BIOLOGIA CELLULARE appunti per CTF, Appunti di Biologia Cellulare

Scarica BIOLOGIA CELLULARE appunti per CTF e più Appunti in PDF di Biologia Cellulare solo su Docsity! BIOLOGIA CELLULARE LE MACROMOLECOLE MACROMOLECOLE . Sono polimeri (lunghe molecole costituite da numerose subunità, mono- meri, legate tra di loro con legami covalenti). Nelle cellule la loro sintesi (reazioni di polimerizzazione e nello specifico di condensazione) e la loro degradazione (idrolisi) sono facilitate dall'intervento di enzimi. CARBOIDRATI Composti formati da C, H e O che hanno funzione energetica, di ri- serva e strutturale. Monosaccaridi Possiedono gruppi carbonilici (aldeidi → aldosi, chetoni → che- tosi) e ossidrili. Si classificano an- che in base alla lunghezza della catena (trioso, tetroso, pentoso, essoso, eptoso ...). Presentano un carbonio chirale. In natura esi- stono sia in struttura lineare che in struttura ciclizzata. Es. gluco- sio, fruttosio, galattosio. Disaccaridi 2 monosaccaridi legati tramite legame glicosidico. Es. maltosio, lattosio, saccarosio. Polisaccaridi DI DEPOSITO: amido (polisacca- ride di riserva delle piante: unità di α-glucosio legati da legami 1-4 gli- cosidici. È diviso in amilosio -ca- tena principale- e amilopectina - ramificazioni con legami 1-6), gli- cogeno (simile all'amilopectina ma con ramificazioni più frequenti ed estese. Si accumula negli epa- tociti e nei miociti). STRUTTURALI: cellulosa (costitui- sce la parete cellulare delle c. ve- getali formata da unità di ß-gluco- sio uniti da legami 1-4 → struttura lineare. Più molecole di cellulosa si uniscono con legami H formando microfibrille), chitina (costituente dell'esoscheletro degli artropodi, presente anche nei funghi, simile alla cellulosa con legami ß1-4 con la differenza che il glucosio pos- siede un legame contenente N) LIPIDI Non sono polimeri (ergo sono finte macromolecole). Classe eteroge- neo di composti idrofobi costituiti da C, H e O. Tali composti hanno BIOLOGIA CELLULARE LE MACROMOLECOLE funzione di riserva, ormonale, regolatrice e strutturale (principali co- stituenti delle membrane biologiche). Ac. Grassi e trigliceridi ACIDI GRASSI lunghe catene idrocarburiche (di solito con n° di C pari) con un gruppo carbossi- lico. Si dividono in saturi (solo le- gami singoli, in genere solidi) e in- saturi (sono presenti doppi e tripli legami, in genere liquidi). TRIGLICERIDI glicerolo + 3 ac. grassi (uniti con legame estere). Fosfolpidi Glicerolo + 2 ac. grassi (coda apolare che si dispone all'interno delle membrane) + 1 gruppo fo- sfato (derivato dall’ac. ortofosfo- rico. Costituisce la testa polare, con carica negativa). Si dispon- gono in doppi strati → mem- brane biologiche. Steroidi Caratterizzati da uno scheletro formato da 4 anelli condensati (es. colesterolo). Molti ormoni sono steroidei. PROTEINE Composti formati da C, H, O e N con numerose funzioni (strutturale, di difesa, regolatrice, enzimatica, deposito, movimento, messaggero, recet- toriali, etc.). Sono polimeri costituiti da amminoacidi (20 in totale) uniti da legami peptidici (carbossile-amminico). Da notare la differenza tra polipeptide (sequenza amminoacidica) e proteina (molecola biologica- mente attiva). Amminoacidi Monomero contenente un gruppo carbossile e uno amminico. Tale molecola presenta un carbonio chirale (α) a cui sono legati i 2 gruppi funzionali, un H e una catena laterale che ne determina le caratteri- stiche chimiche. In base alla catena laterale si distinguono in: apolari, polari ed elettricamente carichi. Struttura PRIMARIA è la sequenza amminoacidica. SECONDARIA è il risultato della presenza di legami H a intervalli rego- lari lungo lo scheletro della catena polipeptidica. α-elica: struttura eli- coidale con legami H ogni 4 aa. ß-foglietto: segmenti della catena po- lipeptidica paralleli che sono stabilizzati da legami H. BIOLOGIA CELLULARE LA CELLULA LA CELLULA . TEORIA CELLULARE le cel- lule sono gli elementi costi- tutivi di tutti gli organismi vi- venti. Si fonda su 3 concetti fondamentali:  le cellule sono gli "elementi strutturali" dei pluricellulari;  le cellule hanno origine dalla divisione di cellule pree- sistenti;  le cellule sono le più pic- cole unità strutturali in grado di svolgere tutte le funzioni vitali. La cellula è formata da citoplasma racchiuso in una membrana pla- smatica, ed è immersa in un mezzo acquoso, fluido extracellulare. Le dimensioni di una cellula sono determinate dal rapporto nu- cleo/citolasma (basso in cellule differenziate e alato in attività di sintesi) e da quello superficie/volume (scambi metabolici). Il numero delle cellule determina la grandezza dell’organismo CLASSIFICAZIONE DELLE CELLULE Sulla base dell’organizzazione:  Eucarioti: l'informazione genetica è racchiusa nel nucleo Sono presenti organelli delimitate da membrane che hanno fun- zioni specifiche (protozoi, fungi, organismi vegetali e animali);  Procarioti: l'informazione genetica è contenuta in una regione del citoplasma, il nucleoide. Non sono presenti organelli ma regioni del citoplasma delimitate da proteine nelle quali si svolgono spe- cifiche reazioni (battari e cianofiti) Sulla base del loro ciclo cellulare:  Labili: cellule soggette al rinnovamento, che vengono continua- mente sostituite da cellule nuove (cute); BIOLOGIA CELLULARE LA CELLULA  Stabili: cellule in espansione, smettono di dividersi a crescita completa dell'individuo, ma possono riprendere a dividersi come conseguenza di ferite o traumi (fegato, tiroide, tessuto muscolare)  Perenni: cellule statiche, perdono la capacità di dividersi prima ancora che l'accrescimento dell'organismo sia completo.  Staminali: cellule nell’organismo che mantengono la capacità di riprodursi per tutta la vita, e rimangono indifferenziate, potendo quindi dare luogo a diversi tipi cellulari. Nel corpo ci sono 2 tipi di cellule: sessuali (germinali o riproduttive rap- presentate da spermatozoi e ovociti) e somatiche (tutte le altre cellule). MEMBRANA PLASMATICA O PLASMALEMMA Costituisce il limite esterno della cellula. Le sue funzioni includono:  isolamento fisico: il doppio strato lipidico è una barriera fisica in grado di separare l'interno della cellula dal fluido extracellulare;  regolazione degli scambi con l'ambiente: selettivamente per- meabile, controlla l'ingresso e l'eliminazione di sostanze;  sensibilità: risente delle modificazioni dell'ambiente extracellu- lare. Contiene un gran numero di recettori che permettono alla cellula di rispondere agli stimoli ambientali e di comunicare con altre cellule;  comunicazione cellula-cellula: adesione e sostegno strutturale grazie a connessioni specializzate tra membrane adiacenti o tra queste ultime e il materiale extracellulare. Elementi e struttura È costituita da fosfolipidi, proteine, glicolipidi e steroli. La composi- zione varia a seconda della specifica funzione svolta dalla cellula. Fosfolipidi Costituiscono un doppio strato in cui le molecole, anfipatiche, sono di- sposte in maniera tale che le teste, polari, si trovano in superficie e le code, apolari, rivolte verso l'interno (struttura trilaminare con gli strati esterni elettrodensi). Sono fosfatidilcolina, fosfatidilserina, fosfatidileta- nolamina e sfingomielina (da sfingolipidi). BIOLOGIA CELLULARE LA CELLULA Proteine  periferiche: non sono immerse nel doppio strato lipidico sono, piuttosto, delle appendici debolmente associate alla superficie della membrana spesso ancorate alle regioni esposte delle proteine integrali;  integrali: attraversano tutto lo spessore della membrana. La maggior parte sono molto lunghe e ripiegate e possono occupare l'intero spessore della membrana. Alcune formano canali che per- mettono il passaggio di molecole di H2O, ioni e di piccoli composti idrosolubili. Altre hanno un ruolo nel riconoscimento intercellulare, oppure come catalizzatori o recettori. La membrana è semifluida; le proteine si muovono al suo interno, in- fatti, possono migrare da un lato all'altro o ribaltarsi passando da uno strato fosfolipidico all'altro. Fanno eccezione soltanto alcune proteine di membrana che sono strettamente attaccata al citoscheletro. Glicolipidi e glicoproteine (5% della membrana) Formano un rivestimento esterno viscoso di pro- tezione (anche isolante elettrico), glicocalice. Funzionano come recet- tori, conferiscono una carica negativa netta alla membrana gangliosidi. Steroli Stabilizzano la struttura e la mantengono fluida. Limitano il movimento dei fosfolipidi e diminuiscono la temperatura di solidificazione (tempe- ratura di transizione di fase solido → liquido cristallino per via della fu- sione delle catene alifatiche) e la permeabilità. Es. colesterolo diminuisce il n° legami deboli tra catene di ac. grassi. Permeabilità di membrana: processi passivi e attivi Maggiore è la permeabilità, più facilmente le sostanze riescono ad at- traversare la membrana. Le membrane cellulari sono selettivamente permeabili. La differenza di permeabilità può essere dovuta alle di- mensioni, alla carica elettrica, alla forma molecolare, alla solubilità di una sostanza. Il passaggio attraverso la membrana può essere un pro- cesso attivo (trasporto attivo, endo- ed esocitosi) o passivo (diffusione, osmosi e diffusione facilitata). BIOLOGIA CELLULARE LA CELLULA o [𝐾+]𝑐𝑖𝑡𝑜𝑠𝑜𝑙 > [𝐾+]𝐸𝐶𝑀 mentre [𝑁𝑎+]𝑐𝑖𝑡𝑜𝑠𝑜𝑙 < [𝑁𝑎+]𝐸𝐶𝑀 → po- tenziale transmembrana; o Nel citosol è presente una maggiore [proteine] disciolte e in sospensione, una quantità piuttosto scarsa di carboidrati e grosse riserve di aminoacidi e lipidi; o Il citosol contiene masse di sostanze insolubili, inclusioni, co- stituite da depositi di nutrienti.  Organuli strutture intracellulari che svolgono specifiche funzioni. ORGANULI Organuli non membranosi Sono sempre a contatto con il citosol Citoscheletro Rete interna di fibre che si basano sulla sinergia tra tensione e compres- sione. Permettono alla cellula di mantenere un’organizzazione strut- turale interna e la loro forma e permettono loro di muoversi grazie all’interazione con proteine motrici (contrazione), prendono parte alla segregazione dei cromosomi e alla citodieresi. N.B. il citoscheletro subisce variazioni in caso di patologie e con la pres- sione e tensione superficiale delle altre cellule e dei liquidi biologici Microfilamenti Sottili filamenti proteici (actina). Funzioni: Ancorano il citoscheletro alle proteine della membrana (stabilizza la loro posizione; conferisce resistenza meccanica alla mem- brana e la àncora al citoplasma); possono interagire con microfilamenti o strutture più grandi costituite da miosina, per produrre movimenti attivi o cambiamenti di forma della cellula. Struttura: cilindrici, compatti e sottili costituiti principalmente da un doppio filamento di actina. Forniscono resistenza alla tensione e for- mano all'interno della cellula un reticolo (cortex). Alcuni, invece, sono formati da miosina. Actina e miosina scorrono l'una sull'altra deter- minando la contrazione. Si deformano facilmente ma non sono molto resistenti BIOLOGIA CELLULARE LA CELLULA Filamenti intermedi La composizione varia. Forniscono resistenza (specialmente alla ten- sione e alla torsione), stabilizzano la posizione degli organuli e tra- sportano materiale nel citoplasma. Sono presenti solo in alcune cel- lule animali. Sono formate da proteine appartenenti alle cheratine, sono più stabili e meno solubili, vengono smantellate e ricostruite fre- quentemente. Formano la lamina nucleare. Possono essere raggrup- pati in 6 classi caratterizzate da una combinazione di proteine specifiche. Filamenti spessi Relativamente grossi composti da miosina, interagiscono con i fila- menti di actina per produrre potenti contrazioni. Microtubuli Sono strutture a forma di tubo cavo costituiti da molecole di (α + β) tubulina disposte in eliche sinistrorse. Si formano e dopo qualche tempo, si disgregano. Vicino al nucleo si trova il centrosoma, a partire dal quale si irradiano verso la periferia. Molto resistenti ma poco de- formabili. I microtubuli possiedono varie funzioni:  Componente principale del citoscheletro, conferisce resistenza, rigidità e àncora i principali organuli nelle loro posizioni;  Il loro assemblaggio e/o disassemblaggio determina un cambia- mento nella forma e assiste il movimento cellulare;  Si legano agli organuli e a materiali intracellulari spostandoli all'in- terno della cellula (vescicole sinaptiche, citodieresi, endo/esocitosi);  Durante la divisione cellulare formano il fuso mitotico;  Componenti strutturali di altri organuli, in questo caso sono stabili (centrioli, ciglia e flagelli). Centrioli (corpuscolo centrale) Struttura cilindrica composta da 9 gruppi di corti microtubuli, cia- scuno formato da una tripletta. Il centrosoma è la regione di citopla- sma che contiene la coppia di centrioli e dirige l'organizzazione dei microtubuli del citoscheletro (ciglia e flagelli). Non sono fondamentali. Diplosoma = centrosoma x2 BIOLOGIA CELLULARE LA CELLULA Ciglia Strutture proteiche costituite da 9 coppie di microtubuli che ne cir- condano 2 centrali. Sono ancorate a un corpuscolo basale posto ap- pena sotto la superficie cellulare. La struttura del corpuscolo basale assomiglia a quella del centriolo. Realizzano un movimento alternato che sviluppa una forza in direzione perpendicolare rispetto all'asse e possono essere utilizzate anche come recettori. Flagelli Simili alle ciglia (stessa struttura), ma molto più lunghi (solo spermato- zoi). Estroflessioni cellulari contenenti microtubuli. Funzionano come appendici di locomozione. Effettua un movimento ondulatorio. Pos- siedono un gruppo di microtubuli circondati da un'estensione della membrana citoplasmatica. Sono ancorati alla cellula mediante un corpo basale (3 triplette di microtubuli). Il loro movimento coinvolge grandi proteine motrici, dineine. Resistono alla compressione. Ribosomi Si trovano in tutte le cellule, (il numero varia a seconda del citotipo). Sintetizzano proteine utilizzando l'informazione fornita dal DNA pre- sente nel nucleo. Ogni ribosoma, costituito per circa il 60% da RNA e 40% da proteine, è formato da 2 subunità (60S e 40S) che si incastrano tra loro appena ha inizio la sintesi proteica (arrivo mRNA e tRNA). Si classificano in: liberi (dispersi nel citoplasma, le cui proteine sintetizzate si disperdono nel citosol); fissi (attaccati al RE, le cui proteine vengono riversate nella cavità interna del RER, lume, dove vengono modificate e assemblate prima di essere trasferite altrove), poliribosomi, inattivi (subu- nità divise) e attivi (subunità unite). Organuli membranosi Circondati da membrane che ne isolano il contenuto permettendo loro di sintetizzare/conservare secreti, enzimi o tossine che potrebbero danneggiare il citoplasma e di mantenere un’ambiente con caratteristi- che diverse (es. pH). Mitocondri Producono ATP demolendo molecole organiche attraverso una se- rie di reazioni che consumano O2 (aerobie) e producono CO2. Dotati di un doppio rivestimento membranoso: quello esterno (simile a quello BIOLOGIA CELLULARE LA CELLULA  sintesi e impacchettamento di sostanze che verranno secrete (glicosfingolipidi, glicoproteine, insulina,…). Immagazzina, smista e distribuisce i prodotti dei vari metabolismi cel- lulari. Qui i polipeptidi sintetizzati dal RER maturano fino a diventare proteine attive. Lisosomi Molte vescicole prodotte dall'app. di Golgi non lasciano mai il citopla- sma. Sono piene di enzimi digestivi sintetizzati dal RER e quindi impac- chettati all'interno dei lisosomi dall'apparato di Golgi. I lisosomi primari contengono enzimi inattivi. I lisosomi secondari contengono enzimi attivi (si formano quando quelli primari si fondono con una vescicola le- gata alla membrana). Sono coinvolti nell’autolisi. Contengono enzimi idrolitici per la degradazione delle macromolecole. A loro interno hanno un ambiente acido. Prendono parte alla autofagia (degrada- zione e successivo riciclo di materiale all'interno della cellula). Perossisomi Contengono enzimi sintetizzati dai ribosomi liberi. Probabilmente sono il risultato del riciclo cellulare di perossisomi più vecchi o da compo- nenti distaccatesi dal RE. Assorbono e degradano gli ac. grassi, com- posti azotati (ac. urico) o sostanze tossiche (aldeidi o alcoli): le ossidasi degradano i composti organici formando H2O2 poi le catalasi la conver- tono in H2O e O2 (rimozione dei radicali liberi). Sintetizzano i plasmalogeni, colesterolo e acidi biliari. pH 8 Flusso di membrana Con l'eccezione dei mitocondri, tutti gli organuli membranosi intra- cellulari sono interconnessi tra loro o sono in comunicazione tramite vescicole. Tale flusso di membrana consente alla cellula di mutare le sue caratteristiche (strutturali e funzionali) durante la crescita e la ma- turazione, e in risposta agli stimoli dell'ambiente. GIUNZIONI INTERCELLULARI Molte cellule formano adesioni permanenti o temporanee con altre cellule o con il materiale extracellulare. Possono coinvolgere estese aree di membrana di cellule adiacenti, o concentrarsi a livello di siti di attacco specializzati. Ampie aree delle membrane di cellule adiacenti BIOLOGIA CELLULARE LA CELLULA possono essere interconnesse tramite proteine transmembrana (mo- lecole di adesione cellulare MAC), che si legano tra loro e ad altri ma- teriali extracellulari. Le membrane possono essere tenute insieme an- che dal cemento intercellulare (proteoglicani contenenti derivati poli- saccaridici noti come glicosaminoglicani, es. ac. ialuronico). Giunzione Comunicante (gap junction) 2 cellule sono tenute insieme da connessine. Sono costituite da 6 proteine collegate a formare un canale di passaggio attraverso il quale le cellule hanno la possibilità di scambiarsi ioni (Ca2+) e piccole molecole. Permettono la comunicazione veloce tra le cellule. La loro posizione coincide con quelle delle cellule a cui sono legate. Giunzione Strette (occludente/serrate o tight junction) Fusione parziale della componente lipidica di 2 membrane adiacenti attraverso proteine di membrana. È così stretta da impedire il passag- gio di H2O e soluti tra le cellule (cute e t. epiteliale dell’intestino tenue). Giunzioni Ancoranti Tra cellule adiacenti o tra cellule e lamina basale (si connettono gli ele- menti del citoscheletro):  Desmosomi a cintura proteine del citoscheletro di cellule conti- gue sono unite da glicoproteine integrali di membrana tramite l’in- terposizione di proteine leganti (actina: filamenti intermedi);  Desmosomi a macchia (distribuiti a cazzo) sono molto forti, che re- sistono anche a torsioni e stiramenti (filamenti intermedi);  Emidesmosomi cellule ancorate a materiale extracellulare tramite integrine. Si possono osservare dei mezzi desmosomi, che stabiliz- zano le c. epiteliali ancorandole alla membrana basale sottostante (filamenti intermedi);  Contatti focali: i filamenti intracellulari di actina interagiscono, tra- mite l'interposizione di vincolina, α-actinina e talina, con una pro- teina transmembrana (integrine). Possono essere permanenti op- pure transitori (cellule mobili);  Podosomi: adesioni puntiformi che s'instaurano tra alcuni tipi di cellule e i componenti della matrice extracellulare. Sono costituiti da filamenti di actina, integrine e da una serie di altre proteine. BIOLOGIA CELLULARE CICLO CELLULARE CICLO CELLULARE . FASI Interfase Fase più lunga (90% dell'intera durata del ciclo cellulare, è il periodo che intercorre tra 2 divisioni cellulari). La cellula si accresce sintetizzando proteine e costituendo organuli citoplasmatici. Le cellule che non si dividono passeranno la loro esistenza nella fase G0 (G1 in eterno). GAP 1 (G1) Le cellule sembrano inattive, ma è caratterizzata da un'intensa at- tività metabolica e da una note- vole crescita. È maggiormente soggetta a variazioni di durata. Sintesi (S) Attività metabolica, crescita e sintesi/replicazione del DNA. È la fase più lunga. GAP 2 (G2) Attività metabolica, crescita e preparazione alla divisione cel- lulare. Fase Mitotica (M) Costituisce la parte più breve del ciclo cellulare. In questa fase la cellula non risponde agli stimoli esterni e hanno metabolismo ri- dotto. MITOSI Da una cellula madre si formano 2 figlie identiche a quella parentale. Riguarda le cellule somatiche e quelle sessuali indifferenziate. Profase cromatina → cromosomi com- patti; scomparsa nucleoli; i cen- trosomi migrano verso i poli → formazione fuso mitotico + aster Prometafase involucro nucleare si fram- menta e si formano i cinetocori → ancoraggio dei microtubuli. Metafase cromosomi sulla piastra meta- fasica Anafase coesine degradate dalle sepa- rasi → cromatidi fratelli ven- gono separati e vengono tirati ai poli opposti; gli altri microtubuli accrescono mentre quelli cine- tocorici si disgregano → la cel- lula si allunga. BIOLOGIA CELLULARE CICLO CELLULARE fratelli di migrare lungo i microtubuli del fuso); durante la prometafase alcuni microtubuli del fuso si legano a esso. Il cromosoma inizia a muoversi verso il polo da cui si estendono gli stessi microtubuli. Tut- tavia, tale movimento si arresta non appena i microtubuli del polo op- posto si attaccano al cinetocore sull'altro cromatide. Il cromosoma si muove alternativamente nelle 2 opposte direzioni fino a posizionarsi sulla piastra metafasica. I microtubuli non coinvolti nella separazione dei cromatidi sono responsabili dell'allungamento della cellula. MEIOSI Una cellula con corredo cromosomico diploide dà origine a 4 cellule fi- glie con corredo aploide destinate alla riproduzione sessuata. Meiosi I separazione cromosomi omologhi Profase I migrazione dei centrosomi; for- mazione del fuso; cromosomi omologhi si appaiano e cros- sing over; unione dei microtubuli al cinetocore degli omologhi. Metafase I omologhi sulla piastra metafa- sica. Anafase I migrazione degli omologhi ai poli opposti. Telofase I e Citodieresi formazione 2 cellule aploidi con corredo duplicato. Meiosi II separazione cromatidi fratelli Profase II formazione del fuso aggancio microtubuli ai cinetocori dei cro- matidi fratelli Metafase II cromatidi fratelli diversi si spo- stano sulla piastra metafasica Anafase II degradazione delle coesine; ciascun cromatide è tirato verso uno dei poli. Telofase II e Citodieresi formazione dei nuclei; divisioni delle 4 cellule aploidi e geneti- camente diverse tra loro. BIOLOGIA CELLULARE CICLO CELLULARE Variabilità Genetica Fecondazione Casuale La fecondazione produrrà uno zigote che presenterà una delle innume- revoli possibili combinazioni diploidi. Crossing Over Formazione di cromosomi ricombinanti (singoli cromosomi che con- tengono geni derivati da entrambi i genitori → presentano nuove combi- nazioni di alleli materni e paterni). Nella metafase II, i cromosomi che contengono cromatidi ricombinanti possono orientarsi in modi diversi rispetto agli altri cromosomi (cromatidi fratelli non sono identici fra loro). L'assortimento indipendente dei cromatidi fratelli durante la meiosi II accresce la variabilità genetica delle cellule figlie che ne derivano: 1. All'inizio della profase I e II, i cromosomi di una coppia di omologhi sono appaiati in modo tale che ciascun gene è allineato al corri- spondente allele dell'omologo; 2. Il DNA di 2 cromatidi non fratelli viene spezzato nello stesso punto; 3. formazione del complesso sinaptonemico → i 2 omologhi si le- gano tra loro (sinapsi); 4. le interruzioni del DNA si ricongiungono con l'estremità spezzata dello stesso segmento ma del cromatide non fratello; 5. i punti in cui avviene il crossing over diventano visibili come chia- smi solo quando il complesso sinaptonemico si dissocia e i cro- mosomi omologhi si allontanano parzialmente. Assortimento Indipendente dei cromosomi orientamento casuale delle coppie di cromosomi omologhi durante la metafase della meiosi I: le coppie di omologhi, costituite da un cro- mosoma materno e uno paterno, si allineano sulla piastra metafasica. Ogni coppia si può orientare (casualmente) con il suo omologo ma- terno o paterno verso uno specifico polo. Dato che ogni coppia di cro- mosomi omologhi si posiziona in maniera indipendente rispetto alle altre, la prima divisione meiotica comporta che la ripartizione nelle cel- lule figlie dei cromosomi materni e paterni di ogni coppia di omologhi sia svincolata da ogni altra coppia. BIOLOGIA CELLULARE CICLO CELLULARE CONTROLLO Il ciclo cellulare sarebbe guidato da specifiche molecole segnale pre- senti a livello citoplasmatico. Dimostrazione: la fusione di 2 cellule in fasi diverse del ciclo cellulare. Se una delle due cellule si trovava in fase S e l'altra in G1 il nucleo di quest'ultima entrava immediatamente in fase S, come se questo comportamento fosse indotto da molecole segnale pre- senti nel citoplasma della cellula in fase S. È costituito da un insieme di molecole in grado di operare in maniera ciclica e con la funzione di dare inizio e coordinare tutti gli eventi chiave del ciclo cellulare. Il controllo procede in maniera autonoma e indipendente. Il ciclo cellulare è regolato da segnali (interni ed esterni) che fermano/riavviano il sistema. Un punto di controllo corrisponde a un punto del ciclo cellulare nel quale i segnali di "stop" e di "procedi" permettono la regolazione del ciclo (G1 –controllo dimensioni e am- biente; S -impedisce alle cellule con DNA danneggiato di procedere nel ciclo cellulare-; G2–controllo dimensioni e completa duplicazione del DNA; M - all’inizio dell’anafase e un altro tra anafase e telofase). Le molecole di regolazione sono fondamentalmente 2 tipi di proteine: cicline e proteine chinasi (enzimi che attivano o inattivano altre proteine fosforilandole e sono chinasi ciclino‐ dipendenti o Cdk). Una chinasi si at- tiva solo quando forma un complesso con una ciclina. I punti di controllo registrano i segnali esterni alla cellula. Questi se- gnali vengono trasmessi all'interno attraverso le vie di trasduzione. Il punto di controllo G1 sembra essere il più importante. Se una cellula riceve un segnale di progressione nel punto di controllo G1, di solito porterà a termine le fasi S, G2 e M, e si dividerà. Al contrario, potrebbe uscire dal ciclo, passando a uno stato in cui non si divide, fase G0. I segnali sopracitati sono: fattori esterni (sia chimici che fisici es. l’assenza di un nutriente essenziale o di fattori di crescita, …), inibizione da contatto (o densità-dipendente cioè l’arresto della divisione che si osserva nelle cellule a stretto contatto. Il legame di una proteina di superficie di una cellula alla sua controparte presente su una cellula adiacente invia a en- trambe un segnale di inibizione della divisione). La maggior parte delle cellule animali mostra anche una dipendenza dall'ancoraggio (affinché sia possibile la divisione, le cellule devono essere ancorate al substrato). N.B. i meccanismi molecolari non sono ancora ben chiari BIOLOGIA CELLULARE SINTESI PROTEICA SINTESI PROTEICA . GENOMA comprende anche le porzioni non codificanti GENOTIPO è costituito da più alleli, forme alternative di un gene pre- senti a coppie negli organismi diploidi IL CODICE GENETICO L'insieme di regole che determinato come la sequenza nucleotidica di un mRNA specifica la sequenza amminoacidica di una proteina. Esiste: una relazione lineare tra gene e proteina da esso specificata (l'ordine dei nucleotidi nel gene con l'ordine degli amminoacidi nella pro- teina); una relazione tra gruppi di 3 nucleotidi adiacenti dell'mRNA (tri- pletta o codone) e l'identità di un singolo amminoacido della proteina. Si definisce come ridondante o degenerato (un aa può essere codifi- cato da più triplette) e comprende codoni di punteggiatura (inizio e stop). Basato su 4 lettere prese a gruppi di 3 (64 possibili combinazioni). Gli amminoacidi specificati dal codice genetico sono solo 20, alcuni amminoacidi sono specificati da più di un codone (eccezioni: metionina –AUG- e triptofano –UGG-). 4 delle 64 triplette svolgono la funzione di codoni di punteggiatura. Questi codoni segnalano l'inizio e la fine della sequenza nucleotidica che deve essere tradotta in una proteina: la fase di lettura aperta (open reading franze, ORF1), ovvero la porzione dell'mRNA che codifica per la sequenza amminoacidica è solitamente preceduta da un segmento di testa non codificante ed è seguita da un segmento di coda, anch'esso non specificante alcun aa. La tripletta AUG costituisce il codone di inizio per la maggior parte degli mRNA. Le tre triplette UAA, UAG e UGA hanno la funzione di codoni di terminazione. Esistono varianti del codice genetico infatti non è universale: è cor- retto per la maggioranza dei geni presenti nella maggioranza degli or- ganismi ma esistono eccezioni (molti dei geni presenti nel DNA mitocon- driale hanno codoni UGA interni che non segnalano la fine della fase di lettura; altre variazioni possono essere considerate una forma di riasse- gnazione del significato del codone dipendente dal contesto, come nel caso di aa atipici selenocisteina o pirrololisina riconosciuti dalla presenza di una particolare struttura a forcina che si forma nell'mRNA). BIOLOGIA CELLULARE SINTESI PROTEICA RNA mRNA contiene l’informazione genetica copiata da un filamento di DNA (trascrizione). Le fasi della sua vita sono:  Sintesi RNA-polimeasi trascrive un gene codificante;  Maturazione va incontro ad una serie di modificazioni: o Capping aggiunta di un cappuccio al C 5’ della molecola; o Tagging viene posta una coda all’estremità 3’ della molecola, formata da circa 200 adenine (stabilità e protezione); o Splicing avviene una selezione tra le sequenze codificanti e quelle non codificanti  Migrazione nel citoplasma esce dal nucleo mediante il com- plesso del poro nucleare veicolato da proteine carrier.  Lettura del messaggio una volta posizionato sui ribosomi  Degradazione alla fine della sintesi della proteina. rRNA componente principale dei ribosomi. Il ribosoma è considerato un ribozima (complesso di RNA ad attività enzimatica che catalizza la formazione dei legami peptidici); tRNA decifra il codice genetico trasportando il corrispondente ami- noacido della tripletta sull’ mRNA. SINTESI PROTEICA Dove Avviene Il processo comincia nel nucleo e termina nel citoplasma/reticolo endoplasmatico ruvido (ribosomi). Trascrizione responsabile della trasmissione genetica dal DNA all’RNA, consiste nella copia di una sequenza nucleotidica di un gene sul DNA in un filamento di RNA grazie all’RNA-polimerasi (I trascrivono il tRNA; II tra- scrivono l’mRNA; III trascrivono tRNA e piccoli RNA) che sono capaci di catalizzare la crescita del neofilamento solo in direzione 5’→3’ (non ne- cessitano di un primer). Sono necessarie proteine specifiche (fattori di crescita) che si legano al DNA in corrispondenza dei promotori (se- quenze specifiche), in modo da permettere all’RNA polimerasi di ini- ziare la copia. L’mRNA una volta nel citoplasma completamente tra- scritto e maturo, prende contatto con i ribosomi. BIOLOGIA CELLULARE SINTESI PROTEICA Traduzione Inizio Si ha l’assemblaggio delle 2 subunità del ribosoma sull’mRNA for- mando il complesso di pre-inizio nel momento in cui il ribosoma, scor- rendo sull’mRNA riconosce la sequenza di inizio AUG, giunge su di esso il primo tRNA che trasporta la metionina. Nel ribosoma sono pre- senti 3 siti distinti: A (ospita i tRNA che arrivano durante l’allungamento), P (formazione del legame peptidico) E (tRNA abbandona il ribosoma). 1. Il complesso di pre-inizio (subunità minore del ribosoma, com- plesso Met-tRNAmet non formilata, GTP e fattori di inizio elF-1,elF-1A e elF-3) si attacca all'estremità 5' dell'mRNA. Questo legame ri- chiede il complesso di legame al cap. L'associazione all'mRNA genera il complesso di inizio. 2. Il complesso di inizio si muove lungo l'mRNA in direzione 5'-3' ed esegue una scansione del trascritto fino a localizzare il codone di inizio (di solito è contenuto in una corta sequenza consenso di Kozak 5'-ACCAUGG). La sequenza 5'-UTR (UnTranslated Region) degli mRNA eucariotici può essere lunga decine/centinaia di nucleotidi e spesso contiene strutture secondarie (es. basi appaiate a forcina). Queste strutture possono essere aperte da un'elicasi ATP-dipen- dente che le srotola permettendo il passaggio senza ostacoli del complesso di inizio. 3. La subunità maggiore del ribosoma si associa alla minore. Questa tappa richiede l'idrolisi di GTP e porta al rilascio dei fattori di inizio. Allungamento Coinvolge il sito peptidilico (P) e il sito amminoacilico (A) che si tro- vano tra le due subunità del ribosoma. All'inizio del processo, P è oc- cupato dal tRNA iniziatore, legato alla metionina o N-formilmetionina, e appaiato al codone di inizio. A questo stadio A è vuoto, ma copre il secondo codone della fase di lettura. A viene quindi occupato dall'ap- propriato amminoacil-tRNA. All'altra estremità del tRNA, la specificità dell'appaiamento codone-anticodone è assicurata dai contatti che si formano tra tRNA, mRNA e la subunità minore del ribosoma. La disso- ciazione del fattore di allungamento segnala al ribosoma che il sito A è occupato dal corretto amminoacil-tRNA. A questo punto può essere