvido è quello di ospitare i ribosomi ed effettuare modifiche ci conformazione prima di inviare queste proteine al loro punto di utilizzo, e vengono inviate come vescicole. Per esempio se una proteina è una proteina di membrana, nel DNA viene fatta la trascrizione per quella proteina, esce l'RNA messaggero attraverso i pori nucleari, va sui ribosomi del reticolo, viene tradotto e diventa proteina; questa proteina ora deve andare sulla membrana e quindi da questo sistema si dipartono delle vescicole che contengono la proteina di membrana. Queste vescicole viaggiano nel citoplasma e vanno sulla membrana, vescicole che hanno la parte interna che contiene la proteina, e all'esterno hanno la parte della membrana che interagisce con l'acqua e viaggiano nel citosol. Ma come fanno a sapere dove devono andare? Reticolo endoplasmatico liscio: laboratorio di sintesi chimica dove vengono sintetizzati tutti i lipidi (fosfolipidi, steroli ecc). Somiglia a quello rugoso ma senza i ribosomi, gli enzimi che servono a sintetizzare queste molecole lipidiche si trovano sulla parte esterna del reticolo endoplasmatico liscio. Quindi la sintesi avviene sulla superficie, poi le molecole vengono riversate all'interno, poi parte la vescicola e va nel punto di utilizzo. Nel caso dei fosfolipidi il punto di utilizzo è sempre la membrana, quindi c'è proprio un traffico dai reticoli alla membrana, perché alcune proteine, che praticamente la maggior parte dei lipidi, deve andare nella membrana. Nelle cellule epatiche e in alcune cellule muscolari avvengono altre cose nel reticolo endoplasmatico liscio, però sono eccezioni, ma in generale il reticolo endoplasmatico liscio per definizione sintetizza i lipidi. APPARATO DEL GOLGI Struttura connessa ai reticoli perché le proteine vengono coniugate, ad esempio vengono glicosilate (ovvero si coniuga uno zucchero), ma possono essere glicosilati anche i lipidi, quindi si mescolano biomolecole di classi diverse, legando gli zuccheri ad altri metaboliti (come lipidi e proteine). L'apparato ha una direzione univoca, nel senso che le molecole che arrivano vengono coniugate sulla superficie e poi dall'altra parte vengono smistate verso il punto di arrivo, con una struttura simile al reticolo endoplasmatico liscio. C'è una direzione preferenziale è che da una parte arrivano le molecole da modificare (faccia cis), e dall'altra parte escono le molecole modificate (faccia trans). Ovviamente queste non sono molecole ma vescicole dotate di membrana. Ad esempio una molecola che deve essere degradata viene inviata al Golgi, viene marcata, e questa marcatura la indirizza verso la demolizione. Una serie di reazioni della cellula quindi non avvengono nel citosol con enzimi sparsi, ma tutte le strutture che devono modificare le biomolecole si trovano su membrane e quindi hanno una determinata posizione, perché sono ancorate alla membrana. Ci sono anche enzimi sparsi nel citosol (tipo quelli della glicolisi), ma non sono questi che modificano le biomolecole per renderle efficaci. Una caratteristica delle membrane è che dalle membrane si può sempre staccare una "goccia", e quando questa goccia raggiunge un'altra membrana si fonde e riversa quello che è il suo contenuto, tutto questo è possibile perché le membrane sono un mosaico fluido, se non fossero fluide non potrebbero fondersi in alcun modo. E la fluidità dipende fondamentalmente dalla struttura dei fosfolipidi e in particolare degli acidi grassi che li caratterizzano. MITOCONDRI Esistono nelle cellule eucariotiche animali e vegetali, mentre in quelle procariotiche non ci sono. Organello a doppia membrana (come il nucleo, con la differenza che queste non sono concentriche), ma con una membrana esterna che dà la forma ovoidale, e una membrana interna a tutta pieghettata, individuando le creste mitocondriali. C'è DNA procariotico (perché è circolare) all'interno, inoltre ha ribosomi suoi (procariotici). Funzione principale: produzione di energia. Nella respirazione cellullare degli eucarioti è responsabile di tutta la seconda fase, quella che porta alla costruzione della molecola energetica, l'ATP. L'ATP viene fondamentalmente (non unicamente) sintetizzato nei mitocondri. Dal mitocondrio parte il segnale dell'apoptosi, uno dei modi in cui può morire la cellula (morte programmata). Il DNA mitocondriale viene trasmesso unicamente dalla madre. Il DNA proprio serve ad avere una parziale autonomia genetica, alcune proteine del mitocondrio se le produce e se le codifica da solo, quindi è parzialmente autonomo. IL CITOSCHELETRO È tutta l'organizzazione proteica, per lo più proteine allungate (non proteine fibrose), che costituiscono l'ossatura della cellula. Il ruolo del citoscheletro è di costituire una rete di proteine all'interno della cellula che contribuisce a determinare la forma della cellula (in quelle animali è sufficiente a determinarne la forma, in quelle vegetali non è sufficiente a causa del vacuolo e quindi ci vuole la parete). Si individuano i microtubuli, i microfilamenti e i filamenti intermedi. I microfilamenti sono fatti di actina e i microtubuli di tubuline (famiglia di proteine). Sia l'actina che la tubulina hanno monomeri di forma globulare che in forma quaternaria assumono una forma allungata. La cosa importante è che il citoscheletro è anche il binario su cui viaggiano le vescicole che abbandonano il reticolo o il Golgi, ma vengono attaccate ad un pezzo di citoscheletro che le porta dove devono andare, quindi è fondamentale per il movimento delle vescicole. La tubulina e i microtubuli sono fondamentali anche bella mitosi (fanno muovere i cromatidi e i cromosomi), sempre nella mitosi stimolano il movimento della cellula e la allungano, per poi strozzarla al centro. Ruolo statico nel definire la forma della cellula, ma anche ruoli meccanici, perché consentono il movimento degli organelli e il cambiamento di forma della cellula in particolari momenti, come quello della divisione cellulare. MICROFILAMENTO: Quella in alto a destra è la proteina monomerica che si chiama actina, che è globulare (molti tratti ad alfa elica e molti ripiegamenti). Le actine g messe una in fila con l'altra forma un filo, e due spiralizzati tra loro formano l'actina. Due catene polimeriche di actine G spiralizzate. Nel consentire il movimento deve essere accorciata (estremità -, fenomeno di depolimerizzazione ad opera della gelsolina) da un lato e allungata dall'altro (estremità + che si allunga ad opera della profilina). Questo microfilamento è ancorato alla membrana plasmatica, e questo è mediato dalla spettrina (alfa e beta, proteina allungata) e le ankirine, che legano la spettrina alla membrana. Ci sono connessioni dirette tra il microfilamento e le proteine della matrice, quindi la cellula viene ancorata all'altra cellula utilizzando anche i microfilamenti, quindi le strutture della matrice cellulare sono essenziali a livello di tessuto, perché fanno si che le cellule siano organizzate all'interno di un sistema unico; allora le proteine del citoscheletro (l'actina in particolare), sono collegate sia alla membrana plasmatica sia alla matrice extracellulare. Allora le integrine sono proteine di membrane che da un lato sono legate al microfilamento, e dall'altro lato sono legate alle proteine della matrice extracellulare, quindi fungono da connessione tra la proteina del microfilamento e la matrice extracellulare, e danno una forma definitiva ma soprattutto una connessione tra le varie cellule. Nelle cellule muscolari (fatto funzionale non sono di tipo chimico, ma anche di tipo meccanico, che si devono contrarre in maniera coordinata, quindi devono essere collegate l'una all'altra), la proteina che connette il citoscheletro alla matrice si chiama distrofina. Se questa connessione non funziona le contrazioni muscolari non sono coordinate (la distrofia prende il nome da questa proteina). Nel caso delle cellule muscolari, la contrazione avviene perché sull'actina c'è una proteina che scorre e causa la contrazione, e si chiama miosina, ovviamente consumando ATP ad ogni movimento, perché questo scorrimento comporta cambiamenti della struttura terziaria, facendo una fosforilazione, e questo cambiamento si traduce in uno spostamento che corrisponde al movimento. MICROTUBULI: struttura diversa rispetto al polimero dell'actina, perché la differenza consiste nella struttura del polimero. Il monomero alfa e beta tubulina si polimerizza sempre a spirale individuando all'interno una struttura cava, quindi strutture ad elica ma cave all'interno. Anche in questo caso il movimento è dato dal fatto che può essere accorciato o allungato. Anche in questo caso serve per il movimento degli organelli o direzionamento di vescicole (ad esempio all'interno della cellula vegetale, i cloroplasti si devono muovere dal lato della luce quando fanno la fotosintesi, e si muovono viaggiando sul citoscheletro, quindi questi fanno muovere gli organelli), in più nella mitosi fanno muovere i cromosomi. Per quanto riguarda accorciamento e allungamento, questo viene a partire dal centrosoma, che è una struttura che si crea nel corso della mitosi ed è ricco di gamma tubulina (punto di aggregazione da cui parte il fuso mitotico).  CIGLIA O FLAGELLI: in alcune cellule ci sono strutture che escono dalla cellula. Hanno ruolo di movimento (nel caso del protozoo) o di aumentare in modo enorme la superficie esterna per consentire scambi o il passaggio di muco o altre strutture. In ogni caso queste funzionalità vengono garantite da strutture che hanno a che fare con i microtubuli, perché queste ciglia o flagelli non sono attaccate sopra la membrana, in realtà partono dal citoscheletro (che sta dentro) e attraversano la membrana uscendo fuori. Hanno una struttura di microtubuli organizzata con delle coppie di microtubuli laterali e una coppia di microtubuli centrali. La caratteristica essenziale è che si devono muovere, o per far muovere la cellula, o per allontanare delle sostanze, comunque è il movimento. Questo movimento viene garantito dalle dineine (nome che unisce tutte le proteine che consentono il movimento, come la miosina): queste dineine accoppiano l'idrolisi di ATP al movimento, cioè la dineina è quella strutture che utilizzando l'ATP (quindi fosforilandosi), cambia la forma e si sposta, quindi esce una vescicola dal Golgi e deve interagire con il citoscheletro per arrivare alla membrana, e lo fa perché la vescicola contiene sotto la dineina (è come un treno che se non avesse ruote non potrebbe camminare , quindi il treno è la vescicola, la ruota è la dineina, che sta sopra i binari, ovvero il citoscheletro. La ruota gira perché consuma ATP, quindi è la dineina che idrolizzando l'ATP si sposta e si tira appresso la vescicola o l'organello. Stesso sistema per la miosina). Quindi le dineine sono proteine in grado di accoppiare l'idrolisi di ATP al movimento. (sono le stesse proteine che nel citoplasma fanno scorrere gli organelli sul citoscheletro). È stato possibile vederlo con la microscopia ottica, l'unica in grado di studiare la cellula viva. Nel 1992 è stata scoperta l'esistenza del citoscheletro anche nei procarioti, perché hanno analoghi della tubulina e dell'actina. Anzi è stato scoperto che le tubuline probabilmente derivano dai precursori batterici. MEMBRANA BIOLOGICA Struttura universalmente presente nelle cellule, nelle quali esplica una serie di funzioni diverse. Il primo ruolo che ha è la compartimentazione, divide la cellula dall'esterno; ha un ruolo attivo di selezione per le molecole in entrata e in uscita dalla cellula; protezione; in alcune membrane particolari garantisce anche il contatto tra una cellula e l'altra, o ancora ci sono membrana specializzate a reagire agli stimoli elettrici, le membrane delle cellule eccitabili che rispondono a questi stimoli con la contrazione o il passaggio dell'impulso, e questo è il sistema nervoso. MODELLO A MOSAICO FLUIDO La descrizione di membrana secondo il modello a mosaico fluido di Singer e Nicolson, viene da una serie di esperimenti preliminari. Esperimento di Frye-Edidin dove si evidenzia una proprietà di due membrane biologiche: una cellula umana e una murina vengono ibridate grazie a dei virus che riescono a far fondere le cellule, e tutte le proteine, sia umane che murine erano state marcate con una sostanza fluorescente quindi potevano essere seguite facilmente dopo l'ibridazione, e dopo un certo tempo le proteine delle due membrane si mescolavano, non c'era più una divisione netta, portando alla conclusione che grazie alla fluidità conferita dai fosfolipidi, anche le proteine di membrana si muovono nella membrana, quindi questo esperimento è alla base dell'aggettivo "fluido" che viene dato alla teoria di Singer e Nicolson. Questa teoria viene pubblicata su Science nel 1972 (teoria perché non potevano osservare la membrana). Mosaico: si compone di biomolecole di classi differenti (lipidi, fosfolipidi, sfingolipidi, proteine, incastrate l'una nell'altra), ma è fluido, ovvero c'è una diffusione delle sostanze della membrana. Il fluido diffonde il lipide, ma c'è un'estesa mobilità anche delle proteine. La mobilità dei lipidi è inevitabile ed è connessa con la loro struttura, la mobilità delle proteine è limitata. La mobilità delle proteine però è lenta rispetto a quella dei lipidi, ma questo esperimento fa capire che c'è la tendenza assoluta delle membrane biologiche a fondersi l'una con l'altra e questo è quello che è alla base della creazione delle vescicole dalla membrana e della fusione delle vescicole con altre membrane, quindi le membrane tendono a fondersi e quindi a muoversi. BILAYER FOSFOLIPIDICO. I componenti principali sono i fosfolipidi, con code sature e insature, e insieme a questi fosfoacilgliceroli ci sono la sfingomielina (sfingolipide di membrana dove una delle code è della sfingosina, ma la testa assomiglia a una lecitina), poi c'è il ganglioside e il colesterolo, che ha una parte ciclica apolare che si inserisce all'interno della membrana con interazioni idrofobiche con le code degli acidi grassi, e il gruppo polare OH che espone all'esterno; la presenza del nucleo tetraciclico del colesterolo permette un minore impaccamento, perché l'impaccamento che andrebbe a favore della rigidità della membrana con le code sature, viene interrotto dalla presenza del sistema tetraciclico del colesterolo. Il ganglioside possiede una sfingosina ma non ha il gruppo fosfato (a differenza della sfingomielina), al posto suo ha 5 zuccheri, quindi più che essere uno sfingolipide di membrana, è un glicosfingolipide che non ha il gruppo fosfato. Il grafico in basso a destra fa capire che benché strutturalmente le molecole siano le stesse, quello che cambia da membrana a membrana è l'abbondanza relativa di una molecola rispetto ad un'altra, quindi la composizione lipidica, che è assolutamente eterogenea, per questo ciascuna membrana ha caratteristiche uniche. DISPOSIZIONE ASIMMETRICA La diposizione dei fosfolipidi nella membrana biologica non è casuale, vengono disposti all'esterno le lecitine e quindi quelli che hanno una carica neutra (positiva sulla catena laterale che annulla quella del gruppo fosfato), mentre all'interno ci sono le cefaline, cioè le molecole che hanno carica negativa (catena laterale neutra, quindi la molecola assume la carica negativa del fosfato). Questa stessa disposizione asimmetrica vale anche per gli sfingolipidi (sfingomielina che contiene la prolina come le lecitine la troviamo verso l'esterno). La membrana così assume una disposizione asimmetrica delle cariche, diventando un oggetto carico, propedeutica alla trasmissione o alla creazione dell'impulso elettrico; nelle cellule del sistema nervoso o quelle muscolari si crea una disposizione all'esterno di cariche non omogenea, all'esterno ci sono più cariche positive che all'interno, e quindi questa distribuzione asimmetrica diventa propedeutica alla trasmissione dell'impulso elettrico. Inoltre i glicolipidi (come i gangliosidi) sono rivolti verso l'esterno perché noi dobbiamo concepire gli zuccheri legati alla parte lipidica (e in alcuni casi anche alla parte proteica) come un segnale percepito dalle altre cellule, oppure come un meccanismo per garantire l'adesione tra le cellule, quindi queste funzioni hanno senso se i glicolipidi vengono rivolti verso l'esterno: per esempio i gruppi sanguigni sulla cellula dell'eritrocita sono glicolipidi (gruppo A, B), quindi vuol dire che quella cellula espone delle catene zuccherine, che noi identifichiamo come gruppo sanguigno. La disposizione asimmetrica è come se fosse un segnale sullo stato di salute della cellula, infatti quando la fosfatidilserina (cefalina) aumenta la sua concentrazione all'esterno, è uno dei segnali che la cellula si avvia verso un processo di apoptosi. È stato fatto un esperimento in cui artificialmente hanno cambiato la disposizione dei fosfolipidi di una membrana cellulare, utilizzando delle ciclodestrine dentro alle quali sono stati messi dei fosfolipidi che poi sono stati buttati nella cellula, le ciclodestrine si sono fuse con la cellula e hanno rilasciato i fosfolipidi, cambiando così la disposizione dei lipidi della cellula: si osserva che dopo poco la cellula è andata in apoptosi. (avevano cambiato di posizione la sfingomielina). MOBILITA' DEI FOSFOLIPIDI I fosfolipidi di membrana hanno un movimento che dipende dalla temperatura (più alta è la temperatura e più si muovono perché aumenta la cinetica del corpo). Il movimento può essere rotazionale (cioè il lipide piò ruotare su se stesso) o traslazionale laterale (cioè si sposta nello stato in cui si trova). La risposta all'aumento di temperatura di questo movimento dipende dalla fluidità intrinseca della membrana. Una membrana più fluida asseconda il movimento, se la membrana è più rigida perché più abbondante di catene laterali sature allora non lo asseconda nonostante l'aumento di temperatura. È possibile il movimento di traslocazione? Cioè un fosfolipide da sopra va sotto o viceversa; questo fosfolipide per fare questo movimento deve far attraversare alla testa polare tutte le code apolari per poi piazzarsi sotto. Questo movimento dunque viene fatto solo quando è strettamente necessario e ha bisogno della catalisi di un enzima che si chiama flippasi o anche traslocasi, ma è ATP dipendente, cioè consuma energia per fare questo movimento. Quindi questo movimento avviene solo quando strettamente necessario: nel reticolo endoplasmatico liscio vengono sintetizzati i fosfolipidi, nel Golgi viene invece formato il ganglioside, quindi tutte queste vescicole arrivano dalla membrana, si fondono con essa e poi le lecitine devono andare sopra, le cefaline e le altre molecole neutre devono stare sotto, quindi tutta una classe di molecola deve fare un movimento di flippasi, quindi questo enzima qui lo vediamo all'opera quando vengono rimpiazzati o sintetizzati i fosfolipidi di membrana (che è un oggetto di membrana). Questa proteina flippasi ingloba il fosfolipide, con l'ATP cambia la sua struttura terziaria e sposta la testa polare sopra. PROTEINE DI MEMBRANA Hanno un ruolo importantissimo. Alcune proteine delle membrane servono per l'adesione al citoscheletro e/o per l'adesione alla matrice extracellulare, alcune proteine servono per il trasporto, cioè a fare entrare e uscire sostanze dalla cellula, alcune proteine servono a fare avvenire reazioni enzimatiche sulle membrane (non sono citosoliche, come la fotosintesi sul cloroplasto o la respirazione cellulare sul mitocondrio), possono avere un ruolo di trasduzione del segnale, ovvero un informazione dall'esterno che deve essere trasmessa all'interno (la cellula nervosa rilascia un messaggero, acetilcolina, che va sulla cellula muscolare e la stimola, reagendo con la contrazione), ruoli di riconoscimento o adesione tra cellule. Le proteine di membrana vengono generalmente divise in due categorie: Proteine estrinseche o periferiche: non attraversano lo strato fosfolipidico, e quindi interagiscono con la struttura fosfolipidica della membrana attraverso forze intermolecolari che riguardano la proteina e le teste polari dei fosfolipidi, quindi l'interazione è di tipo polare tra amminoacidi polari e la testa polare del fosfolipide. Proteine intrinseche o integrali: attraversano la membrana e si dividono in monopasso o multipasso; il passo di una proteina è una caratteristica che si riferisce a quante volte attraversa la membrana, quindi le proteine monopasso la attravresano una volta, quelle multipasso la attraversano più volte. I tratti di proteina che attraversano la membrana sono ad alfa elica, con le catene R degli amminoacidi all'esterno, che interagiscono con le catene apolari dei lipidi con forze idrofobiche. Quindi è una alfa elica nella quale le catene laterali sono quegli amminoacidi con le catene laterali apolari (alanina, valina, leucina, isoleucina). Nelle proteine multipasso è necessario che si formino delle anse per poi tornare dentro e reimmergersi (fatti grossomodo di prolina, di amminoacidi grandi e così via). Questi devono essere esposti nel mezzo acquoso, quindi la prolina non può essere l'unico amminoacido (è un po' troppo apolare), quindi più che altro sono amminoacidi grandi e polari, incompatibili con l'alfa elica ma non con il mezzo acquoso. Di solito si tratta di strutture terziarie, quindi hanno un unico amminoacido ammino terminale, e un unico amminoacido carbossi terminale: normalmente l'ammino terminale si trova sopra e il carbossi sotto (assecondano le cariche della disposizione asimmetrica dei fosfolipidi). Simon e Ikonen hanno corretto il modello a mosaico fluido di Nicolson, infatti loro affermano che ci sono alcune proteine di membrana che si muovono, ma ce ne sono tante altre che non si muovono; cioè nell'esperimento di Frye-Edenin non si erano proprio mescolate, lui aveva colorato tutte le proteine murine in verde e quelle umane in rosso, ed è più probabile che si trovino in zone bloccate nelle quali non hanno libertà di movimento. Glicocalice: nella porzione esterna di una membrana biologica possiamo trovare sicuramente le proteine estrinseche, ma si può trovare anche uno strato zuccherino che deriva da glicolipidi o proteine glicosilate, cioè proteine che hanno zuccheri e li espongono verso l'esterno. Quindi il glicocalice è un piccolo strato della membrana in cui si trovano gli zuccheri, che sono legati o ai lipidi o alle proteine di membrana. Uno zucchero si lega ad una proteina attraverso un legame glicosidico tra lo zucchero e la catena laterale di un amminoacido di una proteina, quindi gli serve il gruppo OH, quindi gli zuccheri si attaccano alle serine, alle treonine o alle tirosine (i tre amminoacidi con i gruppi OH): l'anomerico di uno zucchero si lega alla proteina su quella posizione specifica. Questi legami glicosidici si saranno formati nell'apparato del Golgi, perché nel reticolo endoplasmatico ruvido si sarà formata la proteina, e nel Golgi sarà stata modificata legando lo zucchero in quella posizione. PROTEINA INTEGRALE MONOPASSO Questa proteina si chiama Glicoforina A ed è una proteina monopasso che troviamo sui globuli rossi. Attraversa la membrana in un solo strato ad alfa elica e poi ha una discretamente lunga catena nella parte intracellulare, e una altrettanto lunga nella parte extracellulare. Nella parte extracellulare lega una serie di zuccheri, un oligosaccaride. Dalla serina CH2-O forma il legame glicosidico con l'acetil-beta-glucosammina, che in questo caso è un punto di ramificazione perché partono due catene; troviamo qui tre galattosi, due mannosi, due N-glucosammina (zucchero modificato), ma importante è l'acido sialico, che è uno zucchero: ha 9 atomi di carbonio, e la sua caratteristica è che è uno zucchero modificato per cui il CH2OH è diventato COO-, che abbiamo già visto nella pectina, nella quale abbiamo incontrato l'acido galatturonico, cioè uno zucchero modificato in cui c'era questa caratteristica, e quindi aveva l'acido perché serviva come collante perché lo ione calcio doveva unire due catene, quindi la pectina era la componente principale della lamella mediana; in questo caso l'acido sialico non deve congiungere (si trova sulla membrana infatti), ci sono due acidi sialici che si trovano sopra l'eritrocita (che all'esterno ha una serie di cariche negative), questo perché di natura le membrane a stretto contatto (eritrocita nei capillari) si fondono tra loro, ma se le membrane degli eritrociti si fondessero noi saremmo morti, quindi l'acido sialico rende gli eritrociti carichi negativamente in modo tale da respingersi tra loro, questo fenomeno si chiama "isolamento dell'eritrocita", l'eritrocita nonostante venga messo in condizioni di fusione non si fonde, grazie l'abbondanza di acido sialico sulle glicoproteine di membrana (glicoforina). PROTEINE INTEGRALI MULTIPASSO Le proteine multipasso hanno diversi tratti intermembrana, tutti ad alfa elica. c'è una famiglia intera di proteine che trasmettono l'impulso che si chiamano proteine G, e sono proteine che hanno il compito di avere una zona esterna che interagisce con il secondo messaggero, come l'adrenalina o l'acetilcolina che interagiscono con queste proteine e poi trasmettono questa informazione ad un'altra proteina che si trova all'interno, da cui parte la risposta allo stimolo indotto dall'adrenalina o l'acetilcolina per esempio. Queste proteine transmembrana recettoriali hanno una caratteristica comune, i tratti all'interno della membrana sono sempre 7 e si mettono di solito uno intorno all'altro, un esempio classico di proteine multipasso sono le proteine recettoriali, che sono proteine eptapasso che grazie a questi 7 tratti creano una zona nella quale possono interagire con il mediatore che viene dall'esterno e trasmettere l'impulso all'interno, questo sempre con i cambi di struttura terziaria: quando interagiscono con questa molecola (il mediatore che viene dall'esterno), l'interazione stessa fa cambiare la struttura tridimensionale della proteina, e cambiandola viene trasmessa questa informazione all'interno. Quindi i cambi di struttura tridimensionale sono il ruolo delle proteine, è il loro lavoro, in questo caso è l'adrenalina o l'acetilcolina rilasciata che interagendo con la proteina le fa cambiare la sua struttura tridimensionale. Questo è possibile immaginando una serie di amminoacidi coinvolti in una forza intermolecolare tra di loro, poi arriva l'adrenalina e l'interazione con questa è più forte; si rompono alcune forze intermolecolari e si stabiliscono con l'adrenalina, e questi che si sono liberati fanno interazione con altro, e quindi cambia la struttura terziaria, e quindi il cambio di forma della proteina viene trasmesso all'interno: per fare questo ci vuole per forza una struttura più complessa che reagisce in maniera più fine a questo stimolo (per questo le monopasso non vanno bene) e quindi normalmente si tratta di proteine che hanno 7 domini all'interno della membrana. ZATTERE LIPIDICHE O LIPID RAFTS Questa è una struttura che viene fuori da un esperimento semplice: se noi prendiamo la membrana biologica di una cellula e la mettiamo con un denaturante (sostanza che distrugge la struttura), quando facciamo la centrifugazione noi non troviamo, a parte gli organelli, nessuna struttura identificabile con la membrana, tranne alcune zone della membrana, che sono particolarmente impaccate, dense, da non essere denaturabili con un detergente. Queste zone si chiamano DRM, da "detergent resistent membrane", quindi le zattere lipidiche sono quelle parti della membrana che resiste alla denaturazione del detergente. Le zattere sono presenti in tutte le membrane e quando le andiamo ad osservare al microscopio sono delle zone in cui lo spessore della membrana aumenta, quindi il doppio strato in alcuni punti si allarga e in altri si restringe. Al microscopio quando osserviamo un aumento dello spessore della membrana sappiamo che in quella zona sono concentrati una serie di proteine, una serie di glicolipidi, che hanno una funzione particolare, è come se venissero ammassati là; normalmente queste proteine e fosfolipidi che vengono condensati in quella zona hanno la funzione di segnale con le cellule esterne, e quindi l'aumento di spessore è anche funzionale al fatto da venire immediatamente riconosciute queste strutture: cioè facciamo conto che la cellula debba esporre una proteina per interagire con un'altra cellula, invece che disperderla tra tutte le proteine che stanno sopra la membrana, la mette in evidenza, quindi lo spessore della membrana in quella zona aumenta e poi diminuisce, quindi è come se fosse stata posta in evidenza. Come si ottiene questo spessore più grande? In quel caso le catene laterali degli acidi grassi sono più lunghe, invece di essere tutti acidi grassi a 14 o 16, sono tutti a 18, 20, se non 22 atomi di carbonio, e quindi sono tutte più lunghe, anche queste proteine hanno dei tratti intermembrana più lunghi, anzi alcuni tratti a doppia elica escono addirittura fuori dalla membrana. Quindi c'è un aumento di spessore, lipidi con catene più lunghe, una densità di proteine enorme, proteine che non si muovono, le zattere lipidiche sono un altro esempio di proteine non legata al citoscheletro, ma che non si muovono in seguito al movimento dei lipidi, la zattera lipidica è una zona ferma, fissa, in cui non c'è una grande fluidità della membrana, perché l'obiettivo è di tenere queste proteine una vicino all'altra, infatti oltre ad avere acidi grassi dalle catene più lunghe, in questa zona abbondano gli acidi grassi con le catene sature, piuttosto che insature, perché l'obiettivo in questa zona è di non far muovere le proteine. Quindi la funzione di questi è quella di essere microdomini che hanno lo scopo di concentrare le proteine di membrana che hanno funzioni recettoriali, di riconoscimento. Per esempio i linfociti, quando riconoscono la presenza di un bersaglio, cambiano completamente la composizione della propria membrana, e cominciano ad essere presenti una serie di zattere lipidiche, nelle quali espongono proteine che devono interagire con l'ambiente esterno. Quindi sono delle zone funzionali della membrana nelle quali la membrana cambia di spessore e blocca le proteine. FLUIDITA' DELLA MEMBRANA Quali sono i fattori che aumentano la fluidità? Catene alchiliche più corte e con più doppi legami aumentano la fluidità, catene alchiliche più lunghe e con meno doppi legami la diminuiscono. Per ogni membrana è possibile stabilire un valore di temperatura, che chiameremo temperatura di transizione Tm, quindi Tm dipende dalla sua composizione fosfolipidica. Questa temperatura di transizione è un po' come un passaggio di stato, in questo caso tra lo stato fluido e quello di gel semisolido: a noi interessa lo stato fluido. La presenza dello stato fluido è funzionale a tutte le attività che le proteine devono fare con la membrana, perché molte di queste attività sono connesse ad un cambiamento di forma, e quindi c'è bisogno che i fosfolipidi della membrana assecondino questo cambiamento. Quindi la corretta funzionalità della membrana è quella di stato fluido, mentre quella di gel semisolido, tutte le catene laterali sono in maniera ordinata e la fluidità della membrana si è persa, e come la fluidità anche molta della sua funzionalità. Lo stato fisico è fluido quando la temperatura è superiore o uguale di quella di transizione, se invece è minore ha lo stato fluido. La nostra temperatura corporea è tale che ci troviamo al di sopra della temperatura di transizione. La temperatura di transizione è definita dai legami insaturi che si trovano sulle code idrocarburiche, quindi quanto più sono numerosi i legami insaturi tanto diminuisce la temperatura di transizione, così è più probabile che la temperatura a cui ci troviamo è superiore alla Tm. Quindi all'aumentare dei doppi legami diminuisce la temperatura di transizione. Ovviamente quando aumentiamo la lunghezza della catena laterale, la temperatura di transizione aumenta. Il colesterolo è una molecola essenziale perché aumenta la fluidità della membrana. (nell'immagine sotto la disposizione del colesterolo nella membrana) il colesterolo si va a mettere in mezzo alle catene degli acidi grassi, e quindi ostacola la formazione di interazioni strette tra queste catene, e di conseguenza aumenta la fluidità della membrana. Quindi il colesterolo è essenziale soprattutto quando siamo in prossimità della temperatura di transizione, quindi in questo caso il colesterolo è essenziale. Quando le molecole di colesterolo si trovano disperse nella membrana hanno un ruolo positivo ed essenziale, quando si aggregano tra loro danno invece problemi di rigidità. OMEOSTASI DELLA MEMBRANA Per omeostasi della membrana si intende la risposta della membrana alle variazioni di temperatura, quindi la membrana cambia la sua composizione in base alle variazioni di temperatura. Per esempio se noi abitassimo al polo nord ci sarebbe una temperatura esterna di -15°, la mia membrana sarà diversa a quella dell'inuit che abita lì. Il problema è che la temperatura esterna t è troppo bassa, e quindi siccome la fluidità della membrana si ottiene quando t>Tm, non potendo agire su t, deve agire su Tm: come abbassa Tm? Deve aumentare la presenza di acidi grassi con doppi legami all'interno della sua membrana: lo fa mangiando cibi ricchi di acidi grassi insaturi, che vengono tutti reclutati dalla cellula e mandati alla membrana, quindi la membrana cambia di composizione per adattarsi alle condizioni esterne. In alcuni organismi (non l'uomo) c'è anche la possibilità di fare una desaturazione, cioè prendere gli acidi grassi saturi e renderli insaturi. ARCHEOBATTERI Gli archeobatteri sono dei batteri che vivono in condizioni estreme, cioè in condizioni nelle quali le altre cellule avrebbero delle serie difficoltà a vivere, cioè: condizioni di pressione osmotica enormi, per esempio all'interno delle saline, condizioni di temperatura elevate, come sulla solfatara, pressione enorme, mancanza di luce, come nei fondi oceanici. Questi batteri si chiamano archeobatteri, perché si pensa che siano le prime forme di vita che si sono create, e sono state create in sorgenti termali che si trovano nelle profondità degli abissi, lì si pensa che c'erano condizioni ottimali per la creazione della vita, e le prime forme di vita emerse sarebbero questi archeobatteri, che si chiamano così perché sono i più antichi. Prendiamo un archeobatterio che deve vivere a temperature elevate, il suo problema è che la sua t è molto più grande di Tm, troppo più grande, quindi l'obiettivo di questo archeobatterio è quello di impaccarsi un po' di più, quindi a livello di Tm non la deve far scendere, la deve far salire. Osserviamo un tratto di membrana biologica (immagine sopra), presenta catene laterali lunghissime, anche a 30 atomi di carbonio, completamente sature, in più ha una caratteristica unica, che una delle due catene non è fatta di acidi grassi, ma è fatta di terpeni saturi, per questo è un altro regno della natura, è fatta di terpeni perché così può arrivare a tanti atomi di carbonio. Inoltre il legame estereo di norma tra il glicerolo e le catene degli acidi grassi a 200/300° si idrolizza, perché è un legame che si ottiene per condensazione, quindi qui non può esistere. Questi terpeni sono legati con un ponte ossigeno, il legame si chiama "etere", che a 200/300° è stabile e quindi non si distrugge. Quindi hanno cambiato completamente la struttura della porzione fosfolipidica mettendo dei lipidi con le catene laterali terpeniche sature lunghissime e cambiando anche la natura del legame presente che non è più estereo ma diventa etere. Questa spiegazione fa capire anche perché analizzando il ribosoma 16s ci si trovava con qualcosa di completamente diverso, con un altro regno della natura, perché ha una membrana completamente diversa. MATRICE EXTRACELLULARE EUCARIOTICA ANIMALE Nella piante la zona tra una cellula e l'altra si chiama lamella mediana e ha una struttura all'interno dominata da vari zuccheri, dalla pectina. Invece negli animali la matrice extracellulare è di tipo zuccherino-proteico, quindi ci sono anche tutta una serie di proteine all'interno della matrice extracellulare. Intendiamo con matrice extracellulare tutte quelle molecole che si trovano tra una cellula e l'altra, potremmo dire che connettono una cellula con l'altra. Tant'è vero che in alcuni casi si parla di tessuto connettivo, cioè quella zona che connette un organo con un altro. Si compone di carboidrati e proteine. Dei carboidrati il dominante di tutti è l'acido ialuronico, che si comporta similmente alla pectina, ovvero dona rigidità, tant'è che nelle loro strutture c'è una cosa in comune, ovvero hanno un gruppo acido, la pectina ha l'acido galatturonico. Quindi sembrerebbe che nei polisaccaridi extracellulari, quelli che hanno un ruolo di connessione, sia abbastanza comune avere un gruppo acido. Alcune delle proteine della matrice sono connesse alle integrine presenti nella membrana, per cui c'è un legame tra il microfilamento e l'integrina, e tra l'integrina e la proteina della matrice extracellulare (connessione citoscheletro matrice), della matrice è legata al citoscheletro la parte proteica, non quella