Biologia applicata: Cellule e le loro strutture, DNA, ciclo cellulare e sintesi proteica, Sbobinature di Biologia Applicata

Scarica Biologia applicata: Cellule e le loro strutture, DNA, ciclo cellulare e sintesi proteica e più Sbobinature in PDF di Biologia Applicata solo su Docsity! BIOLOGIA APPLICATA LA CHIMICA BASILARE Le macromolecole costituiscono parti della cellula, come i cromosomi, i lipidi… oppure parti degli organelli cellulari. Tutte le molecole sono costituite da atomi, che presentano ciascuno una massa e un volume. L’atomo è la più piccola particella che costituisce tutta la materia ed è composta a sua volta da elettroni(carica negativa), protoni(carica positiva) e neutroni(stessa massa dei protoni). Insieme protoni e neutroni formano il nucleo dell’atomo, mentre gli elettroni si muovono rapidamente intorno al nucleo e e la loro massa è più piccola. Un atomo in condizioni normali contiene un numero uguale di elettroni e protoni—> Data la uguale presenza di cariche negative e positive, l’atomo è neutro in questo caso. Pur essendo formati dalle stesse particelle, gli atomi non sono tutti uguali, infatti le loro dimensioni dipendono dal numero dei protoni. Per esempio l’idrogeno é quello più piccolo(1 protone), mentre l’uranio è il più grande(92 protoni). L’elemento indica una sostanza pura contenente atomi dello stesso tipo. Carbonio, rame, ferro, oro, argento, sodio, cloro… sono tutti elementi chimici. Il 96% circa della massa di ogni organismo vivente è costituito da sei elementi essenziali: fosforo, zolfo, carbonio, idrogeno, azoto e ossigeno con altri elementi presenti in tracce come sodio e potassio, oppure il calcio. Il numero atomico(Z) indica il numero di protoni(=elettroni), mentre il numero di massa indica la somma di protoni e neutroni. Gli isotopi di uno stesso elemento hanno lo stesso numero di protoni, ma differiscono per il numero di neutroni presenti all’interno del nucleo. Gli isotopi sono solitamente stabili, però ci sono anche quelli instabili, ossia i radioisotopi, che sono degli isotopi radioattivi che per raggiungere una maggiore stabilità liberano piccoli frammenti di particelle con annesse delle radiazioni elettromagnetiche ad alta energia. Inoltre, la tavola periodica ordina tutti gli elementi in base al numero atomico. Quando gli atomi si uniscono tra di loro formano le molecole. La molecola è la più piccola particella di una sostanza che ne conserva la proprietà. Per quanto concerne i legami tra gli atomi si parla di legame chimico quando abbiamo la formazione delle molecole. Un esempio di molecola è l’acqua(H2O) costituita da due atomi di idrogeno e uno di ossigeno, legati tra loro tramite un legame covalente. La disposizione spaziale degli atomi di idrogeno e dell’atomo di ossigeno fa sì che l’acqua si comporti come un dipolo elettrico. Tutte le molecole sono costituite da atomi di carbonio legati tra loro+altri elementi e, insieme all’acqua, formano i composti organici che ritroviamo nelle cellule. Esiste una differenza tra gli elementi e i composti—> Gli elementi sono delle sostanze la cui molecola è costituita da atomi tutti uguali tra loro(es. ossigeno), invece i composti sono composti da atomi differenti(es. il cloruro di sodio). L’acqua ha una particolare struttura chimica in cui c’è un legame covalente tra ossigeno e idrogeno che forma un angolo di 104.5 gradi. Essa è una molecola polare perché l’ossigeno ha un valore di elettronegativitá maggiore rispetto all’idrogeno, cioè a una maggiore capacità di attrarre a sé elettroni. Pertanto, il legame risultante dall’attrazione di due molecole di acqua e chiamato legame a idrogeno, il quale consente all’acqua di avere delle proprietà particolari. Quando abbiamo lo stato liquido i legami a idrogeno si rompono e si ricreano continuamente, quando abbiamo lo stato gassoso i legami a idrogeno si rompono e, infine, quando abbiamo lo stato solido questi legami rimangono saldi. Tra le diverse proprietà dell’acqua ritroviamo la tensione superficiale e la capillarità. La capillarità indica la capacità dell’acqua di muoversi(generalmente di risalire) in un capillare di qualsiasi natura. LE BIOMOLECOLE Le biomolecole sono costituite in gran parte da atomi di carbonio tenuti insieme da legami covalenti. Ogni biomolecola ha una funzione e un comportamento chimico che dipende dalla composizione del composto organico. Le biomolecole sono classificate in 4 tipi: le proteine, i carboidrati, i lipidi e gli acidi nucleici, e tutti gli esseri viventi ne presentano la stessa percentuale. La forma tridimensionale di una biomolecola è determinata dalla sua specifica funzione. Le biomolecole sono composte da polimeri, che sono lunghe catene molecolari dette anche macromolecole, le quali si ottengono dall’unione di più monomeri(es. Monosaccaridi, nucleotidi, aminoacidi…). I polimeri si creano tramite reazioni di condensazione che determinano la perdita di una molecola di acqua. Invece, passando da polimero a monomero si parla di reazione di idrolisi, che invece comporta l’aggiunta dell’acqua. I carboidrati hanno diverse funzioni, tra cui quella di riserva energetica e di costituire strutture cellulari. Esistono i monosaccaridi, i disaccaridi, gli oligosaccaridi e i polisaccaridi. I monosaccardi sono delle molecole polari, la cui formula generale è CnH2nOn. I monosaccaridi sono i carboidrati più semplici e sono costituiti da un gruppo ossidrile(OH) e da un gruppo aldeidico(il carbonio ha un doppio legame con l’ossigeno e uno con l’idrogeno) o un gruppo chetonico(al centro dello scheletro carbonioso). I più importanti sono il glucosio e il fruttosio che vengono utilizzati come fonte di energia. Pertanto, a seconda del numero di atomi di carbonio si dividono in triosi, tetrosi, pentosi, esosi… Tra l’altro, gli anelli a cinque termini dei monosaccaridi sono detti furanosi(es. Fruttosio), mentre quelli a sei termini sono detti piranosi(es. Glucosio). I disaccaridi sono composti da due monosaccaridi, che si legano tra loro tramite una reazione di condensazione e la loro unione avviene con la perdita di una molecola d’acqua e tramite la formazione del legame glicosidico. Degli esempi sono il maltosio(2 molecole di glucosio), lo zucchero/saccarosio(glucosio+fruttosio), lattosio(glucosio+galattosio)… Gli oligosaccaridi contengono un numero superiore di monosaccaridi che va da 2 a 20, legati tra loro da legami covalenti che si formano tramite reazioni di condensazione. Inoltre, gli oligosaccaridi possono essere legati a proteine o lipidi formando glicoproteine o glicolipidi che, con varie funzioni, rivestono la superficie delle cellule. Infine, i polisaccaridi sono composti da centinaia o migliaia di monosaccaridi. Degli esempi sono l’amido(nei vegetali) e il glicogeno(negli animali), che svolgono una funzione di riserva energetica, oppure la cellulosa(nei vegetali) e la chitina(negli animali) che svolgono una funzione strutturale, cioè garantiscono resistenza. E un altro esempio di polisaccaridi è la galattosammina, una componente importante della cartilagine. I lipidi, invece, sono composti organici non solubili in acqua e solubili in solventi apolari. Esistono diversi tipi, come i trigliceridi(accumulo di energia e isolamento termico), i fosfolipidi(costituiscono la membrana cellulare), gli steroidi(regolano la crescita e lo sviluppo), le cere, gli sfingolipidi… di osservare al microscopio una fettina sottile di sughero e vide che esso era organizzato secondo delle file di cellule ben delimitate, che sembravano delle cellette. Successivamente le cellule sono state studiate ed è stata elaborata una teoria vera e propria, ossia la teoria cellulare secondo cui le cellule sono le unità funzionali e strutturali dell’organismo vivente(ognuna ha una propria funzione), ogni cellula deriva da un’altra cellula preesistente e tutte le cellule viventi hanno un’origine comune. Inoltre, le cellule sono simili per composizione chimica, sono avvolte da una membrana plasmatica(o plasmalemma), nel loro citoplasma avvengono molte reazioni chimiche e ognuna di loro possiede il proprio materiale genetico. Quindi, tutte le cellule condividono tre elementi: la membrana plasmatica, il citoplasma e il materiale genetico. Tuttavia, le cellule differiscono tra loro per forma(sferica, poligonale, cuboide, appiattita, colonnare…), dimensione, funzione e sostanze che vengono utilizzate e sintetizzate(ormoni, grassi, amido, pigmenti…). La membrana plasmatica è un sottile rivestimento che delimita tutte le cellule, con spessore di 7,5 nm. Essa è definita da un doppio strato di fosfolipidi, le cui code idrofobiche sono rivolte le une verso le altre, mentre le teste idrofile sono rivolte verso l’esterno e l’interno della cellula(sono entrambi ambienti acquosi). I componenti principali delle membrane sono i lipidi(fosfolipidi, sfingolipidi e colesterolo), proteine(intrinseche ed estrinseche) e glucidi(glicoproteine e glicolipidi). Il citoplasma, invece, contiene il nucleo e i vari organuli. Mentre il materiale genetico, nella cellula eucariotica, è contenuto all’interno del nucleo e il suo interno è definito nucleoplasma, mentre nella cellula procariotica il DNA non è presente nel nucleo, perché non è ben definito, ma in una zona localizzata chiamata nucleoide. Come abbiamo già detto le cellule possono differire per forma(neuroni, cellule muscolari…) e dimensioni, infatti esistono delle cellule che possono essere viste ad occhio nudo(es. uovo di gallina, uovo di rana…) oppure altre che necessitano del microscopio, che può essere elettronico oppure ottico. Il microscopio ottico consente di ingrandire un oggetto di circa 2000 volte e ha un potere risolutivo di 0,2 micrometri. Tale microscopio consente di osservare i batteri e, quindi, la struttura e la forma della cellula, ma non è in grado di distinguere i componenti della cellula stessa(es. organelli). In questo caso possiamo distinguere la microscopia in campo chiaro(ci permette di vedere le cellule perché la luce passa direttamente attraverso di esse e, quindi, vediamo solo la loro forma), la microscopia a contrasto di fase(consente di osservare meglio la forma della cellula e anche di distinguere la parte della membrana cellulare, il nucleo e il suo citoplasma), la miscoscopia a fluorescenza(permette di vedere l’immagine della cellula con dei colori, infatti il fluorocromo, dopo avere assorbito fotoni di una certa lunghezza d'onda, esibisce fluorescenza—> permette di vedere il colore e di associarlo al nucleo, ai microtubuli, alla membrana plasmatica, ai mitocondri…) e la microscopia confocale(consente di ottenere un’immagine bidimensionale più nitida di quella che si può ottenere con la microscopia a fluorescenza). Il microscopio elettronico a trasmissione permette, tramite fasci di elettroni, di farci osservare delle strutture un po’ più fini, infatti ha un potere risolutivo molto più alto, ossia di 0,2 nm. Mentre il microscopio elettronico a scansione ha un potere risolutivo inferiore rispetto a quello del microscopio elettronico a trasmissione e ci permette di vedere i particolari della cellula(es. le ciglia). Classificazione degli essere viventi—> Esistono diversi regni, ossia monere(procarioti), protisti, piante, funghi e animali(eucarioti). Come sappiamo i procarioti(“pro”= prima +”carion”=nucleo) non possiedono un nucleo e non hanno un’area delimitata, invece gli eucarioti(“eu”=bene +”carion”=nucleo) possiedono un nucleo ben definito e una compartimentalizzazione particolare. I procarioti sono unicellulari e tendono a disporsi in forme aggregate o in gruppi di più soggetti. Un esempio di procarioti sono i batteri propriamente detti, alghe verdi-azzurre… I procarioti, inoltre, hanno un’ampia capacità di adattamento, una rapida capacità di riproduzione, possiedono dei processi metabolici sia anaerobi sia aerobi e hanno delle dimensioni molto ridotte rispetto agli eucarioti(1-10 micron). Questi organismi si riproducono attraverso la scissione binaria(riproduzione utilizzata anche dai protisti). Tale cellula presenta una parte esterna, ossia una capsula di rivestimento gelatinosa, e possiede una parete cellulare, una struttura rigida che riveste la membrana plasmatica. Poi presenta il citoplasma, che contiene i robosomi(organelli capaci di sintetizzare le proteine), e il nucleoide, all’interno del quale ritroviamo il materiale genetico. Il citoplasma contiene il citosol che presenta al suo interno acqua, ioni, micromolecole e macromolecole, che vengono utilizzate per far crescere il batterio, e anche i ribosomi e degli aggregati di RNA e proteine. Pertanto, sulla parte esterna ci sono i pili(permettono al batterio di attaccarsi alla cellula ospite o alla superficie stessa) e i flagelli(che permettono ai batteri di muoversi), che sono costituiti da delle proteine che consentono di contrarsi. In più, i Pili intervengono i meccanismi specifici dei batteri, quali la coniugazione. Una delle caratteristiche principali della cellula procariotica è la presenza della parete cellulare, formata da peptidoglicano, ossia una matrice di zuccheri collegati tra di loro. Ci sono dei batteri che hanno una matrice cellulare più spessa o più sottile, infatti a questo proposito distinguiamo i gram +, che hanno una parete più spessa con molti tratti di peptidoglicano, e i gram -, composti da una parete costituita da due membrane fosfolipidiche che racchiudono un sottile strato di peptidoglicano. La colorazione di gram ci permette di distinguere le nostre cellule positive e quelle negative—> I gram positivi appaiono al microscopio blu-viola(si tratta di uno strato che si va a colorare tramite una colorazione chiamata crystal violet, ossia un colorante che entra in contatto con le cellule batteriche e ci permette di distinguerle), mentre i gram negativi appaiono rosa-rosso. Inoltre, i procarioti sono classificati in due gruppi: archea(definiti batteri primitivi) e bacteria(tra i quali esistono diversi tipi). Gli archea sono capaci di vivere negli habitat più comuni, ma anche in condizioni estreme(es. in altissime o bassissime temperature, in assenza di ossigeno, in acque estremamente salate…). Un esempio di archea sono i metanogeni, ossia quei batteri capaci di produrre metano utilizzando fibrinogeno e anidride carbonica. Invece, un esempio di bacteria sono i micoplasmi, che sono considerati le più piccole cellule procariotiche, sono prive di parete cellulare, hanno un diametro di 0,2 micrometri, vivono nel terreno e nelle acque di scarico e alcune specie vivono nelle mucose umane. I micoplasmi comportano alcune problematiche nei laboratori di ricerca, per esempio non si vedono con il microscopio ottico, modificano la morfologia delle cellule che vengono contaminate… ecco perché sistemo dei coloranti fluorescenti che ci permettono di riconoscerli. Un altro esempio di bacteria sono i cianobatteri, che sono degli organismi fotosintetici, cioè capaci di catturare energia luminosa e di trasformarla in energia chimica(producono ossigeno). Inoltre, i batteri patogeni, come la salmonella, il clostridium botulinum, non hanno solo effetti negativi(provocano delle patologie), ma anche positivi, pensiamo per esempio alla loro attività fotosintetica, alla nostra flora intestinale, in cui i batteri aiutano a formare alcune vitamine(per esempio la vitamina K), favoriscono il mantenimento della mucosa intestinale evitando la proliferazione di organismi patogeni, poi alcuni batteri costituiscono alcuni alimenti(come lo yogurt)… La cellula eucariotica, invece, presenta gli organelli e la sua caratteristica peculiare è la compartimentalizzazione, cioè prevede delle membrane che delimitano gli organelli e all’interno delle quali si verificano dei processi chimici indipendenti da quello che avviene all’esterno. Quindi, ogni struttura è delimitata perché ogni organello svolge una determinata funzione. La cellula eucariotica, inoltre, si distingue in cellula animale e cellula vegetale. La cellula vegetale presenta i cloroplasti, che utilizzano l’energia solare per produrre zuccheri, e un vacuolo molto grande, ricco di acqua, pigmenti e prodotti di scarto, ma la sua funzione principale è quella di mantenere la forma della cellula. La parete cellulare, nel caso della cellula vegetale, mantiene più rigida la struttura della cellula stessa. Oltre al nucleo e al vacuolo, è presente anche l’amido, ossia catene ramificate di polisaccaridi a forma di elica che hanno la funzione di riserva energetica. Per quanto riguarda la cellula animale, essa presenta i flagelli, i lisosomi e il centriolo, assenti in quasi tutte le cellule vegetali. Tale cellula presenta diversi organelli che hanno delle caratteristiche e delle funzioni specifiche. All’interno del citoplasma c’è il nucleo e all’esterno di esso abbiamo il reticolo endoplasmatico rugoso e poi quello liscio, poi ritroviamo l’apparato del Golgi, e all’esterno e, quindi, all’interno del citoplasma, ci sono i mitocondri e i lisosomi o i perossisomi. Questa disposizione degli organelli, però, è dovuta alla forma che la cellula eucariotica ha. All’interno di ogni compartimento abbiamo la creazione di microambienti dove sono presenti alcuni enzimi, che presentano dei substrati sui quali agiscono e che sono concentrati in quella determinata zona. Pertanto, tale compartimentalizzazione permette il controllo degli ambienti chimici(per esempio il controllo del PH) e di “sequestrare” le sostanze pericolose e quelle di scarto alla cellula stessa, che poi vengono degradate dai lisosomi e portate all’esterno della cellula. I mitocondri, invece, hanno la caratteristica di produrre, tramite la respirazione cellulare, ATP, ossia l’energia utilizzata dalle nostre cellule. Allo stesso modo, anche i cloroplasti(cellule vegetali), tramite la fotosintesi, sono in grado di trasformare l’energia luminosa in ATP e di formare le molecole energetiche, ossia il glucosio, che viene utilizzato dalla cellula vegetale come riserva di energia. I mitocondri non sono presenti nelle cellule procariotiche, cioè nei batteri, dove le funzioni respiratorie vengono espletate da proteine enzimatiche contenute nella membrana cellulare e nelle sue invaginazioni, dette mesosomi. Anche i mitocondri sono circondati da una doppia membrana, una esterna(liscia e permeabile dove sono presenti le porine) e una interna(organizzata in creste per aumentare la superficie e non presenta colesterolo ma la cardiolipina), e all’interno della membrana interna abbiamo la matrice mitocondriale, contenente il DNA mitocondriale. La funzione del mitocondrio è quella di produrre energia attraverso delle reazioni chimiche. Tuttavia, ogni parte del mitocondrio ha una particolare funzione—> Nella matrice mitocondriale abbiamo l’ossidazione del piruvato, l’ossidazione degli acidi grassi e il ciclo dell’acido citrico. Nella membrana interna, invece, che è ripiegata in numerose creste, si verificano le reazioni di ossidazione, ossia la respirazione aerobica che consente la produzione di ATP. Inoltre, quando la cellula muore(apoptosi), anche il mitocondrio ha una propria funzione—> Il mitocondrio ha la funzione di secretare il citocromo c, che a livello del citoplasma induce l’attivazione della caspasi 9 e, quindi, la formazione dell’apoptosoma, il quale induce la morte programmata della cellula. Tutto ciò si verifica quando il mitocondrio recepisce uno stress metabolico a livello della cellula e non produce ATP, oppure a seguito di radiazioni, che alterano la funzione stessa del mitocondrio. I perossisomi presentano all’interno degli enzimi, che determinano il trasferimento di ioni idrogeno che vanno a legarsi all’ossigeno formano il perossido di idrogeno, il quale viene convertito in acqua nei perossisomi. Inoltre, i perossisomi intervengono nella degradazione delle molecole complesse(es. i grassi), oppure hanno anche la funzione di detossificare l’alcol etilico. Differenze rispetto ai procarioti: • Presenza di un sistema membranoso interno. • La membrana plasmatica è simile a quella procariotica ome nella struttura e nella funzione. Tuttavia, la parete cellulare non è presente, tranne nella cellula vegetale, che ha una composizione differente(cellulosa). • Il DNA eucariotico è organizzato in molecole lineari, chiamate cromosomi, associate ad istoni e contenute nel nucleo. Però, anche alcuni organelli(come mitocondri e cloroplasti) possono contenere DNA. • Gli eucarioti possono utilizzare ciglia e flagelli per muoversi(spermatozoi) • Si dividono per mitosi(cellule somatiche) o meiosi(cellule germinali). Il citoscheletro Il citoscheletro è posto al di sotto della membrana cellulare, è anche presente all’interno del citoplasma ed è costituito da un insieme di fibre lunghe e sottili. La tubulina è uno dei filamenti del citoscheletro, il quale svolge diverse funzioni: • Permette alla cellula di modificare la sua forma. • Consente il trasporto di vescicole nel citoplasma o all’esterno della membrana cellulare. • Permette il movimento di alcuni organuli. • Permette la contrazione muscolare(sarcomeri). • Costituisce il flusso mitotico(per la divisione cellulare). • Permette interazioni meccaniche con l’ambiente esterno. • Permette alla cellula di muoversi(cilia e flagelli). I costituenti del citoscheletro sono i filamenti(microfilamenti), i microtubuli e i filamenti intermedi. Il citoscheletro è composto da microfilamenti(filamenti di actina), che sono più concentrati nella corteccia(appena sotto la membrana plasmatica) e che intervengono nella contrazione muscolare interagendo con i filamenti di miosina(più spessi)—> Quando il muscolo è a riposo i filamenti sono distanti tra di loro, ma nel momento in cui c’è una contrazione avviene un avvicinamento tra actina e miosina, che strisciano tra di loro. Questi microfilamenti sono polimeri elicoidali a due filamenti della proteina actina, sono molto flessibili, hanno un diametro che va dai 5 ai 9 nm e sono organizzati in fasci lineari. Un altro esempio della funzione contrattile svolta dai filamenti di actina e di miosina è rappresentato dai microvilli intestinali, costituiti da una calotta di proteine sull’estremità con microfilamenti di actina che percorrono l’intera lunghezza del microvillo e che danno anche un sostegno. Poi ci sono i microtubuli, che prendono origine dal centrosoma e che si irradiano nel citoplasma entrando in contatto con la membrana cellulare. I microtubuli sono lunghi cilindri cavi composti da molecole di tubulina e hanno un diametro esterno di 25 nm. Inoltre, a differenza degli altri filamenti, si possono sia allungare sia accorciare—> Questo movimento permette alla cellula di cambiare la sua forma e la sua lunghezza; quindi, essa può presentare delle estroflessioni che prendono il nome di pseudopodi, che sono dovuti al cambiamento della forma della cellula e che hanno la funzione di legarsi alla cellula e di fissarsi sulla superficie. I microtubuli costituiscono anche le cilia e i flagelli—> Il battito delle cilia procede secondo una direzione, poi recupera la flessibilità in modo che nel ritornare non annulli il lavoro svolto e la cellula abbia la spinta per muoversi; Il flagello, invece, ha un movimento diverso perché forma delle onde di flessione che gli consentono di attuare un movimento serpentiforme. Il flagello, tagliato trasversalmente, è formato da una serie di microtubuli disposti in forma circolare secondo uno schema 9 a 2—> In particolare, ci sono 9 coppie di microtubuli fusi tra di loro due a due(che si definiscono doppiette) che formano il cilindro esterno, al centro del quale è presente una coppia di microtubuli liberi non legati tra di loro. Da ognuno dei microtubuli parte un raggio che permette di collegare le soppiatte con il centro della struttura. Invece, il corpuscolo basale è la parte da dove si originano i microtubuli(doppiette), che arrivano fino all’estremità. Infine, abbiamo i filamenti intermedi(diametro di 10 nm) che permettono a due cellule di entrare in contatto e scambiarsi informazioni tra loro. I filamenti intermedi sono composti da diversi tipi di proteine. Un tipo di filamento intermedio è la lamina nucleare, situato sotto la membrana nucleare interna, mentre altri tipi si estendono attraverso il citoplasma, dando alle cellule forza meccanica e sopportando gli stress meccanici nel tessuto epiteliale. Un esempio di filamenti intermedi sono i desmosomi, che sono costituiti da dei filamenti di connessione tra una cellula e l’altra, da una placca citplasmatica e da uno spazio intercellulare, e essi hanno la funzione di collegare strettamente cellule adiacenti e permettere il movimento di materiali. Le membrane biologiche La membrana citoplasmatica delimita la cellula separandola dall’ambiente esterno, mantiene l’omeostasi cellulare, regola il trasporto di sostanze dall’interno all’esterno e viceversa, regola il trasferimento di informazioni e permette delle interazioni fisiche con altre cellule e strutture extracellulari circostanti. Essa è composta da un doppio strato fosfolipidico contenente diverse proteine, alcuni carboidrati e molecole colesterolo. Si tratta del cosiddetto modello a mosaico-fluido, perché all’interno sono presenti diverse componenti. Abbiamo una proteina trans-membrana(integrale), che attraversa completamente il doppio strato lipidico della membrana cellulare, alla quale è legata una catena di carboidrati che va a formare una glicoproteina; pertanto, i lipidi legati a queste catene di carboidrati formano i glicolipidi. Oltre alle proteine trans-membrana, possono esserci anche delle proteine periferiche, che si trovano sul versante intracellulare o su quello extracellulare. Poi abbiamo anche le molecole di colesterolo che sono presenti tra le code dei fosfolipidi, permettendo alla membrana di avere una fluidità. I lipidi della membrana cellulare possono essere, oltre fosfolipidi, anche sfingolipidi(che possono contenere il fosfato oppure no, e quelli che lo contengono sono i fosfolipidi) e steroidi(non contengono il fosfato). I fosfolipidi presentano un gruppo polare(testa idrofila= colina+fosfato) e il glicerolo, al quale sono attaccate due catene di acidi grassi(code idrofobiche). Invece, gli sfingolipidi sono uguali ai fosfolipidi, ma al posto del glicerolo contengono la sfingosina, che contiene dei gruppi reattivi con cui prendono rapporti(es. sostanze dei farmaci). La ceramide, per esempio, è composta da una doppia catena di acidi grassi e al posto del glicerolo presenta la sfingosina. Poi ci sono i glicosfingolipidi(non contengono il fosfato), che sono degli sfingolipidi che hanno legato a se uno o più residui glucidici. Essi sono presenti principalmente nel sistema nervoso centrale. Infine, gli steroidi hanno come principale componente il colesterolo, il quale presenta una regione apolare e una porzione polare, dove è presente il gruppo OH e, inoltre, il colesterolo è molto meno anfipatico rispetto ai fosfolipidi, cioè non prende molto contatto con la parte esterna della membrana. Pertanto, una delle funzioni del colesterolo è fornire fluidità alla membrana cellulare. Le proteine di membrana La proteina integrale(o intrinseca o trans-membrana) permette il passaggio di sostanze perché entra in rapporto con le molecole presenti all’esterno o all’interno. Inizialmente si pensava che esistessero solo le proteine periferiche(o estrinseche), ma in realtà ci sono delle proteine presenti anche all’interno della membrana. Ciò che dimostrò questa teoria fu una sorta di esperimento—> Unendo due cellule, una umana e una di topo, si osservò che inizialmente le proteine di membrana su localizzavano su regioni nettamente separate tra di loro, mentre dopo poco tempo si notò come tali proteine si mescolarono tra di loro. Ciò avvenne perché all’interno della membrana plasmatica le proteine sono capaci di muoversi(fluidità). Esocitosi L’esocitosi avviene quando grosse molecole o particelle vengono fatte uscire dalla cellula per mezzo di vescicole o di vacuoli che si fondono con la membrana cellulare. Durante questo processo la membrana della vescicola secretoria si fonde e si incorpora con la membrana cellulare; di conseguenza sia il rilascio del contenuto della vescicola all’esterno della cellula. Entrambi questi meccanismi, cioè esocitosi ed endocitosi, richiedono uno notevole dispendio energetico, in quanto implicano il trasporto di grosse molecole. Un esempio di esocitosi è quello che si verifica a livello dei neuroni. Il NUCLEO Come abbiamo già detto il nucleo è delimitato da un’involucro nucleare, ossia una doppia membrana(esterna ed interna), sulla cui superficie ci sono dei pori nucleari(canali), ossia delle giunzioni. All’interno del nucleo stesso abbiamo il nucleolo. Nel nucleo avviene la trascrizione dell’RNA, quindi dal doppio filamento di DNA abbiamo la trascrizione dell’RNA. Dopodiché all’interno del nucleo si verificano dei meccanismi che prendono il nome di splicing—> L’RNA immaturo che elabora una copia della sequenza nucleotidica è costituito da esoni ed introni, per cui nel processo di splicing si verificano dei tagli in cui gli introni vengono eliminati in modo tale che si abbia la formazione di un trascritto più piccolo. Tale RNA esce dal nucleo, attraverso i pori nucleari, e si lega ai ribosomi per la sintesi delle proteine che avviene nel citosol. Il nucleo è una componente essenziale della cellula, la cui membrana nucleare non è presente nei procarioti, contiene il materiale genetico e nel nucleo si verificano dei meccanismi essenziali per la cellula, ossia la riproduzione cellulare e la sintesi delle proteine. Quindi, il ruolo del DNA è quello di coordinare e di controllare lo svolgimento di tali processi. Inoltre, esiste un modo per colorare il nucleo utilizzando dei fluorocromi, tra i quali abbiamo il DAPI, ossia un colorante organico fluorescente che si lega fortemente a regioni del DNA ricche di sequenze di adenina e timina in modo tale da vedere il nucleo di un colore blu. La microscopia a fluorescenza mi permette di rivelare e di localizzare il nucleo mediante l’uso di fluorocromi, che assorbendo luce ad una determinata lunghezza d’onda la emettono ad una lunghezza d’onda maggiore, nello spettro visibile. La funzione del nucleo è quella di permettere la duplicazione del DNA, infatti esso contiene la maggior parte del DNA cellulare(presente anche nei mitocondri). Il nucleo è delimitato dall’involucro nucleare(doppia membrana nucleare), su cui sono presenti dei pori che consentono la comunicazione tra il compartimento nucleare e quello citoplasmatico; poi all’interno della matrice nucleare sono presenti i cromosomi(cromatina addensata), costituiti da DNA e proteine. All’interno del nucleolo, invece, avviene la sintesi dei ribosomi, che una volta sintetizzati migrano all’esterno e si legano sulla membrana nucleare o vanno nel citoplasma. Pertanto il nucleo controlla anche la sintesi delle proteine. Generalmente il nucleo ha una forma tondeggiante, è localizzato nella regione centrale del citoplasma e, infine, può variare per dimensione, morfologia, posizione nella cellula e numero(possono esserci più nuclei es. cellula tumorale). Il nucleo, quindi, può avere diverse forme: sferico, ellittico(es. cellule muscolari), lobulato oppure talvolta può avere una forma irregolare(es. leucociti polimorfonucleati, spermatozoi…). Per quanto riguarda la posizione del nucleo essa dipende dal tipo di cellula, per esempio tutte le cellule secernenti, che hanno il compito di secernere sostanze, hanno un nucleo eccentrico(più in basso), mentre le cellule embrionali hanno un nucleo centrale. Un altro esempio sono le cellule neuronali(hanno un nucleo in posizione centrale rispetto al corpo cellulare), gli adipociti(il nucleo è schiacciato perché gran parte della cellula è costituita dalla goccia lipidica), l’acetabularia(un’alga marina in cui il nucleo è presente sulla porzione del piede ed è lontano dal cappello)—> La posizione del nucleo dell’acetabularia è stata scoperta grazie ad un esperimento, in cui a due specie diverse di acetabularia venne tagliata la parte superiore e dopo vennero unite; hanno osservato che l’alga, quando si è rigenerata, ha generato alcune caratteristiche di una specie e altre caratteristiche dell’altra specie. Con tale esperimento si capí che il nucleo, situato nel rizoide, contiene le informazioni genetiche e controlla lo sviluppo dell'intero organismo. Solitamente le cellule sono mononucleate, oppure possono essere polinucleate, dovute alla fusione di due cellule oppure alla mancata divisione delle cellule nonostante si siano preparate alla divisione cellulare(es. sincizi, plasmodi…), oppure possono essere anche prive di nucleo(es. globuli rossi, piastrine, squame cornee della pelle). L’involucro nucleare è costituito da una membrana interna ed una esterna, mentre i punti di giuntura sono dati dai pori nucleari. Tali membrane sono connesse al RE e all’interno tra le due membrane c’è uno spazio, definito spazio perinucleare. Il poro nucleare si forma grazie alla fusione delle due membrane con la formazione di “canali”, infatti si tratta di un canale mediante il quale avviene il passaggio di sostanze dall’interno verso l’esterno e viceversa. Esso è costituito da proteine del poro(nucleoporine) e attraverso il poro avviene il passaggio delle molecole di RNA e di alcune sostanze, ma tutto ciò che passa viene controllato e il passaggio non avviene in maniera spontanea. Infatti esiste un processo che permette l’ingresso e l’uscita controllate—> Si tratta del “complesso del poro nucleare”. Il poro nucleare è composto da 8 proteine poste in maniera simmetrica attorno al poro, sia sul lato esterno sia su quello interno; poi abbiamo altre proteine che formano dei collegamenti con la parte centrale, chiamata trasportatore, attraverso il quale avviene l’apertura e la chiusura del canale del poro nucleare. Poi altre proteine formano otto raggi che, di partendosi dagli anelli, si dirigono verso il centro del poro raggiungendo il trasportatore. Esistono anche le cosiddette proteine di ancoraggio, che permettono alla struttura di rimanere ferma e stabile. In più ci sono anche delle fibre sia sul versante interno sia su quello esterno(formano una sorta di canestro) che permettono il legame è la stabilità di questo complesso. Come avviene il trasporto attraverso il poro? Ioni, piccoli metaboliti e proteine globulari fino a 40 kilodalton possono diffondersi in maniera passiva attraverso la regione centrale acquosa del canale del poro, invece le proteine di grandi dimensioni hanno bisogno di proteine trasportatrici solubili, che legano delle molecole che devono passare all’interno del canale e le portano all’interno o all’esterno. Esistono proteine di trasporto che portano le sostanze dall’interno del nucleo verso l’esterno, definite esportine, mentre quelle che fanno l’esatto contrario sono le importine. Quindi, le importine legano a sé la molecola che deve entrare nel nucleo, il poro riconosce una sequenza amminoacidica specifica definita NLS, e l’interazione dell’importina con il poro permette l’apertura del canale e il passaggio delle sostanze; alla fine c’è il distacco dell’importina dal fattore citosolico(molecola). Inoltre, al di sotto della membrana nucleare abbiamo il nucleoscheletro costituito da una lamina nucleare(fitta rete di proteine, che è presente sul versante intranucleare della membrana e che è costituita da 4 tipi di polipeptidi, definiti lamine—> Di tipo A, B1, B2 e C, in cui le lamine A e C sono similari ai filamenti intermedi del citoscheletro) e da una matrice nucleare(formata da un’estesa matrice fibrogranulare che partecipa a mantenere integra la forma del nucleo). Funzioni della lamina nucleare: supporto strutturale per l’involucro nucleare, sito di attacco per le fibre di cromatina alla periferia del nucleo e, inoltre, svolge un ruolo poco chiaro nella replicazione e nella trascrizione del DNA e nella regolazione dell’espressione genica. Mentre le funzioni della matrice nucleare sono: impalcatura su cui si associano strettamente le fibre di cromatina per la propria organizzazione strutturale e poi è anche un sistema di ancoraggio per alcuni complessi molecolari coinvolti nella duplicazione e nella trascrizione. Dopodiché abbiamo il nucleolo che, per sintetizzare i ribosomi, possiede un gruppo di geni che portano le informazioni per la sintesi dell’RNA ribosomiale(permette la sintesi dei ribosomi), diverso dall’mRNA necessario per la sintesi delle proteine. IL DNA Il nucleo contiene il materiale genetico(DNA), complessato con proteine specifiche(istoni) e ripiegato a costruire la cromatina. Prima dell’inizio della divisione cellulare la cromatina si addensa portando alla formazione visibile dei cromosomi. Il cromosoma è costituito da eucromatina, situata nel nucleoplasma(quella meno condensata ed è la cromatina definita trascrizionalmente attiva) e da eterocromatina, situata vicino alla zona perinucleare(un po’ più scura, è più compatta ed è definita cromatina trascrizionalmente inattiva—> Non trascrive e non può essere utilizzata per la sintesi proteica, in quanto non codifica). Come sappiamo la doppia elica del DNA si avvolge sempre di più fino alla formazione dei cromosomi—> I nucleosomi(diametro di 10 nm), ossia il primo livello di organizzazione della cromatina, sono formati dalla doppia elica del DNA avvolta ad otto proteine, chiamate istoni. E la cromatina può essere ulteriormente condensata da un avvolgimento in fibre di 30 nm, poi i nucleosomi pian piano si avvolgono sempre di più fino ad arrivare alla formazione della fibra di cromatina con un diametro superiore e fino a creare il cromosoma vero e proprio(1400 nm). Inoltre, esistono altre proteine dette non istoniche che si legano a delle regioni situate tra un nucleosoma e l’altro. Nella fase di trascrizione ciò che verrà trascritta è soltanto l’eucromatina, in quanto essa costituisce il 90% di cromatina presente sul cromosoma, mentre l’eterocromatina solo il 10%. Il 10% dell’eucromatina, presente nel 90%, lo ritroviamo sottoforma di fibre di 10 nm, mentre il restante 80% lo ritroviamo sottoforma di fibre di 30 nm(più è spessa la fibra più è difficile la trascrizione, la quale per avvenire la fibra si deve despiralizzare). Invece, nel caso dell’eterocromatina essa è trascrizionalmente inattiva perché si presenta in uno stato molto condensato. Un cromosoma, tra l’altro, è composto da un braccio corto e uno lungo, da eterocromatina ed eucromatina, dai centromeri(sito di ancoraggio del fuso mitotico) e dai cosiddetti telomeri, i quali i movimenti dei cromosomi ed è costituito da microtubuli che si originano da due organuli chiamati centrosomi. Durante la prometafase l’involucro nucleare scompare completamente e i due cromatidi fratelli si attaccano al fuso mitotico. Alla fine di questa fase i cromatidi fratelli iniziano a spostarsi, ma sono ancora uniti a livello del centromero. Nella metafase i cromosomi raggiungono il centro della cellula e i centromeri si allineano lungo il piano equatoriale formando la cosiddetta piastra metafasica o equatoriale. Nell’anafase i due cromatidi fratelli si separano, spostandosi verso le estremità opposte del fuso mitotico. Durante la telofase i cromosomi si despiralizzano e ricompare la cromatina e, inoltre, anche l’involucro nucleare e il nucleolo si aggregano. Infine avviene la citodieresi, ossia quel processo attraverso il quale i due nuclei figli si separano in due cellule distinte, richiedendo anche la divisione del citoplasma. Bisogna ricordare che la mitosi non comporta alcuna variazione del corredo cromosomico, in quanto nella separazione mantiene l’assetto cromosomico di 46 cromosomi grazie alla duplicazione del materiale genetico. Inoltre, esistono diverse sostanze e complessi proteici che controllano e regolano il passaggio da una fase all’altra—> Nel ciclo cellulare ci sono dei punti di controllo(punto di controllo in G1, in G2 e metafasico), i quali regolano la progressione da una fase all’altra e impediscono di passare velocemente da una fase all’altra nel caso in cui non si siano verificate tutte quelle reazioni biochimiche necessarie. Abbiamo il punto di controllo in G1, che controlla che il DNA sia integro, che vi siano gli elementi nutritivi necessari per la crescita cellulare è che nell’ambiente extracellulare vi siano i fattori di crescita idonei. Quindi, la cellula deve rispondere ad alcune domande—> La cellula è abbastanza grande? L’ambiente è favorevole? Il DNA è integro? Cioè la cellula deve avere questi requisiti, ovvero il DNA della cellula non deve essere danneggiato perché altrimenti la cellula non si potrà dividere e si arresterá. Nel caso in cui nella fase G1 i fattori di crescita non siano disponibili la cellula passa alla fase G0(definita fase di quiescenza), in cui la cellula è metabolicamente attiva, ma non si divide e non prolifera. Le cellule nervose e quelle striate dei muscoli scheletrici, ad esempio, rimangono in questo stadio per tutta la vita dell'organismo. Invece, le cellule che si dividono in continuazione sono quelle staminali, ossia cellule indifferenziate che, dividendosi, danno origine a cellule figlie che potranno iniziare un percorso differenziativo specifico. Nel punto di controllo in G2, invece, si controlla che il DNA non abbia subito danni o mutazioni, per cui impedisce ad una cellula di proseguire con la mitosi se non ha completato la duplicazione genetico. Quindi, la cellula deve rispondere anche qui a dei requisiti—> Tutto il dna è replicato? L’ambiente è favorevole? La cellula è abbastanza grande? Se la duplicazione non è avvenuta completamente la cellula rimane in G2, mentre nel caso in cui la cellula sia danneggiata in questo punto esiste un enzima che ripara il danno provocato al DNA e che permette alla cellula di andare incontro alla fase M, ma se il danno non viene riparato la cellula muore(apoptosi). Nel punto di controllo metafasico, invece, si verifica se è avvenuta l’interazione tra le fibre del fuso mitotico ed i diversi cromosomi, per cui bisogna rispondere anche qui ad un requisito—> Tutti i cromosomi sono allineati sulla piastra equatoriale? Solo in questa condizione(i cromosomi devono stabilire un legame solido con il fuso mitotico) è possibile passare alla fase successiva. Però ciò che controlla il passaggio da una fase all’altra sono anche i complessi proteici. Tali proteine di controllo vengono attivate o disattivate in base alla fase in cui si trova la cellula e, pertanto, la inducono a passare da una fase all’altra. La fosforilazione(aggiunta di un gruppo fosfato), che consente alla proteina di attivarsi, viene svolta dalle protein-chinasi, mentre la defosforilazione si verifica ad opera delle protein- fosfatasi(disattivazione della proteina). Nel caso del ciclo cellulare, il controllo del complesso proteico avviene attraverso le chinasi-ciclina-dipendenti(CDK)e le cicline, che si formano in alcuni punti di ogni fase. Le cicline hanno il compito di accendere o spegnere delle protein-chinasi(CDK) e la loro concentrazione varia periodicamente nel corso del ciclo cellulare. Invece la CDK, ossia le chinasi-ciclina-dipendenti, permette il passaggio da una fase all’altra. Quindi, tali complessi proteici sono definiti dei “posti di blocco”, che devono essere attivati per passare alla fase successiva. Esistono diversi tipo di cicline e di CDK, per esempio il transito attraverso i momenti iniziali della fase G, è garantito dai complessi formati dalle cicline D e dalle chinasi Cdk4 e Cdk6, mentre la fase più tardiva della G, e la transizione G1→ S sono sotto il controllo della chinasi Cdk2 e della ciclina E. Il transito attraverso la fase S è invece permesso dal complesso formato dalla ciclina A e dalla chinasi Cdk2. Infine, la mitosi è attivata da Cdk1 associata con la ciclina B. Le cellule tumorali non hanno un controllo vero e proprio delle fasi perché i complessi proteici risultano danneggiati, cioè essi non sono regolati e per esempio l’eccessiva quantità di ciclina stimolano la cellula a proliferare in maniera continua. Esistono, però, delle proteine particolari, ossia la p53(induce l’apoptosi delle cellule tumorali) e la p21(inibitore della CDK), definite “soppressori tumorali” o “oncosoppressori”, infatti la p53 sintetizza gli inibitori della CDK e blocca il ciclo cellulare delle cellule tumorali—> Quando c’è un danno a livello del DNA e la p53 non è in grado di sintetizzare questo inibitore della CDK la cellula continua a dividersi in modo continuo. La meiosi La meiosi si trova alla base della riproduzione sessuata, la quale produce organismi che NON sono geneticamente identici ai genitori e ai fratelli. L’organismo figlio si sviluppa da una cellula chiamata zigote prodotta in seguito alla fecondazione, ossia alla fusione di due cellule chiamate gameti aploidi(spermatozoi e cellule uovo). Negli esseri umani e negli animali la maggior parte delle cellule non è specializzata per la riproduzione; si tratta di cellule somatiche, che sono diploidi(23 coppie di cromosomi omologhi). Invece, i gameti(cellule germinali) contengono una singola serie di cromosomi e per questo sono aploidi. Il processo che dimezza il numero di cromosomi presenti nei gameti è la meiosi, che si verifica nelle cellule germinali. La meiosi consiste in due divisioni successive che dimezzano il numero di cromosomi, generando quattro gameti aploidi. Per questo distinguiamo la meiosi I e la meiosi II. All’inizio della profase I i cromosomi omologhi si compattano e si appaiano creando un appaiamento chiamato sinapsi. In questa fase i quattro cromatidi di ciascuna coppia di omologhi formano una struttura denominata tetrade. Ad un certo punto sembra che i centromeri di due cromosomi omologhi si respingono, mentre i bracci mostrano dei punti di contatto—> Queste regioni in contatto assumono l’aspetto di una X e per questo sono definiti chiasma. A questo punto avviene il Crossing over, cioè lo scambio di segmenti corrispondenti fra cromatidi appartenenti a cromosomi omologhi(ciò accresce la variabilità genetica). Nella Prometafase I l’involucro nucleare e il nucleolo si risolvono e si forma un fuso formato da microtubuli che si attaccano ai cromosomi. Nella metafase I i cromosomi raggiungono la piastra equatoriale. Nell’anafase I i cromosomi omologhi, ciascuno formato da due cromatidi, si separano e si muovono verso i poli opposti della cellula. Infine, nella telofase I i cromosomi si raccolgono all’interno di due nuovi nuclei e la cellula si divide. Inoltre, durante questa fase si riforma l’involucro nucleare. Durante la Profase II i cromosomi si condensano nuovamente. Nella metafase II, in ciascuno dei due nuclei prodotti dalla meiosi I, i cromosomi si allineano lungo la piastra equatoriale. Nell’anafase II i centromeri dei cromatidi fratelli si separano e i cromosomi figli migrano verso i poli opposti. Nella telofase II i cromosomi si despiralizzano, riformando la cromatina e si riforma anche la membrana nucleare. Infine, le cellule si dividono dando origine a quattro cellule aploidi. Meiosi I Tuttavia, Le DNA polimerasi non possono sintetizzare catene di DNA senza un innesco, chiamato primer, che è dato dalla formazione di una catena di RNA provvisoria lunga circa 10 nucleotidi, la quale si crea grazie all’azione di un altro enzima, detto RNA primasi. Le DNA polimerasi possono allungare le catene esclusivamente indire direzione 5’—>3’, quindi un filamento è sintetizzato senza interruzioni ed è chiamato filamento leader o veloce, mentre l’altro viene sintetizzato in modo discontinuo, originando i cosiddetti frammenti di Okazaki, ed è definito filamento ritardato o lento. Tra l’altro, attraverso l’enzima DNA ligasi, i primer vengono sostituiti dai frammenti di Okazaki, i quali vengono saldati tra loro dando vita ad un nuovo filamento complementare a quello lento. Il “dogma centrale della biologia” afferma che il processo di duplicazione si verifica solo quando si parla di DNA e che quando si parla di trascrizione abbiamo la sintesi dell’RNA, da cui poi si arriva alle proteine tramite la traduzione. Dunque, il dogma sostiene che l’informazione deve fluire dal DNA, all’RNA alle proteine(dal genotipo al fenotipo)—> Il fenotipo non potrà mai influenzare il genotipo. L’unica eccezione al dogma sono i virus a RNA. Esempio—> L’emoglobina è una proteina che trasporta l’ossigeno composta da diversi amminoacidi, ma se un amminoacido viene sostituito con un’altro diverso può avvenire una mutazione fenotipica. Infatti, se per esempio nella catena amminoacidica dell’emoglobina il glutammato viene sostituito con la valina avremo un globulo rosso falciforme(non funzionale). La sintesi delle proteine La costruzione di una proteina prevede due fasi: la trascrizione e la traduzione. Trascrizione—> Il DNA viene usato come “filamento stampo” a cui si legheranno dei codoni(nucleotidi) complementari per la formazione dell’RNA messaggero. Traduzione—> Dopo la sintesi dell’mRNA, viene tradotta l’informazione e viene prodotta la proteina, costituita da una sequenza amminoacidica. La sintesi della proteina si verifica mediante i ribosomi, che leggono l’mRNA e traducono il messaggio, sintetizzando le proteine. La sequenza di nucleotidi del DNA determina la sequenza degli amminoacidi di un polipeptide, quindi i codoni dell’mRNA(complementari alla sequenza di DNA) saranno capaci di definire e di determinare il legame dell’anticodone. Ad ogni tripletta corrisponde un amminoacido specifico. La trascrizione ha lo scopo di copiare il messaggio contenuto nel DNA in una molecola complementare e in tale processo é indispensabile la sintesi dell’RNA. Nella trascrizione ogni gene trasferisce l’informazione all’mRNA. Il processo di trascrizione è suddiviso in tre stadi: inizio, allungamento e terminazione. Il primo stadio richiede un promotore, una speciale sequenza presente per ogni gene alla quale si lega l’enzima RNA polimerasi. Questi promotori sono necessari per indicare all’RNA polimerasi da dove far partire la trascrizione, quale filamento del DNA trascrivere e in quale direzione procedere. Dopo che l’RNA polimerasi si è legata al promotore essa comincia ad aprire i due filamenti del DNA. A questo punto inizia l’allungamento, in cui la RNA polimerasi legge il filamento stampo in direzione 3’—>5’ e aggiunge nuovi nucleotidi al filamento in crescita—> La direzione in cui cresce l’RNA è da 5’ a 3’ e non necessita di primer. A questo punto ha inizio la trascrizione del DNA è, quindi, la sintesi dell’mRNA. Infine, sul filamento stampo del DNA ci sono delle sequenze di basi che ne stabiliscono la terminazione. Il sito di apertura, inoltre, è definito “complesso aperto”, in cui si verifica la trascrizione, che avviene solo nel nucleo. Successivamente, si verifica un processo definito splicing, in cui degli enzimi vanno a tagliare in corrispondenza della terminazione dell’esone precedente e della terminazione dell’esone successivo. Tale meccanismo, quindi, consiste nella rimozione degli introni (sequenze di basi non codificanti) e nel ricongiungimento degli esoni nel trascritto di mRNA di un gene eucariotico, prima che esso esca dal nucleo. Il processo di traduzione ha luogo presso i ribosomi presenti nel citoplasma. Il ribosoma ha un sito di legame per l’mRNA(sulla subunitá minore) e tre siti di legame per il tRNA(sulla subunitá maggiore). La traduzione dell’mRNA in proteine richiede una molecola capace di mettere in relazione l’informazione contenuta nei codoni dell’mRNA con specifici aminoacidi delle proteine —> Questa funzione è svolta dal tRNA. Un ruolo importante nella sintesi proteica è svolto dai ribosomi, costituiti da due subunità separate che si uniscono durante la traduzione. Sulla subunità maggiore del ribosoma si trovano tre siti di legame per tRNA: • Nel sito A(da amminoacido) l’anticocodone dell’tRNA si lega al codone dell’mRNA. • Nel sito P(da peptide) il tRNA cede il proprio amminoacido nella catena polipeptidico in crescita. • Nel sito E(da exit) il tRNA, dopo aver consegnato il proprio amminoacido, si stacca dal ribosoma e torna nel citosol per raccogliere un’altra molecola di amminoacido. Inoltre, anche la traduzione si verifica attraverso tre tappe: inizio, allungamento e terminazione. Il codone di inizio è AUG, che codifica la metionina. La traduzione dell’mRNA inizia con la formazione di un complesso di inizio, costituito da un tRNA caricato con il primo amminoacido(la metionina) e da una subunità minore entrambi legati all’mRNA. Dopo che il tRNA si è legato all’mRNA, il tRNA caricato con la metionina scorre nel sito P del ribosoma, mentre il sito A si allinea al secondo codone dell’mRNA. Dopodiché inizia l’allungamento, in cui nel sito a entra il tRNA carico, il cui anticocodone è complementare al secondo codone dell’mRNA(permettendo la formazione del legame peptidico e l’allungamento della catena polipeptidica). Per cui la subunità maggiore rompe il legame fra il tRNA nel sito P e il suo amminoacido, e catalizza la formazione di un legame peptidico tra questo amminoacido e quello attaccato al tRNA situato nel sito A. Succede il tRNA si sposta nel sito E, da cui poi si distacca. La terminazione avviene quando nel sito a entra uno dei tre codoni di stop, ossia UAA, UAG e UGA, che non codificano nessun amminoacido e non si legano a un tRNA. L’espressione del genoma umano può variare in base al tipo di cellula, ma tutte le cellule di un determinato organismo possiedono lo stesso corredo cromosomico e DNA identico. Quindi, ci sono delle cellule che producono per esempio muco rispetto alle altre, ma tutte hanno lo stesso DNA. Per cui l’espressione genica(sintesi delle proteine) può essere tessuto-specifica, in quanto in base alla funzione del tipo di cellula viene maggiormente prodotta una determinata proteina piuttosto che un’altra. I principali tipi di regolazione dell’espressione genica sono il controllo genetico?, il controllo trascrizionale e il controllo post-trascrizionale. L’RNA L’RNA è composto da una serie di nucleotidi uniti in un singolo filamento e sono costituiti da uno zucchero pentoso(ribosio), dal gruppo fosfato e da delle basi azotate(adenina, uracile, citosina e guanina). Esistono diversi tipi di RNA: • mRNA(RNA messaggero), sul quale il DNA trascrive codoni(triplette) di una proteina. • tRNA(RNA transfer o RNA di trasporto), che trasporta amminoacidi che si trovano nel citoplasma ai ribosomi in modo da assemblare la proteina. Esso è costituito da un anticodone(tripletta complementare al codone), che si accoppia con il codone complementare dell’mRNA e, tale appaiamento si verifica durante il processo di traduzione. Inoltre, il tRNA presenta un amminoacido sull’estremità 3’ necessario per la costruzione della proteina. • rRNA(RNA ribosomiale), che sintetizza solo ribosomi, cioè le due subunitá ribosomiali(maggiore e minore). Le mutazioni genetiche Le mutazioni sono dovuti ad errori durante la duplicazione del DNA, perciò esse sono delle variazioni stabili delle sequenze di basi del DNA, della struttura oppure del numero di cromosomi. Ma le mutazioni possono verificarsi anche a causa di errori che si verificano durante la sintesi delle proteine(es. anemia falciforme). Le mutazioni possono colpire due tipi di cellule: • Mutazione germinale, se la mutazione si verifica in una cellula che va incontro a meiosi—> Può determinare l’insorgere di malattie genetiche e ereditarie. Talvolta questo tipo di mutazione può risultare utile perché può dare all’organismo una maggiore capacità di adattamento all’ambiente(infatti le mutazioni rendono possibile l’evoluzione dei viventi). • Mutazione somatica, se l’errore si verifica durante la mitosi—> Può causare l’invecchiamento o, nel peggior dei casi, il cancro. Infatti, ci sono i cosiddetti oncogeni, che in genere sono inattivi, ma che esse esposti a particolari sostanze chimiche cancerogene o a radiazioni possono attivarsi e causare tumori. Le mutazioni possono essere classificate in: genomica, cromosomica e puntiforme/genica. Le mutazioni puntiformi interessano una sola base azotata del DNA e possono verificarsi per la sostituzione di una base azotata con un’altra differente. In questo caso possono verificarsi due principali conseguenze: • Mutazione silente, che consiste nella sostituzione di una base azotata con un’altra differente, però non comporta alcuna alterazione della proteina finale, in quanto il codone risultante codificherà per lo stesso amminoacido originario. • Mutazione di senso, cioè quando il codone finale viene tradotto in un amminoacido diverso da quello originario, per cui cambia il senso della proteina(un esempio è l’anemia falciforme). • Mutazione missenso, in cui la proteina prodotta non è funzionale o è alterata. Pertanto, la mutazione puntiforme e anche causata dall’aggiunta di un nucleotide o dalla delezione di una base azotata. In questo caso viene lo spostamento della griglia addirittura per cui gli aminoacidi vengono codificati in maniera completamente differente—> Si tratta della mutazione non senso, in cui la sintesi si arresta e la proteina non viene sintetizzata.