Biologia (2 Parziali) - PDF

BIOLOGIA (2 parziali) Gli organismi viventi sono complessi e ordinati, per esempio gli atomi costituiscono un livello di organizzazione. Più atomi messi insieme danno vita alle molecole (un maggiore livello di organizzazione), più molecole danno vita alle cellule (altro livello di organizzazione), l...

BIOLOGIA (2 parziali) Gli organismi viventi sono complessi e ordinati, per esempio gli atomi costituiscono un livello di organizzazione. Più atomi messi insieme danno vita alle molecole (un maggiore livello di organizzazione), più molecole danno vita alle cellule (altro livello di organizzazione), le cellule danno vita ai tessuti, i tessuti agli organi, gli organi agli apparati. In ogni organismo vivente riscontriamo vari livelli di organizzazione. COSA È L’ATOMO? L’atomo è costituito da un nucleo e da elettroni che ruotano intorno ad esso (lo potremmo paragonare tipo ad un sistema solaresole e pianeti che ruotano intorno), intorno al nucleo ruotano gli elettroni (carichi negativamente), nel nucleo ci sono particelle subatomiche: neutroni (neutri) e protoni (carichi positivamente). Il numero di protoni ed elettroni uguale porta l’atomo ad essere neutro (cariche negative si contrappongono a quelle positive) Gli orbitali sono l’area intorno al nucleo dove è più probabile trovare gli elettroni (massimo 2 per ogni orbitale, a condizione che ruotino in senso inverso). L’orbitale più vicino al nucleo è sferico, chiamato “tipo ad s” (ha un livello energetico), lontano dal nucleo abbiamo anche gli orbitali di tipo p (forma bilobata) e possono essere 3: px, pz, py (in base all’orientamento dello spazio. La rotazione dell’elettrone è detta spin (due elettroni per stare sullo stesso orbitale devono avere spin opposto, detto antiparallelo). Gli orbitali, in maniera convenzionale, vengono rappresentati con un quadratino, le frecce rappresentano gli elettroni. L’orbitale di tipo s (1s, 2s, 3s etc) può contenere al massimo due elettroni, invece, l’orbitale di tipo p (2px 2py 2pz) può contenere al massimo 6 elettroni Gli atomi che costituiscono le molecole si tengono uniti mediante uno o più legami Per esempio: due atomi di ossigeno si uniscono dando vita alla molecola dell’ossigeno (O2) che è quella che noi respiriamo. I due principali tipi di legame chimico sono il legame covalente e il legame ionico. Nel caso di due atomi della stessa specie, come quelli di ossigeno si tengono uniti formando un doppio legame e questo tipo di legame è detto covalente. Gli elettroni messi a disposizione per formare il legame non sono né di un atomo, né dell’altro. Altri atomi diversi che si mettono insieme per formare un legame danno vita al legame ionico. Per esempio, il cloruro di sodio (il semplice sale da cucina) è formato da sodio e cloro che si mettono insieme e formano un legame, ma non c’è più la messa in comune: il sodio cede un elettrone al cloro. Quindi, il sodio cede un elettrone al cloro e diventa positivo, invece il cloro acquista un elettrone in più e diventa negativo. In una cellula ci sono varie reazioni chimiche e tra tutte le reazioni chimiche una molto importante è quella di ossido riduzione (redox). In questo tipo di reazioni, una molecola prenderà il nome di ossidante (acquista elettroni e si riduce) e l’altra di riducente (cede elettroni e si ossida). La molecola dell’acqua è fondamentale perché è il solvente di tutti gli organismi viventi ma ha delle caratteristiche chimico-fisiche particolari. Innanzitutto, è formata da 2 molecole di idrogeno che si legano all’ossigeno, formando un legame covalente polare. Questa situazione rende la molecola di acqua un dipolo conferendo all’acqua particolari proprietà. Gli idrogeno, di una molecola di acqua, avranno la tendenza ad attrarre l’ossigeno di un’altra molecola di acqua, adiacente; questa attrazione rappresenta una sorta di legame che di per se è molto debole ( il legame o ponte a idrogeno ) ma la somma di tutti i legami a idrogeno presenti, rappresenta un forte legame che conferisce alla molecola stessa caratteristiche fisico-chimiche Una molecola di acqua ha una bassa tendenza a dissociarsi in ioni H+ e ioni OH-. Quel piccolissimo particolari. numero di molecole che si dissocia dà luogo ad una eguale concentrazione di H+ e OH- (per questo il pH dell’acqua ha valore 7=è neutra). In chimica si usa una scala convenzionale (pH) che indica la concentrazione idrogenionica di una soluzione sciolta in acqua. A seconda della tipologia del solvente il pH varierà in una scala da 0 a 14. Se noi dovessimo mettere un composto acido il valore del pH si sposterà verso lo 0, un composto basico verso il 14. CHIMICA ORGANICA Gli atomi in un organismo vivente sono l’ossigeno, il carbonio, l’azoto e idrogeno, dalla combinazione di questi atomi abbiamo le molecole, quelle essenziali sono le proteine, gli acidi grassi, gli acidi nucleici e gli zuccheri (ovviamente ci sono anche altri tipi di atomi e di molecole ma queste sono quelle più rappresentative). A questo punto ci troviamo in una chimica differente, la chimica organica, ovvero la chimica del carbonio. Il carbonio può fare solo 4 legami. La chimica del carbonio prevede la presenza di numerose famiglie che hanno in comune la struttura carboniosa mentre differiscono per il gruppo funzionale. Per esempio: con R si indica la catena carboniosa, mentre con OH il gruppo funzionale (determina l’appetenza alla famiglia) R-OH: famiglia degli alcoli R-COH: famiglia delle aldeidi (ossigeno ha un doppio legame con il carbonio)  R-CO-R: famiglia dei chetoni. CO terminale abbiamo gli ALDEIDI, CO in mezzo alla catena CHETONI R-COOH: famiglia degli acidi carbossilici R-NH2: famiglia delle ammine I CARBOIDRATI I carboidrati (hanno più gruppi funzionali + gruppo OH) si dividono in aldosi (quelli che hanno il gruppo funzionale alla fine) e chetoni (hanno il gruppo funzionale in mezzo alla catena). Gli zuccheri li possiamo classificare anche in base al numero degli atomi di carbonio, possiamo trovare zuccheri che hanno tre atomi di carbonio e che chiameremo triosi, cinque atomi di carbonio i pentosi ecc.… Gli zuccheri di solito vengono rappresentati sottoforma di catena lineare ma non è la realtà perché la molecola dalla rappresentazione lineare tende a formare un anello. I LIPIDI Tra i lipidi, quelli che rivestono una particolare importanza sono i trigliceridi. I trigliceridi sono formati da catene carboniose alle quali sono legati 3 molecole di acidi grassi e una di glicerolo. I lipidi sono importanti perché entrano in gioco nella struttura della cellula. Per esempio, la membrana plasmatica è un doppio strato fosfolipidico. Importanti sono anche i fosfolipidi che sono formati da una molecola di glicerolo. Il glicerolo presenta tre atomi di carbonio con tre OH, ai primi due ossigeni vengono legate due lunghe catene di acidi grassi, al terzo ossigeno leghiamo un fosfato e poi un composto organico che può variare (per esempio la Colina) I fosfolipidi sono immersi in ambiente acquoso e queste lunghe catene carboniose determinano, da una parte, un’area che è fortemente apolare e dall’altra un’area che è fortemente polare (il fosfolipide si comporta come dipolo). I fosfolipidi presentano una testa idrofila e code idrofobe. LE PROTEINE Le proteine svolgono un ruolo molto vasto nell’organismo e sono polimeri costituiti da amminoacidi. Tra le proteine ricordiamo:  Enzimi  Proteine strutturali  Proteine carrier  Ormoni  Anticorpi Gli amminoacidi presentano il carbonio al centro, il gruppo amminico a sinistra, il gruppo carbossilico a destra, l’idrogeno e la catena R (diversa per ogni amminoacido). Gli amminoacidi essenziali sono 20, legati tra loro dal legame peptidico e alcuni siamo capaci di sintetizzarli, altri li dobbiamo assumere con l’alimentazione. Inoltre, si distinguono in amminoacidi apolari e ionizzabili, suddivisi a loro volta in amminoacidi basici e acidi. Le proteine si differenziano sia per quantità di amminoacidi ma anche per tipologia di amminoacidi. La proteina svolge la sua funzione solo quando raggiunge la forma esatta che è stata stabilita. Nelle proteine troviamo quattro livelli di struttura: 1) la struttura primaria: proteine disposte in modo lineare; 2) la struttura secondaria (struttura alfa-elica): tra amminoacidi distanti si formano dei ponti a idrogeno (tra ossigeno e idrogeno) e questo costringe la struttura a ripiegarsi a forma di elica; la struttura secondaria (struttura beta foglietto ripiegato): le proteine vengono ripiegate come se fossero un foglietto (anche qui abbiamo i ponti ad idrogeno). In questo tipo di struttura abbiamo i legami peptidici e i ponti ad idrogeno (tra amminoacidi specifici). Questo è un livello di organizzazione maggiore ma abbiamo comunque la presenza della struttura primaria. 3) la struttura terziaria (livello di organizzazione spaziale): la proteina si ripiega spazialmente e viene determinata dai ponti ad idrogeno ma anche dai ponti di solfuro. Abbiamo il ponte di solfuro quando due cisteine sono molto vicine e si crea il legame tra zolfo e zolfo che prende il nome di ponte di solfuro e quando capita questa situazione la proteina si ripiega tridimensionalmente determinando la struttura terziaria. Contiene ovviamente sia la struttura primaria che quella secondaria. 4) la struttura quaternaria: quando la proteina è formata da subunità. Ad esempio, l’emoglobina (una proteina che si trova nel sangue e ha l’obiettivo di trasportare l’ossigeno in tutto l’organismo), possiede una struttura quaternaria, infatti è composta da quattro subunità. Anche in questa struttura vengono racchiuse tutte le precedenti. ACIDI NUCLEICI Gli acidi nucleici sono due: il DNA (Acido Deossiribonucleico) e l’RNA (acido ribonucleico). Sono polimeri la cui unità fondamentale è il nucleotide, ogni nucleotide è costituito da una base azotata, da uno zucchero e da un gruppo fosfato. Per quanto riguarda lo zucchero dell’RNA è il ribosio che fa parte della famiglia dei pentosi (significa che ha 5 atomi di carbonio, in questo caso il quinto atomo di carbonio si trova fuori l’anello). La differenza tra RNA e DNA è che nel primo abbiamo il ribosio (un carbonio è legato al gruppo OH), nel secondo il deossiribosio (un carbonio è legato all’idrogeno). I carboni sono indicati dall’1’, 2’, 3’, 4’ e 5’…questo perché, quando inseriamo la base azotata essa è un altro composto organico che ha i suoi carboni e quindi questa “numerazione” serve a distinguere i carboni dello zucchero da quelli della base azotata. Le basi azotate sono composti organici (alcune formate da un anello, detto anello pirimidinico, altre formate da un doppio anello dette purine) e sono 4 sia per il DNA che per l’RNA. Il DNA ha la citosina, la timina, la guanina e l’adenina; l’RNA ha la citosina, l’uracile, la guanina e l’adenina. PIRIMIDINE PURINE Il fosfato è legato al carbonio 5’. I nucleotidi si mettono insieme per formare, nel caso del DNA, una emielica che poi si unirà all’altra, nel caso dell’RNA per formare la sua struttura filamentosa. I nucleotidi sono legati tra loro mediante il legame fosfodiesterico. Il legame coinvolge il carbonio 5’ di un nucleotide e quello 3’ dell’altro, questo indica anche la direzione di una emielica. L’altra, si troverà in polarità opposta. Per questo si dice che il DNA è composto da due emieliche antiparallele. Tra adenina e timina abbiamo due legami ad idrogeno, tra guanina e citosina si creano tre ponti ad idrogeno. Il DNA si trova nel nucleo e contiene l’informazione necessaria per la produzione delle proteine che verranno sintetizzate nel citoplasma. L’RNA è la copia dell’informazione. DNA  RNA  Proteine (dal DNA otteniamo l’RNA mediante la trascrizione, dall’RNA otteniamo la proteina mediante la traduzione) Abbiamo tre tipi di RNA (tutti ad un unico filamento):  1) RNA messaggero che è la copia del gene; 2) RNA transfert ha il compito di trasportare gli amminoacidi; 3) RNA ribosomiale che interviene alla costruzione della macchina per sintetizzare le proteine. GLI ORGANISMI VIVENTI Gli organismi viventi è possibili classificarli, rispetto alla struttura cellulare, in eucarioti e procarioti. Gli eucarioti sono in genere pluricellulare e hanno un nucleo, invece, i procarioti sono in genere unicellulari e privi di nucleo. La cellula di un eucariote presenta la membrana plasmatica formata da un doppio strato fosfolipidico (significa che c’è la presenza di un ambiente idrofobico). Questo strato presenta delle proteine: quelle che attraversano lo strano da una parte all’altra si chiamano proteine intrinseche di membrana, quelle che aderiscono alla parte o interna o esterna della membrana sono dette estrinseche. Inoltre, abbiamo anche le glicoproteine. Nella cellula eucariote abbiamo il nucleo delimitato dalla membrana nucleare e lo spazio tra nucleo e membrana plasmatica è occupato dal citoplasma al cui interno c’è il reticolo endoplasmatico diviso tra liscio e rugoso. Dal reticolo endoplasmatico partono delle vescicole che si dirigono verso l’apparato del Golgi. Poi abbiamo gli ossi somi (vescicole che contengono enzimi capaci di distruggere i residui dei batteri) e perossisomi (contengono acqua ossigenata). I mitocondri sono la centrale energetica della cellula e sono formati da una membrana interna e da una esterna. La membrana interna si ripiega a formare delle creste. Anche i mitocondri presentano un nucleo. La membrana plasmatica è una struttura che non ha il semplice compito di delimitare lo spazio ma ha funzioni vitali per l’intera cellula. Possiamo, dunque, affermare che regola gli scambi tra l’interno e l’esterno della cellula. È costituita soprattutto da acqua e dentro il solvente (l’acqua) troviamo disciolti dei soluti. La concentrazione dei soluti nella cellula non è uguale a quella dei soluti fuori la cellula; quindi, questo ci fa capire che ci deve essere uno scambio in modo da garantire una concentrazione specifica all’interno della cellula. Il raggiungimento di determinati valori di concentrazione si chiama omeostasi. La cellula deve raggiungere la sua omeostasi (in questo caso si parla di omeostasi chimica) in alcuni casi se non viene raggiunta la cellula può rischiare di morire. Accanto all’omeostasi abbiamo la pressione osmotica. Cosa si intende per pressione osmotica? Per definirla facciamo un esempiotubo in vetro a forma di “u” e lo dividiamo in due parti con una membrana semipermeabile e da una parte mettiamo l’acqua e dall’altra l’acqua mista a soluto. La membrana consente il passaggio dell’acqua in un’unica direzione, quindi l’acqua si sposterà verso il soluto e andrà a sciogliere lo zucchero. Quando si scioglie lo zucchero nell’acqua il pistone si innalzerà; dunque, la pressione che io devo esercitare per sollevare il pistone corrisponde alla pressione osmotica. Questo meccanismo avviene anche nella cellula al livello della membrana plasmatica perché essa regola il passaggio di ioni o molecole (che varia in base alla concentrazione). Se noi abbiamo due comparti, separati da una membrana, e consideriamo la concertazione di uno ione (per esempio) esso si sposta dalla zona dov’è più concentrato a quella dov’è meno concentrata (lo spostamento avviene senza utilizzo di energia e parliamo di diffusione semplice)    Nella membrana possiamo trovare anche delle proteine che aiutano questo passaggio sempre secondo gradiente di concentrazione e senza richiesta di energia. Si parla sempre di diffusione semplice ma si definisce diffusione facilitata. Si parla anche di trasporto attivo che è un meccanismo contro gradiente di concentrazione: il soluto si sposta dalla zona dov’è meno concentrato a quella dov’è più concentrato. Per effettuare il trasporto attivo c’è bisogno di una proteina di membrana che sia in grado di effettuare questo trasporto che (a differenza degli altri) richiede energia nella nostra cellula abbiamo l’ATP che è considerata la moneta energetica ma per estrarre l’energia contenuta nell’ATP si ricorre all’idrolisi ovvero ATP più acqua che mi dà ADP (forma scarica di ATP) più fosfato e questa reazione libera energia. La proteina di membrana per effettuare il trasporto attivo deve avere due caratteristiche: 1) deve avere un sito di legame per l’ATP; 2) deve essere in grado di idrolizzare l’ATP. La pompa sodio-potassio, per esempio, è una molecola di membrana ed è in grado, durante il suo ciclo di trasformazione di trasportare 3 ioni sodio fuori la cellula e due ioni potassio all’interno della cellula. Come fa questa molecola ad effettuare questi trasporti? La proteina che si chiama ATPASI (ha una struttura quaternaria, ovvero formata da subunità) ed è “aperta” verso l’interno della cellula e espone tre siti di attacco per il sodio e così tre ioni sodio si legano, si lega anche l’ATP che viene idrolizzato, si libera energia che porta la proteina ad aprirsi verso l’esterno così i tre sodio vengono liberati e sono presenti due siti per il potassio; quindi, due ioni potassio si legano alla proteina di trasporto. L’energia liberata dall’ATP però si esaurisce prima o poi e così la proteina assume di nuovo l sua forma originaria e due ioni potassio vengono rilasciati all’interno della cellula e il ciclo ricomincia. TERMODINAMICA: la termodinamica è una branca della fisica Esistono varie forme energetiche, possiamo avere l’energia totale che racchiude tutte le forme di energia (tipo quella potenziale, quella cinetica ecc..) ed in ogni cellula troviamo le trasformazioni energetiche. La termodinamica studia le trasformazioni energetiche e si basa su 3 principi (due però sono i più importanti): 1-primo principio: nulla si crea, nulla si distrugge; tutto si trasforma. 2-secondo principio: quando abbiamo una trasformazione energetica una quota dell’energia iniziale viene perduta sottoforma di calore. Il calore è anch’esso una forma di energia ma contiene un alto grado di disordine che può essere misurato con l’entropia (S) La somma di tutte le energie potenziale di legame di una molecola o di un sistema determina l’entalpia (H) Un altro parametro molto importante è l’energia libera (G), ovvero, l’energia di un sistema disponibile a compiere un lavoro cellulare. L’energia libera (G) contiene tutti i parametri elencati precedentemente G=H (entalpia)-T (temperatura) per S (entropia) G rappresenta il concetto termodinamico più utile perché dentro una cellula avvengono tante reazioni, per esempio: A+B (reagenti) che mi dà C+D (prodotti). Io posso calcolare l’energia libera dei reagenti, l’energia libera dei prodotti e la differenza tra questi due tipi di energia mi danno la variazione dell’energia libera, ovvero il delta G. Se il delta G è minore di 0 significa che la reazione avviene spontaneamente e c’è un rilascio di energia. Se il delta G è maggiore di 0 significa che la reazione non avviene spontaneamente e che per avere i prodotti bisogna fornire energia. In un organismo abbiamo diverse reazioni, quelle che hanno la finalità di degradare un composto si chiamano reazioni cataboliche, hanno un delta G minore di 0 e sono dette reazione esoergoniche perché rilasciano energialiberano l’ATP (l’insieme delle reazioni cataboliche mi dà l’anabolismo). Un altro gruppo di reazioni è quello delle reazioni anaboliche che hanno la finalità di sintetizzare un composto e sono endoergoniche perché hanno bisogno di energia (l’insieme delle reazioni anaboliche mi dà l’anabolismo). Anabolismo + catabolismo=metabolismo Dobbiamo considerare che le reazioni che avvengono dentro una cellula devono avvenire ad una altissima velocità e per questo intervengono delle proteine specifiche: gli enzimi (per ogni reazione c’è un enzima specifico). Nella cellula ci sono reazioni di ossido riduzione che avvengono tra due composti: uno cede elettroni e l’altro li acquista. Il composto che acquista elettroni si chiama ossidante e per effetto dell’acquisto di elettroni si riduce, il composto che cede elettroni si chiama riducente e si ossida. Quando si ha una reazione di ossido riduzione si libera energia ma l’energia liberata non è sufficiente per sintetizzare l’ATP; quindi, l’energia andrebbe perduta ma per questo motivo ci sono molecole che la catturano ma non la immagazzinano, la trasportano: NAD+ e FAD. LA COMUNICAZIONE CELLULARE Le cellule devono comunicare tra di loro (soprattutto quelle che fanno parte degli organismi pluricellulari), la comunicazione cellulare prende il nome di segnalazione cellulare. Ai fini della comunicazione cellulare c’è bisogno di una cellula che emetta il segnale, del segnale che è un composto chimico, c’è bisogno di un mezzo di trasporto del segnale detto ligando e quest’ultimo andrà ad individuare la cellula bersaglio (che, se fa parte di un tessuto si parla di tessuto bersaglio, se fa parte di un organo si parlerà di organo bersaglio). Nella cellula bersaglio c’è un recettore che è riconosciuto dal ligando. Ci sono vari tipi di segnalazioni: -segnalazione autocrina: la cellula è come se volesse comunicare con sé stessa e agisce contemporaneamente da cellula che emette il segnale e da cellula bersaglio; -segnalazione paracrina (tra cellule distanti): in questo caso il ligando è di natura gassosa, tipo l’ossido d’azoto. La cellula che emette il segnale produce azoto che diffonde nelle cellule circostanti e avvia un meccanismo di segnalazione; -segnalazione endocrina: cellula che emette il segnale e il ligando che deve essere trasportato mediante il torrente circolatorio; -segnalazioni specifiche: segnalazione sinaptica o neuronale. Quando il ligando intercetta la cellula bersaglio ci sono due possibilità che dipendono dalla natura chimica del ligando: se il ligando ha una composizione molecolare che è idrofobica (è dunque un composto apolare) significa che può attraversare la membrana plasmatica e il recettore e la risposta si troveranno all’interno della cellula. Il ligando però può essere anche di natura idrofila (composto di natura polare) significa che non potrà attraversare la membrana plasmatica e a questo punto la cellula bersaglio dovrà dotarsi di un recettore di membrana. Dalla membrana all’interno della cellula si attiva un meccanismo che si chiama trasduzione del segnale che è la parte finale della segnalazione e coinvolge i ligandi di natura idrofila. La trasduzione del segnale è la conseguenza di una attività del ligando che è implicato nella comunicazione tra due cellule ma i ligandi devono essere immessi ad una concentrazione molto bassa, quando poi raggiungono il recettore a tutto quello che avviene poi all’interno della cellula si deve avere un’amplificazionecomunicazione + amplificazione= trasduzione. Il ligando (di natura polare) incontra il recettore che sono proteine di membrana. Ci sono tantissimi recettori ma quelli coinvolti nella trasduzione si chiamano recettori legati alla proteina g si chiama così perché la proteina è in grado di idrolizzare il GTP (che è un contenitore di energia tipo il DNA). La proteina di membrana possiede 3 aree diverse con funzionalità diverse (ogni area si chiama dominio, quindi, la proteina G ha tre domini). Il dominio esterno è quello che prende contatto con il ligando, il dominio intermedio è quello che caratterizza questo recettore: si ripiega sette volte sulla membrana e poi c’è il dominio interno che prende contatto con la proteina G. La proteina G è una proteina di membrana che ha una struttura quaternaria quindi ed è fatta di 3 subunità: alfa, beta e gamma. Il ligando si lega al recettore, nella trasduzione del segnale che si basa su una cascata di reazioni ovvero un prodotto che attiva un altro composto che dopo dovrà interrompersi; quindi, questi composti non sono altro che interruttori molecolari che si accendono e si spengono. Anche il recettore è un interruttore molecolare perché, quando arriva il ligando si “accende” ma quando il ligando arriva sul recettore permette che il GTP si leghi alla subunità alfa della proteina G. Quando si lega si ha l’idrolisi, si libera energia che serve a staccare la subunità alfa. Nel momento in cui il GPT non libera più energia, la subunità alfa si rilega alle altre subunità e la proteina si “spegne” (lo spegnimento lo si ha quando tutte e tre le subunità sono unite, attaccate). La proteina G a questo punto attiverà due tipi di reazioni: o la via dell’AMP ciclico o la via del calcio. AMP ciclico- (cAMP) deriva dall’ATP e adopera un enzima specifico che è l’adenilato ciclasi trasformandosi in AMP, e forma un anello per questo motivo si chiama AMP ciclico, per spegnerlo interviene la fosfodiesterasi (enzima) che la trasforma in AMP. L'adenilato ciclasi trasforma ATP in AMP ciclico (amplificazione del segnale). L’cAMP può dare varie tipologie di reazioni e questo dipende dal tipo di risposta. Il nostro organismo ha molte riserve di zucchero sottoforma di glicogeno che è formato da tante molecole di glucosio e quando abbiamo bisogno di molta energia ricorriamo a queste riserve immagazzinate nel fegato e nel cervello. Come? Attraverso il sistema di riproposta ad uno stimolo che in questo caso coinvolge l’asse ipotalamo e ipofisi sul rene perché il rene libera adrenalina e attiva un meccanismo di trasduzione legato all’cAMP. La risposta finale allo stimolo esterno è staccare una molecola di glucosio dal glicogeno. Ligando-recettore GTP-subunità alfa della proteina G-la subunità si stacca-attiva l’adenilato ciclasi-l'adenilato ciclasi trasforma l’ATP in cAMP. L'altra via è la via del calcio e il calcio inteso come ione, che si trova alla base di tantissime risposte ,il punto d partenza della contrazione muscolare è l aumentata concentrazione ioni calcio nel citoplasma, ma normalmente il calcio si trova confinato in una cellula, nel reticolo endoplasmatico (quindi il calcio è più concentrato nel reticolo endoplasmatico e non nel citoplasma) e quindi si prospetta un organismo che va contro gradiente di concentrazione , c’è la pompa per il calcio che inserisce il calcio nel citoplasma, ma se aumenta nel citoplasma è tossico quindi quando si libera deve essere rapidamente riportato nel reticolo endoplasmatico, infatti il canale (attivo-che si apre e si chiude) è chiuso chimicamente e viene regolato dalla pompa di calcio. La subunità alfa attiva la fosfolipasi c registrazione. Recettore-ligando-si stacca alla subunità alfa- la subunità alfa attiva la fosfolipasi C (enzima che taglia in due il fosfatidilinositolo- che è uno dei fosfolipidi della membrana) e una parte si libera nel citoplasma (inositolo trifosfato-IP3) e funge da ligando per il recettore, così che si apre il canale di calcio e fuoriesce nel citoplasma, una parte rimane attaccata alla membrana (diacilglicerolo-DAG) che attiva un’altra proteina di membrana della famiglia delle protein-chinasi C e potrebbe dare origine a nuove risposte. Recettore-ligando-si stacca alla subunità alfa- si attiva la fosfolipasi C Quando la cellula deve dare una risposta rapita si affida all’inositolo trifosfato, quando invece la risposta deve essere lenta ma duratura nel tempo si affida al diacilglicerolo. Queste due vie hanno lo stesso punto di partenza ovvero l’attivazione della proteina G COMUNICAZIONE NEURONALE O SINAPTICA I segnali arrivano al sistema nervoso centrale costituito da miliardi di neuroni tramite dei segnali, alla periferia del sistema nervoso troviamo dei recettori che trasformano la variazione in una variazione chimica che interessa il primo neurone e fino ad arrivare al sistema nervoso centrale ci sono varie comunicazioni tra i neuroni fino ad arrivare ad interferire con l’organo bersaglio. Il neurone è una cellula che ha un corpo cellulare che viene chiamato soma quindi un nucleo e ha delle estroflessioni che si chiamano dendriti e una più lunga che si collega con un altro neurone, l’assone che si collega attraverso le sinapsi. Abbiamo 2 tipi di sinapsi: chimiche ed elettriche. In quella elettrica la membrana del neurone pre e post-sinaptico sono adese l’una all’altra per effettuare il trasferimento dei composti. Nelle sinapsi chimiche invece c’è uno spazio tra i due neuroni in collegamento dove i neurotrasmettitori (composti chimici) trasferiscono i composti collegando il neurone presinaptico al neurone post-sinaptico. Molte problematiche dipendono da un mal funzionamento delle sinapsi chimiche La comunicazione si realizza tra neuroni attraverso la modulazione del potenziale della membrana, cioè cambiare quel valore in maniera opportuna determina un meccanismo di comunicazione. Il potenziale di membrana riguarda tutte le cellule, non è una caratteristica esclusiva dei neuroni. Il potenziale di membrana del valore fisiologico è fondamentale per la vita della cellula. Il valore del potenziale di membrana in generale di -70millivolt siccome la membrana all’esterno è carica positivamente e all'interno è negativa si può misurare una differenza di potenziale = -70 millivolt. Questo valore viene da un movimento di carche di due ioni, dello ione sodio e dello ione potassio. Lo spostamento dall’interno e tra l’esterno è dovuta al movimento della pompa sodio potassio e grazie a questa attività ad ogni ciclo 3 ioni sodio vanno all'esterno (più concentrato all’esterno) e 2 ioni potassio all'interno (più concentrato all’interno), questo crea un gradiente di concentrazione. Il raggiungimento del potenziale di membrana è dato da un equilibrio dinamico poiché questi ioni si spostano continuamente. ESEMPIO- Consideriamo solo il sodio, il sodio è maggiormente concentrato all’esterno della cellula e uno ione si sposta dalla zona dov’è più concentrato alla zona dov’è meno concentrato secondo gradiente di concentrazione, senza l’utilizzo di energia, quindi c’è una diffusione semplice; quindi, il sodio ha la naturale tendenza ad uscire, ma come fa a farlo visto che è uno ione? Sulla membrana abbiamo i canali per il sodio attraverso di essi il sodio entra nella cellula ma non è l’unica forza poiché il sodio è carico positivamente mentre la membrana positivamente fuori e negativamente dentro, quindi si respingono dalla parte interna e dalla parte esterna si attraggono, c’è una forza di natura elettrochimica, quindi il sodio viene spinto nella cellula da un gradiente elettrochimico che da solo darebbe un valore di potenziale di 66 millivolt, ma abbiamo anche il potassio. Il potassio si trova all’interno della cellula e anche lui ha la tendenza ad uscire tramite canali passivi secondo gradiente chimico ma questa volta il gradiente elettrico è differente perché essendo positivo il potassio e l’interno della membrana positivo c’è una forza elettrica che trattiene il potassio all’interno della cellula ma prevale il gradiente chimico per cui il potassio fuoriesce secondo il gradiente elettrochimico e da solo darebbe un valore di potenziale di – 90 millivolt, ma siccome lavorano insieme abbiamo come valore di differenza di potenziale -70 millivolt. Se ho degli strumenti in grado di variare questo valore posso innescare un meccanismo di comunicazione, ma se vogliamo farlo dobbiamo intervenire per il trasferimento degli ioni sodio e potassio che si muovono tra l’interno e l’esterno del neurone (rispetto al potenziale di membrana ci sono i canali passivi, specifici per ogni i ione, che però non possono essere regolati quindi sono sempre aperti) ci sono i canali attivi, dotati di una porta e la natura può intervenire chiudendo o aprendo quei canali attivi regolando il sodio e il potassio. I canali attivi sono di 2 tipi: Regolati chimicamente, dotati di una porta che viene aperta da un recettore legato a un ligando, quindi questi canali sono legati a un recettore. Sono specifici, uno per il sodio e uno per il potassio. Voltaggio dipendenti, dotati da una porta ma non c’è un recettore, i canali sono tarati (si aprono) a un determinato valore di potenziale di membrana, quando la differenza di potenziale assume un valore nel quale il recettore è tarato, si apre (-70 millivolt, i canali sono chiusi). Sono specifici, (canali voltaggio dipendenti per il sodio e per il potassio). La posizione per il potassio può essere aperta o chiusa, per il sodio ci sono tre posizioni, può essere aperto, chiuso e disattivato. La principale differenza tra canali attivi e passivi è che i canali passivi sono sempre aperti quelli attivi dipendono dal potenziale di membrana. Il potenziale di membrana è una caratteristica di tutte le cellule. Quando chiede il potenziale di membrana vuole sapere questo. Il potenziale di membrana nei neuroni non attivi, il punto di partenza, si chiama punto potenziale a riposo e vale 0. La comunicazione, quindi, avviene per le variazioni del valore di -70 millivolt e procede attraverso 3 fasi, il potenziale a riposo, il potenziale graduato e il potenziale d’azione. Potenziale a riposo- partiamo dall’assone, nel segmento iniziale, dove si genera l’inizio della comunicazione, il ligando che deriva dalla misurazione della variazione ambientale (composto chimico) si va a legare al recettore nel canale regolato chimicamente per il sodio e lungo l’assone dove sono distribuiti questi canali, si apre questo canale e significa che il sodio nella cellula inizia ad aumentare e quindi il valore di -70 subisce una variazione e fino a quando esiste l’impulso il valore aumenta -68 etc. ma non si ha nessuna risposta, non trasmette nulla al cervello, i neuroni non comunicano, poiché il nostro organismo non può rispondere a tutti questi stimoli e quindi c’è una sorta di filtro. Fino a quando non si raggiunge un livello soglia di -55 millivolt (che si raggiunge quando lo stimolo persiste e il sodio continua ad entrare) non si ha alcuna comunicazione e quindi non si ha una risposta, questa fase si chiama potenziale graduato ma se non si raggiunge il valore di -55 millivolt (potenziale graduato) a questo valore sono franati i canali voltaggio dipendenti del sodio e allora una quantità massicce di sodio entra dentro la cellula e scatta il potenziale d’azione e si ha uno spike ovvero un innalzamento repentino del valore della differenza di potenziale. Se si supera il valore di – millivolt, il potenziale d’azione esplode fino a raggiungere il valore di +35 millivolt (il potenziale d’azione) risponde alla legge tutto o nulla). Se superano il valore si disattivano i canali voltaggio dipendenti del sodio si disattivano e si aprono quelli voltaggio dipendenti per il potassio, e il valore scende più in basso del potenziale di membrana fino a -80. -90 millivolt (iperpolarizzazione)per poi stabilizzarsi al valore di -70 millivolt. Quindi quando si alterano questi valori la membrana inverte la polarità, l’interno diventa positivo e l’esterno negativo, si ha una depolarizzazione della membrana. Quando a + 35 i canali del sodio si disattivano il potassio fuoriesce si ha una ripolarizzazione della membrana. La depolarizzazione influenza il tratto successivo e si sposta dall’origine dell’assone verso il margine dell’assone e viene chiamata onda di depolarizzazione un’onda che si sposta verso la sinapsi, tutto ciò accade il mille secondi. Quando l'onda si sposta arriviamo nell’ area presinaptica (a ridosso della sinapsi) e troviamo sulla membrana un canale voltaggio dipendente del calcio, l’onda di depolarizzazione quando arriva su questo canale, tarata a quei valori, si apre e il calcio entra nel neurone ( l’aumento di concentrazione del calcio nella cellula è l’avvio a molti meccanismo, ad esempio a livello muscolare) e in questo caso noi abbiamo dal corpo cellulare per tutto l’assone delle fibre proteiche e quando entra calcio grazie all’onda di depolarizzazione queste fibre scorrono l’una sull’altra determinando lo spostamento di vescicole che si spostano verso la membrana pre- sinaptica, fondendosi con essa, riversando il contenuto nell’area interpsinaptica, il contenuto è caratterizzato da particolari composti chimici i neurotrasmettitori che sono una sorta di messaggeri perché nell’area della membrana post-sinaptica ( ovvero dell’altro neurone) troviamo dei recettori specifici, il neurotrasmettitore si va a legare con i recettori e la comunicazione passa ad un altro neurone, si ricomincia un’altra onda e così via , oppure la comunicazione viene bloccata (ma ci sono varie possibilità). I neurotrasmettitori si legano ai recettori dando l’avvio alla comunicazione ma una volta che la comunicazione è andata avanti il neurotrasmettitore non può soggiornare lì, o viene degradato nello spazio interpsinaptico o viene catturato e portato all’interno del neurone presinaptico e messo nel ciclo della comunicazione successiva. Gli assoni sono rivestiti da mielina ma non in tutti i punti perché ci sono dei nodi dove questo rivestimento manca lungo tutto l’assone e quando parliamo dell’onda di depolarizzazione coinvolge solo i tratti non rivestiti di mielina perché sono molto più veloci. Condizione saltatoria. NEUROTRASMETTITORI A BASSO PESO MOLECOLARE (derivano da proteine) Aminoacidi: Glutammato, glicina, acido gamma-amino-butirrico (o GABA); Monoamine (aminoacidi modificati): Catecolamine (dopamina, noradrenalina, adrenalina) Indolamine (serotonina) Acetilcolina Gas solubili: ossido nitrico (NO), monossido di carbonio (CO). NEUROTRASMETTITORI AD ALTO PESO MOLECOLARE (dipendono dalla categoria di appartenenza) Neuropeptidi o neuromodulatori (catene di aminoacidi): endorfine, sostanza P, neuropeptide Y ed altri. I recettori dei neurotrasmettitori sulla membrana post-sinaptica, invece sono dei recettori canali di natura idrofobica vuol dire che (quando arriva il ligando si apre il canale) e vengono chiamati anche ionotropici. I recettori legati alle proteine G invece quando si ha il passaggio nella comunicazione nel neurone post- sinaptico si innesca una trasduzione del segnale e vengono chiamati metabotropici, poi a questi recettori è legato un enzima che, quando si attiva fa aprire i canali. Importante: se una cellula non ha un recettore specifico per il messaggio che è un circolo per il ligando ovviamente non può rispondere ad un determinato segnale e la risposta della cellula bersaglio è determinata dalla tipologia del recettore non dal ligando, il ligando semplicemente è messaggero ma il tipo di risposta dipende dal recettore. DNA E RNA DNA (acido desossiribonucleico) un nucleotide con unità fondamentale uno zucchero (deossiribosio) – è un acido nucleico, polimero Struttura: doppia elica, i nucleotidi si associano per formare due emieliche complementari ed antiparallele. Zucchero: deossiribosio, che fa parte della famiglia dei pentosi (ha 5 atomi di carbonio) in forma lineare che forma un anello, il 5° carbonio sta fuori l’anello. Basi azotate: Adenina (A)-Timina(T), Citosina(C)-Guanina(G); legate attraverso ponti a idrogeno. RNA (acido ribonucleico) – è un acido nucleico, polimero Struttura: un filamento, i nucleotidi si associano per formare una struttura filamentosa Zucchero: ribosio Basi azotate: Adenina (A) - Uracile (U), Guanina (G) -Citosina (C). La differenza tra il deossiribosio del DNA e del ribosio dell’RNA è il fatto che nel primo vi è legato un idrogeno nel secondo invece un ossidrile. Ad ogni spigolo della catena di uno zucchero c’è un carbonio, i carboni sono numerati da destra verso sinistra e il 5 primo si trova fuori dall’anello mentre il ribosio è un pentoso, quindi, è fatto da 5 atomi di carbonio al carbonio 1 primo è legata una base azotata e al carbonio 5 primo (quello fuori) è legato un fosfato. Il DNA e l’RNA sono quindi una serie di nucleotidi legati l’uno all’altro che formano un nucleotide con un legame fosfodiesterico, cioè, interviene il fosfato legato al carbonio 5 primo di un nucleotide che si lega al carbonio del nucleotide soprastante, 3 primo. Ciò avviene per entrambe le emieliche ma in forma rovesciata essendo antiparallele. I nucleotidi si differenziano per la tipologia di base che hanno legato al carbonio 1 primo. Nel caso del DNA ci sono 4 basi azotate Adenina(A)-Timina(T), Citosina(C)-Guanina(G), e nel caso dell’RNA Adenina (A) - Uracile (U), Guanina (G) -Citosina (C). Nel DNA le due emieliche si contrappongono con i ponti a idrogeno, per far avvenire ciò però -1 ci deve essere un idrogeno disponibile da una parte e dall’altra un elemento fortemente elettro negativo -2 tra le due emieliche c’è una distanza definita e in questa distanza deve trovare posto per una purina e una pirimidina che si devono legare con legami a idrogeno (vedi sopra che stanno scritte, c’è la foto). Il DNA ha una duplice funzione: TRASCRIZIONE e TRADUZIONE = rendere disponibile il progetto in tempo reale DUPLICAZIONE = trasferire alle generazioni successive questo progetto DUPLICAZIONE Il DNA lo troviamo dentro il nucleo e la duplicazione del RNA avviene in un momento specifico della cellula, nella fase di duplicazione del DNA e la duplicazione del DNA si definisce semi-conservativa, se abbiamo una doppia elica di DNA avviene una duplicazione e ogni emielica funge da stampo per la sintesi di una nuova elica e nelle successive generazioni troveremo sempre l’emielica originaria mentre altre due verranno neosintetizzate, si definisce quindi semi conservativa. ENZIMI CHE ENTRANO IN GIOCO DURANTE LA DUPLICAZIONE: Elicasi Topoisomerasi (due tipi) DNA Primasi DNA Polimerasi DNA Polimerasi correttore di bozze DNA Ligasi. Il meccanismo di duplicazione è un evento che coinvolge tutta la molecola del DNA ,il DNA si trova in una condizione in cui deve essere super avvolto per essere contenuto all'interno del nucleo di una cellula eucariote, ma per fare la duplicazione dobbiamo aprire la doppia elica. ELICASI Questo processo si affida ad un enzima che si chiama elicasi. L ‘elicasi divide in due l’emielica formando la forcella di duplicazione facendola allargare, ma allargandosi c'è il rischio che le sue emieliche si ricongiungano per questo sulle due emieliche separate si aggiungono delle proteine specifiche che si chiamano proteine destabilizzatrici dell'elica ( i pallini azzurri, slide 15 ), questo evita che le due emieliche si ricongiungano. TOPOISOMERASI: quando apriamo le due emieliche si creano delle tenzioni e prima o poi non riusciamo più a separare i singoli filamenti, per questo intervengono la: - topoisomerasi 1 effettua un taglio ad una delle emieliche -topoisomerasi 2 effettua due tagli cioè taglia entrambe le emieliche, tagli temporanei per consentire un allentamento delle tensioni per favorire la divisione della cellula. DNA POLIMERASI: La DNA polimerasi è l'enzima che effettua la duplicazione e deve essere in grado di leggere le basi (principio del funzionamento dive c’è un’adenina c’è una citosina, dove c’è una guanina, c’è una timina) e di stampare in contemporanea un nuovo filamento, una nuova emielica. Le due emieliche sono ANTIPARALLELE e dalla duplicazione avremmo un nuovo DNA con una parte originale e un'altra nuova, anche il nuovo DNA avrà le emieliche antiparallele. La DNA polimerasi ha una capacità di lettura dal 3 primo al 5 primo perché la sua direzione di sintesi è da 5 primo a 3 primo, così il nuovo DNA farà le antiparallele. DNA PRIMASI: La DNA polimerasi però non può sintetizzare un filamento ex-novo e ha bisogno di un innesco, glielo da il DNA primasi (ENZIMA) che legge dalla parte del 3 primo e duplica un pezzettino che si chiama primer, dall’altro lato per effetto dell’antiparallelismo il primer deve essere dal lato opposto. Una volta sintetizzato il primer la DNA polimerasi si lega al primer e comincia a duplicare, la duplicazione coinvolge un tratto di DNA dove le due emieliche sono state separate e man mano che si apre la doppia elica la DNA polimerasi continua a duplicare. Ciò però vale solo per un emielica, l’altra ha il 5 primo in alto e il 3 primo in basso, quindi da un emielica parte dal 3 primo in alto, nell’altra parte dal 3 primo che è in basso. Il problema è che dal lato opposto la DNA polimerasi si trova appunto dal lato opposto e siccome sintetizza da 5 primo a 3 primo non può cambiare la direzione (vedi immagine), quindi mentre il primo continua la duplicazione, il secondo deve costruire un altro primer vicino l’apertura della doppia elica e procedere con la duplicazione di un altro pezzettino. Ogni volta che si apre un nuovo pimer c'è una duplicazione che va in senso opposto all’apertura. Il filamento la cui duplicazione segue l'apertura della doppia elica si chiama filamento leading (veloce) quello al lato opposto procede più lentamente e si chiama filamento lagging. La duplicazione nelle due emieliche procede a velocità diverse. DNA LIGASI Il primer ha la funzione di innesco ma in termini di informazioni è un duplicato pieno di errori e va rimossa; quindi, dal lato in cui ne abbiamo uno lo eliminiamo, dal lato opposto dove ne sono stati costruiti di più la rimozione genera tanti frammenti, i frammenti di Okazaki che però devono dar luogo ad un emielica continua e quindi vengono rinsaldati da un enzima che si chiama ligasi. DNA POLIMERASI CORRETTORE DI BOZZE Il nucleotide è fatto da: una parte strutturale data dagli zuccheri e dal fosfato e da una parte informazionale che è data dalla base e la sequenza di base mi darà un’informazione, ovvero mi dice come sarà la proteina; quindi, non può permettersi di compiere un errore o potrebbero insorgere patologie. Per questo motivo ci sono meccanismo di controllo e durante tutto questo processo, il correttore di bozze che segue l'attività del DNA polimerasi per correggere gli errori, come le associazioni delle basi, ma avvengono comunque molti errori (mutazioni). Approfondendo il problema si è visto che una piccola percentuale di mutazione è accettato dal sistema perché da un significato evoluzionistico, oltre una determinata soglia ci sono le patologie. Noi abbiamo sul DNA l'informazione, il progetto, in cui la realizzazione serve alla sintesi delle proteine. Tutto quello che noi siamo o è proteina o è frutto delazione di una proteina. La proteina ha un linguaggio fatto da 20 amminoacidi, 20 lettere, e quelli che il DNA vuole si vanno a pescare in quei 20, che a volte si ripetono. Il DNA invece ha un linguaggio a 4 lettere, infatti la sintesi delle proteine si chiama traduzione, ma come le converto? Serve un codice. Mettere insieme 3 basi è la condizione minima per codificare un amminoacido (4 alla terza), così ho 64 possibilità (ma gli amminoacidi sono 20), infatti più triplette codificano lo stesso amminoacido, perché nella tripletta (codoni) quelle che danno una specificità sono le prime 2 basi. 3 di queste combinazioni non codificano amminoacidi ma hanno un utilizzo nella sintesi proteica. Il tratto di DNA costituito da triplette che codificano una proteina è IL GENE (l’informazione che mi ha dato la proteina è nel gene corrispondente) Gli organismi viventi si dividono in procarioti (batteri) ed eucarioti. Se abbiamo la proteina di un battere e leggiamo la sequenza di amminoacidi andando a ritroso con il codice genetico, posso riprendere la sequenza delle triplette del gene (c’è collinearità tra gene e proteine) con gli eucarioti non possiamo farlo, perché il gene degli eucarioti è un gene discontinuo (il gene è costituito da sequenza codificanti esoni- alternato a sequenze non codificanti-introni-). La disponibilità che il DNA dà nel fornire informazioni per sintetizzare in tempo reale o tutte le volte che occorre una determinata proteina lo fa seguendo il DOGMA CENTRALE DELLA BIOLOGIA MOLECOLARE: TRASCRIZIONE-TRADUZIONE -TRASCRIZIONE: La duplicazione coinvolge tutto il DNA mentre la trascrizione è un evento che coinvolge solo il gene che in quel momento deve essere attivo, cioè che vuole dare l'informazione. La trascrizione, quindi, è la trascrizione del gene, ma c’è comunque la doppia elica continua e dobbiamo stabilire un punto di inizio e un punto di fine. La trascrizione prevede l’apertura della doppia elica e un enzima che gestisca l’evento (la RNA polimerasi) che apre la doppia elica e copia una delle due emieliche (quale? Quella che va in direzione 5’ 3’ che prende il nome di filamento negativo perché viene letta dall’RNA polimerasi in senso antiparallelo), non ha bisogno di un innesco, copia tutta le emielica del gene e infine c'è un meccanismo di fine trascrizione. Il DNA primer è un RNA polimerasi perché non ha bisogno di innesco. L’RNA polimerasi è un enzima, quindi una proteina. Abbiamo una distinzione di RNA se si tratta di eucarioti o procarioti. Negli eucarioti, però, esistono 3 RNA polimerasi: -RNA polimerasi I che trascrive gli rRNA (RNA ribosomiale); -RNA polimerasi II che trascrive l’mRNA (RNA messaggero); -RNA polimerasi III che trascrive il tRNA e 5S rRNA (l’RNA transfert e uno specifico RNA ribosomiale: il 5S). Dove inizia la trascrizione? La trascrizione deve coinvolgere il gene che in quel momento si attiva, il gene negli eucarioti è preceduto da una sequenza chiamata promotore. Quindi, L’RNA polimerasi apre la doppia elica e intercetta il promotore del gene in un sito specifico che si chiama TATA box (che sta per timina-adenina-timina-adenina perché questo sito è ricco di adenina e timina). Ma che vantaggio ha? Tra adenina e timina si formano due ponti ad idrogeno (a differenza della guanina e citosina che ne formano tre) e questo facilita l’apertura perché è più semplice rompere due ponti ad idrogeno che tre. L’RNA polimerasi dopo essersi legata, grazie alla TATA box, al gene legge il filamento stampo (quello negativo) e sintetizza il filamento di RNA ma poi ci deve essere un segnale di fine trascrizione. La fine trascrizione non è ancora un meccanismo chiaro, ci sono varie teorie ma quella più accreditata è che sul filamento di DNA, sull’emielica che funge da stampo troviamo alla fine del gene troviamo una sequenza palindromica (sequenza che ha lo stesso significato se letta da destra verso sinistra o da sinistra verso destra) che, quando viene trascritta genera un loop, un’ansa su ciò che è stato trascritto (l’RNA messaggero). L’RNA messaggero prende contatto con un fattore proteico chiamato RHO che risale per tutto l’RNA messaggero. Se questo fattore trova il loop si attiva il meccanismo di fine trascrizione per cui l’RNA messaggero viene rilasciato. Riassumendo: inizio trascrizionepresenza della TATA BOX fine trascrizionesequenza palindromica+loop+fattore RHO Quando l’RNA messaggero viene trascritto dal nucleo si sposta nel citoplasma, bisogna però capire la differenza tra eucarioti e procarioti. Nei procarioti poiché non c’è una differenza tra nucleo e citoplasma quando si sintetizza l’RNA messaggero viene contestualmente tradotto e si sintetizza la proteina. Questo significa che nei procarioti trascrizione e traduzione si sovrappongono. Negli eucarioti, invece, l’RNA messaggero si sposta e va nel citoplasma. In ogni momento della sua vita, la cellula ha bisogno di proteine diverse per questo si attivano e disattivano continuamente vari geni. Quando un gene si attiva determina la sintesi di un RNA messaggero ma se la proteina corrispondente all’RNA messaggero ad un certo punto non serve più il gene si spegne ma il suo RNA messaggero rimane nel citoplasma e questo è un problema perché l’RNA messaggero dovrebbe spegnersi insieme al gene ma non c’è un meccanismo di accensione e spegnimento dell’RNA messaggero, allora la cellula risolve in un altro modo: produce enzimi che degradano tutti insieme l’RNA messaggero, sta alla cellula difendersi per un periodo sufficiente alla sintesi. Gli enzimi sono pronti a degradare tutti gli RNA messaggeri ma come fa l’RNA messaggero (che serve alla cellula) a difendersi? Lo fa in un processo chiamato la maturazione degli RNA che prevede 4 tappe: -capping=protezione. L’RNA messaggero ha una polarità 5’ 3’. Gli enzimi sono di due tipi: quelli che attaccano l’RNA dalla parte del 5’ e quelli che lo attaccano dalla parte del 3’. Il capping è il processo che protegge il lato 5’, come? Ingannandolo. L’RNA riconosce il 5’ ma la cellula gli mostra il 3’, cioè, aggiunge una base, per la precisione una guanosina trifosfato che viene girata e legata all’ultimo nucleotide dalla parte del 5’. La base, essendo girata, mostra il 3’ e l’enzima che riconosce il 5’ non è più in grado di aggredire l’RNA; -metilazione; rafforza questa protezione mediante l’aggiunta di gruppi metile: CH3 che coinvolge le prime tre basi (compresa la guanosina trifosfato); -aggiunta di una coda Poli-A, per proteggere il lato 3’ dobbiamo fare una protezione a tempo (altrimenti quando non serve più sarebbe difficile rimuovere l’RNA messaggero) che è data da una lunga coda di adenine, l’ultima di queste esporrà un 3’, questo significa che l’enzima che riconosce il 3’ inizierà a degradare l’RNA messaggero, come? Rimuovendo una adenina alla volta ma questo richiede molto tempo (dato che la coda è troppo lunga), il tempo necessario che l’RNA messaggero possa dare l’informazione per dar luogo alla proteina. Quando l’ultima adenina viene rimossa, tutto l’RNA messaggero viene degradato; -splicing (vera e propria fase di maturazione) necessario nel gene degli eucarioti perché è un gene discontinuo (fatto da sequenze codificanti: esoni, alternato da sequenze non codificanti: introni), per codificare una proteina non ci deve essere una discontinuità e per questo gli introni vengono rimossi, per avere un RNA messaggero che possa esprimere informazioni in maniera continuativa; Anche gli altri RNA hanno un processo di maturazione (non solo quello messaggero). Può accadere che più RNA transfert vengano sintetizzati insieme. Anche gli RNA ribosomiali prevedono una maturazione che consiste nel ritagliare ogni singolo RNA ribosomiale. L’RNA messaggero è pronto per essere letto e nel momento in cui l’informazione viene letta e tradotta viene trasformata in una sequenza di amminoacidi (ovvero una proteina). L’informazione contenuta dall’RNA messaggero utilizza 4 lettere, invece quella delle proteine è un’informazione a 20 lettere. Secondo il codice genetico ad ogni tripletta corrisponde un amminoacido e ogni amminoacido può essere codificato da triplette diverse. Nell’RNA messaggero, invece, le triplette si chiamano codon. La fase successiva è quella della traduzione. La traduzione ha lo scopo di mettere insieme gli amminoacidi secondo una sequenza specifica che è dettata dall’informazione che abbiamo sull’RNA messaggero. Le proteine sono fatte di amminoacidi e l’amminoacido ha due gruppi funzionali: il gruppo amminico e il gruppo carbossilico e poi vari radicali (ogni amminoacido si distingue dall’altro perché presenta un R diverso). Due amminoacidi si legano per eliminazione di una molecola di acqua: un gruppo OH del gruppo carbossilico di un amminoacido più l’idrogeno del gruppo amminico dell’altro amminoacido forma l’acqua, poiché il carbonio deve fare 4 legami e l’azoto 3 si legano a formare il legame peptidico (per realizzare questo legame fondamentale è l’ambiente idrofobico e l’energia). La sintesi proteica avviene nel citoplasma ad opera di organuli citoplasmatici anche se vengono definiti macro-enzimi, ovvero i ribosomi. I ribosomi sono costituiti da diverse tipologie di proteine e sono associate a RNA ribosomiale di diversa tipologia. Quando noi parliamo di ribosoma negli eucarioti facciamo riferimento ad una struttura già assemblata e la struttura è costituita dall’unione di due subunità, una è definita maggiore e l’altra minore. Nella subunità minore abbiamo l’RNA 18s e da 33 tipologie di proteine. Mentre la subunità maggiore è fatta da tipologie di RNA come 5S e 5,8S e 45 tipologie di proteine (vedi foto). Quando non si ha la sintesi delle proteine le subunità sono disassemblate; quindi, queste si assemblano quando bisogna sintetizzare la proteina. Assemblandosi costituiscono il ribosoma e all’interno di esso troviamo la formazione di tre siti: sito A, P, E (serve per togliere gli RNA scarichi). Affinché la sintesi avvenga è necessario che ci sia l’RNA messaggero, gli amminoacidi, i ribosomi, l’energia e una serie di fattori proteici che hanno il compito di controllare che tutto avvenga per il meglio (perché, se avviene un errore in questa fase è difficile ripararlo). La traduzione si divide in due fasi: 1-fase ATP dipendente: ad ogni RNA transfert viene legato uno specifico amminoacido. Questo legame richiede energia che viene fornita dall’ATP (l’idrolisi che libera ATP serve a fornire energia per legare l’RNA transfert all’amminoacido) e l’enzima controlla che tutto vada bene (e che quello sia l’amminoacido giusto da legare all’RNA transfert) si chiama amminoacil trna ligasi. 2-fase GTP dipendente divisa in inizio, elongazione (divisa a sua volta in adattamento, transpeptidazione, traslocazione), termine. Se io volessi ripercorrere il processo di sintesi avrò l’inizio, l’adattamento, la transpeptidazione, la traslocazione. Nella fase di transpeptidazione si forma il legame peptidico tra due amminoacidi ciò significa che, quando si completano queste fasi abbiamo aggiunto un amminoacido, poiché la proteina sarà più o meno lunga significa che dopo la traslocazione ci risarà di nuovo l’adattamento, la transpeptidazione e la traslocazione, ogni volta che si completa il ciclo si aggiunge un amminoacido. Quando arriva una delle tre triplette caratteristiche: UAA, UAG, UGA poiché a queste triplette non corrisponde nessun amminoacido dalla traslocazione si passerà alla fase di termine. Abbiamo bisogno di un magazzino dei 20 amminoacidi da cui prendere quello che serve per quella proteina, gli amminoacidi però vengono trasportati dagli RNA transfert che hanno una forma a trifoglio e il lato 3’ termina con una citosina-citosina-adenina (basi che vengono aggiunte durante la maturazione degli RNA transfert gli RNA transfert sono differenti sia per quantità ma anche per qualità di basi, quindi, per ogni amminoacido troviamo il suo RNA transfert che lo trasforma). All’adenina del terminale 3’ si lega l’amminoacido e dalla parte opposta dell’aminoacido troviamo un’ansa, contenente la tripletta CGG che prende il nome di ANTICODON. Durante la sintesi delle proteine codon e anticodon si riconoscono. RicordaTriplette di RNA messaggero: triplette prendono il nome di CODON Queste due fasi non sono una di seguito all’altra (a volte possono venire anche contemporaneamente). FASE GTP DIPENDENTE-INIZIO Qual è il codone di inizio della traduzione? È dato dalla tripletta AUG ma di AUG ce ne sono tante, quale in particolare? La prima che si contra per gli eucarioti (leggendo da 5’ a 3’) e che codifica la metionina, per i procarioti non necessariamente la prima che si incontra basta che l’AUG codifica la formilmetionina. 5’ 3’ Come si posizione la metionina rispetto al codon? C’è l’apparato gestito dai ribosomi. Sull’RNA messaggero si posiziona la subunità minore del ribosoma e si posizione in modo tale da contenere il codon AUG più quello che gli sta di fianco. Il posizionamento della subunità minore (che contiene i primi due codon) è un momento fondamentale perché, se si dovesse spostare, anche solo di una base, tutta la cornice di lettura si sposterebbe e si sintetizzerebbe una proteina completamente diversa, è per questo che ci sono potenti sistemi di controllo. Una volta posizionata la subunità minore arriva l’RNA transfert, codon e anticodon si riconoscono e questo porterà la metionina, poi arriva la subunità maggiore che si abbina con quella minore costituendo il ribosoma. Il ribosoma avrà il sito B occupato dall’RNA transfert che porta la metionina e il sito A libero. In questo caso che abbiamo la subunità maggiore, quella minore, il codon AUG al quale si è legata l’RNA transfert che porta la metionina la fase di inizio è finita: si passa alla successiva. FASE GTP DIPENDENTE-ADATTAMENTO La fase di adattamento è il riconoscimento di un altro RNA transfert che andrà a legarsi sul secondo codon (quello vicino all’AUGoccupando così anche il sito A da un RNA transfert che porta un amminoacido). FASE GTP DIPENDENTE-TRANSPEPTIDAZIONE In questa fase si realizza il legame peptidico. Si rompe il legame tra l’RNA transfert che stava nel sito B e il suo amminoacido, si libera energia realizzando il legame peptidico tra i due amminoacidi (ovvero la metionina e il primo amminoacido) e così inizia ad allungarsi la proteina. FASE GTP DIPENDENTE-TRASLOCAZIONE Il ribosoma si sposta di un codon verso il 3’ e quello che stava nel sito P si trova nel sito E. Il sito P si ritrova così occupato da un RNA transfert che ha due amminoacidi e il sito A è di nuovo libero. Passiamo ancora una volta dalla traslocazione all’adattamento. Il ribosoma avanza di un codon alla volta e ogni volta che avanza si forma un legame peptidico tra due amminoacidi. Quando incontriamo i codoni di stop: UAA, UAG o UGA, si passa al termine. Dopo la fase di termine cosa accade al ribosoma? Il ribosoma viene disassemblato nelle sue subunità ma si potrà riniziare da capo la sintesi di una proteina ma di un’altra molecola. La lettura dell’RNA messaggero viene fatta da più ribosomi e questo aiuta a non commettere errori (perché i ribosomi tengono disteso l’RNA) Destino post-sintetico delle proteine Le proteine devono conoscere i loro destino, ma chi lo decide? Il DNA. Abbiamo il nucleo, il reticolo endoplasmatico da cui si formano delle vescicole che vanno a finire nell’apparato del Golgi e dall’apparato del Golgi si formano vescicole che andranno a fondersi con la membrana citoplasmatica questo prende il nome di MECANISMO FLUSSO DI MEMBRANA. Grazie a questo meccanismo la membrana si ingrandisce e quando queste vescicole si fondono con il reticolo tutto il suo contenuto sarà riversato all’esterno; quindi, quando la proteina ha come destino quello di abbandonare la cellula viene inserita in queste vescicole. Come fa però il DNA a decidere se la proteina deve lasciare la cellula? Attraverso un meccanismo che viene chiamato sequenza segnaleticasegnale per dire che la proteina deve abbandonare la cellula. Questo segnale deve essere però riconosciuto da qualcuno: c’è un recettore (sul reticolo endoplasmatico) a cui è legata una ribonucleoproteina (proteine + RNA) e a cui è legata la particella SRP (acronimo che significa particella di riconoscimento del segnale) che si stacca dal recettore e si lega sulla sequenza segnaletica. Questo intervento genera il blocco della sintesi proteica. Questo complesso vaga nel citoplasma e prima o poi va a sbattere sul reticolo endoplasmatico dove c’è la proteina di ancoraggio che si lega a questo ribosoma, determinando il distacco della particella SRP che ritorna a legarsi al suo recettore e la sintesi proteica viene ravviata ma per opera della proteina di ancoraggio la proteina è costretta ad entrare nel reticolo endoplasmatico. Nel reticolo endoplasmatica la proteina assume una struttura terziaria, poi viene inserita in una vescicola e questa vescicola andrà nell’apparato del Golgi e si fonderà con la membrana per poi essere liberata all’esterno della cellula. Le proteine che genericamente abbandonano la cellula si chiamano “proteine di esportazione”. Questa possibilità di portare all’esterno le proteine viene utilizzata dalla cellula per sintetizzare le glicoproteine. Le glicoproteine sono una famiglia di proteine molto importante (per esempio i gruppi sanguigni si differenziano per la presenza di glicoproteine) e le troviamo sulla membrana ma sulla sua parte esterna e quindi va sfruttato questo passaggio per poterle trovare nella parte interna. Il processo di sintesi delle glicoproteine si chiama glicosilazioneglicosilazione significa che abbiamo aggiunto alla proteina un “albero” oligosaccaridico (insieme di monosaccaridi che prendono la forma di un albero). In natura, però, non esiste un albero oligosaccaridico bisogna costruirlo, come? Si mettono insieme una serie di monosaccaridi ma non direttamente sulla proteina, bensì su un fosfolipide che si chiama dolicol fosfato. Quest’ultimo grazie alla sua coda che ha la capacità di oscillare aggiunge un monosaccaride alla volta e si forma così l’albero che (sempre grazie all’oscillazione della coda del dolicol fosfato) viene poi aggiunto alla proteina. Dove viene aggiunto precisamente? Viene aggiunto all’asparagina (che è uno dei venti amminoacidi). La proteina viene glicosilizzata quando, ad essa, viene aggiunto l’albero (ma questo avviene quando la proteina sta completando la sua formazione). Quindi, glicosilazione e traduzione sono momenti che avvengono contemporaneamente (e si chiama glicosilazione co-traduzionale che avviene nel reticolo endoplasmatico)questo è oggetto preciso d’esame. L’aggiunta di questo albero ha portato alla formazione di una glicoproteina che non si trova nella sua versione definitiva perché la glicosilazione co-traduzionale costituisce una bozza di glicoproteina, la parte variabile è la parte dell’albero oligosaccaridico che successivamente viene inglobato in una vescicola ed essa va a finire nell’apparato del Golgi. Nell’apparato del Golgi accade che questa glicoproteina viene qui viene modificata dalla parte degli zuccheri, cioè i monosaccaridi vengono sostituiti e ne vengono aggiunti degli altri (anche questa è una sorta di glicosilazione ma avviene dopo che la traduzione è già avvenutaglicosilazione post traduzionale che avviene al livello dell’apparato del Golgi. Si forma così una vescicola che contiene una proteina nella sua versione definitiva, questa si va a fondere con la membrana e il contenuto va all’esterno se deve abbandonare la cellula ma se le glicoproteine in questione appartengono alla membrana plasmatica già da quando si forma la vescicola devono essere legate alla membrana della vescicola così quando essa si fonde con la membrana le glicoproteine rimangono inserite sulla membrana. Le cellule hanno due tipi di reticolo endoplasmatico: liscio e rugoso. Le cellule le possiamo dividere in cellule somatiche e gameti (coinvolte nel meccanismo di riproduzione). In un organismo pluricellulare noi partiamo da una cellula fecondata e poi per una serie di meccanismi arriviamo all’embrione, poi alla nascita ecc…Questo vuol dire che ci deve essere un meccanismo che aumenti il numero delle cellule e questo meccanismo è basato sulla divisione cellulare. La divisione cellulare, per quanto riguarda le cellule somatiche, è inserita in un contesto più grande, che si chiama ciclo cellulare. Il ciclo cellulare contiene il momento della divisione cellulare ovvero la mitosi, poi la fase G1, la fase S e la fase G2 per poi tornare alla fase mitotica. G1, S, G2= interfasi alternate alla mitosi La mitosi è una macchina che serve a separare i due cromatidi ed è divisa in 4 fasi: profase, metafase anafase, telofase. Concetto alla base della mitosi: si separano le cromatidi (la cellula madre ha cromosomi a doppio cromatidio (uniti dal centromero), le cellule figlie avranno un corredo diploide a singolo cromatidio) Per corredo diploide si intende un corredo aploide caratteristico della specie rappresentato 2 volte=corredo aploide: n/corredo diploide: 2n Mentre inizia la profase, i centrioli che normalmente sono nel citoplasma si spostano verso i due poli e nel frattempo i cromosomi si spostano verso la zona equatoriale. Dai centrioli verso il centromero di ogni cromosoma si collegano delle fibre (che sono collegate dal centriolo verso il centromero di ogni cromosoma) e ad un certo punto (parte finale della metafase) si ha la retrazione di queste fibre (del fuso) che determina la separazione dei cromatidi. Una volta che i cromatidi sono separati si spostano ai due poli e si ha la divisione del citoplasma (in telofase) e ogni cellula avrà i cromosomi a singolo cromatidio. La citodieresi è la fase finale della telofase ed è in questa fase che il citoplasma si separa formando due cellule figlie. Fase G1 (gap 1): si realizzano tutte le condizioni per affrontare la fase S; Fase S: duplicazione del DNA e si ricostituisce il cromatidio mancante; Fase G2 (gap 2): si realizzano le condizioni per affrontare la fase M. In mitosi abbiamo corredo diploide con cromosomi a doppio cromatidio, in G1 corredo cromosomico diploide con cromosomi a singolo cromatidio, dopo la fase S corredo cromosomico diploide con cromosomi a doppio cromatidio che poi entrano in mitosi e il ciclo si ripete. Alcune cellule (come i neuroni) dopo l’ultima divisione mitotica non entrano più in ciclo e terminano la loro esistenza in fase GZ. Per altre invece ci è la possibilità di uscire temporaneamente dal ciclo cellulare e rimanere in fase G0 sino a quando uno stimolo le riporta in G1. Le cellule indifferenziate (sono cellule che non hanno ancora assunto un’identità specifica o una funzione definita) iniziano a dividersi (per mitosi) e dopo la fase S (con tempi differenti tra uomo e donna) queste cellule fuoriescono dal ciclo cellulare ma si portano con loro un corredo diploide con cromosomi a doppio cromatidio. Queste cellule affrontano due divisioni consecutive per poi iniziare un percorso di differenziamento che porterà all’uomo la presenza di spermatozoi e alle donne la presenza di cellule uovo. Le due divisioni consecutive prendono il nome di meiosi che ha due obiettivi: 1-trasformare il corredo cromosomico da diploide ad aploide (NON SI PERDONO INFORMAZIONI); 2- creare nell’ambito della meiosi una viabilità genica (deriva del meccanismo di crossing over perché durante il crossing over i cromosomi omologhi si allineano e scambiano segmenti di materiale genetico). Il raggiungimento di questi due obiettivi viene garantito dai cromosomi omologhi. La cellula entra in meiosi, la cellula si divide e il cromosoma 1 va in una cellula, 1’ nell’altra (l’importante è che gli omologhi segregano in una delle due cellule)le cellule devono avere lo stesso pattern di informazionisi parla di meiosi I. Nella meiosi abbiamo due divisioni (senza interfase): meiosi I (divisa in profase I, metafase I, anafase I, telofase I) e meiosi II (divisa in profase II, metafase II, anafase II, telofase II). La profase I occupa la maggior parte del tempo perché in profase I (che si divide in leptotene, zigotene, pachitene, diplotene, diacinesi) vengono raggiunti entrambi gli obiettivi: appaiamento degli omologhi e si può avere il crossing-over (meccanismo che consente di avere una variabilità genica e avviene dopo che i due omologhi si sono appaiati. Non è un evento obbligatorioesempio: per il cromosoma 1 che è molto grande ci può essere più di un crossing over ma per il cromosoma 21 che è molto piccolo spesso neanche avviene). Dopo il crossing over gli omologhi rimangono appaiati, si dispongono nella piastra equatoriale, si riformano le fibre che partono dai centrioli. Le fibre vanno a confluire sui centromeri di ogni omologo quindi la retrazione di queste fibre determina la separazione degli omologhi. Alla fino della citodieresi avremo un corredo aploide. Dopo la meiosi I abbiamo un’ulteriore divisione: la meiosi II. L’evento più evidente è che ogni cellula darà luogo a 2 cellule, quindi avremo 4 cellule aploidi, quindi, anche qui si ha la separazione dei cromatidi per ogni singolo cromosoma. Dopo la meiosi II si formano due cellule che daranno origine ai gameti (spermatozoi o ovuli). Ricorda che lo zigote per dividersi deve entrare nel ciclo cellulare prima della fase S REGOLAZIONE ESPRESSIONE GENICA In ogni cellula durante il ciclo cellulare, in ogni momento troviamo geni attivi e non attivi, ci deve essere un meccanismo in grado di controllare l’attività di tutti i geni. Struttura del gene: ogni gene è controllato da una sequenza chiamata promotore che controlla l’attività del gene. Negli eucarioti ogni gene ha il suo promotore, nei procarioti un promotore controlla diversi geni. Procarioti: Quando si ha la trascrizione di questi geni uno di seguito all’altro, che sono controllati da un unico promotore, si ha un unico RNA messaggero, questa struttura viene definita operone, nei procarioti abbiamo due tipologie di esso: inducibili e reprimibili. Inducibili: in essi il controllo dell’operone è dato da una proteina (repressore) quindi un operone inducibile se non accade nulla è bloccato da questo repressore e non funziona, i geni non trascrivono. Il blocco viene inibito e si attiva la trascrizione in presenza di un substrato specifico. Gli operoni inducibili codificano degli enzimi che fanno parte di una via catabolica (operoni catabolici) e sono connessi con la liberazione di energia. Reprimibili: generalmente funziona sempre, è sempre attivo ma all’occorrenza viene inattivato quando ci sono particolari condizioni, ad esempio il prodotto finale della via metabolica inattiva questo gene (operoni anabolici). Operoni inducibili, costituiti da: geni strutturali (a,b,c), promotore (aria che riceve il gene) in cui troviamo una sequenza che viene chiamata operatore, poi abbiamo la presenza di un altro gene a monte del promotore che viene chiamato regolatore. Mentre i geni strutturali verranno bloccati il gene regolatore funziona sempre, dunque si trascrive un RNA messaggero la cui traduzione da luogo ad una proteina repressore. Sull’ operone inducibile la prima scoperta è stata fatta su dei batteri per mettere in rilievo la scoperta della regolazione dell’espressione genica, è stata fatta sui dei batteri specifici ovvero gli escherichia coli, che hanno la capacità di crescere in lattosio. È stato dunque studiato l’operone lattosio (lac operon) che è un operone inducibile. La presenza di lattosio induce la prescrizione di geni strutturali, in quanto il lattosio è un disaccaride formato da glucosio e galattosio, al battere interessa il glucosio di questo lattosio perché in condizioni di mancanza di glucosio la cellula morirebbe in quanto gli mancherebbe l’energia quindi l’operone lattosio è formato da tre geni strutturali che producono enzimi per utilizzare questo glucosio e quindi in condizioni di emergenza (se manca il glucosio). In caso di disponibilità di glucosio la proteina repressore (la quale stabilizza la struttura del DNA a forma di croce) si collega all’operatore. Se invece mancasse il glucosio, se al suo posto mettiamo il lattosio esso è il substrato che attiva l’operone in quanto entra nelle cellule e interagisce con la proteina repressore , le proteine dunque funzionano se raggiungono quella struttura che il DNA ha deciso perché se modificata la proteina non funziona più, il lattosio dunque modifica la struttura della proteina repressore e dunque la proteina non è più in grado di collegarsi all’operatore, significa che l’RNA polimerasi procede con l’apertura della doppia elica e trascrive i tre geni e quindi abbiamo degli enzimi che servono a utilizzare il lattosio. I tre enzimi (alfa, beta e gamma) trascrivono un RNA messaggero che viene tradotto, e tre geni danno la: beta galattosidasi, permeasi, transacetilasi. La galattosidasi e la transacetilasi servono a staccare quel glucosio contenuto nel lattosio, mentre la permeasi interagisce con la membrana della cellula batterica per aumentare la permeabilità al lattosio. Ora qui siamo in una situazione di emergenza, perché se questo processo si blocca e non va avanti la cellula muore in quanto non ha una molecola dalla quale estrarre energia, il problema della trascrizione è che l’RNA polimerasi è una proteina che strutturalmente è molto grande rispetto al punto del promotore dove si deve agganciare e avere la doppia elica, allora interviene il sito CAP, un’altra sequenza. Quest’ultimo è riconosciuto da una proteina chiamata appunto proteina CAP, si viene a creare un legame che favorisce l’ingresso della RNA polimerasi. Operoni reprimibili: (anabolici ovvero presiedono alla sintesi degli enzimi che entrano in un meccanismo di sintesi di qualche composto: meccanismo anabolico) la struttura dell’operone è identica l’unica differenza è che i geni strutturali sono più di 3, funzionano sempre fino a quando il prodotto dell’attività anabolica fungerà da repressore. Qui la proteina repressore viene sintetizzata in una forma inattiva il che significa che non c’è un legame repressore e operatore e quindi l’RNA polimerasi può aprire la doppia elica e sintetizza i geni. Esempio: operon per il triptofano che è uno di quei 20 amminoacidi che serve poi alla sintesi di proteine. Costantemente non abbiamo nessuna inibizione da parte della proteina repressore e l’RNA polimerasi trascrive questi geni, ognuno dei quali da luogo alla sintesi di enzimi che servono alla sintesi del triptofano il quale si trova all’interno della cellula a una determinata concentrazione. All’interno della cellula la concentrazione di triptofano aumenta fino a un valore soglia, il triptofano è il prodotto finale dell’ attività di questi enzimi per il processo di sintesi di esso stesso, va ad intervenire con la proteina repressore e questo determina che questa proteina assuma la sua struttura attiva (mentre prima era disattivata) e dunque può legarsi all’operatore e l’RNA polimerasi non può andare avanti, la trascrizione non avvien