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This document contains information regarding a biology course. Topics include general information, materials, exams and foundations of biology. It details topics such as the origin of life, evolution, and the diversity of human genetic populations. The document also discusses various scientific theories and experiments.

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‭BIOLOGIA‬ ‭ ttps://www.corsi.univr.it/?ent=cs&id=395&menu=studiare&tab=insegnamenti&codiceCs=MM1&codins=10566&crediti=6.0&aa=2023/2‬ h ‭024&lang=it‬ ‭Informazioni generali‬ ‭ aria Grazia Romanelli‬‭- experimental biology (oggetto‬‭della mail:‬‭Studente medicina 2023‬‭)‬ M ‭Maria Teresa Scupoli‬ ‭...

‭BIOLOGIA‬ ‭ ttps://www.corsi.univr.it/?ent=cs&id=395&menu=studiare&tab=insegnamenti&codiceCs=MM1&codins=10566&crediti=6.0&aa=2023/2‬ h ‭024&lang=it‬ ‭Informazioni generali‬ ‭ aria Grazia Romanelli‬‭- experimental biology (oggetto‬‭della mail:‬‭Studente medicina 2023‬‭)‬ M ‭Maria Teresa Scupoli‬ ‭72 ore, 6 CFU‬ ‭Materiali: testi , slides, articoli‬ ‭‬ ‭Testi‬‭(si equivalgono):‬ ‭-‬ ‭E. Ginelli, M. Malcovati:‬‭Molecole, Cellule e Organismi‬‭EdiSES, 2022‬ ‭-‬ ‭Becker-‬‭Il mondo della cellula‬‭- X edizione italiana‬‭2022- Pearson Italia7‬ ‭-‬ ‭B. Alberts et al;‬‭L’essenziale di Biologia molecolare‬‭della cellula‬‭V ed. Italiana‬ ‭a cura di A. Pagano Zanichelli Bologna 2021‬ ‭-‬ ‭Biologia‬‭Solomon et al.VIII ed.EdiSes 2021‬ ‭-‬ ‭qualunque altro testo che abbia riferimento alle‬‭ohmiche‬‭(discipline di studio)‬ ‭‬ ‭Esame‬‭:‬ ‭-‬ ‭Scritto‬‭→ 30 domande: 26 quiz (risposta multipla,‬‭grafici da interpretare, parole‬ ‭mancanti) + 4 domande aperte‬ ‭-‬ ‭con voto maggiore a 24 eventuale‬‭colloquio orale‬‭basato‬‭sull'approfondimento di‬ ‭alcuni argomenti (si può anche abbassare)‬ ‭-‬ ‭criteri valutazione: sintesi e parole chiave/schemi, correttezza‬ ‭‬ ‭Erasmus‬‭: vedi codice 0912‬ ‭ iflessione‬ R ‭estremità dei cromosomi: telomeri (premio nobel 2009)‬ ‭La connessione tra lunghezza/estensione dei telomeri e quella della vita del soggetto è legata al‬ ‭fatto che, durante la duplicazione, i telomeri tendono ad accorciarsi. Una loro maggiore‬ ‭lunghezza dà l’idea di una maggiore longevità. Le cellule però non devono solo proliferare, ma‬ ‭anche specializzarsi → bisogna fare una differenza rispetto alle varie fasi.‬ ‭Telomeri → la replicazione cellulare, quando “finiscono” la cellula muore‬ ‭Equivoco propagandistico che ha portato a considerare una riproduzione infinita di telomeri come‬ ‭chiave per una vita altrettanto lunga quando invece potrebbe recare danni, causando tra le altre‬ ‭tumori.‬ ‭La biologia cambia nel corso della crescita dell’organismo, da embrione a età avanzata.‬ ‭I‬‭disturbatori dell’informazione‬‭per eccellenza sono‬‭i giornali, internet e terrapiattisti,‬ ‭negazionisti → bisogna affidarsi a prove scientifiche certe e valide‬ ‭ hy the future depends on those who know biological sciences?‬ W ‭Chi conosce la biologia ha un ruolo fondamentale per difendere la sopravvivenza dell’essere‬ ‭umano in quanto:‬ ‭-‬ ‭Preserve the environment → permette di conservare l'ambiente in cui vive‬ ‭(ecosostenibilità)‬ ‭-‬ ‭Healthy lifestyle → condurre uno stile di vita “sano” e corretto‬ ‭-‬ ‭Healthy aging → invecchiamento altrettanto sano‬ ‭Fondamentali sono quindi‬‭i progressi della scienza‬‭:‬ ‭1‬ ‭-‬ ‭ ioinformatica‬‭(bioinformatics): (sono stati inseriti negli algoritmi le nostre proteine, ecc.).‬ B ‭è un linguaggio di comunicazione scientifica (es. gene ontology= classificazioni, fatte dalle‬ ‭macchine dei sistemi biologici, nomenclature alfanumeriche che codificano tutto ciò che‬ ‭esiste in biologia, codici e algoritmi)‬ ‭-‬ ‭Bioimaging‬‭: senza l’uso della microscopia si possono‬‭vedere su schermo/video dettagli‬ ‭strutturali della vita di un organismo (es. nanoparticelle che permettono la visualizzazione‬ ‭dell’accumulo di un farmaco o proteina), divenendo così delle tecniche utilizzate anche in‬ ‭ambito diagnostico.‬ ‭ iversità genetica della popolazione umana (unicità del singolo, composizione chimica del DNA‬ D ‭che porta all’efficienza di alcuni farmaci rispetto ad altri per il singolo individuo), nuovi farmaci‬ ‭senza farne la sintesi (farmacogenomica), interpretazioni di valutazioni di modelli sperimentali.‬ ‭Accordo internazionale “‬‭Open science‬‭” per cui risultati‬‭e valori scientifici vengono condivisi tra i‬ ‭vari laboratori di ricerca del mondo. Tra le altre si ha la piattaforma Banca biologica delle proteine‬ ‭“‭T ‬ he Human Protein Atlas‬‭"‬ ‭FONDAMENTI DELLA BIOLOGIA‬ ‭I 5 fondamenti della biologia‬ I‭l pensiero biologico moderno si basa su principi posti nella seconda metà dell'800, teorie frutto di‬ ‭sperimentazioni, provate scientificamente e riproducibili:‬ ‭1.‬ l‭eggi dell'ereditarietà dei caratteri‬‭(G. Mendel,‬‭1865)‬‭: i‬‭caratteri ereditari vengono‬ ‭trasmessi‬‭di generazione in generazione con modalità‬‭definite‬ ‭2.‬ ‭Teoria cromosomica‬‭(Sutton e Boveri, 1903)‬‭: i cromosomi‬‭sono i‬‭veicoli dei caratteri‬ ‭ereditari con informazioni genetiche dell’individuo‬‭(diploidi) che si trasmettono con le‬ ‭modalità descritte da Mendel. Una cellula ha tante molecole di DNA quanti sono i‬ ‭cromosomi, un solo genoma, 46 molecole di DNA. Struttura del DNA: cromatina (struttura‬ ‭rilassata) e cromosoma (cromatina addensata)‬ ‭3.‬ ‭Biogenesi‬‭(L. Spallanzani 1766, L. Pasteur 1864)‬‭:‬‭(“‬‭Omne vi un ex vivo‬‭”) tutti gli‬ ‭organismi‬‭derivano dalla riproduzione di altri organismi‬‭preesistenti‬ ‭4.‬ ‭Teoria cellulare‬‭(Schleiden e Schwann, 1839)‬‭: tutti‬‭gli organismi viventi hanno come‬ ‭unità funzionale la cellula‬ ‭5.‬ ‭Teoria evoluzionistica‬‭(C.Darwin 1859)‬‭: tutti gli‬‭organismi viventi sono legati l’uno‬ ‭all’altro perché discendono da un‬‭antenato comune‬‭(non ancora trovato). Esistono diverse‬ ‭prove confrontate tra loro: molecolari, fossili, ecc.‬ ‭Caenorhabditis elegans‬ ‭Questa teoria‬ ‭definisce un ordine nella varietà degli organismi connettendolo con gli altri aspetti della‬ ‭realtà del pianeta, fornendo una spiegazione causale dell’‬‭eterogeneità del mondo‬ ‭vivente‬‭Nothing in biology makes sense but in the‬‭light of evolution.‬‭L’elemento di‬ ‭casualità‬‭si riferisce al fatto che a‬‭sopravvivere‬‭sono i migliori organismi che si sono‬ ‭adattati maggiormente a un evento totalmente casuale‬‭.‬‭Le variazioni del DNA sono‬ ‭casuali: può avvenire in qualsiasi punto. L’evoluzione non è sempre positiva. Non si può‬ ‭scindere l’essere vivente dall’ambiente in cui sta vivendo.‬ ‭L’ORIGINE DELLA VITA‬ ‭​‬Si ritiene che‬‭la vita abbia avuto origine negli oceani‬‭e in prossimità di crateri vulcanici‬‭,‬ ‭ ove era presente una grande quantità di energia libera. La vita per un lunghissimo periodo si‬ d ‭continuò poi a sviluppare solamente in acqua. Fu solo circa‬‭500 milioni di anni fa che le piante‬ ‭colonizzarono la terra grazie alla formazione dell’ozono‬‭.‬‭Il fossile più antico risale invece a 3‬ ‭2‬ ‭ iliardi e 700 milioni di anni fa e fu trovato in Groenlandia→ gli‬‭stromatoliti‬‭: strutture‬ m ‭sedimentarie, con tracce di organismi unicellulari sulla crosta terrestre.‬ ‭Essendo l’atmosfera terrestre primordiale riducente, quindi‬‭priva di ossigeno‬‭, ma ricca di molti‬ ‭gas (metano, ammoniaca, vapore acqueo, idrogeno),‬‭i primi organismi erano sicuramente‬ ‭procarioti anaerobi‬‭.‬ ‭ ondamentale per l’evoluzione degli organismi fu‬‭l’introduzione‬‭dell’ossigeno‬‭e quindi la‬ F ‭fotosintesi‬‭: si favorirono infatti batteri fotosintetici‬‭autotrofi, primi tra i quali furono i‬‭cianobatteri‬‭,‬ ‭in grado di‬‭rilasciare/produrre ossigeno dall’anidride‬‭carbonica presente nell’acqua‬‭, permettendo‬ ‭la‬‭formazione nella stratosfera dell’ozono‬‭. Lo strato‬‭di ozono costituisce una‬‭protezione verso i‬ ‭raggi UV C‬‭(100-290 nm), in quanto questi ultimi vengono‬‭parzialmente bloccati (la parte più‬ ‭invasiva). Se si andasse ad assottigliare lo strato di ozono o se si creassero dei buchi, le‬ ‭radiazioni raggiungerebbero la terra con il rischio di introdurre mutazioni e altri effetti negativi‬ ‭sulla salute umana, come l’aumento dell’incidenza dei tumori della pelle. L’ozono ha così‬ ‭permesso la colonizzazione delle terre emerse da parte delle piante.‬ ‭Tuttora vi è una‬‭deplezione (=diminuzione) dell’ozono‬‭negli strati alti dell’atmosfera‬‭, il cosiddetto‬ ‭buco dell’ozono‬‭, che comparve intorno agli anni ‘90‬‭a causa dei‬‭clorofluorocarburi‬‭prodotti dalle‬ ‭industrie ad esempio per schiume e solventi. Gli stessi infatti liberano cloro che scinde l’ozono in‬ ‭ossigeno molecolare e si lega stabilmente allo stesso impendendo la formazione di nuovo ozono.‬ ‭​‬‭Oparin‬‭nel 1924 ipotizzò l’esistenza dei primi organismi,‬‭i‬‭protobionti/protocellule‬‭, che,‬ ‭ econdo lo stesso, furono prodotti da una reazione chimica realizzatasi in‬‭4 tappe‬‭durate circa 1‬ s ‭miliardo di anni (‬‭sintesi abiotica→ condensazione‬‭→ protezione → capacità replicativa‬‭).‬ ‭​‬‭Innanzitutto vi è stata una‬‭sintesi abiotica‬‭di piccole‬‭molecole organiche,‬‭proteine con‬ ‭proprietà catalitiche‬‭, i monomeri, poi le stesse si‬‭condensarono‬‭in polimeri, poi‬‭inglobati in‬ ‭gocce lipidiche‬‭, le protocellule, formatesi grazie‬‭alla nascita di fosfolipidi (barriera di protezione‬ ‭dall’ambiente acquatico), e infine vi fu la comparsa di processi di‬‭autoreplicazione‬‭delle‬ ‭protocellule.‬ ‭​‬‭La prima molecola capace di replicarsi è stata‬‭l’RNA‬‭(acido ribonucleico), sotto forma di ribozimi.‬ ‭Si ipotizza che il‬‭motore propulsore siano i‬‭virus‬‭(gli unici che possiedono una capacità‬ ‭autoreplicativa). Una funzione di autoreplicazione dell'RNA si trova nei virus, che sono stati‬ ‭necessari per lo sviluppo delle specie. I virus non sono definibili come esseri viventi, ma sono‬ ‭parassiti obbligati. Nella diversificazione degli esseri viventi che conteneva i RNA e DNA dei virus‬ ‭si individuano alcune caratteristiche comuni:‬‭si adattano‬‭bene alle nostre cellule, attribuiscono‬ ‭caratteristiche proprie alle cellule‬‭.‬ ‭​‬‭**La classificazione delle nuove specie si basa sull’‬‭analisi‬‭chimica del DNA‬‭, che può ricostruire‬ ‭l’identità di un essere vivente: si vede cosa produce, si ricostruisce il metabolismo e si classifica.‬ ‭L’80% delle specie sulla terra non sono state scoperte (soprattutto negli oceani).‬ ‭ 'esperimento di Urey e Miller‬‭(1953) fu fondamentale‬‭in quanto r‬‭appresenta la prima‬ L ‭dimostrazione‬‭che, nelle giuste condizioni ambientali,‬‭le‬‭molecole‬‭organiche‬‭si possono‬ ‭formare a partire da sostanze‬‭inorganiche‬‭più semplici‬‭:‬‭ricrearono in un’ampolla le condizioni‬ ‭ambientali che si pensava fossero presenti nella‬‭Terra‬‭primordiale, partendo dal presupposto che‬ ‭in quell'atmosfera non ci fosse‬‭ossigeno‬‭libero, quanto‬‭piuttosto abbondasse‬‭idrogeno‬‭e altri gas‬ ‭quali‬‭metano‬‭e‬‭ammoniaca‬‭oltre ad‬‭acqua‬‭. Con queste‬‭condizioni ed in presenza di una fonte di‬ ‭energia, come i fulmini o la radiazione solare, simulate da scariche elettriche, si sar‬‭ebbero potute‬ ‭originare molecole più complesse, i primi composti organici tipici dell’essere vivente come la‬ ‭glicina e la formammide.‬ ‭​‬‭Urey e Miller ritengono anche che la vita possa aver avuto‬‭un’origine extraterrestre‬‭. A favore di‬ ‭questa teoria nel 1996 fu trovato un meteorite arrivato da Marte 4,5 miliardi di anni fa, all’interno‬ ‭del quale vi erano frammenti di microorganismi.‬ ‭3‬ ‭ na delle caratteristiche del percorso di speciazione degli esseri viventi sono le‬‭grandi‬ U ‭estinzioni‬‭: nel corso di milioni di anni si è verificato‬‭un aumento delle famiglie tassonomiche, ma‬ ‭parallelamente anche un aumento del tasso di estinzione (si parla di un 90%). Tra le tante si‬ ‭ricorda quella del protozoico, durante la quale si verificò una grande estinzione di massa dovuta‬ ‭alla divisione dei continenti.‬ ​‬‭Tassonomia‬ ​‬ li organismi viventi si classificano secondo le regole proposte da Linneo, ossia attraverso una‬ ‭G ‭ omenclatura binomiale‬‭, costituita dal‬‭genere‬‭(sostantivo‬‭con lettera maiuscola) e dalla‬‭specie‬ n ‭(aggettivo). La specie è l’unità fondamentale della tassonomia, definisce un gruppo di individui‬ ‭con caratteristiche simili e capaci di accoppiarsi e produrre prole fertile. La specie è infine‬ ‭compresa‬‭in un genere, in una famiglia, in un ordine,‬‭in una classe, in un phylum, in un regno e in‬ ‭un dominio‬‭.‬ ‭TEORIA EVOLUZIONISTICA‬ ‭ a teoria evoluzionistica afferma che tutti gli organismi sono legati da un filo ininterrotto perché‬ L ‭discendenti da un unico sistema vivente o da sistemi viventi ancestrali (=con antenati comuni). Si‬ ‭instaura quindi un ordine nella varietà degli organismi, che fornisce poi una spiegazione causale‬ ‭del mondo vivente e della sua eterogeneità.‬ ‭ ‬‭Luca‬‭:‬‭last universal common ancestor‬‭, l’ultimo antenato‬‭comune che ha la caratteristica di‬ → ‭avere proteine, DNA, RNA, carboidrati e lipidi. Se si trovano questi elementi si trova l’antenato.‬ ‭ u elaborata da Darwin mentre circumnavigò i continenti con la marina americana (nave‬‭Beagle‬‭).‬ F ‭Egli infatti, riflettendo sulle affinità tra organismi viventi e sulla distribuzione geografica degli‬ ‭stessi, pur essendo cristiano, contraddisse le teoria del creazionismo, asserendo che era‬ ‭improbabile che gli organismi fossero stati creati contemporaneamente, ma che al contrario le‬ ‭specie deriverebbero per variazione da altre specie pre-esistenti. Secondo Darwin le variazioni‬ ‭sono prodotte da‬‭cambiamenti casuali ed ereditabili‬‭,‬‭e sta proprio nella casualità l’innovazione‬ ‭di Darwin che poté così superare la teoria dell’ereditarietà dei caratteri acquisiti di Lamark.‬ ‭Dunque gli organismi esistenti derivano da un lungo percorso di evoluzione, in cui gli organismi‬ ‭che si adattano meglio grazie a cambiamenti casuali si riproducono e fanno ereditare le loro‬ ‭caratteristiche. Su tali variazioni agisce poi la‬‭selezione naturale‬‭che assicura la sopravvivenza‬ ‭degli organismi più adatti all’ambiente. Ad essere‬‭conservate sono quindi solamente le‬ ‭mutazioni vantaggiose‬‭.‬ ‭ dimostrare che le mutazioni sono preadattive e quindi non direzionali e prive di intenti, furono i‬ A ‭coniugi Lederberg.‬ ‭ est di piastramento in replica di Joshua e Esther Lederberg‬‭(1952)‬ T ‭Utilizzarono la tecnica della “replica delle piastre”. Si parte da una capsula iniziale (la‬‭piastra‬ ‭primaria‬‭) contenente il terreno e un certo numero‬‭di colonie cellulari che devono essere studiate;‬ ‭sulla piastra viene appoggiato delicatamente un disco coperto da uno strato di velluto sterile, in‬ ‭modo da farvi aderire qualche cellula per ciascuna colonia. Il panno o filtro viene poi premuto su‬ ‭altre piastre sterili (le‬‭piastre secondarie‬‭): in‬‭questo modo le cellule si depositano sul terreno. Poi‬ ‭si introducono degli elementi selettivi: terreno selettivo con‬‭ampicillina‬‭che uccide tutti i batteri (a‬ ‭meno che non vi sia una mutazione preesistente). Dopo il periodo di incubazione, nelle colture‬ ‭delle piastre secondarie si genereranno colonie così come erano disposte nella piastra primaria,‬ ‭ottenendo tante piastre‬‭cloni‬‭, tutte identiche tra‬‭loro. L’orientamento e posizione comune/identico‬ ‭all’originale dimostrò dunque la‬‭natura preadattativa‬‭delle mutazioni‬‭per cui l‬‭a mutazione‬ ‭4‬ ‭ vviene in assenza di pressione selettiva, prima della selezione e quindi adattamento‬‭. È al‬ a ‭contrario la selezione ad essere adattiva perchè seleziona gli organismi più adatti.‬ ‭“‭L ‬ a mutazione propone, ma la selezione dispone‬‭” =‬‭è la selezione che farà adattare al meglio‬ ‭certi organismi rispetto agli altri” Luigi Luca Cavalli Sforza‬ ‭Prove a favore della teoria evoluzionistica di Darwin‬ ‭ e prove a supporto delle idee di Darwin furono inizialmente la‬‭geologia/paleontologia e‬ L ‭l’anatomia comparata‬‭. Successivamente la‬‭biochimica‬‭,‬‭la‬‭biologia molecolare‬‭e la‬‭genetica‬ ‭comparata‬‭; si notò infatti che gli organismi presentano‬‭le stesse macromolecole e simili codici‬ ‭genetici.‬ ‭➔‬ U ‭ n’altra prova a supporto della selezione naturale è che‬‭tutti gli organismi viventi‬ ‭presentano la stessa composizione organica‬‭:‬‭acqua‬‭(elevata percentuale, fino al‬ ‭70%),‬‭carboidrati, polipeptidi, acidi nucleici e lipidi‬‭.‬‭La massa è composta soprattutto‬ ‭da proteine, in seconda battuta ci sono gli acidi nucleici (non solo DNA, molto più RNA,‬ ‭rappresenta la maggior parte degli acidi nucleici e rende la cellule specifiche‬‭( →‬‭tRNA‬ (‭ transfert/trasporto),‬‭m-RNA‬‭(messaggero),‬‭RNA ribosomiale‬‭,‬‭ribozimi‬‭,‬‭s-RNA‬‭(regolano splicing alternativo),‬ ‭microRNA‬‭(piccole sequenze di RNA che regolano l’espressione‬‭genica),‬‭RNA per differenziamento di genere‬ ‭(inattiva un cromosoma X casuale tra i due ereditati da madre e padre,‬‭lnc-RNA‬‭(sequenze un po’ più lunghe,‬ ‭interviene nella regolazione genica)‬‭, a seguire carboidrati‬‭e infine lipidi (provenienti da “Luca”).‬ ‭➔‬ U ‭ lteriore prova moderna a supporto della teoria evoluzionistica è che in tutti gli organismi‬ ‭viventi l‘informazione genetica trasmessa di generazione in generazione è contenuta nel‬ ‭DNA ed è letta e tradotta secondo un‬‭codice universale‬‭.‬‭La‬‭genetica comparata‬ ‭permette di stabilire relazioni evolutive, grazie al‬‭confronto tra i genomi dei vari‬ ‭organismi‬‭. Tutti leggono le informazioni nel medesimo‬‭modo (al 90%), in maniera‬ ‭inequivocabile.‬‭Qualche ricercatore si è dilettato‬‭nel leggere il codice in maniera diversa, ma è efficace il‬ ‭modo in cui lo si legge già.‬ ‭Vi è la possibilità di‬‭classificare‬‭gli esseri viventi, come si sono‬ ‭evoluti e differenziati, analizzando/confrontando le differenze e somiglianze fra le‬ ‭sequenze aminoacidiche delle proteine =‬‭confronto‬‭fra genomi‬‭.‬ ‭Esempio‬‭: scimmia rhesus e scimpanzè - cambia un aminoacido.‬ ‭ iù varia la sequenza, più sono distanti evolutivamente = la speciazione è avvenuta‬ P ‭in tempi più distanti‬‭.‬ ‭Genoma‬‭: tutto il contributo di DNA contenuto nel nucleo‬‭(DNA e DNA mitocondriale)‬ ‭rappresentato in una specie.‬ ‭Tasso di mutazione‬‭: calcolo teorico che stabilisce‬‭nel tempo il grado di mutazione,‬ ‭sommato alle altre già avvenute.‬ ‭Nell’analisi delle sequenze aminoacidiche, per capire il grado di parentela, i biologi hanno‬ ‭utilizzato un sistema basato sulle dicotomie, grazie a cui hanno raggruppato ciascuna‬ ‭clade, con caratteristiche comuni, formando i‬‭cladogrammi‬‭.‬‭Nell’analisi filogenetica è‬ ‭possibile ricavare il grado di parentela.‬ ‭Anche l’‬‭RNA ribosomiale‬‭è stato utilizzato molto per‬‭la classificazione delle specie, ma si‬ ‭degradava molto velocemente in laboratorio (il DNA è una molecola più stabile).‬ ‭➔‬ N ‭ onostante le nuove tecnologie, i‬‭fossili‬‭rimangono‬‭fondamentali prove a favore‬ ‭dell’evoluzione. Attraverso i fossili Darwin dedusse che‬‭l’uomo derivasse da scimmie‬ ‭antropomorfe originarie dell’Africa meridionale‬‭. Esiste‬‭infatti una teoria, nota come‬ ‭Out of Africa‬‭, secondo cui vi furono‬‭due migrazioni‬‭dall’Africa‬‭. La prima (tra i 120 mila e‬ ‭60 mila anni fa) riguarda l’homo erectus, che si estinse, invece la seconda interessa i‬ ‭nostri antenati (60-30 mila fa). Fino a 50000/100000 anni fa il pianeta terra era abitato da‬ ‭almeno 5 forme/specie umane diverse, di cui 4 si estinsero (le cause sono sconosciute),‬ ‭5‬ ‭ onostante i momenti di condivisione e incrocio vicendevole che ha portato al‬‭genoma‬ n ‭dell’uomo attuale a contenere anche parte del loro materiale genetico (dall’1 al 4%)‬‭.‬ *‭ *‬‭Genoma dell’‬‭Homo sapiens‬‭simile all‬‭’uomo di Neanderthal‬‭(diverso di uno 0,16%), specie‬ ‭che ha convissuto con l’‬‭Homo sapiens‬‭. Ci sono prove‬‭della convivenza tra i due, in Anatolia,‬ ‭Italia, Spagna. Tale convivenza ha permesso lo scambio di materiale genetico, attraverso‬ ‭l’accoppiamento. Si stanno cercando gli elementi che appartenevano solo agli uomini di‬ ‭Neanderthal.‬‭Telmo Pievani‬‭ha affrontato questo argomento. L’homo sapiens si è anche‬ ‭“incrociato” in Asia con‬‭l’‬‭Homo di Denisova‬‭(desinovani).‬ I‭‬‭geni coinvolti nella forma grave di Covid-19‬‭si‬‭trovano sul cromosoma 3, nel tratto ereditato‬ ‭dagli uomini di Neanderthal, in particolare essi sono 3:‬ ‭-‬ ‭ ue‬‭di questi sono‬‭recettori per le chemokine‬‭che‬‭rendono la risposta immunitaria più‬ D ‭efficace, anche se devono essere in proporzioni modulate. La “tempesta di chemokine”‬ ‭manda infatti in tilt il nostro sistema immunitario. Le chemokine sono i responsabili del‬ ‭richiamo dei globuli bianchi.‬ ‭-‬ ‭gene LZTFL1‬‭con struttura proteica simile al fattore‬‭di trascrizione, ha la funzione di‬ ‭controllare l’espressione delle cellule epiteliali‬ ‭delle vie respiratorie, favorendo la ciliogenesi (le‬ ‭cilia rendono l’ambiente più sterile)‬ ‭ rafico rappresenta il‬‭plot di Manhattan‬‭: la barra‬ g ‭più alta rappresenta il numero di soggetti con‬ ‭mutazioni nel cromosoma, in questo caso 3.‬ ‭MACROMOLECOLE BIOLOGICHE‬ ‭caratteristiche, loro interazioni.‬ ‭Le cellule umane sono per lo più formate da:‬ ‭-‬ ‭acqua‬‭(più del‬‭70%‬‭)‬ ‭-‬ ‭carboidrati‬‭(‬‭5%‬‭)‬ ‭-‬ ‭lipidi‬‭(‬‭10%‬‭)‬ ‭-‬ ‭proteine‬‭(‬‭65%‬‭)‬ ‭-‬ ‭acidi nucleici‬‭(‬‭20%‬‭).‬ ‭ er mantenere tali molecole all’interno dell'organismo è importante che gli elementi che‬ P ‭costituiscono le stesse molecole siano trattenuti da‬‭legami covalenti forti‬‭,‬‭la cui integrità è‬ ‭legata alle radiazioni elettromagnetiche‬‭(presenti‬‭nella luce terrestre) col potere di rompere i‬ ‭legami stessi. Lo strato di ozono, protegge dai raggi UV e permette di mantenere tale integrità,‬ ‭preservandola.‬ ‭ACQUA‬ ‭ una molecola‬‭polare‬‭, caratterizzata da una‬‭distribuzione‬‭non omogenea delle cariche‬‭tra H‬ È ‭e O: abbiamo più cariche negative sull’ossigeno mentre i due atomi di idrogeno hanno carica‬ ‭parzialmente positiva. Vista la sua polarità crea‬‭legami a idrogeno‬‭, quest’ultimi sono importanti‬ ‭in biologia e sono legami deboli rappresentati con una linea tratteggiata. Si tratta di proprietà‬ ‭fondamentali per l’organismo dell’essere umano, ad esempio per mantenere un certo‬‭equilibrio a‬ ‭livello di temperatura‬‭, di‬‭distribuzione efficace‬‭delle molecole‬‭sia fuori che dentro la cellula.‬ ‭Costituisce il solvente della materia vivente e ne consente l‬‭a fluidità e la plasticità‬‭. Di‬ ‭conseguenza l’acqua con le sue proprietà chimiche e fisiche‬‭permette di mantenere lo stato di‬ ‭6‬ ‭ meostas‬‭i‭,‬ quindi di equilibrio fisiologico e biologico (temperatura, concentrazioni ecc),‬ o ‭tollerando una piccola finestra di variabilità.‬ ‭ a‬‭prima classificazioni‬‭delle macromolecole dipende‬‭dalla loro affinità di legame con l’acqua e‬ L ‭quindi in:‬ ‭-‬ ‭Idrofile‬‭, riferite a ioni e molecole polari (ma volendo‬‭neutre!) che si sciolgono facilmente‬ ‭in acqua→‬‭carboidrati, acidi nucleici‬ ‭-‬ ‭Idrofobe/idrofobiche‬‭, riferite alle molecole insolubili‬‭in acqua→‬‭lipidi‬ ‭LIPIDI‬ ‭​‬Lipidi possono avere‬‭funzione‬‭:‬ ‭-‬ ‭strutturale‬‭→ fosfolipidi e colesterolo‬ ‭-‬ ‭di deposito/energetica/carburanti cellulari‬ ‭-‬ ‭di segnalatori‬‭→ ormoni steroidei‬ ‭ ono caratterizzati da struttura chimica‬‭idrofobica‬‭apolare‬‭e privi di elementi monomerici che si‬ S ‭ripetono quindi‬‭non sono polimeri‬‭.‬ I‭l‬‭fosfolipide‬‭è uno degli elementi maggiormente rappresentati‬‭nelle cellule, perché costituisce‬ ‭una componente fondamentale della struttura cellulare di tutte le‬‭membrane cellulari‬‭. Ha la‬ ‭particolarità di avere una‬‭doppia natura‬‭:‬‭una testa‬‭polare, idrofila‬‭, che contiene un gruppo‬ ‭fosfato con carica negativa e due carboni del glicerolo sono legati con legame esterico alle‬‭code‬ ‭apolari, idrofobe di acidi grassi‬‭. Teste a contatto‬‭con l’acqua e code che sfuggono ad essa,‬ ‭formando un bilayer, un‬‭doppio strato semipermeabile‬‭(micella‬‭): di conseguenza l’acqua si‬ ‭può spostare velocemente, ma non può stazionare.‬ I‭‬‭grassi‬‭, costituenti del grasso corporeo, difficili‬‭da metabolizzare rendendo difficile il passaggio‬ ‭all’interno del circolo venoso, sono costituiti dal 20-30% di‬‭acido palmitico‬‭, introdotto sia con‬ ‭l’alimentazione sia prodotto dall’organismo. La sedentarietà provoca l’accumulo dei trigliceridi.‬ ‭→‬‭saturo‬‭= solo legami singoli‬ ‭→‬‭monoinsaturo‬‭= un doppio legame‬ ‭→‬‭polinsaturo‬‭= più doppi legami‬ ‭ li‬‭steroidi‬‭, che dal punto di vista chimico hanno‬‭scarsa affinità con l’acqua (‬‭idrofobici‬‭), sono‬ G ‭caratterizzati da uno‬‭scheletro carbonioso comune,‬‭contenente 4 anelli fusi e poi hanno‬ ‭diverse catene laterali‬‭, che determinano funzionalità‬‭diverse, a seconda della presenza di atomi‬ ‭posizionati nelle stesse.‬‭Esempi‬‭: testosterone, estradiolo,‬‭glucocorticoidi, vitamina D.‬ ‭ ondamentale è anche il‬‭colesterolo‬‭, componente strutturale‬‭della‬‭membrana plasmatica delle‬ F ‭cellule animali‬‭, per la‬‭plasticità e fluidità‬‭che‬‭conferisce alla membrana stessa, permettendole‬ ‭di sopportare‬‭stress fisici, di temperatura‬‭ecc. Si‬‭orienta in maniera che il gruppo‬‭OH idrofilo sia‬ ‭orientato con le teste polari dei fosfolipidi‬‭mentre‬‭la restante porzione si assesta fra le code‬ ‭idrofobiche dei fosfolipidi.‬ ‭CARBOIDRATI‬ ‭I carboidrati hanno‬‭funzione‬‭:‬ ‭-‬ ‭energetica‬‭→ amido (‬α − ‭𝑔𝑙𝑢𝑐𝑜𝑠𝑖𝑜‬‭), glicogeno‬ ‭-‬ ‭strutturale‬‭→ cellulosa (‬β − ‭𝑔𝑙𝑢𝑐𝑜𝑠𝑖𝑜‬‭)‬ ‭Possono essere sotto forma di‬‭polimeri‬‭(polisaccaridi‬‭→ amido, glicogeno, cellulosa) o‬ ‭monomeri‬‭(monosaccaridi → glucosio, ribosio, fruttosio).‬ ‭7‬ ‭PROTEINE‬ ‭ a classificazione più semplice delle proteine,‬‭polimeri‬‭di aminoacidi‬‭, può essere fatta mediante‬ L ‭la loro diversa‬‭funzione‬‭:‬ ‭-‬ ‭ trutturale‬‭(collagene→ tessuto connettivo, epidermico,‬‭riempitore degli spazi tra le‬ s ‭cellule)‬ -‭ ‬ ‭di riserva‬‭(ovalbumina→ fasi sviluppo embrionale)‬ ‭-‬ ‭di trasporto‬‭(emoglobina→ trasporto di ossigeno)‬ ‭-‬ ‭di difesa‬‭(anticorpi→ sentinelle di riconoscimento di corpi estranei)‬ ‭-‬ ‭catalitiche‬‭(enzimi). alcuni RNA possono assumere‬‭questa funzione‬ ‭-‬ ‭regolazione‬‭(ormoni→ es insulina, segnalatrice dei‬‭livelli glucosio nel circolo sanguigno)‬ ‭-‬ ‭movimento‬‭(miosina→ fondamentale nella contrazione‬‭muscolare). Lo stato della cellula è‬ ‭dinamico )‬ ‭ sistono‬‭20‬‭diversi tipi di‬‭aminoacidi‬‭che possono‬‭comporre proteine. Essi presentano una‬ E ‭componente comune:‬ ‭-‬ ‭un‬‭atomo di carbonio centrale‬‭in grado di formare‬‭4 legami‬ ‭-‬ ‭un atomo di‬‭idrogeno‬‭,‬ ‭-‬ ‭un‬‭gruppo amminico‬‭(NH‬‭2‭)‬ ‬ ‭-‬ ‭un‬‭gruppo carbossilico‬‭(COOH).‬ ‭-‬ ‭catena variabile R‬‭che definisce il tipo di aminoacido,‬‭distinguibile in polare, non polare,‬ ‭polare negativo o positivo‬ ‭ ’amminoacido più semplice è la‬‭glicina‬‭. Ogni amminoacido‬‭può essere descritto con un nome a‬ L ‭una o tre lettere‬‭. L’aminoacido si può presentare‬‭anche in forma di‬‭zwitterione‬‭o‬‭ione dipolare‬‭.‬ ‭ e proteine hanno una struttura complessa (diversamente dalle altre macromolecole) organizzata‬ L ‭in‬‭4 livelli‬‭:‬ ‭-‬ ‭Struttura primaria‬‭(propria di tutte) che definisce‬‭la sequenza lineare di aminoacidi e‬ ‭quindi lo scheletro del peptide determinato dai‬‭legami‬‭peptidici‬ ‭-‬ ‭struttura secondaria‬‭definisce configurazione nello‬‭spazio biologico per formazioni di‬ ‭legami idrogeno‬‭che danno regolarità alla struttura stessa: struttura elicoidale ad‬α − ‭elica o foglietto‬β‭. Non tutte le proteine hanno la stessa struttura secondaria‬ ‭-‬ ‭Struttura terziaria‬‭(tutte le porteine la hanno) che‬‭definisce la conformazione e forma‬ ‭complessiva della proteine derivante dalle interazioni fra i gruppi R degli amminoacidi‬ ‭(‭p ‬ onte disolfuro delle cisteine‬‭).‬ ‭-‬ ‭Struttura quaternaria‬‭non propria di tutte le proteine,‬‭ma di quelle che sono costituite da‬ ‭più catene polipeptidiche, dette‬‭subunità‬ ‭Le proteine possono essere classificate in:‬ ‭ Fibrose:‬‭sono le proteine di‬‭sostegno e contrattili‬‭come‬‭collagene, chitina, miosina,‬ → ‭fibrinogeno‬‭; sono fatte da catene polipeptidiche allungate‬‭e disposte in‬‭fasci lungo uno stesso‬ ‭asse‬‭a costituire la fibra, sono‬‭poco o insolubili‬‭in acqua.‬ ‭→‭G ‬ lobulari:‬‭enzimi, anticorpi, ormoni, istoni, prot.‬‭trasporto, hanno una forma globulare, le‬ ‭catene sono strettamente avvolte in forma compatta‬‭e sferica come un gomitolo.‬‭Solubili in‬ ‭acqua.‬ ‭ li amminoacidi sono legati tra loro mediante un‬‭legame‬‭peptidico‬‭, che avviene‬‭tra il gruppo‬ G ‭carbossilico e il gruppo aminico di due amminoacidi adiacenti‬‭. Dalla‬‭condensazione‬‭tra i due‬ ‭monomeri si elimina una molecola d’acqua.‬ ‭8‬ ‭ ella sintesi delle proteine il‬‭gruppo amminico N‬‭è l'inizio‬‭della proteina (libera da legame) mentre‬ N ‭il‬‭gruppo carbossilico C indica la fine‬‭:‬ ‭N ————— C : in questo modo sto descrivendo l’andamento/ orientamento della proteina.‬ ‭ ’ la forma della proteina che definisce la funzione della stessa‬‭. Alcune proteine possono‬ E ‭avere forma simile e di conseguenza svolgere una stessa funzione, anche se hanno‬ ‭composizione diversa.‬ ‭ er descrivere la forma delle proteine si adotta la descrizione per struttura con‬‭dominio‬ P ‭proteico/modulo‬‭, ovvero quella parte di proteina e‬‭sequenza che le conferisce una determinata‬ ‭proprietà. Alcuni moduli sono condivisi tra proteine diverse altri invece propri di poche proteine.‬ ‭ a forma è talmente importante che spesso il raggiungimento della corretta conformazione‬ L ‭terziaria, del “folding”/ ripiegamento delle proteine, è guidato da‬‭proteine chaperon e‬ ‭chaperonine‬‭. Questi creano, nella cellula, un‬‭ambiente‬‭protettivo/spazio libero‬‭in cui la‬ ‭proteina che si sta creando si possa piegare senza disturbi e senza essere influenzate dalle‬ ‭proteine vicine. In realtà esse intervengono nell’assemblaggio,‬‭nel ripiegamento e nel processo‬ ‭di degradazione delle proteine‬‭. L’assunzione di conformazioni‬‭sbagliate (in qualunque fase di‬ ‭sintesi) viene detto‬‭misfolding‬‭e può comportare gravi‬‭danni per la cellula, provocando diversi‬ ‭problemi/malattie come: le‬‭malattie neurodegenerative‬‭(trasmissibili mediante alimentazione,‬ ‭detta‬‭prionica‬‭non di origine virale o batterica)‬‭quali‬‭Alzheimer, Huntington, Parkinson‬‭. Infatti il‬ ‭misfolding porta alla formazione di aggregati di proteine che risultano tossici per i neuroni.‬ I‭‬‭prioni‬‭sono‬‭proteine alterate conformazionalmente‬‭(viene modificata la struttura secondaria: da‬ α −‭elica e foglietto‬β‭) presenti e ricorrenti negli animali, che per via di alcune mutazioni possono‬ ‭provocare‬‭patologie neurodegenerative letali‬‭a lenta‬‭insorgenza e‬‭trasmissibili‬‭che causano:‬ ‭-‬ ‭Nei‬‭bovini‬‭,‬‭encefalopatie spongiformi‬‭(si creano dei‬‭vuoti nel cervello a causa dei neuroni‬ ‭degenerati) e portano ad una mancanza di coordinazione dell’animale‬ ‭-‬ ‭Negli‬‭ovini‬‭,‬‭scrapie‬‭che portano alla perdita di coordinazione‬‭e prurito intenso‬ ‭-‬ ‭Nell’‬‭uomo‬‭il‬‭Kuru‬‭(diffusa tra indigeni che praticano‬‭forma di cannibalismo),‬‭malattia di‬ ‭Creutzfeldt-jacob‬‭o‬‭l’insonnia familiare fatale‬‭. Queste‬‭malattie si presentano solo in casi‬ ‭eccezionali‬ ‭L’agente che causa queste malattie è la forma modificata di una proteina ad‬α −‭elica,‬ ‭normalmente espressa in molti tessuti, chiamata‬‭PrP‬‭(prion-related-protein)‬‭. Varie‬‭mutazioni‬‭nel‬ ‭gene che codifica PrP possono indurre la proteine a‬‭trasformare l’alfa elica in beta foglietti ed‬ ‭assumere la struttura secondaria patologica‬‭. La superficie‬‭piatta dei beta foglietti crea più‬ ‭spazio ed innesca una reazione a catena/meccanismo a domino: quando esse si avvicinano la‬ ‭proteina normale è obbligata dal foglietto beta a sciogliere la sua struttura elicoidale. Essi poi‬ ‭tendono a compattarsi e ad oggi non c’è alcuna sostanza conosciuta che possa eliminare tale‬ ‭aggregato.‬ ‭ a conformazione PrP prione (forma PrP‬‭sc‬‭) è particolarmente‬‭stabile ed è in grado di‬ L ‭interagire con una PrP normale ed indurla alla conformazione patologica.‬ *‭ *‬‭L’esistenza delle malattie da prioni venne scoperta‬‭a fine anni 80/90 a causa di un’epidemia in‬ ‭GB del “‬‭morbo della mucca pazza‬‭” (BSE), causata probabilmente‬‭da mangimi contenenti‬ ‭carcasse di ovini Scrapie. I bovini infetti e poi macellati prima dei sintomi della BSE e usati per‬ ‭l’alimentazione umana hanno trasmesso la malattia all’uomo‬‭(Creutzfeldt-jacob disease)‬ I‭nfine la‬‭denaturazione proteica‬‭è la r‬‭ottura della‬‭struttura terziaria di una protein‬‭a, ossia la‬ ‭perdita della sua funzione biologica‬‭, dovuta alla‬‭rottura dei legami deboli che si creano nella‬ ‭struttura terziaria ad opera di‬‭un‬‭’alta temperatura‬‭oppure di un solvente o di un errato pH‬‭. La‬ ‭9‬ ‭ enaturazione‬‭può essere irreversibile,‬‭se rompendo tali legami se ne formano di nuovi stabili;‬ d ‭altrimenti è reversibile e quindi è possibile la‬‭rinaturazione‬‭.‬ ‭GLI ACIDI NUCLEICI‬ ‭Si tratta di‬‭polimeri di nucleotidi‬‭uniti da legami‬‭fosfodiesterici:‬ ‭-‬ ‭RNA‬‭(acido ribonucleico)‬ ‭-‬ ‭DNA‬‭(acido desossiribonucleico)‬ ‭ anno come‬‭funzione‬‭la‬‭conservazione, trasmissione, regolazione dell’espressione‬ H ‭dell’informazione genetica‬‭→ il DNA è espressione/rappresenta‬‭la quantità, tipologia e numero di‬ ‭molecole/cellule nell’organismo vivente.‬ ‭I‬‭DNA‬‭sono‬‭uguali‬‭in tutte le cellule, mentre i‬‭RNA‬‭sono‬‭specifici‬‭in ogni cellula.‬ ‭Sono costituiti da‬‭nucleotidi‬‭:‬‭gruppo fosfato + zucchero‬‭pentoso + le 4 basi azotate‬‭.‬ ‭Le‬‭basi azotate‬‭si dividono in‬‭purine‬‭(A-G) con due‬‭anelli fusi e in‬‭pirimidine‬‭(C-T-U) con un‬ ‭solo anello.‬ ‭→Nel‬‭DNA‬‭sono la timina, citosina, adenina, guanina‬ ‭→Nell’‬‭RNA‬‭troviamo: citosina, adenina, guanina, uracile‬ ‭Si formano‬‭legami fosfodiesterici‬‭. Se nel‬‭DNA‬‭i filamenti‬‭che si oppongono (A=T, G‬‭≡‭C ‬ ) sono 2,‬ ‭l’RNA‬‭è invece a singolo filamento, sufficiente per‬‭dare la funzionalità a queste molecole.‬ ‭Le‬‭funzioni dei principali RNA‬‭:‬ ‭-‬ ‭RNA messaggero, m-RNA‬‭(4%)‬‭: codifica informazione‬‭genetica‬ ‭-‬ ‭RNA di trasporto, t-RNA‬‭(12%)‬‭: fisicamente si legano‬‭ai 20 amminoacidi presenti nella‬ ‭cellula e li‬‭trasferiscono‬‭nella sede di sintesi delle‬‭proteine, ovvero i‬‭ribosomi‬‭; partecipano‬ ‭alla decodificazione del messaggio genetico e quindi al processo‬‭traduzione‬ ‭-‬ ‭RNA ribosomiale‬‭(84%)‬‭: una grande quantità che da‬‭ragione della quantità di ribosomi‬ ‭della cellula per sintesi proteica‬ ‭-‬ ‭Altri RNA‬‭(0.22%)‬‭, sono dei‬‭controllori‬‭in quanto‬‭intervengono nei meccanismi che‬ ‭controllano l’espressione dei geni (s‬‭intonizzazione‬‭o modulazione dell’espressione‬ ‭genic‬‭a). Sono elementi molecolari la cui presenza‬‭può aumentare o diminuire di poco‬ ‭l’espressione genica, una piccola differenza che tuttavia può divenire fondamentale nello‬ ‭sviluppo di malattia genetiche. Alcuni sono molto piccoli, altri più estesi come gli lncRNA‬ ‭(lnc= long + no coding).‬ (‭ →‬‭tRNA‬‭(transfert/trasporto),‬‭m-RNA‬‭(messaggero),‬‭RNA ribosomiale‬‭,‬‭ribozimi‬‭,‬‭s-RNA‬‭(regolano splicing‬‭alternativo),‬‭microRNA‬ ‭(piccole sequenze di RNA che regolano l’espressione genica),‬‭RNA per differenziamento di genere‬‭(inattiva‬‭un cromosoma X casuale‬ ‭tra i due ereditati da madre e padre,‬‭lnc-RNA‬‭(sequenze‬‭un po’ più lunghe, interviene nella regolazione genica)‬ ‭ a cellula è l’unità fondamentale della vita‬‭.‬ L ‭Esistono tante nicchie ecologiche, l’esempio maggiore sono i batteri (eubatteri e gli archeo‬ ‭batteri). Questo porta ad una prima classificazione della cellula tra:‬ ‭➔‬ ‭cellula procariotica‬‭, unico “contenitore”, priva di‬‭compartimenti, caratteristica dei primi‬ ‭organismi apparsi sulla Terra. E’ apparentemente la cellula più semplice. Togliendo tanti‬ ‭dei suoi elementi la cellula potrebbe continuare a sopravvivere, ma se quest’ultima viene‬ ‭spostata in un ambiente diverso da quello originale, essa muore. Questo perché esistono‬ ‭tante nicchie ecologiche. I procarioti, che possono essere solamente‬‭unicellulari‬‭, si‬ ‭dividono in:‬ ‭-‬ ‭Eubatteri‬‭: i batteri che vivono‬‭con l’uomo‬ ‭-‬ ‭Archea‬‭: batteri che vivono in‬‭condizioni estreme‬‭che‬‭sono simili alle condizioni‬ ‭della terra primordiale (elevate temperature, sostanze chimiche come zolfo,‬ ‭sale).Sono diversi dai batteri classici, hanno un loro organismo, metabolismo.‬ ‭10‬ ‭➔‬ ‭cellula eucariote‬‭che possono essere‬‭unicellulari o pluricellulari‬‭, si dividono in:‬ ‭-‬ ‭protisti‬ ‭-‬ ‭funghi‬ ‭-‬ ‭animali‬ ‭-‬ ‭piante‬ ‭PROCARIOTI‬ ‭ sistono altri organismi che vivono insieme a noi, i procarioti.‬ E ‭Sono tutti organismi‬‭unicellulari‬‭, privi di membrane interne, hanno‬‭solo la membrana plasmatica‬ ‭che li separa dall’esterno,‬‭non hanno reticoli, apparato di golgi o vescicole‬‭. Con l’analisi dei‬ ‭genomi e altro si è visto che sono diversi, non sono una tipologia unica, ma si dividono in‬‭due‬ ‭regni‬‭:‬ ‭1.‬ ‭Eubatteri‬‭: condividono l’habitat umano‬ ‭2.‬ ‭Archea‬‭: vivono in ambienti estremi‬ ‭ li‬‭Archaea‬‭sono‬‭simili alle cellule umane‬‭per certi‬‭aspetti ad esempio dal punto di vista della‬ G ‭trascrizione e traduzione del messaggio genetico. Tuttavia sono‬‭estremofili‬‭e quindi vivono in‬ ‭ambienti estremi ed inospitali‬‭. Hanno dunque preferenze‬‭per habitat che presentano:‬ ‭1.‬ ‭temperature estreme (‬‭termofili‬‭)‬ ‭2.‬ ‭alte concentrazioni saline (‬‭alofili‬‭)‬ ‭3.‬ ‭vivono nell’intestino di molti animali e nel fango delle paludi (‬‭metanogeni‬‭, producono‬ ‭metano dall’anidride carbonica).‬ ‭Sono molti utili sia all’habitat (come quelli che‬‭sintetizzano l’azoto‬‭) e anche a livello industriale‬‭(a‬ ‭questi batteri si ricavano enzimi utili).‬ ‭-‬ ‭ a‬‭fissazione dell’azoto atmosferico o azotofissazione‬‭consiste nella riduzione, tramite la nitrogenasi,‬ L ‭dell’azoto molecolare (N‬‭2‭)‬ in azoto ammonico (NH‬‭3‬‭/ione‬‭ammonio). Tale processo viene compiuto da specifici‬ ‭batteri.‬ ‭-‬ ‭Il‬‭deinococcus radiodurans‬‭è un batterio estremofilo‬‭in grado di sopravvivere ai raggi gamma, per mezzo‬ ‭delle sue eccezionali capacità di riparare il DNA.‬ ‭ li‬‭Eubatteri‬‭sono i procarioti che‬‭vivono a stretto‬‭contatto con noi esseri umani‬‭e‬ G ‭rappresentano il regno comprendente la‬‭maggior parte‬‭delle specie batteriche conosciute‬‭. Un‬ ‭esempio sono gli‬‭Escherichia coli‬‭(da Theodor Escherich)‬‭che sono i batteri che si utilizzano in‬ ‭laboratorio per capire i meccanismi di sintesi di proteine e metabolismi. Si adattano bene agli‬ ‭apparati digerenti degli animali (‬‭enterobatteri‬‭),‬‭alcuni ceppi sono‬‭patogeni‬‭(non si adattano‬ ‭bene alla nostra flora intestinale). La maggior parte non sono patogeni, ma sono essenziali anche‬ ‭per la‬‭difesa del nostro organismo‬‭da parte di altri‬‭agenti esterni. Ad esempio l’epidermide è‬ ‭coperta da alcuni batteri che rappresentano la prima linea di difesa.‬ ‭ lassificazione‬ C ‭La prima classificazione dei batteri è derivata dalla loro‬‭forma/morfologia‬‭che li distingue in:‬ ‭1.‬ ‭Bacilli‬‭rod shapes (‬‭bastoncino‬‭)‬ ‭2.‬ ‭Cocchi‬‭, se sono‬‭sferici‬ ‭3.‬ ‭Spirilli‬‭hanno forma‬‭elicoidale‬ ‭Oggi non si utilizza più questa distinzione in base alla forma, ma in base ad altri fattori.‬ ‭ omposizione e organizzazione delle cellule‬ C ‭Struttura‬‭della cellula procariotica:‬ ‭-‬ ‭non si riconoscono elementi strutturali specializzati‬ ‭-‬ ‭DNA‬‭, il genoma, è un‬‭cromosoma circolare‬‭che si richiude‬‭su se stesso‬ ‭-‬ ‭lo spazio occupato dal nucleo nel batterio si chiama‬‭nucleoide‬ ‭11‬ -‭ ‬ r‭ ibosomi‬‭sono costituiti da proteine senza rivestimenti membranosi‬ ‭-‬ ‭membrana plasmatica‬‭di fosfolipidi che delimita lo‬‭spazio cellulare‬ ‭-‬ ‭specifico dei batteri è la‬‭parete batterica‬‭, diversa‬‭da quella delle cellule vegetali, che‬ ‭nell’ambito medico acquisisce importanza perchè nelle terapie antibatteriche ci si riferisce‬ ‭alla capacità degli antibiotici di intervenire e distruggere proprio questa struttura‬ ‭-‬ ‭alcuni possono avere un ulteriore rivestimento protettivo, ovvero la‬‭capsula‬‭batterica.‬ ‭Sono più resistenti. Sono strutture polisaccaridiche.‬ ‭-‬ ‭alcuni batteri possono essere flagellati, ovvero presentare dei‬ ‭flagelli‬‭, che danno‬‭mobilità‬‭al batterio‬ ‭-‬ ‭i‬‭pili‬‭, sono strutture che servono per aggregare alcune‬ ‭popolazioni di batteri e creare connessioni/congiunzioni per‬ ‭consentire il trasferimento e scambio di materiale genetico/‬ ‭frammenti di DNA derivanti dai plasmidi batterici. Aiutano ad‬ ‭aggregare i batteri tra loro, creando dei ponti.‬ ‭ a‬‭parete batterica‬‭è costituita da‬‭peptidoglicani‬‭,‬‭cioè sono costituiti da‬ L ‭peptidi‬‭e‬‭zuccheri‬‭che formano delle strutture a rete‬‭molto compatte. Riveste‬ ‭tutta la membrana, può essere più o meno spessa, caratteristica che‬ ‭consente una‬‭classificazione‬‭sulla base dell'efficacia‬‭degli antibiotici‬ ‭nell’impedire ai batteri di replicarsi.‬ ‭Esistono due tipi di struttura:‬ ‭-‬ ‭Gram positivi (+)‬‭, hanno uno‬‭spessore di parete molto‬‭elevato‬‭, più‬ ‭strati che creano una spugna compatta che protegge il batterio (maggiore capacità di‬ ‭colorazione→‬‭viola/‬‭blu‬‭)‬ ‭-‬ ‭Gram negativi (-)‬‭, hanno una‬‭struttura più sottile‬‭di peptidoglicano. Inoltre‬ ‭esternamente sono protetti da‬‭un’altra membrana esterna‬‭,‬‭che ha proprietà diverse da‬ ‭quella plasmatica (può presentare catenelle di zuccheri). Il fatto che il peptidoglicano si‬ ‭trovi‬‭tra due membrane fosfolipidiche‬‭fa sì che ci‬‭sia una minore capacità di‬ ‭colorazione (‬‭rosa‬‭).‬ ‭ a differenza di colorazione dipende dalla diversa permeabilità della parete al colorante viola‬ L ‭(cristal violetto + ioduro di potassio). Utile per la diagnosi preliminare dei tipi di batteri coinvolti in‬ ‭un’infezione, serve per indirizzare analisi successive.‬‭Consente una scelta di antibiotici‬ ‭adeguati‬‭, in grado di impedire la formazione di queste‬‭strutture.‬ ‭ e‬‭capsule batteriche‬‭sono strutture polisaccaridiche‬‭che possono rivestire il batterio, gli‬ L ‭permette di‬‭aderire alla superficie‬‭e di‬‭conservarsi‬‭con poca quantità di acqua o nutrienti e gli‬ ‭permette di ibernarsi e sopravvivere per molti anni. La presenza di una capsula può quindi‬ ‭aumentare la patogenicità‬‭del batterio perchè aumenta‬‭l’adesione al substrato‬ ‭Esempio‬‭: Streptococcus‬ ‭ elle‬‭piastre Petri‬‭si possono conservare i batteri‬‭a varie temperature (37°C circa) in laboratorio.‬ N ‭Li possiamo coltivare con gelatina, un po’ di zuccheri, sali ed in giro di poche ore i batteri si‬ ‭moltiplicano formando colonie visibili a occhio nudo. Si evita la necessità di attrezzatura‬ ‭specializzata. Ogni colonia (milioni di singole cellule di dimensioni 0.2-10‬µ‭m) è costituita da‬ ‭cellule tutte uguali →da qui deriva il termine‬‭clone‬‭.‬ ‭Si strisciano prima nei bordi (dove ci sono molti batteri e non si possono distinguere le varie‬ ‭colonie), poi verso l’interno.‬ ‭12‬ ‭Rapporti fra procarioti ed ambiente‬ *‭ *‬‭Respirazione:‬‭processo di ossidazione di nutrienti‬‭organici (glucosio, proteine, lipidi) per‬ ‭produrre energia. Può essere:‬ -‭ ‬ ‭ erobica‬‭: l’accettore finale è l’ossigeno‬ a ‭-‬ ‭anaerobica‬‭: l’accettore finale NON è l’ossigeno ma‬‭un composto diverso (piruvato,‬ ‭acetaldeide)‬ *‭ *‬‭Fermentazione:‬‭processo anaerobico riscontrabile‬‭in batteri (f. Lattica) o in funghi (f. Alcolica)‬ ‭occasionale negli animali.‬ ‭Il glucosio viene degradato in altri composti organici producendo energia, avviene in batteri e‬ ‭lieviti ma anche nell’uomo in condizioni di anaerobiosi nei muscoli, in questo caso, a causa del‬ ‭carico intenso viene prodotta energia a carico del glucosio, poi fermentato ad acido lattico.‬ ‭Non comprende una catena di trasporto degli elettroni, permette di produrre ATP solo‬ ‭mediante glicolisi.‬ ‭Ulteriore classificazione dei batteri deriva dalla loro‬‭risposta all’ossigeno‬‭:‬ ‭1.‬ ‭Batteri aerobi‬‭:‬‭necessitano ossigeno‬‭O‭2‬ ‬‭per vivere‬‭e produrre ATP (la maggior parte,‬‭es.‬ ‭Stafilococchi, Streptococchi)‬ ‭2.‬ ‭Batteri anaerobi‬‭:‬‭NON necessitano di ossigeno‬‭e in‬‭sua presenza non riuscirebbero a‬ ‭duplicarsi (‬‭es.‬‭clostridi, metanogeni). Possono essere:‬ ‭-‬ ‭anaerobi obbligati‬‭se fanno solo fermentazione e per‬‭loro l’ossigeno è un veleno,‬ ‭come i clostridi e i metanogeni;‬ ‭-‬ ‭anaerobi aerotolleranti‬‭, se fanno fermentazione, ma‬‭sopportano la presenza di‬ ‭ossigeno‬ ‭-‬ ‭anaerobi facoltativi‬‭se possono fare fermentazione‬‭o respirazione cellulare e‬ ‭quindi sopportano e sfruttano l’ossigeno, come l’escherichia coli e stafilococchi;‬ ‭Gli stafilococchi sono aerobi o anaerobi facoltativi‬ ‭O in base al loro‬‭metabolismo energetico‬‭:‬ ‭1.‬ ‭Batteri autotrofi‬‭:‬‭capaci di usare la luce, la CO‬‭2‬ ‭e le fonti inorganiche‬‭per ottenere‬ ‭energia utile per duplicarsi ed accrescersi (es. fotosintetici/fotoautotrofi)‬ ‭2.‬ ‭Batteri eterotrofi‬‭:‬‭hanno bisogno di fonti energetiche‬‭derivanti dalla degradazione di‬ ‭macromolecole organiche reperibili nell’ambiente da altri organismi‬‭(es. batteri della flora‬ ‭intestinale, batteri simbiotici degli erbivori). Utili alla decomposizione di esseri morti e per‬ ‭questo potrebbero essere parte di una soluzione ecologica per eliminare alcune sostanze‬ ‭di scarto come il petrolio nell’acqua (si possono utilizzare dei batteri in grado di digerire‬ ‭questa sostanza organica).‬ ‭ e‬‭malattie nosocomiali‬‭si acquisiscono dopo ricovero‬‭ospedaliero per l’uso eccessivo e non‬ L ‭necessario di antibiotici per cui si crea una resistenza agli stessi → sono‬‭batteri multiresistenti‬ ‭contro i quali non esistono soluzioni o terapie in grado di eliminarli. Dunque una piccola‬ ‭percentuale (la maggior parte aiuta l’essere umano) di specie batteriche causa malattie a piante‬ ‭e animali =‬‭patogeni‬‭.‬ ‭ enoma‬ G ‭Il genoma batterico è costituito da una‬‭singola molecola‬‭di DNA circolare‬‭(dimensioni 10‬‭6‭-‬ 10‬‭7‬ ‭pd)‬‭priva di istoni‬‭, contenente→ circa‬‭4 milioni e‬‭mezzo di basi e 4300 geni‬‭.‬ ‭Possono avere delle componenti addizionali extracromosomiche chiamate‬‭plasmidi‬‭, elementi‬ ‭che sono liberi di muoversi nel citoplasma, i quali si replicano con tempistiche diverse rispetto a‬ ‭quello cromosomico. Quanto il plasmide si integra nel cromosoma si chiama‬‭episoma‬‭, a‬ ‭differenza del plasmide, può anche integrarsi nel genoma batterico.‬ ‭13‬ ‭ n episoma era originariamente un plasmide che si è potuto integrare nel DNA della cellula ospite e quindi non‬ U ‭costituisce più DNA extra-cromosomale.‬ ‭ engono‬‭sfruttati nella ricerca biotecnologica‬‭poiché‬‭si possono replicare i geni e studiarli,‬ V ‭isolandoli o ricombinandoli. Nei‬‭plasmidi‬‭si possono‬‭trovare le‬‭resistenze agli antibiotici‬‭, che‬ ‭possono essere‬‭condivise‬‭con altri batteri. In particolare‬‭questi geni vengono chiamati‬‭fattori R‬‭e‬ ‭possono essere trasmessi anche ad altri batteri attraverso la‬‭coniugazione batterica‬‭permessa‬ ‭da pili sessuali. Una seconda possibilità di trasferimento di DNA è data dall’instaurarsi di un‬ ‭ponte citoplasmatico‬‭tra due batteri.‬ ‭Il DNA batterico‬‭si può trovare in una forma protetta‬‭da proteine‬‭. Se da una parte il DNA degli‬ ‭eucarioti è avvolto attorno al complesso proteico degli istoni, necessari per compattarlo, dall’altra‬ ‭il DNA batterico non è protetto dagli istoni, ma recenti studi hanno dimostrato come esistano‬ ‭proteine simili agli istoni che impacchettano il DNA,‬‭istoni batterici‬‭: si formano a‬‭gglomerati di‬α ‭elica che circondano il DNA,‬‭proteggendolo da elementi‬‭di degradazione.‬ ‭ iproduzione‬ R ‭I batteri si replicano con una modalità‬‭asessuata‬‭dal punto di‬ ‭vista meccanicistico molto‬‭semplice‬‭, che produce cellule‬‭tutte‬ ‭identiche tra loro, da cui derivano i‬‭cloni‬‭=‬ ‭scissione/fissione binaria‬‭.‬ ‭In un punto della membrana plasmatica (‬‭punto ancoraggio‬‭)‬‭si‬ ‭ancora il cromosoma , si assiste la membrana si estende‬ ‭(cerca spiegazione più chiara e specifica)‬ ‭ a separazione delle due cellule figlie avviene attraverso la formazione nella cellula madre di un setto, derivato‬ L ‭dall’introflessione della membrana plasmatica e della parete cellulare, che si estende da direzioni opposte verso il‬ ‭centro della cellula. Ogni cellula figlia riceve quantità sufficienti di vari composti organici e composti inorganici e di‬ ‭macromolecole, in modo da poter vivere autonomamente. Poco prima che avvenga la scissione binaria,‬ ‭contemporaneamente all’accrescimento della cellula madre, il DNA si duplica, rimanendo ancorato alla membrana‬ ‭plasmatica. Grazie al setto le due molecole di DNA vengono separate e distribuite nelle cellule figlie.‬‭(preso in +, non‬ ‭penso verrà richiesto pk non lo ha spiegato)‬ ‭ a‬‭divisione è ineguale‬‭, gli organelli e i plasmidi‬‭non si distribuiscono in modo uguale nelle due‬ L ‭nuove cellule.‬ ‭I‬‭plasmidi‬‭sono:‬ ‭-‬ ‭elementi che danno al batterio la‬‭possibilità di resistere‬‭al farmaco/antibiotico‬ ‭-‬ ‭hanno dimension‬‭i‬≤‭10‬‭4‬ ‭bp e presentano dai 2 ai 30 geni‬ ‭-‬ ‭si‬‭replicano indipendentemente‬‭dalla modalità di replica‬‭del batterio‬ ‭-‬ ‭possono trasferirsi da un ceppo ad un altro (filogeneticamente simile) e quindi‬ ‭contribuiscono alla‬‭variabilità genetica‬ I‭l gene che crea resistenza agli antibiotici è dato dal fatto che i batteri producono un enzima‬ ‭necessario per la sintesi della parete batterica. Negli antibiotici‬ ‭β-lattamici, una‬‭classe di‬ ‭antibiotici che impediscono la sintesi della parete cellulare‬‭,‬ ‭il nucleo centrale alla base della loro‬ ‭struttura, l’‬‭anello‬β‭-lattamico‬‭(o‬β‭-lattame), è un anello che forma una struttura chiusa in grado‬ ‭di‬‭impedire la formazione del peptidoglicano in quanto‬‭inattiva un enzima coinvolto nella sintesi di‬ ‭tale molecola‬‭(‬‭glicopeptide transpeptidasi‬‭non agisce‬‭più): in questo modo il batterio si‬ ‭indebolisce e muore. E’ la componente base della maggior parte degli antibiotici.‬ *‭ *‬‭Il primo antibiotico utilizzato in terapia è la‬‭penicillina‬‭, molecola prodotta da muffa‬‭Penicillium‬ ‭notatum‬‭, scoperta da‬‭Fleming nel 1928.‬ ‭ er superare il problema della resistenza del batterio all’antibiotico viene utilizzato l’‬‭acido‬ P ‭clavulanico‬‭(ricavato dallo Streptomyces clavuligerus)‬‭in combinazione con‬‭amoxicillina‬‭. Si‬ ‭14‬ t‭ratta di‬‭inibitori “suicidi” della‬β‭-lattamas‬‭i,‬‭una diversa classe di enzimi prodotti dai batteri che‬ ‭rompono l'anello dei beta-lattamici, inattivando l'antibiotico beta-lattamico.‬‭L’acido forma un‬ ‭legame irreversibile con la beta-lattamasi espressa dai fattori R, bloccandole e quindi‬‭permette‬ ‭alla amoxicillina di agire.‬ ‭​‬L’antibiogramma‬‭è un test di laboratorio che permette‬‭di‬‭saggiare la sensibilità di un certo ceppo‬ ‭ atterico a vari antibiotic‬‭i. Questo processo dovrebbe‬‭essere utilizzato prima di assumere un‬ b ‭antibiotico per evitare trattamenti inutili e la selezione di ceppi batterici resistenti.‬ ‭ icrobiota‬ M ‭Il microbiota umano è definibile come l’‬‭intera popolazione‬‭batterica, virale e micetica‬‭(funghi)‬ ‭contenuta‬‭nell’organismo dell’uomo‬‭. La maggior parte‬‭di questi batteri vengono‬‭acquisiti fin‬ ‭dalla nascita e vengono trasmessi dalla mamma‬‭, soprattutto‬‭durante il parto naturale.‬ ‭La tipologia di batteri del microbiota umano‬‭correla‬‭con gli stati di sviluppo‬‭.‬ ‭Alterazioni dell’equilibrio del microbiota‬‭, clinicamente note come‬‭disbiosi‬‭si osservano‬ ‭associate alla patogenesi di‬‭patologie infiammatorie intestinali, patologie metaboliche come‬ ‭l’obesità ed il diabete, epatopatie‬‭(patologie del‬‭fegato)‬‭e patologie autoimmuni‬‭(Parkinson,‬ ‭Alzheimer, depressione),‬‭malattie croniche renali‬‭.‬‭In tutte queste condizioni si riscontra‬ ‭un’alterazione nell'equilibrio dei batteri che vivono con noi. Spesso questi ci aiutano a‬ ‭metabolizzare al meglio ciò che mangiamo. Di conseguenza portano ad‬‭allontanarsi dalla‬ ‭condizione di omeostasi‬‭.‬ ‭ lla nascita i‬‭bifidobatteri‬‭, che vivono nel nostro‬‭intestino, sono‬‭più del 50%‬‭(li acquisiamo dopo‬ A ‭il parto). Col tempo tale quantità diminuisce, portando allo sviluppo di patologie. Si verificano dei‬ ‭picchi di riduzione, in condizione di patologi‬‭e: ad‬‭esempio durante il parto cesareo o a causa di‬ ‭allergie o a causa del colon irritabile o a causa del diabete o a causa di malattie cardiovascolari o‬ ‭a causa di tumori.‬‭Più elevata è la concentrazione‬‭di bifidobatteri, maggiore è lo stato di salute e‬ ‭benessere‬‭. (‬‭microbiota in health and diseases‬‭)‬ ➔ ‭ ‬M ‭ icrobiota‬‭: quando citiamo‬‭tutti gli organismi‬‭presenti‬‭nel nostro organismo‬ ‭➔‬ ‭Microbioma‬‭: quando si fa riferimento alle composizioni‬‭chimiche quindi ai‬‭genomi‬‭, e‬ ‭componenti che producono, quindi ai‬‭metaboliti del‬‭microbiota‬ ‭ ueste popolazioni possono essere trovati, oltre che nell’intestino (flora batterica), anche a livello‬ Q ‭del‬‭cavo orale‬‭, delle‬‭vie respiratorie‬‭, sulla‬‭superficie‬‭della pelle‬‭(prima barriera di difesa‬ ‭equilibrata con uso di detergenti ecc) e nella‬‭vagina‬‭(lactobacilli).Quello‬‭maggiormente‬ ‭sviluppato‬‭è quello a‬‭livello‬‭dell’intestino‬‭in quanto‬‭ha maggiori risposte ad esempio nella‬ ‭produzione di vitamine‬‭, nella‬‭fermentazione di alimenti‬‭,‬‭nella‬‭protezione da patogeni‬‭e nella‬ ‭stimolazione del sistema immunitario.‬ ‭ pesso conseguentemente alle alterazioni del microbiota si assiste ad una‬‭risposta‬ S ‭infiammatoria‬‭; bisogna prestare attenzione agli alimenti‬‭antinfiammatori. Se si alimenta la‬ ‭popolazione di batteri, si riducono le risposte infiammatorie.‬ ‭ ’è una‬‭reciproca influenza tra microbiota e cervello‬‭:‬‭i batteri e i segnali intestinali modulano‬ C ‭l’attività cerebrale‬‭(elaborazione segnali esterni‬‭e quindi adattamento all’ambiente esterno). Allo‬ ‭stesso modo‬‭il cervello è in grado di modificare l’equilibrio‬‭del microbiota mediante sostanza‬ ‭chimiche e ormoni che agiscono direttamente a livello intestinale‬‭.‬ ‭ isogna trovare un‬‭equilibrio con il proprio microbiota‬‭:‬‭se noi stiamo bene, a livello dello stato‬ B ‭mentale, psico-fisico e dell’alimentazione, anche i batteri staranno bene.‬ ‭15‬ *‭ *‬‭Si‬‭trapianta il microbiota da un paziente sano ad un soggetto con patologie‬‭(tumori, infezioni)‬ ‭per vedere i benefici che potrebbe riscontrare il paziente malato: molto spesso la risposta è‬ ‭positiva, anche se questi studi sono molto recenti. Inoltre è possibile usare: alimenti probiotici utili‬ ‭per l’aumento di batteri probiotici, che colonizzano l’apparato intestinale; la terapia fagica: virus‬ ‭infettano i batteri per industrializzarli; il trapianto fecale.‬ ‭(esame: microbiota definizione, quali effetti può avere sulle patologie dell’uomo, cos’è la disbiosi,‬ ‭citare i bifido batteri)‬ ‭GLI EUCARIOTI‬ ‭ eoria endosimbiotica‬ T ‭Per effetto dell’evoluzione, dalla cellula semplice del batterio si sono formate delle cellule molto‬ ‭più specializzate: si assistette al‬‭passaggio da procarioti ad eucarioti,‬‭avvenuto circa‬‭2‬ ‭miliardi di anni fa,‬‭consinstente nella‬‭compartimentazione‬‭interna‬‭, che definì organelli con‬ ‭funzioni diverse e specifiche.‬‭Lynn Margulis‬‭è ricordato‬‭per la sua‬‭teoria endosimbiontica‬ ‭(1962):‬‭la sua proposta si basava sull’idea che un‬‭procariote ancestrale avesse fagocitato dei‬ ‭procarioti aerobi eterotrofi (che poi sarebbero diventati i mitocondri delle cellule animali) e dei‬ ‭procarioti fotosintetici (che diventarono poi i cloroplasti delle cellule vegetali),‬‭senza digerirli e‬ ‭portando ad un‬‭beneficio reciproco.‬ ‭A favore‬‭di questa ipotesi vi erano alcuni dati:‬ ‭-‬ ‭i cloroplasti e i mitocondri hanno‬‭ribosomi‬‭simili‬‭a quelli dei batteri‬ ‭-‬ ‭il genoma mitocondriale e quello del cloroplasto è a‬‭DNA circolare‬‭come nei batteri‬ ‭-‬ ‭entrambi presentano una‬‭doppia membrana‬‭, come reminiscenza‬‭dell’antica fagocitazione‬ ‭-‬ ‭tuttavia nel corso dell’evoluzione hanno perso capacità di vita autonoma‬ ‭ i pensa che‬‭nel caso della‬‭cellula animale‬‭l’endosimbiosi‬‭sia avvenuta solo‬‭una‬‭volta,‬ S ‭mentre in quella‬‭vegetale‬‭due‬‭. Non a caso si ritiene‬‭che il procariote ancestrale abbia fagocitato‬ ‭dei batteri eterotrofi capaci di respirazione aerobia, senza digerirli, ma creando una simbiosi tra i‬ ‭due organismi: l’ospitante poté così usare la respirazione cellulare, invece il batterio eterotrofo‬ ‭poteva utilizzare le risorse presenti nella cellula ospitante (cellula animale). Successivamente‬ ‭cellule già presentanti mitocondri, inglobarono procarioti fotosintetici, come i cianobatteri. Ciò‬ ‭diede origine a un’altra simbiosi. Nacquero così cellule che presentavano sia cloroplasti che‬ ‭mitocondri (vegetali).‬ ‭ omponente fondamentale del genoma umano è il‬‭genoma‬‭mitocondriale‬‭che presenta delle‬ C ‭caratteristiche diverse da quello normale. È‬‭compatto,‬‭circolare‬‭,‬‭non ha sequenze non-codificanti‬ ‭(l’unica è l’origine della replicazione) i geni che codificano per l’RNA ribosomiale sono simili a‬ ‭quelli batterici;‬‭i geni sono quindi privi di introni,‬‭tra un gene codificante e il successivo ci sono dei‬ ‭geni che‬‭codificano per tRNA‬‭.‬ ‭Il genoma mitocondriale‬‭ha una struttura molto diversa‬‭da quella nucleare e ricorda invece‬ ‭quella del genoma procariotico.‬‭La stessa cosa vale‬‭per quello dei‬‭cloroplasti‬‭, che hanno un‬ ‭genoma molto compatto che codifica per RNA ribosomiali e tRNA.‬ I‭ mitocondri e DNA mitocondriale vengono‬‭ereditati‬‭dalla linea materna‬‭(DNA Eva), in quanto‬ ‭presenti nella cellula uovo, escludendo quelli maschili dello spermatozoo.‬ ‭Questo comporta:‬ ‭1.‬ ‭nello studio dei percorsi evolutivi si analizza il DNA mitocondriale perché non ci sono‬ ‭variazioni di frequenza dato che è trasmesso da madre a figlio‬ ‭2.‬ ‭le patologie mitocondriali sono patologie che vengono trasmesse per via materna‬ ‭attraverso il DNA mitocondriale, sia ai figli maschi che femmine. Riguardano le attività in‬ ‭16‬ ‭ ui i mitocondri si trovano in gran numero.‬‭Encefalomiopatie, cardiomiopatie‬‭ecc sono‬ c ‭infatti dovute a‬‭mutazioni nei tratti del DNA mitocondriale.‬ ‭PROTISTI/PROTOZOI‬ ‭-‬ ‭sono gli‬‭eucarioti‬‭più primitivi‬ ‭-‬ ‭possono essere‬‭unicellulari‬‭(appartengono al sottoregno‬‭dei protozoi)‬‭o pluricellulari‬ ‭-‬ ‭presentano‬‭compartimentazione‬‭cellulare interna con‬‭reticoli‬ ‭-‬ ‭possiedono‬‭organelli‬ ‭-‬ ‭hanno un‬‭nucleo‬‭delimitato da membrana‬ ‭-‬ ‭possono essere‬‭eterotrofi o autotrofi‬ ‭-‬ ‭molti sono organismi‬‭acquatici‬ ‭-‬ ‭alcune‬‭specie sono‬‭patogene‬‭→‬‭plasmodium‬‭della malaria‬ I‭ principali sono‬‭l’Ameba‬‭(protozoo che vive nell’acqua e autotrofo, può essere patogeno)‬‭, il‬ ‭paramecio e l’euglena.‬ (‭ all’esame non chiede cicli vitali ma solo esempi‬‭prob)‬ ‭→‬‭Plasmodium della malaria‬‭: Ci sono varie specie di‬‭plasmodio, il‬‭P.‬ ‭Falciparum‬‭è l’agente patogeno della malaria, il‬‭vettore è la‬‭zanzara‬ ‭Anopheles‬‭che pungendo può trasmettere con la sua‬‭saliva questo protozoo‬ ‭patogeno. È una malattia molto importante che riguarda milioni di persone‬ ‭nel mondo ed è grave se non trattata adeguatamente tanto da avere esito‬ ‭fatale. Nelle zone endemiche (Africa e India soprattutto) la sera e la notte è il‬ ‭periodo dove c’è più probabilità di essere punti e contrarre la malaria.‬ I‭l‬‭ciclo vitale‬‭del parassita della malaria coinvolge‬‭2 ospiti (uomo-zanzara): nel corso di un pasto di sangue, una‬ ‭zanzara Anopheles femmina infettata dalla malaria inocula‬‭sporozoiti‬‭nell’ospite umano. Gli sporozoiti‬‭infettano le‬ ‭cellule del fegato.‬‭A tale livello, gli‬‭sporozoiti‬‭maturano fino a diventare‬‭merozoite‬‭che va ad infettare‬‭i globuli rossi ed è‬ ‭a partire da questo momento che si manifestano i sintomi della malaria: ad esempio con il passare del tempo i‬‭globuli‬ ‭rossi scoppiano‬‭e‬‭rilasciano in circolo i gametociti‬‭che potranno essere‬‭ingeriti da un’altra zanzara‬‭anopheles‬‭, dove‬ ‭daranno vita a zigoti. Gli zigoti portano alla formazione delle oocisti che crescono, si rompono e rilasciano sporozoiti,‬ ‭che viaggiano verso le ghiandole salivari della zanzara. L’inoculazione degli sporozoiti in un nuovo ospite umano‬ ‭perpetua il ciclo di vita della malaria.‬ ‭**‬‭I ricercatori vogliono introdurre nell’ambiente‬‭delle zanzare modificate in modo da far terminare il loro ciclo vitale‬ ‭all’interno di esse e non nell’uomo, soppiantando quelle che trasportano il plasmodio della malaria.‬ ‭ ‬‭Giardia Lamblia‬‭, protozoo‬‭anaerobico, parassita‬‭intestinale‬‭che si trova nelle‬‭acque‬ → ‭inquinate‬‭. Possiede anche dei mitocondri, molto rudimentali,‬‭perché inutili dal momento che vive‬ ‭prevalentemente‬‭nell’intestino dei ruminanti‬‭. In questi‬‭animali non causa patologie, se però viene‬ ‭ingerito dall’uomo causa‬‭diarrea‬‭del turista, vomito‬‭e nausea‬‭. In particolare questa infezione si‬ ‭può contrarre bevendo‬‭acqua contaminata‬‭da liquami‬‭infetti, nei quali non è presente il protozoo‬ ‭vivo, ma delle cisti, dal momento che‬‭nel colon dei‬‭ruminanti avviene un processo di‬ ‭incistamento:‬‭le attività metaboliche della giardia‬‭cessano e‬‭intorno alla cellula si crea una parete‬‭.‬ ‭Queste cisti vengono poi espulse e nel momento in cui arrivano nel nostro stomaco si aprono e‬ ‭riprendono il loro ciclo vitale. Ha quindi un ciclo di replicazione complesso:‬‭cambia la modalità di‬ ‭adattamento‬‭, quando entra nell’intestino diventa trofozoita‬‭e comincia a replicarsi, scatenando la‬ ‭malattia.‬ ‭ ‬‭euglena viridis‬‭, protozoo innocuo e fotosintetico,‬‭che vive nelle acque dolci ed è autotrofo,‬ → ‭infatti è dotato di mitocondri e cloroplasti. Ha inoltre un fotorecettore, una forma primitiva di‬ ‭occhio e un flagello così da muoversi verso la luce.‬ ‭ ELLULA VEGETALE‬ C ‭(non ne parliamo e non la chiede)‬‭, ma è specializzata‬‭come quella animale‬ ‭17‬ ‭ ELLULA ANIMALE‬ C ‭Nella cellula animale troviamo diversi organelli, che concorrono alla sopravvivenza della cellula:‬ ‭➔‬ ‭nucleo‬ ‭➔‬ ‭nucleolo‬ ‭➔‬ ‭vacuoli‬ ‭➔‬ ‭apparato di Golgi‬ ‭➔‬ ‭mitocondri‬ ‭➔‬ ‭lisosomi‬ ‭➔‬ ‭reticolo endoplasmatico‬ ‭➔‬ ‭membrane‬ ‭Con l’ingrandirsi della cellula la membrana divenne poco di aiuto perché troppo piccola per tutti‬ ‭gli organelli interni. La presenza di tante‬‭membrane‬‭interne che compartimentano le funzioni‬ ‭della cellula‬‭, permette alla stessa di organizzarsi‬‭in un tessuto così da svolgere le sue funzioni.‬ ‭Le cellule dunque hanno struttura simile, ma svolgono funzioni specializzate diverse, in base a‬ ‭dove esse si trovano. A differenza dei procarioti e protisti, le cellule umane hanno‬‭tipologie,‬ ‭dimensioni e caratteristiche diverse‬‭.‬ ‭ itoscheletro‬ C ‭Il citoscheletro è una‬‭rete intricata di filamenti‬‭che sostiene tutti gli organelli della cellula‬‭: la‬ ‭sua alterazione può comportare gravi malattie. Interazione tra cellule e cellula-matrice. Le sue‬ ‭fibre si distinguono in:‬ ‭-‬ ‭microfilamenti‬‭, 7-8 nm, costituiti da‬‭actina‬‭(proteina‬‭ubiquitaria → housekeeping, si trova‬ ‭in tutte le cellule, mantiene la cellula in ordine.)‬ ‭-‬ ‭microtubuli‬‭, hanno una struttura cilindrica vuota‬‭all’interno, che permette agli organelli di‬ ‭muoversi all’interno della cellula. Sono costituiti da dimeri di‬‭tubulina‬‭. Questi movimenti‬ ‭consumano energia (tantissima).‬ ‭-‬ ‭filamenti intermedi‬‭, 8-10 nm, tante proteine filamentose‬‭di diverso tipo a seconda della‬ ‭cellula, che formano delle sorta di reti che sostengono gli organelli‬ ‭ ucleo‬ N ‭Il nucleo, contenente i cromosomi, è costituito da‬‭due membrane‬‭: una‬‭interna‬‭ed una‬‭esterna‬‭. Lo‬ ‭spazio tra le due membrane è collegato al reticolo endoplasmatico ruvido.‬ ‭Esistono dei pori, aperture specifiche, dette pori nucleari‬‭(proteine)=‬‭complesso del poro‬‭che‬ ‭controlla‬‭l’entrata e l’uscita delle molecole‬ ‭La‬‭lamina nucleare‬‭, addossata alla membrana interna,‬‭è un reticolo formato da proteine filiformi,‬ ‭molto sottile che dà‬‭ordine al nucleo‬‭: gli dà il volume‬‭giusto. Se viene alterata una delle proteine‬ ‭associate alla lamina (mutazione) possono svilupparsi delle patologie che vanno a coinvolgere‬ ‭tessuti come il muscolo (distrofia muscolare) o accelerare l’invecchiamento del soggetto.‬‭Aver‬ ‭ lterato la forma, togliendo una di queste proteine, blocca il corretto sviluppo del processo biologico, accellerandolo.‬ a ‭Un‬‭esempio‬‭è la‬‭Progerie‬‭(promuove la geriatria, invecchiamento‬‭veloce), malattia genetica rara senza cura, data dalla‬ ‭mutazione nel gene LMNA (lamina di tipo A) che si trova sul cromosoma 1, generalmente trasmessa dal cromosoma‬ ‭paterno. Ha una prognosi di 13-15 anni. Il nucleo si accartoccia a causa del misfolding di una delle proteine della‬ ‭lamina nucleare.‬‭(vediultimo capitolo a riguardo)‬ ‭All’interno del nucleo esiste una sottile trama reticolare fatta di fibrille proteiche detta‬‭matrice‬ ‭nucleare‬‭, strutturalmente assimilabile a quella che‬‭costituisce il citoscheletro.‬ ‭Apparato di Golgi‬ ‭ 'è poi una continuità tra RER e apparato di Golgi, un sistema di membrane appiattite dove‬ C ‭avviene un accumulo, smistamento e modificazione di certe proteine, per esempio quelle che‬ ‭devono essere secrete. La faccia del Golgi che guarda‬‭verso il RER‬‭è detta‬‭cis face‬‭, quella che‬ ‭guarda‬‭verso la membrana cellulare‬‭è detta‬‭trans‬‭face‬‭. Le proteine vengono veicolate dal RER‬ ‭al Golgi attraverso delle‬‭vescicole di trasporto‬‭(pezzi‬‭della membrana) che si staccano‬ ‭18‬ ‭ vvolgendo e proteggendo le proteine, arrivate al Golgi vi si fondono riversandone all'interno le‬ a ‭proteine: grazie a questo sistema le proteine che devono fare questo percorso non vengono a‬ ‭contatto con altre sostanze del citosol, vengono protette. In seguito alle trasformazioni che‬ ‭avvengono nel Golgi c'è un altra veicolazione tramite vescicole di trasporto, di secrezione, con la‬ ‭quale raggiungono la membrana plasmatica a cui si fondono per poi rilasciare all'esterno il loro‬ ‭contenuto (‬‭Sorting delle proteine‬‭).‬ ‭ itocondri‬ M ‭Dotati di una‬‭doppia membrana‬‭(cfr. teoria endosimbiontica‬‭di Margulis)‬‭, sono‬‭sede della respirazione‬ ‭cellulare‬‭. Le cellule più ricche di mitocondri sono‬‭quelle‬‭muscolari, nervose e gli ovociti‬‭. Nelle‬ ‭creste‬‭(che si introflettono all’interno) sono localizzati‬‭gli enzimi che entrano nella‬‭catena di‬ ‭trasporto degli elettroni e nella catena di fosforilazione ossidativa‬‭. Nella‬‭matrice‬‭sono presenti‬ ‭ribosomi‬‭, che gli danno una limitata autonomia di‬‭sintesi proteica, e 5-10 copie del genoma‬ ‭mitocondriale che viene letto e duplicato in loco.‬ ‭ erossisomi‬ P ‭Organelli citoplasmatici, delimitati da una membrana, che delimitano un ambiente in cui sono‬ ‭presenti degli‬‭enzimi che permettono di eliminare‬‭sostanze tossiche‬‭dalla cellula (ad esempio‬ ‭l’enzima‬‭catalasi‬‭che degrada perossido di idrogeno‬‭ad acqua ed ossigeno). Nelle cellule del‬ ‭fegato e del rene diverse sostanze tossiche-nocive sono degradate nei perossisomi producendo‬ ‭prodotti innocui. Hanno il ruolo di‬‭mantenere le funzionalità‬‭cellulare con eliminazione dei‬ ‭prodotti tossici derivati dal metabolismo cellulare‬‭.‬ ‭ isosomi‬ L ‭I lisosomi possono‬‭fondersi con altre vescicole per‬‭operare la digestione dei materiali‬ ‭contenuti all'interno di queste ultime‬‭.‬ ‭A differenza dei perossisomi che eliminano prodotti che non servono più, questi‬‭eliminano‬ ‭organelli che non servono più‬‭. Per costruire dei nuovi‬‭organelli e molecole serve distruggere‬ ‭tramite fagocitosi quelli vecchi per utilizzare il materiale non più utilizzato. Gli‬‭enzimi idrolitici‬‭dei‬ ‭lisosomi comprendono‬‭proteasi‬‭(che tagliano le proteine),‬‭nucleasi‬‭(che tagliano acidi nucleici),‬ ‭glicosidasi‬‭(scindono gli zuccheri),‬‭lipasi‬‭(scindono‬‭i lipidi). Funzionano molto bene perché in‬ ‭queste vescicole si crea una‬‭condizione di acidità‬‭favorevole‬‭a questi enzimi. Ci sono delle‬ ‭patologie che derivano dalla rottura dei lisosomi (malattie lisosomiali).‬ ‭I lisosomi sono anche protagonisti di un altro processo cellulare,‬‭l’autofagia‬‭, un’importante‬ ‭processo di salvaguardia della sopravvivenza e funzionalità cellulare poiché consente il‬‭turnover‬ ‭dei vari organelli‬‭, protegge la cellula da elementi‬‭inutili e/o disfunzionali. E’ finemente regolata e‬ ‭controllata da varie vie di segnalazione cellulare.‬‭(nobel al ricercatore giapponese Yoshinori‬ ‭Ohsumi).‬ ‭C'è quindi un processo di‬‭riciclaggio‬‭da‬‭parte della cellula, visto che i prodotti di questa‬ ‭digestione possono essere riutilizzati dalla cellula.‬ ‭Le‬‭proteine ATG‬‭(autophagy-related proteins) hanno‬‭la funzionalità di rendere possibile la‬ ‭fusione delle vescicole e quindi attivare il processo di autofagia (‬‭meccanismo di riciclo ed‬ ‭eliminazione dei rifiuti cellulari)‬‭. Il‬‭fagoforo‬‭è‬‭la vescicola in cui si accumulano gli organelli da‬ ‭eliminare. Successivamente viene veicolato verso‬‭l’autofagosoma‬‭,‬‭che si fonderà al lisosoma‬ ‭dando origine‬‭all’autolisosoma‬‭. Eventualmente la cellula‬‭si potrà degradare e morire.‬ ‭ eticoli endoplasmatici‬ R ‭Si divide in:‬ ‭-‬ ‭REL‬‭(reticolo endoplasmatico liscio → non ha ribosomi) si realizzano‬‭sintesi e‬ ‭specializzazioni dei lipidi‬ ‭-‬ ‭RER‬‭(reticolo endoplasmatico rugoso) dato dalla presenza‬‭dei‬‭ribosomi‬‭che sintetizzano‬ ‭proteine e consentono‬‭nella sintesi proteica di indirizzare‬‭le stesse in distretti‬ ‭19‬ ‭ pecifici‬‭: membrane, o possono servire per la secrezione. Ad esempio un prodotto‬ s ‭proteico, per uscire dalla cellula, deve avere un canale preferenziale realizzato dal RER‬ ‭I reticoli‬‭traggono origine dalla membrana esterna‬‭del nucleo‬‭: fra il nucleo e il RER non c'è‬ ‭separazione ma una continuità fisica tra i pori della membrana nucleare e la membrana di‬ ‭quest’ultimo. Questa confluisce in quella dei reticoli endoplasmatici ruvidi.‬ ‭ ibosomi‬ R ‭I ribosomi se non sono utilizzati per‬‭sintetizzare‬‭le proteine‬‭si trovano, nel citoplasma,‬ ‭scomposti in una subunità superiore e inferiore. Se associati alla membrana del reticolo‬ ‭endoplasmatico sono già composti nelle due unità unite perché sintetizzano le proteine.‬ ‭ a secrezione‬ L ‭La‬‭secrezione‬‭, processo che caratterizza‬‭tutte cellule‬‭umane per‬‭far uscire materiale proteico‬ ‭dalle stesse‬‭, è coordinata nel seguente modo dagli‬‭organelli cellulari:‬ ‭1.‬ ‭in primis la proteina viene‬‭sintetizzata‬‭nei ribosomi‬‭del‬‭RER‬ ‭2.‬ ‭la proteina poi verrà accumulata in vescicole di trasporto, che scivolano, sotto forma di‬ ‭vescicole, verso‬‭l’apparato di Golgi‬ ‭3.‬ ‭l’apparato di Golgi ingloba le vescicole di trasporto e altre vescicole che danno origine ai‬ ‭lisosomi e ai vacuoli‬ ‭4.‬ ‭la‬‭vescicola di trasporto‬‭veicola a livello di membrana‬‭citoplasmatica le proteine destinate‬ ‭a essere secrete dalla cellula‬ ‭5.‬ ‭la membrana citoplasmatica si amplia mediante‬‭fusione‬‭delle vescicole‬‭: le proteine‬ ‭vengono secrete dalla cellula→ sorting proteine‬ ‭ embrane cellulari‬ M ‭Funzionalità‬‭delle membrane biologiche presenti nelle‬‭nostre cellule:‬ ‭1.‬ ‭Contorno e barriera di permeabilità‬‭:‬‭delimita lo spazio‬‭intercellulare da quello‬ ‭extracellulare‬‭e al contempo funziona da‬‭controllo‬‭degli scambi cellula-esterno‬ ‭(permeabilità della cellula).‬ ‭2.‬ ‭Organizzazione e localizzazione della funzione della cellula specializzata‬‭: la diversa‬ ‭quantità degli organelli rende la‬‭cellula specializzata‬‭e compartimentata‬‭. La‬ ‭compartimentazione accelera la velocità delle reazioni.‬ ‭3.‬ ‭Processi di trasporto‬‭: garantire i trasporti specializzati.‬‭Ad esempio l’acqua passa‬ ‭tranquillamente, mentre il sodio (che è uno ione) no: tramite la pompa sodio-potassio‬ ‭viene gettato fuori.‬ ‭4.‬ ‭Rilevamento del segnale‬‭: avere a livello di membrana‬‭delle molecole/proteine di‬ ‭rilevamento dei segnali, dei veri e propri‬‭recettori‬‭che si organizzano per avere affinità‬ ‭molecolare con elementi che si trovano all’esterno della cellula. (Gli epatociti hanno dei‬ ‭ricettori specifici del fegato) riconoscimento cellulare‬ ‭5.‬ ‭Comunicazione cellula-cellula‬‭: creare delle connessioni,‬‭specializzando la struttura di‬ ‭membrana, in modo da far‬‭comunicare cellule vicine‬‭tra loro mediante l’utilizzo di “canali”‬ ‭o in altre modalità.‬ ‭ a‬‭struttura‬‭tipica di una membrana‬ L ‭biologica si riferisce ad un‬‭modello a‬ ‭mosaico fluido‬‭dato che tutti i suoi elementi‬ ‭sono mobili, non rigidamente collegati‬ ‭reciprocamente tra proteine e fosfolipidi:‬ ‭infatti sia i‬‭fosfolipidi‬‭(‬‭molecole‬ ‭anfipatiche‬‭→ assieme al colesterolo, con le‬ ‭t‭e ‬ ste polari idrofiliche che puntano verso‬ ‭l’esterno‬‭e le‬‭code idrofobiche che puntano verso l’interno‬‭) sia le proteine, inserite nel doppio‬ ‭20‬ ‭ trato, si possono muovere con un certo grado di mobilità. La presenza del‬‭colesterolo‬ s ‭caratterizza la componente di struttura delle membrane cellulari tipicamente animali: si trova tra‬ ‭le code fosfolipidiche del doppio strato fosfolipidico (acidi grassi) e‬‭aumenta‬‭così‬‭efficacemente‬ ‭(maggiore viscosità e fluidità)‬‭la stabilità, mantenendo‬‭la fluidità al valore ottimale‬‭(per‬ ‭variazioni di temperatura non troppo elevate.‬ ‭Le‬‭proteine di membrana‬‭possono attraversare la membrana‬‭o appoggiarsi ad essa. Se le‬ ‭proteine sono unite a delle catene di zuccheri sono dette glicoproteine: la parte zuccherina è‬ ‭rivolta sempre verso l’esterno.‬ ‭Si dividono in diverse tipologie:‬ ‭-‬ ‭proteine integrali‬‭= attraversano completamente membrana‬ ‭-‬ ‭proteina a monopasso‬‭= un elemento peptidico attraversa‬‭lo strato un’unica volta‬ ‭-‬ ‭proteina multipasso‬‭= attraversa più volte lo strato‬‭idrofobico dei fosfolipidi, creando‬ ‭strutture complesse come dei canali‬ ‭-‬ ‭proteina multimerica‬‭= più elementi si organizzano‬‭per conferirle una funzione‬ ‭-‬ ‭proteine di membrana periferica‬‭= non attraversa il‬‭doppio strato fosfolipidico, ma si‬ ‭appoggia a versante interno della membrana‬ ‭ sperimento dell’eterocarionte‬‭(Frye e Edidin, nel‬‭1970)‬ E ‭Esperimento storico dell’eterocarionte (‬‭etero‬‭=diverso,‬‭carion‬‭=contenuto nucleare della cellula)‬ ‭per capire le funzioni cellulari. Osservazione del‬‭movimento delle proteine nella membrana‬ ‭plasmatica‬‭. Sono state etichettate le proteine di‬‭membrana:‬ ‭-‬ ‭di un organismo, in questo caso un‬‭topo‬‭, con una colorazione‬‭verde (fluoresceina=‬ ‭emissione luce percepita come verde).‬ ‭-‬ ‭di‬‭tessuto umano‬‭con una colorazione percepita rossa‬‭(rodamina).‬ ‭Le due cellule vennero fatte‬‭fondere‬‭(ad esempio con‬‭il‬‭polietilene-glicol‬‭) si forma‬ ‭l’eterocarionte‬‭, quindi una‬‭cellula con due nuclei‬‭:‬‭sia del topo sia dell’uomo. Nella formazione‬ ‭di questa cellula, si può‬‭monitorare la distribuzione‬‭delle molecole sia verdi che rosse all’interno‬ ‭dell'ambiente fosfolipidico delle membrane‬‭. Nel giro‬‭di circa un'ora a 37°C si può vedere che le‬ ‭condizioni tipiche dei due‬‭si distribuiscono omogeneamente‬‭e in maniera casuale‬ ‭nell’ambiente: si mescolano e possono muovere liberamente.‬ ‭Questo esperimento‬‭dimostrò un’e‬‭strema mobilità delle‬‭proteine di membrana, così come dei‬ ‭fosfolipidi‬‭: nella struttura della membrana i fosfolipidi‬‭possono ruotare, navigare e spostarsi‬ ‭reciprocamente, o fare un movimento detto “flip-flop” in cui la testa polare viene ruotata di 90°,‬ ‭orientandosi in maniera opposta nella struttura della membrana.‬ I‭l doppio strato fosfolipidico è‬‭permeabile‬‭solo alle‬‭molecole apolari idrofobe‬‭(ossigeno,‬ ‭anidride carbonica)‬‭e alle‬‭piccole molecole polari‬‭(acqua, urea),‬‭impedendo il passaggio invece‬ ‭di grosse molecole polari‬‭(glucosio amminoacidi) e‬‭di ioni‬‭(perchè dotati di cariche). Queste‬ ‭ultime potranno uscire una volta specializzate le proteine di trasporto.‬ ‭Le‬‭funzioni delle proteine di membrana‬‭(domande: elenca‬‭le funzioni delle proteine di‬ ‭membrana)‬ ‭21‬ ‭1.‬ T ‭ rasporto (carriers)‬‭: le proteine di trasporto, specializzandosi,‬‭consentono il passaggio‬ ‭degli elementi che non sono permeabili allo strato di fosfolipidi‬‭. Si possono creare‬ ‭dei pori o si possono legare ed essere portate dentro. Abbiamo quindi:‬ ‭-‬ ‭Trasporto‬‭passivo‬‭: è possibile la diffusione‬‭secondo‬‭gradiente‬‭senza dispendio di‬ ‭energia.‬ ‭-‬ ‭Diffusione facilitata‬‭: non c'è dispendio di energia‬‭ma le molecole passano‬ ‭attraverso dei trasportatori, delle‬‭proteine integrali‬‭,‬‭invece che direttamente‬ ‭attraverso la membrana vera e propria;‬ ‭-‬ ‭Trasporto‬‭attivo‬‭: il passaggio di molecole va‬‭contro‬‭gradiente‬‭, contro il verso di‬ ‭osmosi, questo va a consumare energia, generalmente ATP‬‭(esempio pompa‬ s‭ odio-potassio, una pompa canale che permette di eliminare gli ioni Na‬‭+‬‭, la cui concentrazione è‬ ‭inferiore all'interno della cellula che all'esterno, e di pompare all'interno della cellula ioni K‬‭+‬‭, la‬‭cui‬ ‭concentrazione viceversa è maggiore all'interno che all'esterno)‬‭;‬ ‭-‬ I‭l trasporto delle particelle voluminose avviene per ENDOCITOSI (in) ed‬ ‭ESOCITOSI (out) attraverso la membrana citoplasmatica.‬ ‭2.‬ ‭Ancoraggio‬‭: realizzano dei‬‭punti di contatto tra lo‬‭spazio intracellulare del‬ ‭citoscheletro e l'ambiente/matrice esterna‬‭, presente‬‭nella struttura extracellulare.‬ ‭Avviene negli organi, dove la cellula può muoversi, ma deve rimanere ancorata in un‬ ‭punto specifico. Importante nel tessuto connettivo‬ ‭**‬‭Studiando le membrane il‬‭globulo rosso/eritrocita‬‭è la cellula modello preferenziale, più‬ ‭semplice da studiare. E’ importante la relazione tra le due proteine‬‭spettrina‬‭(proteina del‬ ‭citoscheletro) e‬‭anchirina‬‭(proteina periferica di‬‭membrana). La spettrina crea una struttura‬ ‭allungata a rete, formando dei reticoli, che danno la tipica forma discoidale al globulo rosso e gli‬ ‭permette di passare attraverso dei capillari che sono molto più sottili. Le anchirine funzionano da‬ ‭gancio/ponte, in quanto tengono compatta la rete e mantengono la forma base del globulo rosso.‬ ‭La‬‭sferocitosi‬‭è una patologia che vede queste proteine‬‭assenti o mutate: non svolgono‬ ‭regolarmente le loro attività, non si forma la rete e non si aggancia. Il globulo rosso si gonfia,‬ ‭diventa uno sferocito, e si rompe in quanto più fragile (emolisi), causando l’anemia emolitica‬ ‭cronica.‬ ‭**‬‭Le‬‭integrine‬‭(=integrate in un tessuto) sono proteine‬‭recettoriali di membrana che attraversano‬ ‭l’intera membrana, e permettono alla cellula di stabilire contatti e‬‭scambiare segnali con la‬ ‭matrice extracellulare (ECM)‬‭nei tessuti connettivi,‬‭rendendo più stabile la cellula stessa. Proteine‬ ‭della ECM quali fibronectina, collagene, etc. contengono uno specifico integrin-binding domain‬ ‭RGD (Arg Gli Aspartico) un dominio di legame ad integrine, ovvero una sequenza specifica che‬ ‭consente alla cellula di restare agganciata alla matrice extracellulare e quindi ai tessuti.‬ ‭3.‬ ‭Recettoriale‬‭:‬‭ci sono proteine integrali che mediano‬‭i segnali chimici che arrivano alla‬ ‭cellula dall'ambiente extracellulare; si parla di‬‭specificità‬‭perché riconosce un elemento‬ ‭che darà una funzione specifica alla proteina.‬ ‭**‬‭Attraverso la membrana passano dei segnali:‬‭recettore‬‭dell’insulina‬‭(appartiene alla categoria‬ ‭dei recettori di attività‬‭tirosina chinasi‬‭) rientra‬‭nei meccanismi che controllano il livello di zucchero,‬ ‭la glicemia. Il recettore dell'insulina si trova sulla membrana di‬‭cellule del muscolo striato‬‭, del‬ ‭fegato‬‭, del‬‭tessuto adiposo‬‭, ed è sempre in forma‬‭dimer

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