Biologia Genetica, dalla teoria cellulare all'ereditarietà, Appunti di Biologia

Scarica Biologia Genetica, dalla teoria cellulare all'ereditarietà e più Appunti in PDF di Biologia solo su Docsity! CELLULA E TEORIA CELLULARE : CELLULA —> unità fondamentale della vita. Tutti gli organismi sono composti da cellule e tutte le cellule derivano da cellule pre-esistenti. 1) la stragrande maggioranza degli esseri viventi è formata da molte cellule (esseri pluricellulari), mentre altri, più semplici (esseri unicellulari: batteri- protozoi) ne hanno una sola. 2) E’ l’unità funzionale degli esseri viventi. Ciò significa che tutte le funzioni vitali di un organismo avvengono nella cellula. Pertanto l’essere vivente è il risultato dell’attività coordinata di tutte queste funzioni. 3) E’ l’unità originaria degli esseri viventi. Tutte le cellule che compongono un essere vivente provengono a loro volta da altre cellule. Cosa sono le CELLULE? —> le cellule sono i “mattoni della vita”, esse contengono acqua e grandi molecole ( ogni cellula ne contiene almeno 10.000 tipi diversi) Le dimensioni della maggior parte delle cellule variano da 1 micrometro ad alcune decine, il che le rende solitamente non identificabili ad occhio nudo. La forma di una cellula dipende da fattori fisici e funzionali. Se una cellula si trova in ambiente acquoso, questa tende ad assumere una forma sferica per effetto della tensione superficiale; le cellule possono anche avere una forma appiattita se risentono della pressione degli strati cellulari sovrastanti (come nel caso delle cellule epiteliali). Esiste inoltre una stretta relazione tra la forma di una cellula e la sua funzione: le fibre muscolari sono alquanto allungate per poter svolgere la contrazione. MEMBRANA CELLULARE o CITOPLASMATICA : La membrana cellulare (detta anche membrana plasmatica o citoplasmatica ) è un sottile rivestimento che delimita tutte le cellule, separandole e proteggendole dall'ambiente esterno. Tale rivestimento è composto in prevalenza da un doppio strato di fosfolipidi, molecole contenenti regioni idrofobiche (rivolte verso l'interno della membrana) ed idrofile (rivolte verso l'esterno). Per tale motivo, la membrana è spesso definita come doppio foglietto fosfolipidico. • Questa membrana permette alla cellula di mantenere un ambiente interno più o meno costante ( condizione di OMEOSTASI —> è la tendenza naturale al raggiungimento di una relativa stabilità, sia delle proprietà chimico-fisiche interne che comportamentali ). • Agisce come una barriera selettivamente permeabile, impedendo il passaggio di alcune sostanze e permettendo ad altre di entrare/uscire dalla cellula. • E’ importante per la comunicazione tra le cellule adiacenti e per la ricezione di segnali dall’ambiente. Composizione chimica : lipidi coniugati ( 40%- 80% ) formano un doppio strato Proteine ( 20%-60%) intrinseche o estrinseche Carboidrati (2%- 10% ) coniugati alle proteine o ai lipidi Tale composizione varia tra cellule di diversi tessuti di uno stesso organismo. STRUTTURA DELLE PROTEINE : ci sono 4 livelli di struttura proteica: STRUTTURA PRIMARIA : è una sequenza di amminoacidi. La struttura primaria è data dalla sequenza degli amminoacidi che la compongono, quindi è lo scheletro della proteina —> in essa si ripetono un atomo di azoto con due atomi di carbonio. [ Per poter assegnare la struttura a una proteina è necessario conoscere quali e quanti amminoacidi la compongono e in che ordine sono disposti lungo la catena.] • Nonostante gli amminoacidi siano solo 20, la varietà di proteine è elevatissima, in quanto gli amminoacidi si combinano tra loro in sequenze e quantità diverse. STRUTTURA SECONDARIA : l’avvolgimento a spirale, o la disposizione regolare di tratti più o meno lunghi della catena proteica costituiscono la struttura secondaria della proteina. Ci sono due tipi di strutture secondarie : 1) L’ α-elica : l’avvolgimento deriva dalla formazione di legami a idrogeno tra l’idrogeno del gruppo amminico di un amminoacido e l’ossigeno del gruppo carbossilico di un altro amminoacido. Questa è comune nelle proteine strutturali fibrose dette CHERATINE. 2) Il foglietto β pieghettato : si forma a partire da 2 o + catene polipeptidiche quasi completamente distese e allineate. Il foglietto è stabilizzato dalla formazione di legami a idrogeno tra i gruppi amminici su una catena e i gruppi sull’altra. Un foglietto β pieghettato si può formare tra catene polipeptidiche diverse o tra regioni diverse di una stessa catena polipeptidica che si ripiega su se stessa. NB : molte proteine contengono zone ad α-elica e foglietti-β pieghettati all’interno della stessa catena polipeptidica. STRUTTURA TERZIARIA : si forma attraverso curvature e ripiegamenti. La struttura terziaria produce una macromolecola con una forma 3D —> i polipeptidi si ripiegano, dando origine a forma specifiche. I ripiegamenti sono stabilizzati da legami idrogeno e ponti disolfuro. [polipeptide = è una singola catena di numerosi amminoacidi uniti tra loro attraverso legami peptidici per condensazione di un gruppo amminico di un amminoacido con il gruppo carbossilico del successivo.] Le interazioni tra le catene laterali (R ) degli amminoacidi determinano la struttura terziaria. . PONTI DISOLFURO : sono quelli che mantengono la catena polipeptidica in posizione ripiegata . LEGAMI IDROGENO LATERALI : stabilizzano le ripiegature delle proteine .FORZE DI VAN DER WAALS : tra le catene laterali idrofobiche —> Sono forze attrattive o repulsive che si instaurano tra molecole, dette più genericamente forze intermolecolari. Si tratta di forze di debole entità. Il Calore, la variazione di PH e certe sostanze chimiche possono portare a : - Perdita della struttura terziaria e\o secondaria - Perdita della funzionalità biologica STRUTTURA QUATERNARIA : è l’organizzazione in subunità. Molte proteine contengono 2 o + catene polipeptidiche, chiamate SUBUNITA’ , ognuna delle quali è ripiegata secondo la sua caratteristica struttura terziaria. La strutture quaternaria deriva dal modo in cui queste subunità si associano e interagiscono tra loro. Una proteina con struttura quaternaria è l’emoglobina: essa è costituita da quattro catene polipeptidiche a due a due uguali, denotate rispettivamente dalle lettere α e β come si può vedere in figura : I gruppi EME contengono ferro e sono i siti di trasporto dell’O2. Le interazione idrofobiche, le Forze di Van der Waals, I fosfolipidi formano così un DOPPIO STRATO : una lamina dal cui interno viene esclusa l’acqua. Le membrane delle cellule presentano questo doppio strato fosfolipidico. [ Formati da una molecola di GLICEROLO esterificata 2 MOLECOLE DI ACIDI GRASSI e legata a un gruppo fosforico, a sua volta legato ad una base azotata. ]. - STEROIDI —> compostI organici i cui anelli multipli condividono alcuni atomi di C. Lo steroide colesterolo è un importante costituente delle membrane. Altri agiscono come ormoni (segnali chimici). IL COLESTEROLO è una molecola lipidica che presenta un gruppo ossidrilico -OH libero che attribuisce alla molecola caratteristiche anfipatiche che le permettono di essere un costituente delle membrane cellulari. E’ molto importante come regolatore della fluidità delle membrane. Formato : TESTE POLARI —— SEGMENTO RIGIDO ——- SEGMENTO FLUIDO PARETE EXTRACELLULARE : è una struttura della cellula vegetale, cui conferisce rigidità e capacità di mantenimento della forma. Rappresenta inoltre una barriera fisica e chimica agli agenti patogeni e consente le relazioni delle cellule vegetali mediandone le funzioni metaboliche. MATRICE EXTRACELLULARE : le cellule animali mancano della parete cellulare, ma sono circondate da una matrice extracellulare. Costituita da proteine fibrose come il collagene. Il suo compito è : - Tenere insieme le cellule neo tessuti - Contribuire alle proprietà fisiche della cartilagine, della pelle e di altri tessuti - Filtrare i materiali che passano tra i diversi tessuti - Riparazione dei tessuti - Partecipa alla segnalazione chimica tra cellule Alcuni tessuti, come quelli del cervello, possiedono poca matrice extracellulare, altri invece, come l’osso e la cartilagine, ne hanno grandi quantità. Le cellule dell’osso sono immerse in una matrice extracellulare che consiste principalmente di COLLAGENE e FOSFATO DI CALCIO e conferisce all’osso la sua rigidità. LA MEMBRANA CELLULARE : Ogni cellula è delimitata dalla membrana cellulare (o plasmatica) che svolge due funzioni fondamentali: • isola fisicamente la cellula • permette lo scambio di sostanze, energia e informazioni con l'esterno. La membrana è costituita principalmente da un doppio strato di fosfolipidi (bilayer). Ciascun fosfolipide presenta una testa idrofila (gruppo fosfato) e due code idrofobe (catene di acidi grassi). Nella struttura della membrana le teste sono rivolte verso l'esterno del bilayer, mentre le code sono rivolte all'interno.  Le due superfici della membrana possono avere proprietà diverse, dovute alla diversa composizione in fosfolipidi, proteine di membrana e proteine periferiche. Alcune proteine, dette TRANSMEMBRANA, attraversano il doppio strato fosfolipidico, fanno da ponte, esse o sono recettori o permettono il passaggio di alcune sostanze. QUINDI —> Le proteine di membrana, oltre ad avere un ruolo strutturale, svolgono diverse funzioni. Possono agire infatti come: • recettori di segnali extracellulari • enzimi • recettori per il riconoscimento tra cellule • proteine di trasporto. Le proteine di membrana si distinguono tra integrali (transmembrana) se attraversano completamente il doppio strato. Periferiche se lo penetrano solo parzialmente o vi sono poggiate sopra. Non hanno regioni idrofobe. < Regioni Idrofile —> (polari) interagiscono con l’ambiente acquoso extracellulare Regioni Idrofobe —> (apolari) interagiscono con catene di acidi grassi all’interno della cellula. > FOSFOLIPIDI : i fosfolipidi separano due regioni acquose : INTRA cellulare e EXTRACELLULARE e mantengono una struttura fluida a due strati in modo spontaneo. La fluidità della membrana dipende da : Temperatura e Composizione lipidica. La composizione fosfolipidica delle membrane può variare! Oltre ai fosfolipidi nella membrana sono presenti anche colesterolo e diverse proteine. Le membrane biologiche hanno permeabilità selettiva, cioè la capacità di regolare il passaggio di sostanze da/verso cellule- organelli. Distinguiamo 2 tipi di trasporto : TRASPORTO PASSIVO e TRASPORTO ATTIVO Il trasporto passivo avviene secondo gradiente di concentrazione, quindi una sostanza si sposta da una zona in cui la sua concentrazione è maggiore, a un’altra in cui la concentrazione è minore. Questo processo è spontaneo e non richiede energia. Il trasporto attivo avviene contro gradiente di concentrazione, quando una stanza si sposta da una zona in cui la sua concentrazione è minore, a un’altra in cui la sua concentrazione è maggiore. Il trasporto richiede energia —> che viene fornita dall’idrolisi dell’ATP TRASPORTO PASSIVO : Nel trasporto passivo una stanza riesce ad attraversare la membrana liberamente, secondo gradiente di concentrazione. Senza consumo di energia. Abbiamo due tipi di trasporto passivo —> DIFFUSIONE SEMPLICE e DIFFUSIONE FACILITATA DIFFUSIONE SEMPLICE : movimento netto di particelle da regioni di concentrazione maggiore, verso zone a concentrazione minore, fino al raggiungimento dell’equilibrio. Ricordiamo che la membrana può essere permeabile o impermeabile alla diffusione di determinati soluti. Definiamo la membrana plasmatica come Semipermeabile. Questo significa che può essere attraversata liberamente solo da piccole molecole non polari, come O2 e CO2, oppure da piccole polari neutre come H2O e Urea. Mentre non può essere attraversata da molecole polari ( come il Glucosio ) e dagli ioni, anche se piccoli. Nella diffusione semplice, quindi, riescono ad attraversare la membrana molecole molto piccole e sostanze idrofobe NON POLARI ( senza carica ), senza quindi l’ausilio di sistemi proteici ( proteine carrier ). Tanto più è piccola la molecola e liposolubile, tanto più rapidamente riuscirà a diffondere attraverso il doppio strato fosfolipidico. INVECE molecole polari e/o con carica elettrica ( amminoacidi, carboidrati, ioni ) NON superano la membrana. L’H2O entra nella cellula per DIFFUSIONE SEMPLICE! Gradiente di concentrazione = forza che determina lo spostamento di una sostanza per diffusione, da una regione in cui è più concentrata a una in cui è meno concentrata. Il gradiente elettrochimico = forza motrice netta che tende a spostare un soluto carico ( ione ) attraverso la membrana ed è il risultato della somma del gradiente di concentrazione e del potenziale elettrico. OSMOSI : E’ un caso particolare di diffusione e consiste nel passaggio di acqua attraverso una membrana semipermeabile che separa due soluzioni a diversa concentrazione : L’acqua passa spontaneamente dalla soluzione più diluita ( IPOTONICA ) alla soluzione più concentrata ( IPERTONICA). La pressione che occorre applicare alla soluzione più concentrata affinché il passaggio del solvente non avvenga è detta Pressione Osmotica. La membrana cellulare e quelle interne si comportano come membrane semipermeabili e l’acqua passa attraverso le membrane per Osmosi. Il fenomeno dell’osmosi ha dunque un’enorme importanza biologica. Ponendo una cellula animale in soluzione Isotonica ( cioè alla stessa concentrazione) rispetto al citoplasma, non si osserva alcuna variazione. Se immergo la cellula in una soluzione Ipotonica ( soluzione a concentrazione minore) , si ha un ingresso netto di acqua, e la cellula si gonfia, fino ad arrivare a scoppiare. ( l’acqua entra perchè l’acqua si sposta dalla soluzione più a concentrazione minore a quella con concentrazione maggiore, quindi se ho immerso la cellula in una soluzione a concentrazione minore, l’acqua entra ) Infine, s immergo la cellula in una soluzione Ipertonica ( soluzione a concentrazione maggiore ) , si ha la fuoriuscita di acqua, e la cellula si raggrinzisce. Parlando ora di DIFFUSIONE FACILITATA, andiamo a toccare quel tipo di diffusione che si serve dell’ausilio di proteine di membrana, di trasportatori. Le sostanze come gli Ioni, gli zuccheri, quindi tutte le sostanze Polari e cariche elettricamente, che non attraversano la membrana per diffusione semplice, possono essere trasportate tramite Proteine di Membrana. La diffusione facilitata è quindi un tipo di trasporto passivo, attraverso la membrana cellulare, che non richiede ATP, ma necessita di proteine transmembrana, selettive e modulabili, che permettono il passaggio di sostanze che altrimenti non riuscirebbero a passare la membrana cellulare. Piccoli ioni come SODIO, POTASSIO, CLORO e CALCIO passano attraverso veri e propri canali proteici o canali ionici, specifici per determinati ioni. —> canali K+ fanno attraversare solo K+ e non Na+. Mentre molecole più grandi come il Glucosio e gli amminoacidi vengono trasportati da Proteine Carrier. Le Proteine Carrier facilitano la diffusione passiva di sostanze verso l’interno o l’esterno della cellula, poiché le molecole che devono permeare sono spesso troppo polari o troppo grandi per attraversare da sole nella membrana. Le pompe ioniche, al contrario dei canali ionici, mobilizzano gli ioni attraverso la membrana plasmatica contro il loro gradiente elettrochimico, e quindi con un trasporto di tipo attivo effettuato grazie ad una continua spesa energetica. Le pompe ioniche sono molteplici, ma per il neurone la più importante fra queste è senza dubbio la pompa Na+/K+, detta anche ATPasi Na+/K+ -dipendente. Un classico esempio è la POMPA SODIO - POTASSIO : la pompa è un ANTIPORTO —> cioè che trasferisce 2 sostanze diverse, in direzioni opposte. E’ uno dei maggiori partecipanti al mantenimento del potenziale di membrana ( è la differenza di potenziale elettrico esistenze tra la faccia extracellulare e quella citoplasmatica della membrana cellulare. E’ di circa - 70 mV ) La pompa sodio potassio, sfrutta l’idrolisi di una molecola di ATP per sporre contro gradiente 3 ioni SODIO ( Na ) verso l’ambiente extracellulare ( dove è più concentrato), e per spostare 2 ioni POTASSIO ( K ) dentro la cellula. 3 Na escono 2 K entrano Per capire meglio questo concetto : Il sodio ( Na+ ) è molto concentrato all’esterno della cellula, mente il Potassio ( K + ) è molto concentrato all’interno della cellula. Durante ciascun ciclo, la pompa porta fuori, dall’interno della cellula 3 ioni Na+ e vi fa entrare 2 ioni K+, ricavando l’energia per entrambi i trasporti contro-gradiente, attraverso la degradazione di una molecola di ATP in ADP. Come opera questa pompa? . 3 Ioni Sodio e 1 molecola di ATP si legano alla pompa sodio potassio . L’idrolisi dell’ATP ( defosforilazione, perdita del fosfato ) provoca un cambiamento di forma della proteina di membrana, che consiste nella chiusura della pompa sul versante interno alla cellula e fa si che si apra invece sul versante esterno. Allo stesso tempo, a causa del cambiamento di forma della proteina, gli ioni Na+ vengono rilasciati all’esterno del citoplasma. . Gli ioni Sodio ( Na+ ) vengono liberati all’esterno della membrana e la nuova forma del canale permette il legame di 2 ioni Potassio ( K+ ) —> Il rilascio dei 3 ioni Na+, permette ai 2 ioni K+ di legarsi al versante esterno della pompa, facendo si che il fosfato sul versante interno si stacchi. La perdita del fosfato causa il ritorno della pompa alla sua conformazione originale di apertura verso l’interno. —-> Questo evento induce un secondo cambiamento conformazionale che chiude la pompa all’esterno ri- aprendola all’interno e rilasciando i due ioni K+. Per cui il due ioni Potassio ( K+) vengono rilasciati e i siti riacquistano affinità per il Na+, permettendo la ripetizione del ciclo di funzionamento. Riassumendo : ad ogni ciclo la pompa, consumando 1 ATP, causa la fuoriuscita di 3 ioni Na+ ed immette 2 ioni K+. TRASPORTO ATTIVO SECONDARIO : Nel trasporto secondario non viene speso direttamente ATP, ma viene sfruttata la differenza di potenziale elettrochimico creata dai trasportatori attivi che pompano ioni al di fuori della cellula. Esistono due forme di trasporto secondario : uniporto e cotrasporto. L'uniporto è il trasporto secondario di una sola sostanza che si muove sfruttando la differenza di potenziale elettrochimico creato da trasportatori primari. L’ Uniporto è il trasporto di una sola sostanza che si muove sfruttando la differenza di potenziale elettrochimico o la differenza di concentrazione fra i due ambienti cellulari, o che grazie al trasporto attivo, riesce a muoversi in direzione contraria al gradiente di concentrazione e/o al gradiente elettrochimico. Cotrasporto: È il trasporto contemporaneo di due specie ioniche o di altri soluti. Si divide in antiporto e uniporto: L’antiporto è il trasporto contemporaneo di due specie ioniche o di altri soluti che si muovono in direzioni opposte attraverso la membrana. Una delle due sostanze si muove secondo gradiente di concentrazione, mentre l’altra si muove contro gradiente di concentrazione. L’energia generata dal trasporto secondo gradiente permette il trasporto della seconda specie contro gradiente di concentrazione. Questo genera l'energia entropica necessaria per guidare il trasporto dell'altro soluto contro gradiente, da bassa ad alta concentrazione. Un tipico esempio sarà rappresentato dalla pompa Na+/K+ Il simporto usa, analogamente all’antiporto, il flusso di un soluto secondo gradiente per muovere un’altra molecola contro gradiente ma le due molecole si muovono nella stessa direzione. Un esempio è il simportatore di glucosio, che co-trasporta secondo gradiente due ioni sodio per ogni molecola di glucosio importata nella cellula. Vediamo il Trasportatore GLUCOSIO nelle cellule del tubo digerente per gradiente Na+ dopo azione della pompa Sodio- Potassio : Il simporto Na+-glucosio è un cotrasportatore, noto come SGLT o SGLUT, presente nella membrana apicale degli enterociti ( cellule epiteliale presente nei villi intestinali, deputati all’assorbimento di sostanze nutritive ) , che permette l'introduzione nella cellula di una molecola di glucosio e di due ioni di sodio. Il legame del sodio provoca una modificazione conformazionale che facilita il legame del glucosio e viceversa; poiché la concentrazione di Na+ è molto più alta nello spazio extracellulare che nel citosol (grazie all'attività della pompa sodio-potassio), il trasportatore riesce quindi ad immagazzinare glucosio nella cellula contro il suo gradiente di concentrazione. Quindi il Glucosio, che fuori dalla cellula è in concentrazione minore, entra dentro alla cellula dove la sua concentrazione è maggiore. tasca che ingloba queste particelle si introflette, genera un FAGOSOMA, una vescicola più grande delle vescicole dell’endocitosi, che si unisce con un LISOSOMA (—> responsabile della distruzione/ degradazione delle molecole estranee inglobate dalla cellula per endocitosi ).Da questa unione si genera un FAGOLISOSOMA dove avviene la digestione del suo contenuto. PINOCITOSI (endocitosi) = si formano vescicole più piccole. Serve per importare nella cellula soprattutto sostanze liquide. Un’attività costante di pinocitosi è svolta dal tessuto che riveste i capillari sanguigni e che permette alle cellule dei tessuti circostanti di prelevare liquidi dal sangue. La pinocitosi avviene in tutte le cellule. ENDOCITOSI MEDIATA DA RECETTORI : processo specifico per determinati soluti. La membrana plasmatica accoglie materiale di una porzione di ambiente esterno e forma una vescicola. I recettori vanno contatto con la sostanza e fanno passare, portano all’interno solo le sostanze adeguate. SISTEMA MEMBRANOSO INTERNO : è un sistema costituito da tubuli, cisterne e vescicole delimitate da membrane di composizione simile alla membrana plasmatica, presenti nel citoplasma della cellula. I principali costituenti del sistema membranoso sono : Reticolo endoplasmatico rugoso e liscio Il complesso di Golgi Le vescicole di trasporto I lisosomi I Perossisomi I Mitocondri CELLULE EUCARIOTE : hanno dimensioni fino a 10 volte più grandi di quelle procariote. Presentano : - Membrana citoplasmatica, citoplasma e ribosomi - Hanno la COMPARTIMENTALIZZAZIONE del Citoplasma, cioè uno spazio interno separato dal Citosol = citoplasma libero e da membrane. Questi “organelli” presenti in queste lamine sono: NUCLEO —> contiene la maggior parte del materiale genetico della cellula. Qui hanno luogo la replicazione del DNA e i primi passaggi della sua decodifica. MITOCONDRIO —> organello in cui l’energia immagazzinata nei legami dei carboidrati e degli acidi grassi viene convertita in una forma + utile per la cellula —> ATP RETICOLO ENDOPLASMATICO e APPARATO DI GOLGI —> compartimenti in cui alcune proteine sintetizzate dai ribosomi sono impacchettate e spedite verso le appropriate destinazioni della cellula. LISOSOMI e VACUOLI—> sistemi digestivi cellulari dove alcune grandi molecole vengono trasformate (idrolizzate) in monomeri utilizzabili. CLOROPLASTI —> presenti solo in alcune cellule, eseguono la fotosintesi. Le membrane interne e il nucleo derivano da introflessioni della membrana plasmatica! NUCLEO : è l’organello più grande della cellula! Mentre nei procarioti il materiale genetico è disperso nel citoplasma, negli eucarioti esso è racchiuso nel nucleo Svolge varie funzioni = 1) contiene la maggior parte del DNA cellulare ed è la sede della replicazione del DNA. 2) Il NUCLEOLO, regione al suo interno, avvia l’assemblaggio dei ribosomi a partire da RNA e proteine specifiche. E’ circondato da 2 membrane ( interna ed esterna) che formano L’INVOLUCRO NUCLEARE, che sono separate e perforate da migliaia di PORI Nucleari che collegano l’interno del nucleo con il citoplasma. I pori sono costituiti da oltre 100 proteine diverse. Esistono CELLULE PLURINUCLEATE, cioè cellule la cui divisione del nucleo nonna seguita dalla divisione del citoplasma. CELLULE MONONUCLEATE, cioè cellule più rappresentate CELLULE ANUCLEATE, prive di nucleo —> es globuli rossi. La forma del nucleo può essere : 2) All’interno dei monocordi e dei cloroplasti. In entrambi i luoghi, i ribosomi sono i SITI DOVE LE PROTEINE VENGONO SINTETIZZATE SOTTO LA DIREZIONE DEGLI ACIDI NUCLEICI. Consistono in 2 subunità di dimensioni diverse. I ribosomi delle cellule eucariote sono un pò più grandi. Sono fermati da 2 sub unità associate tra loro solo al momento della sintesi proteica, durante la quale vari ribosomi si allineano lungo un filamento di mRNA a formare dei POLISOMI o POLIRIBOSOMI. Dal punto di vista chimico —> i ribosomi consistono di uno speciale tipo di RNA, chiamato RNA ribosomiale (rRNA), al quale sono legate (non covalentemente) più di 50 molecole proteiche diverse. RETICOLO ENDOPLASMATICO RUVIDO : è costellato di ribosomi. Si tratta di un insieme di cisterne appiattite, parallele, in connessione tra loro, delimitate da una membrana sulla cui faccia citoplasmatica si trovano i RIBOSOMI. Il RER è il sito di sintesi delle proteine, il RER accoglie le proteine appena sintetizzate e partecipa al loro trasporto. La maggior parte delle proteine passa attraverso le sue membrane per poi essere inserite in vescicole indirizzate all'apparato di Golgi dove avverrà la sintesi finale. I POLIRIBOSOMI associati al RER sintetizzano : 1) proteine non utilizzate dalla cellula, ma che verranno secrete o utilizzate fuori da essa 2) Proteine che rimangono nella cellula —> proteine strutturali di membrana e enzimi lisosomiali . NB —> le proteine che terminano la sintesi nel RER devono prima passare per l’Apparato di Golgi. Nel RER inizia la GLICOSILAZIONE delle proteine, che termina poi nell’Apparato di Golgi. Essa prevede una modificazione post- traduzionale di una proteina , che vede l'aggiunta di zuccheri (una catena o singoli carboidrati) alla catena peptidica. Infine il meccanismo glicosidico permette lo svolgimento del controllo della qualità. Il controllo della qualità è un processo operato dalla cellula per scartare le proteine che non sono correttamente ripiegate. RETICOLO ENDOPLASMATICO LISCIO : Rete di membrane connesse tra di loro che si ramificano per tutto il citoplasma si una cellula eucariota, formando tubuli. Il suo compartimento interno viene chiamato LUME. Privo di ribosomi. E’ responsabile delle piccole modifiche chimiche di piccole molecole assunte dalla cellula (farmaci) E’ il sito di sintesi di molecole lipidiche destinate alla cellula o alla secrezione : FOSFOLIPIDI STEROIDI COLESTEROLO Nella maggior parte i lipidi appena sintetizzati vengono trasportati all’Apparato di Golgi mediante vescicole, dove vengono trasformati in GLICOLIPIDI prima di raggiungere la destinazione finale. • Altre funzioni del REL —> detossificazione = capacità di eliminare sostanze tossiche il cui accumulo sarebbe dannoso per la sopravvivenza della cellula Regolazione della concentrazione citoplasmatica di Ca++ = soprattutto nelle fibre muscolari dove è importante per la concentrazione —> reticolo sarcoplasmatico APPARATO DI GOLGI : organulo situato in vicinanza del nucleo. Ha 3 parti distinte : - Una Base - Un Compartimento di mezzo -Un apice L’apparato di Golgi consiste in sacche membranose appiattite chiamate CISTERNE, impilate ( da 3 a 10) , e da piccole vescicole di trasporto o secretorie racchiuse in membrane. FUNZIONI : • Riceve le proteine dal RER e può modificarle ulteriormente • Concentra e impacchetta le proteine prima che vegano inviate a destinazione • E’ il luogo dove vengono sintetizzati alcuni polisaccaridi della parete cellulare vegetale • Aggiunge nuovi carboidrati alle proteine e ne modifica altri. Nelle cisterne e nell’intero apparato si distinguono : La membrana interna = tra i lipidi prevale la cardiolipina che conferisce permeabilità. La membrana interna si solleva entro la cavità mitocondriale in pieghe, dette CRESTE MITOCONDRIALI. Le due membrane delimitano 2 camere : la camera esterna che contiene vari enzimi e la camera interna che contiene la matrice mitocondriale, nella quale sono contenute proteine ed enzimi per il funzionamento del Ciclo di Krebs, mRNA, tRNA, mRNA, gli enzimi DNA polimerasi, RNA polimerasi… La membrana esterna: è liscia e protettiva, offre poca resistenza al passaggio di sostante da e verso il mitocondrio La membrana interna : si ripiega in molti punti, così da avere una superficie maggiore della membrana esterna. Il mitocondrio è dotato di un DNA proprio, il DNA mitocondriale. FUNZIONI —> 1 = Centrale energetica della cellula. I mitocondri raccolgono le molecole di ADP e le restituiscono al citoplasma sotto forma di ATP. L’energia che utilizzano per fare questo deriva dalla demolizione di zuccheri, grassi e proteine che vengono ossidate a CO2 con produzione di acqua H2O. 2 = Attività di controllo dell’omeostasi glicemica intracellulare. Quando le riserve di glicogeno sono esaurite i mitocondri producono glucosio. 3 = Produzione di calore —> negli animali, nel grasso c’è un’alta concentrazione di mitocondri 4 = Sintesi di ormoni steroidei, insieme al REL. SINTESI ATP : avviene in 3 tappe I. GLICOLISI ( nel citosol ) II. CICLO DI KREBS (nei mitocondri) III. RESPIRAZIONE CELLULARE —> FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA (nei mitocondri) Nelle cellule NON fotosintetiche il combustibile chimico più comune è il GLUCOSIO. Le cellule ottengono energia dal glucosio tramite OSSIDAZIONE, attraverso una serie di percorsi metabolici. Il CATABOLISMO del glucosio libera energia dall’ossidazione della molecola C6 H12 O6 Il catabolismo del glucosio è un processo che : - Comprende più fasi, ognuna catalizzata da un enzima - Avviene attraverso un processo strettamente controllato che avviene a temperatura compatibile con la vita Il catabolismo del glucosio estrae l’energia contenuta nei legami covalenti del glucosio e la accumula nelle molecole di ATP attraverso la reazione di fosforilazione : ADP + P + energia libera —> ATP L’ENERGIA CONTENUTA NEI LEGAMI CHIMICI DEL GLUCOSIO VIENE ESTRATTA IN 3 PROCESSI GLICOLISI : dà inizio al catabolismo del glucosio, è il primo step. Il glucosio viene convertito in un prodotto a 3 atomi di carbonio PIRUVATO e una piccola quantità di energia viene catturata in forma utilizzabile. La glicolisi è un processo ANAEROBICO perchè NON RICHIEDE O2. La glicolisi avviene nel citoplasma di tutte le cellule. I prodotti risultanti sono —> 2 molecole di ACIDO PIRUVICO, 2 molecole di ATP e 2 molecole di NADH —> trasportatore di energia, importante intermedio energetico nelle cellule. In assenza di ossigeno l’acido piruvico diventa\ si riduce a LATTATO —> FERMENTAZIONE LATTICA che avviene nei muscoli scheletrici del corpo umano a seguito di un grande sforzo e che comporta una non più corretta ossigenazione dei tessuti. L’acido lattico ostacola la contrazione dei muscoli e il dolore derivato è dovuto alla tossicità dell’acido lattico. L’ossidazione del PIRUVATO collega la GLICOLISI con il CICLO DI KREBS : Il PIRUVATO si trasforma in ACETATO a due atomi di carbonio e in CO2. Il ciclo di Krebs avviene solo in presenza di ossigeno! • PEROSSISOMI : I perossisomi sono organelli cellulari con funzione metabolica presenti in tutte le cellule eucariote. Sono organelli di forma sferica delimitati da una membrana lipidica e hanno le dimensioni di 0,1-1 micron. Al loro interno sono contenute diverse classi di enzimi come : OSSIDASI URICASI CATALASI ( 40% del contenuto di questi organuli ) Come i mitocondri servono alla utilizzazione di ossigeno, ma le regioni che compiono NON PRODUCONO ENERGIA. Sono Organelli che raccolgono i sottoprodotti delle reazioni chimiche tossiche che vengono scisse in sicurezza. Sono rivestiti da una sola membrana. La loro funzione è basata sulla presenza di enzimi in grado di rimuovere atomi di idrogeno da substrati organici, producendo, in presenza di ossigeno, il PEROSSIDO DI IDROGENO ( H2O2 ) Sono capaci di replicarsi, ma NON contengono né DNA né ribosomi. Gli enzimi e i costituenti della loro membrana derivano dal citosol. CITOSCHELETRO : rete di filamenti di natura proteica che contribuisce al movimento e al mantenimento della forma cellulare. Sostiene la cellula e ne mantiene la forma. Contribuisce ai vari tipi di movimento cellulare attraverso correnti citoplasmatiche Posiziona gli organelli all’interno della cellula. Interagisce con le strutture extra-cellulari, contribuendo a mantenere la cellula nella sua posizione. E’ formato da : MICROFILAMENTI, FILAMENTI INTERMEDI, MICROTUBULI MICROTUBULI = Agiscono come un’impalcatura lungo la quale le proteine motrici possono spostare delle strutture all’interno della cellula. Le proteine motrici sono molecole che usano l’energia per cambiare la propria struttura e così muoversi, trasportando materiali da una parte all’altra della cellula. Sono essenziali per la distribuzione dei cromosomi durante la divisione cellulare. Sono cilindri vuoti, costituiti dall’associazione di filamenti formati dall’alternanza di 2 diversi tipi di TUBULINA —> alfa e beta. Esistono microtubuli LABILI e STABILI. LABILI —> microtubuli di solito soggetti a frammentazione/ assemblaggio durante la MITOSI, quando vanno a costituire il fuso mitotico. STABILI —> A fianco a questi nella cellula sono presenti strutture microtubulari, quali i centrioli, ciglia e flagelli. Costituiscono quindi le strutture portanti di ciglia e flagelli. CIGLIA e FLAGELLI —> questi organelli simili a fruste possono sospingere o trainare la cellula attraverso il suo ambiente acquatico, oppure agitare il liquido circostante al di sopra della superficie della cellula. Il loro movimento è dovuto allo scorrimento di doppiette di microtubuli l’una sull’altra. FILAMENTI INTERMEDI : sono organizzati in robusti fasci di proteine e connettono microtubuli e microfilamenti. I filamenti intermedi costituiscono assieme ai microfilamenti e ai microtubuli il citoscheletro. La loro funzione principale è quella di consolidamento e di rinforzo e per tenere bloccati alcuni organuli, come il nucleo. Inoltre assicurano elasticità e resistenza alla rottura durante lo stress da trazione. Vengono classificati in 6 gruppi : i gruppi 1,2,3,4 sono citoplasmatici. Il 5,6 NUCLEARI CHERATINE (1°,2°) nel tessuto epiteliale VIMENTINOSIMILI —> Vimentina e altre proteine correlate (3°) nel tessuto connettivo NEURONALI —> Neurofilamenti (4°), nelle cellule nervose LAMINE —> lamine nucleari (5°), in tutte le cellule NESTINE —> Nestina (6°), nelle cellule staminali Per far si che la cellula si divida devono verificarsi 4 eventi : 1. Un segnale riproduttivo = che può provenire sia dall’interno che dall’esterno della cellula e che dà il via alla riproduzione cellulare. 2. Duplicazione del DNA = cosicché ciascuna delle 2 cellule risulti identica all’altra e capace di svolgere tutte le funzioni cellulari. 3. La cellula deve distribuire il DNA duplicato a ognuna delle 2 cellule figlie (SEGREGAZIONE) 4. Sintesi degli enzimi e organelli e nuovo materiale deve essere aggiunto alla membrana cellulare in modo da sperare le 2 cellule figlie durante la CITODIERESI —> il citoplasma si divide in 2 e si formano cellule distinte, ciascuna dotata di proprio nucleo. MITOSI : rappresenta una delle fasi di un ciclo vitale della cellula. In generale la cellula ha una vita limitata nel tempo, al termine della quale si divide in due cellule figlie con le stesse caratteristiche della cellula madre, geneticamente identica. Il periodo che passa tra l’origine di una nuova cellula ed il momento in cui si divide costituisce il CICLO VITALE DELLA CELLULA. Nell’intervallo tra 2 divisioni una cellula eucariota si trova in una condizione nota come INTERFASE. L’interfase viene suddivisa in 3 sottofasi —> G1, S, G2 FASE G1 = trascrizione e sintesi proteica. FASE S = duplicazione del DNA FASE G2 = preparazione alla divisione FASE M o MITOSI = divisione cellulare Le fasi hanno diversa durata, la M è la più corta, la fase S la più lunga. La FASE G1 alcune cellule la saltano del tutto, mentre altre cellule possono rimanere allo stadio G1 per settimane o anni. In molti casi, tali cellule entrano in uno stato di riposo chiamato G0, dove non si dividono. Sono dette CELLULE STABILI. Per spingere una cellula ad abbandonare G0 e riprendere il ciclo cellulare da G1 sono necessari speciali segnali, tipo i fattori di crescita. Altre cellule, dette CELLULE PERENNI, sono cellule non proliferanti e che non possono intraprendere un ciclo di divisione, cellule GZ. LA MITOSI è quindi una fase de ciclo vitale di una cellula somatica. E’ una divisione cellulare che consente di ottenere 2 cellule figlie con il patrimonio genetico 2n da una cellula madre. Fasi della mitosi : 1) PROFASE = compare il fuso mitotico, la cromatina si svirilizza a formare i cromosomi. I cromosomi si spiralizzano e ciascuno di essi appare formato da due cromatidi fratelli. 2)PROMETAFASE = scompare l’involucro nucleare, i cromosomi raggiungono il grado massimo di spiralizzazione e si legano ai microtubuli del fuso mitotico tramite il centromero. 3) METAFASE = I cromosomi si allineano al centro della cellula. Il fuso mitotico è completo e i due centrosomi si trovano ai due lati della cellula. La metafase è il momento migliore per osservare la forma e le dimensioni dei cromosomi. 4) TELOFASE = i due gruppi di cromatidi delle due cellule figlie sono totalmente separati tra loro, si despiralizzano e intorno a ciascuno dei due gruppi di cromosomi si ricostituisce l’involucro nucleare. Alla fine ognuno dei due nuclei figli entra in una nuova interfase. Successivamente i 2 nuclei devono venire segregati in cellule diverse e ciò richiede la divisone del citoplasma —> Citodieresi In MITOSI ogni cromosoma è indipendente al suo omologo e ogni cromatidio fratello viene inviato ai poli opposti della cellula. In MEIOSI, i cromosomi di origine materna si appaiano a quelli di origine paterna durante la sinapsi. Ciò non avviene in mitosi. E’ effetto del caso quale membro di ogni coppia di omologhi vada in ogni cellula figlia. Nella telofase I si riformano i nuclei che ora conterranno un solo cromosoma omologo di ciascuna coppia iniziale; al termine della citodieresi sono state prodotte quindi due cellule aploidi (n). SECONDA DIVISIONE MEIOTICA La seconda divisione meiotica non è preceduta da alcuna duplicazione del DNA. I cromosomi, costituiti da due cromatidi, si portano all'equatore e si attaccano alle fibre del fuso; i due cromatidi di ciascun cromosoma si separano migrando ai poli. Si formano così quattro cellule, ciascuna con un corredo aploide di cromosomi e con un diverso assortimento dei cromosomi di origine materna e paterna. Durante questa separazione vi è una distribuzione indipendente dei cromosomi paterni e materni per cui, alla fine, vi sarà un diverso assortimento dei cromosomi nelle quattro cellule figlie. • PROFASE II : La cromatina si condensa nuovamente, in modo che si possono osservare i cromosomi, formati da due cromatidi uniti dal centromero. Si forma nuovamente il fuso di microtubuli. • METAFASE II : I cromosomi si dispongono su una linea equatoriale, trasversale rispetto alle fibre del fuso, in modo che ciascun cromatidio sia rivolto verso uno dei due poli della cellula. I centromeri prendono contatto con le fibre. • ANAFASE II : I cromatidi migrano ciascuno verso un polo della cellula, spostandosi verso le fibre del fuso. In tal modo, ciascun cromatidio diviene 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 infine una membrana nucleare. Il citoplasma della cellula si divide in due, cosi da portare alla formazione di due cellule figlie aploidi. FECONDAZIONE, SVILUPPO E DIFFERENZIAMENTO : Step 1 FECONDAZIONE : Spermatozoo ( cellula aploide ) + cellula uovo ( cellula aploide ) = ZIGOTE ( cellula diploide ) STEP 2 SVILUPPO : - SEGMENTAZIONE —> divisone dello zigote - GASTRULAZIONE —> spostamento delle cellule fino a raggiungere la posizione definitiva con la conseguente formazione dei tre foglietti embrionali (ectoderma, mesoderma ed endoderma). Cosa induce la cellula a entrare in fase S o nella Mitosi? —> questo passaggio dipende dall’attivazione di un complesso proteico detto CHINASI CICLINA- DIPENDENTE ( Cdk) . CHINASI : enzima che catalizza la reazione di trasferimento di un gruppo fosfato dall’ATP ad un altra molecola —> fosforilazione La fosforilazione modifica la forma e dunque la funzione di una proteina cambiandone la carica elettrica. Le Cdk hanno un ruolo fondamentale nel dare inizio alle varie fasi del ciclo ! Il controllo del ciclo cellulare In che modo la cellula decide qual è il momento giusto per entrare nelle fasi S oppure M? I passaggi da una fase all’altra (per esempio da G1 a S) dipendono dall’attivazione di alcuni enzimi chiamati chinasi ciclina-dipendente o Cdk. Questi enzimi catalizzano la Come avviene —> La cellula si isola da quelle adiacenti. La sua cromatina viene digerita da enzimi che tagliano il DNA ( cromatina = è la forma in cui gli acidi nucleici si trovano nella cellula. Negli eucarioti è costituita da DNA, RNA e proteine acide e basiche, nei procarioti solo da DNA ). Si formano poi dei “blebbing” di membrana, vescicole Le cellule adiacenti ingeriscono per fagocitosi i resti cellulari. L’apoptosi viene utilizzata dalle cellule vegetali per difendersi da infezioni batteriche. Le cellule vanno in apoptosi nel sito di infezione —> l’organismo invasore non riesce a diffondersi alle altre parti. CELLULE TUMORALI : possono differire dalle cellule normali da cui si originano in due modi - Perdita del controllo del ciclo cellulare - Migrazione in altre parti del corpo, in siti diversi da quelli di origine I tumori possono essere BENIGNI, simili al tessuto di origine, crescono lentamente e sono localizzati nel sito di origine. Possono essere anche MALIGNI, completamente diversi dalle cellule di origine, con strutture irregolari e capacità di spostarsi attraverso la circolazione sanguigna e linfatica e soprattutto hanno la capacità di creare METASTASI. Nelle cellule cancerogene i regolatori positivi e negativi del ciclo cellulare sono alterati e anomali: anomali: Le proteine Oncogeniche sono regolatori positivi nelle cellule cancerose —> mutande diventano iperattivi o espressi in eccesso! C’è una continua stimolazione alla replicazione cellulare. Le proteine Oncosoppressori sono regolatori negativi del ciclo cellulare, ma nelle cellule cancerose sono inattivi. Alcune proteine virali possono inattivare i soppresso tumorali. Le cellule tumorali perdono il controllo dell’Apoptosi : le cellule tumorali hanno, da un lato un’alterazione del ciclo cellulare che le spinge alla proliferazione e possono anche perdere la capacità di rispondere ai regolatori positivi dell’apoptosi, abbassando quindi il tasso di morte cellulare e aumentando il tasso di crescita di cellule cancerogene. Le moderne terapie anti-tumorali hanno come bersaglio il ciclo cellulare. Il problema è però la non specificità del trattamento e il rischio di colpire anche le cellule sane. C’è per cui la necessità di individuare trattamenti che agiscano solo sulle cellule tumorali. Un proto-oncogene è un gene sano che se muta porta alla formazione di un tumore. La forma mutata di un proto-oncogene, si chiama oncogene. Questi geni codificano, di norma, per proteine che stimolano la crescita cellulare o proteine che favoriscono l'apoptosi, che, nel momento in cui mutano, non permettono più alla cellula di morire e quindi essa può liberamente proliferare. In ogni caso è importante la distinzione: ONCOGENE=GENE MUTATO, PROTONCOGENE=GENE SANO. Per quanto riguarda gli oncosoppressori sono quei geni che inibiscono altri geni che stimolano la crescita cellulare, anche in questo caso se mutano potrai sviluppare un tumore (per esempio il papilloma virus causa tumore perché produce inibitori di un oncosoppressore chiamato p53). In pratica devi considerare tutto come un sottile equilibrio: da una parte ci sono quei geni che impediscono alla cellula di crescere (oncosoppressori) e dall'altra ci sono geni che stimolano la crescita ( protooncogeni ) Nel momento in cui l'equilibrio viene turbato perché una delle due classi perde o guadagna funzionalità, allora si svilupperà un tumore. (per "guadagna funzionalità" intendo per esempio che viene prodotto in maggiori quantità o con mutazione che rendono l'azione della proteina più efficace; puoi ben capire che se si tratta di un gene che stimola la crescita allora guadagnando funzionalità ci sarà un tumore). Quindi —> Gli oncogeni sono geni che si occupano della proliferazione della cellula che se mutano iniziano a funzionare senza controllo e portano la cellula a riprodursi quando non necessario. Gli oncosoppressori invece al contrario si occupano di non fare riprodurre la cellula se alcune parti del suo genoma sono mutate/danneggiate perchè la cellula non funzionerebbe a dovere! Bloccano perciò la cellula prima che entri in mitosi. L’ADRENALINA: ha tutta una serie di effetti che portano ad avere una risposta per la sopravvivenza. L’acetil colina è un neurotrasmettitore, è il ligando specifico per il canale ionico, è la chiave della pompa na/k che induce la contrazione muscolare. L’acetil colina può anche indurre un altro tipo di risposta. L’interazione chimica tra recettore e ligando induce il cambiamento con conformazione tridimensionale che porta la cellula a rispondere, il recettore è affine al suo ligando nella misura… trasformata. Nelle cellule le molecole combustibili sprigionano energia chimica —> formazione di ATP —> innesco reazioni endoergoniche cellulari. Cellule e organismi fotosintetici usano l’energia solare per sintetizzare i combustibili di cui hanno bisogno. Nelle cellule NON fotosintetiche il combustibile chimico più comune è il GLUCOSIO ( C6 -H12-O6) nonché altre molecole tra cui i carboidrati, proteine e grassi, che devono essere convertite a glucosio. Le cellule ottengono energia dal glucosio tramite OSSIDAZIONE, attraverso una serie di percorsi metabolici. Il CATABOLISMO del glucosio libera energia dall’ossidazione della molecola C6 H12 O6 Il catabolismo del glucosio è un processo che : - Comprende più fasi, ognuna catalizzata da un enzima - Avviene attraverso un processo strettamente controllato che avviene a temperatura compatibile con la vita Il catabolismo del glucosio estrae l’energia contenuta nei legami covalenti del glucosio e la accumula nelle molecole di ATP attraverso la reazione di fosforilazione : ADP + P + energia libera —> ATP il catabolismo del glucosio è altamente esoergonico —> alimenta la formazione di ATP da ADP e Pi che è altamente endoergonica. Molti procarioti e tutti gli eucarioti traggono energia di cui necessitano dai composti prodotti della fotosintesi —> glucosio, che viene metabolizzato per catturare energia nelle molecole di ATP. L’energia contenuta nei legami chimici del glucosio viene estratta tramite 3 processi catabolici —> GLICOLISI, RESPIRAZIONE CELLULARE, FERMENTAZIONE GLICOLISI : dà inizio al catabolismo del glucosio, è il primo step. Il glucosio viene convertito in un prodotto a 3 atomi di carbonio PIRUVATO e una piccola quantità di energia viene catturata in forma utilizzabile. La glicolisi è un processo ANAEROBICO perchè NON RICHIEDE O2. La glicolisi avviene nel citoplasma di tutte le cellule, senza l’intervento di O2. Una serie di enzimi scinde il glucosio! I prodotti risultanti sono —> 2 molecole di PIRUVATO, 2 molecole di ATP e 2 molecole di NADH. VIE METABOLICHE —> AEROBICA = procede nei mitocondri ANAEROBICA = fluisce nel citoplasma Quindi, negli EUCARIOTI —> la Glicolisi e la Fermentazione avvengono nel citosol Nei mitocondri —> avvengono Ossidazione del piruvato, Ciclo di Krebs Nella matrice —> Catena Respiratoria = è una catena di trasporto di elettroni, formata da proteine di trasporto, enzimi, ATP sintetasi. Gli elettroni ( cedono energia agli ioni H+ ) passano da una molecola all’altra, così facendo cedono energia che permette all’enzima ATP sintetasi di far si che ADP si leghi con un fosfato e diventi ATP. L’attività della catena porta alla formazione di 32 ATP per un rendimento totale di 36 ATP per ogni molecola di glucosio iniziale. Nei PROCARIOTI —> la Glicolisi, la Fermentazione e il Ciclo di Krebs nel Citosol Nella membrana plasmatica = Ossidazione del Piruvato e Catena respiratoria. PROCESSI AEROBICI ( DEL CATABOLISMO DEL GLUCOSIO) PROCESSI AEROBICI ( CATABOLISMO DEL GLUCOSIO ) = si servono di ossigeno! - RESPIRAZIONE CELLULARE : la respirazione cellulare si serve di O2 presente nell’ambiente —> quindi reazione AEROBICA. Negli eucarioti, il principale processo di produzione dell’ATP è la respirazione cellulare. Ogni molecola di piruvato viene convertita completamente in 3 CO2 tramite una serie di vie cataboliche che comprendono 1) OSSIDAZIONE PIRUVATO 2) CICLO DI KREBS 3) SISTEMA TRASPORTO ELETTRONI L’ NADH, nella sua forma ridotta, rappresenta una grossa fonte d’energia, che per essere utilizzata richiede però la presenza d'ossigeno. In assenza d'ossigeno, l’ NADH ridotto deve essere liberato del suo prezioso carico senza ricavarne energia. Le varie fermentazioni differiscono per il modo in cui il NAD+ viene rigenerato. E’ una reazione che può continuare in respirazione cellulare o, in assenza di ossigeno, dal piruvato mi arresto avendo come molecola finale il lattato o un alcool. In una cellula eucariota si fa la glicolisi nel citoplasma, qui avvengono le reazioni anaerobiche, se c’è ossigeno sposto il piruvato nel mitocondrio, dove si avrà il ciclo di Krebs e sulla membrana mitocondriale la catena respiratoria. Il procariota si sposta sulla membrana plasmatica per fare l’ossidazione del piruvato e la catena respiratoria. Gli elettroni vengo aggiunti a piccole molecole detta trasportatori di elettroni, come il NAD, che è un coenzima che prende gli elettroni e viene ridotto, diventando NADH, una volta ridotto cederà questi elettroni alla catena respiratoria sul mitocondrio, riducendo determinate molecole. LA FERMENTAZIONE AVVIENE NEL CITOPLASMA. Ci sono due tipi di fermentazione : - FERMENTAZIONE LATTICA —> che ha come prodotto finale l’ACIDO LATTICO - FERMENTAZIONE ALCOLICA —> che ja come prodotto finale l’ALCOL ETILICO I. FERMENTAZIONE LATTICA : è una via metabolica che avviene in un solo passaggio. L'enzima lattato deidrogenasi, infatti, riduce direttamente il piruvato a lattato, ossidando allo stesso tempo il NADH (+H+) a NAD+. La fermentazione lattica avviene nei muscoli del corpo umano a seguito di grande sforzo che comporta una non più corretta ossigenazione dei tessuti: l'organismo tuttavia produce acido lattico per ottenere comunque l’energia necessaria.  Il dolore dei crampi è legato alla tossicità dell’acido lattico ai danni delle cellule muscolari. II. FERMENTAZIONE ALCOLICA : avviene in alcuni lieviti (eucarioti) e in alcune cellule vegetali in condizioni ANAEROBICHE —> no ossigeno. E’ la via metabolica che porta alla formazione dell'alcol etilico (etanolo) La fermentazione si svolge in due fasi: nella prima il lievito scinde gli zuccheri complessi (disaccaridi, come il saccarosio), mentre nella seconda avviene la formazione di etanolo (o alcol etilico) a partire dagli zuccheri semplici (ad esempio il fruttosio). Nella seconda fase (che distingue la vera e propria fermentazione) a partire dal glucosio nel citoplasma dell'organismo anaerobico si verifica la glicolisi. La fermentazione alcolica ricicla NAD+ • La GLICOLISI e la FERMENTAZIONE odiano solo parzialmente il glucosio Nell’acido lattico e nell’etanolo rimane una quantità molto maggiore di energia di quella contenuta nella CO2, prodotto finale della respirazione cellulare. La respirazione cellulare produce 32 ATP per molecola di glucosio. VIE METABOLICHE: CATABOLISMO = aspetto degradato del metabolismo, utilizza percorso ESOERGONICI, quindi libera energia. Possiede caratteristiche ossidative —> libera elettroni. Ha come scopo quello di conservare l’energia nei substrati. Le vie cataboliche per la degradazione dei carboidrati, dei grassi e delle proteine alimentano le vie anaboliche di estrazione di energia. ANABOLISMO = aspetto costruttivo del metabolismo. Utilizza percorsi ENDOERGONICI , quindi consuma energia. Ha caratteristiche riduttive —> acquisto di elettroni. Gli scheletri carbonio possono entrare nelle vie cataboliche ed essere scomposti per fornire energia o passare per le vie anaboliche e essere impiegati per formare macromolecole fondamentali per la cellula. TRASFORMAZIONI CATABOLICHE : i polisaccaridi vengono idrolizzati a glucosio i Lipidi vengono demoliti glicerolo e acidi grassi Le proteine vengono idrolizzate in amminoacidi. In 20 diversi amminoacidi entrano in passaggi diversi di glicolisi e ciclo di Krebs a seconda della loro struttura. Come fa l’organismo a stabilire quale via metabolica deve seguire e in quali cellule? Gli organismi regalo la presenza del enzimi nelle varie cellule per mantenere un equilibrio basato su interazione tra ANABOLISMO e CATABOLISMO Durante l’esercizio fisico le cellule muscolari del muore e della muscolatura scheletrica catalizzano il glucosio per ottenere energia. E’ un’anomalia dell’assetto cromosomico, in cui sono presenti uno o più cromosomi rispetto al numero normale. TRISOMIE = +1 MONOSOMIE = -1 Nell’uomo si conoscono solo 3 aneuploidie compatibili con la sopravvivenza post natale : - La sindrome di Down (trisomia 21, presenza di un cromosoma 21 in eccesso ) - - La sindrome di Edwards ( trisomia 18) —> gravissima, sopravvivenza di alcuni mesi (130 gg) - La sindrome di Patau ( trisomia 13) —> gravissima, raramente nascono vivi ANEUPLOIDIE DEI CROMOSOMI SESSUALI : causa più comune è una non disgiunzione (nella meiosi) del paio di cromosomi sessuali, con la produzione di gameti sbilanciati. I pazienti con aneuploidie dei cromosomi del sesso, presentano generalmente problemi nello sviluppo e nella fertilità. Le sindromi più rilevanti : - Sindrome di Klinefelter : caratterizzata dalla presenza di cromosomi X in numero maggiore in individui maschili —> obesità, infertilità, ritardo, dimorfismo facciale - Sindrome di Turner: malattia genetica rara che colpisce esclusivamente le donne. Nella maggior parte dei casi, è dovuta all'assenza di un cromosoma X. Pertanto, al posto della normale copia di cromosomi sessuali XX, che caratterizza il sesso femminile, molte donne affette da sindrome di Turner hanno un singolo cromosoma X. Quest'anomalia genetica determina alcuni sintomi e segni tipici della malattia, come bassa statura, ovaie immature e conseguente sterilità. - Trisomia dell’ X : non manifestano problematiche, sono fertili e i figli non ereditano al trisomia. Il ritardo mentale è solo leggermente superiore alla popolazione generale. POLIPLOIDIA : le alterazioni del numero son a carico di TUTTI i cromosomi e consistono = Nella mancanza di un intero assetto, MONOPLOIDIA e nella presenza di interi assetti cromosomici in maggior numero, es TRIPLOIDIA (3) o TETRAPLOIDIA (4) Si conosco solo pochissimi bambini nati vivi con una serie di malformazioni, generalmente si ha un’aborto spontaneo o lo sviluppo embrionale non avviene proprio. EREDITARIETÀ, GENI E CROMOSOMI : genetica pre Mendel ( XIX secolo ) Come si trasmettono i caratteri portati dai due gameti? - EREDITARIETÀ’ PER RIMESCOLAMENTO : i gameti contenenti caratteristiche ereditarie (GENI ) si rimescolano durante la fecondazione perdendo la loro individualità e non potendo più essere isolati. - EREDITARIETÀ’ PARTICELLARE : la teoria secondo la quale i geni, alla fecondazione, rimangono intatti, facendo si che la progenie contenga ancora i determinanti per le due caratteristiche dei genitori. MENDEL : la sua teoria non fu subito accettata, venne ignorata dalla comunità scientifica Le piante producono fiori provvisti di organi riproduttivi sia maschili che femminili e do gameti all’interno dello stesso fiore. Se non vengono manipolate diversamente, queste piante ricorrono all’ AUTOIMPOLLINAZIONE, ovvero gli organi femminili di ogni fiore ricevono il polline dagli organi maschili dello stesso fiore. Un Carattere —> è una caratteristica fisica osservabile, come il colore Un Tratto —> è una forma particolare assunta da un carattere = diverse variazioni del carattere portano per esempio ad avere una seme liscio o rugoso Un Tratto ereditario —> è una proprietà che si trasmette dai genitori ai figli. Mendel cercò di individuare questi caratteri presenti nelle diverse forme alternative. Inoltre questi tratti dovevano derivare da LINEE PURE, ossia piante che per molte generazioni avevano prodotto piante figlie con questo stesso tratto. Mendel isolò ognuna di queste linee pure ripetendo numerose volte l’incrocio ed effettuando una rigorosa selezione, per assicurarsi che ogni genitore derivasse da una linea pura. Raccolse il polline da una certa linea parentale e lo trasferì su fiori di un’altra linea pura. La pianta donatrice e il ricevente rappresentano la GENERAZIONE PARENTALE ( P ). Al momento opportuno, i semi furono piantati. I semi e le nuove piante costituiscono la PRIMA GENERAZIONE FIGLIALE ( F1) Ogni gene si trova in un preciso sito del cromosoma, il LOCUS. > PRIMA LEGGE DI MENDEL : per ciascun carattere scelse piantine di linea tra per forme opposte dello stesso carattere (caratteristica osservabile, tipo il colore). Le piante che offrivano o ricevevano il polline costituivano la Generazione Parentale ( P ). I semi e le nuove piante da essi prodotte costituivano la prima Generazione Figliale (F1). Gli individui di questa generazione possono essere definiti IBRIDI in quanto figli di organismi che differiscono per uno o più caratteri. I risultati ottenuti : gli individui ibridi della generazione F1 manifestano solo uno dei tratti della generazione parentale. SECONDA LEGGE DI MENDEL : Mendel coltivò delle piantine della generazione F1 ed ognuna di esse fu lasciata libera di autoimpollinarsi e produrre i demi di una nuova generazione F2. Notò 2 cose importanti : - Il tratto che non si era espresso nella generazione F1 ricompariva nella generazione F2. In ognuna delle altre coppie di di caratteri studiate da Mendel, un tratto si dimostrò sempre dominante sull’altro e il tratto recessivo era quello che scompariva nella generazione F. - In F2 il rapporto numerico tra i due tratti era sempre 3:1 (75% ; 25% ), quindi 3\4 della generazione F2 mostrava tratto dominante e 1\4 quello recessivo. Mendel formulò una teoria : Quando un individuo produce gameti, le due coppie di un gene si separano, cosicché ciascun gamete riceve soltanto una copia. Le unità responsabili dell’ereditarietà si presentano come particelle distinte che in ciascun individuo si trovano in coppia. Durante la formazione dei gameti queste particelle si separano e ogni gamete ne eredita solo una. La combinazione dei diversi alleli che deriva da un incrocio può essere schematizzata dal QUADRATO DI PUNNET. Questo metodo si basa sul fatto di considerare tutte le possibili combinazioni dei gameti quando si calcolano le frequenze genotipiche attese. Si tratta di una semplice griglia, su un lato della quale si riportano tutti i possibili genotipi dei gameti maschili e sull’altro i possibili genotipi dei gameti femminili. La griglia si completa mettendo negli spazi vuoti il genotipo DIPLOIDE che risulta dalle combinazione dei gameti APLOIDI. • Mendel ignorava l’esistenza dei cromosomi e alleli ma oggi sappiamo che : a ogni carattere (gene) corrisponde una coppia di alleli ripartiti su cromosomi omologhi e che i due alleli segregano alla meiosi —> al termine della meiosi I i due omologhi si sono separati entrando a far parte di celia figlie diverse. Al termine della meiosi II, ogni gene aploide contiene un membro di ogni coppia di omologhi e quindi un allele di ogni gene. TEST CROSS : viene usato per determinare se un determinato individuo che esprime un determinato carattere dominante è ETEROZIGOTE o OMOZIGOTE per l’allele che definisce tale tratto —> sarà Ss o SS? L’individuo viene re-incrociato con un individuo OMOZIGOTE PER IL TRATTO RECESSIVO —> S? x ss A) Se l’individuo è omozigote (SS) tutta la progenie sarà Ss e mostrerà il tratto dominante B) Se l’individuo è eterozigote (Ss) allora approssimativamente : 1\2 della progenie sarà eterozigote (Ss) con tratto dominante e 1\2 della progenie sarà omozigote (ss) per il tratto recessivo. TERZA LEGGE DI MENDEL : Mendel prese in cospirazione più caratteri contemporaneamente (esempio forma e colore del seme ) e formulò la terza legge, prendendo in considerazione due coppie di caratteri alla volta. Cioè, se si incrociano 2 individui differenti per più caratteri, si può osservare che ciascun carattere compare nei figli indipendentemente dagli altri e variamente associato (ossia incrociando piselli a semi gialli lisci con altri semi verdi e grinzosi, si ottiene una prima generazione costituita interamente da piselli gialli e lisci, essendo questi a carattere dominante ) Perciò mentre nella prima generazione F1 si hanno tutti individui con i caratteri dominanti, nella seconda generazione F2 compaiono individui con caratteri variamente associati : i genotipi della generazione F2 sono in rapporto 9:3:3:1 —> il risultato degli incroci portò ad una generazione composta da 9/16 individui fenotipicamente dominanti, 3/16 dominanti per una caratteristica e recessivi per l’altra, gli altri 3/16 saranno l’opposto di questi ultimi e infine avremo 1 individuo su 16 sarà recessivo per entrambe le caratteristiche. COME INTERAGISCONO GLI ALLELI : in molti casi gli alleli non manifestano i semplici rapporti tra dominanza e recessività. Alleli già esistenti sono soggetti a mutazioni e possono dare origine a nuovi alleli, per cui possono esserci numerosi alleli per un singolo carattere. I nuovi alleli si organizzano per mutazione. I diversi alleli si un gene esistono poiché questi ultimi sono soggetti a mutazioni, ovvero a un processo raro e casuale che consiste in un cambiamenti ereditario del materiale genetico. La mutazione è un processo casuale. Forme alternative di uno stesso gene sono definite ALLELI MUTANTI e possono dare origine a un fenotipo differente. Gli antigeni A e B derivano da un glicolipide della membrana plasmatica dei globuli rossi che viene modificato chimicamente ad opera di due enzimi: l’enzima A aggiunge una molecola di N-acetil-glucosammina al «glicolipide base» trasformandolo nell’antigene A; l’enzima B aggiunge una molecola di galattosio al «glicolipide base» trasformandolo nell’antigene B. I principi di Mendel si ampliarono ulteriormente quando fu scoperto che un singolo allele può influenzare più di un fenotipo. Un allele che abbia più effetti fenotipici distinguibili è detto PLEIOTROPICO. Tra i geni che hanno un’azione pleiotropica ci sono quelli responsabili di molte malattie umane caratterizzate da un quadro clinico complesso con molti sintomi differenti, come per esempio la fenilchetonuria (PKU). La fenilchetonuria è causata da un allele recessivo che rende inattivo l’enzima che catalizza la conversione dell’amminoacido fenilalanina in tirosina. In presenza dell’allele recessivo, la fenilalanina che entra nel corpo umano con il cibo non viene degradata ma si accumula nell’organismo; in queste condizioni viene convertita in un composto tossico, che attraverso il sangue raggiunge il cervello, impedendone il normale sviluppo e provocando ritardo mentale. INTERAZIONE TRA GENI : in molti casi i geni interagiscono tra loro per determinare un fenotipo. Un’ulteriore complicazione è rappresentata dal fatto che determinati fattori ambientali possono interagire con la costituzione genica di un individuo, contribuendo alla sua espressione fenotipica. Si parla di EPISTASI quando l’espressione fenotipica di un gene viene influenzata da un altro gene. Per esempio, sui cani di razza Labrador, l’allele B (colore nero) è dominante sull’allele b (marrone), l’allele E (responsabile del deposito del pigmento sul pelo) è dominante sull’allele e —> che non fa depositare il pigmento, per cui il pelo risulta giallastro. L’AMBIENTE INFLUENZA L’AZIONE DEL GENE : due parametro descrivono gli effetti dei geni e dell’ambiente : - PENETRANZA—> ovvero la porzione di individui appartenenti a un gruppo caratterizzato da un determinato genotipo che manifesta realmente il fenotipo atteso - ESPRESSIVITÀ’ —> che corrisponde al grado con cui un gerto genotipo viene espresso in un individuo. RICAPITOLANDO : > Mutazioni casuali generano nuovi alleli e molti geni hanno alleli multipli > Si definisce allele WILD TYPE (wt) la forma predominante di un tratto. Quando l’allele wt è presente nel locus con una frequenza minore del 99% il locus è polimorfico. > Nel caso di dominanza incompleta, un individuo eterozigote presenta un fenotipo intermedio tra i fenotipi omozigoti. > Nella Co-Dominanza due alleli in un locus producono due diversi fenotipi che entrambi si manifestano nell’eterozigote. > Un allele che influenza più di un tratto è detto PLEIOTROPICO. > Un gene può influenzare l’espressione di un altro attraverso la regolazione epistatica — > Il fenomeno si verifica quando una coppia di alleli copre l'espressione fenotipica di un'altra coppia di alleli. Le caratteristiche fenotipiche dell'individuo saranno pertanto date dalla risultante di questa interazione. Il gene che maschera l'espressione di un altro gene. > L’ambiente può influenzare l’espressione di un fenotipo. >La proporzione di individui che esprimono il fenotipo atteso da un determinato genotipo viene definita PENETRANZA. > L’espressività è il livello con cui ogni genotipo è espresso in un individuo. RELAZIONI TRA GENI E CROMOSOMI : più geni sono situati sullo stesso cromosoma Come si può stabilire quali geni sono situati sullo stesso cromosoma e la distanza che li separa? I primi esperimenti di genetica (non mendeliana ) sulla drosofila furono effettuati a partire dal 1909 da Thomas Hunt Morgan e dai suoi allievi presso la Columbia University. Morgan scelse il moscerino della frutta come modello sperimentale perché presentava una serie di caratteristiche vantaggiose: le dimensioni ridotte, la facilità di allevamento, la brevità dell’intervallo fra una generazione e la successiva, la facilità nell’identificare caratteri chiaramente riconoscibili, la possibilità di indurre con una certa facilità mutazioni creando nuovi alleli accanto a quelli selvatici. Alcuni degli incroci realizzati però produssero risultati non in accordo con la legge di assortimento indipendente di Mendel ( 3° legge di Mendel ). Egli scoprì così che in molti casi i rapporti fenotipici erano in disaccordo con quelli previsti dalla legge dell’indipendenza. Consideriamo per esempio i caratteri «colore del corpo» e «forma delle ali», entrambi determinati da una coppia di alleli: 1) l’allele selvatico B (corpo grigio) domina su b (corpo nero) 2) l’allele selvatico F (ali normali) domina su f (ali di dimensioni ridotte). I geni legati al sesso sono ereditati con modalità particolari I geni situati sui cromosomi sessuali non seguono gli schemi mendeliani di ereditarietà. Nella drosofila, come negli esseri umani, il cromosoma Y pare essere povero di geni, ma il cromosoma X contiene un considerevole numero di geni che influenzano un vasta gamma di caratteri. Ognuno di tali geni è presente in duplice copia nelle femmine e in copia singola nei maschi. Definiamo emizigoti gli individui che possiedono una sola copia di un dato gene. I maschi di drosofila sono pertanto emizigoti per quasi tutti i geni che si trovano sul cromosoma X. I geni che si trovano sul cromosoma X e sono assenti sul cromosoma Y vengono ereditati in rapporti che differiscono da quelli mendeliani. I caratteri corrispondenti a questi geni sono detti caratteri legati al sesso. Il primo esempio studiato di ereditarietà di un carattere legato al sesso è quello del colore degli occhi della drosofila. In questi moscerini gli occhi di tipo selvatico sono di colore rosso. Nel 1910 Morgan scoprì una mutazione che produce occhi bianchi. Egli condusse quindi esperimenti di incrocio fra drosofile di tipo selvatico e drosofile mutanti, i cui risultati dimostrarono che il locus per il colore degli occhi si trova sul cromosoma X. • Incrociando una femmina omozigote a occhi rossi con un maschio (emizigote) a occhi bianchi, tutti i figli, maschi e femmine, hanno occhi rossi perché tutta la progenie ha ereditato dalla madre un cromosoma X di tipo selvatico e perché il rosso domina sul bianco. • Nell’incrocio reciproco, in cui una femmina a occhi bianchi si accoppiava con un maschio a occhi rossi, tutti i figli maschi avevano occhi bianchi e tutte le figlie femmine avevano occhi rossi. • I figli maschi nati dall’incrocio reciproco ereditavano il loro unico cromosoma X da una madre a occhi bianchi; il cromosoma Y ereditato dal padre, infatti, non contiene il locus per il colore degli occhi. Le figlie femmine, invece, ricevevano dalla madre un cromosoma X contenente l’allele «occhi bianchi» e dal padre un cromosoma X contenente l’allele «occhi rossi»; erano quindi eterozigoti a occhi rossi. Accoppiando queste femmine eterozigoti con maschi a occhi rossi, si avevano figlie tutte a occhi rossi e figli per metà a occhi rossi e per metà a occhi bianchi. Questi risultati dimostravano che il colore degli occhi nella drosofila si trova sul cromosoma X. Nella specie umana molti caratteri sono legati al sesso: Nella nostra specie, sul cromosoma X si trovano circa 2000 geni, che seguono il medesimo quadro di trasmissione degli occhi della Drosofila. Per esempio, se uno di questi geni presenta un allele mutante recessivo che porta al daltonismo, un disturbo ereditario consistente nell’incapacità di distinguere i colori rosso e verde, il disturbo si manifesta negli individui omozigoti o emizigoti per l’allele mutante recessivo. Gli alberi genealogici per i fenotipi recessivi legati all’X mostrano le seguenti caratteristiche : • Il fenotipo compare più spesso nei maschi che nelle femmine; affinché si esprima nei maschi è sufficiente una sola copia dell’allele raro, mentre nelle femmine ne servono due. • Un maschio con la mutazione può trasmetterla soltanto alle figlie femmine; infatti a tutti i figli maschi cede il suo cromosoma Y. • Le femmine che ricevono un cromosoma X mutante sono portatrici eterozigoti, ma in grado di trasmettere l’X mutato tanto ai figli quanto alle figlie (anche se lo fanno in media soltanto nel 50% dei casi, perché metà dei loro cromosomi X contiene l’allele normale). • Il fenotipo mutante può saltare una generazione qualora la mutazione passi da un maschio a sua figlia (che sarà fenotipicamente normale) e da questa a un suo figlio. Il cromosoma Y umano è piccolo e contiene appena poche dozzine di geni. Fra questi c’è SRY, il gene che determina la mascolinità. La ricombinazione genica nei procarioti ( batteri) Diversamente dai virus, i procarioti (batteri e archei) sono cellule capaci di svolgere tutte le funzioni vitali fondamentali. Di regola questi organismi si riproducono per via asessuata: ogni cellula dà origine a un clone, ovvero a una popolazione di individui geneticamente identici. Abbiamo visto che negli eucarioti la ricombinazione è un processo strettamente associato alla riproduzione e si verifica tra cromosomi omologhi durante la meiosi. Nei procarioti, al contrario, i due processi sono separati e distinti, tanto che a volte la ricombinazione non richiede nemmeno la partecipazione di due cellule intere. Pur riproducendosi per via asessuata, i procarioti dispongono di svariati modi per ricombinare i loro geni. La loro evoluzione è garantita da due meccanismi principali: quello delle mutazioni e quello delle ricombinazioni. MUTAZIONI: evento casuale che si manifesta con alterazioni e sostituzioni a livello delle sequenze nucleotidiche che compongono il genoma batterico. RICOMBINAZIONI: derivano da meccanismi di trasferimento genico: un batterio donatore trasferisce delle sequenze nucleotidiche al batterio ricevente, che le integra nel proprio ricombinarsi con il cromosoma dell’ospite portando alla sostituzione di alcuni dei suoi geni con geni batterici. 2) TRASDUZIONE SPECIALIZZATA —> coinvolge i profagi: quando il profago si stacca dal cromosoma che lo ospita, porta con sé un frammento di DNA batterico vicino al punto in cui era inserito. In questo caso il frammento trasportato non è casuale. BATTERI : sono procarioti con correndo cromosomico semplice. I virus non sono cellule, sono formati da un acido nucleico e da alcune proteine. Sono parassiti che si sviluppa all’interno della cellula ospite, di solito distruggendola. I virus non eseguono funzioni metaboliche e non sono in grado di riprodursi autonomamente. I virus, infatti, sono parassiti intracellulari obbligati, cioè si sviluppano e si riproducono soltanto all’interno di alcune cellule di determinati ospiti. Per riprodursi, i virus utilizzano gli apparati della cellula ospite, di solito distruggendola. Al termine del processo la cellula libera le particelle singole, definite VIRIONI. Un virino è formato da un acido nucleico avvolto da un CAPSIDE, un rivestimento costituito da una o più proteine. Un virione inoltre può avere forma semplice o complessa e talvolta è avvolto da una membrana. Dal momento che non hanno né la parete cellulare né un proprio metabolismo, i virus non risentono dell’azione degli antibiotici. I virus possiedono genomi piccoli, si riproducono velocemente e sono di regola APLOIDI. - CICLO LITICO E LISOGENO : i virus che infettano i batteri sono chiamati BATTERIOFAGI (fagi). I virioni, i cui acidi nucleici devono superare la parete batterica per poter infettare la cellula ospite, sono spesso muniti, a livello di coda, di un complesso molecolare in grado di inietta l’acido nucleico (del batteriofago ) attraverso la parete del batterio ospite. Un volta che l’acido nucleico è penetrato nella cellula ospite, possono succedere 2 cose : 1) il virus compie un CICLO LITICO, cioè si riproduce immediatamente, uccidendo la cellula ospite, che si rompe liberando la progenie. Un virus che si riproduce esclusivamente attraverso il ciclo litico è detto VIRULENTO. 2) Il virus compie un CICLO LISOGENO, cioè posticipa la riproduzione inserendo il proprio acido nucleico nel genoma della cellula ospite. In questo caso il batterio infettato non va in contro alla rottura ( LISI ) e ospita così l’acido nucleico. I batteri che ospitano particelle non litiche (che non causano la rottura) si chiamano BATTERI LISOGENI e i virus vengono chiamati TEMPERATI. Il virus, così integrato è un’entità non infettiva e viene denominato PROFAGO ( quindi virus non infettivo). Il batterio può rimanere inattivo all’interno del genoma, però a volte, può essere indotto all’attivazione, ciò da regine a un ciclo litico, in cui il profago produce nuove particelle virali (si riproduce quindi). • I VIRUS A RNA SI RIPRODUCONO : consideriamo du virus importanti : il virus dell’influenza e quello dell’immunodeficienza. Il virus dell’influenza entra nella cellula mediante endocitosi, all’interno di una vescicola. Una volta all’interno della cellula, la fusione tra la membrana e del virus e della della vescicola provoca la liberazione del virione all’interno della cellula. (LE DUE MEMBRANE SI FONDONO) Il virus dell’immunodeficienza è un retrovirus : I RETROVIRUS : possiedono un cromosoma di RNA e quando infettano la cellula operano una specie di trascrizione al contrario, cioè retroscrivono RNA a DNA. Il processo —> la trascrizione inversa dell’RNA produce un provirus a DNA, ovvero una molecola di DNA complementare che si inserisce nel genoma della cellula ospite. Il provirus si inserisce nel genoma della cellula e occasionalmente si attiva per produrre nuovo VIRIONI. Quando ciò accade, il provirus viene trascritto in mRNA, che poi viene tradotto nelle proteine virali. Le glicoproteine si inseriscono nella membrana plasmatica della cellula ospite, che poi diverrà il rivestimento virale. Altre proteine virali formeranno il CAPSIDE. La liberazione dei virioni dalla cellula ospite avviene con un processo molto simile all’esocitosi. IL DNA COME PRINCIPIO TRASFORMANTE : Griffith nel 1928, stava studiando il batterio pneumococco, uno degli agenti patogeni della polmonite. Il suo scopo era quello di creare un vaccino facendo sperimentazioni sui topolini da laboratorio. Egli stava lavorando con due diversi ceppi di pneumococco : • CEPPO S = costituito da cellule a superficie liscia, protette da capsula, quindi protette degli attacchi del sistema immunitario della cellula ospite. Se iniettate nei topolini, esse si riproducevano e provocavano la polmonite. Il ceppo è quindi VIRULENTO. processo di trascrizione, vengono uniti. Questo avviene dopo la trascrizione da parte dell’RNA polimerasi. ALLUNGAMENTO : La RNA polimerasi apre il DNA a circa 10 basi per volta e legge il filamento stampo in direzione 3’—5’. Anche l’RNA polimerasi aggiunge nuovi nucleotidi all’estremità 3’ del filamento in crescita, ma non ha bisogno di un PRIMER per dare inizio al processo. (L’RNA trascritto è atiparallealo al filamento stampo di DNA. ) Il nuovo RNA si allunga verso l’estremità 3' partendo dalla prima base che costituisce l’estremità 5'. Di conseguenza l’RNA trascritto è antiparallelo al filamento di stampo del DNA. Come fa l’RNA polimerasi a sapere quando smettere di aggiungere nucleotidi al trascritto di RNA in crescita? Analogamente al sito di inizio che precisa il punto di partenza della trascrizione, sul filamento stampo del DNA ci sono particolari sequenze di basi che ne stabiliscono la TERMINAZIONE. TRADUZIONE : è un processo biologico che avviene dei ribosomi, nel quale si assiste alla formazione di una catena polipeptidica partendo da un messaggio contenuto in una molecola di RNA messaggero. RNA messaggero (mRNA) —> porta una copia delle informazioni di un tratto di DNA ai ribosomi RNA transfer (tRNA) —> adattatore che porta gli amminoacidi ai ribosomi e li colloca nella posizione corretta. RIBOSOMI —> in grado di assemblare la catena polipeptidica trattenendo nella giusta posizione mRNA e tRNA carichi. • Per spiegare in che modo una sequenza di DNA si trasforma nella sequenza di amminoacidi CRICK ipotizzò un’ADATTATORE : Una molecola in grado di legarsi in modo specifico a un amminoacido e di riconoscere una sequenza di nucleotidi. Questa molecola è l’RNA TRANSFER, il tRNA. Esso riconosce il messaggio genetico dell’RNA messaggero e lo trasporta a specifici amminoacidi. Gli adattatori di RNA transfer si allineano lungo la sequenza dell’RNA messaggero in modo che gli amminoacidi si trovino nella sequenza giusta per la crescita di una catena polipeptidica. Per mettere in relazione la sequenza dell’RNA messaggero con gli amminoacidi che compongono le proteine, occorre un CODICE GENETICO. Il codice genetico specifica l’amminoacido da utilizzare di volta in volta per costruire una proteina, è la chiave di lettura delle informazioni genetiche dell’RNA, formato da 64 triplette di codoni. Con 4 lettere si possono scrivere 64 codoni, gli amminoacidi specifici per questi sono solo 20. Perché il codice esatto origina da 43 = 64 combinazioni che sono più che sufficienti per codificare tutti gli amminoacidi! I codoni sono ogni sequenza di 3 basi lungo la catena dell’RNA. Il codone di inizio alla traduzione è AUG. l codoni che terminano la traduzione sono 3 ( UAA, UAG,UGA) funzionano da segnali di terminazione della traduzione. Quando il dispositivo per la traduzione raggiunge uno di questi codoni si interrompe. Tolti i codoni di inizio e di stop restano 60 codoni, che sono più di quelli che servono per codificare gli altri 19 amminoacidi. Quasi tutti gli amminoacidi corrispondono a + codoni, quindi più codoni possono codificare un amminoacido. Perciò si dice che il codice è DEGENERATO. Il codice si definisce AMBIGUO se un singolo cadono specificasse 2 o + amminoacidi diversi. Per garantire che la proteina fabbricata sia quella specificata dall’RNA messaggero , l’RNA transfer deve : - leggere correttamente i codoni dell’RNA messaggero e fornire gli amminoacidi corrispondenti ai codoni letti. [ struttura tRNA = per ogni 20 amminoacidi c’è un tipo specifico di tRNA. - All’estremità 3’ di ogni molecola tRNA si trova il sito di attacco degli amminoacidi - A metà della sequenza c’è un gruppo di 3 basi detto ANTICODONE, luogo di appaiamento tra basi complementari con l’RNA messaggero ]. - Ciascun tipo di tRNA contiene un particolare anticodone, complementare al codone di mRNA corrispondente al proprio amminoacido. Importanti sono gli ENZIMI ATTIVANTI = realizzano il caricamento di ciascun tRNA con il proprio amminoacido. Ogni enzima attivante è specifico per un 1 solo amminoacido.