Biologia - Sintesi PDF

BIOLOGIA 30/09 La biologia è tutto ciò che è legato alla vita. La cellula è l’unità più piccola che caratterizza tutto ciò che riguarda la vita, tutti gli organismi viventi infatti sono formati da cellule e a loro volta le cellule hanno il compito di regolare il metabolismo cellulare, tutte le reazi...

BIOLOGIA 30/09 La biologia è tutto ciò che è legato alla vita. La cellula è l’unità più piccola che caratterizza tutto ciò che riguarda la vita, tutti gli organismi viventi infatti sono formati da cellule e a loro volta le cellule hanno il compito di regolare il metabolismo cellulare, tutte le reazioni chimiche che riguardano gli esseri viventi iniziano all'interno delle cellule. Ogni cellula è caratterizzata da un ciclo vitale (nasce, cresce , si duplica e muore) come ogni organismo vivente. Tutte le materie scientifiche si basano sulla descrizione di elementi attraverso un metodo scientifico , in passato ciò non era possibile perché non c’erano gli strumenti, oggi invece abbiamo modelli e strumenti per poter descrivere con precisione sia la cellula che gli elementi che caratterizzano la cellula. Attraverso la microscopia ottica ed elettronica siamo in grado di descrivere tutto ciò che avviene all’interno della cellula , non attraverso delle ipotesi , ossia in maniera empirica ma siamo in grado di vederlo , ci basiamo su dati certi e siamo in grado di creare un modello che prende il nome di modello scientifico. La cellula si chiama così perché quando fu descritta per la prima volta nel diciassettesimo secolo da Robert Hooke attraverso un microscopio creato da due lenti che potessero ingrandire una struttura che lui aveva preso dalla natura ,osservò una piccola sezione di un sughero formato da piccole cavità separata da pareti da qui il nome cellula , lui ovviamente non osservava la cellula , ma erano già strutture formate da altre cellule, però si deve a lui la descrizione delle prime cellule. La cellula è il luogo dove avvengono le reazioni chimiche che regolano il metabolismo, per metabolismo si intende tutte quelle reazioni che producono altri prodotti ,che danno alla cellula la possibilità di respirare, crescere e riprodursi.Tutti questi fenomeni sono collegati tra di loro , infatti è difficile trovare la cellula da sola, esistono sì degli organismi unicellulari, ma il mondo che ci circonda è caratterizzato dalla maggior parte da organismi pluricellulari , quindi le cellule interagiscono tra di loro , si scambiano informazioni e la maggior parte di questi meccanismi che avvengono per la creazione di un sistema complesso avviene attraverso o alle reazioni chimiche o attraverso il passaggio fisico di informazioni tra una cellula e l'altra. Tutto questo all’interno della cellula avviene grazie all’energia , che dà l'input alla cellula di procedere, ciò è possibile grazie alla luce del sole che caratterizza tutte le reazioni che permettono alla cellule di sopravvivere. Esistono due tipi di cellule: quelli che caratterizzano gli animali e quelle che caratterizzano le piante , entrambe però per sopravvivere hanno bisogno di energia (noi la prendiamo dal cibo). I primi organismi che hanno popolato il nostro pianeta erano procarioti o batteri , piccoli organismi che erano in grado di vivere anche in condizioni estreme. Pian piano con l’evolversi dell’atmosfera , con i cambiamenti climatici che ci sono stati sul nostro pianeta anche questi piccoli organismi si sono evoluti e quindi da organismi unicellulari siamo passati a organismi pluricellulari in grado di colonizzare ambienti differenti e quindi c'è stata una sorta di selezione naturale che ha portato la selezione che abbiamo oggi. Tutti gli organismi dal più semplice al più complesso sono caratterizzati dal presentare delle cellule che possono essere diverse da organismo ad organismo però tutti i tipi di cellule dai 1 più semplici a quelli più complesse , sono regolate dalla TEORIA CELLULARE, che stabilisce che tutte le cellule presentano una membrana che li circonda, che prende il nome di membrana cellulare. Possiamo distinguere cellule procariote ( procarion , sono le prime cellule ed anche le più semplici, caratterizzano gli organismi unicellulari cioè batteri )ed eucariote ( sono cellule complesse che caratterizzano tutti gli altri organismi: organismi unicellulari o le ritroviamo sempre negli organismi pluricellulari). La teoria cellulare trovò conferma quando alla fine dell’ottocento e all'inizio del novecento fu descritto il DNA, che è la molecola che trasmette il codice genetico da una cellula all’altra. Fu descritto da Watson e Crick nel 1953 ed è caratterizzato da una doppia elica che è tenuta insieme da legami , che nella fantasia di molti somiglia ad una scala a chiocciola. Il DNA è caratterizzato da una molecola che prende il nome di acido deossiribonucleico. Le catene che formano l’elica sono a loro volta formate da quattro basi azotate :l’adenina si lega con la timina e la guanina con la citosina. In entrambe le cellule avvengono delle reazioni chimiche che regolano il metabolismo cellulare e fanno in modo da far sopravvivere la cellula e al tempo stesso regolano il ciclo vitale della cellula. Tutte le reazioni chimiche all'interno della cellula devono trovarsi in una condizione di equilibrio che è generato dall'omeostasi: è l’equilibrio che si viene a creare tra una cellula e l’altra e che regola il passaggio di elementi tra cellule,inoltre determina quella determinata reazione chimica. Esistono cellule che rispondono agli stimoli che provengono dall’esterno, gli stimoli in grado di provocare una reazione visibile sono: vista (attraverso gli occhi possiamo avere delle sensazioni piacevoli oppure no, generiamo delle sensazioni che si trasformano in altre reazioni, gli stimoli vengono trasmessi da un sistema all’altro e nell'essere trasmessi vengono trasformati in reazioni chimiche) , tatto , olfatto. Tutti gli organismi sono in grado di riprodursi, oggi sappiamo però che gli organismi si riproducono da un organismo che appartiene alla stessa specie( un cavallo genere cavallo , un fiore genere un fiore). Tutti gli organismi più evoluti si riproducono sessualmente (generano un organismo con caratteri comuni ai genitori , con capacità anche migliori rispetto ai genitori) , mentre ci sono organismi semplici che utilizzano la riproduzione asessuata( in questo caso le cellule non si evolvono). Tutti gli organismi formati da cellule presentano livelli di organizzazioni differente: Cellula- Organi(solo in cellule eucarioti)- Sistemi o Apparati. Non tutte queste componenti sono presenti in tutti gli organismi, nelle piante abbiamo i tessuti e gli organi ,ma non gli apparati e sistemi , mentre nel regno degli animali soltanto la componente più evoluta dei vertebrati arriva anche ai sistemi più complessi. Tutti gli organismi vegetali sono caratterizzati da organi che sono radici , fusto e foglie,mentre gli animali presentano tutti apparati e sistemi che caratterizzano l'uomo. In natura l’elemento più piccolo è generato dall’atomo, mentre la struttura più complessa è l’uomo. Più cellule dello stesso tipo si possono unire per formare tessuti, un tessuto si può organizzare per formare un organo e un organo più complesso può evolvere in un apparato. Tutti gli organismi caratterizzati dallo stesso tipo di cellula possono formare una popolazione, (ci sono popolazioni batterie , popolazioni di piante , funghi, insetti , uomini) 2 sono caratterizzati da organismi viventi aventi le stesse cellule. Quante più popolazioni si uniscono si viene a formare una comunità che è presente su un determinato ecosistema COMUNITA’+ AMBIENTE forma l’ECOSISTEMA Più ecosistemi formano la BIOSFERA Gli organismi che caratterizzano la sfera della biologia sono: -produttori:autotrofi (si procurano da soli il cibo, gli organismi per eccellenza sono le piante che fanno la fotosintesi) -consumatori: eterotrofi (abbiamo la necessità di prendere il cibo dall’esterno) -decompositori: batteri o funghi ( si nutrono di cellule morte). Tutti sono caratterizzati dalla capacità di poter effettuare una reazione chimica della respirazione , cioè l’ elemento chimico che trasforma il cibo in energia.Tutte le cellule sono in grado di fare respirazione, solo gli organismi autotrofi sono in grado di fare fotosintesi. Osserveremo che la fotosintesi è l’inverso della respirazione e viceversa. I consumatori a loro volta si possono dividere in tre tipi di consumatori: -consumatori primari: si nutrono di produttori (piante) -consumatori secondari: si nutrono dei consumatori primari -decompositori: batteri e funghi Tutti gli organismi viventi sono classificati dalla classificazione di Linneo che si basa su una nomenclatura binomiale : accosta il genere alla specie (es. Homo Sapiens) e si fa in latino. Gli organismi viventi si dividono secondo una divisione che va da quella più grande che descrive il dominio (procarioti o eucarioti), regno (6 regni), phylum, classe, ordine, famiglia, genere e specie. L’evoluzione in biologia è rappresentata attraverso una cladogramma= albero della vita, dove alla base abbiamo il dominio e pian piano si cresce nello specifico per arrivare alla specie.I regni che studieremo sono 5: -protisti: unico regno che è caratterizzato dal presentare organismi unicellulari con cellule procariote -funghi: non fanno fotosintesi , prendono il nome di miceti -piante da quelle più semplici alle più complesse -animali -batteri Tutte le specie viventi si adattano agli ambienti. C’è uno stretto rapporto tra i cambiamenti climatici e l’evoluzione delle specie in tutti i regni. Gli organismi che maggiormente si evolvono e si adattano a differenti ambienti anche estremi sono quelli caratterizzati da una cellula semplice ( cellula procariota) CELLULA PROCARIOTICA La cellula procariota si trova nei batteri , è presente quindi negli organismi unicellulari. Possiede una membrana che la circonda che prende il nome di membrana plasmatica. L’interno della cellula è caratterizzato da una sostanza semidensa chiamata citoplasma, all’interno di esso troviamo: -il dna della cellula libero ,condensato in una struttura che prende il nome di nucleoide 3 -i ribosomi : organelli responsabili della sintesi delle proteine (i ribosomi delle cellule procariote sono uguali a quelli delle cellule eucariote ma di dimensione ridotte) La membrana plasmatica è circondata da una parete cellulare perché le cellule procariote si possono trovare in ambienti estremi e quindi la parete protegge l’interno della cellula, infatti possiamo trovare un’ulteriore protezione della parete chiamata capsula. Questa cellula è presente in ambienti acquatici infatti la maggior parte di loro possiedono i flagelli (protuberanza della membrana che permette alla cellula di muoversi in ambienti liquidi), se è 1 è posizionato su uno dei due poli, ce ne possono essere più di 1 e in quel caso saranno posizionati o sullo stesso polo oppure su poli opposti della cellula. Quando è presente la capsula vi sono piccoli flagelli che prendono il nome di pili , ciò li possiamo trovare sia in ambiente acquatico che terrestre. Un cellula procariota per riprodursi deve duplicare il suo materiale genetico , dalla membrana cellulare si viene a formare una piccola estroflessione a forma di uncino , dove il filamento di DNA si posiziona. L’estroflessione si divide formando due estroflessione dove da una parte andrà il filamento vecchio e dall'altra il filamento duplicato. Tra le due estroflessioni si forma un'invaginazione(solco) che pian piano si stringe , si chiude , si staccano e si formano due cellule , queste due cellule sono identiche alle cellule che le ha generate. Questa divisione prende il nome di gemmazione CELLULA EUCARIOTA La cellula eucariota è caratterizzata da tanti organelli perché caratterizza sistemi più complessi. Presenta una membrana e il citoplasma , a sua volta il citoplasma possiede suoi organelli con il proprio compito: -ribosomi: sintetizzano proteine -nucleo: motore delle cellule eucariote perché partono tutti i segnali che regolano il metabolismo cellulare. All’interno del nucleo vi sono i cromosomi che a loro volta contengono il DNA (non più libero come nelle cellule procariote) -il nucleo è circondato da più membrane, dette reticolo endoplasmatico, di quest'ultimo ve ne sono due , quello liscio (la superficie è libera , è adiacente alla membrana perché tra le sue funzioni vi è la sintesi dei lipidi) o ruvido (ruvido perché ci sono i ribosomi). -mitocondri: all’interno di essi avviene una parte della respirazione cellulare 4 -apparato del Golgi : insieme di membrane appiattite che rilasciano vescicole , importante questo apparato perché trasporta i prodotti formati dalla cellula da una zona all’altra della cellula. Tutti questi organelli sono presenti in tutte le cellule eucariote che a loro volta si dividono in animali e vegetali. Nelle cellule animali troviamo un organello che è il lisosoma (non presente in quella vegetale), è sferico ed è responsabile della distruzione/digestione delle macromolecole più complesse a quelle più semplici, che possono essere riutilizzate dalla cellula stessa. In alcune cellule animali possono essere presenti anche dei microtubuli che sono piccoli bastoncelli formati da actina responsabili del trasporto delle macromolecole da una zona all'altra all’interno del citoplasma. Le cellule eucariote presentano due tipi di divisioni cellulare: mitosi e meiosi. 03-10-2024 Esistono due tipi di cellule, le cellule procariote e le cellule eucariote. Le cellule procariote sono quelle più semplici, che hanno anche una modalità di divisione che prende il nome di frammentazione o gemmazione, quindi da un’unica cellula, dopo che si è duplicato il DNA si generano due cellule perfettamente identiche alla cellula che le ha generate. La membrana interna forma una struttura che prende il nome di MESOSOMA A UNCINO, il DNA si duplica, si duplica anche il mesosoma, si formano due strutture (ad uncino?), nella parete nella zona centrale si forma un’invaginazione che pian piano si chiude fino a formare due cellule perfettamente identiche. Questo fa si che ci sia una sorta di clonazione, ogni cellula madre genera due cellule figlie perfettamente identiche alla cellula madre. In questo modo quindi non c’è una variabilità e anche la divisione cellulare è estremamente veloce. Le cellule eucariote sono molto più complesse perché presentano al loro interno una serie di organelli, l'organello principale della cellula eucariota prende il nome nucleo, che viene considerato anche il centro di comando che da il via a tutte le reazioni metaboliche che avvengono all’interno della cellula, dalla respirazione alla sintesi proteica, alla sintesi di lipidi/glicidi e tutti gli altri elementi che caratterizzano la cellula. 5 Il DNA, infatti nelle cellule eucariote, non si trova libero nel citoplasma, ma si organizza nel formare delle strutture che prendono il nome di cromosomi. Il DNA è un doppio filamento di acido deossiribonucleico lunghissimo, che si riorganizza avvolgendosi su se stesso fino a formare questa struttura che prende il nome di cromosoma. Se osserviamo ad un microscopio elettronico, quindi ad un ingrandimento estremamente elevato che riesce a vedere strutture anche al di sotto del micron, noteremo che i cromosomi hanno una struttura di questo tipo: All’interno del cromosoma il filamento di dna si organizza a formare una struttura a X, in cui è possibile distinguere delle braccia, abbiamo il braccio di destra e quello di sinistra, tenuto insieme da una struttura che prende il nome di centromero. Vi è una simmetria bilaterale, in cui la parte di sinistra è uguale a quella di destra. I bracci prendono anche il nome di cromatidi. Il nucleo di ogni cellula di specie diversa, sia animale, che funghi, che vegetali, presenta un numero e forme di cromosomi differenti. Il numero e la forma dei cromosomi che caratterizza ogni specie, prende il nome di cariotipo. Il cariotipo è caratterizzato da differenti forme dei cromosomi, in quanto il centromero si può trovare in una posizione centrale in cui le braccia dei cromatidi sono uguali da tutti i lati, quindi è un cromosoma metacentrico (è perfettamente diviso a metà). Quando il centromero si trova in una posizione un po’ più alta/bassa, avremo dei cromosomi submetacentrici, cioè non perfettamente divisi a metà, ma con i cromatidi che hanno un braccio più corto e uno più lungo (come nella foto). I cromosomi presenti nel nucleo subiscono una divisione che prende il nome di mitosi, che è una divisione cellulare che caratterizza tutte le cellule eucariote ed è tipica di tutti i cromosomi che non sono coinvolti nella riproduzione sessuata. In questa immagine vediamo un nucleo di una cellula di un apice di cipolla, dove all’interno è possibile osservare i cromosomi (questi vermetti). 6 Quando una cellula è pronta per potersi dividere, i cromosomi all’interno del nucleo si preparano per duplicarsi, inizialmente, e poi distribuirsi, attraverso la divisione della mitosi, all’interno delle nuove cellule. (Quindi da un’unica cellula, anche in questo caso se ne formano 2) Vediamo le fasi della mitosi: Le prime fasi della divisione cellulare prendono il nome di INTERFASE e INIZIO DELLA PROFASE. Queste fasi che cosa sono? sono le fasi in cui la cellula, ha raggiunto le dimensioni tali da essere matura e potersi dividere. La prima cosa che una cellula fa una volta raggiunta la giusta dimensione è duplicare il DNA, quindi duplica i propri cromosomi. Insieme ai cromosomi vengono duplicate anche delle sostanze di riserva utili alle nuove cellule per poter iniziare il loro metabolismo. INTERFASE: La cellula si prepara alla divisione e per prepararsi aumenta il proprio volume. PROFASE: si divide in profase iniziale e profase avanzata. Nella fase avanzata, rispetto a quella iniziale, si vede 7 effettivamente che il DNA si duplica e alla fine della profase avanzata la cellula è pronta per dividersi. (nella fase iniziale la duplicazione non è tanto visibile) PROMETAFASE: la cellula prepara i cromosomi per dividerli equamente tra le due cellule figlie. In questo stadio: - La membrana del nucleo, che protegge i cromosomi, si dissolve, permettendo ai cromosomi di essere liberi nella cellula. - I cromosomi, che sono già duplicati e compattati, iniziano a muoversi verso il centro della cellula. - I microtubuli, che sono come dei “fili”, si attaccano ai cromosomi per prepararli a essere tirati e separati nella fase successiva (questi filamenti prendono il nome di fuso mitotico). Questa fase è fondamentale per garantire che ogni cellula figlia riceva il giusto numero di cromosomi. METAFASE: I cromosomi si allineano al centro della cellula, formando una fila ordinata. Questo è importante per assicurare che saranno divisi in modo equo. ANAFASE: Il fuso si attacca ai vertici dei cromosomi e farà in modo che i due cromatidi si stacchino dirigendosi ai poli opposti della cellula. Ogni metà si dirige verso una direzione diversa. La cellula a questo punto è pronta per dividersi perché da un polo e dall’altro avremo gli stessi cromosomi. TELOFASE: abbiamo gli stessi cromosomi da un lato e dall’altro. La membrana fa una piccola invaginazione, stringe fino ad arrivare alla formazione di due cellule che sono perfettamente identiche e hanno lo stesso corredo cromosomico della cellula madre che le ha generate. La divisione effettiva si ha con la CITODIERESI quando le membrane si staccano e si formano due cellule identiche. Da una cellula più grande si formano due cellule figlie uguali. Però le cellule subito entrano in interfase e aumentano il proprio volume. Qual è la cosa importante? Che da una cellula madre si formano sempre due cellule figlie identiche, con lo stesso numero e lo stesso tipo di cromosomi. Questo tipo di divisione (la mitosi), è una divisione asessuata.Esiste un altro tipo di divisione che caratterizza solo le cellule eucariote, questo tipo di divisione riguarda solo alcune cellule che sono responsabili della riproduzione sessuata degli organismi e la ritroviamo in tutti i regni che presentano una riproduzione sessuata, quindi in quello dei protisti (alghe), delle piante, dei funghi e degli animali. La meiosi presenta una doppia divisione che fa sì che da una cellula madre si generano 4 cellule figlie che prendono il nome di gameti. La meiosi presenta però le stesse fasi della mitosi, che sono la profase, la metafase, l’anafase e la telofase.Queste si chiameranno: PROFASE I, METAFASE I, ANAFASE I, 8 TELOFASE I, poi successivamente, nella seconda divisione si chiameranno: PROFASE II, METAFASE II, ANAFASE II, TELOFASE II. Fra una divisione e l’altra non si ha la duplicazione del DNA ed è per questo che da una cellula se ne formano quattro con corredo cromosomico dimezzato. Nella meiosi interviene anche un altro fattore importantissimo che è il fenomeno di ricombinazione genica che prende il nome di crossing over. Quando nella metafase I i cromosomi omologhi si mettono vicini lungo il fuso mitotico, prima di separarsi attraverso il fuso, si scambiano pezzetti l’uno con l’altro. Immaginiamo che da un lato abbiamo il cromosoma blu e dall’altro il cromosoma rosso, alla fine del crossing over avremo un cromosoma blu con piccoli pezzetti rossi e un altro rosso con piccoli pezzetti blu, quindi alla fine della prima divisione avremo due cellule figlie che avranno lo stesso numero di cromosomi della cellula madre ma con i cromosomi leggermente diversi. Queste due cellule poi a loro volta andranno incontro ad un’ulteriore divisione, quindi avremo 4 cellule che saranno totalmente diverse rispetto alla cellula madre e con un corredo cromosomico dimezzato. Tutte le cellule che vanno incontro a una divisione, sia meiotica che mitotica, sono cellule che prendono il nome di cellule diploidi, perché hanno un corredo cromosomico 2n. Nella mitosi, da una cellula diploide, avremo due cellule diploidi perfettamente uguali alla cellula madre, quindi una cellula madre 2n genera due cellule figlie 2n. Nella meiosi con la questione del crossing over, nella prima metafase, avremo con la prima divisione due cellule diploidi, le quali però vanno incontro ad un’ulteriore divisione e quindi il risultato sarà di quattro cellule aploidi, quindi solo n. La meiosi entra in gioco solo se si ha una riproduzione sessuata, inoltre è una riproduzione più lenta. Tutto questo avviene all’interno della cellula eucariota e quindi all’interno del nucleo. NUCLEO Il nucleo, nella maggior parte dei casi presenta una struttura tondeggiante, è caratterizzato nella maggior parte dei casi da una membrana che ne delimita le dimensioni. Questa membrana presenta dei piccoli forellini che prendono il nome di pori nucleari. Questi pori nucleari permettono il passaggio delle informazioni dal nucleo al citoplasma e agli altri organelli (ci deve essere un flusso sia in uscita che in entrata, per questo la membrana non può essere sigillata, ma deve presentare questi fori per poter comunicare). Il nucleo presenta una membrana che è formata da un doppio strato fosfolipidico, attraversata da diversi elementi, che sono: carboidrati o zuccheri, amminoacidi o proteine. Questi elementi non sono fissi nella membrana ma possono spostarsi e questa loro fluidità conferisce alla membrana la struttura a membrana a mosaico fluida. La struttura di membrana che caratterizza il nucleo è la stessa che troviamo in tutti gli altri organelli e anche la cellula, sia essa procariota o eucariota, presenta una membrana a mosaico fluida formata principalmente da un doppio strato fosfolipidico. 9 Il nucleo è il centro di comando di tutte le cellule ed è la sede dell'informazione genetica perché contiene i cromosomi, al cui interno è conservato il DNA. Il DNA riesce ad organizzarsi all’interno dei cromosomi perché contiene un altro elemento che prende il nome di cromatina (la cromatina rende il DNA più denso). All’interno del nucleo avviene la replica del DNA e in più avviene anche un’altra replica importante che prende il nome di trascrizione dell'RNA. Le molecole di DNA sono fondamentali per il nostro corredo genetico, però la molecola di RNA è una molecola a un unico filamento ed è importantissima per la sintesi proteica, la sua trascrizione avviene all’interno del nucleo, quindi in sintesi all’interno del nucleo avvengono reazioni importanti per l’espressione genica e per la duplicazione cellulare, per questo si parla di centro di comando. Il nucleo può essere definito come il coordinatore e il controllore di tutte le attività che avvengono nella cellula. Solo le cellule eucariote hanno il nucleo e il nucleo garantisce la separazione del materiale genetico dal resto della cellula. Nelle cellule procariote, invece, il DNA è libero nel citoplasma e si organizza a formare il nucleoide. Nei procarioti, da una cellula madre avremo sempre due cellule figlie identiche e il processo di divisione prende il nome di SCISSIONE BINARIA O GEMMAZIONE. Le cellule che invece presentano il nucleo, presentano una doppia divisione, o attraverso la meiosi o attraverso la mitosi. Le cellule possono avere forme e dimensione variabile e per poterle osservare c’è sempre bisogno del microscopio. Le cellule più grandi possono essere osservate con un microscopio ottico, mentre le cellule più piccole vengono osservate tramite il microscopio elettronico. Per osservare all’interno di una cellula abbiamo bisogno di un ingrandimento ancora maggiore e soprattutto abbiamo bisogno di qualcosa che ci aiuti ad individuare l’organello che vogliamo osservare, nel caso del nucleo esiste proprio un colorante che da un colore fluorescente al nucleo, che prende il nome di DAPI, in questo modo quando andremo ad osservare la cellula al microscopio, vedremo delle macchioline fluorescenti che indicano il nucleo. Questo è un colorante organico che si lega in particolare modo a due basi che caratterizzano il DNA, che sono l’adenina e la timina Il nucleo presenta alcune caratteristiche funzionali e strutturali diverse da tutti gli altri organelli. Com’è fatto il nucleo? La membrana nucleare può essere anche chiamata involucro nucleare. Il nucleo all’interno presenta una struttura che prende il nome di nucleoscheletro e delle sostanze che sono la cromatina e il nucleolo, quest’ultimo è una struttura tondeggiante che si trova nella parte centrale del nucleo. 10 Perché è importante il nucleolo? Perché è responsabile della sintesi dell'RNA. Il nucleolo è composto da materiale genetico e da proteine, non presenta una membrana ed è delimitato da cromatina condensata che prende il nome di cromatina perinucleare. Il nucleolo può essere diviso in due regioni, una fibrillare e una granulare. Non è presente in tutte le fasi della divisione del nucleo, ma lo ritroviamo nelle fasi in cui la cellula cresce e si prepara alla divisione. Nel momento in cui la cellula comincia a dividersi il nucleolo scompare e in particolar modo scompare nella fase che prende il nome di PROFASE. Quando la cellula ha completato la sua divisione e si sono formate le cellule figlie, il nucleolo si riforma. Il nucleolo normalmente si trova nella porzione centrale del nucleo, ma in alcuni casi si può trovare anche attaccato alla membrana nucleare. La maggior parte delle cellule eucariote possiede solo un nucleolo, anche se in alcuni organismi come quelli vegetali, o nei funghi, possono essere presenti un numero variabile di nucleoli, da 1 a 6 (nei funghi e anche nelle piante). Più una cellula attiva le sue funzioni metaboliche, più il nucleolo diventa grande, questo perché abbiamo detto che è responsabile della sintesi della trascrizione dell’RNA, che è la molecola che viene utilizzata per la sintesi proteica. All’interno del nucleolo è possibile distinguere 3 zone: 1. Zona organizzatrice del nucleolo, dove sono presenti le sequenze del DNA che saranno trascritte in molecole di rRNA; 2. Zona fibrillare densa, caratterizzata da fibrille sottili e da rRNA già trascritti; 3. Zona granulare, presenta dei piccoli granuli ed è costituita da piccoli ribosomi. All’interno del nucleolo sono quindi presenti piccoli ribosomi che vengono assemblati all’interno del nucleo. Come si generano i ribosomi all’interno del nucleo? Nel citoplasma vengono sintetizzate le proteine che caratterizzano i ribosomi, che attraverso i poli nucleari arrivano all’interno del nucleo dirigendosi verso il nucleolo, si addensano e formano i ribosomi grazie anche alla presenza dell’rRNA appena sintetizzato. Dopo che vengono assemblati i ribosomi, attraverso i pori nucleari, escono e vanno nel citoplasma. Qual è la funzione del nucleo? - Contenere le informazioni genetiche, e quindi conservarle; - Duplicare il materiale genetico e distribuirlo all’interno delle cellule figlie; - Gestire i processi metabolici della cellula. Il nucleo ha una forma generalmente tondeggiante infatti il suo nome deriva dal latino, dal termine nocciolo. 11 Il nucleo, nelle cellule animali si trova generalmente in posizione centrale, mentre nelle cellule vegetali si trova un po’ più verso la parete. Il nucleo può variare per morfologia, dimensione e posizione della cellula, inoltre, una cellula in alcuni casi particolari può contenere più di un nucleo. Esistono alcune cellule nel regno animale, come i leucociti, che presentano più nuclei, o gli spermatozoi che presentano una forma del nucleo a semiluna. Le dimensioni del nucleo possono variare ma generalmente sono direttamente proporzionali alla dimensione della cellula, una cellula più grande avrà bisogno di un metabolismo più attivo e quindi avrà un nucleo più piccolo e viceversa per le cellule più piccole. Anche la sua posizione può variare, ad esempio, nelle cellule embrionali il nucleo si trova in posizione centrale, mentre nelle cellule come le ghiandole che secernono muco, il nucleo si può trovare in una posizione eccentrica, più bassa rispetto al resto della cellula. Normalmente, tutte le cellule sono mononucleate, cioè hanno un unico nucleo. Le cellule che hanno più nuclei prendono il nome di cellule plasmodi in cui le cellule si sono divise ma la parte finale, quella della Telofase non è avvenuta, quindi la cellula si è divisa a livello nucleare, però poi la membrana non ha subito divisione. Ci sono poi alcuni casi, soprattutto nel regno degli animali, degli invertebrati, in cui le cellule si possono fondere tra di loro, quindi da una cellula le membrane si fondono formando da due a una cellula e in quel caso prendono il nome di sincizi. Esistono anche delle cellule prive di nucleo che hanno una funzione protettiva o di trasporto. Nel regno animale, cellule senza nucleo sono i globuli rossi (una volta che si sono formate perdono il nucleo e il loro scopo è quello di trasportare l’ossigeno e l’anidride carbonica). Le piastrine non presentano il nucleo e anche ad esempio le squame cornee (cornie?) di alcuni animali. Un’altra struttura priva di nucleo è la corteccia degli alberi. Abbiamo detto che il nucleo è delimitato da una membrana, ma per poter trasportare gli elementi dall’interno all’esterno e viceversa, la membrana non è continua ma presenta dei pori. Inoltre l’involucro nucleare è circondato da un altro sistema di membrane tipico delle cellule eucariote, che prende il nome di RETICOLO ENDOPLASMATICO RUVIDO, queste non sono altro che delle membrane disposte a formare delle piccole cisterne ripiegate su se stesse che circondano solo una parte del nucleo. Perché ‘ruvido’? Perché i ribosomi sintetizzati nel nucleo escono e si dispongono lungo la membrana del reticolo endoplasmatico, quindi è ruvido perché la sua membrana non è liscia ma contiene sulla sua membrana i ribosomi. Il poro nucleare non è solo un’apertura della membrana ma è un vero e proprio canale che determina il passaggio di alcune sostanze rispetto ad altre, in particolare permette il passaggio delle molecole di rRNA trascritte nel nucleo verso il citoplasma. Il poro è caratterizzato da un insieme di proteine che ne determinano la funzione e la sua forma, in particolare è formato da 8 proteine che formano 2 anelli che si appoggiano alla membrana, dal lato interno e dal 12 lato esterno. Queste proteine formano anche otto raggi che si estendono verso il centro del poro e sono responsabili del trasporto degli elementi dal nucleo al citoplasma. La struttura che si viene a formare è come se fosse un cesto verso l’interno del nucleo che contiene gli elementi che devono essere trasportati, li cattura e li trasporta verso l'esterno, verso il citoplasma. Nella sua struttura definitiva un poro nucleare può contenere fino a 30 proteine. Ovviamente i pori nucleari sono di dimensioni ridotte quindi potranno trasportare piccoli ribosomi, molecole di RNA, mentre le molecole più grandi possono entrare nel nucleo solo attraverso le proteine che si trovano all’interno della membrana. Abbiamo detto anche che il nucleo è formato da un nucleoscheletro e presenta una sorta di rete (a forma di scheletro) di proteine, che posiziona il nucleolo e tutti gli altri elementi all’interno del nucleo. Il nucleoscheletro è formato da una matrice nucleare e da una lamina nucleare, la matrice è quella più densa e determina la forma e la dimensione del nucleo, mentre la lamina è più sottile, formata da proteine che formano dei filamenti che spostano gli elementi del nucleo da una parte all’altra. All’interno del nucleo troviamo anche i cromosomi, formati dalla catena di DNA, però questo filamento non è libero ma si organizza in una struttura più complessa riavvolgendosi su se stesso per formare i cromosomi. Come si avvolge? Attraverso la presenza degli istoni. Cromatina, istoni e DNA andranno a formare i cromosomi. Che cos'è la cromatina? È un filamento creato da DNA e proteine, è responsabile della formazione dei cromosomi perché fa sì che la struttura del DNA più gli istoni possa compattarsi a formarli. Gli istoni sono formati da 4 proteine (lisina e arginina, proteine basiche), quando il DNA (proteina acida) si avvolge intorno agli istoni, forma una struttura che prende il nome di nucleosoma, solo con l’intervento della cromatina si ha la formazione dei cromosomi. Tra i due nucleosomi esiste una parte di DNA libero, che è importante in quanto non codifica per nessun gene, quindi tutte le mutazioni che avvengono in questa porzione sono silenti. Dal punto di vista genetico, questa sequenza genetica prende il nome di DNA spazzatura, quindi è un DNA che non è utile e le mutazioni che avvengono al suo interno non creano nessun danno. Le mutazioni che invece avvengono nel DNA avvolto all’interno della struttura del nucleosoma sono delle mutazioni che si andranno ad esprimere all’interno del gene. Le cromatine, invece, fanno sì di avvolgere gli stoni su se stessi fino a formare i cromosomi. I cromosomi normalmente, quando la cellula è in un’attività di crescita e di sviluppo, non sono nella loro struttura definitiva, ma sono meno compatti. Si compattizzano solo quando la 13 cellula inizia la sua fase di divisione e quindi solo in quella fase sono visibili anche al microscopio. Tutte le cellule e tutte le specie viventi hanno un proprio cariotipo, che non è altro che il corredo cromosomico. Nella specie umana il cariotipo è differente tra maschio e femmina, nei maschi ci sono 22 cromosomi uguali alla femmina e un cromosoma XY, mentre la femmina presenterà 22 cromosomi uguali al maschio e un cromosoma XX. In totale il corredo cromosomico umano è formato da 46 cromosomi che a loro volta sono formati da 22 coppie di cromosomi omologhi e 2 cromosomi sessuali, XX per le femmine e XY per i maschi. Il cariotipo, per tutte le specie si definisce dai cromosomi più grandi fino a quelli più piccoli. Si definisce in base al centromero (i cromosomi che avranno la stessa dimensione, si distinguono in base alla posizione del centromero). 07-10-2024 Tutte le cellule sono composte da elementi che le caratterizzano che possono essere sintetizzati nelle biomolecole.Le biomolecole ( molecole chimiche legate alla struttura della cellula) possono dividersi in quattro categorie: carboidrati o zuccheri, lipidi (componente principale di tutte le membrane) , proteine e acidi nucleici. CARBOIDRATI I carboidrati possono essere chiamati anche glucidi e rappresentano la prima fonte di energia per tutti gli organismi sia essi autotrofi che eterotrofi. Tra i carboidrati più importanti ritroviamo gli zuccheri (glucosio). La struttura molecolare del glucosio è C6H12O6. Gli zuccheri possono dividersi in monosaccaridi(1 unità), disaccaride (2 unità) polisaccaridi (più unità). I monosaccaridi sono carboidrati più semplici e a seconda del numero di carbonio si dividono in triosi (3 atomi di carbonio), tetrosi (4), pentosi (5) , esosi(6) ecc… Gli zuccheri possono anche contenere gruppi esterni come gli aldeidici e in questo caso lo zucchero è definito aldoso, se contiene il gruppo chetonico è definito chetoso (come il fruttosio. I monosaccaridi presentano una forma ciclica, ad anello , la chiusura dell’anello avviene grazie al legame tra il gruppo OH e il gruppo aldeidico o chetonico Quando un anello è formato da 5 atomi di carbonio prende il nome di furanosi o fruttosio , mentre quelli a sei sono detti piranosi (come il glucosio). I disaccaridi sono molecole formate da due unità e quindi sono due monosaccaridi legati tra di loro dal legame O-glicosidico. Alcuni esempi di disaccaridi sono: maltosio( formato da due molecole di glucosio) lattosio ( formato da una molecola di glucosio e una di galattosio) saccarosio ( formato da una molecola di glucosio e una di fruttosio) I polisaccaridi sono l’insieme di molte unità di monosaccaridi ( da 100 a 3000 unità) I più importanti sono: 14  l’amido : riserva di carboidrati tipica delle piante ( tipo patate) glicogeno : riserva di carboidrati tipica degli animali la cellulosa con funzione strutturale nelle piante ( presente nella parete cellulare); esistono modifiche della cellulosa come quella del polimero che troviamo all’interno dei funghi. La differenza tra i diversi polisaccaridi è data dal legame tra i due monosaccaridi. Ad esempio nell’amido i legami sono a(alfa)-glucosidici, mentre nella cellulosa sono B(beta)-glicosidici. Questo ci impedisce di digerire la cellulosa poiché non possediamo le molecole necessarie per la rottura di questo legame. I polisaccaridi possono legarsi alle proteine formando una struttura più complessa che prende il nome di glicoproteine : presenti sui globuli rossi e consentono di classificare quattro gruppi sanguigni (A, B, AB, 0). LIPIDI Un’altra categoria di biomolecole sono i lipidi che hanno delle caratteristiche fondamentali: sono insolubili in acqua ma solubili in solventi organici apolari. Hanno un ruolo di: riserva energetica concentrata (grassi); strutturale (costituenti della membrana cellulare); funzionale (ormoni steroidei, vitamine liposolubili). I lipidi formano i grassi e a questa categoria più grande di molecole appartengono anche gli oli e le cere. Grassi , oli e cere sono detti trigliceridi. I grassi possono essere solidi o liquidi. I grassi solidi sono presenti nel regno degli animali ( hanno funzione di riserva e di proteggere gli organi interni) , i grassi liquidi sono gli oli vegetali che sono presenti nella maggior parte delle piante. I grassi sono formati da una molecola di glicerolo a cui sono legati tre catene di acidi grassi I lipidi possono essere anche fosfolipidi ed è sotto questa forma che li troviamo nelle membrane, formando un doppio strato fosfolipidico. I fosfolipidi contengono acido fosforico e sono formati da una molecola di glicerolo a cui sono legati due catene di acido grasso e una terza catena formata da un gruppo fosfato legato ad un gruppo che può variare (gruppo X). 15 I fosfolipidi hanno una forma particolare: formata da una testa e due code. La testa è polare mentre le code apolari. Si dispongono per formare un doppio strato fosfolipidico , dove la testa è verso l’esterno , mentre le code si disporranno all’interno. Questo perché le teste possono stare a contatto con l’acqua mentre le code che sono apolari no. La loro disposizione permette agli altri elementi della membrana di attraversarla come le proteine , amminoacidi o da altri elementi che possono essere trasportati da un organello al citoplasma e viceversa oppure da una cellula all’altra. Questo modello di membrana prende il nome di membrana a mosaico fluida (viene chiamata così perché le proteine non sono immobili ma si muovono all’interno del doppio strato). Le proteine possono attraversare completamente la membrana oppure sporgersi all'esterno o verso l'interno. Le proteine sono importanti nella membrana perché possono trasportare gli elementi. AMMINOACIDI La terza categoria di biomolecole sono gli amminoacidi , propulsori dei peptidi e delle proteine.Gli amminoacidi o proteine creano gli organi , i tessuti e gli apparati. Gli amminoacidi sono monomeri (singole catene ) che si organizzano per formare i peptidi , formati da pochi aminoacidi, quando si raggiunge il numero si dà vita alle proteine.La struttura base degli amminoacidi è : carbonio centrale legato al gruppo amminico (NH2) , carbossilico ( COOH) e la catena R (che varia in ogni amminoacidi). Gli amminoacidi possono essere acidi o basici in relazione all’ambiente dove si trovano. Gli amminoacidi si legano tra di loro grazie al legame peptidico tra il gruppo carbossilico e amminico. Il numero degli amminoacidi è di 20 e si possono organizzare per dar vita a tantissime proteine. Le proteine vengono sintetizzate e prodotte dai ribosomi e nascono sotto forma di una struttura lineare che prende il nome di struttura primaria , questa struttura si può organizzare avvolgendosi su se stessa che prende il nome di struttura secondaria. A questo punto la proteina può rimanere in questo stato oppure ripiegarsi su se stessa formando una struttura a(alfa)-elica che prende il nome di struttura terziaria. Quando due o più strutture terziarie si uniscono tra di loro si forma una struttura quaternaria (struttura più complessa). La struttura primaria è data dalla sequenza di aminoacidi della catena proteica. Determina sia la forma sia la funzione che essa svolge, anche una piccola variazione nella sequenza può renderla inattiva. La struttura secondaria delle proteine è la configurazione tridimensionale assunta dalle catene polipeptidiche , cioè la loro disposizione nello spazio. È dovuta a deboli legami idrogeno che si stabiliscono in una stessa catena fra le anse superiori e quelli inferiori. Le strutture possono essere ad : a(alfa)-elica o foglietto-b(beta) La struttura terziaria è la conformazione complessiva dovuta all’ulteriore ripiegamento delle catene ad alfa-elica o dei foglietti-beta. È dovuta all’attrazione elettrostatica tra le catene. se la catena ad a-elica è in ambiente acquoso e contiene alcuni gruppi R a carattere idrofobico, 16 essa assume l’aspetto di un gomitolo, in modo che i gruppi idrofili restino a contatto con l’acqua, mentre quelli idrofobici si rivolgono verso l’interno. La struttura quaternaria è caratteristica soltanto di alcune proteine: esse, infatti, devono essere costituite da due o più subunità, che si associano mediante legami elettrostatici. Un esempio è l’emoglobina, costituita da quattro catene polipeptidiche disposte a tetraedro con al centro la molecola del ferro. Una proteina smette di funzionare quando viene denaturata. Le proteine possono essere divise in due gruppi: -fibrose : insolubili in acqua e con una struttura robusta; formano le fibre dei capelli o dei tendini - globulari: generalmente solubili in acqua; struttura caratteristica di enzimi, ormoni, proteine di trasporto e proteine regolatrici. Gli enzimi (proteine globulari) agiscono su delle molecole specifiche che prendono il nome di substrati. L'enzima possiede una zona definita sito attivo che interagisce direttamente con il substrato. Una volta che l’enzima interagisce con il substrato e sintetizza i prodotti, essi vengono rilasciati ,si staccano dall’ enzima e a sua volta l’enzima può riformare il sito attivo per attivare un’altra reazione metabolica. ACIDI NUCLEICI Gli acidi nucleici sono: Dna (acido deossiribonucleico) e Rna ( acido ribonucleico) , sono i depositari dell’informazione genetica e controllano la sintesi delle proteine. Sono polimeri lineari formati da monomeri che prendono il nome di nucleotidi, formati da una base azotata, uno zucchero a cinque atomi di carbonio e un gruppo fosfato. Le basi azotate del DNA sono: -basi puriniche : adenina, guanina -basi pirimidiniche: citosina, timina. Nel 1953 Watson e Crick proposero per il Dna la famosa struttura a doppia elica. Le basi dei filamenti polinucleotidici sono complementari: adenina si lega solo con la timina e la citosina solo con la guanina. L’adenina e la guanina sono caratterizzate da un doppio anello e sono le purine. La timina è la citosina da un singolo anello. L’Rna a differenza del Dna presenta soltanto una catena , presenta la molecola di zucchero pentoso ( 5 atomi di carbonio ) , un gruppo fosfato e al posto della timina contiene l’uracile. Il Dna ha i requisiti per essere materiale genetico ed è: variabile tra le diverse specie in grado di custodire le informazioni che fanno una specie diversa dall’altra è costante all’interno di una stessa specie 17  in grado di duplicarsi con grande precisione durante la divisione cellulare soggetto a rari cambiamenti, chiamati mutazioni, che forniscono la variabilità genetica che permette organismi di evolversi nel tempo oppure ad altri organismi di non sopravvivere Chi dimostrò la forma tridimensionale del Dna fu Franklin che studiò il Dna attraverso i raggi X. La forma a doppia elica è dovuta dai legami tra basi azotate che possono essere più lunghi o più corti. I legami tra le basi azotate sono legami ad idrogeno. Il Dna presenta una struttura semi-conservativa , quando si va a duplicare , dato che ogni filamento funge da stampo per la formazione del filamento complementare, ogni nuova molecola di DNA ha un filamento conservato dall’origine e uno neoformato. La duplicazione di una molecola di DNA si può suddividere in tre stadi: 1 srotolamento e apertura dei filamenti 2 Appaiamento delle basi complementari 3 Unione dei due nuovi filamenti Gli stadi 2 e 3 sono assistiti da un complesso enzimatico chiamato DNA polimerasi che funziona solo in un verso del filamento, che va dall'estremità 3’ (si legge tre primo) a 5’; in quanto ogni filamento di dna e rna hanno un loro orientamento. Per attivarsi la Dna polimerasi ha bisogno di un piccolo frammento di nucleotide che prende il nome di primer. Il dna è quello che ritroviamo nei cromosomi, nel nostro corredo genetico, caratterizza tutte le specie ed è presente in tutte le cellule , mentre l’Rna svolge altre funzioni. Nella sua forma lineare viene definito Rna messaggero che lo troviamo all’interno del nucleo e rappresenta il primo step utile per la sintesi delle proteine. La sintesi delle proteine si può dividere in due fasi :trascrizione e traduzione -Trascrizione dove il Dna ( utilizzato un solo filamento) viene utilizzato come stampo per formare una molecola di rna messaggero che rappresenta il primo step per la sintesi delle proteine. In questo caso interviene qui un’ enzima che prende il nome di Rna polimerasi. Avremo la formazione di una catena lineare che prende il nome di rna messaggero o trascritto primario , che è una sequenza di nucleotidi che sono codificati in zone che prendono il nome di esoni, intervallate da zone che prendono il nome di introni. Solo gli esoni trascrivono mentre gli introni sono zone silenti. L’Rna messaggero una volta uscito dal nucleo interagisce con altre sue molecole di rna ossia rna transfer o di trasporto e rna ribosomiale ( lo troviamo all’interno dei ribosomi). L'Rna transfer ha funzione di trasporto e ha forma a trifoglio ,è un filamento che si ripiega su se stesso , ritroviamo sullo stesso lato l’estremità 3’ e 5’. I lobi mantengono la loro forma grazie ai legami ad idrogeno che si vengono a formare. Dalla parte opposta dell’ estremità 3’ e 5’ è presente un codone che prende il nome di anticodone che si lega all’mrna messaggero. L’anticodone contiene una tripletta (tre basi) che saranno complementari alle basi presenti sull’ mRna messaggero. Le basi che troviamo sull’anticodone che danno il via alla sintesi proteica (la tripletta GAA) si legano alla basi sull’mRna che prende il nome di codone. Ogni tripletta di basi codifica per uno specifico amminoacido e le sequenze di nucleotidi vengono chiamate codice genetico. 18 Una delle triplette che dà inizio alla sintesi proteica è AUG , esistono poi triplette che non codificano per amminoacidi ma rappresentano lo stop (una volta che si arriva lì l’amminoacido si è formato e sono UAA UGA UAG). Il codice genetico è universale per tutti gli organismi. Quando l’Rna messaggero si lega all Rna trasfert ,questo lo trasferisce ai ribosomi. Essi sono degli organelli costituiti da due subunità una più grande è una più piccola , queste due sono formate da proteine. I ribosomi presentano 1 sito per i legami con mrna e 3 per il trna, Rna si va a posizionare sulle due subunità del ribosoma. Pian piano che i codoni codificano le triplette degli amminoacidi si viene a formare una catena di polipeptide e il ribosoma si sposta di tre basi alla volta lungo l’rna messaggero. Una volta che arriva alla tripletta di stop le due subunità si staccano , lasciano il polipeptide che si andrà a posizionare all interno del citoplasma o sarà trasportato dalla membrana in un’ altra cellula. Una volta formato il polipeptide , esso viene rilasciato o all'interno del citoplasma o trasportato dalla membrana in altri compartimenti per essere utilizzato sotto forma di proteina. il codone di inizio codifica per la metionina Durante la formazione della catena ,il processo si chiama allungamento che avviene tramite la traslocazione, dove l rna messaggero si muove grazie all rna transfer e il ribosoma ,fino ad arrivare al codone di stop dove la catena di amminoacidi viene rilasciata. La fase finale viene chiamata terminazione che determina il rilascio del peptide nel citoplasma o migra verso un'altra cellula. Quindi in sintesi durante la trascrizione il DNA viene usato come stampo per la formazione dell’RNA messaggero(mRNA), durante la traduzione , un RNA trascritto dirige la sequenza degli amminoacidi di un polipeptide che deve essere costruito. Sia i processi di traduzione che trascrizione possono essere influenzati da una mutazione genica : variazione della tripletta (c’è un’altra base azotata) ,una tripletta viene a mancare (manca la base azotata) oppure vi è la duplicazione della base azotata Le mutazioni possono avvenire all’ interno delle cellule responsabile dell’area riproduzione oppure possono avvenire all'esterno della cellule che non interessano alla duplicazione. Solo le mutazioni che avvengono all'interno del Dna coinvolto nella duplicazione sessuata vengono trasmesse alla cellule figlie ; nelle cellule somatiche ossia quella che non interessano alla riproduzione , le mutazioni non vengono trasmesse alla progenie successiva Le mutazioni possono essere puntiforme ossia vi è il cambio di una base , duplicazione o delezione della base nella tripletta. Esistono poi delle sequenze di Dna che possono cambiare la loro disposizione all’interno dell’elica , possono cambiare la posizione all interno dei cromosomi, in queste zone è facile che avvengano delle mutazione di traslocazione , delezione o di duplicazione della base. Mutazione di questo tipo coinvolge la maggior parte delle cellule cancerogene inducendo le cellule a dividersi in continuazione , quindi allontanando le cellule dalla loro morte naturale , questo prende il nome di apoptosi (morte cellulare). 10-10-2024 19 La sintesi delle proteine quindi inizia all’interno del nucleo attraverso un processo di trascrizione per poi essere tradotto dall’RNA Ribosomiale all’interno del citoplasma. Il processo di trascrizione fa sì che da una molecola di DNA venga trascritto un unico filamento di RNA Messaggero che, grazie all’enzima RNA polimerasi, riesce a trascrivere utilizzando l’uracile come base all’interno del filamento ed è l’unica base che differisce rispetto a quella del DNA. Una volta formato l’RNA Messaggero, esce dal nucleo, si attacca all’RNA Transfer e grazie all’RNA Transfer si posiziona tra le due porzioni o sub-unità dell’RNA Ribosomiale. Che cosa sono i ribosomi? I ribosomi sono degli organelli formati da RNA Ribosomiale e proteine, tant’è vero che si dice che i ribosomi hanno una natura ribonucleoproteica. Le proteine hanno la funzione di creare la struttura del ribosoma e anche quella di attivare le reazioni enzimatiche che fanno sì che le due sub-unità del ribosoma si aprono e si chiudono permettendo il passaggio dell’RNA Messaggero e dell’RNA Transfer. Inoltre, la struttura proteica si mantiene compatta grazie alla presenza dell’RNA. I ribosomi sono presenti in tutte le cellule, nella cellula eucariote hanno dimensioni più grandi, mentre nella cellula procariote sono leggermente più piccole. Sono formati da due sub-unità, una più grande e una più piccola. Le due sub-unità, quella grande e quella piccola, si incastrano perfettamente al fine di accogliere sia l’RNA Transfer che l’RNA Messaggero come se fosse una scatola con coperchio che lascia la parte centrale aperta in modo che l’RNA Transfer e l’RNA Messaggero possano passare. La sub-unità più piccola dell’RNA Ribosomiale nelle cellule eucariote è formata da una molecola di rRNA (R sta per ribosomiale) 18S, che è l’unità di grandezza dell’RNA, che è il coefficiente di sedimentazione e prende anche il nome di Swedberg che è colui che l’ha descritto per prima ed ha 33 proteine, mentre l’unità maggiore è formata da: 3 molecole di RNA Ribosomiale e da 45 proteine. Allora quella piccola, una molecola di 18S di RNA e 33 proteine, quella grande 3 molecole di RNA e 45 proteine. Le tre molecole di RNA sono 5S, 28S e 5.8S, (però questi valori dovete sapere solo 18S e 3 RNA a 45). I ribosomi nelle cellule procariote invece hanno struttura simile, solo che sono formate nell’unità più piccola dalla molecola di RNA 16S e 21 proteine e nell’unità più grande da 2 molecole di RNA, 23 e 5 e 31 proteine. Quindi la composizione è simile, solo più piccola perché le dimensioni sono più piccole, considerate che anche una cellula procariote è sicuramente più piccola rispetto alla cellula eucariote e soprattutto la cellula eucariote ha molte più funzioni perché ha molti più organelli rispetto alla cellula procariote. Allora la più grande è formata da 23S e 5S e 31 proteine, mentre la più piccola da 16S e 21 proteine. Questo perché i procarioti sono un’unica cellula, unicellulare rispetto alle eucariote che sono cellule più complesse. Nelle cellule eucariote i ribosomi sono sintetizzati all’interno del nucleo e arrivano al citoplasma attraverso i pori nucleari dove possono essere legati a reticolo endoplasmatico ruvido oppure li possiamo trovare liberi nel citoplasma. I ribosomi però si possono trovare anche all’interno di altri due organelli:i mitocondri adibiti al processo di respirazione e all’interno dei cloroplasti presenti solo nella cellula vegetale che sono gli organelli dove avviene il processo di fotosintesi. I ribosomi che si trovano liberi nel citoplasma possono avere diverse funzioni: 20 -possono sintetizzare le proteine della matrice citoplasmatica, (cioè la struttura semidensa del citoplasma), -possono sintetizzare le proteine per mitocondri; per i perossisomi (sono degli organelli), per il nucleo e le proteine che andranno a formare la membrana cellulare. Normalmente nelle cellule che presentano un’alta attività di divisione cellulare sono molto abbondanti, quindi li troviamo in numero elevato nelle cellule degli embrioni, perché l’embrione deve formare un nuovo individuo, negli eritroblasti, che sono le cellule che danno vita alle cellule del sangue e nei linfociti che insieme agli eritroblasti li ritroviamo all’interno del tessuto linfatico. I ribosomi, quando si ritrovano sul reticolo endoplasmatico ruvido, quindi sulle membrane, sintetizzano le proteine destinate per un altro organello, quindi le proteine che sono sintetizzate sul reticolo endoplasmatico ruvido andranno all’apparato del Golgi, che è un altro sistema di membrana, ai lisosomi, (che sono altri organelli), al nucleo e alla membrana. Il reticolo endoplasmatico rugoso o ruvido E’ l’insieme di membrane appiattite ripiegate l’una sull’altra, la cui superfice è ricoperta interamente da ribosomi, per questo è chiamato ruvido. Com’è fatto questo reticolo? Le membrane appiattite ripiegate su sé stesse formano delle piccole sacche che prendono anche il nome di cisterne, queste cisterne sono collegate l’una all’altra attraverso dei canali e sulla superficie presentano sempre i ribosomi. Questo sistema di membrane delimita uno spazio esterno e uno spazio interno: -lo spazio interno (questo bianco) che ha la forma di sacche, vescicole, prende il nome di Lume -la porzione esterna è la parte membranosa sulla quale poggiano i ribosomi. Qual è la funzione del reticolo endoplasmatico rugoso? Sicuramente la funzione principale del reticolo endoplasmatico rugoso è quello di avere i ribosomi, quindi di produrre la sintesi proteica e le proteine, che sono sintetizzate sul reticolo, sono destinate all’apparato del Golgi, ai lisosomi, e anche a zone di accumulo proteico all’interno di piccole vescicole. Possono essere proteine che vanno a formare la membrana oppure possono essere proteine che saranno destinate ad altre cellule, cioè saranno secrete al di fuori della membrana cellulare in altri scompartimenti cellulari. Le proteine, quando vengono sintetizzate sul reticolo endoplasmatico, prima di essere liberate nel citoplasma, entrano all’interno delle vescicole del Lume dove, grazie alla presenza di alcuni enzimi, assumono il loro aspetto definitivo ( struttura primaria, secondaria ecc…). Ritornando alla membrana plasmatica, abbiamo parlato di modello a mosaico fluido, abbiamo le proteine che vanno a formare il canale, le proteine che si possono trovare in forma periferica da un lato e dall’altro, ci possono essere gli zuccheri, come il colesterolo, i lipidi. Le proteine di membrana che vanno a formare il doppio strato fosfolipidico sono quelle che sono sintetizzate dai ribosomi presenti sul reticolo endoplasmatico. Le proteine di membrana si possono dividere in due tipologie: -le proteine integrali sono quelle che attraversano completamente il doppio strato fosfolipidico e partono dall’interno della cellula verso l’esterno; 21 -le proteine periferiche sono quelle che possono partire dall’esterno della membrana verso l’interno. Queste proteine formano dei veri e propri canali che trasportano le sostanze sintetizzate o all’interno o all’esterno, o degli organuli o della cellula stessa. Le proteine che attraversano la cellula presenta canali di trasporto prendono il nome di proteina Carrier, cioè trasportatrice, le proteine che presentano un canale e attraversano completamente la membrana sono proteine Carrier e presentano al loro interno un canale che permette il passaggio di piccole sostanze che possono essere lipidi, proteine, aminoacidi. Ci sono però anche delle proteine che, pur attraversando completamente la membrana, danno solo sostegno alla membrana senza favorire il passaggio delle sostanze, queste proteine avranno la forma più semplice, di solito ad a(alfa)-elica, e non presentano canali. Abbiamo detto che il reticolo endoplasmatico rugoso è che un insieme di membrane appiattite su sé stesse a formare delle cisterne o delle vescicole che delimitano una parte interna che prende il nome di Lume. Un reticolo molto simile a questo è il reticolo endoplasmatico liscio che lo troviamo libero nel citoplasma, quindi non associato al nucleo, ed è liscio perché non presenta ribosomi sulla superficie. La sua funzione principale è quella di sintetizzare i lipidi all’interno del Lume, ovvero nella cisterna e una volta che questi lipidi sono stati sintetizzati, vengono rilasciati dalle proteine di membrana all’interno del citoplasma e utilizzati poi dalla cellula. Un altro organello formato da membrana è l’apparato del Golgi, anche l’apparato del Golgi è formato da membrane appiattite una sull’altra a formare delle piccole cisterne, però a differenza dei reticoli endoplasmatici ,lateralmente e nella porzione esterna forma delle piccole vescicole, cioè la membrana si stacca formando delle piccole vescicole lateralmente ed esternamente. Le vescicole si staccano una volta che il Lume, cioè la parte interna delle cisterne, si riempie di proteine, quindi le proteine all’interno delle vescicole vengono trasportate con più facilità e più velocemente nei diversi compartimenti della cellula. L’apparato del Golgi si chiama così proprio perché fu osservato per la prima volta da Golgi e proprio per questa sua descrizione vinse il premio Nobel. Poi abbiamo altri organelli formati da membrane che sono i lisosomi ,dei piccoli organelli sferici ondeggianti che contengono degli enzimi che idrolizzano le molecole più complesse in elementi semplici e agiscono normalmente a un PH acido, quindi sono attivati questi enzimi a un PH acido, e ovviamente la loro funzione si attiva solo quando è necessario, non è che sono sempre in idrolisi. Può capitare anche che nelle cellule più grandi diversi lisosomi di piccoli dimensioni si uniscono a formare dei lisosomi più grandi, le macromolecole entrano all’interno dei lisosomi attraverso un meccanismo di fagocitosi, cioè la cellula mangia la molecola e poi la digerisce. Esistono delle strutture simili ai lisosomi che prendono il nome di Proteasomi, queste più che membrane sono complessi proteici che riconoscono le proteine che non servono più alla cellula e le digeriscono nella loro forma più semplice di aminoacidi per poterle poi riutilizzarle. I perossisomi invece sono molto simili ai lisosomi perché hanno sempre la forma di una vescicola delimitata da una membrana e sono gli organelli deputati alla sintesi o alla lisi di molecole più complesse e più grandi perché le loro dimensioni sono più grandi rispetto ai lisosomi. Il vacuolo 22 Questi tre organelli sono sempre presenti nelle cellule animali, mentre nella cellula vegetale sono presenti altri organelli che sono tipici della cellula vegetale che svolgono una funzione simile a quella dei lisosomi e prendono il nome di Vacuoli. Il Vacuolo però al suo interno contiene acqua e soluti e i soluti non sono altro che Sali minerali, e nelle cellule vegetali il Vacuolo occupa il 70% del volume cellulare, perché dà sostegno alle cellule e ha la funzione di essere un’enorme cisterna. Cos’è che differenzia le piante dagli animali? Le piante non si muovono, quindi se c’è un periodo di siccità la pianta non è che può cambiare, dice: io non sto bene e vado in un’altra zona, se voi avete fame e non c’è cibo in quella zona, vi potete spostare perché vi potete muovere, la pianta no, quindi la presenza del vacuolo è necessario perché se capita in un periodo dell’anno c’è siccità nel terreno, hanno la loro riserva di acqua. Qualsiasi essere vivente riesce a vivere alcuni giorni senza mangiare, ma normalmente non può vivere senza idratarsi, questo tutti gli organismi viventi, a maggior ragione una pianta senza acqua si secca e muore. Se osserviamo una cellula vegetale, alcune cellule vegetali possono presentare più vacuoli, però normalmente la maggior parte delle cellule vegetali presenta un unico vacuolo grande che occupa il 70% della cellula vegetale, cosa fa? Sposta il nucleo e gli altri organelli nelle zone periferiche. Il vacuolo è comunque un organello, quindi è delimitato da una membrana, la membrana del vacuolo prende il nome di Tonoplasto, dà tono alla cellula ed è una membrana estremamente flessibile perché fa sì da riempire, quindi da raggiungere grosse dimensioni, però al tempo stesso e nei momenti in cui non c’è necessità di avere una riserva di acqua eccessiva, il vacuolo si restringe e quindi il tono della membrana cambia. Come riesce l’acqua e i soluti ad entrare e ad uscire dalla cellula? Attraverso un meccanismo che prende il nome di Osmosi. Quando abbiamo una soluzione acquosa con dei soluti all’interno del vacuolo uguale a quella che si trova nel citoplasma, le due soluzioni sono in equilibrio e quindi sono isotoniche, uguali. Però questa è la condizione di equilibrio che non sempre si verifica, in altri casi invece abbiamo ad esempio che nel citoplasma abbiamo una soluzione estremamente diluita di acqua con pochi soluti, quasi nulla, mentre nel vacuolo abbiamo una soluzione molto concentrata. L’acqua che cosa fa? Verrà richiamata per osmosi all’interno del vacuolo in modo tale da ristabilire l’equilibrio e riportare la stessa quantità di soluto e di solvente all’interno e all’esterno. Viceversa può capitare anche che il vacuolo ha tantissima acqua all’interno (soluzione) e la cellula si trova in un periodo di siccità, non ha più acqua all’interno del citoplasma e l’acqua del vacuolo esce e va nel citoplasma in modo tale che la cellula si trovi sempre in un equilibrio idrico. Quando la soluzione è particolarmente concentrata di soluti, prende il nome di Ipertonica. Quando invece abbiamo una soluzione molto diluita, la soluzione prende il nome di Ipotonica. L’acqua, quindi il solvente, andrà sempre da una soluzione meno concentrata a una soluzione più concentrata, quindi la direzione dell’acqua sarà quella più concentrata di soluti in modo tale da ristabilire l’equilibrio. Il contenuto del vacuolo prende sempre il nome di succo vacuolare che nella maggior parte dei casi è costituito da Sali, ma all’interno possono esserci presenti anche sostanze di riserva, come l’amido, pigmenti colorati come carotenoidi, e alcune molecole organiche come i Terpeni che danno vita agli oli essenziali. Il ruolo principale del vacuolo è quello di essere la maggiore riserva idrica delle cellule, può contenere sostanze di rifiuto come i lisosomi, ma nella maggior parte dei casi contiene sostanze di riserva e la sua funzione principale è quella di regolare l’ingresso e l’uscita di 23 acqua all’interno della cellula. Il Tonoplasto, che è la membrana del vacuolo, infatti attraverso il processo di osmosi, fa entrare e uscire soluti e solventi all’interno del vacuolo. Se pensiamo che questa struttura a forma di palloncino sia il vacuolo che contiene soluti intesi come Sali, l’acqua dal citoplasma che non contiene soluti, attraverso il Tonoplasto entra all’interno. Normalmente una cellula in equilibrio idrico prende il nome di Equilibrio Isotonico, cioè la qualità di soluti e solventi è la stessa tra l’interno e l’esterno e l’acqua è in continuo movimento. Quando ci troviamo di fronte a una soluzione ipertonica, cioè il vacuolo ha pochi soluti, l’acqua esce per ritrovare l’equilibrio isotonico. Se nel vacuolo invece ci sono molti soluti, la soluzione è ipotonica, a quel punto l’acqua entra per ristabilire l’equilibrio, quindi diciamo che l’acqua va sempre verso la soluzione più concentrata al fine di diluirla. L’entrata e la fuoriuscita dell’acqua dal vacuolo al citoplasma prende il nome di Turgore Cellulare. I soluti presenti all’interno del vacuolo prendono il nome di Inclusi Vacuolari e possono essere liquidi o solidi: -i liquidi sono tutte quelle sostanze che sono solubili in acqua, come i Sali, gli acidi organici, gli zuccheri, gli aminoacidi e così dicendo. Tra le sostanze colorate ricordiamo i Cannini che sono polifenoli solubili dal colore marrone che determinano la colorazione della corteccia degli alberi -solidi ci sono sicuramente le resine, queste non sono solubili in acqua, quindi rimangono solide. Oltre alle resine possono essere presenti cristalli di ossalato di calcio, alcuni granuli di origine proteica, in alcune alghe all’interno dei vacuoli sono presenti le Mucillagini. 14-10-2024 Parete cellulare Le cellule vegetali possiedono una parete cellulare. Essa è formata da un polisaccaride del glucosio che prende il nome di cellulosa, ogni molecola di glucosio si lega a quella successiva attraverso il legame 1-4, in questo modo abbiamo una molecola nella giusta direzione e una che ruota di 180 gradi rispetto all’altra. Si formano delle lunghe catene di polisaccaridi che sono tenute insieme da altre macromolecole di polisaccaridi che prendono il nome di emicellulose. Oltre ad esserci delle pectine e delle proteine che fanno si che la parete sia più stabile e più spessa, ogni cellula vegetale presenta una parete. Più cellule di un organismo pluricellulare sono tenute insieme da una sostanza viscosa che separa le due pareti , questa sostanza è sempre un polisaccaride, formata da sostanze pediche che prende il nome di lamella mediana. Tutte le cellule vegetali possiedono una parete sottile che prende il nome di parete primaria, alcune cellule possono presentare anche una parete secondaria. La parete secondaria deriva da una zona embrionale che prende il nome di protoplasto, simile alla struttura primaria e presenta anche una sostanza più solida che prende il nome di lignina , questa componente secondaria viene definita lignificata (fusto di una pianta è una parete secondaria). Sia la parete primaria che secondaria rappresentano strutture permanenti delle cellula. Una volta che si sono formate (struttura primaria e struttura secondaria) la cellula presenta quella forma e quella struttura per tutta la sua vita. La parete conferisce dimensioni e forma 24 Esistono diversi tipi di parete secondaria: dove alla lignina vengono aggiunte altre sostanze come minerali (in questo caso si parla di mineralizzazione) ad esempio alcune microalghe presentano una parete caratterizzata da un guscio di silicio (si parla di un processo di mineralizzazione). in alcuni casi è assente la lignina e sono presenti dei pigmenti che conferisce alla parte secondaria un determinato colore , ad esempio in autunno le foglie presentano un colore rosso in questi casi si chiama pigmentazione, sono più abbondandanti determinati pigmenti rispetto ad altri in alcuni casi si parla di cutinizzazione in cui l'epidermide si ispessisce attraverso delle cellule della cute conferendo una sembianza più solida del fusto (come i tronchi di bambù) processo di suberificazione: con la formazione del sughero La parete secondaria protegge l'organismo dagli attacchi esterni da parte di animali o venti atmosferici e diminuisce il processo di traspirazione , l'acqua che si trova all’interno viene trattenuta rispetto a una struttura normale La parete secondaria nasce come struttura viva, ma nel tempo le cellule muoiono, si svuotano ma mantengono la loro struttura solidanel tempo Cellulosa e amido La cellulosa presenta il legame beta-glucosio (legame più forte) L’amido invece è facilmente utilizzato , digerito (a differenza della cellulosa che difficilmente si digerisce perché formata da legami più forti) ed ha il legame alfa-glucosio, legame che si rompe ad alte temperature a differenza del beta glucosio. Le pareti e i vacuoli sono presenti in tutte le cellule vegetali in grado di fare la fotosintesi. Cloroplasto All'interno delle piante è presente anche un altro organello che fa parte di una categoria di organelli che prendono il nome di plastidi e l organello più importante all'interno di questa categoria è il cloroplasto. I cloroplasti sono organelli tipici della cellula vegetale che racchiudono organelli con diverse funzioni. Il cloroplasto è adibito al processo di fotosintesi ,essa avviene all’interno del cloroplasto. Il numero dei cloroplasti all’interno della cellula vegetale variano in relazione alla dimensione della cellula e al tipo di organismo cellulare. Il cloroplasto è tondeggiante ,può avere forma a semiluna e presenta un insieme di membrane: -esterna:che ne delimita forma e dimensioni -interna All’interno dell organello è presenta una sostanza semidensa: stroma Immerso nello stroma c’è un sistema articolate di membrane che formano dischi appiattiti impilati l'uno sull'altro, ricordano monete impilate l'una sull'altra infatti il loro nome è granum (in latino significa monete ).L’insieme di monete prende il nome di grana. Granum singolo ,grana plurale 25 Queste membrane sono tenute insieme da altre membrane ,tutte le membrane prendono il nome di tilacoidi, avremo tilacoidi del granum, tilacoidi del grana e tilacoidi intergrana, questo sistema è immerso nello stroma. All'interno del cloroplasto , come detto precedentemente, avviene la fotosintesi, all'interno del tilacoidi avviene la fase luminosa della fotosintesi mentre la fotosintesi buia avviene all'interno dello stroma. Il cloroplasto ha sempre un colore verde perché all’interno delle membrane dei tilacoidi sono presenti molecole di clorofilla che sono di colore verde. La fotosintesi clorofilliana La fotosintesi caratterizza tutte le cellule vegetali, presente nei procarioti, fotoautotrofi ( cianobatteri) e in tutti gli organismi con cellule eucariotiche vegetali che possono essere protisti (alghe) e che appartengono a tutte le piante. La fotosintesi è importante perché fa sì che una cellula sia in grado di trasformare l’energia luminosa in energia chimica. La presenza di questa capacità rende le cellule in grado di fare fotosintesi come avviene con cellule autotrofe( in grado di procurarsi cibo) La fotosintesi è la reazione chimica in grado di convertire l'energia luminosa in composto organico (ossia glucosio) attraverso la fissazione del carbonio atmosferico che viene trasformato in carboidrati. Oltre all'energia luminosa abbiamo bisogno dell'anidride carbonica e l’acqua. Nel trasformare questi elementi in carboidrati si libera ossigeno. L'ossigeno viene liberato nell l’atmosfera facendo sì che la nostra atmosfera sia più vivibile per tutti gli organismi, per questa ragione le piante vengono chiamate “polmone verde del nostro pianeta” Reazione della fotosintesi: CO2+ acqua + energia luminosa viene trasformato in carboidrati (CH2O) e ossigeno ( O2, Sostanza di scarto). I carboidrati e l'ossigeno vengono utilizzati; perché i carboidrati sono attivatori di tutte le reazioni metaboliche cellulari ;dai carboidrati abbiamo la formazione di molecole ad alto peso energetico che prendono il nome di ATP, infatti il processo inverso della fotosintesi è la respirazione , essa parte dai carboidrati e dall’ossigeno per liberare anidride carbonica , acqua ed energia(non più energia luminosa ma sotto forma di molecole di ATP) Negli organismi eterotrofi (che non fanno fotosintesi) è presente solo la respirazione , ossia la seconda parte; l’ossigeno entra nelle vie aeree e il glucosio ingerito dall’esterno. All'interno del cloroplasto è presente una molecola di Dna questo perché ha una sua indipendenza. La fotosintesi luminosa: dipende dalla luce solare , avviene sopra alla membrana dei tilacoidi, perché sono presenti molecole di clorofilla. 26 Ci sono varie molecole di clorofilla come la clorofilla A ,che può assorbire differenti lunghezze d’onda, infatti nella prima fase luminosa della fotosintesi i tilacoidi assumono quanti di luce( luminosi) attraverso delle molecole ossia pigmenti ,che assorbono energia , aumentano lo stato energetico e trasferiscono la loro energia all'interno della membrana. L’aumento dello stato energetico dipende dal trasferimento di elettroni da un orbitale all’altro della molecola e tra una molecola e l’altra I pigmenti che assorbono energia vengono chiamati centro di reazione fotochimico Queste molecole sono in grado di assorbire la radiazione elettromagnetica della luce a differenti lunghezze d'onda Più alta è la lunghezza d’onda in grado di assorbire “quanti luminosi”, più alta sarà l’energia disponibile sotto forma di elettroni che passa da una molecola all’altra. I pigmenti sono presenti sulla membrana dei tilacoidi, il pigmento necessario è la clorofilla: clorofilla A e B. Insieme ad essa per aumentare l’assorbimento dei quanti sono presenti anche altri pigmenti che prendono il nome di pigmenti accessori : carotenoide (colore giallo -arancione), ficocianine (colore rosso), xantofille (colore viola) I pigmenti accessori si uniscono formando una struttura chiamato sistema antenna che cattura le radiazioni, amplifica il segnale e lo invia alla clorofilla. All'interno della membrana dei tilacoidi sono presente due tipi di clorofilla che formano due fotosistemi :fotosistema 1 e fotosistema 2 La clorofilla del fotosistema 2 riesce ad assorbire l'energia luminosa a 680 nanometri ed è la prima che viene colpita dai quanti. Dal fotosistema 2 l’energia così ottenuta viene trasferita al fotosistema 1 che riesce ad assorbire ad una lunghezza più alta ossia 700 nanometri. Il passaggio di energia da un fotosistema ad un altro libera elettroni e molecole di H+ , che formeranno molecole ad alto peso energetico , si forma una molecola che prende il nome di NADPH. Questa prima fase della fotosintesi , fase luminosa, prende anche il nome di fotosintesi ossigenica in cui abbiamo che una molecola d’acqua si unisce a un fosfato (P) ,ad una molecola di NADP+, ad una molecola di ADP e all’l’energia dei fotoni ,dando vita all’ossigeno ,al NADPH , ad idrogeno che si libera e ATP. La reazione chimica che porta alla formazione di queste molecole prende il nome di reazione redox e sono fra le reazioni che maggiormente producono energia. L’idrogeno che si è liberato si lega al NADP andando a formare il NADPH e il fosfato andrà a formare ATP Queste razioni attivano le reazioni in tutte le cellule. La fotosintesi è l’unica reazione chimica che trasforma l’energia luminosa in un composto organico. Una volta che si è formato tutta questa energia , i composti vengono rilasciati all’interno dello stroma e a questo punto può avvenire la seconda fase della fotosintesi che porta alla formazione degli zuccheri (glucosio) Questa seconda fase prende il nome di fase buia o ciclo di Calvin. L’anidride carbonica si combina con una molecola a 5 atomi di carbonio formando una molecola a 6 atomi di carbonio che è altamente instabile e per questo che si scinderà subito in due molecole a tre atomi di carbonio formando una molecola di acido fosfoglicerico. 27 La molecola 6 atomi atomi di carbonio prende il nome di ribulosio difosfato , questa si scinde in due molecole di gliceraldeide 3-fosfato, che si unisce ad altre molecole di CO2 formando una molecola di ribulosio difosfato che si unisce ad un atomo di carbonio formando il glucosio. Parte del glucosio viene rilasciato nella cellula e altre molecole vengono riutilizzate dalla cellula per il processo di respirazione. Le molecola a 6 atomi di carbonio possono essere :il glucosio 6-fosfato o il fruttosio 6-fosfato. Il fruttosio sarà introdotto nei processi di respirazione , ossia all'interno della glicolisi o respirazione cellulare e viene introdotto dall’esterno nelle cellule animali. Anche l’acqua insieme all'anidride carbonica svolge un processo importante nella fotosintesi. Nella parte luminosa l’acqua libera idrogeno mentre nel ciclo di Calvin mette a disposizione gli elettroni per lo scambio energetico tra le molecole di NADP e ATP. L'acqua è già disponibile all'interno della cellula oppure può entrare attraverso un processo di idrolisi. L'acqua attraverso la traspirazione cellulare entra nella membrana , viene scissa e utilizzata nei suoi elementi principali ossia idrogeno e ossigeno. L'ossigeno che verrà liberato dal ciclo di Calvin deriva dalla molecola di acqua e di anidride carbonica, l’idrogeno dell’acqua viene utilizzato come elemento di trasporto energetico , mentre il carbonio dell'anidride carbonica costituisce le molecole che daranno vita al glucosio o di fruttosio. 15/10/2024 La fotosintesi è l'unica reazione che riesce a trasformare la luce solare in energia chimica quindi ha bisogno della luce e prende anche il nome di fissazione del carbonio ed avviene in tutte le cellule vegetali. Gli organismi che sono in grado di fare la fotosintesi sono organismi autotrofi. Riassumendo in breve la reazione della fotosintesi possiamo dire che: Nella prima fase della fotosintesi la molecola d'acqua libera l'idrogeno e lo trasforma in donatore di elettroni;si ottengono così molecole di NADPH e ATP , molecole responsabili per attivare le reazioni metaboliche. La reazione inversa della fotosintesi (attivata da un enzima) darà vita all'anidride carbonica e l'acqua e prende il nome di respirazione, essa avviene negli organismi autotrofi che eterotrofi. La fotosintesi avviene all’interno di cloroplasti ,appartenenti alla categoria di plastidi, che contengono la clorofilla per questo sono verdi e adibiti alla reazione della fotosintesi. La fotosintesi si divide in due fasi: una dipendente dalla luce (fase luminosa) e fase buia. La reazione della luce è seguita sempre dalla reazione buia, i due eventi sono uno il seguito dell'altro , anche se esistono alcune eccezioni , in cui le fasi avvengono in momenti diversi della giornata. Insieme alla clorofilla che è il pigmento cardine della fotosintesi sono presenti anche altri pigmenti che vanno a formare il sistema antenna(essi catturano la luce ,amplificano il segnale e lo trasportano verso centri di reazioni, quest’ultimi sono formati dalla clorofilla). I centri di reazioni sono formati dalla clorofilla e si dividono in fotosistema 2 ( primo ad essere colpito dagli elettroni) e fotosistema 1 Il fotosistema 2 assorbe a 680nm , il fotosistema 1 a 700nm 28 Tutti questi pigmenti, la clorofilla, sistema antenna e la catena di elettroni che si sposta sviluppando energia si trovano sulla membrana dei tilacoidi. La prima fase della fotosintesi può essere sintetizzata con questa reazione chimica Da un punto di vista energetico ogni ciclo della fase luminosa produrrà due molecole di NADP e 3 molecole di ATP, molecole responsabili dell’attivazione dei processi energetici nella fase buia. La fotosintesi si chiama anche fissazione del carbonio perché il prodotto finale della fotosintesi sono carboidrati che derivano dal prodotto iniziale ossia la CO2 (anidride carbonica). La fissazione avviene nella fase buia ed è un ciclo in cui i prodotti entrano ed escono e prende il nome di ciclo di calvin , esso si divide in tre fasi: 1. Fissazione 2. Riduzione 3. Rigenerazione Sia nei passaggi di fissazione , riduzione che rigenerazione intervengono le molecole ad alto peso energetico dotando l’energia necessaria affinché le reazioni chimiche si possano esplicare. Il prodotto iniziale che entra nel ciclo è rappresentato dall'anidride carbonica e dall’acqua Nella fase di riduzione le due molecole di ATP e NADPH cedono elettroni e da una molecola a sei atomi di carbonio avremo molecole a tre atomi di carbonio. Nella fase di rigenerazione si ha la perdita di un fosfato e la formazione di una molecola ADP. Nella prima fase del ciclo di Calvin entra l’anidride carbonica formando una molecola a 6 atomi di carbonio che prende il nome di ribulosio bifosfato, essa è molto instabile e si divide formando molecole difosfogliceriche o gliceraldeide 3-fosfato. Queste molecole ricevono un elettrone dalla molecola NADPH e si trasformano in due molecole di due gliceraldeide 3-fosfato ,formate sempre da tre atomi di carbonio , ma sono molto più stabili. Queste due molecole possono uscire dal ciclo di Calvin trasformandosi in glucosio ,amminoacidi o acidi grassi. Queste molecole(come amminoacidi o acidi grassi) possono intervenire nella sintesi dei glucidi, amminoacidi e gli acidi grassi Alcune molecole di gliceraldeide 3-fosfato continuano il loro ciclo e interviene una molecola di ATP che cede il fosfato trasformandosi in ADP, le due molecole di gliceraldeide 3-fosfato si uniscono formando la 6 ribulosio bifosfato (6 atomi di carbonio), primo elemento che entra nel ciclo di Calvin ed è così che il ciclo ricomincia; in alcuni casi entra CO2 dall’ esterno o la gliceraldeide 3-fosfato esce formando gli zuccheri. Quando la gliceraldeide 3-fosfato esce può sintetizzare diversi tipi di zuccheri: amido ( che rappresenta una sostanza di riserva) oppure saccarosio (che rappresenta la molecola ad alto peso energetico per l’attivazione dei processi di respirazione attraverso la reazione chimica della glicolisi che è la prima fase della respirazione cellulare). 29 Non sempre le reazioni di fotosintesi, formate da due fasi avvengono in modo consecutivo , ma esistono piante che possono separare le due fasi ,il loro ciclo luminoso prende il nome C4. sono piante presenti in ambienti tropicali , come le piante grasse,che riescono a sopravvivere ad elevate temperature e anche negli ambienti aridi dove la CO2 è poco disponibile quindi attivano la fase luminosa durante il giorno , mentre la notte quando CO2 è disponibile nell’aria attivano la fase buia, così che ottengono il massimo dei prodotti dalla fotosintesi senza sprecare l'acqua. Queste piante presentano un meccanismo alternativo nella fissazione del carbonio perché la CO2 che entra nella fase iniziale del ciclo di Calvin si vede inizialmente un altro composto, che ha tre atomi di carbonio e che prende il nome di fosfoenolpiruvato, in questo modo si viene a formare una molecola a 4 atomi di carbonio e NON a 6 ossia ossalacetato. Quest'ultimo verrà poi convertito in malato che sarà la molecola che si legherà alla CO2 formando la molecola 6 atomi di carbonio dando vita alla molecola di gliceraldeide 3-fosfato. Esiste anche un altro meccanismo di adattamento delle piante che prende il nome di piante CAM, non solo presente in ambienti desertici , ma anche dove il clima é rigido (tipo montagna).Questo tipo di metabolismo è tipico delle piante grasse; esse catturano l'acqua, l'ossigeno e l’anidride carbonica soltanto di sera aprendo delle strutture tipiche della foglia che prendono il nome di stomi, mentre durante il giorno gli stomi sono chiusi , così che nessun elemento gassoso fuoriesce all’ esterno. In tutti i casi il prodotto finale della fotosintesi è il glucosio. Esso normalmente nelle piante superiori viene trasformato in saccarosio, zucchero più elaborato che rappresenta la linfa elaborata presente negli organismi vegetali. Molti organismi vegetali (soprattutto unicellulare) fanno simultaneamente la fotosintesi e la respirazione, ovviamente la produzione di zuccheri ,che non determina solo il processo di respirazione, deve essere maggiore nelle fasi di crescita degli organismi ossia bisogna accumulare più sostanze sotto forma di zuccheri per far crescere le cellule e di conseguenza anche gli organismi. Inoltre la maggior parte degli organismi autotrofi che sono indipendenti per la riproduzione hanno bisogno di una quantità di energia maggiore rispetto agli organismi eterotrofi. I plastidi ,a cui appartengono i cloroplasti , sono organelli presenti nelle cellule vegetali. delimitati da una doppia membrana , solitamente di forma tondeggiante che racchiudono un liquido semidenso che prende il nome di stroma o matrice, tutti i plastidi contengono DNA circolare e piccole molecole di ribosomi. Nei plastidi insieme ai cloroplasti che sono verdi, sono presenti anche: cromoplasti plastidi gialli-arancione leucoplasti sono incolore Derivano tutti da un plastidio che prende il nome di proplastidio. Nello specifico possiamo affermare che: -i LEUCOPLASTI sono responsabili della sintesi dei lipidi e di altre sostanze come acidi grassi, sono plastidi incolori , contengono sostanze di riserva e per questa ragione sono abbondanti in tutte le zone dell’organismo vegetale che non sono esposte alla luce. 30 Li troviamo abbondanti nei frutti e nei semi e anche per i leucoplasti sono presenti due membrane esterna ed interna e possono essere presenti anche all'interno dell’organello. -i CLOROPLASTI svolgono fotosintesi I Cloroplasti in relazione all'organismo possono cambiare forma normalmente nelle cellule vegetali che caratterizzano la piante è a forma di semiluna mentre in alcune alghe (unicellulari) ,i cloroplasti possono avere forma a nastro ,ellissoidale oppure a più lobi In alcuni casi il numero dei cloroplasti all’interno della cellula può essere 100. La sintesi dell'amido avviene all’ interno dei cloroplasti perché l'amido è un prodotto che deriva dallo zucchero che è il risultato della fotosintesi, l’amido infatti viene definito polimero ad alto peso molecolare del glucosio. L’amido deriva dall’ unione di amilosio e amilopectina( entrambi derivano dal glucosio) L’amilosio avrà una struttura lineare, struttura alfa 1-4 glicosidica , mentra l’amilopectina avrà una struttura ramificata. Infatti pur essendo composta dal glucosio alcune molecole di amilosio sono legate in posizione 6 del carbonio formando delle piccole ramificazioni e il legame 1-6. L’amilopectina presenta sia il legame 1-4 che 1-6, la struttura definitiva presenta circa 25 ramificazioni. La presenza dei due polimeri é data dalla capacità di trattenere acqua da parte delle cellule vegetali ad esempio nel tubero della patata , l’amido si trova sotto forma di amilopectina , proprio perché la patata riesce a contenere un’alta percentuale d’acqua al suo interno.Ae osserviamo la patat notiamo che è caratterizzata da piccole strutture che ricordano delle impronte digitali Il punto da cui parte la sintesi dell’amido si chiama Centro proteico detto ILO -i CROMOPLASTI contengono pigmenti colorati di origine lipidica e determinano il colore dei petali dei fiori , buccia dei frutti. I cromoplasti sono plastidi colorati per la presenza di pigmenti chiamati carotenoidi e Xantofille.Anche qui abbiamo delle membrane interne ed esterne che delimitano l’organello però non sono presenti membrane all interno. Dalla fase del cromoplasto si può trasformare in amiloplasto. Abbiamo inoltre gli amiloplasti , plastidi incolori quindi possono essere considerati all’interno dei leucoplasti; che contengono amido primario e secondario; gli amiloplasti li ritroviamo in tutti le parti degli organismi autotrofi che non sono adibiti alla fotosintesi come le radici. Gli amiloplasti si possono trasformare in cloroplasti all'occorrenza e viceversa. Gli amiloplasti formano amido sotto forma di granuli :primario o secondario Gli amiloplasti si formano quando la piante si trova in una fase di benessere, gli zuccheri sono abbondanti, quindi c’è bisogno di sostanze di riserva che possono essere utilizzate successivamente e per questo che si forma l’ amido. L'amido sostituisce le membrane dei tilacoidi della clorofilla e va formare gli amiloplasti ossia plastidi di sostanze di riserva. Pian piano che si viene a formare l’amido i granuli si inseriscono nelle membrane dei tilacoidi e questi ultimi scompaiono. Gli ezioplasti rappresentano una fase intermedia tra i proplastidi e cloroplasti 31 Esistono anche altri organelli incolori ossia elaioplasti che accumulano lipidi e proteoplasti che accumulano proteine Tutte le cellule hanno una vita, nel momento in cui finisce di vivere i cloroplasti vengono sostituiti da amiloplasti o cromoplasti. Tutti i plastidi e organelli come ribosomi e mitocondri hanno un loro dna che le rende indipendenti , questi filamenti hanno determinato anche il fatto che la maggior parte degli studiosi di biologia hanno sviluppato una teoria : teoria endosimbiotica , la quale ipotizza che i plastidi e mitocondri possono essere derivati dall’aver inglobato al loro interno una cellula più grande e degli organelli più piccoli che si siano differenziati in piccoli organelli come plastidi e cloroplasti, Quindi una cellula procariota più grande ha inglobato delle cellule procariote più piccole che poi hanno dato vita a differenti organelli. Ciò che ha dato valore a questa teoria è il fatto che questo organelli sono indipendenti da un punto di vista genetico , quindi in passato avevano una loro indipendenza, cioè riuscivano a caratterizzare anche un singolo organismo unicellulare, Possiamo vedere anche le analogie tra questi organelli ossia mitocondri e plastidi: i mitocondri sono adibiti al processo di respirazione , presentano un DNA circolare e i ribosomi per la sintesi proteica e questi organelli per potersi duplicare si dividono secondo la scissione binaria(lo stesso che caratterizza le cellule procariote). Tutti questi organelli sono formati da una doppia membrana ,hanno delle caratteristiche in comune con le cellule procariote. Dopo l’inizio del 1900 quando fu possibile sequenziare il dna , fu evidente che il DNA di questi organelli rispetto al DNA nucleare aveva avuto un'evoluzione differente che non fa altro che avvalorare l’ipotesi di questa teoria endosimbiotica 17/10/24 IL METABOLISMO ENERGETICO Differenza tra organismo autotrofo ed eterotrofo Gli eterotrofi hanno bisogno di altri organismi viventi per ottenere la materia fondamentale della vita ossia gli scheletri di carbonio (lipidi, proteine, acidi nucleici, zuccheri) e per ottenerli gli eterotrofi li riescono ad assorbire nutrendosi di altri organismi viventi. Gli autotrofi sono in grado di sviluppare da soli, a partire da materia inorganica, gli scheletri carboniosi e tutti i composti di cui hanno bisogno per vivere, l’esempio classico è di chi effettua la fotosintesi o la chemiotrofia (capacità di ottenere energia dai composti chimici), mentre nella fotosintesi avviene assorbendo un fotone della luce solare, è possibile fissando l'anidride carbonica e mettere insieme i mattoncini di scheletro carbonioso che permettono alle piante di accumularlo sotto forma di amido o altre cose. In base alla posizione e alle condizioni che si trovano all’interno dell’ambiente si comporteranno in maniera leggermente diversa, alcuni saranno in grado solo di fare alcune delle reazioni (organismo anerobi). 32 Avremo che gli organismi piccoli riescono a produrre poca quantità di energia ( proporzionata alle dimensioni) mentre gli organismi più grandi e più complessi come il nostro organismo o gli animali hanno la possibilità di accrescersi , diventare più complessi utilizzando il metabolismo dell’ossigeno. Il metabolismo , riguarda lo sviluppo e la maniera in cui gli organismi si procurano energia e costruiscono il proprio corpo, si suddivide in due fasi: -catabolismo : gli organismi sono in grado di assorbire macromolecole o nel caso degli autotrofi di produrle da