Biologia - Unità e Processi (PDF)

LIBRO BIOLOGIA+ SPIEGAZIONI PROF  ▪ La biologia studia la vita partendo dalla cellula,, da come essa scambia energia con l'esterno, studia anche il DNA, i cicli vitali e l'omeostasi, BIOLOGIA ovvero l'eqilibrio interno. ...

LIBRO BIOLOGIA+ SPIEGAZIONI PROF  ▪ La biologia studia la vita partendo dalla cellula,, da come essa scambia energia con l'esterno, studia anche il DNA, i cicli vitali e l'omeostasi, BIOLOGIA ovvero l'eqilibrio interno.  TRASMISSIONE DELL'INFORMAZIONE: Processo EVOLUZIONE: Organismi si sono TRASFERIMENTO DELL'ENERGIA: da cui dipende l'evoluzione, infatti evoluti partendo da strutture L'energia per la vita viene fornita la trasmissione permette di far primordiali dal sole passare l'informazione genica da una generazione all'altra  CELLULA Le cellule posseggono Il nostro organismo è La cellula è l'unità Le cellule sono circondate organuli con funzioni composto da cellule funzionale di costituzione da una membrana con specifiche necessarie per diverse. degli organismi doppia funzione: far vivere la cellula 1 separa la cellula 2 regola il passaggio dall'ambiente esterno interno\esterno TEORIA CELLULARE Hooke, osservò nel 1665, cellule morte di sughero. Le chiamò cellule facendo riferimento alle celle monastiche  PROCARIOTE ▪ Primitive, semplici e piccole ▪ No organuli ▪ CONTIENE: ▪ Materiale genetico: DNA\RNA ▪ RIBOSOMI: organulo che si occupa della sintesi proteica EUCARIOTE ▪ Complesse e più grandi ▪ CONTIENE: o Nucleo: DNA Entrambe circondate da MEMBRANA o Organuli cellulari: PLASMATICA, che regola l'entrata o o Apparato golgi uscita di molecole o Ribosomi o Mitocondri: respirazione cellulare che crea energia: ATP Forma specifica per la funzione che deve svolgere  CRESCITA BIOLOGICA: aumento della dimensione di una cellula singola oppure aumento del numero delle cellule. SVILUPPO: Comprende i cambiamenti che avvengono durante la vita di un organismo. Ogni parte dell' organismo continua a funzionare  METABOLISMO: insieme delle attività chimiche dell'organismo che mirano all' OMEOSTASI: equilibrio interno STIMOLI: cambiamenti fisici o chimici che avvengono internamente ed esternamente. La RISPOSTA AGLI STIMOLI implica movimento.  ASESSUATA ▪ cellula mamma si divide in due cellule figlie uguali geneticamente alla cellula mamma RIPRODUZIONE SESSUATA ▪ Interazione tra cellula uovo e spermatozoo ▪ Cellule che si fecondano tra loro ▪ Fecondazione gameti: zigote: embrione ADATTAMENTO: capacità di sopravvivere in un particolare ambiente. Adattamento di vario tipo  LIVELLI DI ORGANIZZAZIONE: ORGANISMI LIVELLO CHIMICO: atomi e molecole CELLULA: unione TESSUTI: unione Atomi: unità atomi cellule dell'elemento chimico ORGANI: unione SISTEMA: unione tessuti organi  ORGANIZZAZIONE ECOLOGICA POPOLAZIONE: membri di una specie che vivono in una stessa area geografica contemporaneamente COMUNITA': insieme di popolazioni che vivono in una determinata area ed interagiscono ECOSISTEMA: formata dalla comunità e dall'ambiente BIOSFERA: tutto ciò che è abitato dagli organismi viventi  DNA 1953: Watson e Crick scoprono la struttura dell'acido desossiribonucleico, molecola che costituisce i geni Due catene di atomi che creano una doppia elica Ogni catena è costituita da NUCLEOTIDI 4 tipi di nucleotidi DNA è in grado di codificare proteine  ENERGIA DELLA VITA Questa energia viene L’energia usata per un catturata durante la La vita sulla terra dipende lavoro comporta la fotosintesi ed dall’energia emanata dal creazione di calore, immagazzinata nel sole. ovvero energia dispersa legame chimico del non più utilizzabile glucosio e non solo. L'ENERGIA DELLA VITA ▪ Un ecosistema per dirsi autosufficiente è costituito da: - produttori - consumatori - decompositori Questi tre dipendono l'uno dall'altro e dipendono anche dall'ambiente perché questo gli fornisce: - sostanze nutritive - l'energia - l'ossigeno - l'anidride carbonica ▪ FOTOSINTESI: è un processo attraverso il quale le molecole complesse sono sintetizzate partendo da anidride carbonica e acqua. L'energia luminosa in questo caso viene trasformata in energia chimica ▪ Sotto prodotto della fotosintesi è l'ossigeno ▪ Consumatori: animali o dipendono dai produttori per il cibo o Ricavano energia degradando zuccheri e altre molecole prodotte durante la fotosintesi ▪ Durante la respirazione cellulare si ha la rottura dei legami chimici e l'energia immagazzinata in questi legami chimici diventa disponibile per i processi vitali ▪ Decompositori sono organismi che degradando materiali organici non viventi ne traggono nutrimento così da poter riutilizzare queste componenti  RESPIRAZIONE CELLULARE Le cellule usano le energie contenute nei nutrienti e le Ciò avviene nel mitocondrio e trasformano. Ciò avviene, ad prende il nome di respirazione esempio, con il glucosio, che cellulare attraverso reazioni chimiche viene trasformato in ATP L'EVOLUZIONE SPECIE ▪ INTERFECONDI ▪ DERIVANO DALLO STESSO ANTENATO ▪ SPECIE STRETTAMENTE CORRELATE DA LORO VENGONO CLASSIFICATE CON : GENERE ▪ TANTO GENERI CREANO UNA FAMIGLIA ▪ LE FAMIGLIE POSSONO RAGGRUPPARSI IN: o ORDINI IN CLASSI o CLASSI IN PHYLA ▪ I PHYLA POSSONO RAGGRUPPARSI IN REGNI ▪ REGNI RAGGRUPPATI IN DOMINI  ▪ La sistematica si è evoluta, iniziando a calssificare organismi basandosi su correlazioni evolutive, EVOLUZIONE ovvero caratteristiche condivise che si E VARIETA' distinguono in un particolare gruppo DELLA VITA ▪ I procarioti hanno due domini: BACTERIA e ARCHAEA ▪ Gli eucarioti hanno un solo dominio: EUKARYA ▪ PROTISTI: ▪ Alghe, muffe ▪ Unicellulari o pluricellulari semplici ▪ Sono a metà tra cellule eucariote e procariote ▪ Alcuni fanno anche la fotosintesi ▪ REGNO PIANTE: ▪ Organismi complessi ▪ fotosintesi ▪ REGNO FUNGHI: ▪ NO fotosintesi ▪ Per nutrirsi assorbono nutrienti dall' ambiente esterno ▪ REGNO ANIMALE: ▪ Mangiano altri organismi ▪ EVOLUZIONE: processo con il quale gli organismi si sono evoluti diventando più complessi. ▪ DARWIN: era un teologo appassionato di botanica. Questa sua passione venne incoraggiata da un suo superiore che lo invogliò a partire per 5 anni alla volta dello studio della natura. In questo viaggio raccolse fossili e appunti che andarono a costituire la base della sua TEORIA DELL' EVOLUZIONE. ▪ Su questo argomento Darwin scrisse un libro in cui sosteneva che tutti gli organismi di oggi discendano da degli organismi ancestrali. ▪ TEORIA DELLA SELEZIONE NATURALE : chi possiede tratti vantaggiosi per un ambiente vive ▪ DIVERSO SUCCESSO RIPRODUTTIVO: morire prima di riprodursi  TEORIA DELLA SELEZIONE NATURALE Le forme di vita presenti sulla terra ora discendono da specie ancestrali La teoria si basa su: - Ogni membro di una specie è diverso dagli altri DARWIN - Nascono più organismi rispetto a quelli che sopravvivono fino a riprodursi - Gli organismi devono competere per la sopravvivenza a causa delle risorse limitate - Gli individui che possiedono caratteristiche vantaggiose sopravvivono in quanto riescono ad adattarsi meglio. Sopravvivendo si riproducono e tramandano queste caratteristiche vantagiose. - Visto che si riproduce chi riesce a sopravvivere all'ambiente, l'ambiente stesso ha deciso chi far sopravvivere  IL METODO SCIENTIFICO La scienza e il suo metodo sono caratteristici di uno studio che avviene su ciò che ci circonda. Il metodo scientifico si divide in varie componenti: Osservazioni Domande Ipotesi Esperimenti Risultati Conclusione  RAGIONAMENTI DEDUTTIVO INDUTTIVO Si raccolgono Osservazioni specifiche informazioni(premesse) e per trarre conclusioni si arriva a conclusioni specifiche oppure si crea basate sulle informazioni un principio generale PRINCIPI GENERALI= PRINCIPI SPECIGICI= CONCLUSIONI CONCLUSIONI GENERALI SPECIFICHE GENERALIZZAZIONE  IPOTESI Requisiti: Se è ben formulata Spiegazione potenziale Coerente può essere verificata, di osservazioni o Analizzabile altrimenti viene fenomeni Confutabile rigettata Può anche essere supportata da dati ma questo non la rende È una idea astratta necessariamente vera  È una spiegazione integrata con TEORIA ipotesi verificate da SCIENTIFICA esperimenti e osservazioni. I risultati delle ricerche vengono È in grado di Predire nuovi correlare due eventi scenari publicati su riviste scientifiche Mostrando la relazione tra fatti semplifica la comprensione di fenomeni naturali Approccio riduzionistico alla biologia si studiano componenti semplici di processi biologici. Obiettivo: conoscere le piccole parti per capire il tutto Intefrazione di dati relativi a vari livelli per capire come funzionano i sistemi biologici  ▪ Nella tavola periodica gli elementi sono disposti in un ordine che dipende dal loro numero atomico LA TAVOLA ▪ la tavola periodica fornisce informazioni sugli elementi per quanto riguarda la loro composizione struttura e PERIODICA comportamento chimico ▪ la massa atomica indica quanta materia è presente nell'elemento ▪ il numero di massa si trova in alto a sinistra Somma di protoni e neutroni determina la massa atomica L' elettronegatività è la capacità di attirare a se altri elettroni, creando un LEGAME Legame non è altro che la forza attrattiva che tiene insieme gli atomi di una molecola LEGAMI CHIMICI  ▪ Legami che comportano la condivisione degli elettroni tra gli atomi cosi da avere un LEGAME numero comoleto di elettroni di valenza ▪ Legame semplice, doppio e triplo (2 e 3 COVALENTE coppie di elettroni) ▪ Gli elettroni si attraggono in base alla loro elettronegatività 2 atomi identici, con stessa elettronegatività Senza cariche 2 atomi con diversa elettronegatività  LEGAME IONICO ▪ IONE: particella con una o più unità di carica elettrica ▪ Atomo accetta o perde elettroni diventa uno ione ▪ CATIONI: numero di protoni è maggiore rispetto al numero di elettroni ▪ ANIONI: numero di elettroni è maggiore rispetto al numero di protoni ▪ LEGAME IONICO si forma come conseguenza dell'attrazione tra la carica positiva di un catione e la carica negativa di un catione. Legame tra le cariche di segno opposto ▪ LEGAME FORTE ▪ Elettronegatività diversa e molto elevata ▪ Atomo più elettronegativo(A) strappa l'elettrone all'atomo meno elettronegativo(B) ▪ A si carica negativamente mentre B si carica positivamente ▪ L'acqua essendo polare è in grado di sciogliere sostanze ioniche e polari  ▪ Si formano tra un atomo con parziale carica negativa è un LEGAMI A atomo di idrogeno che si lega covalentemente all'ossigeno all'azoto IDROGENO ▪ Gli atomi coinvolti possono far parte della stessa molecola oppure essere due molecole diverse ▪ legami che si formano e si rompono rapidamente ▪ LEGAME DEBOLE se presente singolarmente ▪ Se presenti tanti legami e presi in considerazione tutti quanti insieme sono legami forti ▪ Ma se tutte queste interazioni vengono prese in considerazione come una unità vedremo che sono molto stabili e di conseguenza anche la molecola sarà stabile  PH pH è una grandezza fisica che indica l'acidità di soluzioni NEUTRA: ph 7 ACIDA: ph inferiore a 7 BASICA: ph superiore a 7  CARBONIO ▪ Forma le molecole complesse essenziali per la vita ▪ Forma 4 legami covalenti ▪ LEGAME FORTE CARBONIO E IDROCARBURI IDROCARBURI ▪ Composto organici formati fa carbonio e idrogeno ▪ Non hanno cariche ▪ Insolubili in acqua, ma possono interagire con essa in modo debole, cosi come debolmente interagiscono tra loro  Non sono altro che atomi che si sostituiscono all'idrogeno in una molecola organica Determinano quale tipo di reazioni chimiche possono partecipare i composti GRUPPI Interazioni tra molecole come legami a idrogeno o ionici. FUNZIONALI Gruppi funzionali polari e ionici sono ifofilici, ovvero si associano all'acqua CARBOIDRATI, LIPIDI, PROTEINE E ACIDI NUCLEICI sono la conseguenza dei diversi gruppi funzionali MACROMOLECOLE  POLIMERI formati da componenti più piccole chiamateMONOMERI possono esseredegradati in monomerimediantel'IDROLISI, durante una reazioneregolatada un catalizzatore specifico. Durante questoprocessouna molecola d'acqua di perde, infatti essosiattacca al monomeroche lo segue CONDENSAZIONE: processoin cui imonomerivengono legati in modo covalente. Durante questo processounamolecola d'acqua di crea, in quanto due dimeridi uniscono. CARBOIDRATI  ▪ 3\7 atomi di carbonio ▪ ogni carbonio è legato a un gruppo ossidrilico tranne uno legato a un gruppo carbonilico ▪ gruppo carbonilico fine uguale aldeide ▪ gruppo carbonilico in un'altra posizione uguale chetone MONOSACCARIDI ▪ Proprietà idrofiliche ▪ ribosio e desossiribosio sono pentosi ovvero 5 atomi di carbonio e sono i componenti del dna e dell'rna ▪ fruttosio glucosio e galattosio sono zuccheri dicono sei atomi di carbonio e vengono chiamati esosi  GLUCOSIO ▪ C 6 H 12 O 6 ▪ monosaccaride più abbondante ▪ durante la respirazione cellulare, le cellule ossidano molecole di glucosio rilasciando l'energia che viene usata per il lavoro cellulare ▪ viene usato anche per sintetizzare gli aminoacidi ▪ il doppio legame ossigeno-carbonio si trova nella parte terminale della catena: ALDEIDE ▪ il glucosio è sia un esoso che un aldeide ▪ le molecole del glucosio assumono una forma d'anello infatti esiste come anello a 5 atomi di carbonio e 1 di ossigeno o questa configurazione tre presente quando si instaura un legame covalente tra il carbonio in posizione 1 e l'ossigeno in posizione 5 se il gruppo ossidrilico si trova sullo stesso piano dell'anello il glucosio viene chiamato beta glucosio se i due gruppi si trovano sui lati opposti viene chiamato Alfa glucosio FRUTTOSIO ▪ Chetone ▪ Doppio legame ossigeno carbonio si trova all'interno della catena GALATTOSIO ▪ esoso e aldeide ▪ atomi legati al carbonio quattro sono disposti in modo diverso rispetto al glucosio  DISACCARIDE Unione di due il legame glicosidico in un Può essere idrolizzato monosaccaridi ad anello disaccaride consiste: ovvero rotto in due infatti l'uno all'altro carbonio 1 di una molecola monosaccaridi con mediante un legame che si lega al carbonio 4 l'aggiunta di una molecola glicosidico della molecola adiacente d'acqua ▪ legame glicosidico: ossigeno centrale legato covalentemente a due atomi di carbonio uno per anello ▪ Nel caso del disaccaride carbonio 1 di una molecola si unisce con il carbonio 4 della molecola adiacente Affinché avvenga l'idrolisi dei polisaccaridi c'è bisogno di un enzima AMIDO Polimero costituito da subunità di Alfa glucosio I monomeri sono uniti da legami Alfa 1-4 ovvero carbonio 1 di un glucosio si lega a carbonio 4 di un altro glucosio Appare sotto 2 forme o Amilosio: forma semplice e non ramificata o Amilopectina: forma più comune catena ramificata La cellule vegetali accumulano l'amido sotto forma di granuli dentro organuli specializzati chiamati amiloplasti Quando serve energia per svolgere lavoro cellulare la pianta idrolizza l'amido rilasciando glucosio GLUCOSIO Subunità di glucosio unite da legami alfa1-4 immagazzinate come energia nei tessuti animali Ramificato e idrosolubile Vertebrati si accumula nel fegato e nelle cellule muscolari CELLULOSA Più abbondanti tra i carboidrati Strutturale Insolubile Molecole di glucosio legate tra loro, monomero beta glucosio Legame beta 1-4 Non può essere rotto dagli enzimi dell'alfa glucosio ▪ Carboidrati + proteine= GLICOPROTEINE ▪ Presenti sulla parte superficiale di molte cellule ▪ Carboidrati + lipidi= GLICOLIPIDI ▪ Presenti sulla superficie di cellule animali ▪ RUOLO: ▪ Riconoscere le cellule e favorire la loro interazione LIPIDI ▪ Solubili in solventi apolari e relativamente insolubili in acqua ▪ Costituite da carbonio e idrogeno, pochi gruppo funzionali contenenti ossigeno ▪ Essendo poveri di ossigeno tendono ad essere idrofobici ▪ Carburanti biologici, componenti strutturali, ormoni. ▪ Carboidrati e proteine possono essere trasformati in grassi mediante l'uso di enzimi  ▪ Riserva di energia TRIGLICERIDI ▪ quando vengono metabolizzati forniscono più del doppio dell'energia ▪ TRIACLIGEROLO ▪ Glicerolo unito a tre acidi grassi ▪ si forma grazie a una reazione di condensazione in ogni reazione si forma una molecola d'acqua quando un gruppo ossidrilico del glicerolo agisce col gruppo carbossilico dell'acido grasso ▪ si forma un legame covalente noto come legame esterico ▪ durante la digestione vengono idrolizzati per produrre acidi grassi e glicerolo glicerolo è un alcol a tre atomi di carbonio che contiene tre gruppi OH un acido grasso è costituito da una non ramificata alla cui estremità si trova il gruppo carbossilico ACIDI GRASSI SATURI contengono il maggior numero di atomi di idrogeno le molecole apolari neutre possono sviluppare regioni in cui in modo transitorio si presentano deboli cariche positiva o ACIDI GRASSI INSATURI negativa, a causa del continuo flusso di elettroni possiedono una o più coppie di atomi di carbonio adiacenti legati le cariche di segno opposto anche se deboli tramite un doppio legame creano le interazioni di Van der Waals, che presenti in grandi quantità tendono a rendere la quel gli acidi grassi con un solo sostanza solida perché limitano il movimento doppio legame sono addetti delle molecole monoinsaturi gli acidi grassi con più di un doppio legame sono detti polinsaturi ▪ I grassi che contengono un'altra percentuale di grassi mono polinsaturi tendono a essere liquidi perché ciascun doppio legame crea una piega nella catena che limita le interazioni di van der Waals  ACIDI GRASSI TRANS Quando gli acidi grassi vengono idrogenati in modo questa acidi grassi sono artificiale i doppi legami tecnicamente insaturi ma possono subire un presentano caratteristiche riarrangiamento che crea una dei grassi saturi configurazione trans FOSFOLIPIDI ▪ LIPIDI ANFIPATICI ▪ 1 molecola di glicerolo attaccata da un lato con due acidi grassi (2 code idrofobiche e insolubili in acqua) e dall'altro legato ad un gruppo fosfato legato ad un composto organico (testa, ionizabile e idrosolubile) ▪ Interagendo con l'acqua si crea il doppio strato fosfolipidico Sono colorati in quanto gli elettroni mobili causano un forte assorbimento di luce a certe lunghezze d'onda e causano la riflessione di altre lunghezze  STEROIDI Sintetizzati partendo da unità isopreniche  COLESTEROLO: SALI BILIARI: ORMONI STIROIDEI: Componente strutturale Eccesso di colesterolo: Regolano Emulsionano i grassi Idrolisi per via fondamentale per le placche sulle pareti metabolismo di nell'intestino enzimatica membrane cellulari arteriose animali e piante degli animali Alcuni mediatori chimici sono prodotti dalla modificazione degli acidi grassi derivanti dai fosfolipidi di membrana PROSTAGLANDINE PROTEINE ▪ Monomeri delle proteine sono gli AMMINOACIDI ▪ Le proteine sono specificate da geni ▪ Le proteine hanno funzioni specifiche ▪ Le proteine sono coinvolte in tutti gli aspetti del metabolismo ▪ La maggior parte degli enzimi sono proteine o ENZIMI: catalizzatori\ accelleratori biologici di reazioni chimiche  ▪ ENZIMATICA: catalizzatori biologici, che velocizzano le reazioni. Queste reazioni avvengono comunque ma in maniera più lenta ▪ STRUTTURALE: forma alla cellula FUNZIONI ▪ RISERVA DI NUTRIENTI ▪ TRASPORTO SOSTANZE TRA CELLULE ▪ REGOLAZIONE ▪ MOVIMENTO CELLULARE: actina e miosina ▪ DIFESA: anticorpi AMMINOACIDI ▪ Hanno un gruppo amminico (NH2) e un gruppo carbossilico (COOH) legati allo stesso carbonio alfa, che è asimmetrico ▪ COOH dona un protone e si dissocia come COO, mentre il gruppo amminico NH2 accetta un protone e diventa NH3 ▪ 20 amminoacidi comuni ▪ Amminoacidi non polari: proprietà idrofobiche ▪ Amminoacidi polari: proprietà idrofiliche  AMMINOACIDI BASICI: AMMINOACIDI ACIDI: CARICHI POSITIVAMENTE CATENE LATERALI CHE QUANDO IL GRUPPO CONTENGONO UN GRUPPO AMMINICO DELLA CATENA CABOSSILICO CHE A PH LATERALE ACCETTA LO IONE CELLULARE È CARICO DI IDROGENO NEGATIVAMENTE Le catene laterali sia acide che basiche sono ioniche al PH cellulare e pertanto risultano idrofiliche ▪ Gli aminoacidi i comuni sono 20 ▪ gli aminoacidi rari nascono per modificazione di quelli comuni ▪ le cellule animali possono sintetizzare alcuni ma non tutti gli aminoacidi ▪ gli aminoacidi non sintetizzabili devono essere introdotti con la dieta e vengono chiamati abbinati di essenziali LEGAME PEPTIDICO: Legame tra gli amminoacidi, legame forte Gruppo carbossilico+ gruppo amminico C-H ▪ Gli amminoacidi si combinano tra loro legando il carbonio del gruppo carbossilico di una molecola all'azoto del gruppo amminico di un'altra molecola tramite una reazione di condensazione ▪ il legame covalente carbonio azoto viene chiamato in questo caso legame peptidico ▪ la combinazione di due aminoacidi viene chiamata dipeptide ▪ una catena più lunga viene chiamata polipeptide ▪ la proteina è costituita da una o più catene polipeptidiche ▪ ogni polipeptide ha un gruppo amminico libero a un'estremità e un gruppo carnossilico libero all'altra ▪ il gruppo amminico e carbossilico degli altri monomeri vanno poi a far parte del legame peptidico ▪ lo scheletro di una catena polipeptidica consiste in una sequenza di ripetuta di tutti gli atomi tranne quelli delle catene laterali che sorreggono la struttura portante  4 LIVELLI DI ORGANIZZAZIONE C'è una correlazione tra la infatti la proteina a conformazione di quattro livelli di una proteina e la organizzazione sua funzione  La sequenza di aminoacidi di una catena polipeptidica rappresenta la struttura primaria la sequenza viene specificata da un gene STRUTTURA Viene sempre rappresentata in PRIMARIA forma lineare le strutture superiori derivano dalla struttura primaria  ▪ I tipi più comuni sono: ▪ ALFA ELICA ▪ la catena polipeptidica si avvolge quindi la struttura è una elica mantenuta dai legami a idrogeno che si instaurano tra STRUTTURA gli scheletri degli aminoacidi ciclici che si succedono nella spirale SECONDARIA ▪ il legame idrogeno si instaura tra l'ossigeno che è una carica parziale negativa, e che sarebbe il residuo del gruppo carbossilico, e di un idrogeno ha una carica parziale positiva e del residuo del gruppo amminico ▪ Ogni aminoacido nell'alfa elica è legato per mezzo di un legame idrogeno ▪ l'alfa elica è la base delle proteine fibrose in quanto è molto elastica ▪ l'elasticità è dovuta sia alla forma ad elica quindi ad un fattore fisico ma anche un fattore chimico ovvero i legami a idrogeno ▪ questi legami possono essere rotti permettendo alle fibre di stirarsi sotto la tensione quando la tensione poi si si riduce la fibra si riavvolge e i legami a idrogeno si riformano ▪ FOGLIETTO BETA RIPIEGATO ▪ i legami idrogeno si formano catene catene polipeptidiche differenti o fra regioni differenti della stessa catena che è ripiegata su se stessa ▪ e flessibile a causa della distanza fra le piegature che è fissa che determina legami covalenti forti ▪ è comune che in un polipeptide a singola catena ci siano sia regioni ad Alfa elica che regioni a foglietto beta ripiegato  ▪ Legami a idrogeno che si formano tra i gruppi R ▪ legami ionici tra i gruppi R carichi positivamente e negativamente La struttura ▪ interazioni idrofobiche dovute al fatto che i gruppi R apolari si dispongono all'interno della struttura e quindi secondaria lontano dall'acqua ▪ i legami covalenti noti come ponti di solfuro che legano contiene: atomi di zolfo di due unità di cisteina o il ponte di solfuro si forma quando i gruppi sulfidrilici di due cisteine reagiscono tra loro eliminando due molecole di idrogeno e facendo unire due molecole di zolfo tramite un legame covalente STRUTTURA ▪ la struttura quaternaria deriva dalla dalla disposizione QUATERNARIA tridimensionale delle catene polipeptidiche ▪ le reazioni che danno origine alle strutture precedenti sono quelle che danno origine anche alla quaternaria ▪ quindi sono presenti legame idrogeno ponti di solfuro le interazioni idrofobiche legami ionici ▪ la sua conformazione è dovuta dalla sequenza degli aminoacidi ▪ La struttura di una proteina contribuisce a determinare la sua attività biologica ▪ le proteine sono costituite da più regioni globo rurali dette domini che sono collegati al regioni meno compatte della catena ▪ ciascun dominio può avere una funzione diversa ▪ e l'attività biologica di una proteina può essere modificata dai cambiamenti delle sequenze aminoacidiche che portano i cambiamenti nella conformazione e quindi possono cambiare anche la sua attività biologica ▪ quando una proteina viene o scaldata la sua struttura terza relativa lenta disordinata e e quindi si srotola ▪ questo suo srotolamento viene chiamato denaturazione, che è un processo non reversibile, che consiste nella rottura di legami a idrogeno e ionici che fanno sì che si perda l'attività biologica della proteina  ACIDI NUCLEICI  sono formati in generale da uno zucchero a 5 atomi di La base azotata può essere a il monomero che gli Sono molecole molto grandi carbonio, 1 o più gruppi doppio anello come nelle costituisce si chiama e complesse fosfato che rendono la purine o ad anello singolo NUCLEOTIDE molecola acida e una base come nelle pirimidine azotata il nucleotidi sono tenuti tra loro da un legame fosfodiesterico ovvero un ogni nucleotide è gruppo fosfato attaccato allo Le catene sono lineari identificato dalla sua zucchero si Lega specifica base covalentemente allo zucchero del nucleotide adiacente  DNA costituisce igieni il materiale ereditario della Formato da uno zucchero Acido cellula e contiene a 5 atomi di carbonio desossiribonucleico istruzioni per sintetizzare desossiribosio un gruppo le proteine e le rende ha fosfato e una base azotata necessario Composto sto da due catene nucleotidiche Contiene le purine: contiene le pirimidine: unite da legami a adenina e guanina citosina e timina idrogeno e avvolte a formare una doppia elica  RNA interviene nel Formato da uno processo in cui gli zucchero a 5 atomi di Acido ribonucleico aminoacidi vengono carbonio ribosio un legati per formare gruppo fosfato e una polipeptidi base azotata Contiene le purine contiene le pirimidine Composto da una adenina e guanina citosina e uracile catena nucleotidica ATP Adenosina trifosfato adenina ribosio e tre fosfati la molecola energetica della cellula i gruppi fosfato terminali sono Uniti al nucleotide mediante legami covalenti la ATP può trasferire il suo gruppo fosfato ad un'altra molecola così può cedere e la sua energia chimica L'ATP può essere convertito in adenosina monofosfato ciclico cAMP grazie ad un enzima cAMP media l'effetto di alcuni ormoni e regola la segnalazione cellulare  Nicotinamide adeni-dinucleotide NAD+ ha un ruolo fondamentale nelle NAD+ e ossidoriduzioni biologiche che avvengono all'interno della cellula NADH la sua forma ossidata è NAD+ la sua forma ridotta è NADH ORGANIZZAZIONE DELLA CELLULA (capitolo 4) LA CELLULA: L’UNITÀ DI BASE DELL VITA (4.1) La teoria cellulare è un concetto unificante nella biologia Due scienziati tedeschi, il botanico Schleiden e lo zoologo Schwann, 1838, basandosi sulle proprie osservazioni, arrivarono alla conclusione che tutte le piante e tutti gli animali sono costituiti da cellule. Virchow, un altro scienziato tedesco, osservò la divisione cellulare e la formazione di cellule figlie. Nel 1855, affermò che le cellule si potevano forme solo per divisione di una cellula preesistente. Il lavoro di Schleiden, Schwann e Virchow contribuì fortemente allo sviluppo della TEORIA CELLULARE, il concetto unificante che stabilisce: - Le cellule rappresentano le unità di base strutturale e funzionale di tutti gli organismi - Tutte le cellule derivano da altre cellule. Nel 1880, un altro biologo tedesco, Weismann, sottolineò che tutte le cellule viventi hanno un antenato in comune. L’organizzazione di tutte le cellule è fondamentalmente simile La membrana plasmatica è una membrana di superficie strutturalmente distinta che circonda tutte le cellule. Essa consente alla cellula di avere una composizione chimica alquanto differente da quella dell’ambiente esterno. La membrana plasmatica ha proprietà uniche che le consentono di svolgere la funzione di barriera selettiva tra l’ambiente cellulare interno e quello esterno, permettendo alla cellula di scambiare le sostanze con l’ambiente esterno e di accumulare quelle necessarie per compiere le reazioni biochimiche. Le cellule possiedono strutture interne, gli ORGANULI, specializzate nello svolgere attività metaboliche. Le dimensioni cellulari hanno un limite La maggior parte delle cellule hanno dimensioni microscopiche; per misurarle si utilizzano unità di misura adeguatamente piccole. Il MICROMETRO è l’unità di misura più conveniente per misurare le cellule. Perché la maggior parte delle cellule è così piccola? - Un cellulare deve assumere nutrimento e litri materiali e deve liberarsi di prodotti di rifiuto generati dalle reazioni metaboliche. Tutto ciò che entra o esce dalla cellula deve passare attraverso la membrana plasmatica. La membrana plasmatica contiene canali specializzati che regolano selettivamente il passaggio di materiali dentro e fuori la cellula. La membrana plasmatica deve essere abbastanza grande, da rispondere alle necessità di regolazione del passaggio di materiale.  - Un altro motivo per il quale le cellule sono piccole è che le molecole, una volta all’interno, devono essere trasportate in quei siti della cellula dove vengono trasformate. Poiché le cellule sono di piccole dimensioni, le distanze percorse dalle molecole al loro interno sono relativamente brevi. Pertanto, le molecole sono rapidamente disponibili per le attività cellulari. Dimensioni e forma delle cellule sono collegate alle loro funzioni Le dimensioni e la forma delle cellule sono adatte alle loro funzioni. Ad esempio, le cellule nervose possiedono estensioni lunghe e sottili che permettono loro di trasmettere messaggi a grande distanza. Uno dei più importanti strumenti disponibili per studiare le strutture della cellula è il microscopio. Robert Hooke, uno scienziato inglese, descrisse per primo le cellule, nel 1665. Hooke esaminò un pezzo di sughero e disegnò e descrisse ciò che aveva visto. Egli scelse il termine CELLULA perché la struttura gli ricordò le piccole cellule in cui vivevano i monaci. Hooke osservò le pareti delle cellule morte del sughero. Il naturalista olandese Leeuwenhoek riuscì a vedere alcune cellule viventi, utilizzando lenti da lui stesso costruite. METODI PER LO STUDIO DELLE CELLULE (4.2) I microscopi ottici sono utilizzati per studiare le cellule colorate o vive Il MICROSCOPIO OTTICO, consiste in un tubo con lenti di vetro a ciascuna estremità. La luce visibile passa sia attraverso il campione che deve essere osservato, sia attraverso le lenti. La luce viene rifratta dalle lenti ingrandendo l’immagine. Sono due le proprietà di un microscopio: - l’ingrandimento corrisponde al rapporto tra le dimensioni dell’immagine vista al microscopio e le dimensioni effettive dell’oggetto - la risoluzione, è la capacità del microscopio di distinguere anche i più piccoli dettagli di un’immagine. Il MICROSCOPIO A FLUORESCENZA è utilizzato per individuare molecole specifiche all’interno delle cellule. Gli ANTICORPI sono proteine che fanno parte delle difese immunitarie. Ogni tipo di molecola di anticorpo può legarsi a una sola regione specifica di un’altra molecola. L’anticorpo verde fluorescente si lega esclusivamente a una piccola regione di una proteina dei microtubuli, mentre l’anticorpo rosso fluorescente si lega esclusivamente a una regione di una proteina dei microfilamenti. La MICROSCOPIA CONFOCALE permette di ottenere immagini più nitide. Utilizza un laser per eccitare fluorofori solo in una sottile “fetta” del campione, consentendo di visualizzare oggetti in un unico piano focale. Il microscopio elettronico fornisce immagini ad alta risoluzione che possono essere ingrandite enormemente Grazie l MICROSCOPIO ELETTRICO, i ricercatori furono in grado di studiare i dettagli fini, ovvero l’ULTRASTRUTTURA cellulare, su scala tale da poter definire la struttura dei comportamenti cellulari e le strutture associate alle membrane cellulari. I due tipi di microscopi elettronico sono: - MICROSCOPIO ELETTRICO A TRASMISSIONE (MET), si devono preparare sezioni ultrasottili, tagliando con una lama di vetro o di diamante le cellule o il tessuto inglobati in resina. Il preparato viene posto su di una piccola griglia metallica e il fascio di elettroni, dopo avere attraversato il campione, cade sulla lastra fotografica o sullo schermo fluorescente. Fornisce un’immagine ad altissima risoluzione e fortemente ingrandita. - MICROSCOPIO ELETTRICO A SCANZIONE (MES), il fascio elettrico non passa attraverso un campione. Il MES è in grado di dare informazioni sulla forma e sulle caratteristiche esterne ottenute con un microscopio a trasmissione. È utilizzato per ottenere un’immagine dettagliata della superficie cellulare. CELLULE PROCARIOTICHE ED UCARIOTICHE (4.3) Esistono due tipi di cellule: PROCARIOTICHE ed EUCARIOTICHE. Le cellule procariotiche sono tipiche solamente di batteri e archeobatteri. Tutti gli organismi noti sono costituiti da cellule eucariotiche. Le cellule procariotiche non contengono organuli circondati da membrane Le cellule procariotiche sono più piccole. Nelle cellule procariotiche, il DNA è localizzato in una regione limitata della cellula, detta AREA NUCLEARE o NUCLEOIDE. Altri tipi di organuli delimitati da membrana non sono presenti nelle cellule procariotiche. Le cellule procariotiche hanno una membrana plasmatica che circonda la cellula. La membrana plasmatica determina il contenuto della cellula, originando un compartimento interno. Molte cellule procariotiche possono avere una PARETE CELLULARE, una struttura che racchiude l’intera cellula, compresa la membrana plasmatica. Molti procarioti possiedono FLAGELLI, lunghe fibre; sono utilizzati come propulsori e sono fondamentali per la locomozione. Il denso materiale interno delle cellule batteriche contiene i RIBOSOMI, piccoli complessi di RNA e proteine in grado di sintetizzare polipeptidi. Le cellule procariotiche presentano anche granuli di deposito che contengono glicogeno, lipidi, o composti fosforilati. Sistemi di membrana dividono le cellule eucariotiche in compartimenti Le cellule eucariotiche sono caratterizzate dalla presenza di organuli delimitati da membrana altamente organizzati, incluso un NUCLEO, che contiene il DNA, il materiale ereditario. Le cellule sono costituite da un gel omogeneo, detto PROTOPLASMA. La porzione di protoplasma al di fuori del nucleo, viene chiamata CITOPLASMA mentre quella all’interno del nucleo viene chiamata NUCLEOPLASMA. Molti organuli sono sospesi nella componente fluida del citoplasma, normalmente chiamata CITOSOL. Le proteine eucariotiche sono sintetizzate nel compartimento citoplasmatico dei ribosomi. Il termine CITOPLASMA include tutti gli organuli, eccetto il nucleo. Le cellule eucariotiche posseggono un’impalcatura di sostegno, o CITOSCHELETRO, importante per il mantenimento della forma della cellula e per il trasporto di materiali al suo interno. I CLOROSPLASTI, strutture che catturano la luce solare per convertirla in altre forme di energia, sono presenti solamente nelle cellule che effettuano la fotosintesi. Le proprietà particolari delle membrane biologiche permettono alle cellule eucariotiche di svolgere molte funzioni diverse Le membrane cellulari hanno proprietà particolari che permettono agli organuli da esse determinati di svolgere diverse funzioni. Ad esempio, poiché le membrane non possono mai avere estremità libere, gli organuli racchiudono sempre almeno uno spazio interno o compartimento. Tali compartimenti circoscritti da membrane fanno sì che alcune attività cellulari siano localizzate all’interno di regioni cellulari specifiche. Questi comportamenti servono anche per tenere alcuni composti particolarmente reattivi dalle altre parti della cellula. La divisione in componenti permette, che possano avvenire contemporaneamente attività diverse. Le membrane permettono anche di immagazzinare energia. IL NUCLEO CELLULARE (4.4) Il NUCLEO è tipicamente l’organulo più rilevante della cellula. Nella maggior parte delle cellule il DNA è localizzato all’interno del nucleo. A differenza delle cellule procariotiche, in cui la molecola del DNA ha forma circolare, in quelle eucariotiche le molecole di DNA sono lineari e molto lunghe. L’INVOLUCRO NUCLEARE è costituito da due membrane concentriche che separano il contenuto del nucleo dal citoplasma circostante. Queste membrane si fondono formando i PORI NUCLEARI. Ogni poro nucleare è costituito da 500-1000 molecole costituite da molte copie di circa 30 tipi di proteine differenti. Questi complessi regolano il passaggio di materiali di grandi dimensioni attraverso le membrane nucleari, mentre gli ioni e le molecole biologiche possono passare liberamente attraverso i pori nucleari. Ogni proteina che dal citoplasma deve essere trasportata attivamente attraverso il poro contiene un SEGNALE DI LOCALIZZAZIONE NUCLEARE (SLN) che fa parte della sequenza amminoacidica. Una rete fibrosa di filamenti proteici, detta lamina nucleare, forma il rivestimento interno dell’involucro nucleare. La LAMINA NUCLEARE sostiene la membrana interna e favorisce l’organizzazione del contenuto nucleare. Le molecole di DNA sono costituite da sequenze di nucleotidi, chiamate GENI, che contengono le informazioni per la produzione di tutte le proteine e delle molecole di RNA specializzate necessarie per la cellula. Il nucleo controlla la sintesi proteica trascrivendo l’informazione del DNA in molecole di RNA MESSAFFERO (mRNA), che passano nel citoplasma dove le proteine sono sintetizzate nei ribosomi. Il DNA si associa con l’RNA e alcune proteine per formare una struttura definita CROMATINA. Le molecole di DNA, essendo estremamente lunghe e sottili, devono essere impacchettate nel nucleo in maniera molto regolare in strutture dette CROMOSOMI. La maggior parte dei nuclei possiede una o più strutture compatte chiamate NUCLEOLI. Ciascun nucleolo contiene un ORGANIZZARORE NUCLEARE, costituito dalle regioni cromosomiche contenenti le istruzioni per sintetizzare i diversi tipi di RNA che costituiscono i ribosomi. Questi RNA RIBOSOMIALI (rRNA) sono sintetizzati nel nucleo. Nel nucleo vengono consumate grandi quantità di energia sotto forma di ATP. I ribosomi sintetizzano le proteine nel citoplasma I ribosomi sono organuli che si trovano liberi nel citoplasma o attaccati ad alcune membrane citoplasmatiche. Ogni ribosoma ha due componenti principali: una subunità maggiore e una subunità minore. Quando le due subunità si uniscono in un complesso con una molecola di RNA messaggero, funzionano come fabbriche per l’assemblaggio dei polipeptidi. Le cellule che producono attivamente una gran quantità di proteine possono contenere milioni di ribosomi; le cellule possono modificare il numero di ribosomi presenti a seconda delle richieste metaboliche. I ribosomi sono macchine molecolari e costituite da proteine e da molecole di DNA. Gli mRNA che codificano le proteine ribosomiali, devono essere trasportati attraverso i pori nucleari nel citoplasma, dove vengono tradotti dai ribosomi per sintetizzare la proteina corrispondente. Successivamente, le proteine ribosomiali di una nuova sintesi devono essere importate nuovamente all’interno del nucleo. Nel nucleo, queste proteine ribosomiali sono assemblate con l’rRNA in subunità ribosomiali. Una volta assemblata, la nuova subunità ribosomiale è trasportata dalla regione nucleare all’interno dell’involucro nucleare, per poi lasciare il nucleo attraverso un poro nucleare. GLI ORGANULI CITOPLASMATICI PROVVISTI DI MEMBRANA (4.5) La maggior parte degli organuli citoplasmatici in una tipica cellula sono componenti del SISTEMA DELLA ENDOMEMBRANA, una rete di organuli che scambiano i materiali attraverso piccole VESCICOLE DI TRASPORTO avvolte da membrana. Il reticolo endoplasmatico consiste in una rete di membrane interne RETICOLO ENDOPLASMATICO (RE)= membrane interne parallele che circonda il nucleo estendendosi in ampie zone del citoplasma. Le membrane del RE sono costituite da una serie di diversi domini che hanno strutture e funzioni distinte. Anche se i domini del RE hanno funzioni diverse, le loro membrane sono collegate e racchiudono un compartimento interno continuo chiamato LUME del RE. Ciascun dominio funzionale della membrana del RE è la regione corrispondente al lume del RE contengono un insieme unico di enzimi che catalizzano diversi tipi di reazioni biochimiche. Con il microscopio elettrico a trasmissione è possibile distinguere due tipi di RE, il RE rugoso e il RE liscio. Il RE liscio sintetizza lipidi e degrada le tossine Il RETICOLO ENDOPLASMATICO LISCIO ha un aspetto tubulare e la superficie della membrana esterna appare liscia. Gli enzimi presenti nelle membrane del RE liscio catalizzano la sintesi di numerosi lipidi e carboidrati. Il RE liscio rappresenta la sede primaria di sintesi dei fosfolipidi e del colesterolo richiesto per la formazione delle membrane cellulari. - In alcune cellule, una parte del RE liscio contiene enzimi che formano goccioline lipidiche che immagazzinano riserve di energia sotto forma di triacilglicetoli. - Altri domini del RE liscio sintetizzano gli ormoni riproduttivi. - Nelle cellule epatiche, il RE liscio svolge un ruolo importante nella degradazione enzimatica del glicogeno di riserva. Gli enzimi del RE liscio delle cellule epatiche sono in grado di degradare sostanze chimiche tossiche, come le sostanze cancerogene e numerose droghe, tra cui l’alcol. Tali composti sono trasformati in composti idrosolubili che possono essere così escreti. Il RE rugoso è coinvolto nella sintesi delle proteine secrete e di membrana Il RETICOLO ENDOPLASMATICO RUGOSO appare tale in quanto sulla sua superficie esterna si trovano i ribosomi. I ribosomi attaccati al RE rugoso sono detti RIBOSOMI LEGATI; i RIBOSOMI LIBERI si trovano in sospensione nel citosol. L’involucro nucleare è un dominio funzionale del RE rugoso. Il RE rugoso svolge un ruolo fondamentale nella sintesi e nell’assemblaggio delle proteine. Le proteine di membrana sono sintetizzate sui ribosomi attaccati alla membrana del RE. Quando il polipeptide è sintetizzato, passa attraverso un tunnel nel ribosoma e in un poro del RE. I polipeptidi che sono destinati ad essere esportati dalla cellula o quelli destinati a far parte del compartimento di un altro organulo passano direttamente nel lume del RE. Le proteine che sono destinate a essere incorporate nella membrana del RE passano attraverso il poro del solo parzialmente prima di essere integrate nel doppio strato lipidico della membrana. All’interno del lume esistono anche altri enzimi, detti CHAPERONI MOLECOLARI, che catalizzano il ripiegamento delle proteine nella forma funzionale. Il RE è il principale sito di assemblaggio nella membrana dei componenti del sistema delle endomembrane I fosfolipidi sono sintetizzati sulla superficie citosolica del RE liscio e poi vengono integrati nel doppio strato della membrana permettendo ad essa di espandersi. Le proteine che devono essere incorporate nella membrana di nuova formazione sono sintetizzate dai ribosomi presenti sulla superficie citosolica del RE rugoso. Il complesso del Golgi processa, smista e dirige le proteine del RE alle differenti parti del sistema delle endomembrane Il COMPLESSO DEL GOLGI fu descritto per la prima volta nel 1898 dal microscopista italiano Camillo Golgi. Questo sistema di membrane modifica e smista le proteine che riceve dal RE e poi le impacchetta in vescicole di trasporto destinate ai diversi componenti del sistema delle endomembrane. Nella maggior parte delle cellule, il complesso del Golgi è costituito da pile di sacche membranose appiattite chiamate CISTERNA. Ciascuna di queste sacche ha uno spazio interno, detto lume. Ciascuna pila di vescicole di Golgi possiede tre aree: - SUPERFICIE CIS è collocata vicino al nucleo e ha la funzione di ricevere i materiali contenuti nelle vescicole di trasporto provenienti dal RE - SUPERFICIE TRANS è più vicina alla membrana plasmatica, impacchetta le molecole in vescicole che sono trasportate al di fuori del Golgi. - REGIONE MEDIALE che sta in mezzo Le proteine di secrezione che sono sintetizzate nel lume del RE rugoso sono trasportate prima alla superficie cis del complesso del Golgi come carico nelle piccole vescicole di trasporto formate dalla membrana del RE. Queste proteine poi vengono inviate a una pila di vescicole del Golgi, subendo alcune modificazioni fino a raggiungere la proteina trans del Golgi, dove vengono assemblate in vescicole e inviate alle membrane di destinazione. È stato riscontrato che le vescicole formate dal Golgi cis tornano indietro verso il RE e sono quelle implicate nel riciclo delle proteine coinvolte nell’assemblaggio del RE e nella formazione delle vescicole.  In qualsiasi modo si muovano le proteine attraverso il complesso del Golgi, durante questo tragitto sono modificate in molti modi, per dare origine a molecole biologiche complesse. Per esempio, i carboidrati di una glicoproteina possono essere modificati. In alcuni casi, i carboidrati vengono usati come “segnali di riconoscimento”, un codice cellulare che marchia le proteine, instradandole verso specifici distretti cellulari. I lisosomi sono compartimenti con funzioni digestive I LISOSOMI sono piccole vescicole piene di enzimi litici disperse nel citoplasma della maggior parte delle cellule animali. I lisosomi mantengono al loro interno un valore di pH intorno a 5. La membrana lisosomiale confina i suoi enzimi e la loro attività. - LISOSOMI PRIMARI si formano per gemmazione dal complesso del Golgi. Questi si fondono con le vescicole fatte dalla membrana plasmatica contenenti il materiale estraneo. - Uno o più lisosomi primari si fondono con queste vescicole contenenti il materiale estraneo, formando una vescicola più grande, detta LISOSOMA SECONDARIO. I vacuoli sono grandi sacche piene di liquidò con svariate funzioni Molte delle funzioni proprie dei lisosomi nelle cellule animali vengono svolte nelle cellule di piante e funghi da un unico grande sacco membranoso, detto VACUOLO. La membrana del vacuolo, è detta TONOPLASTO. I vacuoli svolgono un ruolo importante nella crescita e nello sviluppo delle piante. Man mano che l’acqua si accumula in questi vacuoli, essi tendono a fondersi formando un unico grande vacuolo centrale. Una cellula vegetale aumenta di dimensioni soprattutto attraverso l’aggiunta di acqua a questo vacuolo centrale. Il vacuolo è importante per il mantenimento dell’ambiente intracellulare. I vacuoli delle cellule vegetali sono simili ai lisosomi in quanto contengono enzimi idrolitici e degradano prodotti di scarto e organuli o altri componenti cellulari inutili. Questi prodotti possono essere riciclati nel vacuolo, oppure aggregarsi a formare piccoli cristalli all’interno del vacuolo stesso. I vacuoli sono presenti anche in diverse cellule animali e nei protesti unicellulari come i protozoi. La maggior parte dei protozoi possiede vacuoli nutritivi, che si fondono con i lisosomi in modo tale che il cibo venga digerito. Alcuni protozoi hanno anche dei vacuoli contrattili che permettono alla cellula di eliminare l’acqua in eccesso. I perossissomi metabolizzano composti organici di piccole dimensioni I PEROSSISOMI sono organuli rivestiti da membrana che contengono enzimi in grado di catalizzare quelle reazioni metaboliche nelle quali l’idrogeno è trasferito dai vari composti all’ossigeno. Il nome per ossido e deriva dal fatto che durante queste reazioni ossidative si forma perossido di idrogeno (H2O2) che viene utilizzato per detossicare composti. I perossisomi contengono l’enzima CATALASI che è in grado di scindere rapidamente il perossido di idrogeno in eccesso in acqua e ossigeno, rendendolo innocuo. I perossisomi si trovano in gran numero in tutte quelle cellule che sintetizzano, immagazzinano o degradano i lipidi. DETISSIFICAZIONE: nei perossisomi vengono degradate sostanze nocive introdotte negli organismi, quali alcol elitico, alcol metilico, fenoli, nitriti. RIMOZIONE DEI RADICALI LIBERI E ROS: in collaborazione con enzimi citoplasmatici i perossisomi provvedono a rimuovere i radicali liberi e le forme reattive dell’Ossigeno che si formano durante le normali attività metaboliche della cellula. I mitocondri e i cloroplasti sono organuli in grado di trasformare l’energia Quando una cellula assume energia dall’ambiente che la circonda, questa di trova sotto forma di energia chimica o sotto forma di energia luminosa. Alcuni di questi processi di conversione avvengono nel citosol, altri nei MITOCONDRI e nei CLOROPLASTI, organuli che facilitano la conversione dell’energia da una forma a un’altra. I mitocondri e i cloroplasti si accrescono e si riproducono autonomamente. Essi contengono piccole quantità di DNA che codificano per alcune loro proteine. L’esistenza di un insieme separato di ribosomi e di molecole di DNA nei mitocondri e nei cloroplasti e le dimensioni simili a quelle di molti batteri sono di supporto alla TEORIA ENDOSIMBIONTICA. Secondo tale teoria, i mitocondri e i cloroplasti si sarebbero evoluti a partire da organismi procariotici che si stabilirono all’interno di cellule eucariotiche più grandi, perdendo infine la capacità di funzionare come organismi autonomi. I mitocondri producono ATP attraverso la respirazione cellulare Tutte le cellule eucariotiche contengono i MITOCONDRI. Questi organuli complessi sono la sede della RESPIRAZIONE AEROBICA, un processo che richiede ossigeno e che consiste in una serie di reazioni che trasformano l’energia chimica presente nel cibo in ATP. Ciascuno di essi è circondato da una doppia membrana, che dà origine all’interno dell’organulo a due compartimenti distinti: - lo SPAZIO INTERMEMBRANA è un compartimento che si trova tra la membrana mitocondriale esterna e la membrana mitocondriale interna. - La MATRICE, il compartimento circondato dalla membrana mitocondriale interna, contiene enzimi che degradano le molecole alimentari e convertono l’energia in esse contenuta in altre forme di energia chimica. La membrana mitocondriale interna è ripiegata per formare estroflessioni, chiamate CRESTE MITOCONDRIALI, che si estende all’interno della matrice. Nelle creste l’energia chimica delle molecole alimentari viene trasformata in ATP. L’apoptosi fa parte del normale sviluppo e dei meccanismi di mantenimento cellulare. In una cellula di mammmifero, ciascun mitocondrio contiene da 5 a 10 molecole identiche di DNA circolare che costituiscono l’1% del DNA totale della cellula. I cloroplasti trasformano l’energia luminosa in energia chimica attraverso la fotosintesi Alcune cellule di piante e alghe effettuano la FOTOSINTESI, una serie complessa di reazioni in cui l’energia luminosa viene trasformata nell’energia chimica del glucosio e di altri carboidrati. I CLOROPLASTI contengono i pigmenti verdi, le CLOROFILLE, che intrappolano l’energia luminosa necessaria per la fotosintesi. I cloroplasti contengono anche i CAROTENOIDI, pigmenti gialli e arancioni in grado di assorbire luce. I cloroplasti sono strutture a forma di disco e hanno un complesso sistema di membrane ripiegate. La membrana interna racchiude uno spazio pieno di liquido detto STROMA, che contiene gli enzimi necessari per la produzione di carboidrati da anidride carbonica e acqua, utilizzando l’energia solare. Un sistema di membrane, sospeso nello stroma, consiste di un gruppo di sacche appiattite a forma di dischi interconnessi, detti TILACOIDI. I tilacoidi sono disposti in pile dette GRANA. I cloroplasti rappresentano uno dei tanti tipi di PLASTIDI. Tutti i plastidi si sviluppano a partire da PROPLASTIDI, organuli precursori che si trovano in alcune cellule vegetali e in particolare nei tessuti in fase di crescita. IL CITOSCHELETRO (4.6) La forma delle cellule è la loro capacità di muoversi sono determinate in gran parte dal CITOSCHELETRO, che è costituito da una fitta rete di fibre proteiche. Il citoscheletro serve per il trasporto dei materiali all’interno della cellula e nella divisione cellulare. È costituito da tre tipi di filamenti proteici: i microtubuli, i microfilamenti e i filamenti intermedi. I microtubuli sono cilindrici cavi I MICROTUBULI, i filamenti più spessi del citoscheletro, hanno un diametro di circa 25 nm. Queste strutture sono coinvolte nel movimento dei microsomi durante la divisione cellulare. Essi, fungono da binari per diversi movimenti intracellulari e costituiscono i principali componenti strutturali delle ciglia e dei flagelli. I microtubuli sono costituiti da due proteine molto simili tra loro: a-tubulina e B-tubulina. I microtubuli possiedono una polarità e le loro due estremità sono denominate più o meno. Diverse PROTEINE ASSOCIATE AI MICROTUBULI (MAP) sono state identificate e classificate in due gruppi:  - MAP STRUTTURALI aiutano a regolare l’assemblaggio dei microtubuli - MAP MOTRICI utilizzano l’energia contenuta nell’ATP per generare movimento Molti organuli, inclusi i mitocondri, le vescicole di trasporto e secretorie si attaccano ai microtubuli, che fungono da binari lungo i quali questi possono spostarsi. Una proteina motrice, chiamata CHINESINA, muove gli organuli verso l’estremità più dei microtubuli. La DINEINA, un’altra proteina motrice, trasporta gli organuli nella direzione opposta, ciò verso l’estremità meno. La dinactina è una proteina adattatrice che lega la dineina ai microtubuli e all’organulo. Cromosomi e centrioli svolgono un ruolo nella divisione cellulare Nelle cellule che non si stanno dividendo, l’estremità meno dei microtubuli appare ancorata a una regione detta CENTRO DI ORGANIZZAZIONE DEI MITOCONDRI. Nelle cellule animali, il MTOC principale è il CENTROSOMA, una struttura importante per la divisione cellulare. Il centrosoma contiene due strutture dette CENTRIOLI, dette anche “strutture 9 X 3”; sono costituite da nove triplette di microtubuli disposte a formare un cilindro cavo. I centrioli vengono duplicati prima della divisione cellulare e molto probabilmente svolgono un ruolo nell’assemblaggio dei microtubuli. Molte delle subunità di tubulina vengono riassemblate per formare il FUSO MITOTICO, che serve da struttura portante per la distribuzione ordinata dei cromosomi durante la divisione cellulare. Ciglia e flagelli sono costituiti da microtubuli Dalla superficie di molte cellule si proiettano strutture sottili e mobili importanti per il movimento cellulare. Se una cellula possiede solo una o poche di queste appendici, e sé queste sono relativamente lunghe (circa 200 um) rispetto alla dimensione della cellula, si parla di FLAGELLI. Se la cellula ha molte appendici corte (circa 2-10 um) queste vengono dette CIGLIA. Le ciglia dei flagelli aiutano gli organismi unicellulari e gli organismi pluricellulari di piccole dimensioni a muoversi in ambiente acquoso. I flagelli costituiscono la coda degli spermatozoi; le ciglia sono presenti sulla superficie delle cellule che rivestono i dotti interni dell’organismo. Sono costituiti entrambi da steli sottili e allungati di forma cilindrica coperti dalla membrana plasmatica. La parte interna dello stelo è costituita da un gruppo di nove paia di microtubuli disposti lungo la circonferenza e due microtubuli non appaiati al centro. Questa DISPOSIZIONE 9 + 2 dei microtubuli è tipica di tutte le ciglia e flagelli degli eucarioti. Ciascun ciglio o flagello è ancorato alla cellula mediante un CORPO BASALE, che ha nove serie di tre microtubuli disposte in una struttura a cilindro (STRUTTURA 9 X 3). I corpi basali e i centrioli sembrano essere collegate tra loro da un punto di vista funzionale. Sia i corpi basali sia i centrioli si replicano autonomamente. Quasi tutte le cellule dei vertebrati sono dotate di un CIGLIO PRIMARIO, un unico ciglio posizionato sulla superficie cellulare che funziona come un’antenna. I microfilamenti sono costituiti da catene di actina intrecciate I MICROFILAMENTI, chiamati anche FILAMENTI DI ACTINA, sono fibre flessibili e solide del diametro di circa 7 nm. Ciascun microfilamento è costituito da due catene polimeriche intrecciate, costituite da molecole di actina simili a perle. I filamenti di actina si legano l’uno l’altro e ad altre proteine per formare fasci di fibre che conferiscono il supporto meccanico a diverse strutture cellulari. In molte cellule, si può osservare una rete di microfilamenti subito sotto la membrana plasmatica, una regione definita CORTEX CELLULARE. I microfilamenti presenti nella cortex cellulare determinano la forma della c’è e sono importanti nel suo movimento. Le cellule muscolari hanno due tipi di filamenti specializzati, uno formato principalmente dalla proteina MIOSINA e uno composto principalmente dalla proteina actina. L’ATP legato alla miosina fornisce energia per la contrazione muscolare. Quando l’ATP è idrolizzata ad ADP, la miosina si lega all’actina e determina lo scivolamento del microfilamento. I filamenti intermedi contribuiscono a stabilizzare la forma cellulare I FILAMENTI INTERMEDI sono resistenti e flessibili e hanno un diametro di circa 8-10 nm. Queste fibre forniscono un sostegno meccanico, stabilizzando così la forma della cellula. Tutte le cellule eucariotiche posseggono microtubuli e microfilamenti, mentre solo alcuni gruppi di animali, tra cui i vertebrati, sono forniti di filamenti intermedi. Sono costituiti da PROTEINE FIBROSE resistenti tra cui la cheratina e vimentina, di dimensione e composizione variabile. Hanno funzione di rinforzo per sopportare eventualmente tensioni e tenere fermi gli organuli nel citoplasma. I filamenti intermedi costituiscono una RETE che circonda il nucleo e si estende verso la periferia. Spesso si ancorano alla membrana plasmatica in corrispondenza delle connessioni fra cellule (desmosomi). I RIVESTIMENTI CELLULARI (4.7) Molte cellule sono circondate da un GLICOCALICE, formato dalla catena laterale polisaccaridiche delle proteine e dei lipidi che costituiscono la membrana plasmatica. Il glicocalice protegge la cellula e può contribuire a mantenerla a una certa distanza le altre cellule. Molte cellule animali sono circondate anche da una MATRICE EXTRACELLULARE (ECM) da essa secreta, costituita da un gel di carboidrati e proteine fibrose. La principale proteina strutturale della ECM è il COLLAGENE, che forma fibre molto fitte. Alcune glicoproteine della ECM, dette FIBRONECTINE, contribuiscono all’organizzazione della matrice e fanno sì che la cellula si attacchi a essa. Le INTEGRINE sono recettori per la ECM localizzati sulla membrana plasmatica: essi permettono l’adesione tra la ECM e i filamenti intermedi e i microfilamenti all’interno della cellula. Queste proteine attivano molte vie di segnalazione cellulare che trasmettono informazioni provenienti dalla ECM e controllano i segnali che all’interno della cellula regolano il differenziamento e la sopravvivenza cellulare. Le cellule vegetali sono circondate da una spessa parete cellulare che contiene strati multipli del polisaccaride CELLULOSA. Le pareti cellulari forniscono supporto strutturale, proteggono le cellule vegetali dagli organismi patogeni ed evitano che la cellula scoppi come conseguenza di un incremento nella pressione idrostatica al suo interno. La cellula vegetale in fase di crescita secerne una PARETE CELLULARE PRIMARIA sottile e flessibile, che può stirarsi ed espandersi via via che la cellula aumenta di dimensioni. Una volta che la cellula ha cessato di crescere, si formano strati multipli di una PARETE CELLULARE SECONDARIA con composizione chimica differente, che si dispone tra la parete primaria e la membrana plasmatica. Tra le pareti cellulari primarie di cellule adiacenti si trova la LAMELLA MEDIANA, che permette alle cellule di aderire strettamente le une alle altre. LE MEMBRANE BIOLOGICHE (capitolo 5) LA STRUTTURA DELLE MEMBRANE BIOLOGICHE (5.1) Tutte le cellule sono circondate da una MEMBRANA PLASMATICA che le separa fisicamente dall’ambiente esterno e le rende entità distinte. Regolando il passaggio delle sostanze dentro e fuori la cellula, la membrana plasmatica contribuisce a mantenere un ambiente interno compatibile con la vita. Le membrane biologiche sono strutture complesse e dinamiche, costituite da lipidi e proteine in costante movimento. Le proteine delle membrane: - Regolano il passaggio dei materiali - Fungono da superfici per le reazioni chimiche - Aderiscono e comunicano con altre cellule - Trasmettono segnali tra l’ambiente esterno e l’interno della cellula I fosfolipidi in acqua formano doppi strati I fosfolipidi sono i principali responsabili delle proprietà fisiche delle membrane biologiche. I fosfolipidi hanno caratteristiche uniche, come quella di formare strutture a doppio strato. Un fosfolipide è una MOLECOLA ANFIPATICA, presentando due catene idrofobiche di acidi grassi unite a due dei tre atomi di carbonio di una molecola di glicerolo. Le catene degli acidi grassi formano la porzione apolare e IDROFOBICA del fosfolipide. Legato al terzo carbonio del glicerolo vi è un gruppo fosfato carico negativamente e IDROFILICO, il quale a sua volta è legato a un gruppo organico polare e idrofilico. Tutti i lipidi che vanno a costituire il CORE delle membrane biologiche hanno caratteristiche antipatiche, che determinano in modo prevedibile la loro interazione con l’acqua. Questo CORE idrofobico del doppio strato è la barriera che impedisce a molti tipi di piccole molecole idrofiliche di passare da un lato all’altro della membrana e permette alle cellule di mantenere un differente ambiente chimico all’interno di ogni compartimento di membrana. Le molecole sono libere di ruotare e possono muoversi lateralmente all’interno del loro singolo strato, o foglietto del doppio strato. Lo spostamento trasversale di una molecola di fosfolipide da un foglietto di un doppio strato artificiale all’altro è un evento molto raro perché la grossa testa idrofilica deve attraversare il core idrofobico. I fosfolipidi tendono ad avere uno spessore uniforme: la forma grosso modo cilindrica, è responsabile della formazione del doppio strato. Il modello a mosaico fluido spiega la struttura della membrana Negli anni ’50 del secolo scorso, con lo sviluppo della microscopia elettronica, i biologi cellulari furono in grado di osservare per la prima volta la membrana plasmatica. Le membrane erano uniformi e sottili. Il microscopio elettronico rivelò una struttura a tre strati, con due strati scuri separati da uno più chiaro. Studi effettuati su molte proteine di membrana mostrarono che una regione di una proteina poteva trovarsi su un lato del doppio strato, mentre un’altra regione poteva essere localizzata sul lato opposto. Molte delle proteine di membrana si estendono attraverso il doppio strato fosfolipidico e che le membrane contengono diversi tipi di proteine, di forma e dimensioni diverse. Nel 1972, Singer è Nicolson, proposero un MODELLO A MOSAICO FLUIDO, secondo cui le membrane sono costituite da un doppio strato fluido di molecole fosfolipidiche nel quale le proteine sono immerse, come le tessere di un mosaico. Le membrane biologiche sono fluidi bidimensionali La fluidità dei lipidi di membrana permette a molte proteine di muoversi. Non tutte le proteine di membrana hanno lo stesso comportamento. Le proteine di membrana che sono ancorate al citoscheletro o alla matrice extracellulare tendono a rimanere in una posizione fissa sulla superficie della cellula. Affinché una membrana possa funzionare adeguatamente, è necessario che i suoi lipidi siano in uno strato di fluidità ottimale. Alla temperatura normale di crescita, le membrane cellulari sono fluide con una consistenza simile a quello di un olio vegetale a temperatura ambiente. Molti organismi hanno dei meccanismi di regolazione che permettono di mantenere la loro membrana in uno stato fluido ottimale. Alcuni lipidi di membrana hanno la capacità, di stabilizzare la fluidità della membrana stessa. COLESTEROLO= è lo sterolo più abbondante nelle membrane delle cellule animali. La parte a polare è costituita da quattro anelli idrocarburici, mentre la parte polare è costituita dal solo gruppo idrossilico (-OH). Le molecole di colesterolo si inseriscono tra i fosfolipidi di ciascun monostrato restringendo la mobilità sia delle teste idrofiliche sia code idrofobiche. A basse T le molecole di colesterolo fungono da spaziatori tra le catene idrocarburi che diminuendo le interazioni di van der Waals che favorirebbero la solidificazione. Le membrane biologiche hanno la tendenza a fondersi per formare vescicole chiuse I doppi strati lipidici sono anche flessibili e ciò permette alle membrane cellulari di cambiare forma senza rompersi. I doppi strati lipidici possono fondersi tra loro. Quando una vescicola si fonde con un’altra membrana, sia i doppi strati della membrana sia i compartimenti da essi racchiusi diventano continui, formando un’unica ininterrotta struttura. Le proteine di membrana possono essere integrali o periferiche Le due principali classi di membrana, si distinguono in base al modo in cui si sono associate al doppio strato lipidico: - PROTEINE DI MEMBRANA INTEGRALI sono strettamente legate alla membrana. Queste proteine sono anfipatiche: le loro regioni idrofiliche si estendono fuori dalla cellula o nel citoplasma, mentre le regioni idrofobiche interagiscono con le code dei fosfolipidi di membrana. Alcune proteine integrali non si estendono completamente attraverso la membrana. Molte altre, dette PROTEINE TRANSMEMBRANA, si estendono completamente attraverso la membrana. - PROTEINE DI MEMBRANA PERIFERICHE non sono inserite nel doppio strato lipidico, ma sono localizzate sulle superfici interna o esterna della membrana plasmatica. Le proteine periferiche possono essere facilmente rimosse dalla membrana senza che la struttura del doppio strato venga distrutta. Le proteine sono orientate nel doppio strato in maniera asimmetrica Le molecole proteiche che costituiscono le membrane biologiche sono ORIENTATE ASIMMETRICAMENTE. L’asimmetria è dovuta al modo altamente specifico con il quale ciascuna proteina si inserisce nel doppio strato. Le proteine di membrana associate alla superficie esterna della cellula vengono prodotte come proteine destinate a essere esportate dalla cellula. La porzione di proteina che sporge all’interno del lume del RER è ala stessa che viene poi trasferita all’interno del lume del complesso del Golgi. Nel complesso del Golgi, la glicoproteina è selezionata e indirizzata verso la membrana plasmatica. La porzione modificata della proteina rimane all’interno del compartimento membranoso di una vescicola secretoria, quando questa gemma dal complesso del Golgi. Quando la vescicola secretoria si fonde con la membrana plasmatica, la catena di carboidrati diventa la parte della proteina di membrana che si estende all’esterno della superficie cellulare. LE FUNZIONI DELLE PROTEINE DI MEMBRANA (5.2) LA STRUTTURA DELLA MEMBRANA CELLULARE E LA PERMEABILITÀ (5.3) Una membrava viene detta PERMEABILE a una data sostanza, se le permette di attraversarla. Le membrane biologiche rappresentano una barriera per le molecole polari Le membrane biologiche sono selettivamente permeabili… Il doppio stratto fosfolipidico permette il passaggio, dell’acqua, di gas e di piccole molecole solubili (prive di carica), mentre specifiche proteine di trasporto assicurano il passaggio di ioni e molecole idrosolubili (elettricamente cariche). TRASPORTO PASSIVO (5.4) La diffusione avviene secondo un gradiente di concentrazione Alcune sostanze entrano ed escono dalla cellula per DIFFUSIONE, un processo fisico basato su movimenti casuali. I tre Stati della materia, solido, liquido e gas, differiscono tra loro per la libertà di movimento delle particelle costituenti: - Le molecole di un solido sono molto vicine tra loro e le forze di attrazione esistenti permettono loro solamente di oscillare - In un liquido, le molecole sono più distanti e le attrazioni sono più deboli, cosicché le molecole si muovono con una certa libertà - In un gas, le molecole sono così distanti tra loro che le forze intermolecolari diventano trascurabili. Se le particelle non sono distribuite uniformemente, si avranno almeno due regioni: una a maggiore concentrazione e l’altra a minore concentrazione. Tale differenza di concentrazione di una sostanza da una zona all’altra è detta GRADIENTE DI CONCENTRAZIONE. Nella diffusione, i movimenti casuali delle particelle determinano il loro movimento netto secondo il gradiente di concentrazione. Se una membrana è permeabile a una sostanza, si stabilisce un movimento netto dal lato della membrana in cui la sostanza è più concentrata verso il lato in cui è meno concentrata. Un simile gradiente a cavallo di una membrana rappresenta una forma di immagazzinamento di energia. L’energia è immagazzinata sotto forma di ENERGIA POTENZIALE. Se non vengo aggiunte né rimosse particelle nel sistema, si raggiunge uno stato di EQUILIBRIO DINAMICO, ovvero una condizione in cui il sistema non cambia più. All’equilibrio, le particelle sono distribuite uniformemente. Nella DIFFUSIONE SEMPLICE attraverso una membrana biologica, le piccole molecole di alcuni soluti apolari si muovono direttamente attraverso la membrana secondo il loro gradiente di concentrazione. L’osmosi è la diffusione di acqua attraverso una membrana selettivamente permeabile L’OSMOSI è un tipo particolare di diffusione che comporta il movimento netto di acqua attraverso una membrana selettivamente permeabile, da una regione a concentrazione maggiore a una regione a concentrazione minore. Si definisce PRESSIONE OSMOTICA di una soluzione la pressione che deve essere esercitata sul lato di una membrana selettivamente permeabile contenente la concentrazione maggiore di soluto per impedire la diffusione dell’acqua dal lato contenente la concentrazione minore di soluto. Una soluzione con alta concentrazione di soluto ha una bassa concentrazione di acqua e un’alta pressione osmotica; al contrario, una soluzione con un basso quantitativo di soluto ha un’alta concentrazione di acqua e una pressione osmotica bassa. - SOLUZIONE ISOTONICA quando una cellula viene posta in una soluzione isotonica, le molecole d’acqua passano dentro e fuori dalla cellula, ma con un movimento netto pari a zero. - SOLUZIONE IPERTONICA quando una cellula viene posta in una soluzione ipertonica, si ha un movimento netto di acqua verso l’esterno della cellula e la cellula si disidrata e si raggrinzisce. - SOLUZIONE IPOTONICA quando una cellula viene posta in una soluzione ipotonica, si ha un movimento netto di acqua verso l’interno della cellula che ne causa il rigonfiamento. La cellula potrebbe anche scoppiare. La diffusione facilitata avviene secondo un gradiente di concentrazione DIFFUSIONE FACILITATA, una specifica proteina di trasporto rende la membrana permeabile a un determinato soluto. Uno specifico soluto può essere trasportato dall’interno all’esterno della cellula o dall’esterno all’interno, ma il movimento netto avviene sempre da una regione a concentrazione maggiore verso una regione a concentrazione minore. PROTEINE CANALE un canale ionico è una proteina trans-membrana (cioè attraversa la membrana cellulare) che permette il passaggio di determinati ioni dall’esterno all’interno della cellula o viceversa. PROTEINE CARRIER sono proteine di membrana che facilitano il movimento di molecole specifiche attraverso la membrana cellulare. Queste proteine sono essenziali per il mantenimento dell’omeostasi cellulare, poiché permettono il passaggio controllato di nutrienti, ioni e altre sostanze necessarie per la vita cellulare. TRASPORTO ATTIVO (5.5) Un sistema di TRASPORTO ATTIVO pompa materiali da una zona a bassa concentrazione a un’altra ad alta concentrazione. L’energia immagazzinata nel gradiente di concentrazione non è disponibile per il sistema, anzi lavora contro di esso. Sono necessarie altre fonti energetiche. Viene usata direttamente l’energia dell’ATP. Il trasporto attivo può essere accoppiato all’ATP in modo indiretto. Nel trasporto attivo indiretto, un gradiente di concentrazione fornisce l’energia per il cotrasporto di un’altra sostanza, come uno ione. I sistemi di trasporto attivo “pompano” le sostanze contro i loro gradienti di concentrazione Uno degli esempi del meccanismo di trasporto attivo è la POMPA SODIO-POTASSIO. L’attività della pompa sodio-potassio aiuta a mantenere una separazione di cariche attraverso la membrana, che viene definita POTENZIALE DI MEMBRANA. Poiché ai due lati della membrana c’è una differenza sia di concentrazione sia di carica elettrica, il gradiente viene definito GRADIENTE ELETTROCHIMICO. Le pompe sodio-potassio sono proteine transmembrana che attraversano tutta la membrana. Le pompe possono scambiare il sodio con il potassio attraverso la membrana plasmatica. Le cellule di batteri, funghi, e piante utilizzano pompe di membrana ATP-dipendenti, note come POMPE PROTEICHE, per trasformare attivamente ioni idrogeno dal citoplasma verso l’esterno della cellula. Altre pompe proteiche possono essere utilizzate per sintetizzare ATP. Quando i protoni si muovono per mezzo delle loro proteine carrier da una regione ad alta concentrazione verso una a concentrazione più bassa, si ha la sintesi dell’ATP. Le proteine carrier possono trasportare uno o due soluti I sistemi di cotrasporto forniscono indirettamente l’energia necessaria per il trasporto attivo Un SISTEMA DI COTRASPORTO muove i soluti attraverso una membrana mediante un TRASPORTO ATTIVO INDIRETTO. Il TRASPORTO ACCOPPIATO di due sostanze è chiamato COTRASPORTO e dipende da proteine trasmembrana, chiamate COTRASPORTATORI. È necessaria una fonte di energia, come l’ATP, che alimenti la pompa che genera il gradiente di concentrazione. Una proteina di trasporto cotrasporto un soluto contro il suo gradiente di concentrazione, mentre trasporta ioni sodio, potassio o idrogeno secondo gradiente. L’energia dell’ATP produce il trasporto attivo di una data sostanza contro gradiente. ESOCITOSI ED ENDOCITOSI (5.6) Nell’esocitosi le vescicole esportano grosse molecole ESOCITOSI = il materiale viene secreto dalla cellula. Nell’ESOCITOSI, le cellule espellono prodotti di scarto o particolari prodotti di secrezione, mediante la fusione di vescicole con la membrana plasmatica. Mentre il contenuto della vescicola viene rilasciato dalla cellula, la membrana della vescicola secretoria viene incorporata nella membrana plasmatica. Nell’endocitosi la cellula importa materiali ENDOCITOSI = il materiale viene introdotto all’interno della cellula. Nei sistemi biologici agiscono diversi tipi di endocitosi: - FAGOCITOSI, le cellule ingeriscono grandi particelle solide, come cibo o batteri - PINOCITOSI, la cellula introduce materiale liquido; minuscole gocce di liquido vengono prima intrappolate e poi circondate dalla membrana plasmatica - ENDOCITOSI MEDIATA DA RECETTORI, molecole specifiche di combinano con le proteine recettoriali della membrana plasmatica della cellula Il colesterolo ematico viene assorbito dalle cellule mediante questo processo. Il colesterolo è trasportato nel sangue come componente di particelle chiamate LIPOPROTEINE A BASSA DENSITÀ (LDL). Quando una cellula ha bisogno di colesterolo, produce per le LDL. I recettori sono concentrati in fossette rivestite. Ciascuna fossetta è rivestita da uno strato di una proteina, la catrina, che si trova appena sotto la membrana plasmatica. Una molecola che si lega in modo specifico ad un recettore è detta LIGANDO. Dopo che la LDL si è legata al recettore, la fossetta rivestita dà origine per endocitosi a una vescicola rivestita. LE GIUNZIONI CELLULARI (5.7) Le giunzioni di ancoraggio connettono le cellule di uno strato epiteliale Le cellule epiteliali adiacenti, sono legate tra loro così fortemente mediante GIUNZIONI ANCORANTI. Le giunzioni ancoranti non influenzano il passaggio di materiali tra cellule adiacenti e sono di due tipi: - DESMOSOMI sono punti di attacco tra le cellule che lasciano spazi tra le membrane attraverso i quali possono ancora passare delle sostanze - GIUNZIONI ADERENTI cementano le cellule tra loro. Le CADERINE, proteine transmembrana di queste giunzioni, rappresentano un sistema potenziale per la trasmissione dei segnali dall’ambiente esterno al citoplasma. Le giunzioni serrate sigillano gli spazi intercellulari tra alcune cellule animali Le GIUNZIONI SERRATE sono aree di connessione tra le membrane di cellule adiacenti, sono così strette che gli spazi tra le cellule scompaiono (es. cellule intestinali). Le giunzioni comunicanti permettono il trasferimento di piccole molecole e ioni Le GIUNZIONI COMUNICANTI uniscono le membrane, contengono canali che metto in comunicazione il citoplasma di cellule adiacenti. Le giunzioni comunicanti sono composte da CONNESSINA, una proteina integrale di membrana. Le giunzioni comunicanti garantiscono comunicazioni chimiche ed elettriche molto rapide tra le cellule. Le cellule possono controllare il passaggio di materiale attraverso le giunzioni comunicanti mediante aperture e chiusura dei canali. I plasmodesmi permettono il movimento di alcune molecole e di alcuni ioni fra le cellule vegetali Le cellule vegetali sono dotati di una parete cellulare. I PLASMODESMI sono canali larghi da 20 a 40 nm che attraversano le pareti di cellula vegetali adiacenti, mettendo in connessione il loro citoplasma. Molti di essi contengono un struttura membranosa cilindrica, il desmotubulo, che passa attraverso il canale e connette il retticolo endoplasmatico liscio di due cellule adiacenti.