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Scarica Appunti biologia umana di base e più Appunti in PDF di Biologia Umana solo su Docsity! BIOLOGIA APPLICATA 05-10-16 BIOLOGIA → studio della vita. PROPRIETA' COMUNI AGLI ESSERI VIVENTI: – Costituiti da cellule (a partire dalle cellule ogni essere è ORGANIZZATO) – Informazione genetica – Crescono e si sviluppano: crescita si intende l'aumento del numero delle cellule, in altri casi se ne intende l'aumento di dimensione. Può essere crescita infinita o limitata. – Serie di reazioni che costituiscono il metabolismo. Le cellule hanno capacità di utilizzare l'energia; molte reazioni sono catalizzate da enzimi – Riproduzione – Adattamento all'ambiente – Omeostasi/reazione all'ambiente esterno → PROCESSO EVOLUTIVO Il concetto di AMBIENTE è fondamentale per la vita. GERARCHIA STRUTTURALE Atomo Molecola Macromolecola (Virus) Cellula → La cellula è la struttura più piccola che ha le caratteristiche dell'essere vivente. Tessuto Organo Sistema/apparato Organismo Popolazione Comunità biologica Ecosistema Biosfera PROPRIETA' EMERGENTI Più che saliamo nella gerarchia più troviamo proprietà peculiari, non solo una “somma” delle precedenti proprietà delle singole strutture gerarchiche. STRUTTURA e FUNZIONE sono sempre legate tra loro. In ogni cellula c'è informazione biologica la quale risiede in una molecola che ne permette la trasmissione, il DNA: le sue informazioni sono trasmesse alla progenie, e vengono poi espresse. DNA → RNA → PROTEINE DOGMA CENTRALE DNA → banca dati. RNA → intermedio di trasmissione PROTEINE → prodotto finale. L'RNA funge da intermedio per far sì che il filamento originale di DNA non si “rovini”. TEORIA CELLULARE 1839 Nel 1665 Robert Hooke costruì una lente 30x e guardando il sughero riuscì a intuire la struttura cellulare. Poi, Antonie Van Leewenheek, con una lente 300x riuscì a vedere le cellule stesse. Nel 1830 Robert Brown ingrandì fino a 1 micrometro e vide il nucleo. 1838 Schleiden e 1839 Schwann giunsero alla conclusione che ogni essere vivente è costituito da cellule; 1859, Virchaw, intuì che ogni cellula si origina da cellule precedenti. 06-10-16 DIMENSIONI CELLULARI Sono giustificate dal fatto che la cellula deve avere: 1) Un adeguato rapporto superficie (scambio)/volume (contenuto) 2) Una adeguata diffusione di molecole all'interno 3) Un adeguata concentrazione di reagenti e catalizzatori. Gli STRUMENTI usati per lo studio cellulare sono: – MICROSCOPIO OTTICO → usa la luce visibile; solo campioni sottili; fino a 200 micrometri [distanza min. Con la quale riesco ancora a distinguere 2 punti]. Bisogna però colorare la cellula per poterla osservare, uccidendola. – MICROSCOPIO ELETTRONICO → usa elettroni. Lunghezza d'onda più corta della luce, colpisce così ogni singola struttura. – MICROSCOPIO A FORZA ATOMICA → usa un braccio meccanico il quale sente la forma anatomica. La cellula costituisce un UNITA' SINGOLA negli organismi UNICELLULARI sia EUCARIOTI sia PROCARIOTI. Gli organismi PLURICELLULARI sono invece costituiti da PIU UNITA' e sono solo EUCARIOTI. DIFFERENZE TRA EUCARIOTI E PROCARIOTI EUKARYA BACTERIA e ARCHEA PROCARIOTI Nucleo Citoscheletro Capacità di endocitosi/esocitosi (scambi permessi dall'assenza di PARETE, la membrana è semipermeabile) DNA lineare + istoni Presenza di MEMBRANA DNA nel nucleo protetto da istoni. Presenza di ORGANELLI: compartimenti delimitati da membrana in cui si svolgono funzioni. Niente organelli Nucleoide DNA circolare; non ha proteine che lo proteggono Presenza di parete cellulare DAI PROCARIOTI AGLI EUCARIOTI I primi procarioti erano eterotrofi e vivevano in condizioni anaerobiche. Questi procarioti (filone che si evolverà ad eucarioti) persero poi la parete, la quale essendo rigida non permetteva contatti con l'esterno. Una membrana avrebbe permesso la assunzione e la digestione di nutrimenti esterni. La perdita della parete induce a un aumento di dimensioni. La membrana, adattandosi alle nuove dimensioni, per la sua natura fluida crea delle cavità che permettono per endocitosi di fagocitare le molecole esterne. Adesso la cellula digerisce all'interno. FAGOCITOSI → DIGESTIONE INTERNA. Qualche cavità può diventare ORGANULO → assume una funzione per concentrazione di enzimi in essa, formando così un organulo, formato casualmente in compartimenti interni. Si forma adesso il CITOSCHELETRO (impalcatura). L'atmosfera inizia a presentare O2 grazie in particolare ai CIANOBATTERI. L'ossigeno è molto reattivo, facilmente forma dei radicali, molecole instabili, e può quindi diventare tossico. La cellula deve imparare quindi a gestire l'ossigeno. I pochi batteri in grado di usare l'ossigeno sono detti AEROBI. Gli organismi anaerobici o muoiono o si trovano ambienti senza O2. Le cellule che sopravvivono (quelle in evoluzione) entrano in ENDOSIMBIOSI con i batteri aerobi, i quali vengono inglobati. Questi batteri hanno dato origine ai mitocondri, sede della respirazione cellulare (produzione ATP). [ORGANISMI UNICELLULARI EUCARIOTI → Saccharomyces cerevisiae, Euglena, Pictyostelinm discoideum, Verticella] DA SINGOLE CELLULE A ORGANISMI PLURICELLULARI Gli organismi unicellulari sono molto adattabili. Il primo step verso l'organismo pluricellulare è stata la colonia → una cellula madre forma cellule figlie e restano vicine perchè è vantaggioso: si spartivano i compiti per trovare nutrimento. Si crea SOFISTICAZIONE SOCIALE; è solo “comunicazione” a scopo operativo, non comunicano realmente tra loro. Le colonie iniziano a creare ponti citoplasmatici, per poi giungere a una specializzazione e a una cooperazione. L'organizzazione trova VANTAGGIO. [1,7 mld di anni fa] Adesso non si parla più di esterno della cellula, bensì di ORGANISMO → CONNESSIONE TRA CELLULE → SEPARAZIONE INTERNO/ESTERNO → COMUNICAZIONE ATTRAVERSO L'ORGANISMO. Il nucleo si trova in posizione centrale, comunica col citoplasma attraverso dei PORI. Il DNA è protetto dal nucleo. Attorno si trovano i vari organelli: – RETICOLI ENDOPLASMATICI LISCIO E RUGOSO – APPARATO DI GOLGI → struttura di sacche posizionato tra reticolo e membrana plasmatica. Svolge la GLICOSILAZIONE, ovvero addizione di zuccheri, e distribuisce materiali attraverso VESCICOLE. – VESCICOLE → strutture ricoperte da membrana. – LISOSOMI → sintetizzati dal Golgi; Servono per la DIGESTIONE, rompono i legami dei materiali che devono digerire. – MITOCONDRI → hanno un DNA circolare. – PEROSSISOMI → detossificano – RIBOSOMI – CITOPLASMA → porzione interna non occupata dal nucleo. – MATRICE EXTRACELLULARE → sostanza acquosa – MEMBRANA → composta da 11-12 atomi; spessa 5-9 nm. Svolge varie funzioni: 1) CONTROLLO PERMEABILITA' 2) TRASPORTO 3) Ha PROTEINE SPECIFICHE 4) Fa da GIUNZIONE CELLULARE 5) Ha dei RECETTORI PER SEGNALI 6) I CARBOIDRATI si posizionano sull'esterno della cellula, sono trasportati dal golgi. 7) GLICOLIPIDI e GLICOPROTEINE hanno funzione di protezione, interazione, mediare interazioni cellula-substrato e antigene-anticorpo. 19-10-16 MITOCONDRI La loro funzione è quella di sintetizzare ATP; hanno forma ovale. Lunghezza: 10 μm. Il numero di mitocondri è estremamente variabile. La sostanza nello spazio intermembrana è simile al citoplasma. La membrana interna era la membrana del batterio precedentemente (teoria endosimbiotica), ed è molto SELETTIVA. All'interno della membrana interna c'è la MATRICE MITOCONDRIALE. La MEMBRANA ESTERNA presenta al suo interno molte PORINE, ovvero pori con un canale idrofilo (proteine transmembrana). La membrana interna (capace di sintetizzare ATP) si ripiega in creste per avere una superficie più ampia (la struttura spiega la funzione). I MITOCONDRI CONTENGONO DNA CIRCOLARE La FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA è il processo che porta alla sintesi di ATP; ed è la reazione per cui il batterio fu inglobato. Avendo un proprio DNA è capace di fare sintesi proteica. E' un organello SEMIAUTONOMO: è capace di sintetizzarsi autonomamente proteine, ma la maggior parte le prende dal citoplasma. RESPIRAZIONE CELLULARE 1) DECARBOSSILAZIONE OSSIDATIVA DEL PIRUVATO: avviene nella matrice mitocondriale, ossida il piruvato a gruppo acetile. 2) CICLO DI KREBS: serie ciclica di reazioni che ossidano il gruppo acetile a CO2. L'energia rilasciata è accumulata sotto forma di coenzimi ridotti (NADH e FADH2). 3) FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA: riossida i coenzimi ridotti NADH e FADH2, liberando elettroni e protoni: gli elettroni entrano nella CATENA DI TRASPORTO DI ELETTRONI mediata da specifiche proteine, per poi arrivare all'ossigeno. Il passaggio di elettroni viene usato per spingere i protoni nello spazio intramembrana (contro gradiente di concentrazione). [Si ha la formazione di acqua → 2e- + 2H+ + O → H2O] 4) Gli ioni H+ sfruttano la differenza di potenziale per tornare nella matrice mitocondriale 5) Per farlo devono passare attraverso la proteina ATP sintasi, capace di usare l'energia degli ioni H+ trasportati secondo gradiente per formare un legame chimico tra ADP e P, avendo così la sintesi di ATP. RIBOSOMI Non sono organuli, non sono ricoperti da membrana. Sono formati da RNA ribosomiale e proteine. In questo caso, l'rRNA ha funzione strutturale. FORMAZIONE DEL RIBOSOMA Nel nucleo c'è una zona densa detta NUCLEOLO (avvicinamento di cromosomi che contengono l'informazione per sintetizzare l'rRNA), dove si ha la sintesi di rRNA e la sintesi di proteine. I ribosomi vengono poi portati nel citoplasma e sono presenti anche nel RER. Svolgono una funzione CATALITICA per alcune reazioni; Sono la SEDE DELLA SINTESI PROTEICA (traduzione) dopo la lettura dell'informazione. MODIFICAZIONI DI UNA PROTEINA – Aggiunta di carboidrati → GLICOPROTEINE – Aggiunta di lipidi → LIPOPROTEINE – Taglio post-traduzionale → taglio della METIONINA (1° amminoacido); taglio della sequenza segnale all'estremità N-terminale taglio in più parti, ciascuna diventa a sé stante. La proteina una volta sintetizzata vaga finché non viene catturata dal recettore. NUCLEO Diametro di 5 μm. Composto da: – INVOLUCRO NUCLEARE: doppia membrana – NUCLEOLO: parte più densa, ammasso di cromatina per rRNA – NUCLEOPLASMA – PORI NUCLEARI: canale idrofilo; solitamente chiuso; permette un unico passaggio regolato, la diffusione di piccole molecole apolari e il trasporto attivo (proteine e RNA). Sotto l'involucro nucleare ci sono filamenti molto resistenti di FILAMENTI DI LAMINA: servono per mantenere la struttura del nucleolo per non farlo collassare. I filamenti che entrano nel nucleo diventano un aggancio per tutto l'ammasso di RNA che sta nel nucleo. Questi filamenti INTERMEDI fanno già parte del citoscheletro. CONTENUTO DEL NUCLEO DNA → CROMATINA / CROMOSOMI (sono la stessa cosa ma cambia l'organizzazione spaziale). Nel nucleo ci sono 46 filamenti di DNA. Ogni cellula deve organizzare in ogni nucleo una struttura di 2 nm ma lunga in tutto 2m. Il DNA si deve compattare per stare all'interno del nucleo. Gli ISTONI sono proteine basiche cariche positivamente, e gestiscono la compattazione del DNA. Il DNA fa 2 giri attorno a ogni rocchetto, e si agglomera in OTTAMERI (agglomerati di istoni). Il NUCLEOSOMA è l'unita strutturale della cromatina. ( I° LIVELLO DI COMPATTAZIONE) Il 5° istone stabilizza la struttura ed è posizionato tra nucleosomi perchè tra due c'è il DNA “nudo” che deve proteggere. Nei procarioti non sono presenti istoni e il DNA non è protetto. COMPATTAZIONE → DNA libero con dei solchi dove si vanno a posizionare gli istoni → NUCLEOSOMI Più il DNA è avvolto e meno sarà accessibile agli enzimi e lo devono leggere. EUCROMATINA (300 nm): DNA che può copiare informazione in RNA. Cromatina che può funzionare. ETEROCROMATINA: più compatta, il DNA non è più accessibile. Cromatina che non funziona. (solo alcuni geni sono accesi). Non porta informazione, ha solo funzione strutturale. Può essere COSTITUTIVA o FACOLTATIVA a seconda della necessità. CROMOSOMA (1400 nm) → non possono fare espressione genica perchè sono più compatti. I cromosomi sono presenti solo quando la cellula deve dividersi. Il DNA va distribuito in modo regolato; quando la cellula si divide non fa espressione genica perchè è impegnata a dividersi. CARIOTIPO UMANO Insieme dei cromosomi. ASSETTO CROMOSOMICO: numero di cromosomi diversi che possiede un individuo. (abbiamo 23 tipi diversi di cromosomi). CONTENUTO IN DNA: peso di quella macromolecola. CELLULE APLOIDI: possiedono una copia di tutti e 23 i cromosomi (Gameti: cellula uovo e spermatozoi) I gameti durante il processo di fecondazione formano una cellula con 2 copie di ciascun cromosoma → CELLULA DIPLOIDE. Unione tra i 2 gameti → ZIGOTE; da questo si formano per proliferazione tutte le altre cellule diploidi. I CROMOSOMI OMOLOGHI contengono le stesse informazioni nella stessa sequenza, sono presenti nelle cellule diploidi. Quando la cellula non si divide è in INTERFASE: il DNA è sotto forma di cromatina. Nel momento in cui la cellula vuole dividersi deve duplicare i suoi filamenti di DNA. Il cariotipo è immagino dello stato di DNA di quando la cellula si divide. I 2 bastoncini che si formano sono i CROMATIDI FRATELLI (sono uguali) e sono frutto della duplicazione del DNA. [CARIOTIPO: foto cromosomi messi in ordine di grandezza. 22 coppie di cromosomi AUTOSOMICI + 1 coppia di CROMOSOMI SESSUALI. Ciascuna specie ha il suo cariotipo specifico.] CROMOSOMI Composti da due braccia unite nel centromero. I TELOMERI: sono le parti più sensibili del DNA e si accorciano al crescere dell'età. Nei cromosomi METACENTRICI il centromero è al CENTRO. I TELOCENTRICI non sono presenti nell'uomo; negli ACROCENTRICI è spostato in alto. 20-10-16 CITOSCHELETRO Funzione strutturale e di movimento. E' composto da microfilamenti di actina e microtubuli che svolgono funzione di movimento e strutturale, e da filamenti intermedi che contribuiscono solo al mantenimento della forma. MICROFILAMENTI Sono polimeri di monomeri di g-actina. Il monomero lega su un lato ATP, e questa asimmetria genera polarità. Anche il polimero di f-actina ha 2 estremità (+ e -) ed è polare. Le 2 estremità possono polimerizzarsi entrambe, può accrescersi da entrambi i lati, ma l'estremità + polimerizza 10 volte più velocemente di quella -. FASE STAZIONARIA (TRADEMILLING) → fase di equilibrio tra polimerizzazione e depolimerizzazione, il filamento non può stare fermo. Si indica con Cc la CONCENTRAZIONE CRITICA, ovvero la concentrazione di g-actina all'equilibrio. Se C>Cc si ha più polimerizzazione. Se C<Cc depolimerizzazione. L'equilibrio è dato dalla concentrazione dei monomeri e dalla diversa capacità di polimerizzazione delle 2 estremità. Tutti i filamenti del citoscheletro utilizzano proteine accessorie le quali sono importanti nella determinazione della struttura. PROTEINE DI FRAMMENTAZIONE → all'estremità +, spezzano i filamenti di actina. PROTEINE INCAPPUCCIANTI → ad entrambe le estemità bloccano la polimerizzazione. ORGANIZZAZIONE IN FASCI → fasci/reti di filamenti di actina tenuti insieme da proteine accessorie di collegamento. Le reti sotto la membrana sono legate con la membrana stessa. Lo scheletro si pone a rete sotto la membrana agganciandosi alle proteine di membrana per mantenerne la forma. I MICROFILAMENTI sono quindi coinvolti in: 1) Movimento cellulare (ameba-neurone-neutrofilo) 2) Citodieresi/citocinesi 3) Trasporto vescicole; “binari” fatti da actina e microtubuli (la miosina usa la coda per legare vescicole) 4) Movimento per batteri all'interno di una cellula ospite. CELLULA MUSCOLARE In essa le reti hanno il ruolo di ammortizzare le contrazioni e le sollecitazioni meccaniche. DUE MECCANISMI PER IL MOVIMENTO 1) ASSEMBLAGGIO E DISASSEMBLAGGIO DI FILAMENTI 2) MOTORI PROTEICI → MIOSINA; genera movimento sfruttando ATP. Struttura miosina: NH2 – TESTA – COLLO (α-elica) – CODA – COOH La testa: lega ATP; idrolizza ATP; è la parte enzimatica; lega actina. Il collo è composto da catene leggere; rende snodabile la testa. Questo dimero va a costituire l'unità strutturale del filamento del microtubulo, il cui perimetro è definito da 13 unità e il cui diametro misura 25 nm. Le estremità del filamento sono chiamate per convenzione + e -. L'estremità + polimerizza 3 volte più velocemente rispetto all'estremità -. Il microtubulo si forma a partire dall'incontro casuale di eterodimeri di tubulina che si agganciano e si ha una nucleazione. Il polimero aumenta in base alla concentrazione di tubulina presente all'esterno: la CONCENTRAZIONE CRITICA (Cc) DI TUBULINA è la concentrazione di tubulina liberanel citoplasma in cui il filamento è nella fase STAZIONARIA, ovvero quando mantiene la stessa lunghezza, il che non vuol dire che rimane “fermo” ma che perde tante unità quante ne acquista. Se C>Cc POLIMERIZZA; Se C<Cc DEPOLIMERIZZA. CENTROSOMA Centro da cui si formano i microtubuli, è il CENTRO ORGANIZZATORE DEI MICROTUBULI (MTOC). Al livello del centrosoma ci sono due strutture perpendicolari tra loro: i CENTRIOLI, strutture molto organizzate costituite a loro volta da una disposizione particolare di microtubuli. La γ-tubulina presente nel centrioli fa da proteina di collegamento per gestire l'organizzazione. Dai centrioli partono a raggiera i microtubuli, tutti nella stessa direzione: l'estremità – verso il centrosoma e l'estremità + verso l'esterno. MAP → proteine associate ai microtubuli. Esse organizzano la polimerizzazione; I microtubuli hanno funzione strutturale e, si dispongono in una direzione in base alla funzione che devono svolgere: sono quindi componenti strutturali che hanno anche un ruolo funzionale ( → NEURONI). I microtubuli che gestiscono il MOVIMENTO si basano su due meccanismi: la POLIMERIZZAZIONE o DEPOLIMERIZZAZIONE e i MOTORI PROTEICI: – CHINESINA (verso l'estremità +) – DINEINA (verso l'estremità -) Il loro meccanismo è lo stesso di actina-miosina. Una delle funzioni più importanti dei microtubuli è il trasporto di vescicole, proteine, organuli. MICROTUBULI NELLA DIVISIONE CELLULARE I cromosomi hanno una forma ad X, formati da due cromatidi, attaccati da un centromero, identici tra loro. La cellula che si divide ha il DNA sotto forma di cromosomi e vuole distribuire TUTTO il proprio materiale genetico: viene quindi DUPLICATO. I cromatidi fratelli vengono separati dai microtubuli che precedentemente li agganciavano insieme. Per svolgere questa funzione c'è bisogno di due CENTROSOMI quindi due coppie di centrioli, dobbiamo quindi duplicare i centrosomi: 1) DUPLICAZIONE CENTROSOMI: da cui partono i microtubuli a raggiera. I centrosomi sono verso la membrana cellulare, quindi i microtubuli si allungano verso il centro. 2) I microtubuli incontrano i cromosomi e ci si legano 3) I due cromatidi si iniziano a separare e dal centromero si formano due unità chiamate CINETOCORI, alle quali si attaccano i MICROTUBULI CINETOCORICI. 4) Si devono adesso separare del tutto i cromatidi: i microtubuli si agganciano dall'estremità + ai cinetocori e mediante un meccanismo basato sulla depolimerizzazione trascinano i due cromatidi fratelli verso i due poli della cellula. I microtubuli NON CINETOCORICI hanno un ruolo fondamentale, si vanno ad agganciare agli altri microtubuli provenienti dall'altro polo della cellula, interagendo tramite proteine, e tramite la loro crescita (polimerizzazione) permettono l'allungamento della cellula. MICROTUBULI NELLE CIGLIA E NEI FLAGELLI Le ciglia e i flagelli sono organi di movimento. CIGLIA → corte ed abbondanti; presenti negli organismi unicellulari cigliati, o sulle pareti delle vie aeree. FLAGELLI → lunghi e presenti in singola o duplice copia; presenti in organismi unicellulari o negli spermatozoi. Nonostante le differenze, entrambi nella loro parte MOBILE, hanno la stessa struttura: l'ASSONEMA o STRUTTURA 9+2. Nove coppie di microtubuli + due microtubuli separati al centro. Le nove coppie sono collegate ai microtubuli centrali da dei RAGGI di natura proteica. Le nove coppie sono collegate tra di loro dalla NEXINA, un'altra proteina. La DINEINA sta in mezzo ai microtubuli e sa “camminare”, quindi si genera un movimento di scorrimento bloccato dai raggi, quindi la forza motrice che si genera blocca lo scorrimento, e questo all'interno del flagello/ciglia si traduce in un movimento ONDULATORIO. SINDROME DI KARTAGENER → data da una mutazione del gene per la dineina. Il motore proteico dineina non funziona, e al livello dei flagelli e delle ciglia la struttura è disorganizzata. Le conseguenze sono sterilità maschile, problemi alle vie aeree, disturbi all'udito e disturbi dell'orientamento dx-sx degli organi. FILAMENTI INTERMEDI Sono la terza componente del citoscheletro e hanno un diametro (10 nm) intermedio tra i microfilamenti e i microtubuli. I filamenti intermedi hanno caratteristiche in comune ma si differenziano da un tessuto all'altro. Non hanno funzione di movimento, ma solo strutturale; sono i principali responsabili della struttura e conferiscono resistenza meccanica alla cellula. I filamenti intermedi sono specifici, ma quasi tutti mantengono una struttura simile: la loro struttura parte da un DIMERO (due proteine lunghe avvolte tra di loro con un'estremità amminica sopra e una carbossilica sotto). Due dimeri si uniscono formando un TETRAMERO; i tetrameri si dispongono in fila formando PROTOFILAMENTI formando così il filamento intermedio. Ogni unità si unisce alle altre con la finalità di creare una struttura RESISTENTE, non è una struttura polarizzata, non polimerizza, è una struttura il cui solo fine è di essere resistente. I filamenti sono la componente meno solubile del citoplasma, ma sono anche la più stabile. Questi filamenti si rifanno tutti alla stessa classe genica; sono strutture tipiche degli organismi pluricellulari. Sono tessuto-specifici, ogni tessuto ha i propri specifici filamenti intermedi; mantengono la loro specificità anche in caso di patologie, anche nel caso di cellule tumorali. IFAP → proteine associate ai filamenti intermedi Hanno le stesse funzioni di quelle già viste, ma nello specifico sono presenti soprattutto proteine accessorie che gestiscono la relazione spaziale tra filamenti e altre strutture. SEI CLASSI DI FILAMENTI Classificati in base alla provenienza. CLASSE I e II → CHERATINE: cheratinociti (pelle); unghie (α); peli/capelli (α); piume (β) Questi svolgono in particolare il ruolo di resistenza alla trazione: lo fanno tramite giunzioni ancoranti, chiamate DESMOSOMI. Le CADERINE sono proteine trasmembrana e quando due cellule sono vicine formano dei legami. Le giunzioni possono essere anche tra matrice-cellula: EMIDESMOMA, costituita da una sola cellula che si deve agganciare alla matrice tramite le INTEGRINE. EPIDERMOLISI BOLLOSA SEMPLICE → mutazione gene cheratina. Al minimo impatto meccanico non c'è resistenza e l'epidermide si distacca dal tessuto sottostante. CLASSE III → FILAMENTI CELLULE MUSCOLARI: vimentina (giunzioni muscolo liscio); desmina (stabilizza i sarcomeri) CLASSE IV → NEUROFILAMENTI: polipeptidi per accrescimento radiale dell'assone. CLASSE V → LAMINE NUCLEARI CLASSE VI → “COLLANE DI PERLE”: cristallino dell'occhio. GIUNZIONI CELLULARI Sono un punto chiave per gli organismi pluricellulari. Ci riferiamo alla comunicazione FISICA tra le cellule; fondamentali per la formazione di tessuti. Possono essere: – GIUNZIONI OCCLUDENTI: tight junction; Il loro ruolo è di occludere; si formano per il legame tra proteine trasmembrana (integrali). La finalità non è puramente legata all'unione tra le cellule o alla resistenza meccanica, la loro funzione è quella di impedire che passi un flusso tra due cellule. – GIUNZIONI ANCORANTI: aderenti; desposomi; emidesmosomi; In generale la giunzione ancorante è quella che si aggancia al citoscheletro e permette alla matrice di agganciarsi alla cellula tramite INTEGRINE. Si chiamano ADERENTI quando interviene l'actina. Le proteine trasmembrana che intervengono nel legame tra due cellule sono sempre le CADERINE. – GIUNZIONI COMUNICANTI: gap junction; sinapsi chimiche (luoghi in cui si avvicinano due cellule che si trasmettono un segnale di tipo elettrico, di solito giunzioni neurone- neurone, nelle cellule cardiache, e nel caso di giunzione neurone-fibra muscolare , la quale richiede solo un avvicinamento tra cellule.); Responsabili della comunicazione elettrica e chimica tra due cellule adiacenti. Le CONNESSINE formano i CONNESSONI, canali comunicanti tra loro tra diverse cellule formando così una connessione elettrica tra cellule. 02-11-16 INFORMAZIONE GENETICA L'informazione genetica risiede nel DNA. La struttura del DNA è stata scoperta nel 1953 da Watson e Crick. Il DNA è un polimero di nucleotidi. Il DNA è una macromolecola circondata da cariche negative. Le basi azotate si dividono in PURINE (a due anelli, A e G) e PIRIMIDINE (un anello C e T/U). Il legame fosfodiesterico si ha tra il carbonio in 3' di un nucleotide e il carbonio in 5' del nucleotide successivo. L'acido nucleico ha una DIREZIONE, la quale si indica con l'estremità libere da legame. I due filamenti di DNA si costruiscono entrambi per polimerizzazione di nucleotidi, e hanno la caratteristica di essere complementari, ovvero in grado di legarsi tra di loro attraverso le basi e il legame tra le basi è sempre lo stesso: l'ADENINA si lega sempre alla TIMINA e la GUANINA si lega alla CITOSINA → una PURINA si lega solo a una PIRIMIDINA. Il legame che si forma è un legame a idrogeno. (AT=2; GC=3) I legami a idrogeno sono deboli, però il DNA avendone molti risulta una molecola resistente. I due filamenti sono ANTIPARALLELI: vanno in direzione opposta. L'informazione risiede nella successione variabile delle basi azotate. Maggiore è l'incertezza, maggiore è l'informazione → PRIMO AMMINOACIDO DI UNA PROTEINA?: 1/20. PRIMA BASE AZOTATA DI UN DNA?: ¼ TIPO DI INFORMAZIONE L'informazione può essere di tipo ANALOGICO o DIGITALE. La più precisa delle due è quella ANALOGICA: in ogni istante c'è una corrispondenza con la realtà. In quella digitale ho informazioni discrete. L'informazione del DNA è di tipo DIGITALE, dà informazione attraverso segni discreti e non continui. LA STRUTTURA DEL DNA RENDE CONTO DELLE FUNZIONI Il DNA contiene l'informazione, è in grado di trasmetterla attraverso la duplicazione, e può esprimerla (utilizzarla). Inoltre un'altra funzione è data dalla sua VARIABILITA': può cambiare l'informazione. Se il DNA fosse composto da un singolo filamento potrebbe comunque contenere l'informazione, essendo esso composto da due filamenti COMPLEMENTARI. La cellula quando si duplica trasmette alle cellule figlie il proprio patrimonio genetico. Per svolgere la funzione di trasmissione sono necessari DUE filamenti: i cambiamenti (mutazioni, errori) del DNA diventano pericolosi solo nel momento in cui vengono trasmessi, perché viene amplificato l'errore. Servono quindi due filamenti per un controllo reciproco, se uno dei due è danneggiato, l'altro fa da stampo per riparare il filamento non corretto. TRASMISSIONE DELL'INFORMAZIONE La DUPLICAZIONE DEL DNA avviene tramite il MODELLO SEMICONSERVATIVO: ogni volta che una molecola di DNA si deve duplicare, il processo fa si che ognuna delle due molecole che si formano sia costituita da un filamento nuovo e uno proveniente dalla vecchia molecola. Il GENE è legato ad un CONCETTO → un gene esiste SOLO nel momento in cui esso si esprime e può essere clonato. L'RNA POLIMERASI può iniziare senza bisogno di un primer; per il resto agisce come la DNA POLIMERASI. Il tratto di RNA messaggero copiato dalla polimerasi prende il nome di TRASCRITTO PRIMARIO di mRNA, il quale comincia dal PROMOTORE e ha una sequenza che indica la terminazione della trascrizione. Una volta trascritto, l'mRNA prima di essere tradotto deve subire tre processi di maturazione: – CAP in 5': aggiunta di un nucleotide modificato in 5', il 7 METIL GUANOSINA, il quale identifica e protegge l'estremità 5'. Essendo modificato viene riconosciuto come tale. – POLI-A in 3': aggiunta di un POLI-A, vengono aggiunti 200 nucleotidi che portano l'adenina. Identifica l'estremità 3' e la protegge dalla degradazione; inoltre, quando questo filamento matura, esce dal nucleo e va nel citoplasma per essere tradotto, questa coda REGOLA LA TRADUZIONE. La regolazione di quante proteine un mRNA deve produrre dipende dalla sua vita, e la regolazione di “quanto vivere”, è data appunto dalla lunghezza della coda POLI-A. – SPLICING: Il trascritto primario non può essere così tradotto perchè non è tutto codificante: non tutte le basi ci danno informazioni per amminoacidi, è caratterizzato da un alternanza di parti codificanti e non: ESONI (codificanti) ed INTRONI (non codificanti). Deve quindi subire un processo per eliminare gli introni. Le parti esterne sono sempre degli esoni; l'alternanza inizia e finisce sempre su degli esoni. Lo splicing viene fatto da un complesso di proteine e piccoli RNA chiamato SPLICEOSOMA, il quale deve identificare e rimuovere gli introni, per poi ricucire tutti gli esoni. C'è una costante d'inizio e di fine negli introni: iniziano con G-U e finiscono con A-G. E' un meccanismo che appartiene agli organismi superiori perchè proprio grazie ad esso l'espressione genica può essere controllata in modo più fine. La maggior parte dei geni fa lo SPLICING ALTERNATIVO: differente gestione di esoni e introni; Alcuni esoni vengono eliminati, quindi la proteina sarà diversa. Può anche succedere che un tratto di introne venga preso come esone. Si pensa che ogni gene faccia circa 4 tipi di splicing. Lo SPLICING ALTERNATIVO è un segno di grande evoluzione perchè permette di differenziare le proteine nei vari tipi di tessuto, si ha un risparmio di spazio e posso avere un numero alto di proteine con un unica informazione → PIU' ISOFORME, geniche e proteiche. Lo splicing è NECESSARIO per la maturazione, ma ogni tipo di gene può farne più tipi. Dopo lo splicing, si è pronti per la TRADUZIONE: l'informazione sull'mRNA viene tradotta in proteina. Un CODICE è un insieme di regole che mette in relazione due linguaggi differenti. Così il CODICE GENETICO mette in relazione il linguaggio dell'RNA messaggero maturo, con il linguaggio delle proteine. I due linguaggi sono costituiti da “segni” → il linguaggio DNA ha 4 basi, il linguaggio delle proteine ha 20 amminoacidi. Il fine è quello di trovare delle combinazioni tra le basi che identifichino per amminoacidi. Il codice genetico al minimo deve avere 3 lettere: il codice è fatto da 3 basi (TRIPLETTE) che codificano per un amminoacido. Ogni tripletta corrisponde a un amminoacido. Più triplette possono codificare per lo stesso amminoacido; si dice che il codice è DEGENERATO/RIDONDANTE. Più triplette che codificano per lo stesso amminoacido, quasi sempre, differiscono per la terza base. Sono solo due gli amminoacidi codificati da una sola tripletta, tra cui la metionina codificata dalla AUG/ATG. Una tripletta codifica sempre per uno ed un solo amminoacido; si dice che il codice NON E' AMBIGUO. Tutti gli esseri viventi usano lo stesso codice, tranne i procarioti che lo hanno leggermente diverso; il codice è UNIVERSALE. All'interno dello stessa cellula noi usiamo due codici genetici diversi dato che i nostri mitocondri derivano da procarioti. Ci sono tre triplette, UAA, UAG e UGA, le quali non codificano per nessun amminoacido, poste alla fine dell'informazione. LA TRAUDUZIONE Avviene al livello dei ribosomi i quali si trovano nel citoplasma e nel reticolo ruvido. Le componenti della traduzione sono: – RNA messaggero maturo – Ribosomi – tRNA – Amminoacidi All'interno del ribosoma ci sono delle cavità in cui si incastrano le vari componenti; i ribosomi catalizzano e sono sede della sintesi proteica. Il ribosoma è così fatto solo quando si lega con un mRNA. L'RNA di TRASPORTO è il vero traduttore. Proviene dal nucleo, ed è trascritto dal DNA: sul DNA ci sono dei geni che trascrivono tRNA (questo anche per l'rRNA). L'mRNA è presente in duplice copia. Del tRNA e rRNA sono presenti in centinaia di copie, la cellula ne ha bisogno costantemente. La molecola di tRNA ha una regione, l'ANTICODONE, su cui è presente una tripletta che riconosce per complementarietà il CODONE (tripletta presente sull'mRNA). Le direzioni sono antiparallele. L'anticodone riconosce il linguaggio del gene. Il tRNA dalla parte opposta, in corrispondenza del suo 3', possiede 3 basi che legano sempre l'amminoacido corrispondente. Questo legame lo fa prima di andare a partecipare alla traduzione e di recarsi quindi dentro al ribosoma, quindi prima della traduzione è necessario che il tRNA si carichi con l'amminoacido giusto, e ciò avviene grazie all'enzima AMINOACIL- tRNA SINTETASI e un intermedio di ATP che fornisce energia. Adesso deve iniziare la TRADUZIONE. La sintesi proteica necessita della sub-unità minore dei ribosomi e il primo tRNA, oltre che all'mRNA maturo. Serve anche energia sotto forma di GTP e dei fattori di inizio, ovvero tutte quelle proteine che aiutano il processo di traduzione. La sub-unità inferiore del ribosoma riconosce il CAP e scorre e trova la sequenza d'inizio, dopo ne trova un'altra che lo informa che è sempre vicino al 5'. Dopo trova un altra sequenza, chiamata sequenza di Kozak che lo informa che si sta avvicinando all'AUG, dove si ferma e vi si lega, e in seguito si lega al tRNA, che ha la metionina attaccata. A questo punto il ribosoma ha due siti nella sub-unità maggiore in cui si possono incastrare i tRNA. I tRNA sparsi nel citoplasma provano ad entrare finchè non capita quello corrispondente al codone: il sito A adesso può essere occupato dal tRNA con l'anticodone corrispondente. In questo momento, nel ribosoma ci sono due tRNA con due amminoacidi e la proteina può iniziare a formarsi: si legano i due amminoacidi con un legame peptidico utilizzando energia (GTP). Dopo la formazione del legame il primo amminoacido, la metionina, si stacca dal suo tRNA e il ribosoma scorre in direzione 5' → 3'. Il secondo tRNA occupa il sito P, e porta la catena di amminoacidi (2). Adesso il sito A è libero e il ciclo può ricominciare. La catena polipeptidica si accresce fino a quando non incontra una tripletta di stop. (fattori di terminazione). La velocità di sintesi è di 3-5 amminoacidi al secondo. Ogni mRNA è tradotto tante volte in base al tempo in cui vive nel citoplasma. Nel GENE MATURO, la sequenza che contiene le triplette che codificano per amminoacidi è la SEQUENZA CODIFICANTE e prima dell'AUG e delle triplette di stop ci sono delle regioni che non sono tradotte, le REGIONI UTR. Solo una parte dell'mRNA maturo quindi codifica per proteine. 09-11-16 STRUTTURA DEL GENE Il gene è costituito da un CAP in 5', segue una sequenza codificante (CDS) delimitata da una sequenza d'inizio AUG e una di fine. CONTROLLO ESPRESSIONE GENICA Il controllo dell'espressione genica avviene con la gestione dell'attivazione dei geni e del grado di attivazione. Il primo controllo viene fatto dai fattori di trascrizione che si legano ai promotori o alle sequenze regolatrici, questo al livello della TRASCRIZIONE. Al livello di MATURAZIONE, lo splicing costituisce un processo centrale della maturazione genica. Inoltre si è visto che all'interno del nucleo c'è un apparato di riparazione che ogni volta che incontra un mRNA nuovo lo mette alla prova. Quando l'mRNA raggiunge il citoplasma, si ha un ulteriore controllo basato sulla LONGEVITA' dell'mRNA, basato sulla coda di poli-A. Al momento della TRADUZIONE il controllo è esercitato dalle modificazioni post-traduzionali. EPIGENETICA → controllo non strettamente legato alla sequenza genica, ma bensì alla CROMATINA. L'eterocromatina non può esprimere geni, mentre l'EUCROMATINA sì. Nel nucleo c'è una rimodellazione costante della cromatina che si compatta e si rilassa a seconda dei geni o delle zone geniche che devono essere espresse o inibite. L'epigenetica è lo studio di come si rimodella la cromatina per agire sull'espressione genica. GENOMA UMANO Dal momento che il DNA è uguale in tutte le cellule, il genoma di un essere umano è il DNA delle sue cellule. Sotto una chiave funzionale è l'insieme dell'informazione di quella cellula/individuo. Visto in chiave genetica è il patrimonio ereditario. La branca della biologia che lo studia è la GENOMICA. COMPLESSITA' DEL GENOMA E' intuitivo pensare che le informazioni che servono ad ogni individuo sono proporzionali alla sua complessità. I virus hanno meno DNA dei batteri che ne hanno meno dei funghi, ad esempio. Per quanto riguarda gli individui superiori, questa proporzionalità non è rispettata. Alcune piante hanno 10 volte il genoma dei mammiferi, pur non essendo più complesse. Questa evidenza particolare può essere spiegata dal fatto che alcune piante siano poliploidi, non hanno un corredo 2n di cromosomi ma bensì di 4n, quindi in 4 copie. Oppure alcuni organismi hanno regioni ripetute più volte; questo paradosso, chiamato PARADOSSO DEL VALORE C, resta comunque irrisolto (valore C → massa del DNA) ORGANIZZAZIONE DEL GENOMA UMANO – NUCLEARE: 2x3,2 10^9 bp | 1/3 geni codificanti per proteine di cui solo il 5,3% va a costituire l'mRNA MATURO (1,7% del genoma | 56% codificante → 0,96% del genoma codifica per amminoacidi); I 2/3 costituiscono DNA extragenico, il quale fino a poco tempo fa veniva chiamato “DNA SPAZZATURA” perchè sembrava inutile. Si è coperto che svolge un ruolo molto importante nella regolazione del genoma e della cromatina anche se non codifica per proteine. – MITOCONDRIALE: 1mtDNA 16569 bp | rappresenta lo 0,5%; STIMA ATTUALE NUMERO DI GENI: 20-25k DIMENSIONE MEDIA DEL GENE: 57k bp VARIABILITA' DEL GENOMA UMANO Tra un individuo e l'altro, all'interno della stessa specie, c'è l'1x1000 di differenza di basi → 6 mln di bp diverse. [99,9% IDENTITA'] Questo numero è sufficientemente grande per dare la variabilità tra tutti, ma sufficientemente piccolo per restare all'interno di una stessa specie. La variabilità tra 2 specie VICINE è pari all'1%. [98,7% IDENTITA']. Ogni volta che si studia una sequenza genica va tenuta in considerazione la variabilità. VARIABILITA' → basi diverse che NON NECESSARIAMENTE portano a proteine diverse; se portano a proteine diverse, bisogna considerare che questa variabilità è FISIOLOGICA, da non confondere con le MUTAZIONI. GENOMA → TRASCRITTOMA → PROTEOMA Approcci recenti che studiano il genoma nel suo complesso (genoma), tutti i trascritti di una cellula (trascrittoma) e tutte le proteine di quella cellula (proteoma). COMUNICAZIONE CELLULARE Comunicazione cellulare CHIMICA → oltre alla comunicazione tramite giunzioni cellulari, si ha comunicazione anche tra cellule lontane. Il 12% di geni sono coinvolti nella sintesi di proteine che servono per tale comunicazione. Il primo punto della segnalazione cellulare è la sintesi di un segnale; una cellula produce un segnale che può essere di nature diverse: un peptide, un lipide, e questo segnale deve essere portato fuori dalla cellula. Può uscire dalla cellula in due modi: per ESOCITOSI o DIFFUSIONE. Una volta uscito, il segnale deve essere trasportato alla cellula bersaglio e in base alla distanza si ha una classificazione delle comunicazioni. In fine, il segnale deve entrare nella cellula bersaglio e può entrarci per DIFFUSIONE, o deve legarsi a un RECETTORE, che in generale è una proteina/glicoproteina di membrana che riconosce per complementarietà il segnale. Il recettore lega il segnale e cambia di conformazione; ma ha comunque un dominio intracellulare, e cambiando conformazione da quel dominio intracellulare parte una catena di eventi all'interno della cellula → TRASDUZIONE DEL SEGNALE: insieme di reazioni metaboliche che avvengono all'interno della cellula e vanno dal recettore fino alla risposta. Il segnale RIMANE FUORI. le cellule vengono suddivise in vari tipi: – CELLULE PERENNI: non vanno mai in contro a una divisione cellulare, rimangono in fase G0 fino alla morte dopo aver acquisito il loro differenziamento. Hanno perso la loro capacità riproduttiva. – CELLULE STABILI: una volta differenziate, si fermano in G0, teoricamente nel corso della loro vita non devono più proliferare ma mantengono tale capacità all'occorrenza. – CELLULE LABILI: proliferano continuamente, sono sottoposte ad usura e a cicli di vita brevi. ES: cellule del sangue e epidermide. – CELLULE STAMINALI: sono cellule che hanno una capacità proliferativa e differenziativa variabile a seconda del tipo di cellule staminali. Lo zigote in sé ha il massimo della capacità proliferativa ed è capace nel tempo di dare origine a tutti i tipi cellulari (TOTIPOTENTE). Man mano che si va avanti con la proliferazione, le cellule perdono un po' di capacità proliferativa. 10-11-16 MITOSI La mitosi è la divisione cellulare delle cellule somatiche (fase M). Le cellule somatiche sono tutte le cellule del nostro organismo tranne quelle germinali (quelle che danno origine ai gameti). Il corredo cromosomico delle cellule è 2n, abbiamo una duplice copia di cromosomi. Lo scopo della mitosi è quello di ottenere due cellule diploidi geneticamente identiche alla cellula madre e tra di loro. La mitosi per comodità si suddivide in varie fasi: l'interfase, dove il DNA è in cromatina e per quanto riguarda la mitosi c'è bisogno di due centri di organizzazione di microtubuli quindi doppia copia di centioli. Quando parte la mitosi ogni filamento è doppio. La struttura che formano i centrioli con i microtubuli piccoli intorno è chiamata ASTER. PROFASE ESEMPIO → cellula con 4 cromosomi, 2 coppie di cromosomi omologhi. Durante la PROFASE la cromatina si compatta quindi il DNA non può funzionare, da un punto di vista “informazionale” la cellula è solo impegnata a distribuire il materiale genetico. I centrioli si iniziano ad avviare verso i poli. I microtubuli si allungano intanto e iniziano a formare il FUSO MITOTICO; il nucleolo scompare. Le coppie di cromosomi si chiamano OMOLOGHI e i due filamento duplicati sono FRATELLI, identici tra loro. Il centromero è formato da due cinetocori. PROMETAFASE Fase in cui i cromosomi, una volta scomparso il nucleo, devono posizionarsi al centro della cellula. Il loro spostamento viene fatto ad opera del fuso mitotico. Il nucleo scompare; i filamenti intermedi demoliti dall'aggiunta di un gruppo fosfato, il nucleo si disgrega così in vescicole per poi riaggregarsi alla fine della mitosi. Il fuso mitotico attacca i cromosomi; i microtubuli che si attaccano ai cinetocori si chiamano appunto microtubuli cinetocorici. METAFASE I cromosomi sono allineati in PIASTRA METAFASICA. Qua c'è un punto di controllo del ciclo per controllare che i cromosomi siano ben allineati; questo è il momento in cui i cromosomi sono più compatti. ANAFASE Separazione dei cromatidi fratelli verso un polo o l'altro della cellula: ciascun cromosoma si separa e i cromosomi monocromatidici sono tirati ai poli dai microtubuli cinetocorici (i quali usano la depolimerizzazione per tirarli ai pori). I microtubuli non cinetocorici ALLUNGANO LA CELLULA. TELOFASE Nel momento in cui i cromatidi sono tirati ai due pori, è importante che non si disperdano nella cellula, quindi c'è bisogno che si riformino gli involucri nucleari: le vescicole in cui si era disgregato il nucleo si riaggregano tramite defosforilazione per andare a riformare il nucleo. Il fuso mitotico si disassembla. Una volta creato l'involucro nucleare i cromosomi si decondensano diventando cromatina. CITODIERESI/CITOCINESI La distribuzione degli organuli è CASUALE e dipende da dove capita la strozzatura delle due cellule. L'anello si forma grazie ad ACTINA e MIOSINA II. Dopo si ottengono 2 cellule geneticamente uguali tra loro. E' l'ultima fase della mitosi. Anche la morte cellulare fa parte del ciclo cellulare. La maggior parte delle nostre cellule si rigenera, questo comporta che tante cellule muoiano. Due tipi di morte cellulare: – NECROSI : morte di una cellula per cause accidentali, la cellula lo subisce passivamente. La cellula durante la necrosi cala drasticamente la produzione di ATP e gli organuli si gonfiano. Questo rigonfiamento fa rompere la cellula, rilasciando agenti PRO- INFIAMMATORI che richiamano appunto un processo infiammatorio. E' un tipo di morte che interessa gruppi di cellule. – APOPTOSI : morte cellulare programmata. E' un tipo di morte che la cellula sceglie in modo attivo di intraprendere. Durante l'apoptosi la cellula aumenta la produzione di ATP. Interessa singole cellule e solitamente avviene in condizioni fisiologici. La cellula non si rompe, raccoglie tutte le sue parti in VESCICOLE APOPTOTICI, in questo modo non disperde agenti infiammatori. L'utilità delle vescicole sta anche nel facilitare la demolizione della cellula morta. I corpi apoptotici vengono demoliti da altre cellule tramite fagocitosi e grazie ai loro lisosomi. Se subisce una DEREGOLAZIONE, se non si ha controllo su di essa, si ha un riscontro patologico.[ES → le cellule tumorali riportano mutazioni al livello dell'apoptosi, sono capaci di non andare in apoptosi. Il processo tumorale si innesca perchè si accumulano mutazioni che impediscono l'auto-guarigione della cellula.] La cellula decide di andare in contro a morte in diversi ambiti: 1) DURANTE LO SVILUPPO: durante lo sviluppo ci sono parti che devono essere perse. 2) MANTENIMENTO DELL'OMEOSTASI: relativamente al numero di cellule. Nel nostro organismo ci deve essere lo stesso ordine di grandezza di cellule: proliferazione e apoptosi sono collegate tra loro, ci deve essere tanta produzione di nuove cellule quanta eliminazione di cellule vecchie. 3) DIFESA: difesa per il resto dell'organismo, una cellula decide di andare in contro a morte quando il danno che porta può compromettere altre cellule, come nel caso di un DANNO AL DNA; in questo caso, prima cerca di riparare il danno, e se non ci riesce cerca di bloccare il ciclo cellulare. Quando il danno è già percepito come importante o non riesce a bloccare il ciclo, la cellula va in contro ad apoptosi, per non trasmettere il danno alle cellule figlie. Stessa cosa nel caso di un INFEZIONE DA VIRUS, la cellula si suicida per non far moltiplicare il virus. L'APOPTOSI avviene in varie fasi: 1) INDUZIONE → fase iniziale per cui la cellula viene indotta ad andare in apoptosi. Può essere indotta dall'interno (segnali endogeni) o dall'esterno (segnali extracellulari). I segnali di morte che provengono dall'esterno si legano a un recettore. I recettori funzionano innescando la reazione a catena fino ad avere una risposta. In caso di danni interni è il mitocondrio che fa partire l'apoptosi, ci sono delle proteine (BAX) che si posizionano sulla membrana del mitocondrio, il che provoca la formazione di pori sulla membrana mitocondriale. Ciò che scatena l'apoptosi è la fuoriuscita del citocromo C, un elemento fondamentale nella catena del trasporto degli elettroni. 2) ESECUZIONE → fase attiva. Si ha un aumento di ATP, un grande utilizzo di energia e una serie di eventi a cascata che comportano l'attivazione a cascata di proteine chiamate CASPASI le quali sono PROTEASI, ovvero enzimi che demoliscono le proteine, che solitamente sono inattive ma nell'arrivo di una segnalazione si attivano in seguito a un piccolo taglio sulla caspasi esercitato da altre caspasi. La prima risposta in seguito all'attivazione è quindi il taglio delle proteine e la demolizione della cellula. La CASPASI III è quella che alla fine della cascata di eventi va a tagliare le proteine della cellula. I bersagli principali delle caspasi sono il citoscheletro, le lamine nucleari, le proteine che fungono da giunzioni. Non solo devono essere tagliate le proteine, anche gli acidi nucleici: viene tagliato anche il DNA esercitato da altri enzimi. La cellula va poi a racchiudere il suo contenuto dentro CORPI APOPTOTICI i quali devono essere FAGOCITATI dai MACROFAGI. I fosfolipidi sono distribuiti in modo asimmetrico nella membrana, alcuni, soliti a stare verso l'interno, nel momento dell'apoptosi vanno nella parte esterna, e vengono riconosciuti dai macrofagi. I macrofagi poi fondono con il lisosoma, e digeriscono. E' una MORTE PULITA perchè è impossibile individuare il punto dove è avvenuta l'apoptosi. RIPRODUZIONE DEGLI ORGANISMI Per riproduzione si intende la generazione di un nuovo organismo. Per SESSUALITA' si intende il rimescolamento genico: l'organismo figlio ha una combinazione genica diversa da quella dei genitori. La riproduzione può essere: – ASESSUATA: da 1 solo organismo; organismi uguale al genitore. Si chiama anche AGAMICA, non utilizza i gameti. Può avvenire per SCISSIONE, GEMMAZIONE, RIGENERAZIONE. – SESSUATA: da 2 genitori; organismi diversi dai genitori. Si chiama GAMICA perché utilizza i gameti. Avviene tramite FECONDAZIONE, che può essere ESTERNA o INTERNA. – PARTENOGENESI (caso particolare): utilizzo dei gameti senza fecondazione. Si formano direttamente dalla cellula uovo, è comunque una riproduzione GAMICA ASESSUATA. – ERMAFRODITISMO: in ciascun individuo c'è sia l'apparato riproduttore maschile sia femminile. Può avvenire per AUTOFECONDAZIONE, FECONDAZIONE INCROCIATA, ERMAFRODITISMO SEQUENZIALE. RIPRODUZIONE GAMICA Le GONADI (ovaie e testicoli) sono i luoghi dove si formano i GAMETI. Cellule uovo e spermatozoi sono le cellule APLOIDI del nostro organismo (corredo n, 23 cromosomi, 22+X/Y). La fecondazione dei due da origine allo ZIGOTE. Il meccanismo per cui vengono prodotte cellule aploidi è la MEIOSI, che ha la finalità di dimezzare il patrimonio delle cellule. MEIOSI Divisione cellulare che comporta due divisioni successive, MEIOSI I E II. Nella MEIOSI I, da una cellula diploide si ottengono due aploide, si chiama DIVISIONE RIDUZIONALE. Nella MEIOSI II, parte da 2 cellule aploidi per ottenere 4 cellule aploidi. Nella II mantengo il corredo aploide, si chiama EQUAZIONALE perchè il numero di cromosomi resta lo stesso ma le cellule sono tutte diverse. MEIOSI I 1) PROFASE I: cromatina. 4 cromosomi dicromatidici, corredo diploide. Inizia l'appaiamento dei cromosomi omologhi. I cromosomi iniziano a compattarsi e i cromosomi omologhi si riconoscono avendo la stessa struttura, quindi si avvicinano e si legano tra loro in modo preciso. 2) PACHITENE (profase): fase in cui si ha realmente l'appaiamento dei cromosomi omologhi, si formano due TETRADI. → COMPLESSO SINAPTINEMALE; nel maschio la copia XY non può fare un appaiamento canonico di cromosomi omologhi, essa si appaia in una piccola regione e questo le consente di fare la meiosi. Nella femmina c'è appaiamento completo (XX). Nel PACHITENE avviene il CROSSING OVER → processo in cui vengono rimescolati i geni per creare variabilità. Cromatidi fratelli si incrociano e si scambiano dei “pezzi”, per rimescolare le informazioni. Il crossing-over è uno scambio di tratti corrispondenti tra cromatidi omologhi. In media si hanno 49 crossing-over ad ogni meiosi. I cromosomi si rimescolano, primo punto di VARIABILITA' GENETICA (scopo della profase). Se l'appaiamento non è corretto, un cromosoma si prende più materiale rispetto all'altro. 3) DIPLOTENE (profase): i cromosomi omologhi si staccano e rimangono uniti solo nei punti di chiasma (punto in cui si incrociano i cromatidi omologhi). 4) DIACINESI (profase): i cromosomi si compattano e l'involucro nucleare si frammenta. 5) METAFASE I: allineamento dei cromosomi sulla piastra metafasica, ci vanno gli omologhi insieme, uniti dai chiasmi. Nella metafase I i cromosomi omologhi si dispongono in piastra metafasica UNITI. Adesso i microtubuli tirano i cromosomi omologhi. I microtubuli si attaccano ai centromeri e tirano i cromosomi, i quali per ogni coppia sono disposti casualmente. E' la CASUALITA' di questa disposizione che determina tutta la CASUALITA' dei cromosomi distribuiti poi ai poli. Questa fase si riferisce all'ASSORTIMENTO INDIPENDENTE DEI CROMOSOMI, ovvero al posizionamento casuale dei cromosomi paterni o materni, direzionati verso un polo o l'altro della cellula. (8mln di combinazioni) 6) ANAFASE I: i microtubuli con i soliti meccanismo tirano i cromosomi omologhi. L'anafase prevede la separazione dei cromosomi omologhi nelle due cellule figlie, con la distruzione dei legami nei chiasmi. Le cellule coinvolte sono: CELLULE DEL SERTOLI, attaccate alla parete di questi tubuli; e le cellule del LEYDIG che si trovano nel compartimento interstiziale. Gli ormoni maschili sono gli ANDROGENI (testosterone). Gli androgeni oltre a regolare la spermatogenesi, determinano e mantengono i caratteri sessuali maschili. Le gonadotropine hanno un effetto positivo, ovvero mantengono in vita le cellule: l' FSH agisce sulle cellule del sertoli; l' LH su quelle del Leydig. Gli androgeni durante la vita hanno sempre una sorta di feedback negativo sull'LH, o positivo a seconda dei momenti. Si solito è negativo perchè non ci deve essere una iperproduzione di LH. Durante la pubertà vanno determinati i caratteri secondari maschili e questo feedback negativo viene a mancare. La spermatogenesi avviene con una direzione spaziale. Nel compartimento basale, abbiamo le cellule germinali, le GONADI si formano nella vita intrauterina anche nell'uomo. Ci sono le solite cellule germinali che proliferano per mitosi fino a quando non iniziano la spermatogenesi, assumendo un nuovo nome: SPERMATOGONI, i quali possono iniziare la spermatogenesi. La loro proliferazione può dare origine a due popolazioni: – TIPO A (scuri): riserva che rimane tutta la vita – TIPO A1 (chiari): danno origine alla spermatogenesi dalla pubertà. La spermatogenesi ha una durata fissa di 64 giorni. I tubuli sono pieni di spermatogenesi e costantemente si ha produzione di spermatozoi. Gli spermatogoni dopo 6 mitosi diventano SPERMATOCITI PRIMARI e possono iniziare la meiosi. Per farlo, devono spostarsi dal compartimento basale a quello ADLUMINALE. In questo spostamento, si ha una delle caratteristiche principali del processo: le due cellule del Sertoli fanno giunzioni occludenti, formando una barriera per non far entrare il flusso ematico in contatto con le cellule che fanno meiosi: BARRIERA EMATO TESTICOLARE. Gli spermatociti primari rompono momentaneamente la giunzione, la quale si richiude dopo il passaggio. Gli spermatociti primari fanno molto linearmente la meiosi diventando SECONDARI, i quali subiscono meiosi II diventando SPERMATIDI, i quali non hanno la morfologia da spermatozoo. Quindi, adesso, si ha un processo di differenziamento cellulare, la SPERMIOGENESI (24 giorni). Lo spermatide è una cellula tonda e deve diventare spermatozoo: subisce 4 processi. 1. COMPATTAZIONE CROMATINA → deve diventare una struttura piccola, quindi la cromatina si compatta. 2. L'ACROSOMA è una sorta di LISOSOMA gigante. Questo organulo è pieno di enzimi litici, e serve nel momento in cui lo spermatozoo deve fecondare. 3. Deve perdere tutto il CITOPLASMA. Il citoplasma perso si chiama CORPO RESIDUO, ciò che non serve allo spermatozoo. Per essere eliminato viene fagocitato dalle cellule del Sertoli. 4. Si deve differenziare la CODA, organo di movimento. SPERMATOZOO Lo spermatozoo è una cellula estremamente differenziata costituita da una testa, un collo e una coda. La testa contiene il nucleo aploide monocromatidico. Sotto al collo c'è un mitocondrio gigante, il quale produce ATP che va direttamente sulla dineina; la coda è un flagello. FECONDAZIONE Unione dei due gameti, maschile e femminile, con formazione di una nuova cellula diploide chiamata ZIGOTE. PERCORSO DEGLI SPERMATOZOI Le cellule del Sertoli hanno la funzione di produrre un fluido in cui immergere gli spermatozoi. A questo punto, gli spermatozoi hanno una concentrazione di 50 mln/ml. Gli spermatozoi si spostano grazie alla pressione dal fatto che continuamente vengono prodotto spermatozoi. Dai tubuli seminiferi passano all'EPIDIDIMO (lungo 7m), dove stanno per molto tempo. In questi 7 metri, si ha un riassorbimento parziale del fluido, in modo che gli spermatozoi si concentrino ancora di più (5 mld/ml). Qui si ha un primo processo di maturazione: acquisiscono una capacità di movimento, e il loro metabolismo si ottimizza e gli permette di sopravvivere fino al raggiungimento della cellula uovo. Dopo l'epididimo, si spostano verso il DOTTO DEFERENTE dove si fermano e poi possono essere eliminati tramite eiaculazione o riassorbimento (urine). Il SEME maschile è costituito da spermatozoi e fluido seminale, che viene prodotto dalle ghiandole seminali accessorie (prostata). Il fluido ha un pH basico, e ha 2-4 ml di spermatozoi. Un seme normale contiene un 75% di spermatozoi NON anomali. In tutta la spermatogenesi può capitare che alcuni spermatozoi abbiano una struttura anomala. PERCORSO NELLE VIE FEMMINILI Nel momento in cui il seme arriva nelle vie femminili si forma un coagulo, essendo le vie femminili ACIDE. Questo coagulo viene sciolto nel giro di 1 ora da vari enzimi. Il seme, in minima parte riesce a salire nella cervice uterina (collo dell'utero), solo l'1% ci arriva. In questa zona, nel collo, ci sono delle cavità, le CRIPTE, in cui c'è un intensa produzione di muco che permette agli spermatozoi di vivere per qualche giorno. Dalle cripte della cervice, si passa all'utero dove devono prendere una delle due strade: ovidotto dx o sx, preferenzialmente prendono quello dove c'è la cellula uovo, la quale produce sostanze chemio-tattiche. In questo punto, avviene la CAPACITAZIONE dello spermatozoo. Lo spermatozoo è già maturato ma ha bisogno della capacitazione per poter fecondare. Questi spermatozoi sono poche centinaia e nell'ovidotto possono vivere per 48 ore. La fecondazione avviene nella AMPOLLA DEGLI OVIDUTTI. Il momento della fecondazione è un equilibrio tra la vita della cellula uovo e la vita degli spermatozoi. Quando la cellula uovo e lo spermatozoo si avvicinano ci deve essere ATTIVAZIONE degli spermatozoi, la quale coinvolge la cellula uovo stessa che produce particolari sostanze. Solo quando lo spermatozoo è vicino alla corona radiata, rompe il proprio acrosoma compiendo l'AZIONE ACROSOMIALE, facendo fuoriuscire gli enzimi lisosomiali che gli permettono di farsi un varco nella corona radiata. Una volta superata la corona, entra in contatto con la zona pellucida, regione di glicoproteine. Lo spermatozoo vi si deve agganciare, infatti ci sono dei recettori che riconoscono gli spermatozoi. Lo spermatozoo che raggiunge quella zona, si aggancia ai recettori. Una volta agganciato, il flagello cambia tipo di movimento: passa da ondulatorio a un movimento a colpi di frusta per entrare. Questo movimento lo fa entrare e fa si che le due membrane plasmatiche entrino in contatto, fondendosi: entra quindi il nucleo dello spermatozoo e una coppia di centrioli. Generalmente tutto il resto rimane fuori. La cellula uovo adesso deve mettere in atto il BLOCCO DELLA POLISPERMIA per non far entrare altri spermatozoi. I granuli corticali escono creando la MEMBRANA DI FECONDAZIONE: è il primo evento dopo la fecondazione. Vengono tolti tutti i recettori sulla zona pellucida. Solo dopo la fecondazione si termina la meiosi II della cellula uovo. Dopo, si ha l'espulsione del globulo polare. A questo punto si ha l'ATTIVAZIONE DELL'UOVO, la cellula è pronta per iniziare il metabolismo e la prima mitosi. Si ha circa una divisione cellulare dopo una giornata, 24-30h. La coppia di centrioli portata dallo spermatozoo serve per unire i cromosomi. Inizia la mitosi e si mettono in comune i cromosomi materno e paterno. A seguito della formazione dello ZIGOTE, mediante un processo di differenziazione si forma l'individuo. L'uovo fecondato si impianta nell'utero e produce HCG per impedire la distruzione del corpo luteo. Quando si ha la formazione di due follicoli si ha due GEMELLI ETEROZIGOTI, geneticamente fratelli che crescono nello stesso ambiente. Quando una singola cellula uovo viene fecondata, e dopo due/tre mitosi si scinde in due parti, si hanno due GEMELLI OMOZIGOTI. Gemelli che nascono dallo stesso zigote e hanno lo stesso genoma. 24-11-16 EREDITARIETA' DEI CARATTERI GENOTIPO → la costituzione genetica di un organismo FENOTIPO → insieme delle caratteristiche osservabili di un organismo Mendel decise di studiare l'ereditarietà usando le piante: organismi a ciclo breve, i cui progenitori genetici erano noti, e che generavano una prole numerosa. CARATTERE → proprietà di un organismo Mendel osservò nella pianta di piselli osservò 7 caratteri, ognuno dei quali presentava due TRATTI (particolare variante del carattere). OGGETTO DI STUDIO: caratteri (proprietà di un individuo) monofattoriali (determinati da un solo gene). Il fiore della pianta di pisello ha in sé sia l'apparato maschile, sia quello femminile, quindi le piante si autoimpollinano. PRIMO ESPERIMENTO → INCROCIO MONOIBRIDO (10k piante) Mendel osserva un solo carattere alla volta. Genitori da linee pure che differiscono per un solo carattere. Scelse LINEE PURE, ovvero linee il cui tratto in esame è l'unica forma presente per molte generazioni successive ottenute per autoimpollinazione. La prima generazione filiale F1, presenta solo un carattere: solo semi gialli. I figli sono chiamati ibridi. PRIMA LEGGE “Se si incrociano tra loro due linee pure che differiscono per un solo carattere, nella prima generazione un tratto dominerà sull'altro per il 100% dei casi” Adesso Mendel lasciò la generazione F1 autoimpollinarsi, ottenendo la generazione F2 che rappresenta quindi la prole della generazione F1. La generazione F2 presenta semi gialli e verdi rispettivamente in un rapporto circa pari a 3:1. Nella generazione F2 si ottiene un 75% di semi gialli (semi che presentano lo stesso tratto della F1) e un 25% di semi verdi, che presentano un tratto che era presente nella generazione parentale ma che non era comparso nella F1. Esiste quindi un FATTORE DETERMINANTE del carattere. Il DETERMINANTE è l'entità che determina il carattere, e i determinanti sono DUE: A,a. Una delle grandi intuizioni di Mendel è la DIPLOIDIA. Le informazioni chiamate DETERMINANTI devono essere DUE. Le linee pure devono possedere determinanti uguali, quindi: AA x aa → Aa (F1) LEGGE DELLA SEGREGAZIONE DEGLI ALLELI I due determinanti di ogni carattere si separano nei gameti andando per metà in un gamete e per metà nell'altro. → MEIOSI, fecondazione Quando la F1 si incrocia: Aa x Aa → AA Aa Aa aa Incrocio casuale di tutti i gameti. I DETERMINANTI sono i GENI I geni che codificano per lo stesso carattere sono DUE, questi due geni sono localizzati sui cromosomi OMOLOGHI, alla stessa altezza. Le forme alternative dello stesso carattere si chiamano ALLELI. Tutte le volte che gli alleli sono IDENTICI, parliamo di genotipo OMOZIGOTE. Il genotipo che possiede alleli diversi è ETEROZIGOTE. CARATTERE DOMINANTE → si manifesta anche se il gene che lo determina è allo stato di ETEROZIGOSI. CARATTERE RECESSIVO → quando si esprime SOLO se il gene che lo determina è allo stato di OMOZIGOSI. QUALE GENOTIPO HA UN SEME GIALLO? Nel caso di un seme verde siamo sicuri che il suo genotipo sia OMOZIGOTE RECESSIVO, ma nel caso di un seme giallo, per scoprilo, devo incrociarlo con un un seme che abbia genotipo noto, quindi un seme verde: REINCROCIO/test cross/incrocio di controllo. GG x gg → Gg Gg Gg x gg → Gg gg ESERCIZIO Rosso (M) Giallo (m) Pomodoro ROSSO eterozigote x pomodoro giallo. Mm x mm → Mm Mm mm mm ESPERIMENTO INCROCI IBRIDI Mendel osserva 2 caratteri. Forma e colore del seme: liscio o rugoso (S liscio, s rugoso); (Y giallo y verde). L'esperimento inizia con due linee pure, in un individuo abbiamo entrambi dominanti, nell'altro entrambi recessivi. SSYY x ssyy SY x sy → SsYy (F1) 100% semi che hanno entrambi i caratteri dominanti. IPOTESI: gli alleli dei due caratteri sono associati; trasmettono i loro alleli come li hanno ricevuti. La distribuzione trovata presenta un rapporto 9:3:3:1 I semi della generazione F2 ci sono semi che presentano caratteri incrociati. Intuì che non c'è 4 bianchi, 9 marroni, 3 neri. EREDITA' MULTIGENICA E' l'eredità di quei caratteri determinati da molti geni. Si riferisce ai caratteri QUANTITATIVI, ovvero quelli che hanno molteplici fenotipi. Abbiamo tanti geni che contribuiscono a dare fenotipi, e questi geni devono trta loro collaborare in modo additivo: per tutti questi caratteri dobbiamo immaginarceli come tanti interruttori, che possono essere spenti o accesi, quindi avrò una gradazione di fenotipi. Questi geni devono darci più possibilità possibili. La relazione allelica tra dominanza, dominanza incompleta, codominanza ecc. che da più variabilità di fenotipo è la dominanza incompleta; permette di avere con due alleli 3 fenotipi diversi. Questi interruttori genici sono in relazione tra loro all'interno dello stesso locus con la dominanza incompleta. CARATTERI QUANTITATIVI VARIANO IN MODO CONTINUO; 2 o più geni hanno effetto ADDITIVO sul fenotipo. 3 LOCI A, B, C dominanza incompleta su a, b, c. COLORE DELLA PELLE → aabbcc Aabbcc AaBbcc AaBbCc AABbCc AABBCc AABBCC DETERMINAZIONE GENICA DEL SESSO Il rapporto tra maschi e femmine è di 106 maschi ogni 100 femmine. Il motivo per cui sono più maschi che femmine è che si pensa che ci sia una maggior selezione in utero per dare origine a donne più “selezionate”. Dal punto di vista delle fecondazioni la probabilità è del 50% per ogni sesso. E' la presenza o assenza del cromosoma Y a determinare se un individuo è maschio o femmina. C'è un ANOMALIA per cui un individuo che ha XY è femmina, ma il gene Y ha perso un pezzo, ovvero il gene Sry. Inoltre, si può avere individuo maschio con XX che però ha acquisito il gene Sry. Il gene Sry è il gene responsabile del differenziamento maschile, viene espresso formando una proteina chiamata TDF (fattore di determinazione testicolare) che induce il differenziamento del testicolo. Il differenziamento sessuale avviene alla settima settimana. EVOLUZIONE CROMOSOMI SESSUALI MASCHILI. Un cromosoma subì una mutazione dovuta a un grande pezzo invertito, rotto e riattaccato in direzione opposta. Il fatto che questo pezzo si sia invertito faceva si che quando c'era la meiosi e si dovevano ri appaiare i cromosomi omologhi non si riconoscevano più, questo ha portato il cromosoma a non ricombinarsi più e a disgregarsi diventando molto piccolo. Questo cromosoma ha anche acquisito geni specifici per il differenziamento maschile. Per il 5% i cromosomi X e Y sono omologhi, ma il 95% sono regioni non omologhe. Il cromosoma X contiene 1500 geni, mentre Y solo poche decine. INATTIVAZIONE DELL'X NELLE FEMMINE Il cromosoma X non contiene geni specifici per la femmina. Il fatto che l'individuo maschile ne contenga una sola copia fa pensare che anche la femmina funzioni correttamente con sola una copia X. In tutte le cellule femminili infatti una delle due X viene inattivata. Durante lo sviluppo embrionale uno qualsiasi dei due cromosomi X si condensa diventando eterocromatina e si inattiva, prendendo così il nome di CORPO DI BARR. L'inattivazione della X riguarda tutte le cellule tranne quelle che devono fare meiosi. L'inattivazione avviene ad opera di un gene presente sull'X chiamato XIST (exist), e inattiva tutto il cromosoma. Se sul cromosoma X c'è un gene in stato di eterozigosi a seconda del cromosoma X che vado a inattivare si esprime un gene o meno; nel caso di omozigosi, è indifferente quale vado a inattivare. Quando due gameti si incontrano il nuovo individuo riceve le due X attive. Quando si entra in uno stadio di 20 cellule, per una segnalazione, ogni cellula sceglie in modo indipendente e casuale quale X inattivare. Il fenotipo sarà a mosaico, a macchie, e questo non solo al livello delle 20 cellule: da questo momento in poi ognuna di quelle cellule prolifera per mitosi ed ogni cellula che ne deriva eredita l'inattivazione delle X. Il fenotipo dell'individuo è quindi a mosaico, ha delle zone con espresso A e zone con espresso a. Esempio: mancanza di ghiandole sudoripare Xᴬ → ghiandole Xª → assenza di ghiandole EREDITA' LEGATA AL SESSO Eredità legata al cromosoma X: I cromosomi X vengono ereditati quelli della madre sia dai maschi sia dalle femmine; quelli del padre, solo dalle figlie femmine. TRASMISSIONE TRATTO RECESSIVO Il maschio ha solo una X quindi non ha la possibilità di ricompensare con una X dominante, è EMIZIGOTE. XᴬXᴬ x XªY → XᴬXª XᴬXª XᴬY XᴬY Le femmine sono portatrici. XᴬXª x XᴬY → XᴬXᴬ XᴬXª XᴬY XªY XᴬXª x XªY → XᴬXª XªXª XᴬY XªY EREDITARIETA' MITOCONDRIALE Trasmissione dei caratteri associati al mitocondrio. Il DNA mitocondriale è circolare presente fino a 5 copie per mitocondrio, mentre per ogni cellula 2500. Proprio per la loro presenza in numerose copie, vanno a costituire lo 0,5% del genoma. L'mtDNA contiene 37 geni, di cui 13 geni che codificano per proteine, tutte coinvolte nella catena respiratoria. Poi 2 geni che codificano per rRNA e 22 geni per il tRNA. Il mitocondrio si può creare un piccolo apparato di traduzione. I tRNA possono riconoscere tutti i codoni. I 37 geni sono ANOMALI, sono geni senza introni, quindi codificano totalmente. Il DNA mitocondriale deriva dai batteri. Sono geni attaccati tra di loro, il DNA mitocondriale codifica al 93% quindi è denso di informazione. A volte ci sono geni sovrapposti, un gene inizia a metà di un altro gene. Il DNA circolare non ha gli istoni, è nudo, più sensibile e attaccabile dagli agenti esterni. Il mitocondrio è un ambiente sfavorevole dal punto di vista di reattività chimica e soggetto a agenti esterni, e il DNA mitocondriale è soggetto a mutazione proprio per queste ragioni: l'alta densità di informazione fa sì che l'mtDNA rischia di essere mutato in una zona codificante. Il mitocondrio non è autosufficienze, si produce 13 proteine, ma tutte le altre le importa dal citoplasma, codificate dal genoma nucleare. Durante la fecondazione, il nucleo e il centriolo dello spermatozoo entrano nella cellula uovo ma i mitocondri vengono portati SOLO dalla madre. La trasmissione ereditaria è MATRILINEARE. Lo zigote riceve tutti i mitocondri dalla madre; la cellula uovo è enorme, porta fino a 100k mitocondri. Lo zigote deve moltiplicarsi per mitosi, ogni volta che si moltiplica aumenta il numero dei mitocondri per poi distribuirli alle cellule figlie, Ma mente la distribuzione del genoma nucleare è precisa, l'mtDNA è distribuito in modo casuale. Quando riceviamo i mitocondri tutte le nostre cellule ricevono l'informazione con una distribuzione chiamata EREDITA' CITOPLASMATICA. Per ogni gene mitocondriale esistono decine di copie, per definire il genotipo mitocondriale si deve parlare di OMOPLASMIA quando ho quasi tutti i genomi mitocondriali uguali, ed ETEROPLASMIA quando ho un quantitativo di genomi mitocondriali diversi. La cellula che si deve dividere aumenta di dimensioni e distribuisce casualmente i mitocondri mutati. Nel nostro organismo ci possono essere cellule mutate o non. Possono aver regioni con la patologia e altre senza, dipende da che cellule vengono colpite. Le patologie sono quasi tutte NEURO-MUSCOLARI. Sono tessuti che richiedono energia, e le patologie che li riguardano sono ereditate dalla madre, ma non per forza il figlio la manifesta. Per capire se un tessuto o una cellula è malato si introduce il concetto di SOGLIA, si è pensato che esiste una soglia del numero di mitocondri mutati al di sopra della quale si manifesta la malattia e al di sotto della quale no. CLONAZIONE Clonare un individuo significa crearne uno uguale dal punto di vista genomico. L'individuo da clonare deve fornire il genoma che va importato in una cellula capace di generare un organismo, una cellula uovo. Ottengo così uno zigote dando origine a un individuo. La clonazione non è una vera e propria clonazione perchè il nuovo individuo avrà dei mitocondri della cellula uovo ricevente. Si può ovviare a questo clonando una femmina, anche se non potranno comunque essere identiche a causa dell'inattivazione delle X. 15-12-16 MUTAZIONI Le mutazioni sono eventi sia fisiologici che patologici. Al livello fisiologico va interpretato sotto il punto di vista di evoluzione della specie, dobbiamo quindi contemplare la variabilità degli individui. In ambito patologico il cambiamento al genoma porta una patologia. Possono essere: – GENICHE: interessano un solo gene; I cambiamenti al livello di singole basi sono da un punto di vista fisiologico causate dalla DNA polimerasi quando duplica il DNA. Si dicono “PUNTIFORMI”, interessano poche basi. Possono essere SOSTITUZIONI, INSERZIONI O DELEZIONI o INVERSIONI GENICHE. – CROMOSOMICHE – GEOMICHE: interessano tutto il genoma MUTAZIONI GENICHE La struttura genica presenta una struttura promotrice e un alternanza di introni ed esoni. Se abbiamo una mutazione al livello degli esoni si potrebbe manifestare un effetto sulla proteina (regioni UTR non codificanti). Se riguarda gli introni, nella gran parte dei casi non influisce sulla proteina, ma se la mutazione avviene agli estremi dell'introne esso potrebbe non essere riconosciuto. Se la mutazione avviene nel promotore anche questo potrebbe non essere riconosciuto. Per SOSTITUZIONE di una base si intende la sostituzione vera e propria di una base con un altra. ES: mutazione su una terza base di una tripletta. Nella maggior parte dei casi se viene sostituita la terza base della tripletta si mantiene lo stesso amminoacido → MUTAZIONE SILENTE; Nel caso venga sostituita la prima base della tripletta, cambia l'amminoacido → MUTAZIONE DI SENSO; Si avrà una alterazione della funzione della proteina? Perchè essa cambi la sua funzionalità si deve avere un alterazione alla sua struttura terziaria. E' difficile poter prevedere il cambiamento della proteina a partire dalla sua struttura primaria; Si può prevedere la regione mutata e se quell'amminoacido sarà conservato lungo l'evoluzione. Nel caso in cui, dopo la sostituzione di una base, la tripletta in questione diventa una tripletta di stop, si parla di → MUTAZIONE NON SENSO. Per INSERZIONE si intende l'inserimento di basi. Ha una ripercussione su tutte le triplette che vengono dopo, le quali vengono lette con un codice di lettura sfasato di una o due basi. Lo stesso vale per la DELEZIONE, nel caso di perdita di una base. Se si inserisce o si toglie 3 basi o multipli di 3 basi, il danno è limitato a quella tripletta. MUTAZIONI CROMOSOMICHE Riguardano il cromosoma, riguardano il numero di cromosomi o la loro struttura. ALTERAZIONE DEL NUMERO: – POLIPLOIDIA (m. genomica); alterazione di numero di tutti i cromosomi, mutazione incompatibile con la vita. – ANEUPLOIDIA; numero anomalo di cromosomi, un individuo può avere per un tipo di cromosoma un cromosoma in più o in meno. Deriva quasi sempre da errori in meiosi, durante la disgiunzione nelle anafasi non si ha la separazione dei cromosomi omologhi o il cromatidi fratelli. Questa non disgiunzione porta gameti con n+1 o n-1. ES: trisomia o monosomia. Sono compatibili con la vita solo in particolare se riguardano i cromosomi sessuali. Per quanto riguarda le trisomie esistono solo tre tipi: 13, 18, 21. EFFETTI DELLA ANEUPLOIDIA: 1. Alterazione della dose genica: si pensa che la abbondanza nel numero di geni vada a disregolare l'intero genoma. 2. “Disregolazione generale” del genoma 3. Anomalie di segregazione (meiosi) 4. Monosomie autosomiche (incompatibili con la vita) 5. Trisomie autosomiche (solo 13 18 21) 6. Quasi la metà degli aborti spontanei (2,7%) sono dovuti a aneuploidie. ALTERAZIONE DELLA STRUTTURA: – Dovuta a ROTTURE: spontanee o indotte, seguite da riparazione errata o assente (perdita del segmento senza centromero). – CROSSING OVER INEGUALE