Riassunti Biologia Cellulare (1) PDF

BIOLOGIA CELLULARE 1.1 La Classificazione dei Viventi Classificare significa raggruppare secondo il criterio delle affinità e delle somiglianze, ma non solo le caratteristiche esteriori, ad esempio i pipistrelli (classe: mammiferi) e gli uccelli (classe: uccelli) hanno entrambi le a...

BIOLOGIA CELLULARE 1.1 La Classificazione dei Viventi Classificare significa raggruppare secondo il criterio delle affinità e delle somiglianze, ma non solo le caratteristiche esteriori, ad esempio i pipistrelli (classe: mammiferi) e gli uccelli (classe: uccelli) hanno entrambi le ali e sono entrambi in grado di volare, ma appartengono a due classi diverse, al contrario, N delfini e pipistrelli appartengono alla stessa classe, quella dei Mammiferi, perché entrambi hanno mammelle per allattare, sangue caldo e respirano con i polmoni. Della classificazione dei viventi se ne occupa una specifica branca della biologia chiamata SISTEMATICA, essa utilizza sette raggruppamenti detti categorie sistematiche che sono ordinate in senso gerarchico.N dalla più piccola alla più grande: specie, genere, famiglia, ordine, classe, phylum e regno. La categoria fondamentale è la specie cioè l’insieme degli individui con caratteristiche assai simili fra loro che, accoppiandosi, generano una prole simile ai genitori e feconda, cioè capace a sua volta di generare figli. Le altre categorie sistematiche sono: F GENERE: raggruppa specie simili fra loro, come cane e lupo che appartengono al genere canis. FAMIGLIA: raggruppa generi simili fra loro, come cane, lupo e volpe vengono raggruppati nella famiglia.F dei canidi. ORDINE: raggruppa tutte le famiglie più simili fra loro, il lupo e il leone vengono entrambi raggruppati nell’ordine dei carnivori. M CLASSE: Raggruppa tutti gli ordini simili tra loro. Gli animali che partoriscono, sono dotati di mammelle per allattare e hanno la pelle coperta da peli sono raggruppati nella classe dei mammiferi. PHYLUM o TIPO: Raggruppa diverse classi simili. REGNO: è la categoria sistematica più ampia e contiene più phyla. eM I regni principali degli esseri viventi sono 5: Monere, Protisti, Funghi, Piante e Animali. MONERE: sono organismi microscopici unicellulari, procarioti, ne fanno parte tutti i tipi di batteri. PROTISTI: sono un gruppo eterogeneo di organismi unicellulari con caratteristiche nutrizionali simili a quelle delle piante o a quelle di funghi e animali. La differenza principale fra Protisti e Monere sta nel nz fatto che i primi sono cellule EUCARIOTICHE. FUNGHI: sono organismi eucarioti, unicellulari (come i lieviti) o più frequentemente formati da filamenti (ife) più o meno strettamente ammassati in una struttura complessivamente chiamata cie Micelio. PIANTE: sono organismi eucarioti, pluricellulari e autotrofi. S ANIMALI: sono organismi eucarioti, pluricellulari e eterotrofi. 1.2 Le Macromolecole Biologiche che Caratterizzano gli Organismi Viventi re Una Macromolecola è una molecola di dimensioni molto grandi e di peso molecolare molto elevato. Le ive macromolecole sono comuni nei sistemi viventi ma comprendono anche polimeri sintetici e artificiali. Secondo la IUPAC il termine Macromolecola va utilizzato per indicare una singola molecola di grandi dimensioni, mentre il termine polimero identifica una sostanza composta da più macromolecole. V Le macromolecole biologiche più importanti sono: i polisaccaridi che appartengono ai glucidi (come l’amido e la cellulosa), le proteine che appartengono ai protidi, il DNA e gli RNA che costituiscono gli acidi nucleici e, infine, i Lipidi Complessi. Le macromolecole in genere hanno comportamenti e proprietà fisiche inusuali, ad esempio possono mostrare tipi di aggregazione supramolecolare con comportamenti liquido-cristallini, difficoltà di sciogliersi in soluzione, facilità a denaturarsi a determinate concentrazioni e fenomeni di natura colloidale.  1.3 La Cellula Procariotica, Eucariotica e i Virus (CENNI) Le cellule furono scoperte nel 1665 da Robert Hooke, che osservando al microscopio del sughero notò la sua composizione. Studiandole e analizzandole, si scoprì inoltre che tutti gli esseri viventi sono formati da 1 o più cellule (TEORIA CELLULARE). Le cellule vengono separate dall’ambiente extra-cellulare dalla Membrana Plasmatica, che circonda la cellula e che separa l’ambiente intracellulare da quello N extracellulare, ma che permette comunque la comunicazione. Tutte le cellule contengono DNA, proteine, ecc… e quindi hanno basi chimiche ben definite. La cellula ha un vero e proprio metabolismo ed è il frutto della duplicazione di un’altra cellula. Le cellule si dividono in due grandi tipi, procarioti ed eucarioti, differenziandosi sia strutturalmente che funzionalmente..N I PROCARIOTI si dividono in due tipi: Archibatteri (che vivono in condizioni estreme) ed Eubatteri (che vivono in condizioni ambientali molto eterogenee: terra, acqua e altri organismi). La morfologia dei procarioti è variabile, possono infatti essere di forma sferica, allungata o a spirale. Le F dimensioni vanno da 1 a 10 micrometri e hanno notevoli similitudini con le cellule eucariotiche. Le differenze sono molteplici: mancano di un vero e proprio nucleo separato dal citoplasma e localizzato in una determinata zona, si muovono per mezzo di un flagello, inoltre non sono sessuate.F e posseggono una parete cellulare. Le cellule EUCARIOTICHE sono molto più complesse sia a livello strutturale che a livello funzionale. M Strutturalmente il nucleo che contiene il materiale genetico della cellula (DNA) è protetto da un involucro, la MEMBRANA NUCLEARE e si trova in una zona ben definita, posseggono vari organelli fra cui il RETICOLO ENDOPLASMATICO LISCIO e RUGOSO, LISOSOMI, MITOCONDRI, RIBOSOMI, APPARATO DI GOLGI e MEMBRANA PLASMATICA, nelle cellule vegetali sono presenti inoltre i eM CLOROPLASTI, tutti questi organelli consentono alla cellula di attuare una vera e propria compartimentalizzazione che le permette di funzionare nel modo più efficiente possibile. Mentre le cellule eucariote vivono solo in ambienti ossigenati e hanno un metabolismo Aerobico, le cellule procariote possono vivere e sintetizzare anche in ambienti privi di ossigeno e presentano quindi un metabolismo a Anaerobico. Le cellule eucariote si differenziano fra loro sia in termini nz strutturali che funzionali (dallo zigote al corpo umano). Tutti gli organuli della cellula sono separati dal citoplasma da membrane proprie. Un’altra differenza sostanziale è la produzione dell’RNA. La cie sua produzione avviene a partire dal DNA, ma mentre nelle cellule eucariotiche avviene nel nucleo (sede del materiale genico, noi possediamo 46 molecole di DNA, quindi possediamo 46 Cromosomi), nelle cellule procariote avviene direttamente nel citoplasma. Il citoplasma negli S eucarioti viene sostenuto dal Citoscheletro che è formato da tre proteine fondamentali: Microtubuli, Microfilamenti e filamenti intermedi. re Gli elementi principali di distinzione fra le cellule animali e le cellule vegetali sono: la Parete Cellulare, che nelle cellule vegetali è formata da cellulosa e la presenza del processo metabolico ive della fotosintesi che avviene grazie a particolari organuli, i cloroplasti. Fra gli organuli principali delle cellule eucariotiche vi sono i Mitocondri, essi possiedono una doppia membrana e permettono alla cellula di produrre energia sotto forma di ATP (Adenosina tri-fosfato). V L’ATP si forma grazie ad un determinato processo che prende il nome di Fosforilazione Ossidativa. Per formare le molecole di ATP il mitocondrio sfrutta l’ossigeno, per questo le cellule eucariotiche hanno un metabolismo Aerobico. I mitocondri possiedono un DNA circolare (tipico delle cellule Procariote) diverso dal DNA Nucleare. Questa particolarità ha generato la cosiddetta TEORIA SIMBIOTICA, la quale sostiene che durante l’evoluzione un batterio sia entrato in simbiosi (quando un organismo entra in contatto con un altro e avviene un vantaggio reciproco) con una cellula eucaristica. In questo modo il mitocondrio riceveva protezione dall’esterno, e la cellula eucariotica  riceveva ATP, questo è il motivo per il quale la cellula eucariotica ha due diversi DNA, il DNA nucleare e il DNA mitocondriale. Alcuni processi proseguendo con l’evoluzione in procarioti ed eucarioti si sono mantenuti, segno che fossero essenziali alla vita, con la differenza che nella cellula eucariotica questi processi possono definirsi più “raffinati”. VIRUS I Virus non sono classificati come cellule perché mancano della capacità di auto-riproduzione, N infatti possiedono o DNA o RNA e necessitano di una cellula, sia procariotica che eucariotica, per riprodursi. Nelle forme più semplici i Virus sono formati da un filamento di acido nucleico e da proteine che lo rivestono, in quelle più complesse si assiste alla formazione di un CAPSIDE.N PROTEICO, alla presenza di proteine che riconoscono la cellula da infettare ed atre che permettono la replicazione del virus una vota penetrato nella cellula ospite. Alcuni virus oltre al capside possono presentare anche un PERICAPSIDE o ENVELOPE, posto esternamente al capside e composto da un doppio strato di fosfolipidi, attraversato da numerose glicoproteine. F 2.1 L’acqua: Proprietà Chimico-Fisiche e la sua interazione con le Macromolecole Biologiche.F Le cellule hanno una chimica di base comune, cioè hanno delle sostanze di base che sono principalmente 4: il carbonio, l’ossigeno, azoto e l’idrogeno, e circa il 70% delle cellule è costituito M da acqua. L’acqua è una molecola che ha delle caratteristiche ben precise che influiscono su tutte le funzioni della cellula. Un elemento chiave è anche il carbonio, che ha la capacità di formare molti legami grazie ai suoi 4 elettroni di valenza. eM Questi elementi costituiscono quelle che vengono chiamate le macromolecole dei tessuti viventi, che sono proteine, carboidrati, acidi nucleici e lipidi, che permettono alla cellula di svolgere tutte le funzioni per le quali la cellula riesce a vivere. Prima di entrare nel dettaglio di queste macromolecole ci soffermiamo sul ruolo dell’acqua all’interno della cellula. L’acqua è altamente presente nella cellula e ha un ruolo determinante nz nell’influenzare i processi biologici e l’organizzazione delle macromolecole, l’acqua è una molecola neutra altamente polare, cioè la distribuzione di cariche positive e negative non è equa fra le componenti atomiche di questa molecola, quindi anche se è neutra ha una distribuzione delle cie cariche particolare. Questa molecola infatti contiene un atomo di ossigeno, che attrae su di se gli elettroni S dell’idrogeno grazie alla sua elevata elettronegatività, quindi attorno all’ossigeno vi sarà un accumulo di carica negativa, e i due atomi di H avranno maggiore carica positiva. Questo rende l’acqua una molecola estremamente reattiva. Le molecole d’acqua tendono ad avvicinarsi fra loro e re ad orientarsi per formare legami deboli, i ponti Idrogeno. Le molecole che sono in grado di interagire con le molecole d’acqua per la presenza di regioni elettro positive o elettro negative si ive definiscono molecole idrofiliche o polari. Le molecole che non interagiscono con l’acqua poiché non presentano regioni di carica differente vengono chiamate idrofobiche o apolari. Anche le macromolecole si differenziano in idrofiliche, che vengono esposte all’ambiente acquoso della V cellula e idrofobiche, che si organizzano in strutture che non entrano quasi in contatto con essa. Queste caratteristiche hanno una forte influenza su come le macromolecole si organizzano della cellula. I legami interagiscono fra loro formando legami forti e legami deboli. I ponti idrogeno sono un tipo di legame debole. Fra macromolecole idrofobiche vi è un legame debole, le forze di Van Der Waals,  legami debolissimi ma fondamentali per determinare la struttura degli elementi molecolari della cellula. L’unità di base viene indicata come monomero, l’unione di più monomeri viene chiamata polimero e si ottiene grazie a una reazione chimica chiamata condensazione. La reazione inversa, Idrolisi, in presenza di acqua, porta alla dissociazione dei polimeri in monomeri, spesso con liberazione di energia. Quando i monomeri si legano, nella maggior parte dei casi vi è liberazione di acqua. N Tutto ciò che porta alla condensazione di questi polimeri è gestito da enzimi (Attività enzimatiche) che velocizzano le reazioni chimiche, che sono programmate dalla cellula in sé. Questi processi vengono definiti processi biosintetici..N 2.2 Carboidrati: Monosaccaridi, Disaccaridi e Polisaccaridi (Amido e Glicogeno) La prima classe di macromolecole che prendiamo in considerazione sono i Glucidi o Carboidrati, sostanze composte da carbonio ossigeno e idrogeno in proporzione abbastanza definita. Gli F zuccheri esistono come macromolecole, derivati da monomeri chiamati monosaccaridi che, unendosi, formano un disaccaride oppure catene più lunghe dette polisaccaridi..F I monosaccaridi possono essere costituiti da un numero diverso di atomi di carbonio che vanno da 3 a 7. Il glucosio e il fruttosio sono monosaccaridi a 6 atomi di carbonio, il ribosio e il desossiribosio sono a 5 atomi di carbonio e poi vi sono i triosi. Possono avere un differente gruppo funzionale, il M glucosio ha il gruppo aldeidico, il fruttosio ha il gruppo chetonico, quindi gli zuccheri possono essere o chetosi o aldosi. Gli zuccheri si trovano in equilibrio fra la forma lineare e la forma ciclica. La posizione degli atomi di carbonio nella struttura ciclica vengono numerati in maniera progressiva dal primo vertice a destra verso sinistra. Fra gli zuccheri il monosaccaride più diffuso in natura è in eM glucosio. Gli zuccheri semplici sono gli zuccheri monomerici e i disaccaridi, gli zuccheri complessi sono le forme polimeriche, come l’amido che è un polisaccaride fatto da tanti glucosi. In termini di alimentazione i disaccaridi vengono considerati carboidrati semplici perché basta una sola reazione di lisi per scomporli in glucosio. Forme prominenti dei glucidi sono fondamentalmente l’amido e il glicogeno, forme saccaridiche dei nz glucidici nella cellula animale e vegetale. Sono dei polisaccaridi di riserva, ciò vuol dire che quando assumiamo troppi carboidrati quelli in eccesso vengono scomposti in glicogeno. Il glicogeno è lo cie strumento essenziale per a produzione di ATP nella fosforilazione ossidativa, spesso viene conservato, e non appena il corpo ne ha bisogno deve solamente idrolizzare il glicogeno e liberare il glucosio. S Ci sono nel nostro metabolismo dei segnali ben precisi che regolano l’entrata in scena e la fuoriuscita del glucosio. Questi segnali sono mandati tramite l’immissione nel sangue di due re ormoni, l’Insulina e il Glucagone. L’insulina a livello metabolico, viene prodotta dalla parte endocrina del pancreas e viene definita un ive ormone IPOGLICEMIZZANTE. Quando noi mangiamo e aumenta la quota di glucosio nel sangue il pancreas è sollecitato a formare insulina, che agisce su cellule target che assorbono il glucosio in eccesso, stimolando inoltre la produzione di glicogeno di riserva. V Il glucagone e l’adrenalina stimolano invece la degradazione del glicogeno e il suo utilizzo per produrre energia. L’adrenalina è definita ormone della furia, e fa sì che a livello delle cellule il glicogeno venga degradato per liberare energia. Nelle piante la riserva di zuccheri non è rappresentata dal glicogeno, ma dall’amido. L’amido è uno zucchero costituito da due componenti: l’amilosio, che corrisponde alla catena lineare, e  l’amilopectina, che ha struttura ramificata. Il glicogeno ha una struttura più ramificata rispetto all’amido. Fra gli zuccheri si forma un legame, il legame glicosidico. Gli zuccheri negli animali hanno principalmente una funzione energetica, nelle piante hanno una funzione di struttura (cellulosa) e in alcuni insetti formano l’esoscheletro formato da chitina. 2.3 Lipidi: Acidi Grassi, Gliceridi, Fosfolipidi e Colesterolo N Altra classe di macromolecole sono i Lipidi, sostanze formate da Ossigeno, carbonio e Idrogeno, hanno una struttura lineare e presentano alla fine della catena carboniosa un gruppo COOH (gruppo carbossilico). Sono molecole idrofobiche (apolari), ma solubili in sostanze non polari..N Nelle nostre cellule, i lipidi hanno una funzione strutturale, una funzione di regolazione dei meccanismi di relazione fra l’ambiente esterno e l’ambiente intracellulare nella trasduzione del segnale e una funzione energetica. I lipidi a parità di peso hanno una quantità di energia superiore F al glicogeno, però prima vengono consumati gli zuccheri, poi i lipidi dal momento che sono più difficili da elidere..F Possiamo suddividere i grassi in: Grassi semplici o acidi grassi (monomeri), e forme complesse rappresentate da gliceridi, glicolipidi e fosfolipidi (polimeri). M L’acido grasso è costituito da una catena carboniosa che termina con un gruppo carbossilico. Si differenziano fra loro proprio per i numeri di atomi di carbonio presenti in essa. Quando sono presenti legami semplici vengono definiti acidi grassi saturi, vengono detti insaturi quando sono presenti doppi legami. Il numero di doppi legami definisce il grado di insaturazione dell’acido eM grasso. Gli acidi grassi saturi sono spesso di origine animale e sono solidi a temperatura ambiente, mentre gli acidi grassi insaturi sono soprattutto vegetali e sono liquidi a temperatura ambiente. La presenza del doppio legame nell’acido grasso provoca una deviazione nella loro struttura. Gli acidi grassi sono monomeri, che legandosi fra loro formano i lipidi complessi. nz Nei gliceridi l’acido grasso si lega, non ad un acido grasso, ma ad una molecola di glicerolo, cioè una molecola a tre atomi di carbonio, che può legare a se catene di acidi grassi, perché il gruppo cie funzionale con cui l’acido grasso si lega al glicerolo è il gruppo carbossilico. Quindi l’ossidrile del glicerolo si lega con la funzione acida del gruppo carbossilico, formando un legame esterico. S A ciascuno di questi OH del glicerolo può legarsi un acido grasso differente fino a tre: se si lega 1 solo acido grasso viene definito mono gliceride, 2 di gliceride e 3 Trigliceride. I gliceridi sono esteri di glicerolo e acido grasso, li definiamo esteri perché il legame che si forma è di natura esterica. re LA reazione di condensazione in questo caso avviene fra acido grasso e glicerolo e per rompere questo legame c’è sempre bisogno di un idrolisi. ive Un altro gruppo di lipidi complessi è quello dei fosfolipidi, trigliceridi che al livello del terzo ossidrile non legano un acido grasso, ma un fosfato o gruppo fosfato. Questo gruppo in acqua si dissocia e V possiede 3Oˉ , ed è una funzione acida. Si definisce fosfolipide un trigliceride esterificato con un gruppo fosfato. Il fosfolipide è una molecola fortemente anfipatica, cioè formata da due componenti diverse, una componente idrofobica e una componente idrofilia, formata dal gruppo fosfato e un gruppo polare. In ambiente acquoso i fosfolipidi formeranno delle strutture chiamate Micelle, rivolgendo la testa idrofilica verso l’esterno e la coda idrofobica verso l’interno. In un sistema biologico i fosfolipidi si organizzano formando una struttura che nelle nostre cellule forma il  DOPPIO STRATO FOSFOLIPIDICO e per raggiungere una stabilità si organizzano rivolgendo le teste idrofiliche verso l’ambiente acquoso e le code idrofobiche verso l’esterno della cellula. Il fosfolipide può legare diversi gruppi polari: la tolina, l’inositolo, la serina e l’etanolammina. Questi definiscono i 4 fosfolipidi che sono presenti nella membrana cellulare. Ciò che li differenzia è la natura del gruppo polare legato al fosfato. Ciò che differenzia fra loro i fosfolipidi è l’acido grasso e la sua saturazione o insaturazione. N Un altro lipide complesso è il colesterolo, uno sterolo che si trova esclusivamente nei tessuti animali. Lo consideriamo lipide complesso perché formato da diverse strutture cicliche e una lunga catena fortemente idrofobici. Svolge diverse funzioni come la sintesi degli ormoni steroidei, per la.N sintesi della vitamina D e per la biosintesi degli acidi biliari. Il colesterolo ha una particolarità, un gruppo ossidrilico (idrofilico) che conferisce al colesterolo in quella porzione una certa idrofilicità, per questo nella membrana plasmatica si orienta in maniera tale che la sua parte più idrofobica si intercali fra le code di acido grasso, mentre il suo gruppo ossidrilico sia rivolto ed sia più vicino alla F porzione idrofilica del fosfolipide. 3.1 Proteine: Aminoacidi e Legame Peptidico..F Le proteine rappresentano la classe di macromolecole più rappresentate nelle nostre cellule, hanno molteplici funzioni: funzione di riserva di amminoacidi, funzione strutturale (citoscheletro), M regolazione dell’omeostasi, funzione enzimatica (velocizzano le reazioni chimiche e la regolano), sono implicate nel movimento cellulare e hanno un ruolo di trasportatori all’interno della membrana (le proteine sieriche come l’albumina che permettono il trasporto a livello ematico di molecole di varia specie, come gli ormoni idrofilici), inoltre funzionano da ormoni, ovvero come eM sostanze che vengono prodotte in un determinato organo e svolgono la loro funzione in un organo distante come l’insulina (prima proteina ad essere sequenziata). Le proteine sono dei polimeri, i quali monomeri sono gli amminoacidi, molecole costituite da un carbonio centrale a cui sono legati un gruppo amminico NH₂, un gruppo carbossilico COOH, un idrogeno H e un radicale variabile R, che dà identità all’amminoacido. In soluzione questi due gruppi nz diventano uno basico e l’altro acido. L’amminoacido presenta due strutture diverse: può essere levogiro e destrogiro. Possono inoltre essere speculari, e questo è dovuto al carbonio, che si cie definisce asimmetrico perché lega un idrogeno e un gruppo diverso. L’unico amminoacido simmetrico è la Glicina che presenta come radicale un altro atomo di Idrogeno. Tutti gli altri amminoacidi vengono definiti Asimmetrici. Le nostre proteine sono formate solo da amminoacidi S levogiri. Esistono diversi amminoacidi caratterizzati ciascuno dal proprio gruppo laterale che hanno caratteristiche diverse e possiamo distinguerli per amminoacidi con proprietà diverse. re Gli amminoacidi possono essere: Apolari, cioè che la loro catena laterale (RADICALI) presenta gruppi funzionali che non hanno nessuna possibilità di interagire con l’acqua (terminano tutti con il ive gruppo CH₃ cioè il gruppo alchilico) così come la fenilanina e il triptofano che hanno una struttura ciclica fortemente idrofobica; Polari, cioè che la loro catena laterale interagisce con l’acqua come la serina CH₂OH. Questi a loro volta possiamo distinguerli in amminoacidi polari neutri (che non V presentano carica) e amminoacidi polari carichi (che presentano una carica quindi assumono o un aspetto acido come l’acido glutammico, o un aspetto basico come l’arginina e la lisina). Questi aminoacidi hanno delle caratteristiche intrinseche differenti, gli amminoacidi (quelli naturali sono 20) si legano insieme per condensazione per formare la proteina. Si legano l’uno all’altro utilizzando il loro gruppo amminico e carbossilico per formare il legame peptidico, dato dall’interazione fra il gruppo carbossilico di uno con il gruppo amminico dell’altro con la liberazione  di una molecola d’acqua (dal punto di vista biologico nella cellula la liberazione di acqua non avviene, perché nella cellula durante la fase di sintesi proteica l’amminoacido viene trasportato dal tRNA e durante il trasporto perde il suo gruppo OH, quindi durante la formazione della proteina non si libera acqua, ma si ibera il tRNA scarico). Quando due amminoacidi sono legati fra loro da un legame peptidico vengono chiamati Residui Amminoacidici, perché il suo gruppo carbossilico perde l’idrogeno diventando gruppo carbonilico COOˉ e il gruppo amminico che ha perso il suo idrogeno diventa gruppo Imminico. N Il legame peptidico ha una parziale caratteristica di doppio legame, non permette agli atomi alcuna libertà di movimento ed è molto forte e stabile. Si definisce PLANARE, la proteina viene schematizzata a zig zag ai cui vertici vi sono il carbonio e l’azoto, questo conferisce alla proteina una.N certa rigidità. Quando due amminoacidi si uniscono fra loro formano un dipeptide, tre aminoacidi formano un tripeptide. Fino a cento aminoacidi parliamo di polipeptide, dopo i cento abbiamo le proteine. Le F proteine sono costituite da 20 aminoacidi differenti e con diversa sequenza (tre elementi quantità qualità e posizione nei residui amminoacidici nella catena polipeptidica). Nel momento in cui la proteina viene sintetizzata la funzione biologica è direttamente intrinseca nella sequenza stessa..F Quando in una proteina anche solo un aminoacido viene sostituito provoca un cambiamento nella proteina. M 3.2 Strutture: Primaria, Secondaria, Terziaria e Quaternaria. Le proteine posso variare la struttura in base alle loro caratteristiche e funzioni. STRUTTURA PRIMARIA: è determinata dalla successione dei vari amminoacidi presenti nella molecola. Le eM modifiche della struttura primaria di una proteina per eliminazione, aggiunta o sostituzione di un amminoacido possono determinare delle modificazioni strutturali e funzionali della proteina stessa. Nel caso, ad esempio, dell’anemia falciforme, una malattia molto grave del sangue causata da un’alterazione dell’emoglobina che la rende meno idonea all’ossigeno, vi è la sostituzione di un solo amminoacido, la valina al posto dell’acido glutammico. nz STRUTTURA SECONDARIA: rappresenta un grado intermedio di organizzazione strutturale e riguarda la configurazione tridimensionale assunta dalle catene polipeptidiche. È dovuta al’interazione tra l’idrogeno cie leggermente positivo di un gruppo amminico e l’ossigeno leggermente negativo del gruppo carbossilico di un altro amminoacido. La formazione di questi legami a idrogeno lungo tutta la catena polipeptidica porta alla formazione di due strutture diverse: α-elica (la catena forma una spirale o un’elica) e foglietto β (la S catena si ripiega su se stessa in modo che le due parti della catena giacciano una accanto all’altra decorrendo in senso parallelo o antiparallelo). re La struttura ad α-elica ha diverse proprietà: resistenza, estensibilità, bassa solubilità in acqua e capacità di formare super-eliche. Le caratteristiche sono molteplici: la catena polipeptidica si avvolge attorno al ive proprio asse formano un’elica destrorsa; tutti gli atomi che partecipano al legame peptidico giacciono sullo stesso piano; il passo dell’elica, ovvero la misura di un giro completo dell’elica attorno all’asse, è di 5,4 Å e contiene 3,6 amminoacidi; l’avanzamento dell’elica, cioè il rapporto tra il passo e il numero di amminoacidi V per giro) è di 1,5 Å. Certe combinazioni di α-eliche e foglietti β si compattano formando delle unità globulari dette DOMINI, che possono essere considerate le unità modulari di una proteina. Nella stessa proteina posso trovarsi domini solo α, domini solo β oppure domini misti α e β. Certe combinazioni di α-eliche e foglietti β possono formare i MOTIVI, i quali si trovano ripetuti nei domini. Una proteina può contenere un solo dominio  (piccole proteine) o più domini (grandi proteine), connessi tra loro da porzioni aperte di catena polipeptidica. STRUTTURA TERZIARIA: è determinata dall’ulteriore ripiegamento delle catene ad α-elica e dei foglietti β, dovuto all’interazione tra i gruppi R variabili dei vari amminoacidi. È la forma tridimensionale che la proteina può assumere nello spazio. La catena polipeptidica tende ad avvolgersi in modo tale che i gruppi R idrofobici siano localizzati all’interno della struttura stessa, protetti dal contatto con l’acqua, mentre i N gruppi R idrofilici siano esposti sulla superficie, liberi di interagire con l’ambiente esterno. I tipi di legame che stabilizzano i ripiegamenti della catena sono molteplici: ponti disolfuro, ponti idrogeno, interazioni ioniche, interazioni idrofobiche..N STRUTTURA QUATERNARIA: corrisponde alla disposizione, all’interno di una proteina, di subunità polipeptidiche caratterizzate a loro volta da una struttura primaria, secondaria e terziaria. Le diverse subunità sono tenute insieme da: legami a idrogeno, ponti disolfuro, forze idrofobe, attrazioni tra cariche positive e negative o dalla combinazioni di questi legami. Una proteina contente due catene polipeptidiche F è detta Dimero; una contente tre catene è detta Trimero; mentre una contente quattro catene è detta Tetramero..F L’emoglobina è un esempio di proteina tetramerica, formata da due catene α e due catene β. L’emoglobina viene definita una proteina coniugata, in quanto è una proteina legata a una parte non proteica, detta gruppo prostetico. Le sue catene sono unite ciascuna a un gruppo eme, costituito da un atomo di Fe(II) M legato in una complessa struttura ad anello a quattro atomi di azoto. 4.2 DNA. eM Il DNA è una doppia elica antiparallela, dove un filamento ha direzione 5’ 3’ e il secondo filamento ha direzione opposta 3’ 5’. Ha uno spessore costante, questo perché le basi azotate si appaiano con costanza, cioè una Base azotata del gruppo delle Pirimidine e una del gruppo delle Purine. Così l’adenina si appaia con la timina formando 1 ponte idrogeno con l’acquisto di stabilità, e nell’appaiamento di citosina e guanina vi è la formazione di 3 ponti idrogeno. Questo appaiamento nz specifico fra le basi azotate viene definito Complementarietà fra le basi. Le basi azotate si dividono in Pirimidine: adenina e guanina; e Purine: citosina, timina e uracile (presente nel RNA al posto della cie timina). Si riconoscono diversi tipi di struttura di DNA: il B-DNA che è presente a livello nucleare che S consiste in una doppietta destrogira con in cui le basi sono perpendicolari all’asse centrale di questa elica, ed è possibile distinguere in questa struttura un solco maggiore e un solco minore, poi vi è l’A-DNA dove le basi non sono precisamente perpendicolari al centro dell’asse e quindi vi sarà poca re differenza fra il solco maggiore e il solco minore, poi vi è lo Z-DNA che è una doppia elica sinistrorsa, e viene ottenuta in vitro in condizioni specifiche. Una struttura simile all’ A-DNA si forma nella ive molecola dell’RNA lineare, dove possono esserci zone complementari che tendono ad appaiarsi, che somigliano all’A-DNA. L’RNA è un singolo filamento di nucleotidi in direzione 5’3’, lo zucchero è il Ribosio e vi è una V differenza col DNA visto che nel gruppo delle basi azotate delle pirimidine, non vi è più la timina ma l’Uracile che si lega con l’Adenina. Ricordiamo che li chiamiamo Acidi nucleici per la presenza del gruppo fosfato. Nella cellula esistono diversi tipi di RNA: RNA messaggero, RNA ribosomiale e l’RNA transfer. Questi RNA hanno funzioni differenti, l’m-RNA contiene l’informazione per la sintesi proteica, l’r-RNA è una componente strutturale dei ribosomi, e poi abbiamo il t-RNA che svolge una funzione specifica,  ad esso viene attribuito il ruolo di adattatore molecolare, perché in sede di sintesi proteica trasporta aminoacidi e li relaziona alla sequenza dei nucleotidi. Poi vi sono una serie di RNA differenti, che prendono parte allo splicing e trasportano proteine. Infine vi sono i Long non coding RNA ovvero RNA non codificanti che hanno effetti nell’espressione genica. 5.1 La Membrana Plasmatica: Struttura e Funzioni. N Le cellule sono separate dall’ambiente esterno dalla membrana plasmatica, una barriera selettivamente permeabile tra il citoplasma e l’ambiente extra-cellulare, costituita da un doppio strato fosfolipidico, in cui le teste idrofiliche dei lipidi sono rivolte verso l’interno e l’esterno della.N cellula, mentre le code idrofobiche sono posizionate all’interno della membrana a contatto tra loro. I lipidi all’interno dei due foglietti sono distribuiti in modo asimmetrico. La composizione delle membrane plasmatiche è quasi sempre la stessa. Sono costituite da: lipidi (fosfolipidi, sfingolipidi e colesterolo); proteine (estrinseche ed intrinseche); e glucidi (glicolipidi e glicoproteine). Il rapporto F fra proteine e lipidi varia a seconda del tipo di membrana. Il contenuto di carboidrati invece all’interno della membrana plasmatica può oscillare dal 2% al 10% in peso a seconda della specie e.F del tipo di cellula. Colesterolo e sfingolipidi tendono ad avvicinarsi formando dei microdomini più gelificati e altamente ordinati, che tendono a galleggiare all’interno del doppio strato lipidico, che è più fluido e disordinato. Queste zolle sono dette “lipid raft”. M Nel 1972 Singer e Nicolson proposero il modello a mosaico fluido, in cui il doppio strato lipidico è presente in una condizione fluida e le singole molecole lipidiche sono in grado di muoversi lateralmente nello spessore della membrana. Di tutti i movimenti possibili che un fosfolipide può eM effettuare, il suo “filp-flop” verso l’altro versante della membrana appare il più limitato. In questo modello le proteine sono disposte in un “mosaico” discontinuo di particelle che penetrano nel foglietto lipidico. Negli organismi procarioti è ricoperta da un rivestimento protettivo chiamato parete cellulare, assente invece negli eucarioti. Le funzioni della membrana plasmatica sono molteplici: protegge la cellula e gli organelli, regola nz selettivamente i trasporti in entrata ed in uscita, permette di riconoscere determinate sostanze chimiche tramite i recettori di membrana, fornisce un punto di ancoraggio per i filamenti del citoscheletro o i componenti della matrice intracellulare che permettono alla cellula di mantenere cie una data forma, permette il riconoscimento cellulare, permette la compartimentazione dei domini subcellulari nei quali avvengono determinate reazioni enzimatiche, regola la fusione con altre S membrane, permette il passaggio di determinate molecole attraverso canali o giunzioni, permette la mobilità di alcune cellule e organelli. 6.1 I Meccanismi Di Trasporto Cellulare: Diffusione, Osmosi, Trasporto Attivo e Trasporto Passivo. re Il trasporto di membrane e di soluti attraverso essa caratterizza la membrana plasmatica. La ive membrana si può definire una struttura a permeabilità selettiva, attraverso essa infatti possono passare molecole non polari, piccole molecole come l’acqua e o gas. Le altre molecole come le forme ioniche o di grande dimensione come il glucosio non possono passare liberamente attraverso V la membrana. I soluti possono muoversi liberamente nella membrana seguendo il loro gradiente di concentrazione, cioè il loro passaggio da una zona a concentrazione maggiore ad una zona a concentrazione minore, senza dispersione di energia, questo passaggio viene definito DIFFUSIONE SEMPLICE, e avviene quando la molecola è idrofobica, di piccola dimensione e si muove seguendo il gradiente di concentrazione. Vi sono poi movimenti mediati dalle proteine della membrana. Il  processo secondo il quale un soluto si muove attraverso la membrana plasmatica mediante le proteine ma sempre secondo gradiente di concentrazione viene definito DIFFUSIONE FACILITATA o TRASPORTO PASSIVO, che è contrapposto al TRASPORTO ATTIVO cioè il trasporto di soluti attraverso la membrana plasmatica contro il gradiente di concentrazione, quindi dalla zona dove vi sono meno presenti quelle molecole alla zona dove sono più presenti con consumo di energia. Quando si parla di specie ioniche si aggiunge al gradiente di concentrazione un gradiente elettrico, perché gli ioni acquisteranno spinta ulteriore, per questo si parla di GRADIENTE ELETTRO-CHIMICO. N A livello di membrana plasmatica si verifica un altro tipo di diffusione, derivato dal fatto che è una membrana semi-permeabile in cui piccole molecole riescono a passare, l’osmosi, cioè una diffusione passiva in cui a differenza del trasporto passivo è il solvente a muoversi all’interno fino a.N quando la concentrazione non è uguale, ed è un flusso netto. Dato che negli organismi viventi il solvente è l’acqua, in sistemi biologici osmosi significa passaggio di acqua. La fase di equilibrio viene detta Equilibrio osmotico, la parte con minore concentrazione viene detta Ipotonica, la parte con maggiore gradiente di concentrazione viene detta Ipertonica, quando raggiungono l’equilibrio viene F detta ISOTONICA. La diffusione avviene più velocemente quando vi è maggiore differenza di concentrazione, questo.F avviene ad esempio nello scambio di ossigeno e anidride carbonica nel sangue, perché la concentrazione di ossigeno nelle cellule è minore e l’anidride carbonica viene eliminata, perché la concentrazione nelle cellule è maggiore. M La diffusione facilitata o trasporto passivo, si verifica tramite proteine di membrana, e può essere mediata da proteine che fungono da canali, con la funzione di formare nel doppio strato lipidico un canale che permetta un passaggio di molecole idrofili che, senza che il soluto e la proteina non eM interagiscano. Queste proteine esistono in una forma chiusa e in un a forma aperta, se queste proteine sono chiuse anche se la differenza di concentrazione è alta il soluto non può passare fino a quando la proteina non si aprirà per il passaggio, queste aperture sono condizionate da segnali. Questo avviene ad esempio per lo Ione Sodio, infatti i canali di passaggio si aprono solamente in presenza di un impulso nervoso, passando così da uno stato chiuso a uno stato aperto, così il sodio precipita all’interno della cellula per diffusione, il sodio ha una carica positiva che induce un nz impulso alla cellula che funge da segnale. Questo tipo di legame viene chiamato Canale Regolato da Ligando. cie Diverso è quello che succede con le Proteine Carrier che fungono da trasportatore, che per permettere al soluto di passare lo devono legare, tramite dei legami deboli ma che permettono al S soluto di essere trasportato. Generalmente le proteine Carrier funzionano per molecole più grandi degli ioni, quindi fra soluto e proteina vi deve essere una certa affinità per il ligando. Quando si lega al soluto cambia conformazione e lo trasporta all’interno della cellula dove però perde affinità con il re soluto stesso rilasciandolo. Non appena ha lasciato il soluto riprende la conformazione iniziale e ricomincia il suo ciclo di attività. I carrier possono funzionare in 3 modi diversi, possono mediare un ive UNIPORTO, cioè mediare il trasporto di un unico soluto, possono mediare un COTRASPORTO, cioè un unico carrier media il trasporto di 2 soluti o in direzioni uguali (Simporto) o in direzioni opposte (Antiporto). V Gli ioni hanno una distribuzione intra ed extra cellulare molto caratteristica, gli ioni sono il sodio (ione extracellulare), il potassio (ione intracellulare), il cloro (ione extracellulare) e il calcio (ione con bassa concentrazione citoplasmatica, perché il calcio nella cellula è confinato nel RE). Gli amenti della concentrazione citosolica di calcio vengono percepiti dalla cellula come segnale, infatti il calcio viene rilasciato dal reticolo solo in condizioni specifiche, per questo viene definito segnale secondario. Questa distribuzione delle specie ioniche fa in modo che i due versanti della  membrana plasmatica quello intracellulare e quello extra cellulare abbiano una differenza di potenziale, che è definito POTENZIALE DI MEMBRANA. Nelle cellule eccitabili, quando entra sodio si determina un’inversione del potenziale di membrana, che prende il nome di potenziale d’azione che è l’impulso nervoso. Per le cellule è sempre importante mantenere questa differenza di potenziale. In tutte le cellule esistono meccanismi di trasporto che contribuiscono a mantenere uguale questa N energia potenziale. Uno dei meccanismi più conosciuti è la pompa Sodio Potassio, che media il trasporto attivo di sodio e potassio attraverso la membrana plasmatica, prende infatti 3 gli ioni sodio e li trasporta fuori contro gradiente di concentrazione, e prende 2 ioni potassio e li trasporta all’interno della cellula sempre contro gradiente di concentrazione. Tutte le cellule usano questo.N metodo di trasporto, infatti è fondamentale perché contribuisce a mantenere il potenziale di membrana. Di proteine che mediano il trasporto attivo nelle cellule ce ne sono diverse, ad esempio il gruppo pompa della classe P, queste proteine sanno idrolizzare ATP rompendo il legame fra il terzo e il secondo fosfato, il fosfato che viene idrolizzato si lega alla proteina, per questo il gruppo F prende il nome di Gruppo Pompa classe P. Le Altre pompe che idrolizzano ATP non si legano al fosfato, come la pompa dei cloroplasti. Poi vi è l’ultima classe di proteine, le proteine ABC che sono.F trasportatori attivi, un esempio è la proteina CFTR che è la proteina la quale mutazione è causa della fibrosi cistica, poiché la pompa non trasporta cloro, questo causa muco viscoso. La pompa sodio potassio svolge un ruolo fondamentale nel mantenimento dell’energia potenziale, M per questo viene definita pompa elettrogena, infatti questa pompa fa in modo che il sodio rimanga uno ione extracellulare e il potassio uno ione intracellulare, prende 3 sodii dalla parte intracellulare e li trasporta all’esterno della cellula e prende 2 potassii dalla parte extracellulare e li trasporta eM all’interno della cellula. Così le molecole positive si accumulano fuori dalla cellula. La proteina ha una conformazione tale per cui è aperta verso il citoplasma e in questa condizione espone 3 siti di legami per il sodio ad alta affinità. Non appena satura i legami per il sodio inizia la sua idrolisi dell’ATP, il fosforo si lega alla proteina inducendola a cambiare conformazione, perdendo completamente la sua affinità con il sodio e acquistando affinità con il potassio che viene nz legato alla proteina. Questa saturazione libera il fosfato legatosi in precedenza facendo ripristinare la conformazione iniziale ad alta affinità con il sodio, rilasciando il potassio nel citoplasma, ricominciando il suo ciclo. cie Questa pompa ha anche una funzione metabolica perché consente ad alcuni tipi cellulari di introdurre al loro interno Glucosio contro gradiente di concentrazione, perché queste cellule S esprimono sulla loro superficie un trasportatore attivo di glucosio. Questa particolare proteina carrier insieme al glucosio fa entrare sodio, quindi è un co-trasportatore che media un simporto. La proteina lega il Sodio aumentando la sua affinità con il glucosio che, non appena si lega alla re proteina, le fa cambiare conformazione. La proteina rilascia sia il glucosio che il sodio all’interno della cellula ritornando alla conformazione primaria e ricominciando il ciclo. Questo carrier non ive necessita, pur essendo un trasporto attivo, di energia diretta come l’ATP perché per far entrare il glucosio sfrutta il sodio che entra secondo gradiente di concentrazione, il consumo di energia avviene durante il trasporto del sodio fuori dalla cellula tramite la pompa iodio potassio per V mantenere stabile il suo gradiente di concentrazione, questo trasporto viene definito Secondario o Indiretto. 7.1 La Trasduzione Del Segnale: Significato Biologico dell’interazione Recettore-Ligando; Recettori-Canali; Recettori associati a Proteine G; Recettori ad attività Tirosin-Chinasica. La segnalazione cellulare è un fenomeno nel quale l’informazione passa all’interno della cellula attraverso la membrana. La trasduzione del segnale è quel processo che include il riconoscimento dello stimolo sulla  superficie esterna della membrana, il suo trasferimento attraverso la membrana stessa e la trasmissione del segnale all’interno della cellula andando così a innescare una risposta. Giunta dentro la cellula, l’informazione passa lungo vie di segnalazione, che includono varie protein-chinasi e protein-fosfatasi, che attivano o inibiscono i loro substrati. Vengono inoltre utilizzate proteine leganti GTP che accendono o spengono queste vie di segnalazione. Molti messaggeri svolgono la loro attività legandosi a recettori con sette α-eliche transmembrana. Il N segnale è trasmesso dal recettore agli effettori grazie a proteine G (si legano a nucleotidi guanidilici, come GDP o GTP) eterotrimeriche ( presentano 3 subunità α,β,γ). Ogni proteina G può esistere in due stati: uno stato attivo legata con GTP e uno stato inattivo legata con GDP. L’attacco del ligando al suo recettore specifico causa un cambiamento nella conformazione del recettore che aumenta così la sua affinità per la.N proteina G legandola a sé. Il legame tra il recettore e la proteina G, porta alla sostituzione, nella proteina G, della molecola di GDP con una di GTP, determinando così il passaggio della proteina dallo stato inattivo a quello attivo. Lo scambio del nucleotide guanidilico cambia la conformazione della subunità Gα, che si va quindi a dissociare dalle altre due subunità, che formano il complesso Gᵦᵧ. A questo punto la subunità Gα F insieme al suo GTP è in grado di attivare molecole di effettori come l’adenilato ciclasi. La subunità Gα è anche una GTPasi, dunque idrolizza la molecola GTP trasformandola di nuovo in GDP. A questo punto la Gα-.F GDP potrà andarsi a legare nuovamente con la subunità Gᵦᵧ riformando il complesso trimerico e riportando il sistema allo stato di riposo. La fosfolipasi C è un altro effettore sulla superficie di membrana che può essere attivato da proteine G. La M PI-fosfolipasi C agisce tagliando il fosfatidil inositolo 4,5-bifosfato (IP₃) in due secondi messaggeri: inositolo 1,4,5-trifosfato (IP₃) e 1,2-diacilglicerolo (DAG). Il DAG rimane nella membrana plasmatica dove attiva l’enzima protein-chinasi C, che fosforila residui di serina e treonina. L’IP₃ è una piccola molecola solubile in eM acqua che può diffondere nel citoplasma, dove si andrà a legare ai suoi recettori localizzati sulla superficie del RE liscio. I recettori dell’IP₃ sono canali ionici tetramerici del Ca²⁺. Il legame dell’IP₃ porta ad un’apertura dei canali ionici e alla diffusione del Ca²⁺ nel citosol. L’aumento della *Ca²⁺+ citosolica può portare all’attivazione o all’inibizione di vari enzimi e sistemi di trasporto. Lo ione calcio è un secondo messaggero che non agisce allo stato di ione libero, ma legandosi a una proteina, la più diffusa è la calmodulina. nz Molti stimoli attivano una risposta legandosi al dominio extracellulare di un recettore tirosin-chinasi (RTK) , che attiva il dominio tirosin-chinasico posto sulla superficie interna della membrana plasmatica. I recettori RTK regolano diverse funzioni, tra cui la crescita e la proliferazione cellulare. La cascata delle MAP chinasi cie comprende una piccola proteina monometrica legante GTP detta Ras. Ras si può trovare in stato inattivo legata a GDP e in stato attivo legata a GTP. Nella forma attiva Ras stimola gli effettori che si trovano a valle S nella via di segnalazione. Inoltre ha anche un’attività GTPasica intrinseca che idrolizza GTP per formare GDP, inattivandosi. Quando il ligando si lega al recettore RTK, viene reclutato Sos, un attivatore di Ras, che si trova sulla superficie interna della membrana. Sos catalizza lo scambio di GDP con GTP attivando Ras. Ras re attivata, a sua volta, ha affinità per un’altra proteina, Raf, la quale inizia una catena di fosforilazioni. I bersagli finali della cascata delle MAP chinasi sono i fattori di trascrizione che stimolano l’espressione di ive alcuni geni, i cui prodotti svolgono un ruolo chiave nell’attivazione del ciclo cellulare. V  8.1 La Duplicazione del DNA: Modelli di Duplicazione del DNA dei Procarioti e degli Eucarioti. Il dogma centrale della biologia prevede che il flusso di informazioni partendo dal DNA sia unidirezionale e propedeutico alla formazione delle proteine, il dogma racchiude i passaggi che portano alla monodirezionalità del processo di duplicazione del DNA.  L’informazione genetica è conservata nel DNA, che può essere duplicato (grazie alla sua struttura a doppia elica) per trasmettere l’informazione. N  Il DNA, per essere espresso nella cellula, necessita di essere trascritto sotto forma di RNA  L’RNA viene tradotto in proteine, concepite come la forma terminale delle informazioni contenute nel genoma.N Questo è il flusso di informazione che avviene nella cellula che porta alla formazione delle proteine. Le differenze fra cellula eucariotica e procariotica, nel processo di trascrizione e traduzione, sono che i processi sono localizzati in posti diversi, nei procarioti questi processi avvengono nel F citoplasma e contemporaneamente. Negli eucarioti invece la replicazione e la trascrizione avvengono nel nucleo, mentre la sintesi proteica avviene nel citoplasma. Inoltre un messaggero per.F sintetizzare proteine deve traslocare dal nucleo al citoplasma, prima però è sottoposto ad un processo di maturazione che lo fa diventare m-RNA maturo. REPLICAZIONE. M Per spiegare il metodo di replicazione del DNA furono proposte 3 teorie:  Teoria Conservativa: si separavano i filamenti del DNA e ad ogni base azotata di ciascun filamento veniva accoppiata la base azotata complementare, però secondo la teoria eM conservativa i due filamenti iniziali tornavano a riunirsi e i filamenti figli si univano a vicenda.  Teoria Dispersiva: prevedeva la separazione dei filamenti parentali, l’accoppiamento con basi azotate complementari a partire dallo stampo iniziale, ma poi prevedeva che tratti di filamento paterno si unissero a tratti di filamento di nuova sintesi. nz  Teoria Semiconservativa: si separavano i filamenti del DNA e ad ogni base azotata di ciascun filamento veniva accoppiata la base azotata complementare, si formano così due cie molecole identiche di DNA, quindi viene definito semiconservativa perché le molecole che si formano sono formate da un filamento parentale e da un filamento di nuova sintesi. S Il DNA ha una replicazione Semiconservativa, per cui quando una doppia elica si apre, ciascun filamento paterno funge da stampo per formare infine una nuova molecola che possiede per metà una emielica paterna e per metà un emielica di nuova sintesi. re Il processo di replicazione cellulare è caratterizza to dalle caratteristiche degli enzimi responsabili del processo. ive Perché una molecola di DNA possa replicarsi, la molecola paterna deve dividersi nei due filamenti, quindi deve denaturarsi, cioè rompere i legami a idrogeno fra le basi azotate. Questo processo di V rottura dei legami e di srotolamento del DNA è svolto da un enzima detto Elicasi. Le emieliche che si formano devono essere stabilizzate, infatti per loro natura i filamenti tendono a riunirsi e per questo vengono tenuti separati dalle single strend binding proteins, cioè proteine che legano un singolo filamento per stabilizzarlo  Poi vi è la fase di sintesi del filamento che viene regolato e sostenuto dall’attività di un enzima che forma un polimero, per questo viene chiamato DNA polimerasi. Questo enzima determina le caratteristiche del processo di replicazione. La replicazione del DNA inizia a livello di siti specifici sulla molecola del DNA, detti Origini di Replicazione, dove gli enzimi DNA Elicasi destabilizzano l’elica legandosi al DNA e rompono i legami a idrogeno fra le basi azotate separando i due filamenti. Questi due filamenti si replicano N contemporaneamente, a livello della giunzione fra i due filamenti separati, formando una struttura detta Forca di Replicazione. Una volta che i due filamenti sono stati separati, le Proteine che si Legano al singolo filamento (SSB).N si legano ai singoli filamenti di DNA e li stabilizzano evitando che si riformino i legami a idrogeno fra le basi finché non è avvenuta la copiatura. Nel momento in cui si separano i due filamenti, in un'altra regione della molecola possono generarsi dei superavvolgimenti che vengono srotolati da speciali enzimi chiamati Topoisomerasi, che operano dei tagli nel DNA e poi saldano i filamenti in F modo che siano liberi da superavvolgimenti e da nodi che impedirebbero la replicazione. Gli enzimi che catalizzano il legame fra i vari nucleotidi, DNA Polimerasi III, sono in grado di.F aggiungere nucleotidi solamente al terminale 3’ di una catena polinucleotidica in corso di sintesi. Come substrato della DNA polimerasi per la reazione di polimerizzazione vengono usati nucleosidi trifosfato, infatti quando i nucleotidi vengono legati insieme, due gruppi fosfato vengono liberati M rilasciando energia, questa reazione non ha infatti bisogno di energia esterna perché fortemente esoergonica. La DNA III polimerasi ha 3 caratteristiche principali, la prima è che come substrato ha bisogno del nucleoside trifosfato, la seconda è che si muove solamente nella direzione 5’3’ e la terza è che non inizia la sintesi senza il Primer o Innesco, frammento di RNA che viene sintetizzato eM dall’enzima Primasi, che offre un’estremità 3’H libera per far partire la polimerizzazione. Poiché la catena nucleotidica si allunga attraverso il legame fra il gruppo fosfato in posizione 5’ dello zucchero del nucleotide aggiunto ed il gruppo ossidrilico in posizione 3’ dello zucchero presente all’estremità della catena, si dirà che la sintesi del DNA procede sempre in direzione 5’3’. Viene inizialmente sintetizzato a livello del punto di inizio della replicazione un piccolo tratto di RNA nz che funziona da innesco e viene chiamato RNA Primer, che viene sintetizzato ad opera di un enzima che prende il nome di DNA Primasi, capace di iniziare un nuovo filamento di RNA su un filamento di cie DNA. In seguito, il primer verrà degradato da enzimi specifici e sostituito da DNA (DNA Polimerasi I). I due filamenti di DNA sono antiparalleli, per questo motivo la replicazione (che avviene sempre in S verso 5’3’) avviene in modo continuo su un filamento e discontinuo sull’altro. L’estremità 3’ di uno dei nuovi filamenti si allunga sempre verso la forca di replicazione e la sua sintesi procede in maniera continua e senza interruzione, per questo viene chiamato filamento guida o Leading. re L’atro filamento viene chiamato Filamento in Ritardo o Lagging. In questo filamento, un’altra DNA polimerasi aggiunge nucleotidi all’estremità 3’, così il filamento si allunga sempre nella direzione ive opposta al movimento della forca di replicazione. Per evitare la distanza dalla forca di replicazione questa molecola di DNA polimerasi sintetizza piccoli frammenti di DNA alla volta che vengono chiamati Frammenti di Okazaki. La sintesi di ogni frammento di Okazaki viene iniziata da un RNA V primer e procede verso l’estremità 5’ del frammento sintetizzato precedentemente. Nel momento in cui il frammento di Okazaki neosintetizzato raggiunge l’inizio del frammento precedentemente sintetizzato, l’RNA primer viene degradato e rimpiazzato con DNA da parte di un altro enzima chiamato DNA ligasi che riunisce i vari frammenti ricostruendo il legame Fosfodiesterico tra l’estremità 3’ di uno e l’estremità 5’ dell’altro.  Il DNA di un cromosoma eucariotico contiene molte origini di replicazione che prendono il nome di bolle di replicazione. La sintesi procede in entrambe le direzioni da ogni origine fino a quando le bolle di replicazioni adiacenti si incontrano e si fondono. Nelle cellule procariotiche il DNA è circolare e si forma una sola bolla di replicazione, si formano due forche di replicazione che procedono in direzione opposta fino a quando si incontrano. L’origine di replicazione ha delle caratteristiche precise, infatti i punti più accessibili per iniziare la replicazione sono dove i legami sono più deboli, quindi nelle zone dove vi sono molti accoppiamenti Adenina Timina formano un N solo legame idrogeno fra le due basi. La replicazione del DNA avviene solamente una volta ogni replicazione cellulare ed è importante che tale processo sia il più possibile preciso per evitare la comparsa di mutazioni genetiche. Per.N prevenire questa formazione di mutazioni, nel corso della replicazione, le DNA polimerasi III che hanno anche funzione nucleasica 3’5’ (che porta alla rottura del legame fosfoesterico) effettuano una correzione di bozze per ogni nucleotide aggiunto rispetto al suo nucleotide stampo, infatti se trova un nucleotide appaiato con una base diversa dal consueto, lo elimina e lo sostituisce con F quello giusto. Quando però rimangono errori non corretti dalle normali polimerasi, vi sono degli enzimi specializzati nella riparazione degli errori di appaiamento (MISMATCH REPAIR) che.F riconoscono e rimuovono il nucleotide sbagliato che viene sostituito dalla DNA polimerasi III. Un altro tipo di riparazione del DNA, è noto come Riparazione per Escissione Nucleotidica che è comunemente usato per la riparazione delle lesioni del DNA (DNA deformato) causate dalle M radiazioni ultraviolette o da sostanze chimiche dannose. TUTTE le DNA polimerasi hanno un’attività esonucleasica, la DNA Polimerasi I ha un’attività nucleasica 5’3’, un’attività esonucleasica 3’5’ e in più ha un’attività esonucleasica 5’3’ che serve a rimuovere i primer e sintetizzare il DNA. eM Negli eucarioti il processo è molto più sofisticato rispetto ai procarioti, pur non avendo molte differenze. Negli eucarioti sono state identificate almeno 5 polimerasi (alfa α, beta β, gamma γ, delta δ ed epsilon ε) che hanno oltre che diversa velocità di sintesi, diverse funzioni specifiche:  La Polimerasi δ svolge le sue funzioni solamente sul filamento Leading e svolge anche la funzione di Elicasi  La Polimerasi α lavora sul filamento Lagging e ha delle subunità che svolgono la funzione di nz primasi  La Polimerasi γ agisce a livello mitocondriale (nella replicazione del DNA mitocondriale) cie Negli eucarioti a differenza dei procarioti (che hanno un DNA circolare) il DNA ha le estremità libere. Dato il modo discontinuo in cui operano le DNA polimerasi nel filamento Lagging, esse sono S incapaci di completare la replicazione accuratamente quando raggiungono le estremità del filamento di DNA lasciando quindi una piccola parte di DNA non replicata. Per prevenire la perdita di informazione genetica, al cromosoma viene applicato una serie di brevi e semplici sequenze di re DNA che non codificano proteine, che prendono il nome di Telomeri. Così ad ogni replicazione il cromosoma non perde geni che codificano proteine ma perde parti di DNA telomerico. Il DNA ive telomerico può essere allungato da uno speciale enzima della replicazione, la Telomerasi, che aggiunge sequenze nucleotidiche alle estremità, questo enzima opera una trascrizione inversa o Retrotrascrizione, cioè questo enzima sintetizza DNA partendo da RNA. La telomerasi è presente V nelle cellule che possono dividersi un numero illimitato di volte, nelle cellule eucariote è presente nelle cellule della linea germinale, nel sangue, nelle cellule della pelle e nelle cellule del rivestimento interno dell’intestino. È stato suggerito che la progressiva perdita di DNA telomerico provoca un invecchiamento cellulare e l’apoptosi. La telomerasi è presente soprattutto nelle cellule cancerose, che proliferano incessantemente, infatti i loro telomeri sono così lunghi che la cellula non riceve mai il segnale di apoptosi e continua  incessantemente la sua replicazione senza perdere materiale genico, si dice infatti che i telomeri abbiano un’iperattività. 9.1 La Trascrizione nei Procarioti e negli Eucarioti: l’RNA Polimerasi dei Procarioti. La trascrizione è il processo che porta alla sintesi dell’RNA partendo da uno stampo di DNA, ad opera della RNA polimerasi. L’RNA polimerasi ha delle caratteristiche in comune con la DNA polimerasi, infatti sintetizza sempre nel verso 5’3’, utilizza nucleosidi trifosfato anche se non ha N bisogno di un 3H libero per iniziare la trascrizione, inoltre solo un filamento viene trascritto. Perché la trascrizione possa avvenire la doppia elica deve separarsi, il filamento che viene copiato viene chiamato filamento stampo ed è un processo “alternato” perché ciascuno dei due filamenti.N può contenere informazioni diverse, dal momento che i geni (tratto di DNA che viene trascritto) vengono letti in direzione 3’5’ e possono dare origine a un diverso tipo di RNA rispetto all’altro gene. In una molecola di DNA il filamento Senso è il filamento non trascritto e il filamento Non Senso è il filamento trascritto. Possiamo dividere la trascrizione in 3 momenti diversi: F 9.2 Fase di Inizio, Allungamento e Terminazione della Trascrizione..F INIZIO M NEI PROCARIOTI: Prevede l’apertura della doppia elica e che l’enzima responsabile della trascrizione (RNA Polimerasi) si leghi nel unto che deve essere trascritto. Nei Procarioti tutti gli RNA (RNA messaggero, RNA transfer e RNA Mitocondriale) sono trascritti dalla stessa RNA polimerasi. L’RNA polimerasi è costituita da una parte che viene definita Core che è costituita da due subunità eM alfa, una subunità beta e da una subunità beta’, e da un ‘altra componente che è il fattore sigma. Questi elementi formano l’Oloenzima. Questo fattore sigma consente alla polimerasi di legarsi al DNA, mentre il core è responsabile della trascrizione dell’RNA, ma affinché il core possa trascrivere il fattore sigma deve staccarsi, infatti la sua utilità è solo quella di fare attaccare la polimerasi al filamento di DNA. nz NEGLI EUCARIOTI: Negli eucarioti abbiamo 3 RNA polimerasi che sono responsabili della sintesi dei 3 RNA e trascrivono i geni di prima, seconda e terza classe. cie In particolare l’RNA polimerasi I è responsabile della trascrizione di geni di prima classe che codificano gli RNA ribosomiali più grandi. Questi geni sono trascritti in una regione specifica detta S Nucleolo. L’RNA polimerasi II trascrive i geni di seconda classe per l’RNA messaggero, e sono quelli che codificano le proteine. L’RNA polimerasi III trascrive geni di terza classe che a loro volta trascrivono l’RNA ribosomiale di piccola dimensione e tutti gli RNA transfer. Queste tre polimerasi re non sanno legarsi da sole al DNA, ma hanno bisogno dell’azione combinata di una serie di proteine che si chiamano fattori generali di trascrizione, che si legano prima al DNA seguite poi dall’RNA ive polimerasi che si legherà al sito indicato da queste proteine. Il fattore sigma e i fattori di trascrizione si legano ad una parte che viene definita Regione del Promotore che è a monte del sito di inizio della trascrizione, dove i geni presentano delle regioni V che hanno una funzione regolatoria (regione del promotore). Quando il legame Sigma nei procarioti e i fattori di trascrizione negli eucarioti si legano a questa regione, l’RNA polimerasi si lega al sito specifico e inizia la trascrizione. Questo promotore presenta delle zone ricche di adenine e timine, chiamata TATA BOX (negli eucarioti) o PRIB NOW BOX (nei procarioti), dove avverrà la separazione dei filamenti e l’inizio della trascrizione. Inoltre vi sono delle zone dette Enhancer che amplificano l’efficienza della trascrizione, sull’enhancer si legano altri fattori specifici che vanno a influenzare  l’RNA polimerasi. Negli eucarioti il sistema di trascrizione dell’RNA è estremamente controllato, visto che prima di iniziare la trascrizione tutti i fattori devono legarsi a queste regioni del promotore. ALLUNGAMENTO. Nella Trascrizione dei geni di seconda classe, l’RNA messaggero subisce delle modifiche. La prima cosa che accade all’RNA messaggero è la modifica dell’estremità 5’. L’RNA messaggero viene N sintetizzato nel nucleo per poi andare nel citoplasma, ma prima subisce una fase di maturazione o Processamento. La prima modifica la subisce durante la fase dell’allungamento, a questo 5’ trifosfato viene aggiunto.N un particolare nucleoside, la 7-Metil-Guanosina. Questa Guanosina viene indicata come cappuccio e si lega all’estremità 5’ tramite un legame esterico 5’5’, quindi è un legame esterico non canonico. Questo cappuccio ha la funzione di proteggere l’estremità 5’ del filamento dagli enzimi esonucleasici che, per degradare un acido nucleico, tentano di degradare il legame fosfoesterico F 5’3’, quindi avendo all’estremità questo cappuccio 5’5’ l’RNA messaggero viene protetto dalla degradazione..F FASE DI TERMINAZIONE. Nei procarioti la trascrizione si interrompe perché nella parte 5’ dello stampo esiste una sequenza M Palindromica che quando viene trascritta queste sequenze tendono ad appaiarsi e il messaggero assume una struttura a “forcina” che ha come conseguenza la destabilizzazione dell’appaiamento fra RNA e DNA. Questa destabilizzazione stacca l’RNA che finisce la trascrizione. La fine della trascrizione nei procarioti può essere di due tipi: Rho Dipendente e Rho indipendente (se partecipa eM o no alla fine della trascrizione il fattore Rho). 9.3 La Maturazione dei Trascritti Primari negli Eucarioti. Negli eucarioti sul messaggero durante il processo di trascrizione viene trascritta una sequenza che rappresenta un sito di taglio, dove interviene una proteina di taglio che accorcia il messaggero e nz induce lo stacco. Questo taglio induce una specifica polimerasi ad aggiungere al 3’ una sequenza al messaggero che viene chiamata Coda di Poli-A (circa 200 nucleotidi) che funge anch’essa da protezione e media il trasporto del messaggero dal nucleo al citoplasma. Per cui i messaggeri negli cie eucarioti sono caratterizzati dalla presenza di un cappuccio al 5’ e da una coda Poli-A al 3’. Mentre il messaggero del procariote si considera un gene del tutto codificante, nel messaggero S eucariotico che deve ancora maturare si alternano sequenze codificanti (ESONI) e sequenze non codificanti(INTRONI). Tutte queste sequenze vengono trascritte, per questo i messaggeri prima di arrivare a sintetizzare proteine dovranno essere modificati tramite la rimozione degli Introni, per re formare un messaggero maturo con sole sequenze codificanti. ive Questo trascritto primario o Pre-RNA va incontro ad una modifica chiamata splicing, che consiste nella rimozione delle sequenze introniche con produzione di un messaggero maturo che avrà soltanto sequenze esoniche con un cappuccio al 5’ e una coda di poli-A al 3’. V Gli introni, per essere rimossi, devono essere riconosciuti, questo accade perché le estremità degli introni presentano delle sequenze con una serie di Guanosine e Uracili ripetuti. Intervengono dei complessi di proteine e RNA, lo Spliceosoma, costituito da piccole proteine legate a RNA, le SNRT. L’RNA lo posiziona a livello dell’RNA messaggero e le proteine eseguono il processo di taglio e legame.  L’snRNP1 riconosce la sequenza 5’ dell’introne e si posiziona, la snRNP2 riconosce l’estremità 3’ dell’introne e vi si posiziona. La Prima snRNP rompe il legame 3’5’ al 5’ dell’introne, quindi si tratta di enzimi che tagliano il filamento nucleotidico all’interno con la formazione di estremità libere, il 3’ dell’esone e il 5’ dell’introne. L’ snRNP2 fa in modo che il 5’ si vada a legare ad un’adenina (con il suo gruppo OH) che chiamiamo Sito Accettore, formando una struttura a cappio, le snRNP fungono da legasi. L’estremità 3’H dell’esone per attacco nucleofilo induce il distacco completo dell’introne e la formazione del legame fra un esone e l’altro. Quindi il cappio con tutto lo spliceosoma viene N rimosso. Si forma quindi un RNA maturo che è pronto per la fase della Traduzione nel citoplasma. Nell’RNA procariotico tutto questo non accade poiché non presenta introni, quindi si pensa che questi introni si siano formati nel processo evolutivo. Ci sono diverse ipotesi per il quale siano.N presenti questi introni: possono forse “ammortizzare” le mutazioni, però si è scoperto che gli introni rappresentano per la cellula eucariotica un grande beneficio in termini di complessità proteica. F 9.4 Lo Splicing Alternativi dell’mRNA Eucariotico. Ci possono essere dei siti dove non si distingue fra introni ed esoni, che vengono chiamate Zone.F Criptiche di Splicing, in cui possono essere coperti o messi in evidenza da segnali, aumentando il numero di proteine che possono essere prodotte grazie ad una sequenza genica diversa dalla consueta e grazie anche ai processi di Splicing Alternativo. M Il messaggero procariotico viene definito Poli-Cistronico cioè un messaggero che al suo interno contiene l’informazione di più di un gene, infatti il genoma procariotico è organizzato in operoni, cioè l’insieme di geni che codificano per proteine diverse ma coinvolte in un unico processo eM metabolico e sono geni che stanno sotto il controllo di un unico promotore. Quindi una volta che l’RNA polimerasi si lega al promotore tutti i geni vengono trascritti in un unico messaggero che quindi è un messaggero che contiene più geni. 10.1 Significato e Proprietà del Codice Genetico. Quando parliamo di sintesi proteica parliamo di un processo che si basa sull’utilizzo di molecole nz differenti con caratteristiche differenti che vengono messi in relazione fra loro. In questo processo incontriamo i Ribosomi, che rappresentano la sede della sintesi proteica, l’RNA messaggero e l’RNA cie transfer che arriva nel sito di sintesi portando amminoacidi necessari per la sintesi. Il codice genetico è un insieme di regole che mette in relazione due linguaggi diversi. La prima S caratteristica è che il codice è organizzato in triplette, e ciascuna tripletta codifica per un amminoacido. Il codice è considerato Degenerato ma MAI Ambiguo, cioè uno stesso amminoacido può essere codificato da più triplette, ma ciascuna tripletta codifica soltanto per un amminoacido. re Altra caratteristica del codice è che è continuo, quindi viene letto a triplette per tutta la sua lunghezza senza punti di interruzione. Il codice non è sovrapposto cioè un nucleotide fa parte ive soltanto di una tripletta nel messaggero (la sequenza viene letta a tre a tre: AUG-CUA-GCA). Il codice è universale, cioè LE TRIPLETTE IN TUTTI GLI ORGANISMI VIVENTI HANNO LO STESSO SIGNIFICATO (se la tripletta di inizio AUG, codifica per la metionina negli eucarioti, codificherà V metionina anche in tutti gli altri organismi viventi, come i batteri, lieviti, ecc...ecc…) eccetto qualche eccezione cioè le triplette non codificanti, infatti nel codice genetico le triplette codificanti, su 64, sono 61, le altre 3 sono definite Sequenze NON codificanti o Sequenze STOP (UUA, UAG e UGA), infatti quando il ribosoma sul messaggero si posiziona su una di queste triplette stop si interrompe la traduzione. 10.2 La Traduzione nei Procarioti e negli Eucarioti: Struttura dei Ribosomi nei Procarioti e negli Eucarioti.  I Ribosomi sono strutture intracellulari costituite da due subunità, di dimensione una maggiore e una minore. Le subunità dei ribosomi, a meno che non siano impegnate nella sintesi proteica, si trovano separate all’interno della cellula. Ciascuna di queste subunità è costituita da RNA ribosomiali e proteine (L-Proteins e S-Proteins). La dimensione delle due subunità è misurata con un’unità di misura che tiene conto della velocità con cui precipita. I ribosomi procariotici ed eucariotici sono diversi per dimensioni. Nei procarioti la subunità maggiore è costituita da 2 RNA e da circa 34 proteine mentre la subunità minore è composta da 1 solo RNA e da 21 proteine, negli N Eucarioti la subunità maggiore è costituita da 3 RNA e da 50 proteine mentre la subunità minore è formata da 1 RNA e da 33 proteine. Nei procarioti i ribosomi sono liberi nel citoplasma, mentre negli eucarioti, data la presenza del Reticolo Endoplasmatico, possono trovarsi o liberi nel.N citoplasma o associati alla parete del reticolo, dando origine al Reticolo Endoplasmatico Rugoso. La presenza dei ribosomi nel reticolo endoplasmatico è dovuta al fatto che alcune proteine iniziano e finiscono la loro sintesi nel citoplasma, mentre altre proteine iniziano la loro sintesi nel citoplasma ma la concludono nel reticolo. F Ogni tripletta che compone l’RNA messaggero prende il nome di Codone, ad ogni codone quindi corrisponde un amminoacido. La relazione fra un codone e un amminoacido è stabilita dalla.F presenza di un adattatore molecolare, l’RNA transfer, che ha infatti la funzione di adattare due linguaggi differenti mediando l’interazione fra amminoacido e codone. L’RNA transfer è caratterizzato dall’alternanza di tratti complementari con tratti non M complementari, infatti la sua struttura secondaria ha struttura a Stelo (regioni della molecola complementari che tendono ad appaiarsi) alternate a strutture ad Ansa (regioni non complementari). eM L’estremità 5’ fosfato (al contrario degli altri RNA che hanno un nucleoside trifosfato), dovuta al fatto che l’RNA transfer subisce uno splicing che lo accorcia all’estremità 5’, segue lo stelo e l’ansa D, poi segue lo Stelo dell’Anticodone e l’Ansa dell’Anticodone (ha una sequenza capace di riconoscere per complementarietà la tripletta presente sul messaggero), segue l’Ansa Variabile (che cambia di dimensione da RNA transfer a RNA transfer), seguono lo Stelo e l’Ansa T che presentano nz queste basi sempre modificate e l’ultima parte che è definita Sito Accettore dell’Amminoacido. All’estremità 3’H ogni RNA transfer vi è una sequenza di 3 nucleotidi CCA, che in alcuni casi viene trascritta e in altri viene aggiunta dopo. All’ultima Adenosina si va a legare l’amminoacido. Tutti gli cie amminoacidi per legarsi alla catena in crescita e per formare il legame peptidico, devono essere allineati e vicini, per questo interviene l’ansa variabile, infatti gli RNA transfer più grandi S formeranno un’Ansa più grande in modo tale che la distanza tra l’Anticodone e il Braccio Accettore sia pressoché costante in tutti gli RNA. I primi due nucleotidi sono fondamentali per il riconoscimento dell’amminoacido. Se dovessimo vedere l’RNA transfer vedremmo che l’RNA avrà re un’organizzazione a forma di L rovesciata. La funzione dell’RNA transfer è quella di trasportare gli amminoacidi in sede di sintesi proteica e ive stabilire questa corrispondenza fra il codone e l’amminoacido stesso. L’RNA transfer si lega all’ultimo nucleotide al 3’ dell’RNA transfer scarico, al gruppo ossidrilico 3’H si va a legare l’amminoacido. Il legame avviene tra l’ossidrile al 3’ terminale del tRNA e il gruppo carbossilico V dell’amminoacido con un legame esterico. Si forma quello che si chiama Amminoacil-tRNA. Questa fase di caricamento dell’RNA transfer, chiamata anche fase ATP dipendente, è fondamentale per la traduzione, è regolata da una specifica attività enzimatica e si realizza in due momenti differenti: nel primo momento l’amminoacido deve essere caricato di energia (attivato) reagendo con una molecola di ATP (ribonucleosidetrifosfato), l’ATP viene idrolizzato ad AMP rilasciando un pirofosfato (PP) a questo AMP si lega l’amminoacido formando un legame ANIDRO formando una molecola sempre ad alto contenuto energetico. Questo legame, nella seconda parte, si rompe e  l’AMMINOACIL-AMP si va a legare al 3’H dell’RNA transfer, l’energia la ricava dalla rottura del legame Anidro formatosi in precedenza, formando poi con il tRNA sempre un legame ad alto contenuto energetico che in sede di sintesi proteica userà per formare il legame peptidico, infatti questo legame dovrà rompersi liberando energia. Tutto questo è regolato da un’attività enzimatica, l’enzima è l’Amminoacil tRNA sintetasi, che sostiene entrambe le reazioni della fase ATP dipendente, questo enzima accoglie 3 substrati, uno per il tRNA, uno per l’amminoacido e uno per l’ATP. Questi enzimi hanno un’altissima efficienza di funzionamento, e se per caso si accorgono di N un errore lo possono correggere, hanno infatti un sistema di Proof Reading. Ciascuno di questi enzimi può accettare un determinato tRNA (tramite l’ANSA variabile o tramite una determinata sequenza al 5’ che si chiama paracodone) e un determinato amminoacido corrispondente, se per.N caso l’enzima si accorge di aver commesso errori disassembla quello che è stato formato e rifà da capo. Nella cellula non vi sono tanti tRNA quanti sono le sequenze codificanti, o tanti Amminoacil tRNA quanti sono i codoni, per questo vi è una teoria del vacillamento che dice che: nell’appaiamento fra codone e anticodone si verificano degli appaiamenti non canonici fra la base F al 3’ del codone e la base al 5’ dell’anticodone, l’amminoacido codificato da queste due triplette che hanno un appaiamento Vacillante, non avrà per ciascuna tripletta un tRNA ma ne avrà solo una. I tRNA molto spesso hanno al 5’ una base inusuale, l’INOSINA che è in grado di riconoscere sia.F l’uracile, sia l’adenina, sia la citosina, a questo amminoacido non corrispondono 3 tRNA ma solo uno. La teoria del vacillamento spiega perché vi sono meno tRNA, meno Amminoacil-tRNA di quanti ce ne dovremmo aspettare sulla specificità dell’appaiamento e della complemantarietà, dovuti al M fatto che vi sono appaiamenti inusuali (G-U) ma c’è anche la base modificata, l’INOSINA, capace di fare legami con 3 basi. 10.3 I Meccanismi della Traduzione: Fase di Inizio, di Allungamento e di Terminazione della Traduzione. eM Possiamo distinguere 3 fasi: La fase di inizio, la fase di allungamento e la fase di terminazione. Per Fase di Inizio intendiamo una serie di processi che porta alla formazione di quello che chiamiamo Complesso di inizio della traduzione, costituito da messaggero, ribosoma formato da subunità maggiore e minore e il primo amminioacil-tRNA iniziatore. La fase di allungamento è quella fase che porta alla crescita della catena amminoacidica, e poi vi è la fase di terminazione della traduzione nz che corrisponde alla lettura del codone di stop che determina il disassemblaggio del complesso di traduzione. cie INIZIO NEI PROCARIOTI Il messaggero dei procarioti ha un’organizzazione abbastanza specifica e caratteristica, possiede S nella parte del 5’ una sequenza che caratterizza tutti i messaggeri che viene chiamata sequenza leader che contiene la sequenza Shine-Dalgarno. Questa sequenza è importante perché il ribosoma possa identificare dove legare il messaggero. Quando un messaggero, nei procarioti, arriva nel re citoplasma inizia la sintesi proteica a partire dall’estremità 5’ del messaggero tramite questa sequenza, che viene riconosciuta dalla subunità minore che presenta un RNA di 16s tramite una ive sequenza complementare posta sul suo 3’. La funzione della sequenza Shine-Dalgarno è quella di consentire e garantire un posizionamento corretto della subunità minore, per fare iniziare quindi la sintesi a partire dal primo codone AUG che sintetizzerà per la metionina, la sequenza leader non V verrà tradotta. Messaggero Procariotico: Sequenza Leader- Codone AUG Sequenza Codificante Codone Stop  Nella subunità minore possiamo riconoscere due siti differenti che poi verranno completati quando vi si aggiungerà la subunità maggiore, questi siti prendono il nome di Sito A e Sito P. In questo caso sono siti parziali perché si completeranno con l’aggiunzione della subunità maggiore. Il corretto posizionamento della subunità maggiore corrisponde al posizionamento, sul codone iniziale AUG, del il sito P. Questa subunità minore è legata ad alcuni fattori di inizio della traduzione, If2 che è legato a GTP e N trasporta a livello del complesso di inizio il tRNA iniziatore, If1 e If3. Nel momento in cui il tRNA entra nel complesso di inizio, per stabilizzare l’appaiamento delle interazioni fra le basi iniziatrici viene idrolizzata la GTP. A questo punto If2 e il GTP idrolizzato vengono rilasciati, vengono anche rilasciati If1 e If3 che sono detti fattori di rilascio, che servono per dissociare la subunità minore.N dalla subunità maggiore, a questo punto le due subunità saranno in grado di legarsi e iniziare la sintesi proteica. Il tRNA iniziatore nei procarioti porta una Metionina modificata, che ha l’N terminale bloccato F dall’aggiunta di un gruppo Formile al gruppo amminico per garantire la direzione di sintesi, per questo viene chiamata N-Formil-Metionina..F INIZIO NEGLI EUCARIOTI Negli eucarioti il processo è simile a quello dei procarioti, l’obiettivo è sempre quello di formare il complesso di inizio che però presenta più fattori proteici e quindi risulta più complesso di quello M procariotico. La diversità più evidente è che la metionina non è formilata, e che la subunità minore sul messaggero si lega trasportando già l’RNA transfer iniziatore con la metionina. Questa subunità minore con il tRNA iniziatore riconosce il 5’ del messaggero grazie alla presenza del cappuccio e si eM lega. Questa subunità inizia a scorrere sul messaggero fino a quando non trova il codone complementare AUG (La subunità minore Scannerizza il messaggero). La porzione non tradotta viene chiamata UTR o Sequenza di Kozac (regione non tradotta) che corrisponde alla sequenza Shine-Dalgarno dei procarioti. nz Messaggero Eucariotico: Cappuccio (7-Metil-Guanosina) Sequenza non Tradotta Tripletta AUG Sequenza Codificante Sequenza di STOP Sequenza di cie Kozac Coda Poli-A S Non appena avrà trovato la sequenza di inizio i fattori If1 ed If3 si staccano facendo unire alla subunità minore la subunità maggiore, formando i due siti A e P completi per iniziare la fase di Allungamento. re ALLUNGAMENTO ive Non appena si idrolizza il GTP e si stabilizza il legame e la subunità maggiore si è legata alla subunità minore del ribosoma, si formano un Sito A completo e un Sito P completo. Il Sito P sta per sito Peptidilico e Sito A sta per sito Amminoacidico. La fase di allungamento è la fase in cui gli V amminoacidi sono aggiunti al polipeptide in crescita ed è uguale sia nei procarioti che negli eucarioti. Nel primo passaggio l’appropriato aminoacil-tRNA riconosce il codone nel sito A e vi si lega tramite uno specifico appaiamento di basi tra il suo anticodone e il codone presente sull’mRNA. La fase di legame richiede l’intervento di diverse proteine chiamate Fattori di Allungamento EF, inoltre è richiesta anche energia che in questo caso è fornita da GTP (Guanosin-trifosfato) legato  direttamente ai fattori di allungamento. Il gruppo amminico dell’amminoacido che si trova sul sito A è ora allineato con il gruppo carbossilico dell’amminoacido precedente che si trova sul sito P, quindi nella fase successiva si formerà un legame peptidico tra il gruppo amminico del nuovo amminoacido e il gruppo carbossilico dell’amminoacido precedente. Durante questo processo l’amminoacido sul sito P viene rilasciato dal suo tRNA e viene legato all’aminoacil-tRNA posto sul sito A. Questa reazione è spontanea e quindi non richiede energia aggiuntiva, infatti l’energia viene fornita durante la formazione dell’aminoacil-tRNA, però richiede l’intervento di un enzima, che è N una componente dell’rRNA della subunità ribosomiale maggiore, ed è chiamato peptidil transferasi, ed essendo un RNA Catalitico che si trova nei ribosomi viene chiamato Ribozima. Nella fase 4 dell’allungamento nota come traslocazione, il ribosoma scorre sull’mRNA di un codone,.N di conseguenza il codone dell’mRNA che specifica per l’amminoacido successivo si trova posizionato sul sito A, che si è liberato precedentemente. Il processo di traslocazione richiede energia che gli viene fornita dal GTP di un fattore di allungamento. Il tRNA scarico (che non lega l’aminoacido) si sposta dal sito P al sito E, da quest’ultimo sito lascia il ribosoma ed entra a far parte del pool F Citosolico dei tRNA. Poiché la traslocazione comporta un movimento del ribosoma lungo la molecola di mRNA in direzione 3’, la traduzione procede sempre nel verso 5’3’..F TERMINAZIONE Nella fase di Terminazione, la sintesi della catena polipeptidica è terminata da un fattore di rilascio, M una proteina che riconosce il Codone STOP alla fine della sequenza codificante che richiama il fattore di rilascio invece che tRNA. Quando il sito A si lega a questo fattore di rilascio, il legame tra il tRNA nel sito P e l’ultimo aminoacido della catena polipeptidica si rompe tramite l’attività idrolasica della subunità maggiore. Questa reazione di Idrolisi rilascia il polipeptide appena sintetizzato e eM inoltre separa i componenti del complesso di traduzione: La molecola di mRNA, la molecola di tRNA presente nel sito P e le subunità maggiore e minore. Le due subunità ribosomiali possono essere riutilizzate per la formazione di un nuovo complesso di inizio con un’altra molecola di mRNA. Ogni RNA messaggero è tradotto un numero limitato di volte, poi viene distrutto. Alcune proteine specializzate associate ai ribosomi, dette Chaperoni Molecolari, assistono le catene polipeptidiche nz appena sintetizzate nel processo di ripiegamento nella loro conformazione tridimensionale attiva. 10.4 La Biosintesi di Proteine Intracellulari e di Secrezione. cie Alcune traduzioni iniziano nel Citoplasma ma per completarsi devono spostarsi con tutto il sistema nel reticolo endoplasmatico dove si completano e rilasciano le proteine direttamente nel Lume del S Reticolo Endoplasmatico. Le proteine la cui traduzione si completa nel citoplasma sono proteine che serviranno o nel citoplasma stesso o negli organuli citoplasmatici, mentre le proteine destinate ad essere secrete o ad essere proteine di membrana iniziano la sintesi nel citoplasma e la re concludono nel reticolo. Infatti le proteine di membrana e secrete subiscono una serie di modifiche trascrizionali come la glicosilazione, che avvengono nel Reticolo Endoplasmatico e nel Golgi. ive La traduzione si ferma nel citoplasma perché il tratto di proteina sintetizzata ha delle caratteristiche fortemente idrofobiche, per questo v