Sintesi prima parte di biologia Alpha Test TOLC-MED: biologia cellulare, Sintesi del corso di Biologia

Scarica Sintesi prima parte di biologia Alpha Test TOLC-MED: biologia cellulare e più Sintesi del corso in PDF di Biologia solo su Docsity! Le caratteristiche dei viventi ➔ sono formati da cellule (tranne i virus), ossia unità strutturali e funzionali. si dividono in organismi unicellulari e organismi pluricellulari; ➔ crescono e aumentano le dimensioni in seguito all’aumento del numero o delle dimensioni delle cellule. i cambiamenti strutturali e fisiologici nel corso della vita costituiscono lo sviluppo; ➔ si riproducono generando organismi uguali a se stessi; ➔ regolano il metabolismo scambiando materia ed energia con l’ambiente. il metabolismo è formato da reazioni chimiche che sono regolate per garantire l’omeostasi, ossia la stabilità interna dell’organismo; ➔ percepiscono gli stimoli dell’ambiente esterno e si adattano; ➔ possiedono il dna, il materiale che costituisce i geni dell’informazione genetica; ➔ si evolvono nel tempo. Gli organismi sono organizzati e divisi in diverse parti, ognuna delle quali ha una propria funzione. per mantenere le strutture ordinate c’è bisogno di continuo apporto di energia (dal secondo principio della termodinamica: ogni sistema lasciato a se stesso tende ad acquisire una struttura disordinata, mentre per ordinarlo è necessaria energia). Gli organismi svolgono sempre delle reazioni chimiche a cui sono dovute le attività fondamentali, e se queste vengono arrestate le cellule e l’organismo muore. questo perché le molecole e gli organelli mantengono in vita la cellula, le cellule garantiscono le funzioni del tessuto (gruppo di cellule con struttura e funzione simile), i tessuti garantiscono le funzioni di un organo (gruppo di tessuti differenti che svolge una funzione) e gli organi garantiscono le funzioni di un apparato (gruppo di organi che svolgono una funzione). ognuno di questi livelli ha delle proprietà emergenti, che sono più complesse della somma delle proprietà degli elementi che lo costituiscono. bioelementi gli organismi viventi sono costituiti solo da circa 20 elementi chimici presenti in natura. i più presenti sono carbonio, idrogeno, ossigeno, fosforo e zolfo (formano il 99% della sostanza umana). minori sono calcio, cloro, potassio, sodio, magnesio e iodio. I prodotti presenti in minime quantità sono oligoelementi e microelementi. biomolecole le biomolecole sono composti organici divise in 4 principali categorie: carboidrati, proteine, lipidi e acidi nucleici. carboidrati composti ternari formati da carbonio, ossigeno e idrogeno. sono divisi in: ➔ monosaccaridi: i più importanti sono il fruttosio e il glucosio, che viene sintetizzato attraverso la fotosintesi clorofilliana e la sua combustione avviene attraverso la glicolisi e la respirazione cellulare. sono la principale fonte di energia dell’organismo; ➔ disaccaridi: i più importanti sono il saccarosio (glucosio+fruttosio), lattosio (glucosio+galattosio), maltosio (2 molecole di glucosio, grazie all’idrolisi parziale dell’amido) e cellobiosio (2 molecole di glucosio, grazie all’idrolisi parziale della cellulosa); ➔ polisaccaridi: i polisaccaridi hanno sia funzione di riserva che di costituenti di membrane e pareti. si dividono in: ● polisaccaridi di riserva: amido vegetale (polimero di alfa-glucosio, formato da amilosio a catena lineare e amilopectina a catena ramificata) e glicogeno animale (polimero di alfa-glucosio, nel fegato e nei muscoli); ● polisaccaridi strutturali: cellulosa (polimero di beta-glucosio a catena lineare nelle parete cellulari delle piante, i suoi legami non sono scindibili dagli animali quindi non possono usarla come fonte di glucosio), chitina (polimero di N-acetilglucosamina, nelle pareti di funghi e in alcuni esoscheletri) e glicosamminoglicani (lineari, formati da amminozucchero e glucide a carattere acido che si alternano). proteine sono polimeri biologici formati da 20 amminoacidi (tutti chirali tranne la glicina e tutti l-alfa-amminoacidi, ossia dove -Nh2 è analogo a -oh della l-gliceraldeide. solo 9 di questi non possono essere sintetizzati: si chiamano essenziali e devono essere “mangiati”) legati da legami peptidici in catene. la sintesi è controllata dal dna e hanno due funzioni: strutturale o catalitica (enzimi). sono diverse dai peptidi e polipeptidi perché questi contengono solo decine di amminoacidi mentre le proteine centinaia. hanno 4 livelli di struttura: ➔ primaria: sequenza di amminoacidi; ➔ secondaria: disposizione degli amminoacidi vicini lungo la catena, può essere ad alfa-elica (avvolgimento del filamento polipeptidico grazie a legami a H tra -c=o e -Nh del quarto amminoacido) o a foglietto-beta (affiancamento di amminoacidi tramite legami a H); ➔ terziaria: struttura tridimensionale dovuta al ripiegamento su se stessa della proteina; ➔ quaternaria: presenza funzionale di due o più subunità peptidiche. le proteine globulari sono rotonde a causa della presenza sia di porzioni ad alfa-elica che foglietto-beta. le proteine fibrose sono allungate e donano elasticità. alcune proteine, a causa del ph o del caldo, vengono denaturate (rottura di legame deboli e perdita della struttura terziaria). lipidi sono insolubili in h2o. hanno 3 funzioni: strutturale, riserva di energia e messaggeri (testosterone e aldosterone). i principali sono: ➔ trigliceridi: riserva energetica; ➔ fosfolipidi: nelle membrane cellulari con le code idrofobe verso l’interno e le teste polari all’esterno; ➔ steroidi: quattro anelli condensati. ormoni sessuali, corticali, vitamina d, acidi biliari e colesterolo. nucleotidi o acidi nucleici DNA e RNA sono polimeri lineari di nucleotidi con funzioni ereditarie e nella sintesi proteica. le interazioni deboli nella biologia le molecole organiche interagiscono tra loro tramite legami deboli che hanno 1/20 dell’energia di un legame covalente e risultano efficienti solo se agiscono insieme. i più importanti sono: ➔ legami a h; ➔ Van der Waals; ➔ dipolo-dipolo; ➔ forze idrofobiche. hanno due funzioni principali: danno alle macromolecole forma e struttura e sono importanti nella formazione di complessi proteici formati da più subunità. l’acqua l’acqua è essenziale per tutte le cellule e organismi: 75% in un neonato e il 60% negli adulti. cenni di microscopia potere risolutivo= distanza minima al di sotto della quale non possiamo più vedere due punti distinti tra loro. per l’uomo è di circa 0,1 mm (1/10 mm). per vedere oggetti con dimensioni inferiori, sono necessari i microscopi: ➔ microscopio ottico: obiettivo vero il tavolino portaoggetti, dove viene diretto un fascio di luce tramite uno specchio così da proiettare l’immagine ingrandita verso l’oculare, che la ingrandisce nuovamente. il potere risolutivo minimo è di 2 micrometri (ingrandimento fino a 2000 volte); ➔ microscopio elettronico: utilizza un fascio di elettroni legati a lunghezze d’onda minori di quelle della luce così da avere un maggiore potere risolutivo. permette la visione delle strutture subcellulari. Ne esistono due tipi: ● a trasmissione (TEM): il fascio di elettroni messo a fuoco da lenti elettroniche attraversa l’oggetto da ingrandire e colpisce uno schermo fluorescente dove si proietta l’immagine. potere risolutivo=0,2 nm; ● a scansione (SEM): un raggio di elettroni riflette sulla superficie e forma un’immagine tridimensionale dell’oggetto. potere risolutivo= 10 nm. nucleo ➔ importante nella replicazione, nell’accrescimento e nel differenziamento cellulare; ➔ circondato dalla membrana cellulare, formata da due membrane (doppio strato fosfolipidico) in continuità con il RER, è costellata dai pori nucleari che fanno scambi con il citoplasma; ➔ Contiene il DNA legato agli istoni (proteine) per formare la cromatina. Quando non c’è la divisione i cromosomi si despiralizzano e non si distinguono mentre durante la divisione la cromatina si pone sotto forma di cromosomi; ➔ contiene i nucleoli, che sintetizzano gli mRNA e assemblano i ribosomi. gli altri organelli citoplasmatici Ribosomi siti della sintesi proteica, formati da due subunità, maggiore e minore, ciascuna costituita da RNA ribosomiale e proteine. Sono liberi nel citoplasma o legati alla membrana esterna del RE. gli 80S (eucarioti) sono più grandi dei 70S (procarioti) (S= svedberg, velocità di sedimentazione). reticolo endoplasmatico sistema di membrane formato da tubuli e sacculi, ha funzione di trasporto. può essere: ➔ liscio (REL): privo di ribosomi, partecipa alla sintesi dei lipidi e alla detossificazione da farmaci e veleni; ➔ rugoso (RER): con ribosomi, sintetizza proteine che vengono trasportate nell’apparato di golgi da un flusso di vescicole. apparato di golgi centro di raccolta, elaborazione e smistamento dei prodotti del RE, formato da vescicole chiamate cisterne. Modifica il contenuto delle vescicole mandate dal RE, lo mette in nuove vescicole e lo sposta in compartimenti cellulari. è diviso in due parti: interna (cis) ed esterna (trans). Lisosomi = vescicole delimitate da una membrana e contenenti enzimi idrolitici (demoliscono sostanze organiche, pH acido). Abbondanti in cellule con funzione di difesa. Funzioni ➔ digerire sostanze dall’esterno fondendosi con vescicole di endocitosi; ➔ digerire materiale inutili e rilasciare i principali costituenti nel citoplasma (riutilizzati); Può avvenire il processo di autolisi= una cellula si suicida rompendo membrana dei lisosomi e versando enzimi nel citoplasma. Importante durante sviluppo osseo. Microsomi = vescicole con funzioni specifiche. Più importanti sono i perossisomi (0,2 <d <1,7 micrometri) che producono perossido di idrogeno (H2O2). Funzione principale: demolizione di sostanze tossiche tramite produzione di perossidi, composti distrutti negli organelli da enzimi chiamati catalasi (catalizzano la reazione )2𝐻 2 𝑂 2 → 𝑂 2 + 2𝐻 2 𝑂 Mitocondri = organelli delimitati da doppia membrana (esterna liscia, interna contiene pieghe dette creste) e contenuto detto matrice. Sono semiautonomi: ➔ proprio DNA circolare; ➔ ribosomi propri che producono proteine; ➔ divisione per scissione binaria; ➔ ereditarietà materna (mitocondri dello zigote da cellula uovo); Teoria dell’endosimbiosi: mitocondri discendenti da cellule procariotiche primitive, inglobate nella cellula eucariotica tramite reazione simbiotica. Forniscono energia in quanto sedi di respirazione cellulare: sostanze organiche demolite a CO2 e H2O in presenza di O2, liberando energia usata per sintesi di ATP. Citoscheletro = intreccio di filamenti proteici che danno alla cellula resistenza meccanica, forma, controllano spostamenti interni di cromosomi e macromolecole, spostamenti cellulari. Formato da 3 tipi di filamenti: ➔ microtubuli: formati da 13 filamenti di tubulina sotto forma di cilindro cavo. Essenziali in centrioli, fuso mitotico e appendici cellulari (flagelli e ciglia). ● centrioli: cilindri formati da 9 gruppi di 3 microtubuli. Non presenti in cellule vegetali mentre 2 in cellule animali nella regione centrale. Organizzano microtubuli cellulari nel centrosoma. ● Flagelli e ciglia: appendici cellulari in movimento, formate da 9 coppie di microtubuli appaiati in cerchio e coppia di microtubuli separati al centro, rivestiti da membrana. Usati da cellule libere per muoversi e da quelle fisse per spostare materiale extracellulare. ➔ filamenti intermedi: formati da proteine fibrose, forniscono resistenza meccanica; ➔ microfilamenti: filamenti di actina, forniscono movimento, spostamento di organuli interni e formazione di pseudopodi (estroflessioni che consentono fagocitosi, movimento di cellule ameboidi). La cellula vegetale Strutture specifiche: ➔ Parete cellulare: involucro esterno che dà forma, protezione e sostegno alla cellula. Formata da fibre di cellulosa. Presenta strutture di comunicazione dette plasmodesmi (pori dove passa citoplasma e sostanze). ➔ Plastidi: formati da ● cromoplasti: contengono pigmenti ● leucoplasti: contengono sostanze di riserva ● ➔ Vacuoli: vescicole contenenti acqua e sostanze, crescono con l’invecchiamento della cellula. Un vacuolo principale occupa quasi tutto lo spazio interno della cellula, quindi citoplasma pressato sulla parete. Funzione di deposito per rifiuti e riserva. Simili alle vescicole delle cellule animali e presenti in protozoi come vacuoli nutritivi e contrattili. Scambio di materiali tra interno ed esterno della cellula 2 tipi di trasporto: ➔ trasporto attivo: secondo gradiente di concentrazione (da concentrazione maggiore a concentrazione minore), non richiede energia siccome spontaneo. ➔ trasporto passivo: contro gradiente di concentrazione (da concentrazione minore a concentrazione maggiore), richiede energia (fornita tramite idrolisi di ATP) Diffusione semplice ed osmosi Diffusione semplice= movimento delle particelle secondo gradiente di concentrazione, passiva. Membrana delle cellule semipermeabile➜ attraversata solo da piccole molecole non polari o polari ma non da grandi molecole polari e da ioni. Per questi necessari specifici sistemi di trasporto. Gradiente di concentrazione e gradiente elettrochimico Gradiente di concentrazione= forza che determina lo spostamento di una sostanza per diffusione semplice. ➔ Se sostanza è uno ione considero concentrazione e distribuzione delle cariche ai lati della membrana. Gradiente elettrochimico= forza motrice netta che tende a spostare uno ione attraverso la membrana. Uguale alla somma di gradiente di concentrazione + potenziale elettrico. ➔ trasporto passivo di composto privo di carica dipende da gradiente di concentrazione tra cariche ai lati. ➔ trasporto passivo di composto ionico dipende da gradiente elettrochimico. L’osmosi Pressione osmotica= P applicata a soluzione ipertonica per evitare passaggio del solvente. Acqua nelle membrane passa per osmosi in quanto sono semipermeabili. Osmosi in cellula animale: ➔ soluzione isotonica (stessa C) rispetto a citoplasma: nessuna variazione; ➔ soluzione ipotonica: ingresso netto di H2O; ➔ soluzione ipertonica: fuoriuscita di acqua. Osmosi in cellula vegetale: ➔ soluzione ipotonica: acqua attraversa parete e plasmalemma, cellula si gonfia e preme contro la parete con forza chiamata pressione di turgore (sostegno alle erbe). Al limite della distensione della parete l’acqua non entra più. ➔ soluzione ipertonica: avviene la plasmolisi, ossia distaccamento della membrana cellulare dalla parete. Trasporto attraverso proteine di membrana Ioni e zuccheri➜ trasportati tramite proteine di membrana specifiche. Agiscono secondo: ➔ Diffusione facilitata: Trasporto di sostanza secondo gradiente di concentrazione tramite proteina di trasporto, meccanismo passivo. Usato da glucosio per entrare in GR. ➔ Trasporto attivo: proteine di membrana chiamate pompe trasportano sostanze contro gradiente di concentrazione ( si energia). Usato da cellule renali. 2 tipi di proteine trasportatrici: ➔ proteine vettrici: legano sostanza, poi cambiano conformazione e rilasciano; ➔ proteine canale: formano pori specifici nella membrana, non sempre aperte ma apertura dopo segnale elettrici o legame con molecola specifica. Enzimi Sostanze che si legano agli enzimi➜ substrati, si legano tramite il sito attivo (si inseriscono, sono specifici) e formano il complesso enzima-substrato. Sono orientati per favorire incontro con gruppi reattivi e di conseguenza i prodotti. Molti enzimi richiedono: - temperatura e pH adeguati; - presenza di cofattori: ioni o coenzimi (alcuni accettano una coppia di e- durante reazioni di ossidoriduzione). Esempi: idrolasi, polimerasi. Catabolismo del glucosio Energia della cellula➜ricavata tramite ossidazione di sostanze organiche, principalmente dalla demolizione di C6H12O6. Prima fase dell’ossidazione➜glicolisi, reazione che demolisce il glucosio in piruvato o acido piruvico. Quest’ultimo può seguire 2 percorsi: - anaerobiosi: ridotto tramite fermentazione ad acido lattico, etanolo in caso di assenza di O2; - aerobiosi: ossidato a CO2 con respirazione cellulare se c'è O2. Glicolisi Formata da 9 reazioni nel citoplasma, ognuna catalizzata da un enzima. In queste reazioni 1 molecola di C6H12O6 a 6C viene trasformata in 2C3H4O3 a 3C con liberazione di energia usata per produrre 2ATP e 2 NADH. Fosforilazione a livello del substrato➜ genera 1 ATP tramite trasferimento diretto su 1 ADP di un g.fosfato di molecola altamente energetica, quindi composto fosforilato cede fosfato ad ADP trasformandola in ATP perché favorita energeticamente. ATP della glicolisi segue questo processo. Respirazione cellulare Seconda fase degradazione del glucosio= respirazione cellulare➜ piruvato ossidato e demolito + produzione di CO2 e H2O. Avviene nei mitocondri e si divide in 3 fasi: - Decarbossilazione ossidativa del piruvato: piruvato entra nel mitocondrio e perde 1 CO2, poi viene ossidato, si trasforma in gruppo acetile a 2C che si lega al coenzima A (CoA) formando i complessi acetil-coenzima A e 1 NADH; - Ciclo di Krebs: ciclo di reazioni, nella prima l’acetile a 2C si lega all’acido ossalacetico a 4C e formano acido citrico a 6C, che viene ossidato per formare 2CO2 e 1 ATP e a ridurre 3 NAD+ a NADH e 1 FAD a FADH2. Nell’ultima si riforma acido ossalacetico per iniziare di nuovo il ciclo; - Catena respiratoria: catena di trasporto degli e-, usa energia di NADH e FADH2 per produrre ATP. NADH e FADH2 si ossidano cedendo e- alla catena, formata da proteine trasportatrici che formano creste mitocondriali, sulle quali passano gli e- e perdono energia, la quale viene usata per produrre ATP. Componenti importanti➜ citocromi, esistono sia ossidati che ridotti, quindi sono trasportatori. Ultimo: ossigeno, si trasforma in H2O. Produzione di ATP+trasporto di e-➜fosforilazione ossidativa, avviene secondo accoppiamento chemiosmotico, ossia gli H+ nel trasporto generano un gradiente elettrochimico, poi entrano nella matrice tramite ATP sintetasi. Questo flusso genera energia per produzione di ATP partendo da ADP e fosfato. Bilancio energetico della demolizione del glucosio Fonti alternative di energia Energia per produrre ATP ricavata anche da carboidrati, lipidi e proteine: - Polisaccaridi e disaccaridi: diventano monosaccaridi poi convertiti in glucosio o intermedi della glicolisi; - Lipidi: divisi in glicerolo, convertito in fosfogliceraldeide (glicolisi), e acidi grassi, convertiti in acetil-CoA (Krebs); - Proteine: idrolizzate in amminoacidi, convertiti in piruvato, acetil-CoA o intermedi di Krebs. Fermentazione Fermentazione➜processo usato dalle cellule in anaerobiosi dove il piruvato viene ridotto dal NADH e convertito in acido lattico o alcol etilico e CO2. Non produce ulteriore ATP più della glicolisi, riossida il NADH. 2 tipi di fermentazione: - fermentazione lattica: batteri del latte trasformano lattosio in acido lattico, usato per produzione di latticini e dei muscoli quando apporto di ossigeno è insufficiente; - fermentazione alcolica: converte glucosio in alcol etilico tramite i lieviti (Saccharomyces cerevisiae per panificazione, Saccharomyces ellipsoideus e apiculatus per vino). Regolazione del metabolismo Coordinazione delle reazioni metaboliche garantita dagli enzimi allosterici➜ legano in siti specifici molecole diverse dai substrati che fungono da regolatori allosterici (attivatori o inibitori). Associazione enzima allosterico e regolatori modifica la conformazione➜ diminuzione o aumento dell’affinità dell’enzima per il substrato. Fotosintesi clorofilliana Processo di vegetali e procarioti per trasformare CO2 in glucosio tramite cattura dell’energia solare (assorbono CO2 e H2O per trasformarli in O2 e C6H12O6). La reazione globale è (contrario della demolizione6 𝐶𝑂 2 + 6𝐻 2 𝑂 + 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 → 𝐶 6 𝐻 12 𝑂 6 + 6𝑂 2 del glucosio). Negli eucarioti➜avviene nei cloroplasti, energia catturata da clorofilla e carotenoidi (inseriti nella membrana dei tilacoidi dei cloroplasti). Avviene in 2 fasi: - fase luminosa: nei tilacoidi, la clorofilla cattura la luce trasformata in ATP e NADPH; - fase oscura: ciclo di Calvin nello stroma, ATP e NADPH usati per riduzione di CO2 e produzione di glucosio (necessarie 18 ATP e 12 NADPH). Il ciclo di Calvin Permette sintesi di glucosio a partire da CO2: ➔ CO2 si lega al RuDP (zucchero a 5C ribulosio-1,5-difosfato) e reazione catalizzata da ribulosiodifosfato carbossilasi (rubisco); ➔ Si forma un composto a 6C che si decompone in 2 molecole di PGA (3-fosfoglicerato a 3C); ➔ Ogni PGA si lega a un fosfato trasformandosi in difosfoglicerato, che usa NADPH per ridursi a G3P (3-fosfogliceraldeide). Ogni 6CO2 si formano 12 G3P: - 10 continuano per formare 6 RuDP; - 2 formano fruttosio difosfato tramite unione, diventa poi glucosio fosfato, usato per produzione di saccarosio o amido e cellulosa. Organismi autotrofi ed eterotrofi Autotrofi➜ producono sostanze organiche a partire da sostanze inorganiche semplici. SI dividono in: - fotoautotrofi (fotosintetici): usano come fonte di energia la luce solare per organicare C. Piante superiori e alghe usano H2O come composto riducente (la usano anche i cianobatteri), altri batteri usano H2S, quindi no produzione di O2. - chemioautotrofi (chemiosintetici): usano energia da ossidoriduzioni di sostanze inorganiche per produrre ATP e molecole per organicazione di CO2. Eterotrofi➜ non sintetizzano autonomamente molecole organiche partendo da molecole inorganiche semplici, devono quindi prelevarle dall’ambiente. Tutti ottengono energia tramite demolizione di sostanze organiche, in modo diretto o indiretto, quindi fonte ultima di energia è il sole. I virus Probabilmente sono stati originati da frammenti mobili di acido nucleico (trasposoni o plasmidi) sfuggiti da membrane cellulari.