Scarica Storia e Struttura della DNA: dalla scoperta alla struttura e più Appunti in PDF di Biologia Animale solo su Docsity!
1. LA BIOLOGIA
è lo studio scientifico degli esseri viventi. I Biologi studiano i processi da livelli molecolari ad interi ecosistemi.
2. Come si fa ricerca?
Prerequisiti: i fatti nella forma di osservazioni verificabili e risultati sperimentali e ripetibili. Progresso: teorie (Newton, Darwin, Einstein) Teoria: “il meccanismo dell’adattamento evolve dalla selezione naturale”
3. Cos’è la vita?
La vita è unità genetica organizzata, caratterizzata da un metabolismo capace di riprodursi ed evolvere.
4. Caratteristiche di un essere vivente
∙ Ordine ∙ Regolazione ∙ Crescita e sviluppo ∙ Utilizzo dell’energia ∙ Risposta all’ambiente: tutto è in relazione all’ambiente, se cambia qualcosa all’esterno, cambia pure nell’essere vivente. ∙ Riproduzione: alla base della specie, tutela la continuità dell’essere. ∙ Evoluzione: è il cambiamento (“vive bene chi si adatta all’ambiente” -Darwin) Tutti gli organismi viventi sono costituiti da unità base: La cellula.
5. Teoria cellulare
∙ origine da altre cellule mediante la riproduzione ∙ Le cellule contengono tutti gli essere viventi sono costituiti da una o più cellule ∙ Le relazioni chimiche di un organismo hanno luogo all’interno della cellula ∙ Le cellule hanno le informazioni ereditarie Formulata da Matthias Schleiden (1838) e Theodor Schwann (1839) ∙ 1925 Willson: in ultima analisi la cellula è la chiave di ogni problema biologico. La vita è nata una volta sola e poi si è evoluta, Pasteaur fece degli esperimenti per capire come nasce la vita. Le cellule non sono tutte uguali, differiscono per forma, dimensioni, sostanze chimiche di cui hanno bisogno, attività che svolgono.
6. Evoluzione
Gli esseri viventi si sono autorganizzati ed evoluti da atomi presenti sul
pianeta. Inizialmente l’evoluzione è stata chimica (Oparin e Haldane).
7. CONDIZIONI PER LA NASCITA DELLA VITA
- Assenza di ossigeno: ha impedito la degradazione di semplici molecole
- Alte temperature
- Scariche di fulmini
8. Oparin:
la vita è nata in acqua. Nel 1953 fu confermata l’ipotesi di Miller. (l’esperimento fu fatto in ambiente acquoso con scariche elettriche e senza ossigeno e nacquero così le molecole organiche) Le prime cellule furono eterotrofe (energia vitale nella fermentazione di molecole organiche, cioè non anaerobiche). Alcune si specializzarono e le cellule diventarono autotrofe (i primi furono i solfobatteri) ricavavano nutrimenti dalla luce solare.
9. LE MACROMOLECOLE
sono
10. CARBOIDRATI
Caratteristiche : Sono composti chimici costituiti da carbonio, idrogeno e ossigeno. Sono molto abbondanti in natura. Hanno sapore dolce. ∙ Come possono essere chiamati? Idrati di carbonio, zuccheri, osi o glucidi. ∙ Formula : Cn(H 2 O)◊una molecola d’acqua per ogni atomo di carbonio.
TIPI DI CARBOIDRATI
I carboidrati più semplici, formati da una sola molecola, si chiamano monosaccaridi, e comprendono: - ribosio e desossiribosio (formati da 5 atomi di carbonio e componenti degli acidi nucleici)
- glucosio (formato da 6 C è la principale fonte di energia)
- fruttosio (ha 6 C ed è contenuto nella frutta)
- galattosio (ha 6 C e si trova nel latte). I monosaccaridi sono facilmente solubili in acqua e possono essere classificati in base alla presenza di un gruppo aldeico o chetonico, e al numero di atomi di carbonio che costituiscono lo scheletro carbonioso. 5 atomi = furanosiche
- LIPIDI SEMPLICI: esteri di acidi grassi a lunga catena. Qui abbiamo i gliceridi e le cere. Fanno parte dei primi i trigliceridi, che sono costituiti da una molecola di glicerolo + 3 catene di acidi grassi. Essi sono rappresentati dai comuni grassi ed oli, costituiscono una fonte energetica superiore rispetto ai carboidrati e si accumulano nel tessuto adiposo (grasso sottocutaneo). Svolgono anche la funzione di isolante termico. I trigliceridi possono essere di origine animale o vegetale. Il legame covalente dei trigligeridi è il legame estere. Le cere sono composti chimici insolubili in acqua che svolgono un’importante azione di rivestimento protettivo ed impermeabilizzante. Esse rivestono le penne degli uccelli, costituiscono la cuticola delle foglie e conferiscono lucentezza ai frutti. 2) LIPIDI COMPLESSI: possono essere sia fosfogliceridi che sfingolipidi. I primi sono formati da una testa idrofila (affine all’acqua) costituita da glicerolo + gruppo fosfato e due code idrofobe (non affini all’acqua) rappresentate da due catene di acidi grassi. I fosfogliceridi, insieme alle proteine di membrana, sono i principali costituenti delle membrane cellulari. I lipidi complessi sono infatti di natura anfipatica, rappresentati da una testa polare e da una coda apolare. 3) STEROIDI: hanno tutti una struttura comune, che è rappresentata dal ciclopentanoperidrofenantrene. Il loro precursore è il COLESTEROLO che svolge funzioni essenziali al metabolismo. Costituente delle membrane cellulari delle cellule animali. Precursore della vitamina D (importante per la crescita ossea e dei denti). Composto di partenza per la sintesi degli acidi biliari (prodotti da fegato). Può essere sintetizzato dalle cellule (origine endogena) o introdotto con l’alimentazione (origine esogena) ed è utilizzato nella sintesi degli steroidi. Il colesterolo in eccesso nel sangue si accumula sulle pareti interne delle arterie provocando la formazione di placche che causano arteriosclerosi. Inoltre, il colesterolo in eccesso nel fegato si accumula dando origine ai calcoli biliari. 4)TERPENI: composti costituiti dalla condensazione di diverse unità di isoprene. Si trovano negli oli essenziali. ∙ Funzioni : riserva energetica (molecole ad alto contenuto energetico; si accumulano nel tessuto adiposo, ad esempio nel derma)
- protezione meccanica per alcuni organi (cuore, fegato, reni)
- isolante termico (es. grasso animale)
- impermeabilizzante (es. cere sulle penne degli uccelli)
- funzione strutturale (nelle membrane cellulari o fosfolipidi)
- precursori di importanti molecole biologiche (ormoni, vitamine) lipidi di deposito = funzioni di riserva lipidi strutturali = fanno parte delle membrane
12. PROTEINE
∙ Caratteristiche: le proteine sono catene (polimeri) di amminoacidi, sono il più abbondante materiale biologico negli organismi animali e sono essenziali per la struttura e le funzioni degli esseri viventi. Hanno elevato peso molecolare. Costituiscono la maggior parte del materiale presente nella cellula (hardware
cellulare) e agiscono come macchine operanti a livello molecolare (enzimi). Hanno prevalentemente una funzione PLASTICA: cioè rappresentano "i mattoni" necessari per accrescere l'organismo. (Un amminoacido è un composto chimico caratterizzato da un gruppo amminico (NH2), un gruppo carbossilico (COOH) ed un gruppo R specifico per ogni aminoacido. In natura, esistono 20 amminoacidi diversi. Gli amminoacidi possono essere polari, apolari e ionizzabili. Differiscono tra loro per la porzione variabile detta gruppo R. ) ∙ Come possono essere chiamate? Le proteine sono anche chiamate PROTIDI o PEPTIDI ∙ Legame che unisce gli amminoacidi: gli amminoacidi sono tenuti insieme mediante un legame peptidico : esso si forma tra il gruppo carbossilico di un amminoacido ed il gruppo amminico dell’amminoacido successivo accompagnato dalla perdita di una molecola di acqua (H2O). Legame peptidico ha una struttura planare e rigida a causa della formazione di un orbitale delocalizzato che copre ossigeno, azoto e carbonio. ∙ Tipi di proteine :
- Enzimi *
- Proteine strutturali
- Proteine di membrana
- Proteine contratili
- Ormoni e fattori di crescita
- Maggior parte dei recettori
- Proteine di trasporto
- Anticorpi
- Proteine di deposito
- Tossine *Gli ENZIMI sono particolari proteine che regolano tutte le reazioni chimiche che avvengono negli esseri viventi, essi sono importantissimi e la loro presenza è indispensabile per le normali funzioni vitali. Gli enzimi regolano quasi tutti i processi vitali: digeriscono il cibo, liberano energia, aiutano la formazione di nuove molecole, cioè rendono possibile la vita. Sono presenti nelle Vie metaboliche: nelle vie anaboliche uniscono, nelle vie cataboliche scindono. ∙ Come possono essere? Le proteine possono essere semplici o coniugate. Le prime sono costituite esclusivamente da amminoacidi, le seconde contengono nella loro struttura gruppi prostetici. Le proteine possono essere anche globulari o fibrose. Le prime sono tondeggianti e le seconde allungate.
∙ Struttura : le proteine si ripiegano assumendo una struttura
tridimensionale di tipo globulare. Questa struttura è stata semplificata e scomposta. STRUTTURA PRIMARIA = disposizione semplice degli amminoacidi. La successione degli amminoacidi ha una polarità amminoterminale (N-terminale) e una polarità carbossiterminale (C-terminale). STRUTTURA SECONDARIA = conformazione spaziale delle proteine. Alfa elica 🡪ripiegamento a spirale intorno ad un asse virtuale. Beta elica 🡪ripiegamento a zig-zag delle catene polipeptidiche, i filamenti beta sono paralleli tra loro.
INFORMAZIONI necessarie alla vita di ogni singolo essere vivente; ogni cellula usa questo codice per costruire le proteine, le importanti molecole necessarie per i processi della vita. Esistono solo due tipi di acido nucleico: DNA = ACIDO DEOSSIRIBONUCLEICO (chiamato anche acido desossiribonucleico) 🡪molecola depositaria dell’informazione genetica in tutte le cellule ed in alcuni virus. Molecola stabile. RNA = ACIDO RIBONUCLEICO 🡪molecola poco stabile, coinvolta nei processi di espressione e di regolazione dell’informazione genetica. Storia DNA 1869 🡪Miesher scoprì la nucleina 1928 🡪Griffth scoprì l’esistenza del “principio trasformante” 1944 🡪Avery, Malleod e Miccary identificarono il principio di trasformante come DNA (conclusione: la classe di molecole che porta l’informazione ereditaria è il DNA) 1952 🡪Hersey e Chase dimostrano definitivaamente che i geni sono fatti di DNA 1953 🡪Watson e Crick con la diffrazione a raggi x scoprono la struttura del DNA (anche Rosalind Frankilin ne arrivò alla conclusione). ∙ Ponte fosfodiesterico: due nucleotidi nell’ambito di una singola elica sono legati insieme da un ponte fosfodiesterico, che è il legame covalente tra gruppo ossidrile legato al c3 del primo nucleotide ed gruppo fosfato legato al c5 del secondo. ∙ Struttura DNA : il DNA è formato da due catene (eliche) di nucleotidi (polimero) che formano una lunga molecola a forma di spirale: LA DOPPIA ELICA. Le due catene sono fra loro complementari e antiparallele, sono avvolte nello spazio, intorno ad un asse virtuale, in senso destrorso. La doppia elica entra in un cilindro di 2 nm e presenta due montanti uniti dalle basi azotate. Le singole eliche sono complementari perché nella doppia elica le basi azotate sono legate tra loro in modo specifico: l'adenina si lega sempre e solo con la timina (e viceversa); la citosina si lega sempre e solo con la guanina (e viceversa). Le singole eliche sono antiparallele perché scorrono in direzioni opposte avendo entrambe la stessa polarità, ciò consente alle basi di formare legami idrogeno. Il numero delle purine è sempre uguale a quello delle pirimidine. La doppia elica ha inoltre due solchi: maggiore e minore. Molecola DNA di tipo canononico = DNA-B Molecola DNA di tipo alternativo = DNA-Z (senso sinistrorso) ∙ Struttura RNA: l'RNA è un polimero lineare di ribonucleotidi. È costituito da una molecola di ribosio, una base azotata e una molecola di acido fosforico. Ha una struttura a singola elica, che può formare tratti a doppio filamento grazie a legami idrogeno fra le basi complementari. In una cellula eucariote si trovano tre tipi di RNA: m RNA (RNA messaggero), t RNA (RNA di trasporto), r RNA (RNA ribosomiale). Piccoli RNA citoplasmatici- ScRNA, piccoli RNA nucleari SnRNA, piccoli RNA nucleolari- SnoRNA, micro RNA (hanno pochi nucleotidi, possono avere un ruolo importante in terapia). La sua funziona è il trasferimento e rielaborazione dell’informazione genetica 🡪sintesi proteica. IL DNA È L'UNICA MOLECOLA CHE PUÒ DUPLICARSI, CIOÈ FARE DELLE COPIE IDENTICHE DELLA PROPRIA MOLECOLA. L’RNA rappresenta il tramite attraverso cui le istruzioni del DNA si traducono
nella sintesi delle proteine. Quali sono dunque le differenze tra DNA ed RNA? Le riassumiamo brevemente: DNA 🡪Doppio filamento – desossiribosio- basi azotate A,T,C,G RNA 🡪Singolo filamento- ribosio- basi azotate A,U,C,G
14.Struttura dei cromosomi eucariotici
il dna 🡪 è una molecola lunga e condensata con delle sequenze palindromiche (immagini speculari). 🡪ha una struttura a forcina (punti di riconoscimento o regolazione). 🡪 comprende il 6% del genoma degli organismi superiori (umano) 🡪 non è uguale in tutti gli esseri viventi, il più complesso è l’organismo.
15. Dimensioni del genoma:
grande variabilità perché il DNA è composto da sequenze codificanti e non.
16.Malattia genetica:
malattia in cui un nucleotide è cambiato. Il nucleotide può: essere stato letto in modo sbagliato dall’RNA o messo nella proteina sbagliata. È incurabile. Terapia genetica 🡪rimettere nel DNA il pezzo che non funziona nel punto giusto. 17.Patrimonio genetico: composto sia dal DNA, che dalla cromatina che dai cromosomi. Il DNA🡪 patrimonio genetico (catena di polinucleotidi) 🡪 insieme alle proteine + RNA=CROMATINA (35% DNA, 5% RNA e 60% proteine) La cromatina non è sempre uguale, quando è condensata forma i cromosomi. Essa è una perla di ottomeri, possono essere vicine (solenoide 30nm) o lontane (de- condensata 11nm), la forma varia durante la spiralizzazione (quando si condensa). Puo essere: eurocromatina 🡪 distesa e attiva, piò sintetizzare. Eterocromatina 🡪 condensata e inattiva. Nel nucleo è presente l’eucromatina e nel ciclo cellulare l’eterocromatina.
18. Proteine che si legano al DNA
-Il DNA prende contatti con le proteine nei solchi. Le proteine possono essere: ❖ NON ISTONICHE: regolative, controllano l’espressione genica ❖ ISTONICHE: altamente basiche, ricche di cariche positive, con legami elettrostatici. Hanno un ruolo strutturale ma anche regolativo. Si suddividono in H1 e H2, H2B, H3, H4. Si organizzano per formare delle strutture ottametriche. Gli istoni hanno una struttura simile (hanno la stessa funzione e hanno qualcosa che li caratterizza) a 3alfa-eliche (histon-fold).
19.Cariotipo
moderna, tuttavia, ha avuto inizio con Charles Darwin e il celeberrimo “Origine della specie” nel quale si stabilisce il concetto di “ selezione naturale ”. Grazie poi al neo-darwinismo si ha la teoria dell’evoluzione , basata su due fattori:
- il cambiamento di caratteristiche preesistenti, da cui la notevole variabilità degli individui all’interno di una popolazione. le forze della natura, complessivamente definite come “selezione naturale”.
25 I protisti Sono unicellularI, alcuni sono parassiti (tripanosoma). Da questi si sono evoluti i funghi, le piante e gli animali. Il mondo microbioto fu scoperto oltre 3 secoli fa da Leeuwenhoek. I protisti sono eucarioti evoluti da antenati procariotici. Ci sono 4 categorie: protozoi, muffe, alghe unicellulare e alghe marine. La pluricellularità 🡪l’organismo pluricellulare ha cellule specializzate. Sistematica 🡪studio e ricostruzione delle relazioni evolute tra i vari organismi. 🡪 della sistematica fa parte la tassonomia —> branca della biolgoia che si occupa della classificazione degli organismi. La classificazione mediante la quale si raggruppano gli esseri viventi è: regno, phylum, classe, ordine, famiglia, genere, specie (sta alla base della riproduzione) Colore che diedero un importante contribuito per gli studi dell’evoluzione furono: -Darwin: fu il padre della biologia moderna, che nasce il 24/11/1859 con “l’orgine della specie” -Lamark: fu il primo a dire che gli organismi cambiano nel tempo come risultato di fenomeni naturali e non per intervento divino.
26 LA CELLULA
La cellula è l’unità biologica del mondo vivente. Essa si studia con il microscopio: ottico —> si vedono le cellule vive Elettronico puo essere o a trasmissione e quindi si riesce a vedere la cellula sezionata o a scansione dove la cellula si riesce a vedere in 3D. IL TERMINE CELLULA DERIVA DAL FATTO CHE DA UNA ANALISI DEL loro aspetto al microscopio, assomigliano a delle “cellette” ben delimitate simili a quelle dell’alveare. Secondo la teoria cellulare si può affermare che:
- tutti gli organismi viventi sono costituiti almeno da una cellula
- le cellule sono le unità funzionali più piccole che costituiscono i viventi
- le nuove cellule derivano da cellule preesistenti Tutte le cellule, seppur di organismi diversi, hanno aspetti in comune, dal punto di vista chimico infatti sono composte dagli stessi tipi di molecole e partecipano alle stesse reazioni. Inoltre, si può dire, che tutte le cellule possiedono un citoplasma (una matrice gelatinosa che costituisce l’interno della cellula e contiene tutti i composti chimici necessari per effettuare reazioni di trasformazione di materia e di energia), un nucleoide o un nucleo (per le cellule più semplici, procarioti vi è il nucleoide, mentre per gli eucarioti il nucleo) ed una membrana plasmatica (che circonda la cellula e separa l’esterno dall’interno regolando lo scambio e il flusso di molecole, inoltre è responsabile dell’interazione con l’ambiente e la comunicazione tra cellule). Nonostante ciò le cellule, però, differiscono per diverse cose, quali la forma , le dimensioni , per alcune sostanze chimiche e per le numerose specifiche funzioni. 27 Proprietà banali di una cellula
delle cellule, organismi fotosintetici che producono ossigeno dopo questa attività, si annoverano anche i cianobatteri o alghe blu-verdi, che oltre a possedere pigmenti di clorofilla, possono avere anche pigmenti blu o rossi. Alcuni di essi provocano malattie nei vegetali e negli animali, altri possono essere impiegati e collaborano in diversi processi industriali. Dispone dello stretto necessario per vivere: -membrana -ribosomi 🡪per il trasferimento dell’energia -citoplasma 🡪materiale genetico -nucleotide -parete 🡪per difendersi dall’ambiente esterno I procarioti sono i batteri (sferici, bastoncellari, spirali), vivono in situazioni estreme. La parete cellulare è fatta da peptidoglicano/ capsula polisaccardica. Nei batteri può essere: gram positivo o gram negativo (importante per gli antibiotici) I ribosomi sono 70s (S=Svedeberg), sono più piccoli degli eucarioti. I flagelli dei batteri contengono la proteina flagellina. I pili sono dei filamenti corti e cavi, sono usati per attaccarsi gli uni agli altri e scambiarsi plasmidi e possono interagire tra loro per riprodursi. I batteri si riproducono per scissione binaria dalla quale si ottengono 2 batteri uguali, in buone condizioni ogni 20 minuti. (lo scambio dei plasmidi serve per differenziare i batteri, ad esempio per resistere agli antibiotici)
29 I VIRUS
I virus non hanno le caratteristiche tali da essere definiti essere viventi.
- Sono incapaci di una crescita autonoma, quindi devono andare in una cellula ospite (uomo, piante e animali) per potersi duplicare.
- Privi di attività metabolica
- La loro grandezza varia dai 10 ai 250-300 nm I virus sono dotati di genoma (materiale genetico) 🡪DNA o RNA circondato da un rivestimento proteico ( capside ). Molti possono avere uno strato detto Envelope. Possono essere generati per:
- evoluzione retrograda
- origini cellulari
- entità dipendenti Come si riproducono? il virus per riprodursi ha bisogno del DNA delle cellule di un ospite specifico, cioè
un altro essere vivente. I virus non sono esseri viventi, le loro dimensioni sono estremamente ridotte (dai 10nm ai 250- nm), sono costituiti da un acido nucleico (DNA o RNA) e da proteine semplici o complesse, a cui in alcuni casi si aggiungono molecole lipidiche. Non hanno una struttura cellulare e ciò non gli permette una replicazione autonoma, ma sono parassiti endocellulari obbligati , dunque per riprodursi devono infettare una cellula vivente. Nello stato extracellulare un virus, detto virone, è costituito da un capside formato da capsomeri , costituiti da un solo o pochi tipi di molecole proteiche differenti. Il capside racchiude al suo interno l’acido nucleico, l’insieme è detto nucleocapside , questa struttura è tipica dei virus detti “nudi”. Molti virioni possono presentare un involucro esterno detto pericapside , in questo caso vengono chiamati virus provvisti di involucro. Nello stato intracellulare il capside e l’eventuale pericapside vengono degradati per permettere all’acido nucleico di controllare l’attività biosintetica della cellula ospite e replicare il materiale genetico virale e portare alla sintesi delle proteine virali, in alcuni casi viene inserito l’acido nucleico all’interno della cellula, in questo modo il genoma virale, provirus , si replicherà ogni volta che si reduplica il materiale genetico della cellula. Tutti i batteriofagi o fagi possiedono una testa, il capside, molti possiedono anche una coda rappresentata da un cilindro proteico interno cavo, attraverso il quale passa l’acido nucleico. Tutti i virus possiedono sulla loro superficie delle proteine di attacco , capaci di legare in maniera specifica siti recettoriali appropriati presenti sulla superficie della cellula ospite. 30 Ciclo dei virus attacco → il virus si aggancia alla superficie della cellula ospite tramite il legame specifico delle proteine di attacco e i siti recettoriali della cellula bersaglio. penetrazione → il virus entra nella cellula ospite per fusione, in cui l'involucro esterno si fonde con la membrana cellulare portando il nucleocapside all’interno per endocitosi. liberazione dell’acido nucleico → le proteine capsidiche virali vengono degradate ed il genoma virale viene liberato nel citoplasma. replicazione e biosintesi → il virus deve inibire i processi vitali della cellula ed impadronirsi del macchinario biosintetico cellulare per produrre nuovi virioni. assemblaggio → un processi di autoassemblaggio favorito per alcuni virus dalle chaperonine. rilascio → i virioni di nuova produzione vengono liberati all’esterno della cellula. 31 Batteriofagi : I fagi possono replicarsi mediante due meccanismi:
- ciclo litico → consente la moltiplicazione dei fagi e alla fine del processo la cellula batterica muore per lisi, possono essere prodotti fino a 200 fagi in 20-40 minuti.
- ciclo lisogenico → i fagi entrano in uno stato di quiescenza nella cellula ospite, il DNA inserito viene chiamato profago poiché non è un vero e proprio fago, ma ne ha tutte le capacità, e in questa condizione ogni volta che il cromosoma batterico si riproduce viene replicato anche il profago, che può rimanere latente per diverse generazione e poi svolgere un ciclo litico. Gli esiti di un’infezione virale sono diversi: infezione produttiva (cellule permissive) con morte della cellula, infezione abortiva (cellule non permissive, in pochi casi possono portare alla trasformazione cellulare, cancro), infezione restrittiva , prodotti pochi virus, ma resta latente (Epstein-Barr o Herpex simplex).
costituite da un doppio strato di fosfolipidi, ci arrivarono perché usarono un modello corretto, cioè gli eritrociti (da maturi hanno solo la membrana, per questo definiti “ombre”.
- MODELLO A SANDWICH con proteine sopra e sotto.
- MODELLO A MOSAICO FLUIDO (SINGER E NICOLSON) con le proteine integrali, che possono attraversare il doppio strato, e proteine periferiche, che stanno attorno. “freeze fracture” tecnica per studiare la membrana. Tecnica di criofrattura: congelamento dei strati lipidici in modo rapido. La membrana è costituita principalmente da: LIPIDI, PROTEINE E CARBOIDRATI . I LIPIDI DELLA MEMBRANA Sono la componente principale della membrana. I principali sono i fosfogliceridi, gli sfingolipidi e gli steroidi. -FOSFOGLICERIDI, sono i più abbondanti. Costituiti da una molecola di glicerolo che lega due catene di acidi grassi ed un gruppo fosfato. Tra i principali vi è la FOSFATIDILSERINA si trova solo all’interno ed è un marcatore importante per la morte cellulare. Sono importanti per il ruolo strutturale ma anche per svolgere ruoli funzionali. -SFINGOLIPIDI, sono molecole anfipatiche. Una delle più importati è la SFINGOMIELINA. -STEROIDI, principale componente è il colesterolo (solo negli eucarioti), se è presente in percentuale maggiore del 20%, scompare la fase gel. Importante per la fluidità, perché regola la temperatura della membrana. I lipidi conferiscono alla membrana: -STABILITA’
- DINAMICITA’ -FLUIDITA’, perché assenti di legami covalenti - ASIMMETRIA, essendo un doppio strato fosfolipidico, non Sempre i lipidi da una parte e dall’altra sono uguali. I lipidi spinti in acqua assumono spontaneamente la forma di una circonferenza con le teste idrofile all’esterno e le code idrofobiche all’interno. I lipidi della membrana si muovono spesso trasversalmente, raramente da uno strato all’altro (FLIP FLOP con consumo di energia) 35 LE PROTEINE DELLA MEMBRANA Hanno funzioni di: -stabilità -mobilità -asimmetria -trasporto -trasferimento di informazioni. Vengono classificate in:
- INTEGRALI o intrinseche, perché presentano una o più regioni strettamente associate e immerse nel doppio strato fosfolipidico, per recuperarle ci vuole un detergente. - PERIFERICHE o estrinseche, si localizzano sulla superficie
esterna della membrana, sono recuperabili facilmente perché sono appoggiate sulla membrana, quindi non la distruggono quando bisogna prenderli.
- ANCORATE A LIPIDI, interagiscono attraverso legami covalenti con molecole lipidiche appartenenti al doppio strato. Danno specificità alla membrana. Proteine transmembrana (unipasso, multipasso, porine) Proteine associate alla membrana Proteine legate a lipidi 36 I CARBOIDRATI DELLA MEMBRANA Le proteine e i lipidi della superficie esterna della membrana si possono legare agli zuccheri, formando GLICOPROTEINE E GLICOLIPIDI. Hanno funzione MECCANICA e di RICONOSCIMENTO. Le proteine si muovono? Si, ma il movimento non è sempre presente perché in alcuni punti della membrana, la proteina è specifica per il punto, vi sono le giunzioni strette. RAFT 🡪DOMINI LIPIDICI MENU FLUIDI (microdomini) Questi sono abbinati al punto in cui la cellula fa l’endocitosi insieme ad altre proteine, come la caveolina, proteina di aiuto alla membrana. Differenze tra membrana procariotica ed eucariotica Innanzitutto la composizione è differente per il numero di proteine che sono maggiori nella cellula procariotica, poichè è più semplice poichè ha i suoi sistemi enzimatici che la aiuta nelle sue funzioni. I procarioti nella membrana hanno LPS , liposaccaride, che è una tossina per gli eucarioti. Le membrane delle cellule procariotiche sono diverse, essendo la cellula priva di organuli, quindi più semplice, molti sistemi enzimatici sono inseriti nella membrana stessa. Membrana dei globuli rossi deve essere elastiche, poiché danno sostegno, è particolare perché cambia forma. E’ fatta dall’86% di colina. Al di sotto ci sono la glicofarina A e le proteine di banda 3, citoscheletriche perché danno sostegno alla membrana.
37 I TRASPORTI DI MEMBRANA
Tra le funzioni della membrana se ne annovera uno principale: la regolazione del flusso di ioni e molecole tra l’interno e l’esterno delle cellule e viceversa. La membrana è selettivamente permeabile: permeabile 🡪molecole piccole idrofobiche e molecole piccole polari non permeabile 🡪ioni, molecole grandi polari.
41 POMPE ATPASI DI TIPO V E DI TIPO F
Pompano protoni, si trovano nelle membrane di organelli citoplasmatici.
42 POMPE ATPASI DI TIPO ABC (ATP BINDING CASSETTE)
Non trasportano solo ioni, ma anche molecole più grandi. Pompano sostanze tossiche fuori dalla cellula, a volte rendono le cellule insensibili al trattamento medico, tirando fuori il farmaco, ad esempio fibrosi cistica o malaria. Nela fibrosi cistica vi è una mutazione genetica dovuta ad uno squilibrio di passaggio del cloro.
43 TRASPORTO ATTIVO INDIRETTO
Una molecola si fa trasportare mentre ne passa un’altra. Puo’ essere uniporto, simporto o antiporto. -UNIPORTO: porta solo UNA proteina a favore di gradiente, specializzato per un solo tipo di molecola. -SIMPORTO: porta DUE proteine di DUE TIPI nella stessa direzione. -ANTIPORTO: porta DUE proteine in direzioni opposte.
45 GLI ORGANULI CELLULARI
Compartimentalizzazione 🡪ogni organulo ha una funzione specifica. Esistono diverse teorie sulla formazione degli organuli dove la cellula ne ha avuto un guadagno in ogni caso: ENDOSIMBIOSI e ESTROFLESSIONE DELLA MEMBRANA. Le membrane degli organuli sono uguali perché sono formate da fosfolipidi e proteine ma diverse perché entrambe variano in base all’organulo. Gli organuli sono sempre in comunicazione tra loro.
46 NUCLEO (definizione di Robert Brown)
Differenzia la cellula eucariota da quella procariota. Funzione: sede dell’informazione genetica e coordinatore e controllore delle attività che si svolgono. La forma e le dimensioni cambiano di specie in specie. STRUTTURA: due membrane concentriche che delimitano lo spazio “cisterna” perinucleare in continuità con il RE; pori nucleari, aperture proteiche che effettuano un controllo severo, con apertura variabile e controllata, funzionano come una sorta di diaframma, richiede energia per funzionare; lamine nucleari. La cellula completa di membrana e nucleo è la cellula INTERFASICA. POSIZIONE – centrale(es neurone) –eccentrico(es adipocita) NUMERO –mononucleata –binucleata –plurinucleata. 47 INVOLUCRO NUCLEARE E’ simile al plasmalemma e ha una origine evolutiva, racchiude il nucleoplasma. E’ formato da una doppia membrana fosfolipidica, dove le membrane sono separate da uno spazio perinucleare di circa 30 nm, detto LUME. L’involucro nucleare non è un limite continuo, ma è costituito da pori nucleari costituiti da nucleoporine, hanno un certo diametro e selezionano gli scambi. Il
complesso del poro è molto specifico. Il nucleo e il complesso del poro nucleare mantengono la loro forma e struttura grazie alla LAMINA NUCLEARE , fitta rete di proteine citoscheletriche adesa al versante interno della membrana nucleare e composta da 3 classi di lamine (A, B e C). Funzioni della lamina: - disgregazione della carioteca (divisione cellulare); -legano specifiche sequenze di DNA(offrono punti di ancoraggio ai cromosomi). Malattia PROGERIA per cui un bambino sembra anziano. Le lamine nucleari in base alla sequenza amminoacidica, a proprietà biochimiche e al comportamento durante la mitosi si dividono in LAMINE A (A e C) e LAMINE B (B1 e B2). IL NUCLEOLO (Perry 1960) Il nucleolo è una struttura specializzata comprendente un gruppo di geni che portano l’informazione per gli RNA ribosomiali, i corrispondenti trascritti di RNA e molte proteine. I nucleoli appaiono non circondati da membrana e presentano due regioni, una fibrillare ed una granulare. E’ la sede dei geni che portano l’informazione per gli RNA ribosomiali. La dimensione del nucleolo dipende dalla quantità della componente granulare.
48 IL RETICOLO ENDOPLASMATICO (RE)
E’ l’insieme del sistema membranoso con le sue strutture che comprende le cisterne (tubuli o sacculi più o meno appiattiti) e possiede al proprio interno il lume. E’ una continuazione della membrana nucleare e può essere liscio o rugoso, in base alla presenza di ribosomi sulla superficie. 49 RER E SER IN CELLULE EUCARIOTICHE La maggior parte delle cellule eucariotiche presenta elementi sia del RER che del SER, ma la quantità dipende dalle funzioni della cellula. Le cellule esocrine del pancreas, ad esempio, producono enzimi per la digestione e la quantità del RER eccede di gran lunga, mentre il SER è abbondante nelle cellule endocrine che sintetizzano ormoni steroidei e quindi nel testicolo, ma anche nel fegato per la detossificazione e nell’intestino. In alcuni casi il SER sequestra Ca2+ dal citosol e lo libera nello stesso per poi assorbirlo e rispondere rapidamente ai segnali extracellulari, nelle cellule muscolari ad esempio, al fine di controllare la contrazione, sotto forma di reticolo sarcoplasmatico.
50 I RIBOSOMI
Nei procarioti 🡪strutture più piccole(70S) e libere nel citoplasma. Negli eucarioti 🡪possono essere LIBERI o ADESI alle membrane del RE (sintetizzando proteine diverse). Struttura : PROTEINA+ m RNA + 2 SUBUNITA’ (maggiore e minore)
