cellula e ATP, sintesi capitolo 7, Appunti di Francese

Scarica cellula e ATP, sintesi capitolo 7 e più Appunti in PDF di Francese solo su Docsity! LA CELLULA La cellula funziona come una fabbrica, motivo per cui è capace di svolgere delle reazioni. Alcune di queste reazioni demoliscono lo zucchero (glucosio) per liberare energia. L’energia si distingue in: ● ENERGIA CINETICA → energia dei corpi in movimento ● ENERGIA POTENZIALE → l'energia che è immagazzinata all'interno di un oggetto non in movimento, ma capace di divenire attiva. Le molecole possiedono un’ energia potenziale, detta energia chimica, che può essere rilasciata tramite delle reazioni chimiche e resa disponibile per le reazioni cellulari. L’ATP L’ATP è la molecola che fornisce energia per il lavoro cellulare. è costituita da adenina, ribosio e tre gruppi fosfato (questi ultimi hanno una carica negativa, per questo i loro legami vengono definiti deboli, quindi vengono facilmente scissi). Quando il legame tra il secondo e il terzo gruppo fosfato si spezza, l’ATP diventa ADP, e in questo processo viene liberata energia. L’ATP oltre a immagazzinare energia, fa anche la fosforilazione, cioè dona un gruppo fosfato a una molecola con lo scopo di attivare la cellula in cui si trova. Grazie a questo processo svolge 3 tipi di lavoro: -CHIMICO → aiuta a svolgere le reazioni chimiche -MECCANICO → quando la fosf. delle proteine motrici avviene, esse si contraggono - DI TRASPORTO → quando un gruppo fosfato si lega a una proteina di trasporto, essa trasporterà la molecola da caricare e la libererà nell’altro lato della membrana. Finito questo passaggio, il gruppo fosfato di stacca e si rilega con l’ADP precedente da cui si era staccato e forma di nuovo l’ATP. LE REAZIONI CHIMICHE Le reazioni chimiche si suddividono in esoergoniche ed endoergoniche: →In una reazione esoergonica i reagenti sono più potenti a livello energetico dei prodotti, quindi l’energia in eccesso viene rilasciata. →Una reazione endoergonica, invece, richiede energia dall’esterno perché i reagenti sono più deboli dei prodotti. Le reazioni possono essere differenziate anche in anaboliche e cataboliche: → Le reazioni anaboliche, sono per lo più endoergoniche, perchè da molecole semplici si passa a molecole più complesse, quindi si richiede l’utilizzo di energia. → Le reazioni cataboliche, sono per lo più esoergoniche, perchè da molecole complesse si passa a quelle più semplici, motivo per cui si rilascia energia. GLI ENZIMI Tutte le reazioni dentro alla cellula vengono compiute anche grazie agli enzimi, proteine che permettono reazioni chimiche più veloci. Infatti per dare il via a una reazione chimica c’è bisogno di superare una “barriera” immaginaria, chiamata energia di attivazione (Ea). Questi enzimi riescono a aumentare la velocità delle reazioni. Gli enzimi hanno forma tridimensionale. Il reagente sul quale agisce un enzima è detto substrato, che si lega a una regione dell’enzima detto sito attivo. AZIONE CATALITICA→ 1. L’enzima ha il sito attivo vuoto 2. Il substrato si lega al sito attivo tramite legami deboli. 3. Si ha la modificazione dei legami del substrato. I legami modificati reagiscono con l’acqua presente nell’ambiente e il substrato viene scisso per idrolisi, dando origine ai prodotti. 4. L’enzima si separa dai prodotti ed è pronto ad accogliere un altro substrato. COFATTORI E COENZIMI Per svolgere quest’azione catalitica, alcuni enzimi devono essere abbinati a delle molecole non proteiche, chiamate cofattori. Alcuni di essi sono di natura inorganica (zinco, ferro, rame). Altri sono di natura organica e vengono chiamati coenzimi. Molto importante è il coenzima NAD che è presente in due forme: → NAD⁺, che è la forma ossidata, con meno energia → NADH, che è la forma ridotta, con molta energia Questo coenzima trasporta elettroni da una molecola all’altra, prima di prendere elettroni è NAD⁺, mentre quando trasporta gli elettroni si trasforma in NADH, e infine quando rilascerà gli elettroni ritornerà NAD⁺. Un altro coenzima che funziona in maniera simile è FAD, in forma ossidata FAD e in forma ridotta FADH₂. RESPIRAZIONE CELLULARE La molecola che fornisce più energia alla cellula è il glucosio, che ha accumulato l’energia chimica proveniente dal sole, e quest’energia viene rilasciata durante la respirazione cellulare, fenomeno che avviene sia nelle cellule vegetali che in quelle animali. Prima della respirazione cellulare il glucosio(sei atomi di carbonio) viene scisso in due (3x2) formando due molecole di piruvato. Questo processo è detto anaerobico, cioè non richiede l’uso di ossigeno. Nelle prime tappe della glicolisi saranno consumate 2 molecole di ATP, mentre alla fine di molecole di ATP ne verranno prodotte 4 , quindi il guadagno netto è di 2 ATP e 2 molecole di NAD. Se nella cellula è presente ossigeno, si continuerà con la respirazione cellulare. Nel caso contrario si avrà la fermentazione. DEMOLIZIONE DEL PIRUVATO Una volta completato il processo della glicolisi, il prodotto finale, ossia il piruvato, deve andare incontro al Ciclo di Krebs. Per poter entrare nel Ciclo di Krebs deve prima essere trasformato in acetil-CoA. Il piruvato, con 2 molecole con 3 atomi di carbonio, viene trasformato in acetile, che ha due molecole con due atomi di carbonio. I due atomi di carbonio in eccesso si eliminano sotto forma di CO2. Si aggiunge un coenzima chiamato CoA e la molecola si chiamerà dunque acetil-CoA, pronto per andare incontro al ciclo di Krebs. IL CICLO DI KREBS L’acetil-CoA passa dal citoplasma alla matrice mitocondriale ed entra nel ciclo di Krebs, dove si ottiene la completa demolizione del glucosio fino ad ottenere CO₂. A ogni giro del ciclo di Krebs si formano una molecola di ATP, 3 molecole di NADH e una molecola di FADH₂.. Dato che i piruvati che entrano solo 2, si otterranno 2 molecole di ATP, 6 di NADH e 2 di FADH₂. Aggiungendo i prodotti della glicolisi otterremo 4 molecole di ATP, 10 di NADH e 2 di FADH₂. → carcinomi→ pelle → sarcomi→ ossa e muscoli → leucemie e linfomi → cellule del sangue LA MEIOSI La meiosi è un processo caratteristico delle cellule eucariote, essa riguarda unicamente la produzione delle cellule sessuali o gameti degli organismi pluricellulari. Con la meiosi, attraverso un processo piuttosto complesso, una singola cellula diploide, dopo aver replicato una sola volta il suo DNA, da origine a quattro cellule figlie, i gameti appunto, dotate di un patrimonio dimezzato di cromosomi e dette perciò aploidi. La meiosi si differenzia dall'altro processo di divisione cellulare, la mitosi, nella quale si formano due cellule figlie aventi lo stesso patrimonio genetico della cellula madre. La meiosi avviene secondo due fasi principali, dette rispettivamente prima e seconda divisione meiotica, o meiosi I e meiosi II. PRIMA DIVISIONE MEIOTICA In sintesi, nella prima divisione meiotica si evidenziano i cromosomi, ciascuno costituito da due cromatidi. Questi cromosomi (metà di origine paterna e metà di origine materna), dopo aver subito alcuni processi durante la profase (in particolare il crossing-over, di cui parleremo successivamente), si portano al piano equatoriale della cellula. Qui, senza dividersi nei due cromatidi, si attaccano alle fibre del fuso per migrare verso i due poli in modo tale che, di ogni coppia di cromosomi omologhi, una si dirige verso un polo e l'altra al polo opposto. A conclusione della prima divisione meiotica, si hanno così due cellule, ciascuna con la metà esatta dei cromosomi omologhi. ● PROFASE I : La cromatina visibile nel nucleo cellulare, che rappresenta la massa del DNA quando la cellula svolge le sue normali attività metaboliche, si condensa, in modo che si formano strutture bastoncellari, i cromosomi. Ciascun cromosoma appare a forma di X, poiché è formato da due cromatidi fratelli, uniti in un punto detto centromero. I cromatidi derivano da un processo di duplicazione del DNA; pertanto, ciascuno è geneticamente identico all’altro. In questa fase, una volta che i due cromosomi omologhi sono uniti tra di loro, possono avvenire scambi incrociati di parti più o meno lunghe di cromatidi omologhi (fenomeno di crossing-over). La membrana che avvolge il nucleo si disgrega. Si forma un fascio di microtubuli proteici, che si estende da un polo all’altro della cellula e le cui due estremità fanno capo a due coppie di organuli, detti centrioli. ● METAFASE I : Le tetradi omologhe si dispongono simmetricamente lundo una linea immaginaria, trasversale rispetto al fuso. In tal modo, ognuna è rivolta verso uno dei due poli della cellula. ● ANAFASE I : Le fibre del fuso prendono contatto con i centromeri; ciascuna tetrade migra verso un polo della cellula. ● TELOFASE I : Ai due poli della cellula madre si formano due agglomerati di cromosomi aploidi, in cui è presente un solo cromosoma per ciascun tipo. I cromosomi sono ancora allo stadio della tetrade. Il citoplasma delle due cellule si ripartisce e avviene la citodieresi, ossia la vera e propria divisione della cellula originaria in due cellule figlie distinte (in alcuni casi, la ripartizione può essere incompleta). Le fibre del fuso si disgregano; i cromosomi si despiralizzano. 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 condensarsi, e si forma infine una membrana nucleare. Il citoplasma della cellula si divide in due, così da portare alla formazione di due cellule figlie aploidi. Il materiale genetico presente nelle cellule eucariotiche è organizzato in cromosomi, strutture a forma di bastoncino in cui il DNA è associato a proteine. Nelle cellule diploidi, ogni cromosoma è presente in due copie aventi la stessa forma e le stesse dimensioni; ciascuna copia proviene da uno dei genitori. Le cellule aploidi, invece, possiedono soltanto una copia di ogni cromosoma.Nella specie umana, la maggior parte delle cellule è diploide e possiede un corredo cromosomico pari a 46 cromosomi, corrispondente a due serie complete di 23 cromosomi (23 x 2= 46). Le uniche cellule aploidi del tuo corpo sono i gameti (gli spermatozoi nel maschio e le cellule uovo nella femmina), cellule speciali deputate alle riproduzione sessuata. Le cellule destinate a diventare gameti subiscono un processo chiamato meiosi in seguito al quale il numero dei cromosomi viene ridotto a metà (nel caso della specie umana, 23). Il fenomeno della meiosi è sempre legato alla riproduzione sessuata. Il numero di cromosomi tipico della specie si ripristina con la fecondazione,che dà origine a una nuova cellula diploide, chiamata zigote, dalla quale si svilupperà il nuovo individuo. Nella specie umana, quindi, lo stadio diploide (l’intero organismo) prevale su quello aploide (rappresentato dai gameti). In altri casi, come per esempio nelle piante, all’interno dello stesso ciclo vitale possono esistere sia individui aploidi sia diploidi.