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Lezioni Biologia PRIMO TEST 21/11 Cellulare, Frazionamento v 7/10 Intro , Regn , Teoria GFP ~ 9/10 Microscopi , Nucleici v 10/10 Acqua, Macromolecole Proteine , Acidi , 14/10 Mono-di-poli-saccaridi Lipidiv , 16/10 Doppio Strato Fosfolipidico ~ Membrana Osmosiv 17/10 proteine di , Diffusione , 21/10 Trasporto Attivo, Intro proceriotiv Batteri 23/10 Riproduzione procoriati Tipologie , s ↑ Aggiunto erpmatina d 24/10 Cromatina RER e REL ~ Attenzione registrazione completa : - ALICE + LAVINIA , 28/10 Liso soma Perossisoni Endo/Eso-citosi V Alle Golgi + , , , 30/10 Iloroplasti e Mitocondrian 31/10 litischeletro - ALICE 4/11 Cellulari - SELAM Giunzioni Energetico#I Metabolismo > STELLA 6/11 - Energetico CARLA 13/11 Metabolismo 14/11 Fotosintesi - ASIA  => 03/10/2022 7/20 Introduzione alla biologia La biologia è la scienza che studia gli organismi viventi ed i loro rapporti con l’ambiente che li circonda. Per essere definita tale, la materia vivente deve avere specifiche e fondamentali caratteristiche come: questa complessità si ritrova anche nella materia non vivente, la differenza sta nel fatto che la La complessità specificatamente definita complessità dei viventi è specificatamente definita e viene trasmessa alla progenie successiva La capacità di accrescere e di riprodursi La possibilità di adattarsi all’ambiente concetto di evoluzione Per approcciarci a questa scienza possiamo adottare: —> approccio riduzionistico: concentrazione rivolta verso un’unica sezione (es.microrganuli) —> approccio olistico: visualizzazione integrale del sistema (es. osservazione di parti che interagiscono fra di loro. Entrambi i punti di vista sono complementari ed essenziali per conoscere l’intereza di un sistema biologico. unità fondamentale dei viventi e come tale ne possiede tutte le caratteristiche fondamentali (si accresce, Cellula si riproduce, si adatta all’ambiente in cui vive ed ha una complessità specificatamente definita) L’Unità fondamentale della materia vivente e degli organismi appena citata è la cellula, la cui origine deriva da una cellula preesistente; la dimensione è sempre piccola per poter riuscire sempre a rispettare dei parametri critici superficie/volume, e le variazioni di forma rappresentano una strategia per aumentare questo rapporto. Il nome “cellula” le è stato attribuito da Robert Hooke che, dopo aver osservato al microscopio otticoMna sezione sottile di sughero, identificò delle “piccole celle”, strutture distinte e apparentemente vuote che ricordano le stanze occupate dai monaci in convento. All’interno delle cellule troviamo il genoma, l’insieme dei geni universali che NON va confuso col codice genetico, che invece rappresenta l’insieme delle regole che permettono la traduzione dell’informazione genetica in sequenze polipeptidiche (es. lettura in triplette ). Studieremo come i geni della cellula possono essere regolati e spenti per il differenziamento cellulare, ma non eliminati. Osserveremo anche come se una cellula è “sana” e riconosce di avere mutazioni non permette la propria riproduzione attraverso la mitosi per un meccanismo di controllo e regolazione di DNA (diversamente dalle cellule tumorali, che invece bypassano questi controlli e procedono con la riproduzione. Teoria cellulare (osservazioni di Schleiden e Schwann) La cellula è l’unità fondamentale della materia vivente e ne possiede tutte le proprietà fondamentali Tutti gli organismi viventi sono costituiti da cellule Non c’è origine spontanea Le cellule sono le unità fondamentali degli organismi - Le cellule si originano soldo alla divisione di cellule pre-esistenti omnis cellula e cellula III enunciato (Virchow):· 1855 una cellula è costituita da una porzione di materia (citoplasma delimitata da una membrana e contenente una molecola (DNA) nella quale è contenuta l’informazione genetica necessaria per la sua sopravvvenza. Regni e domini = Inizialmente Gli esseri Monera i viventi Monera venivano viventi classificati sono in 5 regni : all'interno di 5 regni: catalogabili Protista Plantae Fungi Animalia  7/10 - 03/10/2022 Successivamente, nella seconda metà del secolo scorso, anche grazie al lavoro di Robert Whittaker, si è capito che questa classificazione non era così efficace. s Whittaker infatti, grazie alle emergenti tecniche della biologia molecolare, si era dedicato allo studio della seguenza nucleotidica delle diverse molecole di rna ribosomiale Protista di organismi tutti compresi nel regno delle Monera. Si è accorto, dall’omologia di seguenza, che in organismi filogeneticamente vicini quest’omologia era più spiccata e Plantae tanto più questi organismi erano distanti dal punto di vista evolutivo tanto più quest’omologia era bassa. Su questa base, ma anche su altre caratteristiche di questi organismi (archea), Fungi ha capito che raggruppare tutti questi organismi unicellulari nel regno dei Monera non andava bene perché erano distanti. Quindi siamo passati ad Animalia una classificazione a 3 domini. altro non sono che GliPossiamo esseri viventi sonoapportare ripartiti in 3 domini undiversi : ulteriore divisione, stavolta in 3 domini : quello che era eubatteri ci stanno viventi costituiti da cellule che hanno un modello eucariote, hanno una architettura cellulare più inizialmente il regno Dominio dei batteri (procarioti) complessa delle procariote, suddivisa in compartimenti delimitati da membrane. Il volume cellulare è suddiviso in archeobatteri dei Monera che in Dominio degli archea (procarioti) stanze, in ognuna delle quali troviamo un lavoro specifico che avviene quindi solo in quell’organulo e non altrove seguito agli studi di - Dominio degli eucarioti —> animali,piante, funghi e protisti). Woese sono stati scissi e ripartiti in Anche se i primi due domini sono caratterizzati da viventi procarioti, notiamo differenze due gruppi abissali fra questi: gli archea hanno caratteristiche che troviamo nel batterio (dimensioni, nucleo privo di membrana e assenza di organuli) ma anche molte differenze (presenza di introni nei geni, RNA polimetra m si, tRNA) che li avvicinano agli eucarioti. Tanto più la sequenza di rRNA è distante tanto più le classi sono distanti da un punto di visa evolutivo. Ogni organismo viene classificato secondo una nomenclatura binomiale formulata da Linneus. Nome generico (indica il genere di appartenenza) e poi nome specifico (specie) a - si intende un gruppo di organismi Dimensioni cellula—> 10^-6 m (μm—> micrometro) con struttura, funzione, comportamento simili che si incrociano solo fra loro Metodologia da applicare La sistematica dei viventi è essa stessa gerarchica, ogni Possiamo effettuare due tipi di osservazione: - organismo viene così posizionato, mediante una scala gerarchica, Induttiva (particolare—>generale) in una serie di gruppi tassonomici, detti taxa (taxon al singolare). Deduttiva (generale—>particolare) Si parte dalla specie, genere, famiglie ecc fino ad arrivare ai 3 = domini : & Tecniche e metodi utilizzati in biologia GENERE, SPECIE, FAMIGLIA, ORDINI, CLASSI, PHYLUM, REGNO, DOMINIO -  messe a punto da Svedberg 7/10 (1920/1940) > 03/10/2022 f che ditruggono l’integrità cellulare Tecniche e metodi utilizzati in biologia due diversi approcci porter Metodo distruttivo —> utilizzo di tecniche biochimiche analitiche per conoscere una studiare la data composizione molecolare delle cellule e ultracentrifugative biologia cellulare e le cellule, Metodo conservativo —> (utilizzo di tecniche di microscopi e coltura in vitro*) studio invisibili ad della morfologia e l’organizzazione dei tessuti salvaguardandone l’integrità cellulare. occhio nudo *In queste situazioni, se come soggetto avessimo una cellula e volessimo la sua riproduzione, possiamo⑤ ornigli dei fattori di crescita ,solitamente un siero bovino fetale per far passare le cellule Ffornirgli dalla fase G1 alla fase S, ricco di componente proteica e lipidica che consente alle Cellule di entrare nella fase S. senza questi fattori non Fasi di allestimento di un campione crescerebbero Fissazione —> trattamento chimico e fisico del frammento per preservarne i costituenti; Inclusione —> utilizzo di una sostanza solidificante per permeare il frammento, così da consentire la riduzione a sezioni sottili (fettine). Continuo a pagina Colorazione —> utilizzo di coloranti per m.ottico e metalli pesanti per l’elettronico. 5 & Coefficiente di sedimentazione di Svedberg (S) Theodor Svedberg 1920 - Questo coefficiente indica la velocità con cui la particella sedimenta se sottoposta a forza centrifuga. Il processo della sedimentazione viene sfruttato per il frazionamento di strutture cellulari. Ingrandisco di 100, 1000 volte - ( parametro fondamentale è il potere di Differenza microscopio ottico e elettronico Microscopia: rendere visibile ciò che non sarebbe visibile ad occhio nudo risoluzione in quanto non basta ingrandire se poi ci troviamo davanti una Il microscopio ottico è stato il primo tipo di microscopio ad essere stato progettato e immagine sfocata) È importante sia che l'immagine sia prevede l’utilizzo di un fascio di fotoni (luce) ed un sistema di lenti ottiche per ingrandire un ingrandita, sia che sia risoluta, cioè Pagina 6 che possa apprezzarne i dettagli soggetto. come distinti Il suo potere risolutivo (capacità di distinguere due punti il più possibile vicini fra loro) è di massimo 0.2 μm: elementi con dimensioni minori, come i virus, non sono visibili con esso. Il microscopio elettronico ha una datazione più recente dell’ottico e funziona attraverso un fascio di elettroni e lenti elettromagnetiche. Queste caratteristiche lo portano ad avere potere risolutivo di anche 0.7 nm. Ingrandisco fino a 100000 volte TEM e SEM Possiamo avere due tipi di microscopio elettronico: quello a trasmissione (TEM) o scansione (SEM) (SEM). TEM : poiché la sorgente luminosa è un fascio di elettroni, questo passerà attraverso delle lenti che, a differenza di quelle dell’ottico, sono dei campi elettromagnetici. Il primo Poiché utilizza il campione devegli elettroni essere attraversatotrasmessi cheelettronico, da questo fascio passano dovràattraverso il campione essere estremamente per sottile (questo creare perché la TEM è andata di pari passo con la costruzione di ultra microtomi, che servono a fare fettine sottilissime di campioni, devono essere nell’ordine dei nanometri) infine l’immagine viene vista dal computer un’immagine, mentre il secondo crea un’immagine a rilevando gli elettroni riflessi o emanati SEM: usa sempre un fascio di elettroni ma in questo caso il mio campione è opportunamente preparato, rivestito da una sorta di strato metallico sulla sua superficie. Il(immagini campione viene dettagliate sulle colpito dal fascio superfici di elettroni cellulari). primari, vengono poi emessi degli elettroni secondari che vengono raccolti e utilizzati per colmare l’immagine Gruppi funzionali I gruppi funzionali determinano la solubilità in acqua e la reattiità dei composti di cui fanno parte. Notiamo un enorme coinvolgimento dell’ atomo di carbonio, il più importante delle molecole biologiche. Troviamo: Gruppi carichi negativamente (gruppo carbossilico e fosforico) Gruppi carichi positivamente (gruppo amminico) - Possiede una struttura tetraedrica quindi nel momento in cui vi si legano 4 sostituenti diversi sono possibili due configurazioni con stessa formula di struttura ma sono due stereoisomeri, uno l’immagine speculare dell’altro. Quindi l’atomo di carbonio è asimmetrico Fa legami covalenti : Numero di valenza 4  03/10/2022 > 7/10 (pagina 7) Gruppi neutri e polari (gruppo ossidrilico, sulfidrico, carbossilico, aldeidico) Nei sistemi biologici notiamo anche un coinvolgimento rilevante dell’acqua, il solvente universale costituito da molecole p apolari, coesive, con elevata capacità di stabilizzare la temperatura è elevato calore specifico. RAPPORTO SUPERFICIE/VOLUME Perché le cellule sono tutte uniformemente piccole? Perché le cellule di organismi molto diversi dimensionalmente es. topo ed elefante non rispettano le loro misure ma sono tutte uniformemente piccole? Le dimensioni cellulare devono rispondere a qualche necessità altrimenti quella dell’elefante dovrebbe essere enormemente più grande rispetto a quella di un topo o di un moscerino della frutta. Il motivo che spiega queste dimensioni è attribuibile a un parametro, il rapporto superficie-volume. (Che soddisfa solo in un particolare range le funzioni cellulari) Considerando non una cellula grande, ma otto piccole cellule che occupano lo stesso volume, totalmente la superficie diventa molto più estesa. Quindi considerando il parametro critico superficie/volume, le cellule hanno come imposte dimensioni comprese in un certo range. Se la cellula fosse troppo grossa, la superficie sarebbe troppa per poter soddisfare le necessità che quella cellula ha, rispetto quindi a un volume troppo importante. (Immaginando un soluto che viene internalizzati all’interno della membrana e che deve diffondere fino al nucleo, in un volume troppo grande impedirebbe che questo trasporto avvenga in tempi fisiologici per rispondere alla necessità della cellula). In generale il parametro superficie/volume impone certe dimensioni cellulare Ci sono delle cellule che variano la loro forma strategicamente per portare all’estremo o facilitare questo rapporto (variazioni di forma possono rappresentare una strategia per aumentare il rapporto superficie/volume) Es. microvilli delle cellule epiteliali con i quali aumentano l’area superficiale di assorbimento, solo nella porzione apicale dove sarà più efficiente dell’assorbire i nutrienti Dimensione e forma dipendono dalla funzione es. cellula nervosa spermatozoo cellule muscolari eritrociti CENTRIFUGAZIONE 9/10 Possibilità di ottenere delle frazioni arricchite di componenti subcellulari (esempio una frazione arricchita di reticolo endoplasmatico, mitocondri, ribosomi) che poi possono essere osservate L microscopio elettronico o possono essere fatti esperimenti di tipo Frazionamento cellulare, coefficiente di sedimentazione Svedberg biochimico esempio osservando l’attivo di enzimi presenti in questi organuli In laboratorio, dopo aver ottenuto un buon numero di cellule grazie ai fattori di crescita, posso procedere con il frazionamento di strutture cellulari tramite sedimentazione: 1. Prendo le mie cellule, le sospendo in una soluzione tampone e a 4 gradi, eventualmente aggiungendo degli inibitori di proteasi, comincio a rompere le cellule, quindi stacco meccanicamente o anche con ultrasuoni o altri approcci, ottengo un lisato a questo punto avrò pezzo di membrana, nuclei, lisosomi, apparati di golgi, ecc. 2. Si può procedere meccanicamente o tramite ultrasuoni per ottenere un lisato cellulare e per fare ciò devo rompere le membrane cellulari. Meccanicamente omogenizzo il mio tessuto, grazie a dei colpi mediante un pestello in vetro, avendo cura di tenere il mio pestello in ghiaccio perché il rischio è che con i colpi potrei surriscaldare il pestello aumentando l’attività enzimatica finendo per degradare il mio materiale di studio e aggiungo anche degli inibitori perché rompendo le cellule potrei anche rompere i lisosomi che contengono enzimi capaci di degradare tutte le macromolecole comprese quelle che sto studiando il quel momento 3. se per esempio voglio studiare i mitocondri dovrò usare una tecnica analitica separativa per ottenere una frazione mai pura ma arricchita di quel determinato compartimento sub cellulare che voglio studiare, i passaggi successivi prevedono una seguenza di centrifugazioni che differiscono per un particolare tempo e una diversa velocità. 4. All’inizio il lisato viene centrifugato per breve tempo a bassa velocità, ottengo quindi un sedimento o pellet dove sono precipitati tutti gli organuli più grossi, in questo caso ci saranno sia i nuclei che le cellule intatte che non si sono rotte con il colpo di pestello 5. a questo punto recupero il sovranatante che contiene tutto tranne i nuclei e lo sottopongo a ulteriore centrifugazione che porterà a un nuovo sedimento, un nuovo pellet e un nuovo sovranatante che non è precipitato con la centrifugazione, in questo caso nel pellet ci sono degli organuli (mitocondri, lisosomi e perossisomi) e nel sovranatante sono rimasti i microsomi che sono le frazioni di membrana del reticolo endoplasmatcio sia liscio che rugoso e dei complessi macromolecolari ancora più piccoli per esempio i ribosomi RIASSUNTO (quello da sapere) Devo arrivare a rompere le membrane plasmatiche per ottenere una sospensione in cui il citosol e tutti gli organuli sono sospesi insieme e da qui parto per separarli in base a densità e dimensioni Devo aver cura di tenere la temperatura bassa e risospendere le cellule in una soluzione tampone e isotonica per conservare l’integrità degli organuli che sono dei compartimenti membranosi subcellulari Parto da un lisato o omogenato dove tutto è mescolato e procedo con delle centrifugazioni sequenziali dove controllo tempo e velocità per far sedimentare l’organulo o ciò che mi interessa studiare. Per far ciò considero il coefficiente di sedimentazione: che è espresso in unità svedberg, è la velocità con cui quella particella, quell’organulo sediementa dopo una centrifugazione a quel tempo e a quella velocità quindi quando è sottoposta a una forza centrifuga Se avessi voluto studiare in nucleo, essendo più pesante, sarebbe bastata una semplice centrifugazione ma i ribosomi sono molto più leggeri RNA ribosomiali sono giganteschi —> non possiamo usare il Dalton come unità di misura perché avremmo dei numeri intorno a milioni di Dalton date le loro enormi dimensioni quindi è molto più agevole usare di Svedberg e quindi considerare la velocità con la quale sedimentano quando sottoposti a una precisa forza centrifuga. Nel coefficiente di sedimentazione S non contano solo le dimensioni ma anche densità, forma e questo è il motivo del perché se le due subunità maggiore e minore valgono 50S e 30S se sono separate ed assemblate non valgono 80S ma 70S. Meselson e Stahl (esperimento della duplicazione semiconservativa del DNA) Utilizzanrono, per separare le molecole di DNA, quelle parentali da quelle di nuova sintesi durante le diverse generazioni di duplicazione batterica, la tecnica dell’ultracentrifugazione su gradiente all’equilibrio. Una volta che ho il mio omogenato, posso, nella provetta da ultra centrifuga, risospendere il mio omogenato dopo aver stratificato una soluzione di saccarosio. Stratifico il mio omogenato, che intendo separare, su una soluzione di un so,uno che formerà un gradiente di densità quando sottoposto a ultracentrifugazione. Il saccarosio forma un gradiente di densità, la densità del gradiente aumenta verso il fondo della provetta e quello che succede è che ultracentrifugando per un tot di tempo a una tot velocità, i miei organelli (esempio lisosomi e mitocondri), ovviamente sulla base della loro differente densità, quando sottoposti a ultracentrifugazione si fermeranno, formando delle bande molto precise, lungo il gradiente nel punto in cui la loro densità corrisponde in quel punto a quella del gradiente. Con questa tecnica riuscirono a separare molecole di DNA, quindi anche le macromolecole possono essere separate sulla base della loro densità.  9/10 distanza minima alla quale due punti sono visti come distinti, quindi più POTERE RISOLUTIVO piccolo è questo maggiore sarà il potere risolutivo del microscopio Dipende direttamente dal limite di risoluzione di un microscopio (d), che a sua volta dipende da 2 (lambda), la lunghezza d’onda della radiazione utilizzata, in modo direttamente proporzionale, nel caso del microscopio ottico, in cui la sorgente luminosa è una lampadina quindi ho a che fare con luce visibile la cui lunghezza d’onda è compresa tra 400 e 700 nm nel caso del microscopio elettronico la sorgente luminosa è un fascio di elettroni la cui lunghezza d’onda è molto molto inferiore (0,1-0,2 nm) Microscopio confocale a fluorescenza —> laser illumina solo un piano del mio preparato poi in seguito è possibile ricostruire e avere una immagine 3d di tutte le porzioni ma in quel momento illuminò un · piano che è quello che osservo e metto a fuoco, la nitidezza dell’immagine sarà nettamente superiore rispetto ad un microscopio a fluorescenza fluorescenza —>è il fenomeno per cui una molecola colpita da una radiazione luminosa ad una definita lunghezza d’onda, ne assorbe la radiazione luminosa e ne emette un’altra a lunghezza d’onda maggiore e ad energia inferiore. È molto sfruttata dai biologi cellulari, per seguire e studiare certe molecole, compartimenti ecc. Il biologo utilizza degli specifici anticorpi che riconoscono come antigene un epitopo di una specifica proteina che vuole studiare e questo anticorpo viene coniugato con un fluorocromo (quindi viene legato covalentemente ad una molecola fluorescente). Se la proteina che voglio studiare è una proteina del mitocondrio dovrò prima permeabilizzare, cioè fare dei pori temporanei, sulla membrana per permettere all’anticorpo di penetrare. A questo punto osservo osservo queste cellule tramite il miscroscopio a fluorescenza, nel quale troviamo una sorgente laser nel quale imposto la lunghezza d’onda e la radiazione che deve essere emessa dal laser per eccitare il determinato fluorocromo che sto utilizzando, con il laser illumino il campione, il fluorocromo si eccita ed emette fluorescenza. Quindi nello schermo del microscopio vedo accendersi un segnale di fluorescenza che sarà specifico per quella molecola. (Molte molecole biologiche posizionate sulla membrana plasmatica, nel nucleo o nel citosol, possono venire identificate con ligandi fluorescenti o con specifici anticorpi monoclonali marcati con fluorocromi.) Altre sostanze (DNA, RNA, proteine, ioni citoplasmatici) possono essere colorate direttamente con fluorocromi che si legano ad esse stechiometricamente. GFP ( green fluorescent protein) È una proteina espressa nella medusa Aequorea victoria. Grazie alla sua proprietà di fluorescenza, alle sue modeste dimensioni e alla possibilità di modificarne entro certi limiti le caratteristiche spettroscopiche, la GFP è diventata negli ultimi decenni un diffuso strumento, una sonda per esperimenti e tecniche di biologia molecolare. La GFP, se colpita e eccitata da una radiazione ad una specifica lunghezza d'onda, è in grado di riemettere luce di colore verde acceso. Sono ormai molte comunque le forme di GFP modificate, in grado di assorbire ed emettere radiazioni diverse da quelle della proteina originaria. È possibile marcare con la gfp le staminali del midollo osseo, emopoietiche Animali transgenici Gli animali transgenici in tutte le loro cellule contengono un gene esogeno che è quello che contiene la GFP, possiedono, quindi, in tutte le cellule del loro organismo, un patrimonio genetico (genoma) modificato tramite l'inserzione di almeno un frammento di DNA di origine estranea (esogena), detto transgene che esprimerà la proteina fluorescente verde a lui di deve l’aver generato una serie di mutanti della GFP che cambiano lo spettro di eccitazione e di emissione, quindi cambiano colore. Permettendo di avere a disposizione la GFP ma non solo, quindi volendo nello stesso vetrino potrei marcare di colori diversi parti diverse della stessa cellula che voglio studiare Il primo che utilizzò la GFP La prima proteina che scopre e caratterizza però era > per lo sviluppo della GFP come sonda biologica l’equorina, una proteina luminescente che oggi è utilizzata È riuscito a clonare il gene, riuscendo ad ottenere la seguenza di DNA come sonda per isolare i flussi di calcio, tutti i processi che codifica per la proteina GFP, una volta che si è riusciti a clonare il cellulari sono regolati dalle concentrazioni intra cellulari gene, grazie alle tecniche della biologia molecolare le inserì in dei batteri di calcio. La concentrazione nel citosol cellulare di ioni e veniva espressa la GFP che funzionava perfettamente calcio è bassa. Capì che era possibile per un biologo era possibile marcare una Ma capì che l’equorina era bioluminescente ma c’era un qualcosa cellula in modo specifico e eseguirne il percorso dello sviluppo che la eccitava, e chi la citava era la fluorescenza della GFP vennero poi marcate le cellule animali durante lo sviluppo embrionale posso legare la GFP anche ad una proteina che voglio studiare che poi diventerà intrinsecamente fluorescente L’ACQUA 10/10 L’acqua riveste un ruolo fondamentale come solvente universale nei sistemi biologici. La molecola d'acqua è costituita da un atomo di ossigeno legato covalentemente a due atomi di idrogeno (H2O). Proprietà della molecola d’acqua: POLARITÀ: La forte differenza di elettronegatività tra le due specie di atomi determina una diseguale localizzazione delle cariche, ossia gli elettroni messi in comune tra O e H sono maggiormente attratti dall'O cosicché la molecola, pur rimanendo complessivamente neutra (n° elettroni = n° protoni), presenta proprietà polari. La regione vicina al nucleo di idrogeno è infatti debolmente positiva, mentre quella del nucleo di ossigeno (dove tra l'altro sono presenti altri due doppietti di elettroni non coinvolti nel legame covalente), è debolmente carica negativamente. Ciò influisce su molte caratteristiche microscopiche e macroscopiche dell'acqua, prime fra tutte la geometria delle molecole e le modalità di aggregazione tra le molecole: la molecola d'acqua, in termini di polarità, presenta quattro vertici di cui due negativi (doppieti non coinvolti nel legame covalente) e due positivi (atomi di idrogeno), ma l'angolo tra gli H non è di 109° come avverrebbe in un tetraedro regolare, bensì di 104.5° per motivi di interazione elettrostatica. Inoltre i vertici costituiti dagli H di una molecola tendono, sempre per interazione elettrostatica, ad attrarre i vertici costituiti dall'O delle molecole circostanti cosicché si forma un legame. relativamente forte tra le molecole: il legame o ponte a idrogeno. La polarità della molecola e la presenza di numerosi legami a idrogeno determinano le peculiari caratteristiche chimico-fisiche dell'acqua: Elevati punto di fusione (0 °C), punto di ebollizione (100 °C), calore specifico (1 cal/g°C) e calore latente di evaporazione (596 cal/g a 0 °C e 540 cal/g a 100 °C), da cui l'esistenza dell'acqua allo stato liquido in condizioni ambiente e la sua resistenza ai cambiamenti di temperatura così importanti per la termoregolazione e le funzioni vitali degli organismi viventi; anche queste proprietà dipendono direttamente dal legame a idrogeno che mantiene assieme le molecole di acqua e tende ad ostacolare il loro movimento, ossia a contenere la loro energia cinetica direttamente legata alla temperatura del liquido. ELEVATA CAPACITÀ DI STABILIZZARE LA TEMPERATURA : L'acqua presenta un elevato calore specifico. Il calore specifico di una sostanza è (quantità di calore che 1 gr di sostanza deve assorbire per aumentare di 1 grado centigrado la sua temperatura) calore specifico dell’acqua è 1 cal/(g °C). Dire che l’acqua presenta un elevato calore specifico significa che, a parità di massa, l'acqua necessita di una quantità di calore molto più elevata di qualsiasi altra sostanza inorganica (ammoniaca (NH3) esclusa) per manifestare lo stesso effetto di riscaldamento (lo stesso aumento di temperatura). In altre parole l'acqua, rispetto ad altre sostanze può assorbire molto calore senza scaldarsi eccessivamente. Una conseguenza di questo fenomeno è che l'acqua si scalda (e si raffredda) molto più lentamente delle altre sostanze. L'elevata capacità termica dell'acqua (quantità di calore necessaria per aumentare di 1°C la temperatura di un corpo di massa qualsiasi) si spiega con la presenza dei legami idrogeno tra le sue molecole. Quando forniamo calore all'acqua solo una parte di questo si trasforma in un aumento di energia cinetica delle molecole, e quindi in un aumento di temperatura, poichè in parte esso è utilizzato per spezzare i legami idrogeno. Per lo stesso motivo l'acqua assorbe anche molto calore durante il processo di evaporazione, presenta cioè un elevato calore di evaporazione (a 25°C e 1 Atm 0,584 kcal/g). In quanto il calore fornito deve vincere delle forze di attrazione tra le molecole particolarmente intense (legami idrogeno) per farle passare allo stato di vapore, abbandonando la superficie del liquido. L'elevata capacità termica e l'elevato calore di evaporazione fanno dell'acqua un ottimo liquido refrigerante e, in generale, termoregolante, capace cioè di ammortizzare in modo molto efficace gli sbalzi termici. gli effetti più importanti da questo punto di vista, l'acqua li manifesta sugli esseri viventi. L'acqua presente negli organismi (dal 50% al 95% in peso) è infatti in grado di assorbire in modo particolarmente efficace le variazioni esterne di temperatura. Il mantenimento dell'equilibrio termico è un fatto vitale per gli esseri viventi in quanto molte macromolecole sono termolabili e vengono distrutte ad elevate temperature, mentre a basse temperature la velocità delle reazioni chimiche diminuisce al punto tale da essere incompatibile con la vita. COESIVITÀ: proprio per l’enorme quantità di legami ad idrogeno che le molecole formano tra di loro Un'altra caratteristica notevole dell'acqua è che quando solidifica aumenta di volume, contrariamente a quanto fanno la maggior parte delle altre sostanze chimiche. Ciò è dovuto al fatto che la solidificazione avviene attraverso una stabilizzazione dei legami idrogeno, i quali costringono le molecole a disporsi in una struttura cristallina ordinata, a maglie più larghe rispetto a quanto avveniva nel liquido. Proprio grazie alla disomogeneità nella distribuzione di cariche molecole idrofiliche e polari si scioglieranno facilmente in essa Esempio di molecole solvatate dalle molecole d’acqua che di orientano con O verso Na+ e H orientati verso Cl- favorendo enormemente la solubilità  mmminoacidico Nella traduzione, la sintesi delle proteine, il monomero aminoacido arriva al ribosoma in forma attivata pronto per essere attaccato, mediante MACROMOLECOLE 10/10 formazione di legame peptidico, alla catena polipeptidica che si sta allungando. L’enzima amminoacil-transferasi in una reazione ATP La sintesi dei polimeri coinvolge sempre dei monomeri attivati che si legano grazie a reazioni di condensazione e l’ATP o un dipendente idrolizza l’ATP in una reazione esoergonica accoppiata composto simile ad alta energia è indispensabile per attivare i monomeri, legandoli con una appropriata molecola di trasporto. all’attivazione dell’amminoacido Te&cnich POLIMERIZZAZIONE Per la polimerizzazione dei sperdite 1420 polimeri vengono coinvolti dei monomeri attivati che si legano grazie a delle reazioni di REAZIONE CONDENSAZIONE condensazione e grazie all’ATP che si idrolizza. La rottura dei legami dell’ATP permette l’attivazione del monomero. Una volta attivato può prendere parte ai processi biologici. La sintesi dei polimeri prevede sempre l’attivazione precedente dei monomeri che li costituiscono. Essi vengono coadiuvati da molecole di trasporto che arrivano al sito in cui si sta svolgendo la polimerizzazione (processo di condensazione -> liberazione 1 H20 and no Autoassemblaggio: le informazioni richieste per specificare l’informazione spaziale delle macromolecole e le loro interazioni per formare strutture più complesse con specifiche funzioni biologiche sono intrinseche ai polimeri stessi, quindi tutte informazioni richieste affinché macromolecole raggiungano strutture finali più complesse si trovano già internamente al polimero stesso. Ad esempio nelle proteine, la loro seguenza primaria , ha le informazioni affinché questa catena polipeptidica si ripieghi mediante non solo legami covalenti ma anche interazioni come legami ad idrogeno, interazioni idrofobie, legami di van der waals. Tutta una serie di grandi interazioni che dettano la modalità con cui la seguenza primaria si ripiegherà nella struttura secondaria, poi terziaria, e eventualmentequaternaria Le macromolecole che sono responsabili della maggior parte delle forme e delle caratteristiche di tutti i sistemi viventi sono generate dalla polimerizzazione di piccole molecole organiche. Tra le macromolecole non vanno inclusi propriamente i lipidi, poiché questi non sono polimeri e non sono sintetizzati a partire da monomeri, come invece succede per gli acidi nucleici e i monosaccaridi. e Macromolecole N:B:Tra le macromolecole non vanno inclusi propriamente i lipidi, poiché questi non sono altre funzioni: polimeri e non sono sintetizzati a partire regolatrici (fattori da monomeri,come invece succede per gli acidi di trascrizione) nucleici 10/10 e i monosaccaridi. trasporto -GPCR recettori (gpcr, sono delle proteine di membrana che attraversano 7 volte gper il doppio strato lipidico, importanti che dal punto di vista farmacologico) Proteine ·" EFFETTORI FINALI" "proteos - primaria importanza Le funzioni delle proteine sono molte: il loro ruolo nelle cellule è cruciale, rappresentano i principali effettori delle cellule e dei viventi. Le loro funzioni sono molteplici: (esempio amminoacil-tRNA-sintetasi) 1. Hanno funzione catalitica,enzimatica, sono catalizzatori biologici che permettono alle molteplici reazioni chimiche cellulari di avvenire. 2. Hanno funzione strutturale,alcune proteine fibrose ad esempio servono per la determinazione di strutture importanti nelle cellule. 3. Hanno funzione di mobilità, come quelle del muscolo osseo. 4. Hanno un ruolo chiave nel trasporto,come l’emoglobina,di gas o soluti (membrana plasmatica) in ingresso o uscita dalla cellula. 5. Hanno funzione ormonale,come l’insulina,prodotta dal pancreas e in circolo in piccola concentrazione, (anticorpi) 6. Alcune sono specializzate nella difesa da parte di patogeni in senso più generale. 7. hanno funzione di immagazzinamento per accumulare una serie di sostanze a livello cellulare. Sono costituite da più monomeri,detti amminoacidi, la loro unità fondamentale,e legati per formare polimeri grazie a legami covalenti peptidici. Struttura: Le proteine sono costituite da una struttura che vede un carbonio legato a un gruppo carbossilico COOH,uno amminico H2N,un atomo di idrogeno e un gruppo R,diverso per ciascun amminoacido (fatta eccezione della glicina,che vede il legame non col gruppo R ma con un altro idrogeno). Tutti gli amminoacidi, eccetto la glicina, hanno stereoisomeri L e D amminoacidi. ↳ In natura si trovano maggiormente D Gli amminoacidi si dividono in tre gruppi e sarà il gruppo R a conferire certe caratteristiche. I primi sono costituiti da amminoacidi apolari: non c’è presenza di ossigeno o idrogeno,e proprio per questo tutti questi amminoacidi sono idrofobici. Il secondo gruppo invece è idrofilico e costituito da amminoacidi polari non carichi,mentre il terzo è costituito da amminoacidi idrofili polari carichi positivamente (BASIC) negativamente (A) cosa sono le proteine quali funzioni hanno ( sintesi proteica,legame col ribosoma etc…), Es. l’insulina sintetizzata nelle cellule del pancreas rientrerà in circolo e sarà secreta,dovrà entrare dentro il RER. Gruppi funzionali!!!! Essenziali - Assunti tramite la dieta , il nostro corpo non li riesce ↑ 9 Amminoacidi sono a sintetizzare I monomeri sono una ventina e si distinguono in base a R,che varia a seconda dell’amminoacido e in base al quale abbiamo diviso in 3 gruppi gli amminoacidi. 20 amminoacidi che poi possono essere successivamente (reverbilimente o irreversibilmente) chimicamente modificati. Stessa formula di struttura, sono due isomeri speculari. In natura si ritrovano sia gli L che i D, ma nelle catene polipeptidiche abbiamo a che fare con gli L. 10/10 Reazione di condensazione, liberazione di una molecola d’acqua ↑ In una catena peptidica il gruppo carbossilico del primo amminoacido si lega attraverso un legame peptidico al gruppo amminico del secondo,rilasciando acqua;se la catena si ferma qui abbiamo un dipeptide. ka Le due estremità del dipeptide saranno sempre diverse: la Se il processo dovesse prima sarà l’estremità ammino-terminale o n-terminale,la continuare formando un seconda c- terminale. polipeptide e le due estremità Le proteine sono gli effettori finali di un’informazione saranno sempre diverse contenuta nel DNA. Quando queste informazioni vengono La catena polipeptidica cresce usate per esprimere un gene a partire da una sequenza dall’estremità n a quella c nucleotidica avviene una traduzione del linguaggio e troviamo una sequenza amminoacidica, determinata dalla sequenza precedente nucleotidica in triplette. La struttura primaria è la catena lineare amminoacidica,ma può ripiegarsi fino ad assumere una struttura tridimensionale finale,in grado di far funzionare quella molecola. Esistono proteine monomeriche,costituite da una sola catena,altrimenti multimeriche se ne troviamo di più. Possiamo considerare, oltre al legame covalente peptidico, anche altri legami,come il covalente disolfuro,detto ponte disolfuro, tra due amminoacidi (cisteina o metionina) lontani nella struttura primaria (vengono rilasciati i due atomi di idrogeno); ciò comporta un ripiegamento della proteina. Troviamo anche interazioni e legami non covalenti e molto più deboli di quelli covalenti,come quello a idrogeno,ionico,le forze di Van der Wal e le interazioni idrofobiche.* Un ripiegamento mal compiuto di una proteina porta al mal funzionamento e uso di questa (controllo qualità nel RER,assicura che il processo di ripiegamento “folding” proteico avvenga nel modo corretto; se ciò avviene è rilasciata nel Golgi e poi rilasciata nella cellula). Qualore la catena polipeptidica non riesce ad avvenire allora sarà denaturata. Se c’è un errore nell’mRNA ciò si riflette in una mutazione della proteina,che non potrà funzionare. Es. fibrosi cistica,il canale del cloro è mutato per assenza di corretto folding della proteina. *il legame a idrogeno è un’interazione non covalente e attrattiva tra un atomo di H e un atomo molto elettronegativo. Il legame ionico avviene tra due ioni di carica opposta. Le forze di Van der Waals sono interazioni deboli tra atomi ben orientati e molto vicini fra loro,se ciò non accade avviene la repulsione. Le interazioni idrofobiche sono la tendenza di escludere o minimizzare il contatto con l’acqua da parte di gruppi apolari idrofobici di una macromolecola, al fine di raggiungere la maggiore stabilità e il maggiore equilibrio. Ci sono diversi tipi di struttura: Primaria= sequenza amminoacidica - > legami covalenti Secondaria= ripiegamento alfa elica (3.6 amminoacidi per elica,avvolgimento a spirale per legame peptidico fra carbossilico e peptidico con un amminoacido sopra) - o beta foglietto (perpendicolare rispetto alle pieghe,i gruppi R sporgono > legare i alternativamente dai due lati opposti), ripiegamento locale. Terziaria= struttura tridimensionale dovuta alle forze intermolecolari. (proteina - > Forze intermolecolari monopeptidica) Fibrose o Globulari Quaternaria= insieme di più subunità ciascuna con la propria struttura terziaria. (proteine multi peptidiche). = L’insulina ha due sue catene ,la catena A è costituita da un ponte disolfuro intra  10/10 affinché la catena polipeptidica si ripieghi per formare la struttura finale devono entrare in gioco una serie di legami covalenti e non covalenti. dall’ossidazione di due gruppi sulfidrilici SH, due residui di cisterne (nella stessa catena polipeptidica a che non sono adiacenti), si viene a formare un legame disolfuro, covalente, così la parte iniziale della proteina si ripiega avvicinandosi ad un altro punto della catena polipeptidica Nel caso di proteine con struttura quaternaria, quando abbiamo più catene polipeptidiche, si possono descrivere anche dei ponti disolfuro che vengono a stabilirsi tra una cisteina in una catena polipeptidica e una in un’altra catena polipeptidica (formando un legame intermolecola anziché intra molecola) Il legame disolfuro potrà essere rotto e quindi si avrà una denaturazione e quindi una perdita della struttura finale della proteina Ci sono anche interazioni non covalenti, meno forti in termini di energia di legame, come i legami a idrogeno, ma sommandoli tutti hanno un ruolo importante. I legami ad idrogeno hanno un ruolo importantissimo nell’acquisizione della struttura secondaria della proteina (la forma alfa elica o beta foglietto sono strutture stabilizzate e rese possibili dai legami a idrogeno tra il CO e l’NH degli amminoacidi della catena polipeptidica Ci sono anche delle interazioni elettrostatiche, legami ionici (non covalenti), tra i gruppi di quegli amminoacidi polari carichi positivamente e negativamente si attraggono e questa è alla base di queste interazioni che contribuiscono al raggiungimento della struttura finale di una proteina. Ci sono altre interazioni di natura non covalente che si descrivono in gruppi R non polari dove ci possono essere solo delle temporanee alterazioni della distribuzione carica e quindi se si trovano ad una distanza molto ravvicinata queste possono, fintanto che questa alterazione sussiste, interagire (come per esempio le interazioni idrofobiche, più che delle interazioni di per sé è la voglia di allontanarsi dalle molecole polari e quindi si raggruppano. Tutte queste interazioni contribuiscono a portare la proteina alla sua struttura finale, che non è prevedibile a differenza della struttura secondaria che, sulla base della seguenza amminoacidica, è prevedibile (purtroppo per le proteine globulari non è possibile prevedere quale sarà la struttura tridimensionale finale). ↳ I legamitra Hloro a Sono Il - EI legami sono H 1 tra a Coro La maggior parte delle proteine è di natura globulare, dove si ci sono dei domini ripiegati ad alfa elica e beta foglietto, ma hanno una struttura compatta dove i diversi domini (ovvero unità di 50-100 amminoacidi che si ripiega e vede una specifica funzione). Le diverse strutture devono interagire tra di loro e la risoluzione della struttura terziaria o quaternaria finale non è prevedibile. L'insulina ha due sue catene,la catena A è costituita da un ponte disolfuro intra catena,esistono ponti disolfuro intercatena fra catena A e B Sulla base del R, esistono amminoacidi pronti a formare alfa eliche e altri che permettono più facilmente la formazione del beta foglietto: struttura più ordinata ma meno frequenti (cheratina,fibroina). Un singolo alfa-elica si avvolge Wvon un’altra alfa-elica, poi questo⑭ si associano ad altre due formando un protofilamento, 8 protofilamenti formano un filamento intermedio e questi fasci di filamenti intermedi costituiscono il capello. A differenza della fibrina che è piuttosto rigida, con la sua struttura a foglietto beta, la cheratina invece con la sua struttura alfa elica presenta delle caratteristiche di estensibilità in virtù di questi legami che forma  10/10 -D & depositario dell’informazione ereditaria L'insulina ha due sue catene,la catena A è costituita da un ponte disolfuro intra catena,esistono ponti disolfuro intercatena fra catena A e B. DNA (acido deossiribonucleico) Esistono proteineRNA fibrose,con (acido ribonucleico)struttura più ordinata ma meno frequenti (cheratina,fibroina). · Sulla base del R,esistono amminoacidi pronti a formare alfa eliche e altri che permettono più ha un ruolo del facilmente la formazione importante beta quando l’informazione ereditaria viene espressa foglietto. La maggior parte delle mRNA (RNA messaggero) proteine è che di contiene natura l'informazione per la sintesi delleèproteine; globulare,non precisa eè presenta traducibile domini,ovvero # rRNA (RNA ribosomiale), - che entra nella struttura dei ribosomi; non sono traducibili - unità di 50-100 amminoacidi che si ripiega e vede una tRNA (RNA di trasporto) necessario per la traduzione nei ribosomi. specifica funzione. ACIDI NUCLEICI Attraverso il processo di trascrizione dell’ mRNA, il Dna viene tradotto in amminoacidi al monomeri degli acidi nucleici livello del ribosoma (sintesi proteica). DNA e RNA sono entrambi costituiti da sequenze nucleotidiche. Una scoperta recente avverte la presenza di piccoli rna cortissimi di pochi nucleotidi.detto MicroRNA (mirna) che, durante lo sviluppo embrionale e la regolazione dei geni, anche se non codificano, svolgono una funzione regolatoria importante. Ogni nucleotide prevede 3 componenti: una base azotata,uno zucchero e uno o più gruppi fosfato. Lo zucchero è un pentoso, è un a deossiribosio nel Dna e un ribosio nell'acido ribonucleico. Il gruppo fosfato è sempre legato al C 5 dello zucchero,mentre la base azotata al C1. Le basi azotate si distinguono in basi puriniche,adenina e guanina (A e G) e pirimidiniche, Timina ,Uracile, Citosina (T,U,C): nel primo caso abbiamo un doppio anello più “ingombrante” rispetto alle pirimidine,con un unico anello. legame glicosilico La timina la troviamo solo nel DNA,come l’uracile nel RNA). L’aggiunta del gruppo fosfato a un nucleoside,costituito da base azotata e zucchero, lo fa diventare nucleotide. Gruppo Fosfato Nucleoside - > Nucleotide + L’adenosina trifosfato (ATP) è un nucleotide usato come moneta di scambio all'interno della cellula e come riserva di energia: se viene rotto uno dei tre anche l’ATP è un acido nucleico: amminoacil-tRNA-sintetasi lega l’ATP e la idrolizza (rottura dei legami fosfoanidritici si passa quindi a ADP e così via legami fosfato ,ad alta intensità, attraverso l’idrolisi, possiamo sfruttare la sua energia. legame covalente Legame fosfodiestere: il gruppo fosfato è a ponte fra i due legami con lo zucchero (sia per DNA che per RNA). Le terminazioni della catena nucleotidica non sono simmetriche: alla prima estremità abbiamo il gruppo fosfato,legato al c5, (base+zucchero= nucleoside) adenina+zucchero=adenosina mentre l’altro prevede il gruppo ossidrile legato al c3, la Dna guanina+zucchero=guanosina timina+zucchero=timidina polimerasi lavora sempre secondo l’orientamento c5-c3. nucleoside+gruppo fosfato= nucleotide L’RNA è di solito a filamento unico ma il DSNRA, un virus con RNA a doppio filamento,si presenta come l’unica eccezione al riguardo. I due filamenti del DNA sono antiparalleli,ovvero seguono direzioni opposte e interagiscono fra di loro, attraverso legami non covalenti a idrogeno, fra le basi azotate, poi denaturati dall’enzima elicasi per la duplicazione del dna. legame fosfodiesterico si legge da 5’ a 3’  Gli acidi nucleici sono molecole informazionali,è la sequenza nucleotidica che favorisce la differenza. Inizialmente la comunità scientifica affidava alle proteine questa funzione, poiché costituite da 20 amminoacidi dunque più vari rispetto ai soli 4 diversi monomeri dei nucleotidi. Sulla base del numero di atomi di carbonio 14/10 parliamo di triosi, pentosi, ecc Lunghe catene polimeriche di zuccheri (monosaccaridi) o loro derivati POLISACCARIDI : Talvolta i polisaccaridi non sono costituiti da un monotono ripetersi di un monosaccaride ma anche da un’unità ripetitiva che può essere ad esempio costituita dall’alternarsi di due amminozuccheri che derivano dalla beta glucosammina che sono il nag e il nam (nei pepetidiglicani) I polisaccaridi sono catene di zuccheri e,a differenza degli acidi nucleici,non sono molecole informazionali.Sono costituiti da un insieme di monomeri. (I cromosomi hanno alle loro estremità telomeri costituiti da sequenze altamente ripetute che gruppo carbonilico fungono da protezione e non da informazione genetica,la sequenza ripetuta è TTAGCC). Nag e nam: amminozuccheri che si ripetono monotonamente all’interno della parete dei peptidoglicani.* Possiamo avere aldeidi o chetoni come gruppo funzionale,le catene di carbonio vanno da 3 a 7 circa. C’è un equilibrio tra una forma a catena aperti (proiezioni di fischer) e una ad anello ( GLUCOSIO esoso, monosaccaride proiezioni di Haworth),che evidenzia il legame di interazione fra il primo carbonio e il quinto Nelle proiezioni di Haworth, se il gruppo ossidrile del Carbonio si trova sotto l’anello degli atomi di carbonio, allora lo chiamiamo alfa-D-glucosio;se invece lo troviamo sopra allora beta,che non possiamo digerire per assenza di enzimi specifici. Due monosaccaridi legati da un legame glicosidico formano disaccaridi. fra i più importanti ricordiamo: Lattosio: disaccaride dove un galattosio è legato,attraverso un legame beta ci sono molti atomi di glicosidico, con un glucosio: l’organismo,come alcuni batteri, dovrà esprimere carbonio asimmetrici e quindi molti esomeri l’enzima galattosidasi per sciogliere questo legame. (funzione di riserva) I polisaccaridi invece, come amido e glicogeno,sono costituiti da più di 2 monosaccaridi. temporaneamente - - gli zuccheri A livello del cloroplasto, questi zuccheri prevedono la formulazione di amidi primari; l’amido monosaccaridi nelle piante può essere ramificato (amilopectina) ,grazie a un legame 1-6 glicosidico,come non Oligosaccaridi: sono dei polimeri verranno con unità che si ripetono inferiori accumulati (amilosio) e, rispetto al glicogeno (12-20 unità di glucosio), ha ramificazioni più lunghe ma ai polisaccaridi. I più diffusi sono i sottoforma di disaccaridi granuli di amido prmimario nei meno frequenti (20-25 unità di glucosio). cloroplasti. L’amido si ritrova Il glicogeno è costituito da molecole di glucosio legate da un alfa glicosidico,ha funzione di in due forme: ramificato o non riserva e diversa dalla cellulosa,con funzione strutturale (glucosio legame beta 1-4 Unità monosaccaridiche glicosidico). di alfa-d-glucosio legate insieme da legami Oltre all’amido, il glicogeno e la cellulosa,parleremo del peptidoglicano e del loro ripetersi di alfa-1-4-glucosidici * due unità:n acetilglucosammina n acetilmuramico,derivati di beta glucosammina. Sono amminozuccheri e conferiscono rigidità alla parete. La chitina,altro disaccaride,costituisce l’esoscheletro di insetti e crostacei,ed è data dalla NAG NAM ripetizione di N-acetilglucosamina mediante un legame beta 1-4. LIPIDI non li possiamo definire macromolecole perché non prevedono nella fase iniziale della loro sintesi, la polimerizzazione di minore Costituito da attivati ma vista la loro importanza nei sistemi biologici e visto il loro alto peso molecolare possiamo descrivere questa classe un eterogenea insieme alle altre macromolecole polisaccaridi che è I lipidi sono una classe eterogenea di sostanze accomunate da idrofobicità e apolarità. Sono costituito dal ripetersi di molecole solubili in soluti apolari e forniscono, in seguito a ossidazione, molta energia un disaccaride chimica. La maggior parte dei lipidi è caratterizzata da uno scheletro carbonioso con gruppo carbossilico terminale (COOH). Fra i lipidi più importanti possiamo ricordare: I fosfolipidi,molecole anfipatiche costituite da teste idrofile code idrofobiche. Anche sé alcune hanno porzioni polari (molecole anfipatiche)  24/10 Glicolipidi: sono presenti catene oligosaccaridiche. Steroidi: molti provengono dalla molecola del colesterolo. Poli Isoprenoidi (archea),derivano dai terpeni,essi stessi lipidi. Acidi grassi: catene idrocarburiche costituite da un gruppo carbossilico e una lunga catena di carbonio. Hanno una resa energetica elevata in seguito ad ossidazione. : Sono saturi se hanno legami singoli, se abbiamo legami doppi sono insaturi. La presenza di un certo livello di insaturazione provoca la “curvatura” della catena. (lineari) presenta un doppio legame (La fluidità della membrana dipende dagli acidi grassi che la costituiscono) - Se ho doppi legami e catene aciliche distorte,questi acidi grassi interagiscono peggio e la membrana sarà più fluida;viceversa se le catene sono sature si impacchettano meglio. ↑ La temperatura influisce sulla fluidità della membrana,più diminuisce meno fluida sarà questa. v Le catene degli acidi grassi presenti in natura possono essere lunghissime,i più frequenti hanno un numero di carbonio compreso tra 12 e 20. I Glicerofosfolipidi sono costituiti da un gruppo fosfato a cui è legata una certa molecola che determina le differenze fra di essi. Troviamo anche gli sfingolipidi,in cui lo scheletro non è il glicerolo ma la sfingosina,un amminoalcol a catena lunga; l’acido grasso è legato al gruppo amminico. Il più abbondante è la sfingomielina. Il nome gli è stato dato perché quando furono scoperti c’erano misteri circa queste macromolecole. Sia glicerofosfolipidi che sfingolipidi sono anfipatici. Nella sezione dei lipidi abbiamo anche ormoni steroidei derivanti dalla molecola del colesterolo,lipide molto complesso,e non sono polimeri quindi non dovremmo chiamarli macromolecole. Cvsxwgxygsyxgsugxsugxusbxugsuxgsugxusgxushxuhsxuhsjh jsxbjsxbjsxhjxshjxshj bus bus bejbxjsbjxbe jbsje hus hxjnsxj saturi In base all’alcol abbiamo tantissimi tipi di fosfogliceridi possono essere diversi - lo scheletro è costituito dalla sfingosina, un amminoalcol a catena lunga, c’ è un gruppo amminico che può essere acilato. ruolo strutturale nelle membrane biologiche, il più abbondante è la sfingomielina, molecola di natura anfipatica COLESTEROLO: una molecola anfipatica con una testa polare (-OH in posizione 3) e una porzione a polare (lo scheletro a 4 anelli condensati e la catena laterale in posizione 17) sarà posizionato solo su un lato del doppio strato fosfolipidico per le sue piccole dimensioni ma ha comunque Si formano dall’isoprene un composto a 5 atomi di carbonio L’isoprene e i suoi derivati si ritrovano nella vitamina A, Nei un ruolo importantissimo in virtù della sua natura anfipatica. È uno stabilizzatore delle membrane pigmenti carotenoidi, nel dolicolo, nel coenzima Q e nelle membrane cellulari degli Archea MEMBRANE BIOLOGICHE 16/10 È presente una membrana plasmatica che identifica l’unità cellulare, ma anche, all’interno della cellula, numerosissimi sistemi di endomembrane che identificano i diversi compartimenti della cellula La comparsa del rivestimento membranoso che identificava quella cellula come unità distinta dall’ambiente circostante è stata condizione essenziale per la nascita della cellula stessa ma anche per la vita della cellula stessa perché è all’interno delle membrane che avvengono le funzioni fondamentali Funzioni: Compartimentalizzazione Regolare scambi esterno /interno Informazioni e segnali intracellulari e fra cellule Energia Sedi di reazioni enzimatiche catalizzate da enzimi inseriti nella membrana stessa Composti reattivi separati dal resto della cellula, le membrane sono usate come strumento che le cellule usano per concentrare all’interno del compartimento stesso, dei reattivi (funzione usata dai perossisomi per confinare il perossido di idrogeno dentro essi senza che vada a danneggiare altri composti ) Concentrazione reagenti a concentrazione desiderata per far sì che possano svolgere la specifica funzione Ad oggi è tutt’ora valido un modello che descrive le membrane biologiche che è stato proposto negli anni 70, il modello A MOSAICO FLUIDO Pagina 35 Mare di lipidi in cui galleggiano le proteine 16/10 Endomembrane Le endomembrane identificano compartimenti interni alla cellula (apparato di Golgi mitocondri etc.). Sono prerogativa di questi involucri membranosi,è proprio la presenza di questo sistema di membrane che compartimenti questi sub spazi interni alla cellula possono essere delimitati e in cui possono essere svolti specifici lavori. Modello a mosaico fluido: proposto negli anni 70 da Sing e nicolson, ovviamente ha visto aggiornamenti ma tutt’ora lo consideriamo valido e rende conto,sulla base di questo mosaico,della proprietà delle membrane,non solo quella plasmatica ma di tutte. Doppio strato di lipidi complessi costituiti dalle teste polari e le due code idrofobe,il core idrofobo di questo doppio strato. In ambiente acquoso questi fosfolipidi di natura anfipatica,spontaneamente dispersi in un ambiente acquoso,tendono a formare un doppio strato dove le code polari idrofile guardano l'ambiente,citosolico o intramolecolare,acquoso,mentre le code riducono il contatto con l’ambiente acquoso in cui le code apolari di un monostrato interagiscono con le code idrofobiche dell’altro quindi è una membrana lipidica in cui è presente,oltre ai lipidi complessi, anche una componente proteica,per questo chiamiamo la membrana una membrana lipoproteica. Alcune proteine passano integralmente il doppio strato,dette integrali,altre invece interagiscono col doppio strato senza passarlo completamente. Ci sono catene oligosaccaridiche o attaccate a una proteina,glicoproteine,o attaccate ai lipidi,glicolipidi,della membrana.Oltre alla componente lipidica e proteica, abbiamo anche una componente oligosaccaridica in cui queste molecole sono,nell membrana plasmatica,rivolte nel versante extracellulare. Queste catene svolgono elementi importanti anche per le interazioni fra cellule,ricordiamo i desmosomi,gli emidesmosomi,le giunzioni. Le funzioni delle membrane biologiche,sono molte.E’ grazie a queste membrane che si creano compartimenti,degli spazi sub cellulari interni alla cellula,la stessa cellula è un compartimento delimitato da membrana e diverso dall’ambiente esterno. Le membrane sono barriere semipermeabili che controllano il passaggio di sostanze da esterno e cellula e viceversa.  16/10 Abbiamo già parlato del complesso del poro. E’ grazie alla membrana che vengono regolati gli scambi di sostanze fra cellula e esterno e compartimenti interni della cellula. A livello delle membrane possono esserci strutture di natura sia lipidica che proteica, che rendono possibile la segnalazione fra cellule; ricordiamo l’insulina,ormone rilasciato dalle cellule pancreatiche; una volta messo in circolo a bassa concentrazione, questo porta il suo segnale in una cellula bersaglio, in grado di rispondere a quel segnale; ciò avviene perché sulla membrana di questi abbiamo recettori,proteine che legano la proteina formando un complesso ligando-recettore,e favoriscono una cascata segnalatoria. Si parla di trasduzione del segnale,e attiva una cascata di eventi a valle dentro la cellula,che permettono all’insulina di evocare la sua funzione biologica. Le membrane sono importanti anche per la mediazione di questi segnali. C’è uno scambio di informazioni e segnali che avvengono a livello del legame. Le cellule forniscono anche energia,basti solo pensare al sistema tilacoidale dei cloroplasti. E’ a livello di queste membrane che avvengono reazioni importanti nella produzione di energia. Pensiamo anche alle creste mitocondriali, una zona della membrana biologica in cui abbiamo enzimi coinvolti nella generazione di energia. In generale anche le proteine,che possono essere enzimi,inserite nel mosaico,sono proteine del catalizzatore e trasformano substrati in prodotti al livello delle membrane. La membrana ha un ruolo importante perché questi enzimi siano ben disposti fra loro, affinché il loro rendimento sia più efficace. Hanno anche la funzione di separare composti reattivi dal resto della cellula,ricordiamo i perossisomi e l’importanza della loro membrana affinché avvengano le reazioni di ossidazioni,chiuse nel compartimento perossisomiale,separato dal resto della cellula. La cellula dunque può permettersi di far avvenire queste reazioni ossidative che portano alla sintesi di acqua ossigenata,la cui liberazione non è lesiva nei confronti della altre strutture subcellulari,poiché tutto è chiuso nel compartimento perossisomiale dove,grazie alla presenza della catalasi,sarà possibile degradare l’acqua ossigenata. Accenniamo anche agli enzimi e alle idrolasi acide del lisosoma: qualora queste venissero rilasciate perchè la membrana lisosomiale non è più efficiente,ci potrebbero essere dei rischi successivamente al loro rilascio,anche se non trovano il ph ottimale,non più acide,potrebbero creare dei danni. E’ grazie al sistema di membrane e alla organizzazione in compartimenti interni che essa,pur essendo di maggiori dimensioni rispetto alla procariote,può far raggiungere la concentrazione di certi elementi solo in determinati compartimenti. ↑ La cronologia dello sviluppo del modello a mosaico fluido è iniziato molto tempo prima degli anni 70; era stato proposto il modello a sandwich in cui esistevano due monostrati proteici 1 Overton aveva studiato come certe molecole o sostanze entrassero all’interno di certe cellule;era stato visti che molecole apolari potevano più facilmente passare la membrana rispetto a molecole polari.Da ciò dedusse che la membrana doveva essere lipidica polare. A seguire langmuir sperimentò una disposizione lipidica in un solo monostrato della membrana. Prese dei fosfolipidi isolati, li solubilizzò in benzene e li spalmò su uno strato acquoso a formare un monostrato. fino alla miscroscopia elettronica nessuno aveva potuto osservare la struttura delle membrane, tuttavia già alla fine dell’800 Overton aveva capito che la membrana delle cellule dovesse essere di natura lipidica, perché facendo degli esperimenti su cellule vegetali, aveva osservato che molecole apolari entravano molto più facilmente all’interno della cellula rispetto a molecole polari. Su questa base il rivestimento della cellula doveva necessariamente avere dei lipidi  Riassunto Gorter e Grendel : Prendono un numero (che loro conoscono) di globuli rossi, isolano le membrane, li sospendono in fosfolipidi di benzene, li 16/10 stratificano su uno strato acquoso ottenendo un monostrato e scoprono che la superficie occupata dai fosfolipidi in questo numero noto di globuli rossi era doppia rispetto al peso. Quindi capiscono che i fosfolipidi nella membrana del globulo rosso erano disposti in un doppio strato confermato quindi dall’occupare una superficie doppia quando vengono I primi a parlare del doppio strato stratificati rispetto all’atteso sulla base del numero noto di eritrociti e della loro dimensione Sfruttarono la tecnica di Langmuir Gorter e Grendel presero in considerazione molecole di globuli rossi,cellule così differenziate e specializzate per svolgere la loro funzione che espellono il nucleo e diventano solo sacche plasmatiche contenenti emoglobina. L’esperimento tentava di riuscire a conoscere l’estensione della membrana,data la quantità di lipidi che otteniamo da un certo numero di globuli rossi,possiamo riuscire a capire quanti lipidi ci sono. Dal loro esperimento, giunsero alla conclusione che la disposizione dei lipidi doveva avvenire in due foglietti. Commisero degli errori,sottostimando la superficie del globulo rosso e della quantità dei lipidi nella membrana,ma pur essendo i loro calcoli imprecisi, il risultato tornava. Il loro contributo è stato proprio quello di capire che i lipidi sono disposti in doppio strato. Furono Dawson e Danielli a capire che le membrane fossero certo costituite da un doppio strato lipidico ma allo stesso tempo dovevano essere costituite anche da proteine,affinché potessero svolgere tutte le funzioni dovute. Le proteine erano disposte in un monostrato a contatto con una testa polare da una parte e un altro strato posto allo stesso modo rivolti verso la testa del fog