Introduzione alla Biologia PDF

14/10/24 INTRODUZIONE La biologia studia la vita sotto tanti aspetti: 1. la struttura della cellula, le sue funzioni, il materiale genetico. 2. In che modo le nostre cellule scambiano energia con l’ambiente esterno. 3. La riprodu...

14/10/24 INTRODUZIONE La biologia studia la vita sotto tanti aspetti: 1. la struttura della cellula, le sue funzioni, il materiale genetico. 2. In che modo le nostre cellule scambiano energia con l’ambiente esterno. 3. La riproduzione, i cicli vitali. 4. In che modo il nostro organismo cerca di mantenere l’omeostasi (equilibrio interno dell’organismo). 5. I processi evolutivi. Il nostro organismo è caratterizzato da diverse cellule per forma e per funzione. Tutte le cellule sono circondate da una membrana plasmatica, importante perché separa ciascuna cellula dall’ambiente circostante; essa permette anche il passaggio selettivo di sostanze dall’interno all’esterno della cellula e viceversa. All’interno del nucleo c’è il DNA. Al loro interno le cellule sono altamente complesse, ci sono tanti organuli che svolgono speci che funzioni. Essi in particolare collaborano tra di loro, mantenendo così la cellula in vita. Basi cellulari della vita Ci sono due tipi di organismi: Gli unicellulari sono caratterizzati da una cellula, si tratta di organismi piccoli come i protozoi. I pluricellulari sono caratterizzati da tante cellule che unendosi formano i tessuti (es. l’epidermide è formato da tante cellule simili che si uniscono per formare il tessuto più tessuti si uniscono per formare gli organi essi si uniscono a formare gli apparati). Storia della cellula Le cellule hanno dimensioni microscopiche, eccetto qualche cellula possono essere guardate ad occhio nudo. Hooke fu il primo ad osservare le cellule al microscopio, osservò le cellule del tappo di sughero a metà del XVII secolo. Chiamò le parti che vide celle e di qui il termine cellula. Egli vide cellule morte. Dopo altri studiosi come Scheider e Schwann osservarono che tutti le piante e gli animali sono caratterizzati da cellule. Si scoprì poi il processo di divisione cellulare, coniata così la teoria cellulare tutti gli organismi sono caratterizzati da cellule e ogni cellula deriva dalla divisione di una cellula preesistente. Nel 1880 Weissmann affermò che tutte le cellule viventi hanno un antenato comune. La cellula è l’unità costituzionale di tutti gli organismi viventi. Ci sono due tipi di cellule: fi  Procariote: cellule più semplici e primitive, più piccola rispetto all’eucariotica Caratteristiche strutturali: -capsula -parete cellulare, all’interno della quale c’è la membrana cellulare, protetta dagli stress osmotici dai peptidoglicani. Caratteristiche interne: -citoplasma -nucleoide, che contiene il materiale genetico, che con alcune proteine costituisce un singolo cromosoma di forma circolare. -un’unica categoria di organuli, cioè i ribosomi (caratterizzati da RNA e alcune proteine), i quali si occupano della sintesi proteica. -plasmidi, piccoli lamenti circolari di DNA presenti nei batteri - pili - agello Eucariotiche: il nostro organismo, le piante. Caratteristiche: -membrana plasmatica, la quale ha diverse funzionimorfologica, regolatrice, compartimentizzazione e di riconoscimento -citoplasma, che è caratterizzato da organuli citoplasmatici e dal citosol. All’interno del citoplasma e del nucleo si trova il citoscheletro. Diversi organuli: -reticolo endoplasmatico liscio, che si occupa della sintesi dei lipidi, della detossi cazione e dell’accumulo ione-calcio -reticolo endoplasmatico rugoso, che si occupa della sintesi, della produzione e del ripiegamento delle proteine fl fi fi  -apparato del Golgi, che si occupa delle modi cazioni chimiche nei lipidi e nelle proteine e della concentrazione di enzimi nelle vescicole idrolasiche -lisosoma, che ha una funzione fagocitica -perossisoma, che ha una funzione di ossidazione (perossidasi) e di degradazione (catalasi) -mitocondrio, che ha diverse funzioni: respirazione cellulare (fondamentale per produrre energia ATP), metabolismo dei lipidi, accumulo cationi, apoptosi. -cloroplasto, che si occupa della fotosintesi cloro lliana e hanno una funzione di deposito - nucleo, che si occupa della replicazione, della trascrizione e della sintesi dei ribosomi Entrambe circondate da una membrana plasmatica, protegge la cellula regola gli ingressi e le uscite. Forma e funzione Nei sistemi biologici c’è un’importante correlazione tra forma e funzione. Ogni cellula del nostro organismo ha una forma diversa (la struttura di base è la stessa). Diversi esempi: I globuli rossi hanno la forma schiacciata di un disco, la loro forma è così perché si devono muovere nel circolo sanguigno. Sono in grado di trasportare ossigeno. Il neurone è una cellula stellata che presenta un grande allungamento perché deve trasmettere impulsi nervosi. Le cellule muscolari hanno una forma allungata per consentire la contrazione muscolare che permette il movimento. La cellula della mucosa dell’intestino ha delle piccole estro essioni, le ciglia, e una forma di parallelepipedo in grado di assorbire sostanze nutritive. Il codice genetico Il DNA fu scoperto da Watson e Crick. Esso contiene tutte le informazioni, ha una struttura particolare, è caratterizzato da due catene di atomi che formano una struttura a doppia elica. L’unità di base del DNA sono i nucleotidi, che sono formati da una base azotata, da uno zucchero e da un gruppo fosfato. Si tratta di una molecola ereditariaLa cellula prima di dividersi deve duplicare il suo materiale generico e poi inizia il processo di divisione cellulare che porta alla formazione di due cellule identiche (mitosi). Il DNA oltre alla divisione cellulare è importante perché al suo interno ci sono istruzioni sottoforma di geni, importanti perché sono responsabili del controllo, dello sviluppo e del funzionamento di ciascun organismo. Inoltre, contengono le informazioni necessarie per codi care la sintesi di una speci ca proteina. fi fi fi fi fl Queste informazioni sono organizzate sotto forma di codice genetico, formato da un codone, cioè una sequenza di 3 nucleotidi lungo l’mRNA che codi ca l’informazione per l’inserimento di uno speci co amminoacido, cioè la base delle proteine. Gli amminoacidi combinandosi tra di loro formano le proteine, le quali hanno diverse funzioni. Il DNA è organizzato per sintetizzare le proteine: l’informazione passa dal DNA all’RNA attraverso la trascrizione e poi tradotto da RNA a proteina. Tutte le proteine sono codi cate a partire da una sequenza che si trova nel DNA. Nelle cellule le informazioni sono trasmesse attraverso segnali chimici ed elettrici: neuroni, cioè i neurotrasmettitori (elettrici) ormoni (chimici) proteine di riconoscimento, i recettori Scambio di materia e di energia La biologia studia lo scambio di materia e di energia, perché tutti i processi vitali richiedono un continuo apporto di energia per svolgere tutte le attività metaboliche. C’è un continuo scambio di energia da un organismo all’altro e parte di energia viene persa sottoforma di calore, che non può essere utilizzato. Nelle nostre cellule l’energia è prodotta attraverso la respirazione cellulare che avviene nei mitocondril’energia contenuta nelle molecole dei nutrienti è trasformata (attraverso processi chimici) in una forma di energia utilizzabile dalla cellula. Ad esempio, il glucosio attraverso reazioni chimiche è trasformato in ATP. Fotosintesi cloro lliana * Ciclo vitale e riproduzione Gli organismi hanno la capacità di riprodursi dando vita ad organismi simili, la crescita di un individuo è dovuto all’aumento del numero delle cellule. Ci sono due riproduzioni: Asessuata: i gli che nascono da quell’unico genitore sono geneticamente identici tra loro e al genitore. Sessuata: riproduzione che prevede l’interazione tra due tipi di cellule che vengono da due organismi diversi, ad esempio, la cellula uovo e lo spermatozoo. Si ha la fecondazione di due gameti che provengono da due genitori, la donna produce la cellula uovo, l’individuo maschile gli spermatozoi, che entrando nella cellula uovo formano lo zigote. Con le varie fasi dello sviluppo si ottiene la crescita dell’individuo. Reazioni agli stimoli e omeostasi Le attività metaboliche sono fondamentali per il nostro organismo perché fanno mantenere l’omeostasi (stato di equilibrio interno) e per il mantenimento del ph, cioè il mantenimento di speci ci ioni. Quando si parala di stimoli si parla di tutto ciò che provoca una risposta da parte dell’organismo. Ad esempio, quando il corpo si surriscalda si attiva l’ipotalamo, aumenta il usso sanguigno della pelle e c’è una dispersione di calore e il tasso metabolico diminuiscesegue quindi una diminuzione dei movimenti, la rimozione degli indumenti e la ricerca di un luogo più frescoripresa dell’omeostasi fi fi fi fi fi fi fl  Al contrario quando il corpo si raffredda perché le temperature si abbassano, si attiva l’ipotalamo, diminuisce la dispersione di calore attraverso la pelle, aumenta il tasso metabolico e c’è la contrazione muscolaresegue un aumento dei movimenti, la copertura attraverso gli indumenti e la ricerca di un luogo più caldoripresa dell’omeostasi Anche le piante rispondono agli stimoli dell’ambiente esterno, esse crescono in direzione della luce. Anche negli animali ci sono meccanismi di termoregolazione in modo tale da mantenere la temperatura corporea entro determinati valori nonostante la variazione della temperatura esterna. Evoluzione e varietà della vita L’evoluzione è il processo di cambiamento nel tempo. Il padre dell’evoluzione è Darwin. Da semplici microrganismi si è veri cata un’evoluzione che ha portato ad organismi più complessi. La testimonianza di questa evoluzione è stata data da prove scienti che, come i fossili. Darwin era glio di un medico, durante il percorso di teologia conobbe un professore di botanica, fu da lui incoraggiato e iniziò a studiare la natura. Partì con una otta, approfondì lo studio della natura intono a sé, raccolse molti fossili e alla ne postulò la teoria dell’evoluzione. Nel suo libro attesta che tutte le specie viventi di oggi derivano da specie ancestrali, il meccanismo fondamentale che sta alla base dell’evoluzione è la selezione naturale, sopravvive il più forte, chi si adatta meglio all’ambiente. Chi non si adatta muore prima di riprodursi. La selezione naturale, quindi, implica che gli individui con tratti vantaggiosi per l’ambiente possono sopravvivere. Esempio delle giraffe: le giraffe con il collo corto muoiono perché non arrivano alle foglie dell’albero. Darwin osservò 14 specie di fringuelli nelle isole delle Galapagos, derivavano tutte dalla stessa specie ancestrale che poi si erano evolute. Alcuni con becco appuntito, altri più lungo, questo perché si dovevano adattare all’ambiente circostanze. Ci sono tra 10 e oltre 100 milioni di specie differenti. È necessario, dunque, avere dei sistemi organizzativi che possano dare un nome a queste molteplici specie. Sistematica: studia le diversità degli organismi e le loro correlazioni evolutive. Tassonomia: rientra nel campo della sistematica e studia la classi cazione degli organismi per nomenclatura. Specie: gruppo di organismi con struttura, funzione e comportamento simile. Ci sono 3 grandi gruppi: EubatteriDOMINIO BACTERIAunicellularies. eubatterio “Bacillus anthracis” che provoca il carbonchio, una malattia che colpisce il bestiame e i greggi ma che talvolta può colpire anche l’uomo. Archeobatteri DOMINIO ARCHEA unicellularies. archeobatteri che producono metano EucariotiDOMINIO EUKARIA pluricellulariprotisti, funghi, piante, animali L’evoluzione parte da organismi unicellulari che poi si sono evoluti in pluricellulari. Gli eucarioti sono organizzati in 4 regni: fi fi fi fi fl fi  Regno delle piante organismi complessi, pluricellulari autotro che svolgono la fotosintesi Regno dei funghi funghi e lieviti, no fotosintesi, quindi si nutrono prendendo i nutrienti attraverso secrezioni di enzimi speci ci Regno degli animaliper sopravvivere hanno bisogno del nutrimento, tratto dagli altri organismi, sono eterotro Regno dei protisti alghe, le muffe, organismi unicellulari o pluri, ma molto semplici. Sono le prime cellule che si sono evolute a partire da quella procariotiche. Alcuni si sono adattati alla fotosintesi, ad esempio le alghe. Gli organismi possono essere classi cati in: Autotro da soli provvedono alla produzione di sostanze nutritive; es. piante Eterotro ricavano le sostanze nutritive dall’esterno NOZIONI DI CHIMICA Gli organismi viventi sono caratterizzati da: O (ossigeno)necessario per la respirazione cellulare, presente nella maggior parte dei composti organici. Costituente fondamentale dell’acqua. fi fi fi fi fi fi  C (carbonio)costituisce lo scheletro delle molecole organiche. Può formare 4 legami con altri atomi H (idrogeno)presente in tutti i composti organici e nell’acqua. Lo ione idrogeno (H*) è coinvolto in alcuni trasferimenti di energia N (azoto)componente delle proteine, degli acidi nucleici e della cloro lla nelle piante. Ca (calcio)componente strutturale delle ossa e dei denti; lo ione calcio è importante per la contrazione muscolare, per la conduzione dell’impulso nervoso e per la coagulazione del sangue. È associato alla parete cellulare delle piante. P (fosforo)componente degli acidi nucleici e fosfolipidi di membrana; componente strutturale delle ossa e importante nel trasferimento di energia. K (potassio)lo ione potassio (K+) è un importante ione positivo (catione). Importante nella funzione nervosa e nella contrazione muscolare. Controlla anche l’apertura degli stimoli nelle piante. S (zolfo)presente nella maggior parte delle proteine Na (sodio)lo ione (Na+) è un importante ione positivo (catione). Fondamentale nell’omeostasi dei liquidi, nella fotosintesi delle piante ed essenziale nella conduzione dell’impulso nervoso. Mg (magnesio)necessario nel sangue e nei tessuti animali, è una componente della cloro lla nelle piante e, inoltre, attiva molti importanti sistemi enzimatici Cl (cloro)lo ione cloro (Cl-) è il principale ione negativo (anione). È importante per il bilancio idrico ed essenziale nella fotosintesi Fe (ferro)costituente dell’emoglobina, attiva certi enzimi Si tratta di atomi che si uniscono tra di loro attraverso legami per formare molecole stabili. Si tratta di elementi fondamentali per il nostro organismo, l’O, ad esempio, è importante per la respirazione cellulare, lo troviamo sottoforma di O2, due atomi di ossigeno si uniscono e ottengono stabilità. Sono elementi fondamentali per mantenere l’omeostasi. Questi elementi non possono essere scissi: gli atomi sono caratterizzati da protoni, neutroni ed elettroni. Il nucleo atomico è dato da protoni (carica positiva) e neutroni (carica neutra) che si trovano al centro, mentre gli elettroni (carica negativa) si trovano all’esterno e rotano intorno al nucleo atomico formano la nube elettronica. In ogni atomo il numero delle cariche positive è uguale a quello delle cariche negative. La tavola periodica Gli elementi sono raggruppati nella tavola periodica, sono classi cati al suo interno seguendo un ordine preciso, cioè seguendo il numero atomico crescente. All’ interno della tavola periodica sono posizionati secondo l’elettronegatività, cioè la capacità di un atomo di attrarre a sé gli elettroni, essa cresce da sinistra verso destra e dal basso verso l’alto. È importante l’elettronegatività per stabilire il tipo di legame che formano i due atomi. I legami Le molecole sono atomi legati tra loro mediante legami covalenti. Gli atomi possono formare un numero speci co di legami, ad esempio, l’H 1, l’N 3. fi fi fi fi  Il legame covalente l’H può formare un solo legame, ciò dipende dagli elettroni presenti nella nube. I due H con i due elettroni da soli si uniscono e formano un legame, di qui H2. Lo stesso vale per l’ossigeno per arrivare ad O2. Il legame covalente è molto stabile, si distingue in polare e apolare. -Apolare tra due atomi identici senza cariche, tipo tra due H, hanno la stessa elettronegatività. -Polare se invece gli atomi hanno diversa elettronegatività. Ad esempio, nella molecola dell’acqua, ossigeno e idrogeno hanno elettronegatività diverse, si tratta quindi di un legame polare. Sull’ossigeno resta una parziale carica negativa perché è più elettronegativo, mentre sull’h c’è più carica positiva. Legame ionico  quando l’elettronegatività tra due atomi è molto differente, ad esempio tra cloro e sodio. Il legame ionico si forma quando si formano cariche elettriche di segno opposto, perché se l’atomo è troppo elettronegativo strappa l’elettrone dall’atomo con elettronegatività più bassa. Esso diventa ancora più carico negativamente, l’atomo che perde l’elettrone diventa carico positivamente. Il cloro molto elettronegativo strappa l’elettrone al sodio, il cloro diventa negativo, il sodio che perde l’elettrone diventa positivo. Legame ad idrogeno si tratta di un legame poco stabile che si forma tra un atomo con parziale carica negativa e un atomo di H, legato covalentemente all’O o all’N. Interazioni di van der Waals Si trovano tra i fosfolipidi della membrana, si tratta di interazioni debolissime tra molecole apolari, cioè quelle neutre senza carica. Il punto di forza di questa interazione è che in una catena lunga come quella delle code dei fosfolipidi portano ad un’interazione importante che in questo caso è fondamentale per mantenere l’integrità della membrana. Le molecole L’elemento costituente è l’acqua negli organismi circa 70% considerando il nostro peso corporeo. L’acqua è fondamentale anche per la fotosintesi, per la respirazione cellulare. Oltre all’acqua abbiamo ioni inorganici 1%: * E poi ci sono le molecole organiche: carboidrati, lipidi, acidi nucleici, proteine, vitamine. Le molecole idro liche sono gli ioni e le molecole polariaf nità con l’acqua, solubile in acqua. Lipo lo e idrofobico: solubili nei solventi apolari e non solubili in acqua Gruppi funzionali Le molecole organiche presentano gruppi funzionali, ci permettono di dire se una molecola è polare, apolare, lipo la, idro la. OH gruppo ossidrilico, è una molecola polare perché l’O elettronegativo attrae gli elettroni del legame covalente CO doppio legame gruppo carbonilico, è una molecola polare per l’O. Si suddivide in: -aldeidi, nei quali il carbonio è legato con almeno un atomo di H fi fi fi fi fi  -chetoni, nei quali il carbonio è legato ad altri due atomi di carbonio COOH gruppo carbossilico, è una molecola polare; debolmente acido, può rilasciare uno ione H+ NH2 gruppo amminico, è una molecola polare perché c’è H; debolmente basico, può accettare uno ione H* PO4 gruppo fosfato, è una molecola polare perché c’è O, debolmente acido, possono essere rilasciati uno o più ioni H* SH gruppo sol drilico, è una molecola monomeri polare perché c’è H; aiuta a stabilizzare la struttura interna delle proteine. LE MACROMOLECOLE Proteine Acidi nucleici Carboidrati Lipidi fi  Le proteine (domanda di esame!!!) Sono macromolecole formate da mattoncini, cioè gli amminoacidi, dei monomeri, più monomeri danno il polimero. Più monomeri danno la catena polipeptidica. Un gene codi ca un’intera catena polipeptidica. Le proteine hanno diverse funzioni: Proteine enzimatichecioè gli enzimi (catalizzatori biologici) catalizzano (velocizzano) le reazioni chimiche, che hanno la necessità di essere veloci. Le reazioni chimiche avvengono comunque senza enzimi, ma senza di essi sono lente. Proteine strutturaliproteine che rafforzano e proteggono le cellule e i tessuti. Ad esempio, formano il citoscheletro, fondamentale perché permette alla cellula di mantenere la sua forma; collagene, dà alle cellule una speci ca forma Proteine di riserva nutrienti di riserva; particolarmente abbondanti nelle uova, e nei semi Proteine di trasporto la membrana regola il passaggio delle sostanze, alcune hanno bisogno delle proteine per passare la membrana, ad esempio ioni, glucosio, amminoacidi; trasportano speci che sostanze tra le cellule, ad esempio, l’emoglobina trasporta l’ossigeno nei globuli rossi. Proteine di regolazionealcune sono ormoni (insulina); alcune controllano l’espressione di speci ci geni Proteine di movimentopartecipano al movimento cellulare, ad esempio, actina e miosina, sono fondamentali per la contrazione muscolare. I microtubuli che entrano a far parte del fuso mitotico, importante per garantire la separazione dei cromosomi durante la divisione cellulare. Proteina di difesaproteine che proteggono da agenti estranei, ad esempio, gli anticorpi, formati da 4 catene polipeptidiche, giocano un ruolo fondamentale nel sistema immunitario Gli amminoacidi Caratterizzati da un carbonio centrale, esso può formare 4 legami, per cui in questo caso: gruppo amminico NH2 atomo di idrogeno H gruppo carbossilico COOH gruppo R, catena laterale In natura ci sono 20 amminoacidi, hanno tutti questa struttura di base. Ciò che ci permette di distinguere un amminoacido da un altro è la catena R, il resto è sempre tutto uguale. Ci sono due forme dell’amminoacido, la forma ionizzata e la forma non ionizzata. Per ionizzata si intende che ci sono delle cariche, carica negativa sul gruppo carbossilico, carica positiva sull’atomo di idrogeno. Quando ci si trova in un sistema acquoso gli amminoacidi assumono la forma ionizzata in cui c’è la separazione delle cariche. Classi cazione degli amminoacidi in base alla catena laterale dal punto di vista della struttura chimica: fi fi fi fi fi  non polari (idrofobici, non hanno af nità con i solventi polari)amminoacidi in cui si trovavano nella catena laterale R atomi di C e H, per cui manca O (proprio perché sono apolari) polari (idro li)amminoacidi in cui si trovano nella catena laterale R ci sono atomi di O elettricamente carichiamminoacidi che si distinguono in acidi e basici, in base alla carica positiva o negativa che si trova sulla catena laterale. Gli acidi presentano una catena laterale con un gruppo carbossilico con carica negativa sull’atomo di OACIDO ASPARTICO E ACIDO GLUTAMNICO I basici presentano una catena laterale con il gruppo amminico con carica positiva sull’atomo di H Classi cazione degli amminoacidi dal punto di vista nutrizionale: amminoacidi essenziali introdotti con la dieta, il nostro organismo non è in grado di sintetizzarli oppure non ne produce a suf cienza per il nostro fabbisogno (isoleucina, leucina, lisina, valina, fenilalanina, treonina, triptofano, metionina, istidina. C’è anche l’arginina, un amminoacido che nei bambini viene sintetizzato in quantità non suf ciente per la crescita) amminoacidi non essenzialiquelli che il nostro organismo riesce a sintetizzare Il legame peptidico Il legame peptidico si crea tra gli amminoacidi della catena polipeptidica. Si tratta di un legame forte, perché deve dare la possibilità a questa catena e quindi poi alla proteina di svolgere la sua funzione, quindi è un legame covalente. Processo: Il legame peptidico si forma tra il carbonio del gruppo carbossilico del primo amminoacido e l’azoto del gruppo amminico dell’amminoacido adiacente. Ovviamente la creazione di questo legame implica la perdita di qualche atomo, in questo caso si perdono due atomi di H e uno di O, sottoforma di molecola di acqua H2O. Legando due amminoacidi si forma un dipeptide, se ne leghiamo tre si forma un tripeptide, se ne leghiamo quattro un tetrapeptide e così via. Tanti amminoacidi formano una catena polipeptidica. La catena polipeptidica è la struttura base della proteina, facciamo quindi riferimento con la catena polipeptidica alla sequenza di amminoacidi legati tra di loro mediante il legame peptidico (cioè un legame covalente). Le proteine differiscono per il numero, per il tipo e per l’ordine degli amminoacidi. fi fi fi fi fi  Livelli di organizzazione delle proteine Struttura primaria sequenza degli amminoacidi che formano la catena polipeptidica. Struttura a “collana di perle”, lineare, amminoacidi in sequenza legati tra loro con legami peptidici. Ogni catena presenta un gruppo amminico terminale e un gruppo carbossilico terminalequesta struttura semplice e lineare non può permettere alla proteina di svolgere la sua funzione perché per poterlo fare ha bisogno di una complessa struttura tridimensionale. DOMANDA D’ESAMEIL LEGAME CHE SI CREA TRA GLI AMMINOACIDI è IL LEGAME PEPTIDICO (LEGAME COVALENTE) Struttura secondaria struttura caratterizzata dalla formazione di legami ad idrogeno nella catena polipeptidica. Essa può ripiegarsi su sé stessa in due modalità, alfa elica e foglietto beta e forma dei legami ad idrogeno. Alfa elica: la collana di perle si attorciglia formando un’elica, al suo interno si formano legami ad idrogeno, che permettono alla catena di avere quella struttura a spirale. Beta foglietto ripiegato: la catena in questo caso grazie ai legami ad idrogeno può ripiegarsi, nella regione centrale si forma il beta foglietto ripiegato. In una proteina di grandi dimensioni troviamo in alcune regioni alfa elica, in altre regioni beta foglietto ripiegato. NELLA STRUTTURA SECONDARIA SI TROVANO LEGAMI AD IDROGENO E I LEGAMI POLIPEPTIDICI!! Struttura terziaria struttura tridimensionale della proteina, la forma che la proteina assume nello spazio. Rappresenta la forma complessiva della catena polipeptidica. I legami si formano tra i gruppi R di ciascun amminoacido, si tratta di: legami ad idrogeno, legami ionici, legami covalenti (in particolar modo i ponti disolfuro, dei legami SS, zolfo-zolfo che si formano tra due residui dell’amminoacido cisteina, che contiene un gruppo sol drilico SH. Quando i due amminoacidi si avvicinano formano i legami zolfo- zolfo, che prende il nome di ponte disolfuro), interazioni idrofobiche (interazioni apolari che si formano quando due residui apolari formati solo da H e C si avvicinanointerazioni piuttosto deboli) NELLA STRUTTURA TERZIARIA CI SONO LEGAMI AD IDROGENO, LEGAMI COVALENTI (TRA CUI IL PETIDICO), LEGAMI IONICI E INTERAZIONI IDROFOBICHE!!! fi  Struttura quaternariaa differenza della struttura terziaria che ce l’hanno tutte, la struttura quaternaria non è presente in tutte le proteine. Si trova solo nelle proteine che formano più catene peptidiche, che stabiliscono tra di loro delle interazioni. Con una sola catena polipeptidica si ha solo la struttura terziaria, se ci sono più catene si ha la struttura quaternaria. I legami sono gli stessi della struttura terziaria, ma con pochi disolfuro. Es: l’emoglobina che trasporta l’ossigeno è formata da 4 catene polipeptidiche, che interagiscono tra di loro attraverso i legami che si presentano, per formare la struttura quaternaria. Nell’emoglobina ci sono due catene di alfa elica e due di beta ripiegato. NELLA STRUTTURA QUATERNARIA CI SONO GLI STESSI LEGAMI DELLA TERZIARIA!!! Un gene è un pezzetto del nostro DNA, esso contiene le informazioni necessarie per la sintesi di una catena polipeptidica. Gli acidi nucleici gli acidi nucleici sono il DNA e l’RNA. Il Dna è il depositario dell’informazione genetica, al suo interno sono contenute le informazioni necessarie per la sintesi delle proteine ed è importante per la trasmissione dei caratteri ereditari. I mattoncini che caratterizzano la base degli acidi nucleici sono i nucleotidi, un nucleotide è formato da: Uno zucchero a 5 atomi di carboniozucchero pentoso Un gruppo fosfato (1 atomo di fosforo e 4 di ossigeno PO4) Una base azotata Il nucleotide è caratterizzato dallo zucchero a 5 atomi di carbonio (ribosio) che si lega da un lato ad un gruppo fosfato e dall’altro ad una base azotata. Tanti nucleotidi si legano tra di loro a formare un polimero che prende il nome di catena polinucleotidica. DNA ed RNA sono quindi polimeri di nucleotidi. Le basi azotate sono classi cate in due gruppi: Basi pirimidinicheformate da un solo anello a 6 atomicitosina C, timina (T), uracile (U) Basi puriniche formate da due anelli condensati tra di loro, uno a 6 atomi e uno a 5 atomiadenina (A), guanina (G) Il tipo di base azotata permette di distinguere un nucleotide dall’altro. All’interno delle nostre cellule non ci sono solo nucleotidi che formano gli acidi nucleici, ma anche altri nucleotidi che hanno funzioni diverse, ad esempio l’ATP, cioè l’adenosina fi trifosfato, si tratta del carburante della cellula. Ma l’atp pur essendo un nucleotide è un nucleotide trifosfato, perché anziché legare un solo gruppo fosfato ne lega 3 e la base azotata è l’adenina. L’atp fornisce energia alla cellula grazie alla rottura dei legami presenti all’interno del gruppo fosfato. Altri nucleotidi intervengono nella trasduzione del segnale, fungendo da secondi messaggeri. GLI AMMINOACIDI SONO LEGATI TRA DI LORO TRAMITE LEGAMI COVALENTI (I LEGAMI PEPTIDICI), LO STESSO ACCADE NEI NUCLEOTIDI PERCHE’ ESSI SONO LEGATI DAL LEGAME FOSFODIESTERICOIMPORTANZA DEL LEGAME COVALENTE CHE CONFERISCE FORZA E STABILITA’ Legame fosfodiesterico Legame 3’ 5’ che si forma tra il gruppo fosfato di un nucleotide e il residuo ossidrilico OH dello zucchero di un nucleotide adiacente. Si chiama fosfodiesterico proprio perché c’è un gruppo fosfato. Le basi azotate non partecipano al legame. Esse formano un atro tipo di legame fondamentale per la struttura del DNA. DNA e RNA Il DNA è formato da due catene polinucleotidiche (formata da tanti nucleotidi), che formano la struttura a doppia elica. Ha un peso maggiore dell’RNA perché può raggiungere anche una lunghezza di 2m. Come basi azotate presenta l’adenina, la citosina, la guanina e la timina. Lo zucchero è il desossiribosio. L’RNA è formato da una catena polinucleotidica. Come basi azotate troviamo l’adenina, la citosina, la guanina e l’uracile. Lo zucchero è il ribosio. Ci sono diversi tipi di RNA, quelli che noi analizzeremo sono: mRNAmessaggero tRNAdi trasporto rRNAribosomiale, componente della struttura dei ribosomi (organuli che sono predenti nelle cellule importanti per la sintesi delle proteine) snRNAsmall nuclear, importante per il processo di trascrizione Recentemente sono state individuate diverse molecole di RNA che svolgono una funzione enzimatica, catalizzano i processi chimici. I carboidrati  Idrati del carbonio(CH2O)n. Il più importante è il glucosio: C6H12O6. Sono chiamati zuccheri o saccaridi, siccome hanno atomi di ossigeno sono idro li, sono polari (solubili in acqua) perché hanno numerosi gruppi ossidrilici e un gruppo carbonilico. Funzioni dei carboidrati Sono un’importante risorsa energeticaa partire dal glucosio attraverso la respirazione cellulare sono sintetizzare le molecole di ATP Funzione strutturalenella struttura degli acidi nucleici c’è lo zucchero Importanti per il riconoscimento cellularesono quindi implicati nelle reazioni immunitarie, nei fenomeni di rigetto, nelle infezioni virali etc.) Inoltre, nella membrana plasmatica si trovano i fosfolipidi, ma ci possono essere anche le proteine (glicoproteine) o i lipidi (glicolipidi). I glicolipidi legano un carboidrato, essi permettono alle cellule o di riconoscersi tra di loro per formare un tessuto oppure permettono alle cellule di riconoscere le sostanze estranee e di eliminarle. Sono anche recettori, si trovano nella membrana plasmatica, importanti perché ci permettono di riconoscere un messaggio extracellulare da uno intracellulare. Le cellule per comunicare tra di loro si mandano dei segnali, per riconoscerli utilizzano i recettori di membrana che permettono di riconoscere il segnale che è stato mandato da un’altra cellula. Le glicoproteine legano i carboidrati, sono sempre molecole di riconoscimento e di adesione e anche recettori Classi cazione in base alla loro grandezza molecolare Una catena polipeptidica è un polimero di amminoacidi, una catena polinucleotidica è un polimero di nucleotidi, una catena polisaccaridica è un polimero di monosaccaridi. Monosaccaridiun solo mattoncino, zuccheri semplici con più̀ gruppi. In base al numero di atomi di carbonio (3, 4, 5, 6,7), un monosaccaride un trioso, tetroso, pentoso o un esoso. Il glucosio è un monosaccaride con 6 atomi di carbonio. Disaccaridi2 unit monosaccaridiche legate covalentemente. Oligosaccaridi alcune unit monosaccaridiche (da 3 a 10) legate covalentemente (legame glicosidico) Polisaccaridipolimeri che consistono in catene di unit monosaccaridiche o disaccaridiche, legati sempre da un legame covalente, un legame monosaccaridico I monosaccaridi I monosaccaridi sono gli zuccheri pi semplici; contengono generalmente da 3 a 7 atomi di C. Tutti gli atomi di C legano un OH, tranne uno il quale legato ad un O mediante un doppio legame. Rientrano in questo gruppo il gliceraldeide e il diidrossiacetoneintermedi nel processo di respirazione cellulare. Hanno 3 atomi di C. fi à à ù è à è fi  Altri monosaccaridi importanti sono il ribosio e il desossiribosio, entrambi pentosi. Il ribosio negli acidi nucleici è rappresentato come pentagono, nelle cellule si trova sottoforma ciclica, perché siamo in soluzione acquose. Quando li troviamo in maniera lineare è perché è più semplice parlare della rottura dei legami. Il glucosio Alfa-glucosio Beta-glucosio I legami che ci sono tra i monosaccaridi sono legami covalenti, il legame si forma tra il C1 di una molecola e il C4 della molecola adiacente. C1 perché lo decide l’O, a partire da esso si inizia a numerare andando da destra verso sinistra si tratta di un legame 1-4 glicosidico (legame covalente).  Due amminoacidi c’è un legame peptidico, due nucleotidi legame fosfodiesterico, due monosaccaridi legame glicosidico. I disaccaridi Legando due monosaccaridi mediante il legame glicosidico si ottiene un disaccaride. Il maltosio è formato da due unità di glucosio. Quando lo assumiamo le nostre cellule per assumere lo zucchero rompono il legame glicosidico. Il glucosio viene usato poi nella respirazione cellulare. Il saccarosio, lo zucchero da tavolo, è formato da un’unità di glucosio e una di fruttosio. Quando mangiamo lo zucchero questo legame glicosidico viene rotto e si liberano così una molecola di glucosio e una di fruttosio. Il fruttosio è un intermedio nella glicolisi, quindi anche questo può essere usato per ricavare energia. Il lattosio è lo zucchero del latte, dato dal legame tra un’unità di glucosio e una di galattosio. I polisaccaridi Sono i carboidrati più abbondanti in natura, ad esempio gli amidi nelle patate, la cellulosa nelle piante, il glicogeno. Sono macromolecole che possono avere una catena lineare oppure una catena con delle rami cazioni. Possono avere funzione energetica (amido e glicogeno, utilizzati per produrre ATP), formano strutture stabili (la cellulosa si trova nelle piante per dare stabilità). L’amido è un polisaccaride di riserva che si trova nei vegetali, è formato da tanti monomeri di alfa-glucosio legati tra loro mediante un legame glicosidico (legame alfa 1-4 glicosidico). fi  Si trova in due forme: -amilosioforma lineare dell’amido -amilopectinaforma rami cata, circa 1000 monomeri di alfa-glucosio. All’interno degli amiloplasti ci sono amilopectina oppure amilosio. Questi granuli (amiloplasti) servono perché quando la cellula ha bisogno di energia vengono usati, vengono rotti i legami e vengono rilasciate unità di glucosio, utilizzate per fornire energia. Le nostre cellule hanno l’enzima, cioè l’amilasi, che è in grado di rompere il legame alfa 1-4 glicosidico. Le nostre cellule accumulano glucosio tramite il glicogeno. Il glicogeno è chiamato anche amido animale. Dal punto di vista della struttura molecolare assume una struttura rami cata formata da monomeri di alfa-glucosio legati tra loro mediante un legame glicosidico alfa 1-4. Quando mangiamo viene preso il glucosio dalle nostre cellule e attraverso un processo di glicogeno sintesi (processo di accumulo di glicogeno) formano il polimero del glicogeno. Quando facciamo attività sica intensa le nostre cellule hanno bisogno di tanto ATP, per cui si prende il glicogeno, si rompe il legame alfa glicosidico liberando il glucosioglicogeno lisi =rottura del glicogeno. Il fegato rappresenta un punto di detossi cazione, per fare ciò ha bisogno di tanto ATP, per cui lavora molto e accumula molto glicogeno, come accade, ad esempio, nelle cellule nervose o nelle cellule muscolari. La cellulosa è un polisaccaride presente nelle piante, ad esempio nel legno, nel cotone. È molto abbondante. Si trova anche nella parete cellulare che riveste la cellula eucariotica vegetale, in questo caso ha una funzione protettiva. Essa è formata da glucosio beta, si formano quindi tra questi monomeri legami beta 1-4 glicosidico, un legame diverso dall’alfa 1-4 glicosidico. Il nostro organismo non ha enzimi in grado di rompere questi legami beta 1-4, però la cellulosa è comunque un’importante macromolecola che è presente nelle bre della dieta, aiuta l’intestino a funzionare in maniera adeguata. Gli animali invece essendo erbivori come fanno ad ottenere nutrimento dalla cellulosa, se anche loro non hanno gli enzimi? Gli animali la usano come fonte di glucosio perché nel loro intestino contengono enzimi (prodotto da alcuni microrganismi della ora batterica) in grado di far digerire la cellulosa, per cui in grado di rompere il legame beta 1-4 glicosidico. Le reazioni tra polisaccaridi e monosaccaridi fl fi fi fi fi fi  In linea generale quando si sintetizza una molecola complessa a partire da una molecola semplice, quando sintetizziamo il glicogeno a partire dal glucosio abbiamo a che fare con una reazione di condensazione. I grandi polisaccaridi vengono sintetizzati grazie all’unione di tanti monomeri. Attraverso questa reazione vengono perse delle molecole di acqua e dall’unione di più monomeri si ottengono i polimerireazione di sintesi=condensazione Quando invece si rompono i polimeri per ottenere i monomeri si parla di reazioni di idrolisi, in cui grazie all’acqua si riesce a rompere il legame glicosidico e ad ottenere monomerireazione di degradazione=idrolisi I carboidrati possono essere detti anche glucidi. I lipidi Gruppo eterogeneo che non ha una struttura tipica simile tra di loro, ma ciò che li accomuna è che tutti sono solubili in solventi apolari (quelli che non contengono cariche (es. etere e cloroformio). Hanno queste caratteristiche perché sono formati da atomi di carbonio e idrogeni e hanno pochi gruppi funzionali che contengono atomi di ossigenoSe ci sono tanti atomi di carbonio e idrogeno allora la molecola sarà apolare, se invece contengono tanti atomi di ossigeno la molecola sarà polare. I lipidi tendono dunque ad essere idrofobici. I più importanti sono: Trigliceridi o grassi I fosfolipidi, che sono componenti delle membrane plasmatiche Gli steroidi I carotenoidipigmenti presenti nei vegetali Funzioni: Energetica: sono importanti carburanti biologici perché anch’essi vengono usati per sintetizzare ATP. Strutturale: fosfolipidi di membrana Ormonali: steroidi, lipidi a funzione ormonale I trigliceridi Sono abbondanti nel nostro organismo, hanno una funzione di riserva energetica perché quando vengono metabolizzati nelle nostre cellule forniscono o più del doppio dell’energia rispetto ai carboidrati. Le nostre cellule possono accumulare questi grassi, soprattutto all’interno di adipociti, cellule del tessuto adiposo, che hanno la funzione di accumulare questi grassi all’interno di granuli, cioè i citigrammi, e hanno la funzione di rilasciare questi grassi quando la cellula ha bisogno di energia. Struttura chimica: molecola di glicerolo che lega 3 catene di acidi grassi, che si riconoscono perché hanno sempre una lunga catena idrocarburica e acidi perché hanno il gruppo COH. Il trigliceride può essere chiamato anche triacil-gricerolo perché è formato da una molecola di glicerolo che lega 3 catene di acidi grassi. Parte della molecola è apolare, per cui anche se c’è l’O nel gruppo carbossilico, la catena idrocarburica degli acidi grassi è apolare ed è più abbondantei lipidi sono apolari, non solubili nei solventi polari, perché hanno tanti atomi di carbonio e idrogeno. La catena di acidi grassi può essere formata da semplici legami singoli che rendono la catena idrofobica e anche da legami doppi. Questi ultimi sono importanti perché piegano la catena, ciò permette alla membrana di essere essibile. L’olio, ad esempio, è liquido perché ci sono i doppi legami che rendono la catena essibile, la margarina invece è solida perché ci sono solo legami semplici che non permettono alla catena di piegarsi. Quando ci sono legami semplici gli acidi grassi sono saturi, quando ci sono i doppi legami gli acidi grassi sono insaturi (acido gliconeico e paraglicoico). I fosfolipidi Ruolo chiave perché sono i principali componenti delle membrane biologiche (tutte le cellule eucariotiche o procariotiche che siano sono circondate dalla membrana plasmatica). Sono formati da una molecola di glicerolo che lega due catene di acidi grassi, per cui l’altro carbonio lega un gruppo fosfato che a sua volta lega un gruppo polare (carica positiva). Si tratta quindi di una molecola an patiche, perché hanno componenti che le rendono idro le e altri che li rendono idrofobiche. Ecco perché formano nella membrana un doppio strato fosfolipidico, in cui si fl fl fi fi distingue la testa idro la, quindi, polare (formata dal gruppo fosfato e il composto polare) che è quindi a contatto con l’acqua nel versante intra cellulare (citoplasma) o extracellulare e la coda idrofobica (formata dalle catene di acidi grassi) rivolta verso l’interno. Gli steroidi Formati da atomi di C e di H, c’è solo un gruppo OH. Ci sono 4 anelli di atomi di C con una catena laterale idrofobica e un gruppo ossidrilico. Tra i più importanti: il colesterolo, i Sali biliari, gli ormoni sessuali (cortisolo, cioè l’ormone dello stress, il testosterone). Il colesterolo è importante perché è presente nelle membrane plasmatiche. Il gruppo OH si trova sopra, a contatto con la parte apolare I carotenoidi Pigmenti presenti nelle cellule eucariotiche vegetali. Es. il beta carotene. Svolgono un ruolo chiave nella fotosintesi. Struttura: Formati da monomeri idrocarburici a 5 atomi di carbonio (unit isopreniche). fi à  28/10/24 LA CELLULA La cellula è l’unità fondamentale degli organismi viventi. La teoria cellulare afferma che, tutte le cellule sono simili e derivano da un antenato comune. Il primo scienziato che osservò le cellule fu Hooke che costruì un microscopio e osservò il sughero. C’erano tante cellette che gli facevano pensare alle celle dei monaci, per cui il nome cellula. Le cellule che osservò però erano cellule morte. Altri due studiosi, Scheider e Schwann, si resero conto che tutti gli esseri viventi sono costituiti da cellule e Virchow studiò la divisione cellulare. Le dimensioni della cellula Le dimensioni delle cellule sono variabili, da strutture nanometriche all’uomo. Pur essendo variabili le dimensioni la maggior parte delle cellule ha dimensioni microscopiche (cell. epiteriali 50 micrometri, globuli rossi 10 micrometri, la cellula uovo si può osservare ad occhio nudo, ma per visualizzare le strutture intracellulari c’è bisogno del microscopio). I microscopi Nel tempo diversi microscopi: ottico (potere di risoluzione di 100 micrometri), elettronico, che si distingue tra quello a trasmissione (permette di visualizzare le strutture presenti all’interno della cellula), quello a scansione (permette di osservare la struttura tridimensionale). Le immagini sono in bianco e nero, ma sono stati elaborati coloranti che permettono di evidenziare l’organello di interesse. Cellule eucariotiche e procariotiche Ci sono 2 tipi di cellule: eucariotiche e procariotiche, tutte circondata da una membrana plasmatica (un sottile rivestimento che circonda tutte le cellule). Esse differiscono tra di loro, per dimensione ma anche per l’organizzazione interna. Le cellule eucariotiche sono caratterizzate dalla presenza di una struttura centrale, cioè un organulo, chiamato nucleo, che contiene il DNA. Oltre al nucleo ci sono tanti altri organuli che svolgono funzioni speci che, funzioni necessarie per svolgere le attività metaboliche e quindi per sopravvivere. Le cellule procariotiche sono di dimensioni più piccole e presentano una scarsa organizzazione cellulare, perché non hanno il nucleo e neanche tutti gli organelli con attività speci che. Il DNA è localizzato nell’area nucleare o nucleoide, il DNA in questo caso si trova a contatto con il materiale denso, cioè il citoplasma, non è circondato da un rivestimento. I ribosomi sono gli organuli che entrambe le cellule hanno in comune, perché rappresentano la sede della sintesi delle proteine. fi fi  Cellule procariotiche Sono formate da: Parete cellulare che riveste la membrana plasmatica Membrana plasmatica che separa il contenuto della cellula dall’ambiente esterno. Citoplasma Il materiale genetico nell’area nucleare, a contatto con il citoplasma, nel nucleolo. Questo materiale genetico con alcune proteine forma un singolo cromosoma di forma circolare Ci sono poi i ribosomi e poi dei granuli importanti perché possono contenere il glicogeno, attraverso cui si accumula glucosio. Prolungamenti che si chiamano agelli che sono importanti per la locomozione. La differenza tra i agelli dell’eucariotica e della procariotica sta nelle proteine che li caratterizzano. Nella procariotica c’è la proteina agellina, nell’eucariotica ci sono i mitocondri. Estro essioni, cioè i pili, importanti per la riproduzione della procariotica. Mancano di organelli citoplasmatici Cellula eucariotica Ci sono due cellule eucariotiche: la vegetale e l’animale. Nelle vegetali c’è un grosso vacuolo, che contiene acqua, ma anche sostanze di scarto. È circondata anche da un ulteriore rivestimento, cioè la parete cellulare (nelle animali non c’è). Presentano un organulo particolare, il cloroplasto, importante per la fotosintesi. Differenze tra cellula eucariotica animale e vegetale Sono formate da: Il protoplasma fl fl fl fl  Il materiale denso prende il nome di protoplasma, si divide in due porzioni: il nucleoplasma (materiale denso che si trova all’interno del nucleo) e citoplasma (materiale denso che si trova all’esterno del nucleo). Il citoplasma è formato dal citosol, componente liquida all’interno del quale sono sospesi tutti gli organelli cellulari. Il nucleo Il nucleo è il centro di controllo della cellula, contiene il DNA. Il DNA è organizzato in tante unità informazionali, cioè i geni. Un gene codi ca per una proteina. Nelle eucariotiche il nucleo è caratterizzato da una doppia membrana, per proteggere il materiale genetico. Ha una membrana nucleare interna, a contatto con il nucleo, e una esterna, cioè quella a contatto con il citoplasma. In alcuni punti le membrane si fondono per formare dei piccoli canali cioè i pori nucleari. Il DNA non passa, ma ci passa l’RNA, così può raggiungere i ribosomi presenti nel citoplasma della cellula. Il nucleolo Quando la cellula non si divide si nota un’area più scura, cioè il nucleolo da non confondere con l’area nucleare (è l’area in cui si concentra il materiale genetico nelle cellule procariotiche). Al suo interno è sintetizzato l’RNA ribosomiale (che entra a far parte della struttura dei ribosomi) che poi esce dal nucleo e forma i ribosomi associandosi a delle proteine. I ribosomi La funzione dei ribosomi è della sintesi proteica, sono formati da r rna ribosomiale che viene sintetizzato nel nucleolo e viene associato con circa 75 tipi differenti di proteine per formare poi i ribosomi. I ribosomi si trovano poi nel citoplasma della cellula. Nelle cellule procariotiche essendo più piccole sono più piccoli anche i ribosomi, nelle eucariotiche, essendo più grandi, i ribosomi sono più grandi. Ciascun ribosoma è formato da due subunità: subunità ribosomiale maggiore e subunità ribosomiale minore, che si uniscono per formare il ribosoma. Queste subunità sono formate da rna ribosomiale e proteine. Nelle procariotiche i ribosomi sono liberi nel citoplasma, nelle eucariotiche si trovano anche associati a particolari membrane che circondano il nucleo e che formano il reticolo endoplasmatico rugoso. Le membrane caratterizzano quasi tutti gli organuli cellulari. Differenza tra area nucleare o nucleoide e nucleolo!!! fi  Il reticolo endoplasmatico Nelle cellule eucariotiche si trovano i ribosomi anche attaccate alle membrane del RER. Il reticolo endoplasmatico è un labirinto di membrane che circonda il nucleo. Si suddivide in: RELreticolo endoplasmatico lisciopresenta dei tubuli. La funzione è quella di sintetizzare i lipidi. RERreticolo endoplasmatico rugosopresenta sacche appiattite. La funzione è quella di sintetizzare le proteine dai ribosomi e poi modi carle al suo interno, nel lume. Apparato del Golgi Scoperto da Camillo Golgi, organulo formato da tante sacche membranose appiattite e vicine le une alle altre, si tratta di cisterne che presentano un lume interno. Funzione: Si trova vicino al RER perché il suo ruolo è quello di modi care alcune proteine sintetizzate dai ribosomi e dal RER. Decide quindi quali proteine, ad esempio, indirizzare verso la membrana plasmatica, oppure verso i lisosomi (in questo caso modi ca chimicamente le proteine, ad esempio viene aggiunto un carboidrato come nelle glicoproteine, e poi vengono smistate all’interno della cellula). Esso ha una faccia cis e una trans. La cis è rivolta verso il nucleo, la trans verso la membrana. La faccia cis riceve le proteine, vanno nel lume dell’apparato, vengono modi cate chimicamente e veicolate verso il lato trans. Qui vengono racchiuse all’interno di vescicole di trasporto che fuoriescono dall’apparato e possono raggiungere o la membrana o altre porzioni della cellula. I lisosomi Organuli citoplasmatici, circondati da membrana. fi fi fi fi I lisosomi sono importanti perché contengono proteine che hanno un’attività enzimatica particolare, degradano le molecole complesse in molecole semplici ed eliminano le sostanze estranee nelle nostre cellule. !!! Ci sono più di 40 enzimi, e sono attivi ad un ph acido inferiore a 7. (Il ph va da 0 a 14, la maggior parte degli enzimi del nostro organismo lavorano su un ph neutro di 7.4, da 7 in poi il ph è basico, nei valori inferiori a 7 il ph è acido) Alcuni enzimi fanno eccezione e lavorano con un ph acido, tipo gli enzimi dello stomaco perché lì il ph è di 2, anche gli enzimi lisosomiali, quindi, fanno eccezione perché lavorano in un ph acido compreso tra 4 e 5domanda di esame I lisosomi svolgono un ruolo chiave anche per l’eliminazione delle sostanze estranee nelle nostre cellule. Entrano in gioco quindi i lisosomi primari e secondari. I lisosomi primari si formano nell’apparato del Golgi, man mano esce una vescicola contenente enzimi, essa è chiamata lisosoma primario. L’agente patogeno viene inglobato all’interno di vescicole. Il nostro organismo cerca di difendersi. L’agente patogeno viene eliminato favorendo la fusione tra il lisosoma primario e la vescicola che presenta l’agente patogeno, si forma così il lisosoma secondario, formato dall’agente patogeno e gli enzimi del lisosoma. Quando gli enzimi lisosomiali entrano a contatto con l’agente patogeno lo trasformano da una molecola più complessa ad una più semplice, e così avviene l’eliminazione. Processo di eliminazione: fusione della vescicola contenente il lisosoma primario e la vescicola contente l’agente patogeno, questa fusione favorisce la formazione del lisosoma secondario e si possono attivare così gli enzimi lisosomiali che si occuperanno della degradazione dell’agente patogeno. I perossisomi Importanti perché sono un punto di detossi cazione per le nostre cellule. Il numero di perossisomi dipende dall’attività che svolge la cellula, ad esempio, il fegato è un organo che detossi ca l’organismo, per cui nelle sue cellule ci sono tantissimi perossisomi. Al loro interno troviamo enzimi che trasformano le sostanze tossiche in sostanze non tossiche, innocue per le cellule. In particolar modo contengono un enzima in grado di eliminare H2O2, cioè l’acqua ossigenata o perossido di idrogeno. L’enzima catalasi degrada il perossido di idrogeno in acqua e O non tossici per la nostra cellula. Ma ci sono condizioni che portano le nostre cellule sotto stress, si accumulano radicali liberi, responsabili dell’invecchiamento, di tante patologieciò accade perché i perossisomi non riescono a degradare queste sostanze quando sono troppo eccessive. fi fi  I vacuoli Sono organuli che troviamo nelle cellule eucariotiche vegetali, sono importanti per lo sviluppo e la crescita delle piante. Man mano che la cellula cresce essi si fondono per formare un unico grosso vacuolo. Al suo interno c’è acqua, composti azotati, prodotti di ri uto e gli enzimi che permettono di trasformare le molecole complesse in molecole semplici (svolgono la stessa funzione dei lisosomi nell’eucariotica animale). Mitocondri e cloroplasti Entrambi si occupano dei processi che permettono alla cellula di sintetizzare ATP si tratta di organuli che vengono de niti trasduttori di energia. I mitocondri rappresentano la sede della respirazione cellulare aerobica, che avviene in presenza di ossigeno. Nei mitocondri c’è il glucosio (zucchero a 6 atomi di carbonio), che in presenza di O viene utilizzato per sintetizzare ATP, cioè la fonte di energia utilizzata dalla cellula, si produce in questa reazione però anche anidride carbonica e acqua. I cloroplasti si trovano solo nella vegetale, perché si occupano della fotosintesi Nei cloroplasti viene usata l’anidride e l’acqua grazie all’ATP per produrre ossigeno e glucosio (reazione inversa). Nei cloroplasti l’energia luminosa viene utilizzata per sintetizzare ATP. I mitocondri Sede della respirazione cellulare aerobica, ci permettono di produrre ATP. Struttura: Hanno una doppia membrana (come il nucleo): presentano una membrana mitocondriale interna, che circonda la matrice mitocondriale (materiale denso), e una membrana mitocondriale esterna, che è a contatto con il citoplasma. Lo spazio inter-membrana è lo spazio la membrana interna e la membrana esterna. fi fi Le creste mitocondriali sono le estro essioni della membrana interna, che è più grande di quella esterna. Le creste sono fondamentali perché su di esse è sintetizzato l’ATP, ci sono proteine che si occupano di questa sintesi. Nel mitocondrio si trova anche il DNA mitocondriale (all’incirca 5-10 molecole di DNA circolare mitocondriale), che equivale all’1% del DNA totale. A cosa serve questo DNA nel mitocondrio? Utilizzato per sintetizzare le proteine, infatti ci sono anche piccoli ribosomi mitocondriali che si occupano della sintesi di proteine mitocondriali. Le alterazioni del DNA mitocondriale porta a disturbi psichiatrici. Teoria endosimbioticasi pensa che la vita si sia evoluta a partire dalla cellula, ma non una cellula complessa come l’eucariotica, perché se si considera l’atmosfera primordiale lì non c’era ossigeno; quindi, si pensa che l’eucariotica si sia evoluta da una più semplice cioè la procariotica, piccola come un mitocondrio. La procariotica è stata inglobata da un’altra cellula, la quale si è evoluta in un’altra cellula più complessa, cioè la cellula eucariotica. Struttura dei mitocondri, domanda d’esame Funzione: Nella matrice ci sono enzimi per sintetizzare ATP. Nella respirazione cellulare ci sono diverse fasi, la glicolisi, il ciclo di Krebs, e Nella matrice mitocondriale troviamo gli enzimi necessari per far avvenire il ciclo di Krebs. Il ciclo di Krebs, quindi, avviene nella matrice mitocondriale. Si trovano anche enzimi importanti nella duplicazione del DNA e nella trascrizione. Ci sono anche gli accettori di elettroni, il nad+ e il fad, importanti per sintetizzare ATP a livello del mitocondrio e in particolare lungo la catena di trasporto degli elettroni lungo le creste mitocondriali. Svolgono un ruolo chiave per l’apoptosi, cioè la morte cellulare programmata, quando le cellule si dividono, se si forma una cellula difettosa il check point la induce alla morte. Si crea per fare ciò un de cit energetico o si attivano enzimi che inducono la distruzione cellulare. La necrosi invece è la morte cellulare non programmata (impatto del miocardio, morte di alcune aree cardiache). I cloroplasti Tipici della cellula vegetale, si occupano della fotosintesi. Una cellula muscolare ha tantissimi mitocondri. Il numero dei cloroplasti varia in base alle dimensioni della cellula e dell’attività che svolge (le alghe hanno solo un cloroplasto, le foglie no a 100 cloroplasti). Struttura: presentano una doppia membrana, una membrana esterna, a contatto con il citoplasma, e una membrana interna, a contatto con il materiale denso, presente all’interno, cioè lo stroma (nei mitocondri si chiama matrice). C’è sempre lo spazio inter-membrana. fi fi fl  Funzione: Nello stroma ci sono quegli enzimi che permettono all’organulo di sintetizzare glucosio e ossigeno a partire da anidride carbonica e acqua, sfruttando l’energia dell’ATP. L’ATP è ricavata dalla luce, i cloroplasti trasformano quindi l’energia luminosa in energia chimica. Al loro interno si trovano i tilacoidi, sacche di membrana che hanno colore verde, contengono quindi la cloro lla che permette alle cellule eucariotiche vegetali di creare ATP attraverso l’energia solare. Il citoscheletro Gli organuli sono sospesi nel citosol, ma se ci fosse solo il citosol la cellula perderebbe la sua forma, per cui c’è il citoscheletro, una serie di proteine che formano una sorta di rete intrecciata, importante per far mantenere alla cellula la sua struttura nello spazio. Si tratta di una struttura dinamica, perché permette i movimenti all’interno della cellula. È formato da microtubuli, micro lamenti e lamenti intermedi, che a loro volta sono formati da tante proteine formate tra di loro. I microtubuli e i micro lamenti sono formati da proteine rotondeggianti dette globulari, mentre i lamenti intermedi da proteine della forma allungata, cioè le proteine brose. I microtubuli hanno un diametro di 25 nanometri, sono i lamenti più spessi, hanno una struttura cilindrica. Svolgono un ruolo fondamentale durante il processo di divisione cellulare. La cellula prima di dividersi deve duplicare il materiale genetico, in questo processo fondamentale sono i microtubuli per il fuso mitotico. Inoltre, sono i componenti strutturali di ciglia e agelli. Es. ka coda dello spermatozoo è formata da microtubuli. I microtubuli sono formati da due tipi di proteine globulari, l’alfa tubulina e la beta tubulina, queste proteine si associano per formare un dimero (alfa + beta). I microtubuli si possono allungare (quando si aggiungono i dimeri dall’estremità più) ed accorciare (quando si tolgono i dimeri di tubulina dall’estremità meno). Il punto della cellula di ancoraggio dei microtubuli è il centrosoma (centro di organizzazione dei microtubuli), si trova all’estremità della cellula. Struttura: nel centrosoma ci sono i centrioli con struttura 9 per 3, nove triplette che formano il cilindro cavo. Le ciglia non fanno entrare le sostanze estranee nel nostro organismo. Le ciglia e i agelli hanno una struttura 9 per 2 (nove coppie) + 2 (una coppia), nove coppie di microtubuli che formano la struttura circolare più due microtubuli appaiati al centro. I agelli sono meno numerosi e più lunghi rispetto alla cellula. fl fi fl fi fi fi fl fi fi fi  I movimenti sono garantiti anche dal fatto che possono essere caratterizzate da proteine motrici, che da un lato si legano ai microtubuli, dall’altro legano la vescicola. Il microtubulo funge da binario per la proteina motrice. Per far spostare la proteina c’è bisogno di energia, quindi ATP. Le proteine motrici più importanti sono la chinesina (trasporto anterogrado, dal centro della cellula verso la periferia) e dineina (trasporto retrogrado, dalla periferia al nucleo). Esse utilizzano ATP per trasportare le vescicole o verso la periferia o verso il nucleo. L’ATP per liberare energia viene idrolizzata in ADP e fosfato inorganico I micro lamenti, diametro di 7 nanometri, i lamenti con diametro più piccolo. Proteine globulari, si parla dell’actina, formata da una catena polipeptidica che contiene 375 amminoacidi. Funge da supporto meccanico per le strutture cellulari. Nelle cellule muscolari si associano alla miosina e sempre grazie all’ATP si genere il movimento. I lamenti intermedi hanno un diametro 8-10 nanometri. Proteine dalla forma allungata, per garantire la stabilità del citoscheletro. Formati da diverse tipologie di proteine brose, la loro tipologia dipende dal tipo di cellula. I lamenti formano una sorta di rete intorno al nucleo che si estende verso la periferia. Le giunzioni Le cellule simili si riconoscono per formare un tessuto, riescono a legarsi grazie alle speci che proteine che formano giunzioni tra cellula e cellula. Ci sono 3 tipi di giunzioni: Giunzioni serrate o strettesi formano tra cellule adiacenti, sono così aderenti che annullano lo spazio extracellulare. Si trovano a livello delle cellule dei tessuti epiteliali, a livello intestinale, il passaggio è così stretto che si impedisce ai nutrienti trasportati all’interno di uscire. Nell’immagine i puntini viola sono le proteine che si uniscono per formare le giunzioni. fi fi fi fi fi fi  Si trovano ad esempio nella parete intestinale. Desmosomibottoni proteici che si formano tra membrane di cellule adiacenti, c’è un disco proteico e tutti i lamenti, che sono proteine in contatto con ambienti extracellulari e all’interno si formano connessioni. Anche i desmosomi permettono di creare giunzioni, ad esempio, nell’apparato cardiaco. Sono importanti perché nel caso in cui c’è una giunzione assente o che non funziona come dovrebbe ci sarebbero malattie, ad esempio, il pemphigus vulagris. Giunzioni comunicantigiunzioni che mettono in connessione il citoplasma di cellule adiacenti, le proteine formano dei veri e propri canali che mettono in contatto i citoplasmi. Le proteine si chiamano connessine, 6 connessine formano il cilindro che attraversa la membrana plasmatica da parte a parte. Attraverso questi canali possono passare ioni, o molecole che fungono da messaggeri come l’AMP. Se si pensa alle cellule che devono comunicare tra di loro velocemente questi canali sono utili. Il canale può essere chiuso o aperto, in base alla necessità. La parete cellulare vegetale Vacuolo centrale e cloroplasti, e anche parete cellulare. Ha la funzione di proteggere la cellula, determinarne la forma e regolare il trasporto di alcune sostanze. La membrana plasmatica Trasporti attraverso le membrane Circonda la cellula e forma alcuni organuli (rel e rer, mitocondri, cloroplasti, nucleo, apparato Golgi). La membrana è formata da un doppio strato di fosfolipidi, da proteine, da piccole molecole di colesterolo. Funzioni: quella che circonda l’intera cellula deve isolare il contenuto della cellula dall’ambiente extracellulare. Va a regolare lo scambio di materiali con l’ambiente esterno, nel senso che la molecola decide quali molecole possono passare e quali no. Stabilisce comunicazioni tra altre cellule (es. giunzioni, i recettori). fi  I recettori sono proteine di membrana che ricevono segnale dall’esterno della cellula e fa in modo che venga recepito all’interno, per cui trasforma un messaggio extracellulare in intracellulare. La membrana è una barriera semipermeabile che permette il passaggio selettivo di alcune sostanze speci che (alcune dall’interno all’esterno altre dall’esterno all’interno). I fosfolipidi sono an patici per cui si possono associare per creare quella struttura a doppio strato, le teste con ambiente extra cellulare e il citoplasma, le code verso l’interno, non a contatto con l’acqua. Il modello della membrana è de nito modello a mosaico uido perché al suo interno ci sono proteine incastrate come le teste di un mosaico. Ma cosa si intende per uido? Le membrane non sono rigide, le catene di acidi grassi hanno una certa uidità. Ci sono due tipi di proteine che agiscono nella membrana: le proteine integrali e le proteine periferiche proteine integrali o transmembrana attraversano da parte a parte la membrana plasmatica proteine periferiche non attraversano il doppio strato, ma generalmente formano legami con la porzione di proteine integrali che si trovano verso l’interno o l’esterno. La proteina integrale è an patica perché costituisce interazioni con l’interno (code), ma anche con l’esterno (teste). Sono proteine transmembrana che possono avere forme diverse, a singola alfa elica, a diverse eliche, a beta ripiegato (barilotto), cioè proteine che fungono da canale ionico. Ci sono anche proteine periferiche che sono legate alle proteine di membrana integrali. Ma, nella membrana ci sono altre molecole, come quelle di colesterolo, che presenta una struttura apolare, per cui si inserisce tra gli acidi grassi dei fosfolipidi in uenzando la uidità di membrana (oltre all’in uenza degli acidi grassi). Il colesterolo in uenza la uidità perché si inserisce tra i fosfolipidi, blocca il movimento delle code e delle teste. La membrana presenta le catene idrocarburiche degli acidi grassi che formano le interazioni di Wan delvarzer, essendoci tanti legami la membrana sarà rigida, ma in alcuni casi presentano insaturazioni (doppi legami) che fanno in modo che la catena di acido grasso si pieghi e così si formano meno interazioni idrofobiche. La uidità dipende dalle interazioni idrofobiche e dal colesterolo. fl fl fl fi fi fl fi fl fi fl fl fl fl Ovviamente non deve essere troppo uida come non può essere toppo rigida. Le proteine di membrana hanno diverse funzioni: ancoraggiointegrine, proteine che permettono alla cellula di legarsi alla matrice extracellulare, che circonda tutte le cellule. Formano legami con le altre proteine trasporto trasporto di sostanze dall’esterno all’interno e viceversa enzimatichepermettono di accelerare la velocità di una reazione chimica recettoritrasduzione del segnale giunzionicellule simili si riconoscono riconoscimento cellularenella cellula batterica può entrare nel nostro organismo e infettarlo, il nostro sistema si difende ma come lo riconosce? Attraverso gli anticorpi che riconoscono gli antigeni, proteine speci che che si trovano sul batterio Le membrane sono permeabilinon passano tutte le molecole. Ad esempio, passano i gas, le piccole molecole liposolubili, l’acqua polare passa, perché è piccola. Ma per trasportare molecole più grandi, ad esempio, ioni, che hanno anche una carica, si usano le proteine di membrana integrali, che fanno in modo che il passaggio avvenga. Osmosi L’osmosi è il passaggio di acqua dall’esterno all’interno. Come si muove l’acqua attraverso la membrana? Da una zona in cui le molecole sono più concentrate ad una in cui lo sono meno. Tubo ad U, da un lato nel citoplasma c’è tanta acqua con una molecola di soluto, dall’altro lato c’è l’acqua più piccola, ma con tante molecole di soluto, per cui c’è più soluto rispetto all’altro lato. Si parla di: soluzione ipotonica quando ci sono meno soluti soluzione ipertonica quando ci sono più soluti Le molecole di acqua si spostano dalla ipotonica a quella ipertonica nché non si raggiunge l’equilibrio e le soluzioni saranno isotoniche. Questo movimento avviene secondo gradiente di concentrazione. fl fi fi  la membrane regolano il passaggio di ioni o soluti. Si parla di trasporto di membrana attivo o passivo: Trasporto passivonon richiede energia, è un trasporto che avviene spontaneamente, per cui avviene secondo il gradiente di concentrazione. Può essere distinto in: trasporto che non richiede proteine e trasporto che richiede proteine. In alcuni casi le molecole sono grandi e quindi richiedono l’intervento di proteine integrali di membrana che o formano un canale o sono proteine carrier, trasportatrici. Si parla inoltre di: -diffusione sempliceQuando il trasporto passivo non richiede proteine -diffusione facilitataQuando il trasporto richiede le proteine Trasporto attivo In alcuni casi accade che le molecole devono essere trasportate contro gradiente, da una zona in cui le molecole sono meno concentrate ad una in cui lo sono di più. La cellula deve fornire energia, per cui serve ATP. Diffusione semplice Movimento di molecole attraverso il doppio strato fosfolipidico, è secondo gradiente di concentrazione. Le molecole sono i gas, le piccole molecole liposolubili e l’acqua, ma per l’acqua ci sono anche delle proteine canale, le acqua porine (sempre secondo gradiente di concentrazione) Diffusione facilitata Proteine integrali di membrana che entrano in atto secondo gradiente. Gli ioni entrano grazie ai canali ionici creati dalle proteine transmembrana.  Carriermolecole da una parte all’altra della membrana, si lega la molecola che deve essere trasportata. Il glucosio viene portato dentro la cellula attraverso il glut 1 una proteina trasportatrice di membrana, la proteina si apre quando il glucosio di è legame modi ca conformazionale della proteina che si apre quando il glucosio si deve legare e si chiude quando si ingloba. Aperta sul versante extracellulare quando aspetta il glucosio 6/11/24 Trasporto attivo Trasporto che avviene contro gradiente, siccome le molecole vengono trasportate contro la loro volontà è necessario l’ATP. Pompa sodio-potassio (trasporto attivo) Permette di trasportare contro gradiente di concentrazione e contemporaneamente 3 ioni sodio (Na+) dall’interno della cellula verso l’ambiente extra e 2 ioni potassio, che invece vengono trasportati dall’esterno verso l’interno. il sodio è più concentrato all’esterno, viene trasportato verso dove ce n’è di più. Il potassio è più concentrato all’interno, anche in questo caso viene trasportato verso dove ce n’è di più. fi La proteina transmembrana, che costituisce il trasportatore della pompa, è aperta nel versante intracellulare e chiusa nel versante extracellulare. La pompa trasporta gli ioni sodio da dentro a fuori; quindi, tre ioni sodio si legheranno in siti di legami speci ci presenti sul versante intracellulare della proteina di trasporto. Ai tre siti si può legare solo il sodio, è un trasportatore speci co per il sodio. Quando gli ioni sodio si legano la proteina è ancora chiusa nel versante extracellulare, per cui deve cambiare la conformazione, si deve chiudere nel versante intracellulare e aprirsi in quello extracellulare per permettere agli ioni sodio di essere liberati all’esterno. Ecco che interviene l’ATP, cioè un nucleotide che presenta 3 gruppi fosfato (legami ad alto contenuto energeticoatp-p-p). L’ATP rompe il legame fosfato, e il gruppo fosfato con cui si rompe il legame si va a legare alla proteina di trasporto. Rimane l’adenosina difosfato (ADP). L’ATP fosforila la proteina di trasporto, l’ADP viene rilasciata, quando la proteina di trasporto è fosforilata (il gruppo fosfato si lega alla proteina di trasporto), la proteina cambia conformazione e così può chiudersi nel versante intracellulare e aprirsi in quello extracellulare rilasciando così gli ioni sodio. La proteina presenta anche altri siti di legame, per i due ioni potassio che si legano alla proteina. Ma la proteina è chiusa verso l’ambiente intracellulare e aperta verso l’extracellulare, per cui bisogna tornare alla situazione iniziale. La proteina perde il gruppo fosfato (viene defosforilata), e torna nella conformazione originale. La pompa consuma una molecola di ATP per ogni ciclo (ogni trasporto simultaneo di 3 ioni sodio dall’interno verso esterno e 2 ioni potassio dall’esterno verso l’interno). I tipi di trasporto Il trasporto accoppiato di due sostanze è chiamato cotrasporto, le proteine sono cotrasportatori. Si parla di antiporto quando il trasporto va in direzione opposta Si parla di simporto quando le due molecole vengono trasportate nella stessa direzione. Di parla di uniporto quando è una sola molecola che viene trasportata da una zona all’altra della membrana. Endocitosi ed esocitosi Talvolta la cellula deve trasportare grandi molecole, per cui interviene un macrofago (cellula spazzino del nostro organismo che quando riconosce una sostanza estranea (es. batterio) la ingloba). Si parla di endocitosi quando il materiale di grandi dimensioni, come il batterio, ad esempio, è trasportato dall’esterno all’interno. fi fi  Si parla di esocitosi quando si passa dall’interno all’esterno. Ci sono 3 tipi di endocitosi: fagocitosimacrofagi, camminano nell’organismo e cercano il materiale estraneo da eliminare. I macrofagi la usano per fagocitare sostanze estranee. La particella si avvicina alla membrana, che si invagina, si crea la vescicola e si fonde con il lisosoma, che contiene enzimi digestivi attivi ad un ph acido di 4-5. Essi si fondono con la particella che contiene il materiale estraneo (vesciola) fondando il lisosoma secondario. pinocitosiprocesso che permette alla cellula di ingerire materiale liquido. Avviene a livello intestinale, ci sono estro essioni, i microvi