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Scarica Appunti di Biologia Animale, unicam e più Appunti in PDF di Biologia Animale solo su Docsity! Il carbonio si può organizzare in scheletri carboniosi di lunghezza variabile, con ramificazioni, doppi legami in varie posizioni o unirsi ad anello. I GRUPPI FUNZIONALI Le proprietà delle biomolecole dipendono dalla presenza di gruppi di atomi particolarmente reattivi: -gruppo alcolico gruppo idrofilico che permette la formazione di legami a h -gruppo carbossilico carattere acido (presenti negli amminoacidi) -gruppo amminico carattere basico (urea e molti aa) 4 CLASSI DI BIOMOLECOLE -carboidrati, lipidi, proteine, acidi nucleici possono essere divisi in 2 funzioni: -strutturali, costruiscono le strutture cellulari (forma consistenza protezione -funzionali riserva energetica, trasporti difese un organismo è composto per il 70% di acqua, 26% macromolecole (la più rappresentata sono i polipeptidi, poi acidi nucleici, carboidrati e lipidi) CARBOIDRATI Composti da C, H, O presenti in rapporto 1:2:1. Contengono –OH che li rendono idrofili, e si riuniscono in forma ciclica. Si dividono in base al numero di molecole base che vanno a costruire gli zuccheri avremo i: -monosaccaridi (1 molecola) -disaccaridi, trisaccaridi -polisaccaridi formati da polimerizzazione monomeri di zucchero MONOSACCARIDI (3-7 atomi di carbonio) -zuccheri triosi (3 atomi di C), pentosi, esosi, eptosi ulteriore divisione tra aldosi (doppio legame con l’ossigeno in forma aldeidica) e chetosi alcuni chetoni possono essere trasformati in zuccheri triosi più famosi gliceraldeide pentosi ribosio, desossiribosio, ribulosio esosi glucosio, fruttosio, galattosio forma ciclica più tipica, raramente in forma monomerica più facile trovarla nella forma oligosaccaridica che è la forma più solida con cui incontriamo i monomeri di zucchero formate da poche unità DISACCARIDI Maltosio = glucosio + glucosio legate dal legame 1,4 glicosidico, tra il carbonio 1 e carbonio 4 delle due molecole monomeriche. In base al tipo di legame saranno presenti o assenti degli enzimi in grado di spezzarlo, l’1-4 è facilmente scindibile a livello digestivo. Saccarosio = glucosio + fruttosio Lattosio = glucosio + galattosio, esistono carenze dell’enzima in grado di scinderlo per permetterne la digestione in età avanzata TRISACCARIDI Il più noto è il raffinosio, fatto da fruttosio glucosio e galattosio, nei legumi e nel miele OLIGOSACCARIDI IMPORTANZA IN AMBITO BIOLOGICO Coniugati alle proteine della membr plasmatica creano il glicocalice, strato più esterno della membrana plasmatica che fornisce punti di ancoraggio per i recettori e permette il riconoscimento cellula cellula. Ex la presenza nei gl rossi la presenza di carica negativa crea un cuscinetto elettrostatico per cui i gl rossi si respingano, quindi quando passano nei capillari evitano che si attacchino l’un l’altro formato dai residui zuccherini del glicocalice. Il glicocalice è importante nella parete batterica dove forma il LPS (lipopolisaccaride), uno dei principali bersagli del riconoscimento da parte della nostra cell immunitaria, sia spontanea che indotta. Le glicoproteine e gli oligosaccaridi che li formano sono molto importanti in questi ambiti POLISACCARIDI Polimeri a lunga catena di monosaccaridi, tra questi distinguiamo: -omopolisaccaridi, formati da una stessa unità monosaccaridica(ex amido, glicogeno, cellulosa, un solo monosaccaride si ripete) -eteropolisaccaridi, diverse unità monosaccaridiche (acido ialuronico) il glucosio può creare un legame alfa o un legame beta, formando un legame crociato o un legame piano. La stessa molecola con una alfa 1-4 avremo l’amido (serve per immagazzinare zuccheri per le energie), digeribile, o la cellulosa indigeribile (zucchero strutturale). Questa differenza cambia le caratteristiche di questa molecola ACIDI GRASSI È un acido monocarbossilico alifatico, presenta una lunga catena di residui di atomi di c legati tra di loro, legati ad h. ha una testa idrofilica e coda idrofobica, alifatica perché indica che la catena non si ripiega ad anello ma è lineare.Lunga catena, lineare, numero pari di atomi di carbonio, perché nella biosintesi la molecola di trasporto aggiunge 2 residui di carbonio alla volta, non sono ramificati né ciclici.Gli acidi grassi sono fondamentali in molte altre classi possono essere presenti in qualche caso dei legami doppi, quindi,Se la catena è formata solo da catena carboniosa con legami semplici, avremo acidi grassi saturi come l’acido palmitico (C 16 0, indica 16 atomi di C con 0 doppi legami),se è presente un doppio legame che dà una curva nella catena avremo i mono insaturi o poli insaturi in base al n dei doppi legami, l’unico mono insaturo è l’acido oleico (C 18 1), poli insaturi, linolenico e linoleico (c 18 2 o 3) omega 3 e 6; l’acido arachidonico (c 20 4)il legame sarà trans se il legame è di tipo crociato se i due residui di idrogeno stanno su piani differenti o sullo stesso piano in cis. Ha un’influenza TRIGLICERIDI Esteri del glicerolo, la molecola del glicerolo lega con condensazione esterica 3 acidi grassi, in base agli acidi grassi che lega sarà saturo o insaturo. Il trigliceride formato da acidi grassi saturi sarà solido a temperatura ambiente(tipo grasso del prosciutto) mentre i trigliceridi formati da acidi grassi insaturi sono liquidi a t ambiete(oli). Forma più semplice di un lipide FOSFOLIPIDI Abbiamo l’acido grasso che si lega al gruppo fosforico e una base azotata, in questo caso avremo una molecola non completamente idrofoba,ma di tipo anfipatico perché avrremo testa con base azotata carica e una coda o meglio 2 che sono idrofobe degli acidi grassi, doppio comportamento. Molto importante nella membrana biologica testa polare e 2 acidi grassi, uno saturo e 1 insaturo. La presenza dell’insaturo è molto importante all’interno delle membrane biologiche. Il fosfolipide per questa struttura se immerso nell’acqua fa sì che le code fuggono dall’acqua mentre le teste vanno verso l’acqua, formando una struttura sferica in cui itutte le teste sono verso l’esterno e le code verso l’interno, la piàù semplice è la micella, possono anche organizzarsi come un wafer,due strati di tipo polari delle teste e le code coda coda all’interno,col double layer,struttura nella membrana. Se la lembrana crea il liposoma vuol dire che si è ripiegata a sfera, importante perché alll’interno posso mettere un farmaco e utilizzare il liposoma come veicolo per mandare all’interno delle cellule, quindi usato come un vettore.I fosfolipidi formano le membrane mettendosi nel doppio strato lipidico GLICEROFOSFOLIPIDI Un glicerolo, 2 gruppi acidi grassi, ma il terzo legame lega un fosfato e una testa idrofilica, in questo caso questo trigliceride modificato è un fosfogliceride, come la fosfatilcolina, utie per esempio del tessuto nervoso. SFINGOLIPIDI Non c’è più il glicerolo ma c’è una molecola a lunga catena, la sfingosina, quindi abbiamo il gruppo polare che non lega più il glicerolo ma la spingosina che ha già una sua catena di atomi di carbonio, e a questa è legato un ulteriore acido grasso. LIPOPROTEINE Sono aggregati molecolari presenti nelle membrane celulari, sotto forma di antigeni, molecole di adesione e tossine, così come i citocromi nei mitocondri e nei cloroplasti (i citocromi sono addetti nella carriera del trasporto degli elettroni o il citocromo T4) Gruppi lipidici coniugati a proteine, presenti nelle membrane cellulari e sono degli antigeni.Hanno un elevato peso molecolare costituiti da proteine e da molecole lipidiche, e hanno funzione di trasporto attraverso il sanguie, che essendo formato da acqua fa sì che queste molecole siano idrofobiche, e per trasportare i lipidi a livello del sangue è necessario che i lipidi si aggreghino con proteine idrofiliche che fungeranno da carriers per i lipidi.Con una struttura di tipo micellare con un esterno carico anfipatico costituite da colesterolo libero ma soprattutto da apo-proteine e fosfolipidi e un interno idrofobico con dei fosfolipidi, in base alla grandezza e densità queste sono definite chilomicroni Le lipoproteine sono classificate in: -chilomicroni -lipoproteine a densità molto bassa VLDL -lipoproteine a densità alta HDL (colesterolo buono, che non lo è in realtà). -lipoproteine a densità bassa LDL (formata non da colesterolo ma da fosfolipidi e trigliceridi) CERE Sono forme esterificate di acido grasso ed alcoli di acido grasso, si trovano nel mondo vegetale ma anche animale, e nei vegetali costituiscono lo strato di protezione o lo scheletro di molti insetti, o le cere d’api. Ad esempio il pinguino è impermeabile in quanto le sue piume sono ricoperti di cera, estremamente grassi non si bagna e non permette il passaggio del freddo. TERPENI Sono polimeri dell’unità di isoprene, sono le resine, gli oli essenziali, e la caratteristica principale è quello di un aroma forte, e sono anche i precursori biosintetici degli steroidi (squalene), mentre altri assumono un’importanza particolare come nelle vitamine liposolubili A,D,E, K (anticoagulante del sangue). STEROIDI Sono derivati dal ciclopentanoperidrofenantrene, e si distinguono in: -colesterolo -sali biliari -ormoni sessuali (testosterone, estradiolo, progesterone) -ormoni corticosurrenali (cortisolo, aldosterone) possono essere tutti biosintetizzati dall’organismo a partire dallo squalene. COLESTEROLO È il più abbondante degli steroidi, il più importante nelle membrane biologiche nonché precursore della vitamina D, ed è presente soprattutto nei grassi animali ma viene prodotto per ¾ dal nostro fegato, ecco perché ci si ingrassa, perché se ne fornisce tanto.Il colesterolo si va ad inserire infatti e a rompere la simmetria della membrana plasmatica, dunque è importante nelle membrane questa struttura più è regolare più cristallizza facilmente, ma la presenza del colesterolo abbassa il punto di congelamento delle membrane e a bassa temperatura le membrane non congelano; serve anche nella produzione di acidi biliari, diventando acido colico. Questi sono sintetizzati nel fegato e servono per assorbire le micelle, impossibili da degradare, le quali sono secreti nel duodeno per facilitare la digestione: hanno una testa polare e un corpo apolare, e il blocco polare lega alla micella mentre la parte polare essendo idrosolubile spacca la micella in micelle piccole facilmente assorbibili (il sapone frammenta il grasso in molecole più piccole che possono poi esser portate via dall’acqua). ORMONI SESSUALI Sono importanti per la determinazione dei caratteri sessuali e del comportamento conseguente. ORMONI CORTICOSURRENALI (sempre negli steroli) Sono prodotti dalla corteccia del surrene, i più importanti sono l’aldosterone (regola la diuresi regolando la quantità di elettroliti nel sangue), il cortisolo regola l’infiammazione. PROTEINE ACIDO DESOSSIRIBONUCLEICO Il dna contiene le informazioni genetiche necessarie per la biosintesi di RNA e proteine, e non è mai presente sotto forma di un singolo filamento, ma come una coppia di filamenti saldamente intrecciati a formare una struttura a doppia elica.La trasmissione dell’informazione contenuta nei geni è garantita dalla presenza di sequenze di basi azotate complementari, infatti durante la trascrizione l’informazione può essere copiata in un filamento complementare di RNA, che poi viene utilizzata per sintetizzare una proteina, attraverso un processo chiamato traduzione. Altrimenti una cellula può semplicemente duplicare l’informazione genetica attraverso un processo detto replicazione del DNA, semiconservativa in quanto un filamento rimane della cellula genitrice. ACIDO RIBONUCLEICO L’RNA è assemblato come una catena di nucleotidi, ma è presente come singolo filamento ripiegato su sé stesso, ed è utilizzato l’mRNA per trasmettere le informazioni genetiche che dirigono la sintesi di proteine specifiche.Molti virus codificano le loro informazioni genetiche utilizzando un genoma a RNA: i virus a RNA come l’HIV, o l’epatite B. Abbiamo tre forme di RNA: -mRNA che trasporta l’informazione genetica dal nucleo verso i ribosomi; -rRNA che costituisce fisicamente il ribosoma -tRNA che aiuta nella traduzione dalla serie di basi azotate agli amminoacidi. Questo RNA assume una conformazione particolare formando 3 anse maggiori, trasportando gli amminoacidi corrispondenti alle basi azotate. Le molecole di mRNA dirigono l’assemblaggio delle proteine nei ribosomi, e troviamo un processo che utilizza le molecole di tRNA per fornire gli amminoacidi al ribosoma, dove l’RNA ribosomiale collega insieme gli amminoacidi per formare le proteine. OLIGOELEMENTI Sono elementi utili nell’organismo in quantità minime per la crescita, come il ferro (gruppo eme, anche presente nei citocromi, lo zinco (fondamentale nelle metalloproteasi, enzimi che scindono le proteine), il rame, lo iodio (ormoni tiroidei T3 e t4), il fluoro, il magnesio. RICAPITOLANDO Le 4 classi di biomolecole (molecole organiche che costituiscono la materia vivente) sono: -carboidrati, con struttura ciclica e contengono più gruppi funzionali –OH che li rendono idrofili; -lipidi, che contengono molti legami C—H che sono apolari e li rendono sostanze idrofobe e quindi insolubili in acqua. -proteine, polimeri di unitù ripetute (monomeri) chiamati amminoacidi e possono essere strutturali e funzionali. -acidi nucleici, sono polimeri di nucleotidi che immagazzinano e trasferiscono l’informazione genetica. LA CELLULA È l’unità morfologica e funzionale dotata di vita autonoma, e le caratteristiche affinchè si possa definire un organismo vivente sono: -presenza di un ordine -codifica -sistemi di regolazione -crescere o riprodursi -in grado di avere un’evoluzione -motilità e sensibilità agli stimoli esterni ORDINE o CELLULARITA’ Alcuni organismi come le piante, gli animali, e i funghi hanno un elevato numero di cellule. Le cellule possono essere ben saldate le une alle altre e avvengono reazioni molto complesse.A livello pluricellulare un organismo vivente ha 1013 cellule che funzionano in maniera integrata. CODIFICA Ci deve essere il mantenimento e la trasmissione dell’informazione genetica tra le generazioni, in quanto il patrimonio genetico viene trasmesso all’interno di generazioni cellulari. Il DNA codifica 23 mila geni e trasporta l’informazione genetica, costituito da circa 3 miliardi di basi. REGOLAZIONE Il mantenimento dell’omeostasi, quindi una stabilità a livello dei componenti (la regolazione della quantità di una sostanza ad esempio). Perché si manifesti il mantenimento degli equilibri cellulari è necessario un perché ci sia questo feedback quattro punti cardine: -la presenza di un recettore che percepisca le condizioni esterne ed interne; -lo stimolo -centro di controllo che decide come comportarsi dopo aver confrontato la condizione rilevata dal recettore con quella ottimale -effettore che esegue quello che gli viene ordinato dal centro di controllo. Lo stimolo reagisce sul recettore che manda lo stimolo al centro di controllo che tramite l’effettore va a regolare l’equilibrio, che può essere ad esempio la diminuzione dello zucchero nel sangue. Il segnale che è il calo di zuccheri attiva un recettore che manda un’informazione che provoca il senso di fame ma anche la liberazione di glucagone con rilascio di zucchero a livello epatico per far rimanere l’equilibrio costante.Il feedback può essere negativo quando c’è un aumento di una sostanza che va per induzione a bloccare il suo rilascio (calo di zuccheri, si riduce lo zucchero, e si induce la produzione di glucagone che libera lo zucchero. Una volta che aumenta la concentrazione dello zucchero, per feedback negativo va a bloccare la produzione di glucagone). Il feedback positivo avviene in condizioni controllate perché porta a scompensi, ovvero la produzione di una sostanza ne induce lo stesso rilascio, quindi è regolato perché può portare ad un aumento esponenziale della sostanza stessa nel sangue (produzione ormoni durante il ciclo mestruale, provocando dei picchi). CRESCITA E RIPRODUZIONE Nelle cellule pluricellulari l’accrescimento cellulare è molto limitato a differenza delle cellule batteriche il cui accrescimento è notevole, che a un certo punto si scindono binariamente in 2 cellule figlie identiche (riproduzione asessuata, in quanto il patrimonio genetico è uguale alla cellula madre).Negli organismi pluricellulari la riproduzione avviene nella linea germinale di tipo sessuato grazie ai gameti, che possiedono solo il 50% del patrimonio genetico della cellula originale, e la combinazione di 2 gameti l’individuo ha un patrimonio genetico completamente nuovo.Negli organismi superiori avvengono entrambe le riproduzioni: a livello dei genitali avremo la riproduzione sessuata mentre la rigenerazione continua dei tessuti labili avviene per riproduzione asessuata, riproducendosi in continuazione. ENERGIA Per metabolismo s’intende un complesso di reazioni chimiche capaci di sfruttare energia esterna per rinnovare, accrescere e ripasare le strutture dell’organismo. Le 3 grandi fasi del ciclo cellulare sono: -alimentazione -respirazione -escrezione. -la presenza di un metabolismo cellulare -la risposta a stimoli esterni -il fatto di avere una membrana formata dal doppio strato fosfolipidico in cui sono immerse le proteine. CELLULE PROCARIOTI Sono prive del nucleo ben definito ovvero delimitato dalla membrana nucleare, ma una zona chiamata nucleoide in cui è disperso il DNA che si lega a una piccola invaginazione di membrana.L’interno non è suddiviso in organuli da membrane.I ribosomi hanno un coefficiente di sedimentazione di 70s: sono caratterizzati da una velocità di precipitare verso il fondo se messi in una centrifuga, in base alla v a cui sedimentano questi hanno una velocità di 70. È importante perché negli eucarioti perché la velocità è diversa, quindi ci permette di riconoscere un ribosoma procariotico o eucariotico.Mostrano dei sistemi di trasformazione genetica per cui due procarioti possono scambiarsi frammento di materiale genetico per avere una forma di riproduzione sessuato, grazie a protuberanze chiamate pili sessuali.Il genoma del batterio non è organizzato in maniera complessa ma assume una forma circolare, a cui si aggiungono eventuali plasmidi, frammenti di DNA che possono trasmettersi facilmente da un batterio a un altro, e sono alla base della trasformazione batterica per cui in 2 batteri un batterio può passare la sua immunità all’antibiotico all’altro batterio rendendoli tutti immuni, facendo sviluppare resistenza a tutti i batteri.All’esterno della membrana presentano la parete cellulare, che è un’ulteriore protezione ed è formata da peptidoglicani e pseudomureine, glicoproteine particolari che presentano degli amminoacidi. L’amminoacido ha una chiralità, quindi due amminoacidi possono avere una conformazione diversa nello spazio che gli conferisce caratteristiche diverse, ad esempio tutte le proteasi che tagliano le proteine “umane” sono in grado di tagliare e L- proteine, incapaci di intaccare le D proteine: ecco perché molti batteri hanno strutture con D-proteine invulnerabili alle cellule umane. CELLULE EUCARIOTE Sono più complessi e li troviamo come animali, piante, funghi, protisti: hanno un nucleo ben definito e la presenza del materiale genetico avvolto da una membrana nucleare precisa.È presente una membrana plasmatica uguale a quella procariotica ma non ha una parete cellulare, una simil-parete cellulare è presente solo nelle cellule vegetali nonostante la composizione chimica sia differente in quanto troviamo cellulosa.La presenza di membrane interne va a creare dei compartimenti, con invaginazioni e vescicole dove avvengono determinate reazioni metaboliche.Il DNA eucariotico è organizzato in molecole lineari chiamate cromosomi, associate a proteine dette istoni, compattando molto il DNA all’interno del nucleo. In più alcuni organelli eucariotici possono contenere DNA, come mitocondri e cloroplasti.Gli eucarioti possiedono ciglia e flagelli che permettono loro il movimento libero e volontario.La cellula vegetale presenta oltretutto una parete esterna e i cloroplasti che non sono in comune e al centro della cellula c’è spesso un grande vacuolo. MEMBRANA CELLULARE È un sottile rivestimento che delimita tutte le cellule, separandola e proteggendola dall’ambiente esterno: è composto da un doppio strato fosfolipidico, molecole contenenti regioni idrofobiche (rivolte verso l’interno con le code) e con teste idrofile (verso l’esterno). Per questo motivo viene definito bilayer fosfolipidico. Le proteine sono glicosilate formando un glicocalice di glicoproteine e glicolipidi. NUCLEO È lo scompartimento dove vi è il DNA, avviene all’interno la trascrizione del DNA e la traduzione dell’mRNA nel citoplasma. Troviamo la cromatina, ovvero il DNA e le proteine istoniche nella sua forma di immagazzinamento.Il nucleolo è una zona in cui viene sintetizzato l’mRNA. Il nucleo presenta una doppia membrana attraversata da pori, ossia delle aree in cui le due membrane vengono a contatto e si crea un complesso proteico in grado da fungere da sistema di controllo per l’entrata e l’uscita del materiale dal nucleo. CITOPLASMA È una matrice fluida gelatinizzata nella quale sono immersi i vari organuli cellulari: troviamo sali, ioni, zuccheri, enzimi e proteine. La forma della cellula è mantenuta costante da un’impalcatura di tubuli e filamenti chiamata citoscheletro.Il rapporto nucleo citoplasma è tipico di ogni cellula, in quanto ogni cellula in base alla sua tipologia ne ha uno: un nucleo molto grande e poco citoplasma rappresenta una cellula che non sta producendo granchè, una cellula che immagazzina e produce proteine avrà un citoplasma gonfio di prodotti. Ad esempio il linfocita è una cellula molto estesa che attende l’attivazione di una cellula con grande nucleo, e quando si attiva so gonfia di molto perché deve produrre gli anticorpi, o le ghiandole salivari mucose o sierose, dove nelle seconde il nucleo è grande perché il prodotto è liquido mentre nelle prime con un prodotto solido vi sono grandi granuli che schiacciano il nucleo in posizione periferica. RIBOSOMI Sono complessi macromolecolari immersi nel citoplasma o ancorati al RER che sono responsabili della sintesi proteica. RETICOLO ENDOPLASMATICO È un sistema di membrane all’interno del citoplasma che assumono varie forme, tra cui quelle di cisterne (sacchi appiattiti, tipiche del RER, che associate ai ribosomi servono per la sintesi proteica), tubuli e vescicole.Il RER è contraddistinto dalla presenza di ribosomi sulla membrana e sintetizza le proteine mentre il REL non presenta ribosomi alla superficie e svolge un ruolo fondamentale nel metabolismo dei carboidrati, la sintesi di lipidi e la detossificazione. APPARATO DI GOLGI È formato da sacche appiattite impilate le une sulle altre, è un organo polarizzato con una faccia rivolta verso il reticolo (cis) e una volta verso la membrana esterna (trans), in cui vengono prodotte le vescicole di secrezione.Il Golgi rende utilizzabili le proteine prodotte da RE, prima che siano utilizzate dalla cellula o espulse.Tra le funzioni principali troviamo la modificazione di proteine e lipidi, la sintesi di carboidrati e l’impacchettamento di molecole destinate alla secrezione. ALTRI ORGANELLI DOTATI DI MEMBRANA Lisosomi contengono enzimi litici che digeriscono macromolecole e rifiuti cellulari. Perossisomi sono simili ai lisosomi ma demoliscono gli acidi grassi. Vacuoli accumulano nelle piante le sostanze di riserva, e hanno funzione di sostegno mantenendo il turgore, mantenendo la cellula robusta.Il sistema delle membrane interne corrisponde quindi a una serie di organelli rivestiti da membrana, che comprendono il reticolo endoplasmatico, il golgi, i lisosomi e le vescicole di trasporto.Il sistema di organelli dotati di membrana fa sì che le proteine sintetizzate a livello del RER passano all’interno del Golgi che le smista o verso i lisosomi o verso l’esocitosi della cellula, legandosi alla membrana, con un flusso di materiale all’interno della cellula. MITOCONDRI E CLOROPLASTI Sono le centrali energetiche cellulari, in quanto gestiscono la produzione di energia tramite i processi di fotosintesi e respirazione: entrambe sono dotati di un doppio sistema di membrane. CLOROPLASTI All’interno avviene la fotosintesi, quindi l’energia luminosa viene catturata dai pigmenti di clorofilla e convertita in energia chimica, producendo carboidrati (glucosio) e ossigeno a partire da anidride carbonica e dall’acqua. 6CO2 + 6H2O C6H12O6 + 6O2 MITOCONDRI Non è soltanto una barriera, ma regola e controlla tutti gli scambi tra la cellula e l’ambiente: la membrana è formata da un doppio strato fosfolipidico, dove si vanno a unire o attraversare o ad attaccarsi numerose proteine e glicoproteine, molto importante è anche all’interno del bi-layer la presenza del colesterolo.Viene denominato mosaico a strato fluido (Nicolson), perché sono immerse le proteine che hanno la facoltà di muoversi e spostarsi nel bilayer, andando a determinare i cosiddetti domini in cui la motilità delle proteine è molto controllata: in alcune le proteine dovranno muoversi mentre in altre devono essere ben ancorate rispetto ad altri, (ex se abbiamo un recettore che deve mandare un segnale a un altro recettore ecc, le proteine devono essere una di seguito all’altra, viene mantenuto con domini di membrana rigidi). È la struttura per il mantenimento dell’omeostasi, essendo selettiva nella sua permeabilità: -dà un isolamento di tipo fisico, presentando le teste polari fosfolipidiche verso l’esterno e creando una zona interna apolare regola la mobilità degli ioni: questo blocco può regolare quali sostanze possono attraversare la membrana, grazie alla presenza verso l’esterno del glicocalice e dei recettori va ad essere la zona di interfaccia tra una cellula e le cellule vicine: lo scambio di informazioni viene fatto a livello della membrana, e la presenza di alcuni enzimi la rende anche luogo di catalisi enzimatica. -grazie al citoscheletro è anche una struttura che dà rigidità e forms alla cellula, essendoci a livello della cellula molti movimenti di endocitosi che esocitosi. La membrana è composta per il 50% da lipidi, nello specifico fosfolipidi 70%, colesterolo 20% e glicolipidi 5%, andando a sottodividere tra i fosfolipidi abbiamo la fosfatilcolina e la stingomielina. Il legame tra le molecole lipidiche è un legame elettrostatico tra le teste e dai deboli legami tipo Van der walls tra le catene alifatiche. Grazie alla loro apolarità creano un blocco per le molecole polari permettendo a quelle apolari di attraversare.Oltre ai lipidi ci sono le proteine di membrana, divise in intrinseche che attraversano la membrana e estrinseche che sono “appoggiate” ad essa.Le proteine hanno funzioni enzimatiche, trasportatori di ioni o molecole essendo la membrana apolare che blocca l’attraversamento polare, alcune molecole che non potrebbero attraversare devono però farlo, quindi grazie a pori e canali ionici e carriers specifici possono.Altre proteine sono quelle con funzione recettoriale (permettono il riconoscimento del segnale verso l’esterno e trasmissione del segnale per fosforilazione o secondi messaggeri nella parte interna della membrana. I secondi messaggeri hanno anche funzione di collegamento tra i segnali, ad esempio l’insulina arriva sul recettore di membrana, attivando un secondo messaggero adeso alla membrana che va al livello del reticolo liscio e che stimola la sintesi di glicogeno.Alcune proteine sono siti di ancoraggio del citoscheletro, dando la struttura alla cellula. PROTEINE ESTRINSECHE Le proteine estrinseche non attraversano completamente la membrana cellulare ma fuoriescono soltanto sulal faccia esterna od interna della membrana stessa, e sono rimosse facilmente dalla membrana ad esse legate con legami non covalenti, essendo legate direttamente ai lipidi o a degli zuccheri (glicoproteine), o legandosi ad altre strutture proteiche. Le proteine estrinseche possono essere classificate in: -proteine periferiche di membrana, situate completamente all’esterno del doppio strato fosfolipidico; -proteine periferiche ancorate ai lipidi, situate all’esterno del doppio strato fosfolipidico, legate con un legame covalente alla testa idrofila. PROTEINE INTRINSECHE Le proteine intrinseche attraversano completamente la membrana, per poter attraversare la struttura idrofobica dovranno avere dei residui amminoacidici idrofobici per non andare a creare iterazioni elettrostatiche con lo strato lipidico. Si classificano in monotopiche, associate solo ad un lato della membrana, monopasso, che attraversano una sola volta, o multipasso se attraversano numerose volte la membrana. Molte proteine (seven span) attraversano molte volte la membrana. ASIMMETRIA DELLA MEMBRANA La membrana è asimmetrica, presentando strutture diverse se consideriamo l’interno o l’esterno: proteine molto diverse verso l’esterno (glicoproteine con residui zuccherini che formano il glicocalice) ed altre verso l’interno.Ad esempio gli oligosaccaridi che son presenti sotto forma di glico-proteine e glicolipidi sono solo presenti all’esterno, dove possono svolgere una funzione recettoriale, oppure una protettiva formando il glicocalice che riveste esternamente la membrana plasmatica, proteggendola dagli sforzi meccanici.Oltre l’80& delle moecole che nella testa polare contengono colina (carica positivamente) sono situate verso l’esterno, mentre il 90% dei lipidi con teste senza carica netta o carica negativa sono poste nello strato interno.La membrana di un globulo rosso ha le glicoforine (proteine transmembrana, molto cariche con residui di acido sialico, caricato negativamente che crea una carica elettrostatica all’esterno impedendo alla membrana del globulo rosso di appicciarsi l’un l’altra all’interno del capillare, o le proteine della banda 3 sono rivolte verso l’interno a cui sono legate altre proteine estrinseche, le anchirine, a cui si legano le spectrine e i filamenti di actina del citoscheletro, per mantenere la forma a disco biconcavo. la membranaa è molto diversa tra lato interno ed esterno. FLUIDITA’ DEL DOPPIO STRATO LIPIDICO Le proteine possono muoversi con movimento di diffusione laterale, ma non solo esse: i lipidi possono avere numerosi movimenti, possono ruotare attorno al proprio asse, anch’essi diffondere o muovere e flettere le loro catene per quanto limitatamente o cambiare di posizione tra la faccia interna e quella esterna: questo movimento fosfolipidico è molto più raro denominato flip-flop. A temperature fisiologiche, la membrana cellulare è allo stato liquido- cristallino, in cui le catene idrocarboniose dei lipidi sono allo stato fluido, per cui manifestano una notevole libertà di movimento. La fluidità è influenzata da: - lunghezza degli acidi grassi perché quelli corti si muovono molto facilmente rispetto a quelli con catena molto più lunghe -l’insaturazione la presenza di un doppio legame flette la catena dell’acido grasso, e non avendo più acidi grassi lineari, creano un maggiore spazio e una maggiore motilità. -le teste polari che presentano molte cariche affini si appiccinano l’un l’altra riducendo la motilità. -più colesterolo più sarà fluida -temperatura, la membrana deve essere al di sopra della temperatura di transizione di fase, visto che essa rappresenta la tempperatura a cui il doppio strato artificiale congela o fonde. A livello batterico la concentrazione delle membrane dei batteri si altera al variare della temperatura per rimanere fluida, con catene più corte piuttosto che lunghe che rendono la membrana rigida. L’IMPORTANZA DEL COLESTEROLO Il colesterolo abbassa la t di congelamento aumentando la fluidità perché presenta una zona apolare e una testa polare, andando ad interporsi a livello delle memebrane tra un fosfolipide e l’altro legando la sua testa alla testa fosfolipidica, e creando uno spazio tra i fosfolipidi riducendo la t e impedendo alle catene di cristallizzare. GLICOLIPIDI Il 5% sono glicolipidi nella membrana, uno dei più importanti sono i gangliosidi che con l’acido sialico da una carica negativa al lato esterno delle membrane che serve per l’iterazione tra le cellule, l’isolamento e per importanti effetti elettrici come l0impossibiltà di fondersi delle membrane se schiacciati. PERMEABILITA’ E TRASPORTO DI MEMBRANA -giunzioni occludenti: bloccano il passaggio di materiale, abbiamo una fusione tra le membrane con la presenza di alcune proteine che vanno a legare le zone di occlusione che sono catene trasmembrana di claudina ed occludina, formano come cicatrici a livello delle membrane andando a fondere legando le membrane -giunzioni serrate -giunzioni di ancoraggio (tra cellula cellula o cellula matrice, alcuni dipendenti dall’actina ovvero le fasce di adesione tra cellula cellula e le giunzioni aderenti tra le cellule ovvero i contatti focali, altre dai filamenti intermedi ovvero i desmosomi e gli emidesmosomi) Legano una cellula verso la matrice extracellulare o cellula alle cellule adiacenti, troviamo i desmosomi e gli emidesmosomi la cui composizione varia in base alle proteine di connessione intracellulare, se sono transmembrana e quali strutture del citoscheetro vanno a legare. Ad esempio la giunzione aderente lega cellule adiacenti utulizzando come connessione dei filamenti di actina, creando delle fasce di adesione che legano filamenti di actina e legano delle proteine appartenenti alle classi delle caderine. L’adesione focale (punto d’adesione a vita breve) utilizza l’actina ma non lega un’altra struttura simile bensì il citoscheletro della matrice extracellulare con delle strutture della classe delle integrine, importante nel rolling dei linfociti all’interno del sangue, che per attraversare il vaso sanguigno devono legarsi al capillare: il legame linfocita-capillare è fatto con adesioni di tipo focale con le integrine anziché caderine.I filamenti intermedi presentano le caderine come nelle giunzioni aderenti, che fungono da proteine di connessione, mentre come proteine di ancoraggio troviamo i filamenti intermedi (non di actina). Sono i desmosomi dove ogni desmosoma lega quello presente sulla cellula adiacente, queste strutture non sfruttano l’actina e come esempi abbiamo i cheratinociti della pelle, che mantiene la sua integrità grazie a desmosomi,Come proteine di ancoraggio troviamo i microfilamenti di actina mentre nel desmosoma abbiamo i filamenti intermedi.L’emidesmosoma presenta il desmosoma solo nella parte cellulare, mentre a livello della matrice presenta le integrine: è l’equivalente dell’adesione focale ma presenta come proteine intracellulare i tonofilamenti.Giunzioni gap giunction le due membrane presentano dei pori che mettono in contatto le membrane permettendo l’attraversamento di piccole molecole che pesano fino a 1000 Dalton; il poro è formato dalla giustapposizione su una membrana e sull’altra di proteine canale formate da molti polimeri di strutture singole chiamate connessoni. Formano le sinapsi elettriche, si trovano nella membrana della fibrocellula muscolare liscia che si differenzia da quella scheletrica dalle strie canaliformi: importanti nel cuore perché l’impulso di contrazione della cellula passa velocemente alla cellula vicina permettendo al cuore di contrarsi rapidamente. CITOSCHELETRO Rete proteica di tubi interconnessi presente nel citosol, che va dal nucleo fino alla membrana: questa matrice proteica dà tono e struttura permettendo un’organizzazione molto fine. L’elevato livello di organizzazione interna è cnferito da questo, che permette alle cellule di assumere e mantenere una forma complessa. È formato da tre tipi di filamenti proteici: -microfilamenti, -filamenti intermedi -microtubuli Le funzioni del citoscheletro sono: -il supporto strutturale della cellula -le cellule dal punto di vista fisico dovrebbero essere delle forme sferiche immerse nella matrice tranne il neurone -la divisione è permessa dal fuso mitotico -lo smistamento di vescicole all’interno delle cellule è permesso da strutture tubulari, ad esempio il flusso assonico delle vesciole del neuro trasmettitore è permesso dal citoscheletro. MICROFILAMENTI Sono formati da actina , che si trova in forma globulare, che si assemblea spontaneamente in presenza di sali e di ATP; l’actina da sola non potrebbe svolgere tutte le sue funzioni, troviamo molte altre proteine come la tropomiosina che ne irrebustisce i filamenti, la fimbrina che si intreccia con l’actina, la miosina di tipo 2 che fa scivolare i filamenti e la spectrina che congiunge questi filamenti alla membrana plasmatica. MIOSINA La miosina presenta teste in grado di idrolizzare ATP e cambiare quindi la propria conformazione che contribuiscono a generare la forza meccanica per i vari tipi di motilità cellulare. Consiste in una testa globulare che lega la molecola di actina e da una coda, che consiste in due catene proteiche con conformazione ad elica. Associandosi all’actina rigida ne permette la trazione e lo scivolamento, ed è alla base del complesso actina miosina del muscolo dei vertebrati. FILAMENTI INTERMEDI Sono formati da polimeri di proteine diverse, ma tutte simili per dimensioni e struttura; sono organizzati da fasci proteici e insolubili e ne distinguiamo 6 classi, un particolare utilizzo è nella determinazione dei tumori: la tipizzazione dei filamenti intermedi serve anche come strumento diagnostico in medicina, particolarmente utile nella diagnosi dei tumori, in quanto le cellule tumorali mantenegono i filamenti intermedi caratteristici del tessuto di origine, indipendentemente dalla localizzazione del tumore nel corpo. Ogni cellula presenta quindi i suoi determinati filamenti intermedi che li mantiene costanti indipendentemente dallo sviluppo tumorale avuto. Esistono 6 classi: -le classi I e II comprendono le cheratine acide e basiche, proteine che organizzano i tonofilamenti delle cellule epiteliali che ricoprono la superficie del corpo: di queste troviamo 20 classi di cheratine morbide e 8 dure, sppecifiche di capelli ed unghie. La terza classe sono la vimentina, tipico del connettivo, la desmina, presente nelle cellule muscolari, e la GFAP, che sono nella glia del tessuto nervoso.Il neurofilamento (quarta classe) è una struttura tipica degli assoni del sistema nervoso, principalmente presente nell’assone, in cui sono presenti fasci disposti in modo parallelo all’asse maggiore dell’assone.La quinta classe è costituito dalle lamine nucleari che si trova in tutte le membrane nucleari delle cellule.Il sesto tipo è la nestina importante perché non persiste nell’età adulta, presente solo in quelli fetali: trovare la nestina inella cellula adulta indica una differenziazione tumorale di una cellula. MICROTUBULI Formata da eteropolimeri di due proteine globulari, l’alfa e beta tubulina che si organizzano spiralizzando a formare il tubulo, e vanno a formare le ciglia e i flagelli, o il fuso mitotico. Non formano strutture stabili ma vengono polimerizzati di continuo, e la loro depolarizzazione è legata ad alcuni veleni o farmaci come la vinblastina o la vincristina che servono come farmaci antitumorali. Permettono il mantenimento della forma cellulare e il trasporto all’interno della cellula ad esempio negli assoni, guidano le vescicole verso l’esocitosi. CENTRIOLO Struttura formata da microtubuli, o diplosoma, formata da 9 triplette organizzate a stella ed è alla base del fuso mitotico, e si sdoppia e ogni copia va ad un angolo della cellula e intorno ad esso viene organizzato il fuso. I filamenti intermedi sono molto resistenti allo stiramento mentre i microtubuli sono molto deformabili e molto fragili, i microfilamenti invece sono più rigidi e meno deformabili. CITOPLASMA E ORGANULI CELLULARI Non visibili al microscopio ottico, sono organelli non dotati di membrana, con una dimensione dai 15 ai 30 nanometri, e possono trovarsi liberi nel citoplasma o anche legati al RER.I ribosomi sono formati da RNA ribosomile e materiale proteico, e la loro funzione è quella di sintetizzare, partendo dall’RNA messaggero, le proteine. Sono costituite da 2 subunità che possono trovarsi associate o separate a formare un un ribosoma completo.L’interazione tra un rRNA e il tRNA è responsabile dell’associazione delle due subunità del ribosoma, e il ribosoma completo rappresenta la forma attiva del ribosoma impiegato nella sintesi proteica.Le due subunità sono formate una da 3 pezzi di rna ribosomiale e 45 proteine, l’altro da 1 frammento e 30 proteine.I poliribosomi sono dati dall’associazione di ribosomi completi riuniti in gruppi, visto che a ogni molecola di mRNA si possono associare più ribosomi, ovviamente i ribosomi associati al RER sono completi.I ribosomi liberi sono quelli presenti nel citoplasma cellulare, sono deputati alla sintesi delle proteine che verranno rilasciate ed utilizzate nel citoplasma, quindi destinate all’utilizzo interno della cellula, mentre i ribosomi legati al reticolo endoplasmatico sono quelli che vanno a produrre le proteine di membrana o di secrezione.Come fa un ribosoma a legarsi o meno e formarne uno completo? Grazie alla presenza di sequenze segnale che producono un tratto che farà associare la proteina al reticolo o la farà rimanere libera nel citosol. Ci sono dei peptidi appositi che riconoscono queste sequenze e trascinano il ribosoma al reticolo, chiamati particelle di riconoscimento del segnale (srp).La proteina in allungamento viene fatta attraversare attraverso le membrane del reticolo da canali appositi denominati riboforine: le proteine di secrezione andranno all’interno del lume, poi se la proteina è destinata alla secrezione la peptidasi taglia il segnale e libera la proteina all’interno del reticolo endoplasmatico, se la proteina è destinata a rimanere all’interno della membrana è presente un secondo pezzo di proteina con una sequenza di arresto che stabilizza la proteina a livello delle membrane, per cui a un certo punto rimane all’interno del bilayer e questo è un chiaro segnale di stabilizzazione della proteina a livello della membrana, non facendo attraversare completamente il lume ma seppellisce la proteina a livello delle membrane. Se abbiamo delle proteine come le 7 possono attraversare la membrana più di una volta. Le proteine a livello del RER vanno incontro a modificazioni chimiche, con la formazione di ponti disolfuro stabilizzando la struttura cys-cys, essendo dei ponti che creano legami robusti tra parti lontane della stessa proteina eformati dalla condensazione di due residui di cisteina; avviene anche la prima fase della glicosilazione, con l’aggiunta di una catena di oligosaccaridi (generalmente 14 zuccheri) a un amminoacido di acido aspartico, che poi viene completata nel Golgi.Il dolicolo è una struttura che fa da trasfert del residuo oligosaccaridico, viene sintetizzato dal lato esterno ed è in grado di ribaltarsi e nella sua rotazione trasporta all’interno i residui zuccherini che attaccati alla proteina nascente torna fuori per essere nuovamente glicosilato. Nei sacchi del RER avviene il folding cioè il ripiegamento delle proteine, perché questa può assumere varie conformazioni: esistono le chaperonine che formano da stampo e aiutano la giusta conformazione delle proteine e trattengono le proteine mal formate o assemblate in modo incompleto, se ciò non va a buon fine questi sacchi pieni di proteine vengono trasportate nel citosol e demolite. L’APPARATO DI GOLGI Si ritrova tra il reticolo rugoso e la membrana esterna, in prossimità del nucleo, ed è formato da cisterne membranose appiattite e da vescicole di diverse dimensioni. Il reticolo dell’app di Golgi è un organo polarizzato (la polarizzazione si traduce in una differenza di spessore, di composizione lipidica, proteica delle cisterne), ovvero presenta una faccia rivolta verso il reticolo mentre un’altra faccia trans verso la membrana esterna. La faccia cis ha una presenza di lipidi e proteine in rapporto molto simile a quelle del reticolo, mentre quella trans lo ha uguale a quello della membrana esterna (sono vescicole che non sono altro che la futura membrana). Le componenti principali del Golgi sono: -cisterne appiattite -vescicole di piccole dimensioni -vescicole di dimensioni maggiori, ovvero vescicole di secrezione maggiormente presenti sulla faccia trans. La faccia trans (di maturazione) si rivolge verso la superficie della cellula e quella cis (di formazione) è una faccia distale, ci sono anche vescicole retrograde che tornano verso la cis.Il reticolo cis viene raggiunto da vescicole provenienti dal RER che fondendosi con esso, aggiungono la propria membrana a quella del RER e riversano il loro contenuto nel lume: attraverso lo stesso meccanismo, il reticolo trans cede le proprie membrane ed il loro contenuto producendo vescicole di secrezione.Durante questa transizione da cis e trans con la fosforilazione degli oligosaccaridi, vengono tolti i residui di mannosio, zucchero apolare, sostituito da n acetil-glucosammina, acido sialico che sono zuccheri polari, perché fin quando si trova nelle membrane interne non conviene siano molecole cariche, ma in membrana avviene questa sostituzione perché è importante averle cariche. Le vescicole retrograde servono per non far perdere materiale al Golgi, in quanto c’è una perdita netta di materiale che porterebbe alla sua scomparsa.L’apparato di Golgi quindi sintetizza glicoproteine e glicosfingolipidi, indirizza queste o verso l’esterno o per la secrezione, inoltre alcune di queste vescicole vanno a formare lisosomi. PEROSSISOMI Gruppo eterogeneo di organuli citoplasmatici delimitati da membrana, e nella loro matrice sono contenuti oltre 50 enzimi diversi, con un’attività ottimale di circa ph 8.Degradano l’acqua ossigenata, rimuovono i radicali liberi, specie chimiche instabili che tendono a reagire e possono essere dannose tipo lo ione perossido e derivano dalla catena di trasporto degli elettroni del mitocondrio, ma la loro produzione non è solo patologica, ha anche funzioni fisiologiche, e altre specie reattive dell’O2, presiedono poi l’ossidazione degli acidi grassi, il metabolismo di composti azotati, la sintesi dei plasmalogeni, sintesi del colesterolo, la detossificazione di alcoli e aldeidi e la produzione di acido urico. LISOSOMI Organuli contenenti enzimi idrolitici di tipo acido con pH 5 (ph operativo ideale come le nucleasi, proteasi, glicosidasi, lipasi). Gli enzimi di tipo idrolitico sono avvolti da una membrana e non sono facilmente accessibili ai relativi substrati, e ciò protegge la cellula da eventuali effetti distruttivi degli enzimi lisosomiali durante il processo di digestione. All’interno della membrana troviamo pompe protoniche che idrolizzando ATP spostano ioni idrogeno all’interno del lisosoma abbassandone il ph e attivando le idrolasi, perché non è detto che i lisosomi lavorino sempre, ma devono essere attivati dal pH solo quando è necessario.Abbiamo i fagolisosomi quando il lisosoma si fonde alle vescicole di fagocitosi, con degradazione del corpo estraneo e lo scarico dei corpi residui che andranno a essere riutilizzati nella sintesi, come monosaccaridi, amminoacidi, che vengono trasferiti al citoplasma.Sono anche i principali attori della morte cellulari e il concetto della morte è distinto da: -apoptosi morte indotta con segnali esterni da altre cellule, non esplode come quella necrotica ma frammenta il suo DNA fondendo alcune delle sue parti con i lisosomi che non liberano il loro contenuto all’interno della cellula ma degradano alcune parti in determinati momenti. La cellula apoptotica si spacca in molti pezzi che vengono mangiati, anche perché uno stimolo apoptotico colpisce 1 o poche cellule all’interno del tessuto mentre quello necrotico fa morire un tessuto. -autofagia alcune parti vengono distrutte, una cellula sopravvive e un’altra viene scartata. -necrosi morte non programmata che avviene per stimoli forti ed esterni per cui c’è la degradazione del DNA e la perforazione della membrana con l’esplosione dei mitocondri e liberazione degli enzimi litici che attivandosi degradono dall’interno la cellula. NUCLEO, DNA, GENOMA ED ELEMENTI DI GENETICA Il nucleo è una struttura dinamica la cui morfologia cambia nelle diverse fasi del ciclo cellulare e soprattutto tra la fase di divisione cellulare e il periodo che intercorre tra due divisioni successive (intercinesi): possiamo individuare l’involucro nucleare, i nucleoli (struttura interna al nucleo, dove avviene la sintesi dell’RNA ribosomiale, che andrà a costituire la struttura portante dei ribosomi), e la cromatina. generazione si trovavano dei filamenti che presentavano 1/3 della molecola originale (1).Dalla natura chimica del DNA ad ogni base corrisponde una base complementare, ed è importante sapere che i due filamenti sono orientati in senso opposto: un filamento sarà orientato 3’5’ (nome derivante dal frammento libero del nucleotide), in quanto il carbonio 3 è libero, terminale un carbonio 5 libero; l’altro filamento è orientato in senso antiparallelo 5’3’. Gli elementi necessari per la replicazione sono: -elicasi -proteine di stabilizzazione della doppia elica -tropoisomerasi -DNA stampo -primer d’innesco creato da un’enzima chiamato primasi -DNA polimerasi -enzimi chiamati ligasi -presenza di desossiribonucleosidi trifosfati. L’assenza di una di queste compromette la replicazione del DNA: essa inizia su specifiche sequenze dette origini di replicazione, particolarmente ricche di A e T, dal momento che queste due basi si legano con soli due legami a idrogeno e quindi sono più facilmente scindibili.Nell’uomo vi è un numero variabile di repliconi e durante il processo non si attiva una sola origine di replicazione per volta ma batterie di 20-80 origini di replicazione dette unità di replicazione.Nei procarioti, con un'unica molecola di DNA circolare, c’è un’origine di replicazione da cui parte da entrambi i sensi formando la forcella di replicazione e andando a chiudere il cerchio duplicando il DNA.Il DNA è comunque una molecola a doppia elica, c’è bisogno quindi di un enzima chiamato DNA girasi o topoisomerasi di tipo 2 che svolga l’avvolgimento del DNA mettendolo in forma di parziale srotolamento libera e leggermente separata: l’apertura dei legami (C-G) viene favorita dalle elicasi, che consumando ATP spezza/taglia come un cuneo i vari legami tra le basi azotate, aprendo i due filamenti completamente.I due filamenti svolti potrebbero riavvolgersi nuovamente, piegandosi e formando delle nuove strutture, ma per evitare ciò ci sono delle proteine che polimerizzano (SSBP) che contribuiscono a tenerlo in conformazione “tesa”, impedendo un nuovo ripiegamento o a complessarsi, per essere pronto per la sintesi. DNA POLIMERASI Polimerizza un nuovo filamento di DNA utilizzando come stampo un filamento di DNA complementare già esistente, e utilizza il deossiribunucleotide trifosfato, staccando i due fosfati e con questa energia attacca il ribonucleotide al polimero giù formato, creando un legame fosfodiesterico tra l’OH libero dell’ultimo nucleotide del 3’ al gruppo fosforico 5’ del nuovo nucleotide, quindi la polimerizzazione va nel senso 5’3’. Questo enzima riesce a polimerizzare solo in presenza di un innesco. La polimerasi negli eucarioti non è una, ma ne troviamo 5 diversi: -polimerasi alfa, è associata a una primasi (enzima che sintetizza i primer di RNA), e procede all’allungamento stesso degli RNA primer. -polimerasi beta, coinvolta nella riparazione del DNA. In caso di errori si hanno mutazioni. -polimerasi delta , che replica il DNA mitocondriale. -polimerasi gamma, che sintetizza il filamento lagging, ovvero quello lento. -polimerasi epsilon è quella che sintetizza il filamento a stampo e interviene nei meccanismi di riparazione del DNA. La proteina iniziatrice si lega al DNA a doppia elica sulla zona d’origine della replicazione, la topoisomerasi svolge il DNA e l’elicasi apre la forcella di replicazione, mentre le proteine SSBP stabilizzano il DNA e tengono separate le due eliche che aperte, permettono ai filamenti separati di fare da stampo. A questo punto la polimerasi epsilon non può partire dal nulla, ma ha bisogno di un’estremità 3’ che gli viene fornita dalla DNA polimerasi primasi, che è la polimerasi alfa che crea degli inneschi dalla quale la epsilon parte per replicare.Avviene quindi una polimerizzazione in direzione 5’-3’ di RNA e poi viene formato il primo tratto di DNA, che è ibrido mischiato con RNA, poi alla fine reso tutto DNA.La polimerasi epsilon ha il suo innesco in estremità 3’-OH e inizia a replicare il filamento veloce, sintetizzando il nuovo filamento; sull’altro filamento (3’-5’), la polimerasi va contro senso, e quindi non può fare un filamento continuo, la polimerasi delta polimerizza frammenti brevi di Okazaki che vengono poi fusi insieme a formare il secondo filamento. Nel filamento veloce è sufficiente un solo innesco perché poi la sintesi può procedere in modo continuo, mentre per quello lente c’è bisogno di diversi inneschi di RNA. Il primer viene degradato e unito dalla DNA ligasi con legami covalenti fosfodiesterici, dunque vengono anche corretti gli errori: tutti questi passaggi sono svolti da un unico complesso proteico.All’estremità dei cromosomi (telomeri) la replicazione incontra un problema: nel filamento lento si blocca perché non c’è più spazio per legare la sua polimerasi, quindi ai telomeri il cromosoma si accorgia, non potendo più replicare la fine del cromosoma, a patto che non vi sia un enzima chiamato telomerasi che va ad integrare la parte mancante, mantenendo intatta la lunghezza del cromosoma; in molti tessuti non c’è questo enzima, quindi ad ogni ciclo cellulare il cromosoma si accorcia. La parte conclusiva del cromosoma è però junk DNA, quindi non del tutto utile, ma prima o poi si arriva alla parte utile e dunque si può arrivare ad un numero massimo di replicazioni, fino all’apoptosi della cellula stessa nel caso in cui ci sia un danno al DNA.L’induzione delle telomerasi è un sistema per immortalizzare le cellule. MECCANISMI DI DANNO E RIPARAZIONE DEL DNA E LORO RUOLO NELLA CARCINOGENESI Ci sono mutazioni sia per errori di copiatura, che per l’influenza di alcune sostanze chiamate oggi cancerogeni che vanno a inserire degli errori nel DNA, che molto spesso vengono riparati. ALCUNI DEI PIU’ COMUNI DANNI AL DNA -tautomeria, una base è modificata per lo spostamento di un atomo di idrogeno. -deaminazione, a livello di una delle basi viene staccato un gruppo amminico e la citosina diventa un uracile: in una replicazione c’è un cambiamento di basi appaiate. -depurinazione, viene staccata la base e ad un appaiamento non c’è nulla. -danni ossidativi, dovuti alla formazione spontanea di radicali liberi dell’ossigeno (ROS) possono attaccare il DNA e spezzarlo. Altri possibili errori sono le trasversioni in cui c’è uno scambio tra purina e pirimidina, o una transizione in cui c’è lo scambio di una purina con un’altra purina o una pirimidina con un’altra pirimidina.Particolare è la formazione del dimero di timina, in quanto due timine associate si uniscono l’un l’altra e non è più possibile appaiare altro: questo danno è tipico delle radiazioni ultraviolette. PROOFREADING E RIPARAZIONE DEL DNA Nella normale trascrizione viene inserito un errore ogni 10 mila basi, e questi errori vengono riparati da meccanismi quali il proofreading o i meccanismi di riparo che abbassano il tasso di errore di circa una base ogni 1010; quando uno dei due filamenti presenta un difetto, l’altro filamento può essere utilizzato come stampo per guidare la correzione del filamento danneggiato.La DNA polimerasi presenta un sito esonucleasico in grado di correggere gli errori tagliando il nucleotide errato e corregge: il filamento col nucleotide errato non appaia in maniera corretta, quindi il non appaiamento corretto crea una torsione del filamento che, distorto, avrà un’altra angolatura e non avvolgerà bene; finisce quindi nel sito di esonucleasi che taglia il frammento errato e lascia la possibilità di una nuova correzione.Abbiamo una reversione diretta del danno con la stessa nucleasi, o dei meccanismi di riparazione per escissione, ovvero può essere tolto il nucleotide sbagliato o una sezione di nucleotidi attorno a quello errato e ricorretto. È un enzima che trascrive il DNA esclusivamente in direzione 5’3’, quindi l’unico filamento che funge da stampo è il filamento 3’5’ (l’altro filamento non viene mai trascritto dall’RNA): esistono tre tipi, di cui la pol I trascrive l’rRNa e la pol II trascrive l’mRNA.Il DNA contiene, oltre all’informazione genetica per una data proteina, anche dei segnali che indichino dove questa informazione inizia e finisce, ovvero dove inizia e finisce la trascrizione: ci sono quindi dei punti a monte, chiamati TATA (timina-adenina) box, che consentono l’attacco dell’RNA polimerasi e di altri fattori che facilitano l’inizio della trascrizione, e dei punti a valle che sono codoni di stop. I promotori (fattori) sono divisibili in costitutivi e inducibili: -quelli costitutivi aumentano l’attività trascrizionale e sono sempre attivi; -queste non sono attivate, ma vengono attivate sotto stimolo di fattori trascrizionali specifici, ad esempio un ormone. MATURAZIONE RNA Una volta prodotto il filamento di RNA, questo subisce due modificazioni, una all’estremità 5’ con un capping e l’unione di una coda di poliadenine al 3’: inoltre l’mRNA ancora non maturo subisce processi di rimozione di sequenze non codificanti (introni, non portano informazione per la sequenza proteina), come con lo splicing o lo splicing alternativo. CAP 5’ È l’aggiunta all’estremità 5’ dell’mRNA formato una 7metil-guanosina con legame 5’—5’: questa molecola iniziale serve a proteggere l’mRNA dalle nucleasi e indica che deve essere tradotto. CODA DI poliA È l’aggiunta all’estremità 3’ delle adenine che continuano a proteggere la coda dall’attacco delle nucleasi. SPLICING L’mRNA contiene introni, ovvero sequenze che non portano l’informazione per una proteina e che non sono presenti nell’RNA maturo: vengono quindi rimosse prima che l’RNA passi nel citoplasma (splicing). Lo splicing avviene grazie all’utilizzo di particolari proteine, con la creazione di loop e risistemati i pezzi di RNA. Talvolta però nello splicing alternativo, alcuni esoni vengono tagliati per aumentare la variabilità delle proteine prodotte: da uno stesso gene possono quindi derivare diverse proteine. Nella produzione di anticorpi si parte da un’unica tipologia di catena, ma con lo splicing alternativo vengono cambiate le estremità creando enormi variazioni in grado di interagire con tanti antigeni diversi. CODICE GENETICO È universale, ovvero tutti gli organismi viventi utilizzano questo stesso codice per tradurre una sequenza di basi azotate (il DNA e poi l’RNA) in una sequenza di amminoacidi.Si basa infatti su una sequenza di 3 nucleotidi, perché abbiamo 21 amminoacidi.La tripletta d’inizio è AUG (metionina), che stimola il legame col ribosoma, mentre i codoni di stop sono UAA, UAG, UGA, che bloccano la sintesi della proteina e non richiamano ulteriori amminoacidi.Nelle mutazioni puntiformi cambia un codone, e se cambia nella posizione 3 (CCG) fa sì che non cambi nulla, mentre in posizione 1 può avere grande impatto. L’esempio principe è l’emoglobina,in cui nell’anemia falciforme. Un’altra mutazione importante può capitare se un triptofano diventa un codone di stop. tRNA l’mRNA porta l’informazione copiata dal DNA sotto forma di una serie di 3 basi chiamate codone, a queste corrisponderà un anticodone corrispettivo presente sulla sequenza del tRNA: ad ogni specifico tRNA verrà legato il suo specifico amminoacido. AMINOACIL-tRNA SINTETASI l’unione tra il tRNA e il suo amminoacido specifico avviene grazie a questo enzima, consumando ATP.Poiché il codice genetico utilizza 61 codoni diversi per specificare gli amminoacidi, il codice è definito degenerato: molti tRNA riconoscono più di un codone. Ad esempio la prolina ha 4 possibilità di essere richiamata dal tRNA (CCU, CCC, CCA, CCG). DALLA TRASCRIZIONE ALLA TRADUZIONE Avviene dopo il trasporto dell’mRNA attraverso i pori nucleari a livello del citoplasma: qui andrà a legarsi con la subunità inferiore del ribosoma,che stimolerà la polimerizzazione del ribosoma che legherà anche quella maggiore.Il primo tRNA che si va a legare è un mRNA che trasporta la metionina,che poi potrà esser tagliata o meno dalla proteina finale. INIZIO -attacco delle subunità ribosomiali e del primo aa portato dal tRNA iniziatore all’mRNA; -posizionamento sul primo codone da tradurre; -il processo di inizio negli eucarioti coinvolge un gruppo diverso di fattori che interagiscono con la reazione. FINE La proteina verrà liberata a livello citoplasmatico.A livello della subunità maggiore si riconoscono tre spazi ben delineati:un sito A,un sito P,e un sito E.Nel sito A arriva l’amminoacido trasportato dal tRNA,nel sito P(polipeptidico) accoglie la catena polipeptidica in formazione,e nel sito E (exit) il tRNA vuoto torna nel citoplasma a legare nuovi amminoacidi. ALLUNGAMENTO TERMINAZIONE Avviene quando il ribosoma arriva a un codone di stop, che si colloca nel sito A: viene quindi rilasciata la catena polipeptidica con la divisione delle due unità ribosomiali.Quando il codone di stop è raggiunto nella fase di termnazione, il ribosoma cattura una molecola d’acqua che indrolizza il polipeptide ormai completo che si libera dal ribosoma.I poliribosomi liberi sono quelli non associati al RER, mentre quelle associate al RER vengono portate fuori dalla cellula.Alla fine della traduzione le proteine possono avere diverse destinazioni: o all’interno del nucleo, o formare i perossisomi arrivando a livello mitocondriale. Non tutte le proteine possono entrare nel mitocondrio in quanto esso ha una parete molto selettiva, quindi il mitocondrio sintetizza da solo le proteine avendo il DNA; altre proteine possono andare al reticolo, passare per il Golgi ed essere secrete o portate in membrana. I MITOCONDRI E IL METABOLISMO ENERGETICO CELLULARE Il mitocondrio viene mostrato nella sua forma a fagiolo, presenta una doppia membrana, la prima è quella esterna, mentre l’altra è quella interna, che presenta una fitta rete di creste mitocondriali; le due membrane delimitano due spazi,uno mitocondriale interno e lo spazio intermembrana.Sono organuli visibili al microscopio ottico, anche se la loro dimensione è molto variabile: possono allungarci e restringersi, e hanno forme variabili(granulari, bastoncellari, filiformi), quindi sono organuli molto dinamici dotati di rapidi movimenti(nello spermatozoo esiste un unico grande mitocondrio che si spiralizza nel flagello).Sono costituiti da 2 membrane, una interna e una esterna: lo spazio tra queste due membrane è detto spazio intermembrana e quello delimitato dalla membrana interna si chiama matrice mitocondriale; la membrana interna si estende nella matrice formando creste dette mitocondriali, dove sono presenti gli enzimi respiratori.I mitocondri sono presenti in tutti gli eucarioti, e sono addetti alla respirazione cellulare; a livello delle creste mitocondriali sono concentrati tutti gli enzimi della catena respiratoria, mentre la membrana esterna è estremamente permeabile, quella interna è molto selettiva e presenta un’elevata concentrazione proteica.La membrana esterna ha un alto contenuto lipidico, e quello più presente è la fosfatidilcolina; troviamo un’elevata permeabilità ed è ricca di porine. Sono presenti molti enzimi.La membrana interna formano pieghe dette creste mitocondriali ed è molto proteica, e per ogni proteina ci sono solo 15 fosfolipidi, 100 molecole proteiche: è estremamente rigida per l’assenza METABOLISMO ENERGETICO DELLA CELLULA Il metabolismo è l’insieme delle trasformazioni chimiche che si producono all’interno della cellula: -l’anabolismo è l’insieme delle reazioni endoergoniche che consumando energia porta alla sintesi; -il catabolismo comprende solo le reazioni esoergoniche, producendo energia. Le reazioni del catabolismo energetico si dividono in due fasi: -anaerobia (non prevede il consumo di ossigeno) avviene a livello del citoplasma; -aerobia (con consumo di ossigeno), avviene all’interno dei mitocondri. Un esempio di catabolismo è la respirazione cellulare, dove una molecola di uno zucchero di tipo esoso (C6H12O6) viene scissa in una molecola d’acqua e anidride carbonica, ricavando 36 molecole di ATP. C6H12O6 + 6O2 + ADP H2O + CO2 + 36 ATP Avviene in 3 grandi tappe: -glicolisi -ciclo di Krebs -fosforilazione ossidativa. GLICOLISI Avviene nel citoplasma, in cui una molecola di glucosio viene scissa in due molecole di piruvato al fine di generare molecole a più alta energia, come 2 molecole di ATP e 2 molecole di NADH per ogni molecola di glucosio utilizzata. La glicolisi è il mezzo per ottenere energia più sfruttato in natura, soprattutto grazie alla sua anaerobiosicità, sebbene non sia il più efficiente. NAD+/NADH (nicotammide adenina dinucleotide) È una biomolecola il cui ruolo biologico consiste nel trasferire gli elettroni tramite lo spostamento di atomi di idrogeno: è un coenzima (intermedio che collabora con molti enzimi) ossidoriduttivo. -nicotammide svolge il ruolo biologico generale della molecola, potendo essa donare/accettare atomi di idrogeno; -adenina -di-nucleotide, una coppia di nucleotidi con un gruppo fosfato ed il ribosio. Le reazioni di ossidazione vedono impegnato il NAD+, in quanto riducendosi a NADH riceve due protoni e due elettroni, ma di questi può trasportare solo 2 elettroni e 1 protone, quindi un protone H+ viene perso nel citosol. FAD/FADH2 (flavina adenina dinucleotide) Il flavina adenina dinucleotide è un coenzima ossidoriduttivo e partecipa al trasferimento di 1 o 2 elettroni. La glicolisi si dinstingue in due fasi: -in una prima fase presenta 5 passaggi, in cui si consuma energia per ottenere dal glucosio due molecole di un derivato a più alta energia (G3P) -ci sono poi altri 5 passaggi che portano al piruvato con una produzione energetica. GLUCOSIO + 2NAD+ + 2ADP + 2P 2 NADH + 2 piruvato + 2 ATP + 2acqua + 2H+ La resa energetica netta è di 2 molecole di ATP. La resa energetica della glicolisi è modesta avendo un guadagno netto di sole 2 molecole di ATP: gli elettroni e i protoni non possono inoltre rimanere sul NADH, per cui alla glicolisi devono succedere la respirazione ossidativa negli organismi aerobi che sanno gestire l’O2 come accettore definitivo di atomi di H2. Quando lo sforzo è intenso e quindi la concentrazione di O2 è bassa, il piruvato viene convertito ad acido lattico per riossidare il NADH a NAD+ e bilanciare le concentrazioni cellulari (fermentazione lattica), il lattato viene poi trasportato nel fegato e riconvertito in glucosio (ciclo di Cori). Il lattato in circolo nel sangue viene quindi portato nel fegato dove viene convertito in 2 molecole di piruvato per poi diventare glucosio, e ri- immesso nel circolo sanguigno. Alcuni organismi come i lieviti fanno sì che il piruvato venga trasformato in gliceraldeide, e con la deidrogenasi si produce etanolo (fermentazione alcolica). Per gli organismi superiori, come ad esempio i mammifri, la glicolisi è solo il primo passaggio della degradazione degli zuccheri: infatti le cellule in grado di svolgere i successivi pathway aerobici sono in grado di processare il piruvato nel ciclo di Krebs attraverso la sua riduzione ad acetil-coA. Nel catabolismo dei grassi e delle proteine questi vengono ridotti rispettivamente ad acidi grassi, glicerolo ed amminoacidi: all’interno di ciascuna formula si riesce a individuare una parte comune, il gruppo acetato, che poi tramite il coezima A può entrare nel ciclo di Krebs. CICLO DI KREBS È un ciclo metabolico che avviene in tutte le cellule che utilizzano ossigeno nel processo di respirazione cellulare: l’acetil-coA si unisce al citrato che dopo una serie di reazioni chimiche produce di nuovo una molecola di ossalacetato. È una via metabolica anfibolica, perché partecipa sia ai processi catabolici che a quelli anabolici: il ciclo fornisce infatti anche molti precursori per la produzione di alcuni amminoacidi (ad esempio l’alfa-chetoglutarato e l’ossalacetato), e di altre molecole fondamentali per la cellula (steroli, eme, porfirine).I catabolismi glucidico e lipidico (attraverso la glicolisi e la beta ossidazione) producono allo stesso modo acetil-coA, il cui ingresso nel ciclo consiste in una condensazione con l’ossalacetato a generare citrato; al termine di questo ciclo i due atomi di carbonio immessi dall’acetil-coA verranno ossidati a due molecole di CO2, rigenerando nuovamente ossalacetato in grado di condensare con acetil-coA. Viene prodotta una sola molecola di GTP, convertito immediatamente in ATP: ma 3 molecole di NADH ed 1 molecola di FADH2. La reazione è la seguente: acetil-coA + 3NAD+ + FAD+ + ADP + P coA + 3NADH + H+ + FADH2 + 2ATP + 2CO2. I cofattori ridotti si comportano come intermedi ossido-riduttivi, entrando nella catena respiratoria mitocondriale e generando molta energia, dove vengono riossidati a NAD+ e FAD cedendo elettroni, così da poter rigenerare molecole di ATP. FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA È un processo biochimico cellulare per la produzione di ATP nei mitocondri: si tratta della fase finale della respirazione cellulare, dopo glicolisi e ciclo di Krebs. È composta da 2 parti: -catena di trasporto degli elettroni, in cui gli elettroni trasportati da NADH e FADH2 vengono scambiati dalla catena enzimatica transmembrana, che provvede a sfruttare questo movimento per generare un gradiente protonico. -sintesi di ATP tramite fosforilazione di ADP dall’enzima ATP sintetasi con catalisi rotazionale. LA CATENA DI TRASPORTO DEGLI ELETTRONI Vengono utilizzati sia NADH che FADH2, prodotti dalla glicolisi e dal ciclo di Krebs: attraverso un complesso multienzimatico avente le funzioni di catena di trasporto gli elettroni vengono prelevati da NADH e FADH2 e, portare a morte il neurone tramite diverse vie apoptotiche:il calcio in eccesso va a sovraccaricare il mitocondrio,determinando perdita del suo potenziale di membrana e diminuzione della produzione di ATP. STATO REDOX DELLA CELLULA Può accadere durante la fosforilazione ossidativa che un solo elettrone vada a ridurre una molecola di ossigeno,determimando la produzione di un anione superossido(O2+),un radicale molto reattivo che può arrivare a produrre perossido di idrogeno.La sintesi di radicali liberi è un processo però che se controllato può essere un’arma durante l’infiammazione.In ogni caso contro i radicali liberi che potrebbero causare gravi danni la cellula utilizza sistemi specifici per la loro eliminazione,come catalasi. SINTESI DELL’EME All’interno del mitocodrio avvengono reazioni che portano alla sintesi dell’eme che poi viene portato fuori nel citoplasma dove viene coniugato con le catene polipeptidiche. SINTESI DEL COLESTEROLO È un fenomeno che avviene a livello del citoplasma e che parte con l’acetil-coA che viene prodotto a livello mitocondriale durante il ciclo di Krebs. PRODUZIONE DI CALORE Il fenomeno del disaccoppiamento tra il gradiente protonico e la sintesi di ATP ha la funzione di produrre calore, così da mantenere costante la temperatura corporea; questo disaccoppiamento aumenta il consumo di ossigeno e la velocità con cui il NADH si ossida. IL CICLO CELLULARE Le cellule si classificano in base alla loro capacità di crescita e proliferativa: -cellule che possono dividersi continuamente(cellule della linea germinativa oogoni, spermatogoni,cellule staminali, cellule epiteliali) -cellule che non si dividono ma con i dovuti stimoli ritornano a dividersi(cellule epatiche) -cellule che hanno perso la capacità di dividersi, che sono cellule ad alto differenziamento, talmente specializzate che non possono più cambiare (neuroni, globuli rossi) i danni neuronali non sono rigenerabili, la capacitù cerebrale viene quindi persa. CICLO CELLULARE È una serie ordinata di eventi che porta alla duplicazione e poi alla divisione cellulare, di durata variabile; il suo scopo è la riproduzione, l’accrescimento corporeo(aumenta il numero di cellule) o per rimpiazzare altre cellule.Il cico cellulare inizia con la divisione cellulare e termina con la formazione di 2 cellule figlie. Distinguiamo 2 fasi: interfase fase G1, fase S, fase G2 -la fase M mitosi e citocinesi INTERFASE È la fase più lunga in cui si trovano le cellule in fase di crescita che intercorre tra 2 divisioni, dove vengono sintetizzate tutte le macromolecole e la massa cellulare aumenta e viene detta interfase.È regolata dai fattori di crescita, che si legano a recettori di membrana: questi fattori permettono il superamento di una serie di punti di controllo, e con lo scavallamento di ogni punto c’è una fase successiva che assicura il continuo del ciclo, destinata infine a dividersi.Se i fattori di crescita non ci sono, la cellula entra in uno stato di quiescenza detto G0, in cui non crescono o si dividono; le cellule in G0 sono metabolicamente attive ma il loro tasso di sintesi proteica è molto ridotto rispetto alle cellule in crescita attiva. FASE G0 Rappresenta un periodo di riposo temporaneo o persino permanente (neuroni, in quanto la cellula raggiunge lo stato finale dello sviluppo), ed è una fase in cui la cellula lascia il ciclo e smette di dividersi. FATTORI DI CRESCITA Sono molecole di comunicazione prodotte dalle cellule stesse o da apparati specifici, capaci di stimolare la proliferazione ed il differenziamento cellulare; sono molecole segnale usate per la comunicazione tra le cellule di un organismo, con una comunicazione di tipo paracrino (una cellula produce mediatori locali che vanno a sistemare le cellule vicine) o di tipo endocrino (non è una cellula vicina a modulare le cell costanti ma un apparato di solito molto lontano dalle altre come l’ipofisi che regola l’accr di muscoli e ossa).La funzione principale dei fattori di crescita è quello di mediare l’abbandono della quiescenza cellulare e l’entrata in fase G1, ma non è l’unica loro funzione in quanto regolano l’entrata in mitosi, la sopravvivenza cellulare, la migrazione ed il differenziamento cellulari (sono anche detti fattori di differenziamento). FASE G1 È la prima fase del ciclo cellulare, che dà inizio all’interfase dove in questa fase la cellula raddoppia le dimensioni e anche il numero di enzimi e organuli.Durante questa fase la cellula accresce il suo volume con un’intensa attività biochimica,e una forte sintesi di RNA e proteine.Questa fase ha una lunghezza temporale molto variabile. FASE S È la fase del ciclo cellulare in cui avviene la duplicazione del DNA,dove i filamenti appaiati che compongono la molecola si separano facendo ognuno da stampo per un nuovo filamento complementare.Il centrosoma durante questa fase inizia la sua divisione insieme ai centrioli.Generalmente è una fase che dura meno della precedente fase G1,ma comunque varia in base all’organismo di cui fa parte la cellula. FASE G2 In questa fase la cellula si prepara per entrare in mitosi, e avviene coi 2 centrioli che hanno completato la duplicazione e iniziano a portarsi in posizione periferica;inizia anche l’assemblamento dei microtubuli costituendo il fuso mitotico e la cromatina inizia a spiralizzare in strutture distinguibili, i cromosomi. MITOSI Processo di divisione cellulare in cui i cromosomi vengono separati gli uni dagli altri per dare origine a 2 nuclei ognuno con una copia di ciascun cromosoma, quindi è definito equazionale: le due cellule figlie hanno la stessa quantità di genoma e sono uguali alla cellula madre.Durante la mitosi la maggior parte delle attività metaboliche sono ridotte, quindi non rispondono a stimoli esterni.Alla fine della mitosi avviene la citocinesi, ovvero la divisione del citoplasma in due parti più o meno uguali. PROFASE I filamenti di DNA si organizzano in cromosomi, e ogni cromosoma presenta una strozzatura chiamata centromero.La duplicazione del DNA è già avvenuta,e nel citoplasma si forma il fuso mitotico costituito dai microtubuli e dalle proteine ad essi associate disposte tra i due centrosomi.I centromeri si allontanano. PROMETAFASE L’involucro nucleare si frammenta, e i microtubuli possono penetrare nel nucleo ed interagire con i cromosomi a livello del cinetocoro e con i filamenti del fuso. Il centrosoma lega i filamenti del fuso mitotico che si estende da un polo all’altro attraverso l’equatore della cellula. METAFASE Le coppie di cromatidi si muovono su un piano immaginario che taglia a metà la cellula detto piastra metafisica: in questa fase i cromosomi raggiungono il massimo grado di visibilità al microscopio, a causa della loro forte spiralizzazione. degradare la p53 (con un feedback negativo), così il ciclo cellulare può riprendere. Nel caso in cui p53 non ripara il dna va ad attivare la proteina bax (nei mitocondri lo fa rompere così il citocromo c attiva le gaspasi e provoca l’autofagia della cellula). RIPRODUZIONE E MEIOSI La meiosi è un processo di divisione cellulare mediante il quale una cellula eucariota con un corredo cromosomico diploide dà origine a 4 cellule con corredo cromosomico aploide.Oltre alla riduzione del patrimonio genetico c’è una ricombinazione genetica in quanto il patrimonio delle 4 cellule figlie è completamente diverso tra di loro, grazie al crossing-over per cui in maniera causale i cromatidi fratelli si scambiano il patrimonio genetico aumentando la variabilità.La meiosi è fondamentale nella riproduzione sessuale, e la ricombinazione dell’informazione genetica proveniente dalle cellule di due individui diversi produce risultati ogni volta diversi, quindi abbiamo 8 milioni di possibili gameti ciascuno diverso dall’altro senza contare il crossing-over La replicazione del DNA precede l’inizio della meiosi I: -durante la profase I, i cromosomi omologhi si accoppiano formando le sinapsi, e durante questo contatto possono scambiarsi pezzi di DNA nei punti di contatto, in quanto la formazione del chiasma determina la ricombinazione genetica (crossing over). -i bivalenti hanno quindi 2 cromosomi omologhi adesi con un totale di 4 cromatidi, con un cromosoma derivante da ciascun genitore. -i cromosomi si portano sul piano equatoriale della cellula -si attaccano alle fibre del fuso per migrare verso i due poli in modo tale che, di ogni coppia di cromosomi omologhi, una si dirige verso un polo e l’altra al polo opposto. A fine meiosi I inizia una seconda meiosi senza che venga duplicato di nuovo il DNA.Quindi nella prima divisione meiotica si evidenzino i cromosomi, ciascuno costituito da due cromatidi: questi cromosomi (metà di origine materna e metà di origine paterna), dopo aver subito il crossing over nella profase, si portano sul piano equatoriale della cellula; qui senza doversi dividere nei due cromatidi, si attaccano alle fibre del fuso per migrare verso i due poli in modo tale che, ad ogni coppia di cromosomi omologhi, una si dirige verso un polo e l’altra al polo opposto.A conclusione della prima divisione meiotica si hanno quindi 2 cellule, ciascuna con la metà dei cromosomi omologhi. PROFASE I -la cromatina si condensa formando i cromosomi. -una volta che i due cromosomi omologhi sono uniti tra di loro, possono avvenire scambi incrociati di parti di cromatidi omologhi. -la membrana che avvolge il nucleo si disgrega, con la formazione di un fascio di microtubuli proteici che si estende da un polo all’altro della cellula, con alle estremità i due centrioli. leptotene: il materiale genetico si condensa a formare strutture bastoncellari in forma di filamenti sottili (cromosomi) zigotene: avviene la sinapsi dei cromosomi omologhi a formare una struttura chiamata tetrade; l’appaiamento dei cromosomi omologhi avviene grazie ad una struttura proteica, chiamata complesso sinaptinemale. pachitene: si distinguono la fase precoce, in cui si completa l’appaiamento degli omologhi, e quella avanzata in cui i cromosomi si accorciano, si inspessiscono e avviene il crossing-over. diplotene: i cromosomi omologhi di ogni bivalente iniziano a separarsi, soprattutto a livello del centromero, con la progressiva scomparsa del complesso sinaptinemale; ma i due cromatidi di ciascuna coppia di omologhi restano in contatto grazie a connessioni chiamate chiasmi, segni visibili dell’avvenuto crossing-over. diacinesi: i cromosomi completano la loro condensazione e sono molto visibili; avviene la dissoluzione della membrana nucleare e del nucleolo. METAFASE I Le tetradi omologhi si dispongono simmetricamente su una linea immaginaria,in modo che ognuna è rivolta verso uno dei due poli della cellula. ANAFASE I Le fibre del fuso prendono contatto con i centromeri;ciascuna tetrade migra verso un polo della cellula. TELOFASE I Ai due poli della cellula madre si formano due agglomerati di cromosomi aploidi, in cui è presente un solo cromosoma di ciascun tipo; con il ripartimento del citoplasma nelle due cellule avviene la citodieresi e le due cellule si separano. LA SECONDA DIVISIONE MEIOTICA Non è preceduta da alcuna duplicazione del DNA e i cromosomi (costituiti da due cromatidi) si portano all’equatore, attaccandosi alle fibre del fuso; i due cromatidi di ciascun cromosoma si separano migrando ai poli. Si formano quindi 4 cellule, ciascuno con un corredo aploide di cromosomi e con un diverso assortimento di origine materna e paterna. PROFASE II La cromatina si condensa di nuovo, in modo che i cromosomi siano osservabili, formati da due cromatidi uniti dal centromero; si forma nuovamente il fuso di microtubuli. METAFASE II I cromosomi si dispongono su una linea equatoriale, in modo che ciascun cromatidio sia rivolto verso uno dei due poli. ANAFASE II I cromatidi migrano ognuno verso un polo della cellula, quindi ciascun cromatidio in questo modo diventa un nuovo cromosoma. TELOFASE II Ai poli della cellula si formano due aggregati di cromosomi, le fibre del fuso si disgregano, i cromosomi cominciano a decondensarsi e si forma una membrana nucleare. Il citoplasma della cellula si divide in due, così da formare 2 cellule aploidi. CONSEGUENZE E SIGNIFICATO DELLA MEIOSI -riduzione a metà del numero cromosomico (2n n): ogni gamete eredita una copia di ogni cromosoma. -rimescolamento del patrimonio ereditario attraverso: assortimento casuale dei cromosomi omologhi alla 1° divisione meiotica assortimento casuale dei cromatidi fratelli nella 2° divisione meiotica. -nuove combinazioni di cromosomi nei gameti, grazie al crossing over. GAMETOGENESI FEMMINILE È un processo di produzione delle cellule uovo femminili, che avviene nelle ovaie e si ripete con un andamento ciclico per tutta la durata della fase di fertilità femminile. Le cellule della linea germinativa femminile iniziano la loro differenziazione già dalla linea uterina, dal secondo mese con la produzione degli ovogoni. Tra il 5° e il 7° mese gli ovogoni entrano nella profase I meiotica, dando origine ad un ovocita primario.Gli ovociti primari rimarranno in profase I fino al raggiungere della pubertà.Gli ovociti primari rimarranno in profase I, non completando la loro prima divisione meiotica, fino al raggiungimento della pubertà.La meiosi I è di carattere riduzionale perché genera cellule aploidi: l’ovocita primario e il globulo polare primario.La meiosi II è invece equazionale, in quanto inserzioni di basi nel dna e può riguardare regioni codificanti e non codificanti.Il loco polimorfico è almeno tra l’1 e il 2% della popolazione. Le conseguenze di questi polimorfismi possono essere silenti, che non portano alla formazione di una proteina diversa, perché magari riguarda un frame-shift di un solo amminoacido che per la degenerazione del codice genetico viene assorbita, oppure il cambiamento tra un aa apolare ed un altro aa apolare che non provoca mutazioni. Se le mutazioni sono non silenti avremo un cambiamento del fenotipo, quindi se la mutazione è abbastanza vantaggiosa per selezione naturale potrà imporsi nella popolazione. LE LEGGI DI MENDEL LEGGE DELLA DOMINANZA Gli individui che nascono dall’incrocio tra due individui omozigoti che differiscono per una coppia allelica, avranno il fenotipo dato dall’allele dominante. LEGGE DELLA SEGREGAZIONE Durante la generazione della prole, gli alleli associati ad uno stesso gene si separano tra di loro, facendo sì che ad ognuno dei due gameti giunga solo uno degli alleli stessi. Legge dell’ASSORBIMENTO INDIPENDENTE Durante la formazione dei gameti, geni diversi si distribuiscono l’uno indipendentemente dall’altro.Ciò non vale se 2 geni sono presenti contemporaneamente sullo stesso cromosoma, in quanto avrebbero creato problemi, mentre Mendel prende 6 geni su 6 cromosomi diversi quindi non ebbe nessun tipo di problema. LA LEGGE DELLA DOMINANZA Si parla del rapporto tra gli alleli ed il fenotipo, possiamo infatti trovare un rapporto di dominanza semplice o completa in cui abbiamo alleli di tipo dominante o recessivo; questo si osserva per i caratteri semplici o mendeliani ovvero determinati da un solo locus genico (caratteri multi- locici sono più complessi da esaminare, ovvero quelli influenzati da più caratteri).Il colore dei petali nella pianta di pisello è controllato da un gene che esiste in due forme alleliche distinte: P e p.Si prende la linea pura in omozigosi del gene rosso PP mentre avremo l’altra linea pura dell’omozigosi del gene bianco pp: la linea dei figli mostrerà sempre il colore rosso, ma il suo genotipo sarà sempre in eterozigosi Pp. L’allele per il colore rosso è dominante mentre quello per il colore bianco è recessivo. LA LEGGE DELLA SEGREGAZIONE Incrociando nuovamente due individui della linea eterozigote Pp, il carattere recessivo compariva nuovamente (fiori bianchi) in rapporto fenotipico 3:1. Questo è contro la prima generazione che presentava solamente una caratteristica (dominante, colore dei fiori rosso).Il rapporto genotipico è invece 1:2:1, ossia un omozigote dominante, due eterozigoti dominati ed un omozigote recessivo; il rapporto fenotipico è invece di 3:1 in quanto una sola pianta era recessiva. La seconda legge è strutturata in 4 parti: -la variazione dei caratteri ereditari è dovuta alla presenza di versioni alternative di un gene, gli alleli; -per ogni caratteristica un organismo eredita due alleli, uno da ogni genitore, attraverso i gameti: questi alleli possono essere uguali (omozigoti) o diversi (eterozigoti). -se i due alleli differiscono, uno esprime il carattere dominante ed è espresso a livello fenotipico dall’organismo, mentre l’altro che codifica per il carattere recessivo porta i tratti recessivi che possono essere trasmessi alle generazioni discendenti successive. -i due alleli di ogni caratteristica si separano durante la riproduzione dei gameti: ogni gamete contiene un solo allele per ciascun gene, e da ciò viene permessa la combinazione tra gameti paterni e materni, dando luogo a variazioni. Una malattia autosomica dominante è quella causata dalla forma allelica dominante di un gene difettoso, su un autosoma. Questo tipo di malattia è caratterizzato dal fatto che basta una singola copia dell’allele difettoso per far sì che essa si esprima, quindi -almeno un genitore è affetto -colpisce con la stessa probabilità entrambi i sessi -un genitore malato ha la probabilità del 50% di avere un figlio malato. Esempi di malattie autosomiche dominanti sono la corea di Huntinton (malattia cerebrale), l’acondroplasia (nanismo). DOMINANZA INCOMPLETA Si presenta quando nessuno dei due alleli per un carattere è dominante sull’altro, quindi il fenotipo manifestato dall’eterozigote è un fenotipo intermedio tra quello dei due omozigoti.Tra una varietà con fiori rossi ed una con fiori bianchi gli individui discendenti eterozigoti possiederanno un fenotipo intermedio, ossia fiori rosa. CODOMINANZA È un particolare fenomeno genetico che si manifesta quando due alleli di uno stesso locus genico si manifestano entrambi in modo completo negli individui eterozigoti. Entrambi i caratteri si mostrano fenotipicamente. L’esempio principale è quello dei gruppi sanguigni: è infatti un esempio di ereditarietà codominante e di allelia multipla. Infatti è costituito da 3 alleli, IA IB e I0, dove IA e IB sono dominanti su I0 ma codominanti tra di loro.Ciascuno degli alleli A e B codifica per enzimi diversi, che aggiungono zuccheri diversi ai lipidi sulla superficie degli eritrociti: questi zuccheri sono come marcatori di riconoscimento per il sistema immunitario e sono detti antigeni di superficie.In particolare l’allele A è responsabile dell’aggiunta della N-acetilgalattosamina, mentre l’allele B del galattosio. Di conseguenza l’allele A avrà l’antigene A, l’allele B avrà l’antigene B mentre gli 0 non avranno nessun antigene, mentre gli AB avranno entrambi gli antigeni.In caso di trasfusioni, antigeni non presenti nell’individuo verranno riconosciuti come estranei ed attaccati da anticorpi specifici; così un individuo che ha l’antigene A svilupperà un’azione immunitaria se verrà trasfuso con sangue di tipo B.Gli individui AB esprimono entrambi gli antigeni e quindi non hanno nessun anticorpo, quindi sono detti accettori universali; il gruppo 0 non esprime nessun antigene e quindi sarà un donatore universale. ANEMIA FALCIFORME È una malattia autosomica rcessiva caratterizzata dalla malformazione di globuli rossi, con carenza nel trasporto di ossigeno.La malattia è causata dalla mutazione del gene presente sul cromosoma 11, che codifica per le subunità dell’emoglobina. Ci sono due alleli, HbA ed HbS e i tre possibili genotipi hanno fenotipi diversi. -HbA/HbA fenotipo normale -HbA/HbS non c’è anemia -HbS/HbS anemia grave gli alleli Hba e HbS codificano due diverse forme di emoglobina che differiscono per un singolo amminoacido: infatti una valina sostituisce l’acido glutammico, impedendo di legare con l’ossigeno.Essendo la valina idrofobica, favorisce l’interazione delle parti idrofobiche delle molecole di emoglobina in lunghi polimeri che deformano la membrana cellulare.L’allele HbA è dominante, e nell’eterozigote un singolo allele HbA è aplosufficiente, cioè producente un quantità di emoglobina funzionante sufficiente ad evitare l’anemia.Nell’eterozigote sono sintetizzate entrambe le forme, quindi c’è codominanza a livello molecolare e a livello fenotipico si ha dominanza incompleta, infatti gli eritrociti assumono una leggera forma a falce, intermedia quindi tra il -Tutte le figlie femmine di un maschio affetto e madre sana non portatrice sono portatrici (poiché necessariamente uno dei due X della femmina, ereditato dal padre, è portatore della mutazione) -Tutti i figli maschi di una madre affetta e metà di quelli di una madre portatrice manifestano il carattere. Due patologie che si manifestano in seguito all'ereditarietà eterosomica recessiva sono l'emofilia (famoso il caso della famiglia della regina Vittoria) e il daltonismo. MOSAICISMO In un individuo non tutte le cellule di quell'organismo hanno lo stesso corredo cromosomico, oppure lo esprimono in maniera variabile.Quando l'embrione è composto da circa una ventina di cellule,in ognuna di esse viene inattivato permanentemente uno dei due cromosomi X;ogni cellula sceglie di inattivare un cromosoma piuttosto che l'altro in maniera assolutamente indipendente dalle altre:il cromosoma inattivato si dispone in un piccolo ammasso di cromatina compatta chiamato corpo di Barr.Le cellule derivate dalle successive mitosi di questa cellula progenitrice seguiranno poi il suo comportamento ed inattiveranno sempre lo stesso cromosoma X.Questo processo,naturalmente,avviene solo nelle femmine,perché i maschi possiedono un solo cromosoma X.Nei gatti, il colore del pelo è multifattoriale codificato dagli alleli O (arancione), B (nero) e W (bianco). Le forme alleliche relative al gene O si trovano sul cromosoma X, mentre le forme alleliche del gene B si trovano su un autosoma.Un gatto calico è definito come OoB- ciò significa che può essere omozigote o eterozigote per l'allele B che determina il pelo nero e eterozigote per l'allele O che determina il pelo arancione.L'espressione dell'allele O è dominante su quella di B (per cui il gatto ha il pelo tutto arancione).Nei gatti calico di sesso femminile eterozigoti per l'allele O (che quindi presentano un cromosoma X-O contenente l'allele O dominante e un cromosoma X-o contenente l'allele o recessivo per il colore arancione) può quindi accadere che in alcune cellule sia inattivato il cromosoma X-O, per cui l'allele O non maschera più l'allele B e il pelo è nero, mentre in altre cellule sia inattivo il cromosoma X-o, per cui l'allele O può essere espresso e il pelo è arancione: di conseguenza, il pelo del gatto sarà a chiazze nere o arancioni a seconda del cromosoma che è stato inattivato in quel particolare gruppo di cellule.Il colore bianco presente nei gatti è dovuto alla presenza di un altro gene che, se espresso, è dominante sia su O che su B.Quando si vede un gatto calico si può certamente affermare che quel gatto è femmina. LEGGE DI HARDY-WEINBERG L'equilibrio di Hardy-Weinberg è un modello della genetica delle popolazioni che postula che all'interno di una popolazione (panmictica ideale), vi è equilibrio delle frequenze alleliche e genotipiche da una generazione all'altra, ovvero queste non cambiano con il passare del tempo a meno che non intervengano fattori specifici atti a disturbare l'equilibrio stesso.La legge di Hardy-Weinberg spiega perché se un allele è dominante dopo numerose generazioni non tutti i soggetti presenteranno questo allele.Le condizioni per cui un locus in una popolazione segue la legge di H-W sono le seguenti. • Popolazione praticamente infinita. In realtà è sufficiente una popolazione di poche centinaia di individui. • Assenza di immigrazione ed emigrazione. In questo modo il pool genetico è influenzato solo dalle sue dinamiche interne. • Panmissia (incrocio casuale). Significa che la probabilità che due individui si incrocino non è influenzata dal fenotipo del carattere in questione. La panmissia manca nel caso di forti preferenze matrimoniali all'interno di caste chiuse, specie se con diversa origine etnica. • Non selezione. Il successo riproduttivo medio degli individui non deve essere influenzato dal genotipo per il carattere in questione. • Non mutazione. Ovviamente le mutazioni alterano la composizione del pool genetico delle nuove generazioni. Sono comunque eventi rari. • La legge di Hardy-Weinberg stabilisce che nelle condizioni suindicate le • frequenze geniche rimangono costanti e le frequenze genotipiche si stabilizzano in una generazione in modo che la frequenza degli omozigoti sia il quadrato di quella dell'allele, mentre quelle degli eterozigoti saranno il doppio prodotto delle frequenze degli alleli posseduti. • In un locus singolo con due alleli "A" e "a", con due frequenze del tipo f(A)=p e f(a)=q.