Appunti di biologia applicata, Sintesi del corso di Biologia Applicata

Scarica Appunti di biologia applicata e più Sintesi del corso in PDF di Biologia Applicata solo su Docsity! Appunti Biologia 1.L’acqua e il suo ruolo fondamentale nelle cellule L’acqua rappresenta il solvente per molti soluti e può essere considerata un dipolo. In alcuni casi si comporta da reagente e prende parte a tutte le reazioni biochimiche di idrolisi, in cui ogni molecola di acqua viene scissa per formare ioni H+ e OH-. Inoltre, ha anche ruolo di liquido di trasporto extracellulare. Una molecola anfipatica è una molecola che contiene sia un gruppo idrofilo sia un gruppo idrofobo ed immerse in un liquido acquoso tendono a formare spontaneamente doppio strato, con le teste idrofile rivolte all’esterno e le code idrofobe all’interno. 2. cellule procariotiche ed eucariotiche La cellula è la è più piccola parte della materia vivente dotata di tutte le caratteristiche della materia stessa. Una cellula per essere tale risponde a dei requisiti e distinguiamo gli organismi unicellulari e pluricellulari. Le cellule sono organismi in grado di autoregolarsi per mantenere l’omeostasi (equilibrio), grazie alla membrana plasmatica, cioè quella struttura che consente gli scambi di materia ed energia. Cellula procariotica La cellula procariotica è molto semplice e piccola, primitiva e priva di nucleo in cui troviamo il citoplasma con i ribosomi; il materiale genetico di una cellula batterica si trova nel nucleoide, la membrana plasmatica è molto versatile, una parete (in rappresentanza polisaccaridica) funge da protezione meccanica nei confronti del batterio; importante è la presenza di flagelli per il movimento e di pili per aderire le une alle altre o alle superfici esterne. Cellula eucariotica Gli eucarioti sono gli organismi viventi formati da cellule più evolute e che possiedono un nucleo racchiuso da una membrana cellulare; sono costituite fondamentalmente dalle stesse parti: la membrana cellulare o plasmatica, il citoplasma e il nucleo. Gli organuli più evidenti sono i mitocondri, il reticolo endoplasmatico liscio e rugoso, l’apparato di Golgi e i lisosomi. Il materiale genetico è confinato nel nucleo. Le cellule eucariotiche sono suddivise in zone funzionali in cui possono avvenire contemporaneamente reazioni metaboliche che richiedono differenti condizioni, questa specifica capacità detta compartimentazione risulta più efficiente delle cellule dei procarioti. Virus I virus non vengono considerati esseri viventi, ma sono entità biologiche molto comuni che si trovano in tutti gli ambienti ed ecosistemi terrestri e non hanno autonomia di replicazione, possiamo definirli endoparassiti obbligati. Per svolgere il loro ciclo riproduttivo sono costretti ad infettare una cellula. Nel ciclo litico sono considerati virulenti e una volta riconosciuto ed agganciato il potenziale ospite, i virus iniettano all’interno della cellula il loro materiale genetico, la cellula ospite crea numerose copie del virus; i virioni prodotti portano alla distruzione della cellula detta lisi, la abbandonano e vanno ad infettare altre cellule. Nel ciclo lisogeno vengono detti temperati poiché il materiale genetico in questo caso rimane integrato all’interno del genoma della cellula ospite e vi rimane senza procurare danni; in questo caso il virus non è infettivo e viene chiamato profago. I retrovirus (virus ad RNA) sono un gruppo di virus che usa la transcrittasi inversa per convertire il proprio genoma da RNA a DNA durante il proprio ciclo di replicazione. 3. Struttura e funzioni delle membrane cellulari La membrana plasmatica costituisce e delimita la superficie esterna della cellula, è una barriera flessibile ma robusta costituita da un doppio strato fosfolipidico in cui sono parzialmente o interamente inserite delle proteine. È caratterizzata da permeabilità selettiva cioè consente il passaggio solo a determinate sostanze. Le funzioni della membrana dipendono dal tipo di proteina: • recettori, riconoscono e legano una proteina specifica; • enzimi per la catalisi di reazioni intra o extracellulari; • di riconoscimento, identificano altre proteine o agenti estranei. Le proteine di membrana si distinguono in due categorie: Proteine integrali o intrinseche: legate al doppio strato idrofobo e possono attraversarlo da parte a parte o essere inserite parzialmente in esso; transmembrana composte da un dominio intracellulare legato al citoscheletro, transmembrana, ed extracellulare che interagisce con molecole omologhe o con la Mec. A seconda della densità di molecole di adesione possiamo classificarle in: contatti focali, emidesmosomi, lamine esterne e membrane basali. Le giunzioni cellulari Ogni cellula è rivestita da uno strato di carboidrati legati con legame covalente alle proteine e lipidi di membrana detto glicocalice. La giunzione è una specializzazione di una faccia di membrana che gestisce i processi di adesione tra due cellule. Distinguiamo i contatti: 1. Calcio-dipendenti: usano le caderine, selectine o integrine. Le caderine formano legami solidi con altre cellule ancorandosi fino al citoscheletro; le selectine formano legami che possono scorrere l'uno rispetto all'altro; le integrine mediano i legami soprattutto del tipo cellula matrice. • Giunzione occludenti impediscono il passaggio di fluidi tra le cellule • Giunzioni comunicanti possono far passare gli ioni o piccole molecole • Giunzioni aderenti sono di ancoraggio sia intercellulari che cellula Mac e forniscono supporto strutturale ai tessuti. 2. Calcio-indipendenti: usano proteine transmembrana o estrinseche. 5. citoscheletro e motilità cellulare Il citoscheletro è un sistema di strutture filamentose collocate nel citoplasma delle cellule eucariotiche, esso determina e mantiene la forma della cellula, determina e mantiene la posizione degli organelli citoplasmatici, sostiene la membrana cellulare, spinge e guida il traffico intracellulare di organuli e vescicole lungo specifiche piste, esplica un'importante funzione nella duplicazione cellulare con la formazione del fuso mitotico esercitando trazione sui cromosomi e allontanandoli durante la mitosi, nelle cellule vegetali guida la crescita della parete cellulare e rende possibile il movimento cellulare. Le funzioni del citoscheletro si basano sul comportamento di diverse tipologie di proteine che si assemblano a formare microfilamenti di actina, filamenti intermedi e microtubuli. • microfilamenti di actina determinano la forma della superficie cellulare, necessari per la locomozione dell'intera cellula e partecipano alla contrazione delle fibre muscolari, si concentrano soprattutto sotto la membrana cellulare, sono presenti in tutte le cellule eucariotiche. L'actina è una proteina che può disporsi in fasci paralleli con altri proteine o formare fasci filamentosi variamente intrecciati, essa si associa con la miosina per formare strutture contrattili. La miosina I è costituita da un singolo polipeptide con testa globulare e una coda, la miosina II è una coppia di molecole di miosina I identiche con due teste globulari e una coda. • Filamenti intermedi forniscono la forza meccanica e la resistenza agli stress determinano la forma della membrana plasmatica e sono necessari per la locomozione della cellula, hanno grande resistenza alla trazione e permettono sopportazione di tensione meccanica. Possono essere citoplasmatici o nucleari. • microtubuli conferiscono rigidità alla cellula determinando la posizione degli organuli e dirigono il trasporto intracellulare, hanno origine da un centro organizzatore detto centro soma. Sono composti da subunità di mediche composte da subline Alfa e beta legati dalle legami non covalenti. Le tubuline formano un Protofilamento, 13 Protofilamenti paralleli danno origine ad un microtubulo. Il centrosoma contiene due centrioli con struttura 9x3 (9 triplette di microtubuli una completa e due no). Ciglia e flagelli Le ciglia sono strutture piliformi rivestiti di membrana plasmatica , costituiti da un fascio di microtubuli specializzati che partono da un corpuscolo basale situato nel citosol. All’interno della struttura di microtubuli la dienina è stabilmente ancorata a un microtubulo e ne provoca lo scorrimento rispetto a una componente adiacente. La struttura interna è 9x3: 9 serie di 3 microtubuli disposti in cerchio al centro dell’anello. Il movimento è suddiviso in due fasi: colpo propulsivo in cui il ciglio viene esteso e movimento di recupero in cui il ciglio si flette e torna indietro. I flagelli sono propulsori di cellule e creano un movimento ondulatorio che spinge la cellula. La struttura è uguale alle ciglia ma sono connessi tra loro tramite proteine di connessione. Microvilli Sono estroflessioni della membrana plasmatica di cellule appartenenti al tessuto epiteliale di rivestimento, permettono di aumentare la superficie di scambio e si trovano negli enterociti nell’intestino e le cellule del tubulo contorto prossimale del rene. Movimento ameboide Il movimento ameboide è tipico di amebe e macrofagi. Tale movimento è dovuto alla creazione di uno pseudopodo che si forma grazie a un flusso citoplasmatico che si estende nella direzione del movimento. Il flusso citoplasmatico si origina con: • anteriormente un passaggio da plasma-sol a plasma-gel, mediante la polimerizzazione di sub-unità di actina. L'endoplasma si porta ai lati dello pseudopodo e riforma l'ectoplasma. • posteriormente si ha un passaggio da plasma-gel a plasma-sol, mediante la scissione in singole sub-unità di actina, e l'endoplasma così formato fluisce in avanti grazie a una forza contrattile acto-miosinica. Nell'ameba tale movimento si realizza solo a contatto con il substrato. 6. Il sistema di endomembrane Reticolo endoplasmatico E’ un sistema di canali allineati a membrane e interconnessi tra loro, situato all’interno del citoplasma. Le membrane dividono il citoplasma in due compartimenti, quello intermembranoso comprende lo spazio in cui i prodotti secretori vengono immagazzinati o trasportati al complesso del Golgi. Quello extramembranoso è formato da molecole come enzimi, carboidrati e piccole molecole proteine insieme ai ribosomi, acidi nucleici ed elementi del citoscheletro. Il sistema di canali può essere classificato in reticolo endoplasmatico rugoso RER o granulare ed il reticolo endoplasmatico liscio REL. RER: vescicolare, con adesi i ribosomi, partecipa alla sintesi proteica, la proteina deve maturare (glicosilata), esce dal reticolo e va all’apparato di Golgi dove avviene una seconda glicosilazione REL: tubulare,non è rivestito da ribosomi, non sono presenti proteine che devono maturare, è sede lipidica e di steroidi, può essere più o meno abbondante nelle cellule epatiche e nella cellula muscolare. Apparato di Golgi È strutturato come una pila di sacche membranose appiattite dette cisterne. Il lato di partenza verso il RE è detto cis-Golgi , lato opposto trans-Golgi rivolto verso la membrana plasmatica . Nel Golgi avvengono la modificazione chimica e lo smistamento delle proteine. Le proteine di secrezione, trasportate tramite le vescicole I cromosomi mitotici sono composti da due cromatidi (ossia la parte destra e la parte sinistra della X) che sono due copie identiche tra loro di DNA tenute insieme dal centromero (dove c’è la strozzatura). Alle estremità di un cromosoma eucariotico c’è un cappuccio di sequenze ripetute detto telomero, sostanzialmente uguale in tutti i vertebrati: questo lascia intendere che la funzione sia simile, quella di proteggere il DNA dalle nucleasi e prevenire la fusione dei cromosomi tra loro. I telomeri vengono allungati dall’enzima telomerasi (una trascrittati inversa che sintetizza DNA usando RNA), ma solo nelle cellule germinali, nelle cellule staminali, negli strati epidermici e intestinali e nelle cellule emopoietiche del midollo osseo. L’accorciamento dei telomeri è fisiologico e ha un ruolo nell’invecchiamento. Una persona con telomeri lunghi invecchierà più lentamente, ma i telomeri sono importanti perché proteggono anche dall’insorgenza dei tumori limitando i cicli di riproduzione di queste cellule che per definizione sfuggono al normale controllo di crescita e si dividono in modo indefinito. Il cariotipo umano normale I geni sono situati nei cromosomi che sono presenti in coppie. Sono coppie perché sui due cromosomi omologhi ci sono entrambe le versioni di ogni allele. Ogni coppia di cromosomi resta attaccata finché i gameti non effettuano meiosi e quindi questi si dividono. Si riuniranno poi durante la fecondazione con il gamete del partner. Un corredo cromosomico umano è formato da 23 coppie (corredo diploide di 46 cromosomi) di cromosomi omologhi. Una tipica cellula somatica umana ha 6,4 miliardi di coppie di basi. I cromosomi materni e paterni possono fare crossing over e questo permette di ricombinare i geni sulle coppie di cromosomi. Più due geni sono lontani lungo il cromosoma, maggiore è la probabilità che questi vengano separati. In base alla posizione possiamo distinguere il cromosoma in: Submetacentrico: il centromero divide il cromosoma in un braccio corto “p” e uno lungo “q” Metacentrico: il braccio pe q sono quasi uguali. Acrocentrico: mostra una lunga appendice Telocentrico: non mostra ne braccio p ne q, nell’uomo assente. 8. Processi della riproduzione La divisione cellulare: mitosi e meiosi La divisione cellulare è un processo che suddivide la cellula in due cellule figlie. Esistono due tipi di divisione: meiosi e mitosi. La meiosi consente all’organismo di riprodursi, le cellule coinvolte si chiamano germinative e danno origine a cellule figlie con correndo cromosomico aploide (metà, n). La mitosi consente all’organismo di crescere o sostituire le cellule vecchie con nuove, le cellule coinvolte si chiamano somatiche e danno origine a cellule figlie diploide (2n). Mitosi Nella mitosi si riconoscono 5 fasi, chiamate: Interfase, profase, metafase, anafase e telofase. 1. Interfase. E’ il periodo di riposo, nell’organismo alcune cellule possono rimanere in questa fase per tutta la vita oppure entrare in mitosi con diversi intervalli di tempo. Nel primo caso il periodo di interfase viene detto G0 (quiesciente). Nel secondo caso è uno stadio di preparazione alla mitosi. Possiamo dividerla quindi in tre sotto fasi: G1: vengono prodotto le DNA polimerasi e tutti i fattori necessari alla sintesi del DNA; S: viene sintetizzato il nuovo DNA; G2: vengono prodotte le proteine e enzimi che servono per spiralizzare il DNA e formare il fuso mitotico. 2. Profase: La cromatina si avvolge diventando progressivamente più compatta e condensandosi in cromosomi. L’involucro nucleare si frammenta. Compaiono i microtubuli che connettono i cinetocori ai due poli e formano il fuso mitotico che è la struttura formata da microtubuli. 3. Metafase. I centromeri dei cromosomi sono allineati al centro della cellula, lungo la piastra metafasica. 4. Anafase. I cromatidi fratelli che compongono ogni cromosoma si separano. Essi sono tenuti insieme dalle coesine che uniscono i loro centromeri. Ogni cromatide viene trasportato dal centro ai poli opposti della cellula, grazie alla dineina. 5. Telofase. Si formano i nuovi nuclei cellulari. La cromatina diventa meno compatta e la cellula entra in una nuova interfase. Citodieresi: Conclusa la divisione del nucleo, inizia quella del citoplasma che avviene per strozzatura nelle cellule animali. Meiosi Ogni evento meiotico comprende due divisioni nucleari: Meiosi I Meiosi II Che riducono il numero di cromosomi da diploide (2n) ad aploide (n); il nucleo si divide due volte ma il DNA si duplica una volta sola. La meiosi comprende due divisioni successive del nucleo e della cellula e produce 4 cellule figlie. Durante la Profase I, lo scambio di DNA mediante crossing-over dà origine a cromosomi geneticamente diversi, e quindi a nuove combinazioni del materiale genetico nei cromatidi ricombinanti. Alla fine della mitosi le due cellule figlie hanno lo stesso numero di coppie di cromosomi omologhi della cellula madre. Alla fine della meiosi le quattro cellule figlie contengono la metà del corredo cromosomico della madre.