BIOLOGIA ANIMALE E VEGETALE esame del I anno, Appunti di Biologia

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ANTEPRIMA BIOLOGIA CELLULARE 1838: Mathias e Schleiden tramite studi non associati, arrivano alla conclusione che piante e animali sono fatti di cellule 1839: Thedor Schwann propose i primi postulati della TEORIA CELLULARE: 1) Tutti gli organismi son composti da cellule 2) La cellula è l’unità di base struttura degli organismi 1855: Rudolf Wirchow, osserva DIVISIONE E FORMAZIONE DI CELLULE FIGLIE. 3) Tutte le cellule derivano da altre preesistenti LA BIOLOGIA CELLULARE è l’insieme di studi di CITOLOGIA, il cui impulso è stato dato dall’uso del MICROSCOPIO; BIOCHIMICA per lo studio di strutture e funzioni cellulari; GENETICA, grazie alla scoperta che il DNA sia il portatore dell’informazione genetica; L’unità di misura in citologia è micrometro (10-6m) per le dimensioni della cellula e dei suoi organelli. e nanometro ( 10-9 m) per le dimensioni delle strutture sub cellulari. e angstrom ( 10-10 m) per le dimensioni delle molecole. IL MICROSCOPIO OTTICO ha permesso la visione delle strutture membranose delle cellule: Il microtomo ha permesso lo studio di preparati di tessuti biologici (1800). Il potere di risoluzione (la capacità di individuare due strutture vicine come separate) è andata sempre migliorando con un limite teorico di 1400x nel caso di microscopia ottica su campo luminoso, così come la capacità di ingrandimento. Per ovviare al problema: contrasto di fase e interferenziale per aumentare il contrasto a fluorescenza che permette con uso di fluorocromo o marcatori di individuare precise strutture cellulari e la loro esatta posizione, garantendo però la visione di un solo piano confocale, con uso di laser permettono una visione di anche le zone in profondità (scure) video microscopia, più recente e maggiore sensibilità. IL MICROSCOPIO ELETTRONICO, scoperto nel 1931 da KNOLL e RUSKA utilizza al posto della luce un campo di elettroni che viene deviato da un campo magnetico. Il potere risolutivo è aumentato di 1000x rispetto al MO, permettendo così lo studio degli organelli, di strutture cellulari e molecole molto piccole. Può essere A TRASMISSIONE (TEM) in cui l’immagine è formata dal passaggio degli elettroni A SCANSIONE (SEM) in cui l’immagine si forma dagli elettroni deflessi dal campione stesso. Oltre alla microscopia importanti sono stati METODI BIOCHIMICI, come isolamento, purificazione e analisi delle strutture cellulari: l’ultracentrifuga inventata da Svelberg che permette al campione di scindersi: in surnatante e pellet (con materiali leggeri) (più pesanti). la cromatografia in cui la miscela di molecole si separa sulla base di affinità a particolari sostanze, per la propria carica o per dimensioni; l’elettroforesi in cui le miscela di molecole separate sulla base della loro mobilità attraverso un gel semisolido. LA CHIMICA CELLULARE IMPORTANZA DEL CARBONIO Le molecole fondamentali dal punto di vista biologico sono composte di CATENE O ANELLI di atomi di CARBONIO, dovuti alla configurazione esterna che permette la formazione quattro legami chimici covalenti. La rottura di questi legami richiede molta energia. I composti del carbonio sono generalmente molto vari, anche se alla base si formano con un ristretto numero di atomi. Molecole lineari di IDROGENO e CARBONIO formano gli IDROCARBURI (di cui solo l’ETILENE C2H4 ha una valenza biologica dal momento che è solubile in acqua). Se vi è aggiunto OSSIGENO, ZOLFO, AZOTO E FOSFORO, abbiamo i COSIDETTI GRUPPI FUNZIONALI. Le molecole contenenti CARBONIO possono formare STEREOISOMERI con due configurazioni spaziali, in quanto possiedono una forma TETRAEDRICA. L’IMPORTANZA DELL’AUTO ASSEMBLAGGIO In cui l’informazione per la costituzione dei polimeri siano intrinseche ai polimeri stessi. Nel ripiegamento delle molecole sono fondamentali le INTERAZIONI :  LEGAMI IDROGENO  LEGAMI TRA IONI (in biologia tra gruppi funzionali con carica opposta)  LE FORZE DI VAN DER WAALS, deboli ma che consentono lo spazio giusto tra gli atomi  INTERAZIONI IDROFOBICHE con lo scopo di minimizzare il contatto con le molecole di acqua Polipetide: prodotto dell’assemblaggio degli aminoacidi, che in seguito a ripiegamento specifico diventa una proteina funzionale. DENATURAZIONE: fenomeno per aumento di temperatura, ph acido o per colpa di agenti chimici in cui la forma nativa viene alterata. All’interno delle cellule però l’auto-assemblaggio, per evitare di formare strutture errate, è controllato e coadiuvato dai CHAPERONI MOLECOLARI, proteine che aiutano nel ripiegamento. Il principio di auto-assemblaggio si applica anche alle strutture cellulari, come i RIBOSOMI o i FOSFOLIPIDI che formano la MEMBRANA PLASMATICA. La gerarchia dell’assemblaggio ( da molecole semplici, a strutture intermedie, fino a più complesse) permette di mantenere una SEMPLICITÀ CHIMICA delle strutture base necessarie e una maggiore efficienza, permettendo un maggiore controllo della qualità e eventuale scarto di difetti anche cruciali. LE MACROMOLECOLE DELLA CELLULA CARBOIDRATI : contengono CARBONIO, IDROGENO E OSSIGENO (1:2:1) Sono MONOSACCARIDI (il monomero) la GLICERALDEIDE, IL DIIDROSSIACETONE (triosi), il RIBOSIO, IL DESOSSIRIBOSIO (pentosi) e GLUCOSIO, FRUTTOSIO E GALATTOSIO (esosi). Possono essere ALDOZUCCHERI con un gruppo CARBONILE sul C1 CHETOZUCCHERI nel C2. IL GLUCOSIO ha ISOMERI α e β dove varia l’orientamento del gruppo -OH sul C1 (sotto o sopra il piano dell’anello). IL GLUCOSIO si trova nei DISACCARIDI come MALTOSIO, (due atomi di glucosio con legame α glicosidico) come LATTOSIO (glucosio + galattosio con legame β-glucosidico) come SACCAROSIO (glucosio + fruttosio con legame α glicosidico) IL LEGAME avviene tramite REAZIONE DI CONDENSAZIONE tra il CARBONIO 1 E 4. LA POLIMERAZZAZIONE dei monosaccaridi dà vita AI POLISACCARIDI costituiti da migliaia di unità di uno zucchero in catena lineare: che svolgono funzioni di riserva COME AMIDO nei vegetali grazie agli AMILOPLASTI ( legami 1-4 di α-glucosio) che può essere trovato in AMILOSIO se NON RAMIFICATO che può essere trovato in AMILOPECTINA se RAMIFICATO (α 1-6) e GLICOGENO negli animali ( legami α 1-6) con catene più corte come la CELLULOSA ( 10000 unità di β-glucosio con legami β 1-4), un POLISACCARIDE STRUTTURALE o la CHITINA (con legami β 1-4 delle 3 unità N-ACETILGLUCOSAMMINA), necessario per la formazione ESOSCHELETRO degli insetti. CARBOIDRATI complessi sono: GLICOPROTEINE e i glicolipidi come IL PEPTIDOGLICANO, il polimero della parete batterica LIPIDI, sono MACROMOLECOLE di natura e caratteristiche eterogenee ma di NATURA IDROFOBICA e formati da REAZIONI di condensazione che si susseguono. Possono svolgere funzione di RISERVA ENERGETICA, di STRUTTURA o DI SEGNALE CHIMICO. ACIDI GRASSI formati da lunghe catene di IDROCARBURI (16-18) con gruppo carbossilico OH ad un’estremità che lo rende POLARE in quella zona. Se contengono un doppio legame tra gli atomi di carbonio sono detti INSATURI ( con PIEGATURA caratteristica) come ACIDO LINOLEICO E ARACHIDONICO, se non sono presenti doppi legami son detti SATURI ( di forma LINEARE) come ACIDO PALMITICO. I TRIACILGLICEROLI o TRIGLICERIDI, costituiti di GLICEROLO (alcol a 3 C) + 3 CATENE DI ACIDI GRASSI Si formano con REAZIONI DI CONDENSAZIONE consecutive ( MONO, DIS, TRIGLICERIDI) e la FUNZIONE è IMMAGAZINARE ENERGIA e ISOLANTE TERMICO negli ANIMALI. Sono presenti anche NELLE PIANTE sottoforma di OLI VEGETALI, che sono perlopiù INSATURI. I FOSFOLIPIDI necessari per la struttura della membrana cellulare dato che sono ANFIPATICHE: si classificano in GLICEROFOSFOLIPIDI: la cui componente di base è ACIDO FOSFATIDICO (GLICEROLO CON su C3 gruppo fosfato P e una CATENA R POLARE IDROFILA di colina, serina, etanolammina e innositolo) a cui sono legati due acidi grassi. si classificano in SFINGOFOSFOLIPIDI , la cui componente si base è la SFINGOSINA, un aminoalcol a catena lunga che può formare un solo legame estere grazie al solo gruppo AMMINE libero, formando così un CERAMIDE. Sono presenti nel foglietto esterno del doppio strato fosfolipidico della membrana plasmatica. SE IL GRUPPO POLARE R è COLINA abbiamo la SFINGOMIELINA. I TERPENI o CAROTENOIDI, formati da monomeri di ISOPRENE (a 5 atomi di Carbonio) per produrre CAROTENOIDI e VITAMINA A nucleoside NB: può esistere un livello più elevato di assemblaggio, il COMPLESSO MULTIPROTEICO come complesso piruvato deidrogenasi o complessi multienzimatici LE PROTEINE possono essere CLASSIFICATE in FIBROSE con estese strutture secondarie (sia elica sia foglietto) come cheratina, collagene, fibroina… oppure GLOBULARI con catene polipeptidiche agglomerate (sia elica sia foglietto anche insieme), sono presenti i DOMINI ovvero un unità discreta di aminoacidi con una funzione specifica come nel caso degli enzimi. GLI ACIDI NUCLEICI Sono polimeri lineari di NUCLEOTIDI. I principali tipi sono DNA, che costituisce i geni: GRUPPO FOSFATO- D DESOSSIRIBOSIO-PURINA come ADENINA e GUANINA PIRIMIDINA come CITOSINA e TIMINA Il gruppo fosfato si unisce con legame FOSFOESTERE al C5 del desossiribosio. Il gruppo fosfato si lega con un secondo legame FOSFOESTERE al C3 del successivo. LEGAME FOSFODIESTERICO 3’-5’ E IL RNA, che interviene nella regolazione e sintesi proteica, GRUPPO FOSFATO-D RIBOSIO- PURINE come GUANINA E ADENINA PIRIMIDINE come URACILE e CITOSINA La sintesi richiede ENERGIA, per la formazione di un legame fosfodiestere entra il NUCLEOSIDE TRIFOSFATO, altamente energetico. richiede INFORMAZIONE, in quanto la sequenza è specifica. Si usa quindi uno STAMPO, e si accoppiano solo PURINE + PIRIMIDINE ADENINA con 2 legami idrogeno a TIMINA (o URACILE) GUANINA con 3 legami idrogeno a CITOSINA (APPAIAMENTO DELLE BASI) ZUCCHERO PENTOSO GRUPPO FOSFATO BASE AZOTATA 1953: CRICK E WATSON pubblicano lo studio su NATURE dove postulano la forma A DOPPIA ELICA del DNA : CATENE COMPLEMENTARI CON ANDAMENTO DESTRORSO E CON FILAMENTI ANTIPARALLELI ( IN DIREZIONI OPPOSTE 5’-3 e 3’-5’). Questo tipo di filamento idealizzato e più presente nelle cellule è detto DNA-B, ma esiste il DNA-A ( più compatta sempre destrorsa) e DNA-Z (sinistrorsa e a zig-zag). CELLULE ED ORGANELLI Origine della vita: -sintesi abiotica di composti organici semplici -polimerizzazione dei composti -comparsa macromolecola con capacità di magazzino informazione genetica -incapsulamento in una membrana semplice Esperimento MILLER con simulazioni di scariche elettriche e atmosfera primordiale, produzione di aminoacidi semplici. Si presume quindi che le proteine e gli acidi nucleici, siano PRECIPITATI all’interno del BRODO PRIMORDIALE RNA, prima molecola informazionale dato che i MONOMERI di RNA sono I PRECURSORI di quelli del DNA, e RNA che si ripiegano autonomamente a formare i RIBOZIMI (enzimi proteici), che catalizzano la sintesi di brevi frammenti di RNA. Lo sviluppo delle PROTOCELLULE si ha con la separazione dall’ambiente circostante. Sono state prodotte strutture artificiali, LIPOSOMI, vescicole lipidiche simili alle membrane che si formano da sole quando i lipidi son mescolati in acqua. Sono stati aggiunti enzimi e substrati e son stati verificati semplici processi metabolici. Gli organismi su BASE DI DIFFERENZE STRUTTURALI son divisi in PROCARIOTI, di cui ARCHEA E BACTERIA EUCARIOTI, di cui protozoi, piante, funghi, alghe e animali Le dimensioni di una cellula sono influenzate da: RAPPORTO VOLUME SUPERFICIE, per gli scambi con ambiente esterno e il mantenimento interno di tutte i nutrienti e le strutture necessarie; VELOCITÀ DI DIFFUSIONE, all’interno del CITOPLASMA ( CITOSCHELETRO+ CITOSOL), delle sostanze che diminuisce all’aumentare delle dimensioni della cellula ADEGUATA CONCENTRAZIONE di REAGENTI E CATALIZZATORI per i processi cellulari. Per mantenere la concentrazione stabile in CELLULE DI GROSSE DIMENSIONI è necessaria LA COMPARTIMENTALIZZAZIONE in specifiche regioni dove ORGANELLI SPECIFICI svolgono le LORO FUNZIONI. BACTERIA ARCHEA EUKARYA NUCLEO (nucleoide) NUCLEO (ma nucleoide) Presenza di nucleo Funzioni cellulari svolte da membrana esterna Funzioni cellulari svolte da membrana esterna Presenza di membrane interne e quindi numerosi organelli X X Capacità di ENDOCITOSI e ESOCITOSI Singolo CROMOSOMA circolare con POCHE PROTEINE CROMOSOMA CIRCOLARE DNA complessato con proteine (istoni) a formare CROMATINA, in più cromosomi SCISSIONE BINARIA SCISSIONE BINARIA MITOSI e CITOCINESI mRNA con informazione per più polipeptidi poco processato mRNA lievemente più processato dei BACTERIA Espressione del DNA in RNA che poi vengono fatti maturare in mRNA con codifica di un solo polipeptide MEMBRANA PLASMATICA Ha le funzioni di delimitare i contorni cellulari, per tenere all’ interno sostanze utili e all’esterno le non desiderate. Svolge il ruolo di BARRIERA di PERMEABILITÀ per ioni e molecole polari. Le MEMBRANE INTERNE o INTRACELLULARI dividono le cellule in compartimenti funzionali. Ha la funzione di sito di specifiche proteine funzionali quali enzimi, proteine trasportatrici, che permettono il passaggio di molecole specifiche fuori e dentro la cellula (in caso la diffusione non avvenga direttamente, come i GAS e piccole MOLECOLE LIPOFILICHE); recettori su cui molecole segnale si legano provocando cambiamenti chimici sulla parte interna della cellula (meccanismo di TRASDUZIONE DEL SEGNALE). Ha la funzione di mediare adesione e comunicazione tra le cellule adiacenti. TUTTE LE FUNZIONI DERIVANO DA CARATTERISTICHE CHIMICHE E STRUTTURALI DELLA MEMBRANA. LA VASTA CONOSCENZA DEI LIPIDI DI MEMBRANA è data da STUDI CON CROMATOGRAFIA (TLC): LIPIDI miscelati a SOLVENTI ORGANICI APOLARI ricoperta lastra con ACIDO SILICICO (polare) tranne che sulla cima si nota come si spostino verso la polarità o meno. ASIMMETRIA STRUTTURALE nella MEMBRANA: sia nei tipi di lipidi presenti sui lati, sia per la INSATURAZIONE degli ACIDI GRASSI. Sono possibili e frequenti ROTAZIONI E DIFFUSIONE LATERALE dei FOSFOLIPIDI. Più raro, ma coadiuvato da FLIPPASI, il MOVIMENTO TRASVERSALE tra i due strati (FLIP-FLOP). LE MEMBRANE funzionano bene solo allo stadio fluido: in quanto aumenta la fluidità all’aumentare di temperatura e diminuisce al diminuirne. L’INFLUENZA è data dalla LUNGHEZZA delle CATENE IDROCARBURICHE (+ son lunghe – fluidità); è data dal LIVELLO di SATURAZIONE delle catene in quanto LA CURVATURA non permette il giusto impacchettamento dei lipidi; (NB. solitamente contengono una CATENA SATURA E UNA INSATURA) è data dalla PRESENZA (CELLULE ANIMALI) del COLESTEROLO che confinato su 1 dei 2 strati, vicino alla TESTA del FOSFOLIDPIDE tra le catene idrocarburiche LA FLUIDITÀ delle membrane può essere REGOLATA, con modifica della COMPOSIZIONE dei LIPIDI (ADATTAMENTO OMEOVISCOSO). LIPID RAFT (zattere lipidiche) sono regioni dinamiche con elevato COLESTEROLO e SFINGOLIPIDI INSATURI, che le rendono più ammassate e meno fluide del resto della membrana. Si sono trovate anche nel monostrato esterno e possono comporsi con RUOLO ATTIVO di PROTEINE che vi entrano e anche grazie al CITOSCHELETRO. Hanno un ruolo fondamentale nella ricezione dello stimolo ambientale, nel trasporto di nutrienti e nel legame di tipi cellulari ai bersagli. FUNZIONE di TAMPONE di FLUIDITÀ DIMINUZIONE PERMEABILITÀ LA PARTE A MOSAICO è formata dalle PROTEINE. La CRIOFRATTURA è stata sostegno per il modello a mosaico fluido, permettendo di individuare la composizione della membrana, tagliando il doppio strato lipidico e permettendo la visione dell’interazione anche delle proteine di membrana: INTEGRALI DI MEMBRANA (ANFIPATICHE) dette MONOTOPICHE se sporgono da un solo lato dette TRANSMEMBRANA se la attraversano completamente (monopasso: un solo passaggio come GLICOFORINA negli ERITROCITI - multipasso: più di uno come BATTERIORODOPSINA nei BATTERI ) L’ancoraggio avviene grazie a segmenti idrofobici nella membrana. Difficile isolarle, se non dissolvendo anche il doppio strato lipidico. PERIFERICHE DI MEMBRANA, che non penetrano il doppio strato lipidico ma si collegano a membrana, unendosi con legami elettrostatici ai lipidi. Facilmente isolabili con variazione PH o ionica. ANCORATE AI LIPIDI (mix tra le due) sintetizzate nel citoplasma e unite con legami covalenti agli acidi grassi saturi. Proteine molto presenti nelle LIPID RAFT legate al GPI (glicosilfosfatidilisitolo). Isolabili facilmente, se scisso il legame covalente al lipide. TECNICHE PER ANALISI PROTEINE DI MEMBRANA: ELETTROFORESI SU GEL per separazione polipeptidi in base sia alla carica sia alle dimensioni MARCATURA per AFFINITÀ in cui marcatori radioattivi si legano a specifiche proteine RICOSTRUZIONE artificiale delle membrane con formazione dei LIPOSOMI e PROTEINE che svolgono specifiche funzioni. LO STUDIO DELLA STRUTTURA QUATERNARIA, grazie a CRISTALLOGRAFIA A RAGGI X e ANALISI IDROPATICA (analisi della struttura primaria proteica per indicare quanto questa sia idrofobica o meno). DNA RICOMBINANTE e SEQUENZIAMENTO DEL DNA, hanno dato svolta a studi sulle proteine di membrana con analisi della sequenza amminoacidica espressa nei geni. FUNZIONI PROTEINE DI MEMBRANA: TRASPORTO ELETTRONI RECETTORI RILEVAMENTO LUMINOSO NELLA SECREZIONE E ASSORBIMENTO DI SOSTANZE anche nell’ AUTOFAGIA Funzione strutturale nello stabilizzare le membrane Molte proteine di membrana sono poste ASIMMETRICAMENTE nella membrana. Hanno subito la GLICOSILAZIONE, aggiunta di catena glucidica laterale nel RE E NEL GOLGI, diventando GLICOPROTEINE (galattosio, mannosio, N-acetilglucosammina e acido sialico) con importante ruolo nel riconoscimento cellula-cellula; esempio: GLICOFORINA nell’eritrocita, GRUPPO AB0 se unite a glicolipidi formano IL GLICOCALICE per riconoscimento cellula-cellula, adesione, protezione e barriera di permeabilità. LE PROTEINE di MEMBRANA sono MOBILI come hanno dimostrato FRYE ed EDIDIN marcando con anticorpi fluorescenti proteine di TOPO E UOMO dopo trattamento con virus: le cellule dopo breve tempo si disponevano casualmente sulla membrana e osservando per più tempo, sempre maggior mescolamento. Questo veniva rallentato al diminuire della fluidità di membrana, con abbassamento della temperatura, postulando il collegamento con la diffusione laterale dei lipidi di membrana. Meccanismi cellulari possono impedirne il movimento: LE GIUNZIONI STRETTE E L’ANCORAGGIO delle PROTEINE a strutture come CITOSCHELETRO o ECM. IL TRASPORTO ATTRAVERSO LE MEMBRANE: ovvero la capacità di sostanza di spostarsi attraverso le membrane in modo selettivo. DIFFUSIONE SEMPLICE: è un movimento diretto, spontaneo ed ESOERGONICO, tendente all’equilibro; per i GAS, le piccole molecole polari e apolari. Avviene secondo GRADIENTE DI CONCENTRAZIONE, ovvero la differenza di concentrazione del soluto tra lato di una membrana e l’altra. La diffusione semplice dell’acqua è detta OSMOSI, ed avviene in risposta alla concentrazione del soluto (dove è più alta, meno acqua; dove più bassa, più acqua) per cercare d’equilibrarla. Soluzione IPERTONICA (+ soluto, - solvente) Soluzione IPOTONICA (- soluto, + solvente) P4- ATPASI EUKARYA Pompaggio colesterolo e lipidi, da una metà dello strato fosfolipidico all’altra. (FLIPASSI) P5-ATPASI EUKARYA ?; pompaggio cationi pesanti -ATPasi DI TIPO V (V sta per VACUOLO): in cui il pompaggio di PROTONI avviene nelle membrane di organelli, come vescicole, vacuoli, A.GOLGI ed endosomi per il mantenimento pH. -ATPasi di TIPO F ( sta per FATTORE) Composte da subunità F0 integrata nella membrana e F1 in posizione periferica. Pompaggio dei PROTONI, nei batteri, nei mitocondri e nei cloroplasti. -ATPasi di TIPO ABC, con due domini idrofobici inglobati nella membrana e due domini idrofilici periferici. Vari soluti: come IMPORTATORI di ioni, zuccheri, aminoacidi e peptidi. come ESPORTATORI di antibiotici o altri farmaci fuori dalla cellula, responsabili quindi della resistenza al farmaco. ESEMPIO: POMPA SODIO/POTASSIO nelle cellule animali Proteina trimerica allosterica con recettori sul lato citoplasmatico di tre ioni sodio (subunità α), che subisce la fosforilazione diretta dell’ATP. TRASPORTO ATTIVO INDIRETTO In cui avviene un movimento contro gradiente di concentrazione di un soluto, mediato da movimento di uno ione (protone) secondo gradiente, che è a sua volta “rispedito” nella parte ad alta concentrazione da una pompa. ESEMPIO: (PAG 192) TRASPORTATORE SIMPORTO SODIO/GLUCOSIO nelle cellule epiteliali intestinali è necessario che entrino nella proteina 2x Na in modo da attivare la conformazione giusta per legare il glucosio da trasportare verso l’interno della cellula. il Na è continuamente spedito fuori da pompa Na/K, rendendo di fatto questo trasportatore dipendente da quel processo POMPA PROTONICA BATTERIORODPSINA fa uso di energia solare per guidare il TA grazie a PIGMENTO RETINALE che si attiva e permette il passaggio di un protone da interno e a esterno, permettendo così il lavoro di ATPasi per sintesi di ATP. CEPPO S CEPPO R Viene studiata per elettronica biomolecolare, in cui elementi organici sono usati per bio- ottica, bio-segnalazione, bio-sensori ( come nel caso di pannelli fotovoltaici) ENERGETICA DI TRASPORTO ogni tipo di trasporto nella cellula richiede o rilascia energia: se consideriamo molecole prive di carica, la variabile da considerare è il solo GRADIENTE di CONCENTRAZIONE che determina se il trasporto è contro (endoergonico) se il trasporto è a favore (esoergonico) se consideriamo molecole con carica, dobbiamo tenere di conto di potenziale elettrochimico degli ioni considerati dato da GRADIENTE DI CONCENTRAZIONE POTENZIALE DI MEMBRANA (in cellule animali di -60/-90 Mv) che favorisce il passaggio di CATIONI verso l’interno della cellula (oppone verso ext) che favorisce il passaggio di ANIONI verso l’esterno della cellula (oppone verso int) Calcolandomi L’ENERGIA LIBERA : se ΔG < 0 il trasporto avviene spontaneamente ΔG > 0 il trasporto richiede consumo energetico ΔG = 0 non sarà presente trasporto o movimento del soluto NUCLEO e DNA: Fu MENDEL a ipotizzare l’esistenza dei geni per la trasmissione di informazione genetica, ma fu non consapevolmente scoperta da MIESHER isolando ciò che chiamò NUCLEINA da GLOBULI BIANCHI. ZACHARIAS: osservò che estraendo DNA, i cromosomi non si coloravano più, deducendo che fosse questo il materiale genetico. Dopo il 1900 si credette che fossero le proteine il materiale genetico, dato i 20 aminoacidi e le possibili combinazioni, mentre il DNA fosse un supporto strutturale. ESPERIMENTO DI GRIFFITH nel 1928: somministrazione di CEPPO S (smooth=liscio) che induce polmonite mortale per la presenza della capsula polisaccaridica e CEPPO R di streptococcus pneumoniae PROTEINE con aggiunta di PROTEASI LIPIDI E POLISACCARIDI CONTROLLO RNA con aggiunta di RNASI DNA con aggiunta di DNASI all’autopsia trovò SOLO CEPPI S VIVI, ipotesi: la TRASFORMAZIONE GENETICA del ceppo r ESPERTIMENTO DI AVERY E COLLEGHI Si basa su quello di GRIFFITH, ma cercando di capire quale sia il vero agente trasformante: non avvenne solo quando fu aggiunta al CEPPO S la desossiribonucleasi, un ENZIMA. Benché furono esperimenti rigorosi, il ruolo genetico del DNA non fu accettato ESPERIMENTO DI HARSHEY E CHASE utilizzo di FAGI radioattivi con S RADIOTTIVO nelle proteine che lo compongono utilizzo di FAGI RADIOTTIVI con P RADIOATTIVO nel DNA per infettare BATTERI e per seguire il DESTINO DI PROTEINE e DNA. MESCOLANO i fagi con i batteri e dopo averle frullate per rimuovere, insieme misurano la radioattività: il P RADIOATTIVO rimaneva nelle cellule batteriche. IPOTESI: è il DNA ad essere iniettato nelle cellule ed è quindi responsabile della trasmissione dell’informazione genetica alle generazioni successive dei fagi T2. Può contenere i PLASMIDI, materiale genetico aggiuntivo che possiedono geni per la propria replicazione e per funzioni cellulari accessorie: ne rientrano i FATTORI DI FERTILITÀ; ne rientrano i FATTORI di RESISTENZA ai farmaci; ne rientrano i FATTORI COL per le secrezioni di COLICINE per eliminare batteri; ne rientrano i FATTORI di VIRULENZA; ne rientrano i FATTORI METABOLICI; ne rientrano anche i CRIPTICI; GLI EUCARIOTI Risulta più complicato per la maggiore quantità di DNA e la MAGGIOR complessità STRUTTURALE, dato il suo essere associato agli ISTONI (piccole proteine con elevati aminoacidi basici che danno loro una carica +, che formano legami ionici con il DNA); Se associato agli ISTONI forma la CROMATINA che si lega inoltre a gruppi di ulteriori proteine non istoniche da ruoli vari. MAURICE WILKINS 1960: con studi di diffrazione a raggi X mostravano un’organizzazione strutturale ripetuta, imposta dalla presenza degli ISTONI; gli OLINS nel 1974: pubblicano le MICROFOTOGRAFIE, in cui dopo trattamento con solventi blandi, apparivano come un sottile filo di perle. HEWISH e BURGOYNE: grazie a uso di nucleasi ricavata da fegato di ratto, ricavano che l’organizzazione strutturale è di 200 bp. IL NUCLEOSOMA (KORNBERG nel 2006) è formato da un CORE di un OTTAMERO di ISTONI a cui si avvolgono 146 bp con quasi due giri (1,7 volte); (2x H2A-H2B e 2x H3-H4) ogni OTTAMERO è collegato ad un altro da DNALINKER di circa 60 bp, a cui è legato istone H1; è impacchettato ad altri per formare FIBRE DI CROMATINA 10 nm (se isolate) per formare FIBRE DI CROMATINA 30 nm (dentro le cellule) con impacchettamento a ZIG ZAG DOMINI AD ANSA Stabilizzati da COESINE escherichia coli da PROTEINA CTCF da SCAFFOLD: proteine non istoniche e non solubili RAPPORTO DI IMPACCHETTAMENTO: lunghezza tot del cromosoma : lunghezza della fibra di cromatina che aumenta 15000/20000 volte nella formazione dei cromosomi Le cellule agiscono sull’ISTONE che ha una coda che protrude marcata con gruppi funzionali diversi che danno origine a un CODICE ISTONICO +(-CH3) METILAZIONE di LISINA, grazie a ISTONEMETILTRANSFERASI che provoca repressione di espressione genica impacchettando strettamente (dipende dalla particolare lisina e da ISTONE ) +(-COCH3) ACETILAZIONE grazie ISTONE ACETILTRANSFERASI (HAT) che provoca attivazione di espressione genetica provocando impacchettamento più lasso -(-COCH3) grazie a HDAC (ISTONE DEACETILASI) che provoca reazione opposta oppure sulla posizione dei NUCLEOSOMI: come nel caso di PROTEINE SWI/SNF che permettono lo scivolamento di questi ultimi e al trasferimento per rendere alcune zone più accessibile alla trascrizione; CROMATINA : se può essere convertita in eucromatina, è detta FACOLTATIVA se può essere compattata perennemente, è detta COSTITUITIVA come nel caso dei CENTROMERI caratterizzati di sequenze ripetute (CEN) sono la strozzatura dei cromosomi che: consentono la coesione dei cromatidi fratelli sono il sito di assemblaggio dei cinetocori EUCROMATINA è la cromatina meno impacchettata ETEROCROMATIN A è la più condensata, tanto da essere visibile al microscopio in fasi specifiche della vita cellulare come nel caso dei TELOMERI sono le estremità dei cromosomi composte di basi altamente ripetute TTAGGG per proteggerne la degradazione nelle parti terminali. I CROMOSOMI possono essere sottoposti a colorazione (in seguito a digestione enzimatica con TRIPSINA e soluzione di GIEMSA) che mi permette di individuare delle BANDE chiare e scure tipiche per determinarne un aspetto indice di normalità. CARIOTIPO è la costruzione cromosomica ( in foto) di un individuo. ESPERIMENTI di KOHN e BRITTEN Fanno denaturare il DNA col calore e riabbassando la temperatura lo rinaturano. La velocità delle reazioni è data dal tipo di sequenza nucleotidica. Usano sia DNA BATTERICO sia DNA di MAMMIFERO: si rendono conto che nel secondo una parte rinatura più velocemente (40%) di quello batterico; quindi, è composto di sequenze ripetute mentre, una parte rinatura PIÙ LENTAMENTE (60%) perché composto di sequenze non ripetute, che codifica per la maggior parte per le proteine. Esperimenti successivi hanno reso possibile la classificazione delle sequenze ripetute in DNA RIPETUTO IN TANDEM (15 % del genoma) in cui le unità di ripetizione sono una di seguito all’altra in DNA SATELLITE (1000-2000 bp ripetute per 105-107 ) oppure in NUMERO VARIABILE (VNTR) in DNA MINISATELLITE (10-100 bp ripetute per 102-105) in BREVI RIPETIZIONI (STR) di 1-10 bp DNA RIPETUTO INTERSPERSO (40 % del GENOMA) in cui le unità di ripetizione sono distribuite singolarmente nel genoma: costituito di TRASPOSONI, geni saltatori da zone del genoma per lasciare copie degli ELEMENTI LINE 6000-8000 bp che codificano per gli enzimi necessari per copiatura e inserimento delle sequenze. Al NLS può legarsi IMPORTINA, una proteina recettoriale, che viene riconosciuta da trasportatore del poro nucleare. In NUCLEO: IMPORTINA si lega a proteina-legante GTP, detta Ran, e viene ritrasportata fuori nel citosol. La differenza nella direzione avviene a causa del GRADIENTE DI CONCENTRAZIONE di RAN-GTP che è maggiore nel nucleo grazie GEF (fattore di scambio di nucleotidi guaninici) che è minore nel citosol a opera di PROTEINA ATTIVATRICE della GTPASI. (da GTP a GDP + PI) REPLICAZIONE, RIPARAZIONE E RICOMBINAZIONE DEL DNA DOGMA FONDAMENTALE della BIOLOGIA: REPLICAZIONE DNA RNA PROTEINE TRASCRIZIONE TRADUZIONE (fase M) MITOSI è la divisione nucleare, dopo che il patrimonio genetico da cromatina si è spiralizzata e condensata in due copie di cromosomi, detti CROMATIDI FRATELLI che si separano allontanandosi ai poli della cellula. Inizia poi la CITOCINESI o citodieresi, in cui i due corredi cromosomici si circondano di membrane e si hanno le cellule figlie. La maggior parte della vita cellulare è però nell’INTERFASE : FASE G1 da MITOSI a fase S in cui avviene la sintesi del DNA FASE G2 che precede la MITOSI e segue la FASE S LA REPLICAZIONE del DNA può essere SEMICONSERVATIVA, in quanto un filamento è data dalla cellula genitrice e l’altro da sintesi exnovo; può essere CONSERVATIVA, se la copia parentale rimane integra e se ne crea una copia intera; può essere DISPERSIVA se contenente una copia composta di DNA parentale e di nuova sintesi. ESPERIMENTO DI MESELSON e STAHL (+ VINOGRAD) COLTURA di batteri in terreno con 15N (isotopo pesante ma non radioattivo) per molte generazioni, per farlo assorbire nel DNA. DNA pesante Successivamente coltura su terreno con 14N (isotopo leggero). Il DNA viene centrifugato con CLORURO di CESIO: DNA DNA DNA da cellule in terreno con 15N da cellule di una generazione in 14N da cellule più generazioni in 14N e se denaturato si assiste alla formazione delle bande di DNA leggero e pesante ESPERIMENTO DI TAYLOR, WOODS e HUGHES Uso di tecnica nota come autoradiografia: dopo aver marcato i cromatidi fratelli di apice radicale di FAVA con 3H-TIMIDINA e uso di colchicina per bloccarli nella cellula in replicazione. Nel momento in cui viene consentita la replicazione: si nota un solo cromatide marcato, in linea con la replicazione semiconservativa. La replicazione del DNA è un processo simile sia in eucarioti che in procarioti. Cairns fu il primo a sperimentare la crescita diretta di E.coli e a osservarla nel momento della replicazione DNA. Individua i siti (o FORCELLE DI REPLICAZIONE) in cui inizia il processo di svolgimento della doppia elica circolare e la copia dei filamenti stampo. REPLICAZIONE Θ, tipica per i batteri, per i virus, per i plasmidi batterici e per mitocondri e cloroplasti. Nei cromosomi eucarioti: la replicazione del DNA ha molti siti di inizio, detti REPLICONI. Si creano delle bolle varie forcelle di replicazione, che si allargano fino a creazione di bolle di replicazione che quando si “incontrano” si fondono permettendo una finale unione del DNA sintetizzato dai molti siti di inizio, anche se non proprio in simultanea. Avviene perché: -maggior quantità di DNA, da replicare in minor tempo possibile. Il sito di inizio della REPLICAZIONE è detto ORIGINE della R. : in E.coli è oriC composto di 256bp (molto presenti A-T) da 3x 13-mer (13BP) e 4x 9-mer dette sequenze consenso dove DNAc trasporta DNAb (elicasi) e ne permette attacco ai filamenti tenuti aperti da SSB ( proteina legante il singolo filamento) DNA leggero DNA PESANTE DNA IBRIDO degli isotopi dove si lega DNAa per aprire alle 13-mer in EUCARIOTI: le ORIGINI di REPLICAZIONE sono più grandi e variabili la prima scoperta, è la sequenza ARS di lievito, composte di 150bp contenenti molte A-T e sequenze + A-T ausiliari. Si lega un complesso di riconoscimento dell’origine (ORC), a cui si lega MCM ( proteine mantenimento microcromosoma) il cui legame è mediato da caricatori dell’elicasi. Non inizia subito la replicazione, essendo necessarie le DNAPOLIMERASI. COMPLESSO DI PRE-INIZIO. KORNBERG, scopre enzima DNAPOLIMERASI (detta poi I) che permette allungamento di piccoli filamenti di DNA STAMPO, grazie a utilizzo dell’energia dei desossinucleodi trifosfati derivati dalle basi, essendo composti altamente energetici. Ne furono individuate altre di DNAPOLIMERASI e solo quella definita poi III sarà responsabile della replicazione, ma richiede comunque aiuto di DNAPOLIMERASI I, mentre II IV e V sono necessarie per la riparazione del DNA. Gli eucarioti possiedono diversi tipi di DNA POLIMERASI , come le : α-δ-ε→ coinvolte in replicazione DNA nucleare γ→ coinvolta in replicazione mitocondriale. NB: le DNA POLIMERASI sono alla base della PCR. Il filamento viene allungato dall’ estremità 3’ in direzione 5’ → 3’: -sarà quindi CONTINUA la polimerizzazione nei FILAMENTI ANTICIPATI della bolla di replicazione poiché cresce nella direzione 5’ → 3’. (necessario un solo primer) -sarà quindi DISCONTINUA la polimerizzazione nei FILAMENTI RITARDATI della bolla di replicazione, nella direzione 3’→ 5’: grazie alla serie dei brevi frammenti di OKAZAKI che all’estremità uniti poi tra loro dalla DNALIGASI per formare il filamento con la giusta polarità. (necessari più primer) FRAMMENTI DI OKAZAKI: lunghezza variabile 1000-2000 in batteri 100-200 in eucarioti In ENTRAMBI i casi la replicazione inizia grazie all’introduzione dei PRIMER composti di brevi tratti di RNA ( che possono essere associati a qualsiasi nucleotide del DNA stampo) grazie a PRIMASI, alle cui estremità 3’ le DNAPOLIMERASI aggiungono i desossinucleotidi. (III in procarioti e α-δ-ε in eucarioti) L’uso di PRIMER di RNA garantisce che eventuali errori siano in RNA iniziale che poi viene rimosso. in cui si replica per due volte un breve tratto di DNA→ si associano malattie perché si ha traduzione errata, che può portare a proteine anomale; come attraverso DANNI SPONTANEI delle singole basi dati da modifica chimica come nel caso di Depurinazione Deaminazione è la perdita di una base purinica (A o G) avviene casualmente rimozione di gruppo aminico a una base che interessa principalmente citosina → uracile (+ adenina) Possono avvenire quindi SOSTITUZIONI di aminoacidi, che possono portare a malfunzionamento delle PROTEINE tradotte. possono avvenire perché indotte da AGENTI detti MUTAGENI: che possono essere AMBIENTALI, come chimici: analoghi delle basi che le DNA POLIMERASI non distinguono come uracile→ 5-bromodeossiuridina (+guanina) agenti modificatori delle basi che chimicamente possono agire come gli agenti alchilanti indebolendo i legami e portando a deaminizione e depurinazione. agenti intercalanti come proflavina, arancio di acridina che modificano la forma della doppia elica di DNA inserendovisi come le radiazioni soprattutto UV che forzano la formazione di dimeri pirimidinici (T-T) adiacenti bloccando la replicazione/traduzione a causa delle radiazioni ionizzanti → generazione prodotti altamente reattivi possono avvenire perché indotte da elementi genetici mobili, o trasposoni che non richiedono sequenze simili nei siti di inserimento e codificano per le proteine (TRASPOSASI) necessarie per lo spostamento. che esegue taglio nel DNA di nuova inserzione poi inserito il trasposone e risaldato Possono essere AUTONOMI o NON AUTONOMI (se non codificano per TRASPOSASI) essere REPLICATIVI se c’è solo copia di trasposone stampo essere CONSERVATIVI se eliminati da sito originale e inseriti in nuovo sito a solo DNA nei BATTERI: possono essere COMPOSTI con sequenze di inserzione (IS) con disposizioni inverse sulle estremità che codificano per più trasposasi possono essere SEMPLICI, con il gene trasposone al centro SONO VARIE LE STRATEGIE ADOTTATE per RIPARARE DNA DANNEGGIATO: quelli ERROR FREE, per cui viene corretto direttamente il danno al DNA come la FOTORIATTIVAZIONE: dipendente da enzima FOTOLIASI (che ricava energia da luce visibile) per rottura dei legami di pirimidine come la RIPARAZIONE per ESCISSIONE di BASI grazie a DNAGLICOSIDASI che riconoscono basi deaminate o depurinate e le staccano dallo zucchero grazie a ENDONUCLEASI AP che rimuove il legame tra zucchero e gruppo fosfato (viene completata la rimozione da ulteriore enzima) grazie a DNAPOLIMERASI che sintetizza la nuova base e la DNALIGASI che salda il tutto. come la RIPARAZIONE per ESCISSIONE di NUCLEOTIDI (o NER) in cui viene riconosciuta distorsione forte nell’elica di DNA, che viene tagliato a monte e a valle da ENDONUCLEASI NER entra in gioco ELICASI per svolgere il filamento, DNAPOLIMERASI per nuova sintesi e DNALIGASI per saldare tutto; Usata per riparare zone del DNA danneggiate, quando la trascrizione trova un blocco. MUTAZIONE nei geni per il SISTEMA NER, porta a xeroderma pigmentoso, che non permette riparazione dei danni indotti da UV (bimbi della LUNA) come la RIPARAZIONE degli APPAIAMENTI SCORRETTI (o MISMATCH) è la via POST REPLICAZIONE è necessario individuare quale sia il filamento di nuova sintesi in cui avvenga l’errore ES: IN E.COLI, le adenine sono metilate in sequenza GATC nel FILAMENTO PARENTALE, e avverrà solo in un secondo momento in quello di neo sintesi. MutS lo riconosce per questo, MutH provoca un singolo taglio e esonucleasi rimuove i nucleotidi sbagliati sistemi sono stati identificati in EUCARIOTI Quelli che producono errori (ERROR PRONE) per attivare un ultimo tentativo di riparazione: In E.COLI: il sistema SOS per cui in caso di stallo di POLIMERASI III che può portare a legare RecA alle proteine SSBP, formando un filamento DNA-PROTEICO. Si attivano quindi delle DNA polimerasi di BYPASS che continuano il lavoro e successivamente la POLIMERASI continua il suo lavoro Negli EUCARIOTI, la sintesi da TRANSLESIONE che è inoltre capace, grazie a DNAPOLIMERASI ETA di inserire correttamente due adenine, in unione al dimero di timina. Si evita solo che il DANNO sia tramandato al filamento stampo; è danno-tollerante su quello parentale e quelli che interessano DANNI su entrambi I FILAMENTI di DNA la cui riparazione è difficoltosa: NHEJ (unione delle estremità non omologhe) In seguito a danno ossidativo o raggi X che producono una rottura del doppio filamento, dove si pongono KU70 e KU80 per far capire il sito di taglio a NUCLEASI, DNA LIGASI IV li sigilla poi → si perdono nucleotidi e si introducono molti errori. APPAIAMENTO DEL FILAMENTO SINTESI DIPENDENTE (SDSA) per cui viene sfruttato il CROMATIDE FRATELLO per la nuova sintesi: la NUCLEASI provoca il taglio del filamento rotto; si formano grazie a Rad51 (proteina) un filamento proteina/DNA per stabilizzare i filamenti e consentire le sequenze omologhe sul cromatide fratello; avviene l’INVASIONE dei FILAMENTI, formando un ANSA D sul filamento fratello che migra mentre viene creato il nuovo filamento stampo sul cromatide mancante; concluso il processo si sganciano i filamenti e la SINTESI di DNA riempie le regioni mancanti. RICOMBINAZIONE OMOLOGA che comporta il CROSSING OVER ovvero in cui vengono scambiate informazioni genetiche tra DNA ad alta similarità. cercano di individuare quali aminoacidi non vengono sintetizzati IPOTESI: un gene-un enzima controlla la sintesi di un singolo enzima INGRAM si basa sul lavoro di PAULING anni 50 sui GLOBULI ROSSI normali e falciformi la cui ipotesi era che il diverso funzionamento è dovuta a una struttura diversa, data a sua volta da una sequenza amminoacidica diversa; uso di TRIPSINA per tagliare in frammenti EMOGLOBINA e analizzarli: vede che la differenza in un solo peptide che ha subito la sostituzione di un ACIDO GLUTAMMICO con VALINA, che fa assumere alla proteina una struttura cristallina durante l’emissione di O2 per le cellule garantendone la deformità. L’ESPERIMENTO confuta BEADLE e TATUM propone la TEORIA: un gene-un polipeptide in quanto emoglobina non è un enzima in quanto un gene codifica per la subunità α e uno per la β viene confermato da YANOSKY con i suoi studi su mutazioni e geni batterici NB: negli EUCARIOTI, la funzione dei geni è più complessa, dato che sono presenti sequenze non codificanti sono presenti sequenze lette in combinazioni diverse; sono presenti sequenze geniche che non codificano per peptidi/catene peptidiche ma per vari RNA il GENE è quindi l’unità funzionale del DNA che codifica per uno o più catene polipeptidiche o in alternativa per molti dei tipi di RNA con funzioni diverse. Quanti nucleotidi son necessari per specificare i 20 aminoacidi? Secondo l’ipotesi matematica (43) si ipotizza che siano necessari almeno 3 coppie di basi in DNA per la sintesi dei polipeptidi Le evidenze scientifiche si ebbero 10 anni più tardi. STUDI DI CRICK E BENNER sulle MUTAZIONI FRAMESHIFT(1961) : FAGI T4 subiscono mutazione a livello del DNA grazie alla proflavina, che può indurre inserzioni o delezioni dei nucleotidi (mutazioni indel) che provoca variazioni nella trascrizione, e successivamente nella traduzione DIMOSTRAZIONE DELLA NATURA A TRIPLETTE DEL CODICE GENETICO IL CODICE GENETICO è: DEGENERATO, garantendo che gli aminoacidi possono essere codificati da più di una tripletta; (quasi sempre mutazioni nella terza base azotata garantisce comunque la codifica dello stesso aminoacido: ACU ACC ACA ACG per TREONINA) IPOTESI DEL VACILLAMENTO: essendo presenti meno tRNA di quanti necessari per ogni tripletta, CRICK propone l’esistenza di tRNA isoaccettori, in quanto permettono l’accoppiamento con CODONI diversi ma sinonimi è dovuto al fatto nella 3 POSIZIONE tra CODONE di mRNA e ANTICODONE di tRNA è ammesso un maggior grado di libertà di legame. NON SOVRAPPOSTO, per cui ogni nucleotide fa parte di una sola tripletta; (il GENOMA piccolo di alcuni VIRUS, batteri non presenta questa caratteristica) NON AMBIGUO, per cui ogni tripletta ha un solo significato; (quasi) UNIVERSALE, è presente ed utilizzato da tutti gli esseri viventi eucarioti e procarioti studiati, per la codifica degli stessi aminoacidi (nel caso dei MITOCONDRI, di alcuni batteri e di alcuni virus cambiano alcune corrispondenze tripletta-aminoacido) STUDI di NIRIMBERG E MATTHEI in cui sono stati effettuati esperimenti con sistemi acellulari contenenti: ribosomi liberi, aminoacidi ed estratti cellulari che furono facilitati da POLINUCLETIDE FOSFORILASI, che unisce casualmente i nucleotidi che permise la formazione dell’unità più semplice di RNA, l’omopolimero (composto della stessa base ripetuta): Poli(U) garantisce la sintesi di catene di FENILALANINA, UUU è stata quindi la prima tripletta codificante furono effettuati altri studi anche su poli(A) per catene di LISINA poli(C) per catene di PROLINA che permise la formazione di copolimeri; NIRIMBERG, inoltre, sintetizzò 64 tripletti di aminoacidi per vedere quale aminoacido si legasse al ribosoma STUDI di KHORAMA tramite l’uso di polimeri composti da una sequenza alternata catena composta UAU/AUA permisero la traduzione di una catena polipeptica con aminoacidi alternati; hanno permesso di individuare il significato di ogni codone: 61 codoni codificano per aminoacidi 1 (AUG) è il codone iniziatore del processo di traduzione e per la METIONINA 3 (UAA UAG UGA) sono i codoni STOP della sintesi proteica MECCANISMO DELLA TRASCRIZIONE È il processo che garantisce la sintesi di una molecola di RNA con le stesse informazioni codificanti del filamento di DNA. Viene trascritto RNA da uno solo dei due filamenti di DNA, detto STAMPO mentre l’altro è definito codificante (o senso) 3’ → 5’ è la direzione di scorrimento delle RNAPOLIMERASI RNA è simile al DNA, se non: fatto da singolo filamento contenente ribosio al posto del desossiribosio contenente uracile in sostituzione di timina NEI PROCARIOTI: 1. Legame della DNA POLIMERASI al SITO del PROMOTORE (circa 40bp) sequenza specifica di DNA che garantisce l’inizio del processo di trascrizione; si trova a monte della sequenza che verrà trascritta; è composto di PUNTO DI INIZIO (+1) spesso un A, che rappresenta il nucleotide che si trova nella copia di RNA ottenuta è composto di sequenze consenso definite –35/-10 che sono riconosciute da RNA POLIMERASI e a cui si lega. RNA POLIMERASI È un enzima multimerico, composto di 5 catene polipeptidiche: composta di 2 subunità α, 1 subunità β e una β’ che ne costituiscono il CORE uguale in tutte le RNA POLIMERASI e che hanno attività CATALITICA; come nel caso di elementi di controllo distali, lontani anche 1000 bp o a valle del gene stesso che sono detti ENHANCER, se velocizzano la trascrizione o SILENCER se la reprimono altri TGF proteici si legano a questi elementi di controllo e alle RNA pol grazie al ripiegamento spaziale del doppio filamento di DNA. la TERMINAZIONE avviene con sistemi diversi in base alla RNA pol presa in considerazione: RNA POLIMERASI I in estremità 3’ di RNA, una sequenza di 18 nucleotidi viene riconosciuta da un fattore proteico RNAPOLIMERASI II, dopo 10-35 nucleotidi da una sequenza specifica AAUAAA avviene un taglio per liberare RNA sintetizzato; l’enzima continua la trascrizione di materiale, degradato subito dopo RNAPOLIMERASI III, garantita dalla presenza su estremità 3’ di una sequenza di terminazione specifica, di UUU ripetute MATURAZIONE DEL RNA è un insieme di modifiche chimiche che avvengono NEL NUCLEO prima del passaggio all’interno del citoplasma tra cui: CAPPUCCIO AL 5’ in cui viene aggiunta una guanosina monofosfato metilata (+ CH3) o 7-METILGUANOSINA al pre-mRNA, all’estremità 5’ con legame 5’-5’ possono essere in alcuni casi metilati (+ CH3) i ribosi del RNA permette di stabilizzare il m-RNA, che avrebbe una breve emivita permette di proteggere il m-RNA da azione di degradazione a carico di NUCLEASI permette il riconoscimento alla subunità minore del ribosoma, per dare inizio alla sintesi proteica POLIADENILAZIONE al 3’ per cui viene aggiunta da POLIAPOLIMERASI una coda all’estremità 3’ del pre-mRNA, una sequenza ripetuta composta di 50 fino 200 (monotona) ADENINA, con consumo di ATP e a valle di 10-35 nucleotidi della sequenza AAUAAA permette di stabilizzare il m-RNA permette di proteggere il m-RNA da azione di degradazione a carico di NUCLEASI permette, se troppo corta, di indicare che la molecola è instabile e quindi segnala che deve essere degradata ed è alla base della verifica se il RNA è stato correttamente maturato; SPLICING è il processo in cui si rimuovono da pre-mRNA gli INTRONI (sequenze non codificanti che vengono trascritte, ma non tradotti) si riuniscono da pre-mRNA gli ESONI (sequenze codificanti che vengono trascritte ma non tradotti) è un fenomeno di taglia e cuci, che deve essere svolto in modo preciso perché altrimenti è causa del 15% delle malattie ereditarie. 1977: ROBERTS e SHARP hanno ricevuto il Nobel per la dimostrazione dell’esistenza i geni degli EUCARIOTI sono detti discontinui per la presenza di INTRONI e ESONI è un processo portato avanti dallo SPLICEOSOMA COMPLESSO RIBONUCLEOPROTEICO composto di snRNA della serie U (1-2-4-5-6) che garantiscono l’attività catalitica cooperando in sequenza (sono dei RIBOZIMI) composto di oltre 200 proteine che riconosce le sequenze consenso ( G+U di inizio e A+T di fine) degli INTRONI presenti, che vengono allontanati sotto forma di una struttura a cappio, detta lariat con sito di unione garantito da A e che verranno prontamente degradati. gli ESONI vengono ricuciti insieme e nei siti di giunzione si trovano delle proteine dette EJC (complesso di giunzione dell’esone), che indicano la maturazione avvenuta per mRNA che può uscire dal nucleo e può avviarsi la traduzione. SELFSPLICING è il processo in cui lo splicing avviene in assenza di proteine è l’introne stesso a svolgere la funzione del RIBOZIMA avviene nel MITOCONDRIO di alcuni funghi e piante per rRNA e tRNA in CLOROPLASTI per rRNA di alcuni eucarioti unicellulari SPLICING ALTERNATIVO o differenziale processo in cui il pre-mRNA, viene fatto maturare in modo diverso sulla base della rimozione degli introni, saltando e attivando diversi siti di splicing. Questo sistema garantisce una complessità elevata pur mantenendo poche sequenze codificanti; le funzioni di controllo del processo gli snoRNA e proteine regolatrici da 1 pre-mRNA posso ottenere centinaia di mRNA diversi EDITING di RNA è caratterizzato da modificazione di un nucleotide da INDEL (inserzione + delezione) è un processo post-trascrizionale es: DEAMINAZIONE di uridine in citidine, nelle cellule intestinali umane per gene codificante l’APOLIPOPROTEINA B MATURAZIONE del rRNA avviene nel NUCLEOLO ad opera di RNA POLIMERASI I il DNA che codificante per gli rRNA ha una struttura specifica: ripetizioni in tandem di geni codificanti e spaziatori trascritti intervallati da spaziatori non trascritti. avviene la trascrizione di pre-rRNA 45S che contiene l’informazione genetica, con intervalli dati dallo spaziatore trascritto per rRNA18s- rRNA5.8S- rRNA28S avvengono reazioni di splicing per liberare gli ESONI dagli spaziatori trascritti, che poi vengono degradati avvengono reazioni di metilazione (+CH3) su -OH al 2’ del RIBOSIO per proteggere il pre-rRNA dai tagli sugli spaziatori trascritti; i processi di maturazione avvengono grazie agli snoRNA (smallnucleolarRNA) avviene nel NUCLEOPLASMA, ad opera di RNA POLIMERASI III, la codifica di rRNA 5S che arriva nel nucleolo dopo la maturazione insieme alle proteine provenienti dal citoplasma per completare le subunità ribosomiali. si esporta il RIBOSOMA formato nel citoplasma e si lega al RER o alla MEMBRANA NUCLEARE. RIBOSOMI: in PROCARIOTI: composti di subunità maggiore 50S: fatta di rRNA 23S +5S +34 proteine 70S di subunità minore 30: fatta di rRNA 16S + 21 proteine (sono simili quelli dei CLOROPLATI e dei MITOCONDRI) in EUCARIOTI: composti di subunità maggiore 60S: fatta di rRNA28S + rRNA5.8S + rRNA5S +45 proteine 80S di subunità minore 30: fatta di rRNA 18S + 33 proteine SVEDBERG (S): è l’unità di misura del coefficiente di sedimentazione, è influenzato da caratteristiche fisiche del corpo che sedimenta e da temperatura, pressione e viscosità del mezzo. Non appartiene a SI. la subunità minore 30S del ribosoma riconosce la sequenza SHINE DALGARNO posta all’estremità 5’ di mRNA, a max 25 nucleotidi da AUG ricca di purine, ma non codificante che è il suo sito di legame, essendo complementare a rRNA 16S che la compone; “scivola” fino al CODONE di INIZIO (AUG) che codifica per la METIONINA. arriva tRNA iniziatore, l’unico che è carico di N-FORMILMETIONINA (+COH), e si posiziona sul codone AUG grazie all’azione di un fattore proteico (IF2) GTP-attivato che lo posiziona correttamente la subunità maggiore 50S arriva e si unisce per formare il COMPLESSO DI INIZIO NB: il suo arrivo è bloccato da due fattori proteici (IF1 e IF3) prima dell’arrivo di tRNA iniziatore, tutti i fattori sono poi rilasciati. ALLUNGAMENTO in cui sono trasportati gli aminoacidi attivati secondo la sequenza dei codoni proposta da mRNA da estremità 5’ a estremità 3’; il sito A del RIBOSOMA è esposto al codone successivo, dove arriva il tRNA carico dell’aminoacido complementare; avviene la formazione del LEGAME PEPTIDICO tra gli aminoacidi in sequenza; è responsabile della posizione corretta degli AMINOACILtRNA, un fattore proteico detto EFTu (attivato da legame con GTP) il sito E ribosomiale accoglie il tRNA precedente, ormai scarico, dopo che è avvenuta la TRASLOCAZIONE del RIBOSOMA verso il codone successivo sull’mRNA il fattore proteico EFG è responsabile, grazie all’IDROLISI di GTP, della traslocazione del ribosoma, così da avere il sito A libero e permettere le successive fasi di allungamento. il fattore proteico EFTs permette lo scambio di GDP con GTP sul fattore EFTu l’allungamento della catena polipeptidica avviene perché la formazione del LEGAME PEPTIDICO è accoppiata alla rottura del LEGAME ESTERE, avvenuta precedentemente tra aminoacido e il tRNA a carico di AMINOACILTRNASINTETASI. TERMINAZIONE e un processo che si attiva quando su mRNA sono presenti uno dei codoni di STOP (UGA, UAA, UAG), che indicano che la catena polipeptidica è stata tradotta del tutto. al sito A libero del RIBOSOMA si lega il fattore proteico di rilascio, che destabilizza l’intero complesso: si staccano le subunità ribosomiali si allontano il tRNA e la catena polipeptidica e si avvia se non più necessario la degradazione di mRNA tutto il processo avviene nel CITOPLASMA ed è CO-TRASCRIZIONALE, ovvero avviene mentre avviene la trascrizione di DNA in mRNA più ribosomi lavorano allo stesso momento su mRNA, per permettere sintesi di più proteine (POLIRIBOSOMI); NEGLI EUCARIOTI è un processo più complesso, per via del gran numero di fattori proteici che la interessano: si forma un complesso di preinizio 43S: t-RNA che “porta” METIONINA, la subunità minore 30S e altri fattori proteici di inizio; viene riconosciuto il CAPPUCCIO al 5’ da un fattore d’inizio detto eIF4E che è anche responsabile della struttura circolare che il mRNA assumerà durante la traduzione legandosi a proteine presenti sulla coda di poli(A); si forma il COMPLESSO D’INIZIO, e la subunità minore si lega alla SEQUENZA DI KOZAK (ACCAUGA) che è complementare a rRNA 18S che la compone per iniziare la legame PEPTIDICO è un legame covalente tra estremità C di un aminoacido precedente (che era sede del legame con il tRNA) tra estremità N di un aminoacido successivo avviene a opera del RIBOZIMA PEPTIDILTRANSFERASI, sulla subunità maggiore a livello di rRNA 23S provocando una crescita della catena polipeptidica da estremità N-terminale a C-terminale (che rimane legata al tRNA nel sito P) traduzione, e quando il tRNA iniziatore è posizionato correttamente sul codone di inizio, si unisce la subunità maggiore e avviene il rilascio di fattori proteici. la forma circolare che assume il mRNA è indicativa del fatto che la maturazione è avvenuta correttamente, per la presenza di poli (A) all’estremità 3’ e garante di una maggiore efficienza di tutto il processo. tutto il processo avviene nel CITOPLASMA ed è POST-TRASCRIZIONALE per le proteine di origine nucleare grazie a RIBOSOMI LIBERI o presenti sulla membrana del RER e anche nella MATRICE MITOCONDRIALE, per le proteine necessarie al MT e anche nelle cellule vegetali, avviene nello STROMA del CLOROPLASTO più ribosomi lavorano allo stesso momento su mRNA, per permettere sintesi di più proteine (POLIRIBOSOMI); LE MUTAZIONI che possono influire sulla TRADUZIONE MUTAZIONI GENICHE o PUNTIFORMI che riguardano un solo nucleotide: possono caratterizzarsi dalla SOSTITUZIONE provocando sulla proteina: MUTAZIONE SILENTE in cui avviene il cambiamento in 3 posizione del codone di base azotata con altra; il codone sarà diverso ma codificherà per lo stesso aminoacido. MUTAZIONE MISSENSO in cui avviene il cambiamento di base azotata sulla 1 oppure 2 posizione del codone; cambia quindi quest’ultimo che codificherà per un aminoacido diverso es: anemia falciforme MUTAZIONE NONSENSO in cui avviene il cambiamento di un nucleotide che porta alla formazione di un codone di stop (UGA UGG UAG), bloccando così la traduzione precocemente e facendo ottenere una proteina più corta. possono caratterizzarsi dalla INSERZIONE e/o DELEZIONE: dette M. FRAMESHIFT, permettono lo scivolamento del codice di lettura e la proteina cambia completamente; nel cui LUME riparte la TRADUZIONE dopo il distacco del complesso dove è presente il BiP (HSP70) con la funzione di ulteriore ripiegamento: la proteina può rimanere nel lume; può essere indirizzata al s. di endomembrane e m. plasmatica; può essere indirizzata alla membrana del RE stesso, grazie alla presenza di una o più sequenze segnale specifica: PROTEINE TRASMEMBRAN A grazie a sequenza segnale per il RE e una sequenza di arresto interna C N grazie a sequenza interna di inizio trasferimento N C PROTEINE MULTIPASSO grazie ad una sequenza inserimento e arresto in ripetizione può essere un INDIRIZZAMENTO POST-TRADUZIONALE per cui le proteine sono tradotte nel CITOPLASMA e sono indirizzate al NUCLEO, MITOCONDRIO (e CLOROPLASTO se presente) e ai PEROSSISOMI come le PROTEOLISI, il taglio del polipeptide come la FORMAZIONE DEI PONTI S-S (disolfuro) es: insulina prodotta come CATENA polipeptidica che subisce più tagli e aggiunta di PONTI S-S prima di poter essere rilasciata nel circolo sanguigno come la GLICOSILAZIONE (in APPARATO DEL GOLGI) es. aggiunta di mannosio-6-fosfato per le proteine lisosomiali; come la FOSFORILAZIONE, per cui la forma della proteina cambia grazie all’aggiunta di gruppo fosfato; per indirizzamento in e fuori dal NUCLEO: vedi TRASPORTO ATTIVO di GTP-RAN dipendente da parte importine ed esportine; per indirizzamento verso il MITOCONDRIO è post-traduzionale; l’organello possiede il proprio DNA e il proprio apparato di biosintesi, ma sintetizza pochi polipeptidi prevalentemente per la membrana interna quindi la maggior parte sono di origine nucleare; i polipeptidi contengono una sequenza di transito all’estremità N-TERMINALE, composta di 3-5 residui di Arginina (Arg) e Lisina (Lys) non consecutivi e presenti residui di Treonina (Thr) e Serina(Ser) arrivano all’interno dell’organello in forma non ripiegata, mantenuti da chaperoni HSP70, per poter passare dai complessi di trasporto mitocondriali esterni (TOM) e interni (TIM), formati da recettori e pori: gli HSP70 si rilasciano al passaggio nel poro, con reazione ATP-DIPENDENTE viene rimossa la sequenza di transito da PEPTIDASI di TRANSITO gli HSP70 mitocondriali si legano alla catena polipeptidica in entrata, ne aiutano il corretto ripiegamento e si rilasciano (uso di ATP) oltre al consumo di ATP è necessario il GRADIENTE ELETTROCHIMICO tra le membrane; è necessario tenere di conto della presenza di segnale idrofobico di smistamento per garantire il raggiungimento della corretta destinazione, nel giusto compartimento del mitocondrio; per indirizzamento verso il CLOROPLASTO è post-traduzionale l’organello possiede il proprio DNA e il proprio apparato di biosintesi, ma sintetizza pochi peptidi prevalentemente per le membrane tilacoidali i polipeptidi contengono una sequenza di transito all’estremità N-TERMINALE, arrivano all’interno dell’organello in forma non ripiegata, mantenuti da chaperoni HSP70, per poter passare dai complessi di trasporto nelle membrane del cloroplasto esterne (TOC) e interni (TIC), formati da recettori e pori; gli HSP70 si rilasciano al passaggio nel poro, con reazione ATP-DIPENDENTE viene rimossa la sequenza di transito da PEPTIDASI di TRANSITO gli HSP70 del cloroplasto si legano alla catena polipeptidica in entrata, ne aiutano il corretto ripiegamento e si rilasciano è necessario tenere di conto della presenza di segnale idrofobico di smistamento per garantire il raggiungimento della corretta destinazione, nel giusto compartimento del mitocondrio; LA DEGRADAZIONE DELLE PROTEINE il metodo più comune è il processo che consiste nel legarle a una piccola proteina detta ubiquitina, mediante una reazione ATP dipendente mediata da un enzima che la attiva, E1 viene poi trasferita a E2 (enzima che coniuga l’ubiquitina) e grazie ad E3 (UBIQUITINALEGASI) viene legata a un residuo di LYS in una proteina da degradare, formando anche una corta catena di altre ubiquitine queste fanno da segnale per i PROTEASOMI, strutture a cilindro: che alle estremità presentano dei cappucci che legano le proteine che nel corpo centrale sono formati da PROTEASI associate ad ATPASI (uso di ATP) Le proteine possono anche essere selezionate sulla base di sequenze amminoacidiche interne, dette DEGRONI possono essere degradate anche grazie ai LISOSOMI come avviene nel processo della MICROAUTOFAGIA ESPRESSIONE GENICA per l’efficienza massima della cellula tutti i geni non sono trascritti nello stesso momento alla base c’è il concetto di risposta agli stimoli esterni che possono essere dannosi per la cellula e che permettono la riproduzione cellulare, nei PROCARIOTI, e in aggiunta anche il segnale di risposta a stimoli interni al tessuto, negli EUCARIOTI, come di differenziamento in cellule somatiche con forma-funzione diversa o segnali per l’apoptosi; la risposta da parte delle cellule è garantita dall’attivazione e spegnimento di geni specifici, spesso coordinati tra loro. NEI PROCARIOTI avviene principalmente a livello della TRASCRIZIONE; i cui geni possono essere COSTITUITIVI o housekeeping, che vengono perennemente trascritti dal momento che servono per prodotti fondamentali, come rRNA ed enzimi per la glicolisi possono essere REGOLATI (condizionali) attivati in relazione a degli stimoli INDUCIBILI: REPRIMIBILI: da attivare al bisogno da disattivare al bisogno portano regolazione per gli enzimi del catabolismo per gli enzimi dell’anabolismo RNA POLIMERASI e ne inibisce la trascrizione; COMPLESSO CAP-cAMP è un processo che si attiva quando il repressore non si trova su OPERONE. A partire da ATP tramite ADENILOCICLASI viene sintetizzata cAMP (adenosina monofosfato ciclica con funzione segnalatoria) quando nell’ambiente esterno al procariote viene individuata piccola quantità di glucosio; non viene sintetizzata cAMP quando i livelli di glucosio sono elevati. cAMP si lega a CAP (proteina attivatrice del catabolismo), che si lega al suo sito di riconoscimento sul DNA nei pressi dell’operone che permette maggiore stabilità alla RNAPOLIMERASI legandovisi e una maggiore velocità di trascrizione fino a 50x nel caso dell’operone lac. Questo sistema permette un DOPPIO CONTROLLO, perché in presenza di glucosio, essendo la fonte di energia preferibile per le reazioni cellulari, vengono repressi i geni per catabolismo non necessario (in altre parole, non devo ottenere il glucosio da lattosio perché già presente nella cellula) NEGLI EUCARIOTI I geni sono classificabili in COSTITUTIVI o REGOLATI (inducibili/reprimibili) per tutte le cellule oppure in geni tessuto specifici, che dopo il differenziamento cellulare possono essere classificati sempre in COSTITUTIVI o REGOLATI; è inoltre assente il sistema OPERONE; L’espressione genica avviene sulla base di molti livelli di controllo: tramite il RIMODELLAMENTO DELLA CROMATINA la CROMATINA ha un ruolo funzionale: la compattezza regola l’espressione genica ha un ruolo strutturale: per mantenere il DNA in uno spazio ridotto come il nucleo si classifica in: l’eucromatina (in forma lassa) è quella che viene trascritta e determina geni attivi; l’eterocromatina (in forma più compatta) è quella che non viene trascritta, i cui geni presentati sono inattivi che può essere costitutiva (come per i centromeri e i telomeri) perennemente compatta e non contenente informazione genetica, facoltativa, che è compattata ma contiene informazione genetica: i geni sono stati silenziati durante il differenziamento cellulare METILAZIONE (+CH3) di CITOSINA è un processo di modificazione chimica a carico del DNA, che porta allo spegnimento dei geni ed è reso possibile da METILDNATRANSFERASI. Permette il passaggio da una forma lassa a una più compatta, bloccando il passaggio al meccanismo trascrizionale. Aggiunta del gruppo metile delle CITOSINE, legate alle GUANOSINE, poste in corrispondenza del PROMOTORE, in isole dette GcP; può avvenire che: i fattori di trascrizione non riconoscono più il sito del promotore e quindi non può avvenire la trascrizione di quel tratto di DNA: delle proteine che richiamano altri enzimi per ipercondensare ulteriormente il DNA vi si possono inoltre legare. Le DNAMETILTRANSFERASI di MANTENIMENTO sono enzimi che permettono di mantenere i quadri di metilazione tessuto-specifici durante la MITOSI della cellula staminale: permette di aggiungere le metilazioni sul nuovo DNA replicato, in corrispondenza di quelle presenti sul filamento parentale; le metilazioni durante lo sviluppo embrionale vengono rimosse, perché tutti i geni devono essere raggiungibili per il processo di replicazione del DNA: è infatti dal livello della blastocisti che si raggiungono, visto che si dà il via al DIFFERENZIAMENTO CELLULARE eventuali quadri di metilazione sono modificati anche dall’ambiente è un processo di EPIGENETICA, in cui non si modifica le sequenze nucleotidiche ma si garantisce un’alterazione del GENOMA. È inoltre possibile la trasmissione ereditaria. PROCESSI CHIMICI A CARICO DEGLI ISTONI Avviene sui residui amminoacidici di N-terminale che protrudono dal NUCLEOSOMA, con struttura primaria, dei componenti H3-H4. L’ISTONE H1, legato al DNA LINKER, viene regolato ed è assente nella cromatina trascrizionalmente attiva. ACETILAZIONE L’enzima ISTONEACETILTRANSFERASI (HAT) aggiunge un gruppo ACETILE (+COCH3) alla arginina e alla lisina, in questo modo viene persa la carica positiva degli aminoacidi. La cromatina quindi si rilassa al diminuire del legame elettrostatico tra DNA e ISTONI, permettendo inoltre al complesso di rimodellamento della cromatina di srotolare maggiormente il DNA e renderlo più accessibile. È un processo garantito da consumo di ATP e DEACETILAZIONE: a carico di ISTONEDEACETILASI (HDAC), che garantisce al complesso di rimodellamento della cromatina di ricompattare il tutto, a livello POST TRASCRIZIONALE METILAZIONE: aggiunta di un gruppo metile +CH3 su arginina e lisina, permette di bloccare la trascrizione; FOSFORILAZIONE della serina, a carico di CINASI, che favorisce l’acetilazione e quindi la cromatina viene altamente trascritta. INATTIVAZIONE DEL CROMOSOMA X individuato da BARR nel 1948 Avviene negli individui di sesso femminile, per garantire che il set di geni sia equivalente agli individui di sesso maschile, uno dei due cromosomi X viene reso inattivo. Il processo di selezione è oggetto di studio, pare casuale, ma ha l’effetto di rendere uno dei cromosomi X talmente tanto ipercondensato da avere dimensioni molto ridotte. L’ipercondensazione avviene grazie al complesso di rimodellamento della cromatina, che viene richiamato da una sequenza di RNA non codificante detta Xist trascritta dal cromosoma stesso che andrà incontro alla ipercondensazione e che lo riveste completamente. IL SISTEMA DI ENDOMEMBRANE RETICOLO ENDOPLASMATICO è una rete continua di CISTERNE che si estende nel CITOPLASMA in continuità con INVOLUCRO NUCLEARE visto per la prima volta nel XIX secolo e studiato dagli anni ‘50 vi sono associati enzimi per BIOSINTESI delle PROTEINE per M. PLASMATICA per proteine da riversare nell’ambiente extracellulare per BIOSINTESI di LIPIDI per M. PLASMATICA per M. INTRACELLULARI RE RUGOSO RE LISCIO facilmente distinguibili MORFOLOGICAMENTE e con i LUMI in continuità sono presenti nelle cellule RELATIVAMENTE in base alle funzioni cellulari con ribosomi rivolti su lato citoplasmatico privo di ribosomi grosse sacche appiattite strutture tubulari RE RUGOSO dopo la traduzione, la sintesi delle PROTEINE avviene grazie ai ribosomi entrano nel lume del RE mentre vengono sintetizzate attraverso il TRASLOCONE (sistema co-traduzione) o dove vengono ancorate a MEMBR. del RE o dove vengono rilasciate nel LUME è anche sede dell’aggiunta e maturazione delle GLICOPROTEINE sede di processi di degradazione di proteine aberranti che vengono poi esportate verso PROTEASOMI CITOPLASMATICI per eliminazione sede dell’assemblaggio di PROTEINE MULTIMERICHE TRASLOCONE: formato da RECETTORE per SRP per aderire a membrana del R.E (particella di riconoscimento del segnale) da RECETTORE per RIBOSOMA per fissarlo da PROTEINA DEL PORO per il passaggio del polipeptide in allungamento da PEPTIDASI del segnale per rimuovere le sequenze segnale sede di ENZIMI specifici per modifiche co-traduzionali o post traduzionali come glicosilazione e aggiunta ponti di solfuro RE LISCIO permette la SINTESI dei LIPIDI di MEMBRANA come fosfolipidi e colesterolo i cui acidi grassi sono sintetizzati nel citoplasma e incorporati nel lato citoplasmatico del RE il cui trasferimento avviene se all’esterno di M.PLASMATICA grazie alle FLIPPASI (o traslocatore di fosfolipidi) altamente specifiche se verso le m. esterna di CLOROPLASTI e MITOCONDRI grazie alle proteine SCAMBIATRICI di fosfolipidi; permette la DETOSSIFICAZIONE di alcuni farmaci (molto sviluppata in EPATOCITI) grazie a proteine del gruppo citocromoP450 che tramite reazione di IDROSSILAZIONE (+COOH) li rende più idrosolubili permette il METABOLISMO di CARBOIDRATI (molto sviluppata in EPATOCITI) grazie a GLUCOSIO6FOSFATASI che scinde il glicogeno in glucosio-1-fosfato grazie a FOSFOGLUCOMUTASI che lo rende glucosio-6-fosfato permette IMMAGAZINAMENTO degli ioni calcio nel reticolo sarcoplasmatico delle fibre muscolari permette la biosintesi di ORMONI STEROIDEI e COLESTEROLO APPARATO DEL GOLGI è una componente del sistema di ENDOMEMBRANE associata fisicamente e funzionalmente al RE; permette la ulteriore maturazione di GLICOPROTEINE che vengono impacchettati e di LIPIDI distribuiti alle destinazioni cellulari richieste; è composto di CISTERNE appiattite e impilate a formare PILE: di numero variabile in base al tipo cellulare e alle attività metaboliche; con due facce quali, rete del CIS-GOLGI (CGN) a cui arrivano le vescicole con lipidi/proteine di neo-sintesi dal RE rete del TRANS-GOLGI (TGN) da cui gemmano le vescicole di trasporto esistono tra le due le CISTERNE MEDIANE dove avviene gran parte della maturazione di lipidi e proteine in realtà ha una STRUTTURA DINAMICA, perché appare circondato delle vescicole di trasferimento; Il flusso di LIPIDI/PROTEINE attraverso l’APPARATO DEL GOLGI avviene attraverso due modelli non mutualmente escludibili: delle CISTERNE STAZIONARIE in cui vescicole navetta gemmano da una cisterna e si fondono all’altra (la direzione è da CIS a TRANS) della MATURAZIONE delle CISTERNE in cui le cisterne sono transitorie e si formano all’acquisizione di enzimi e materiale “da maturare” (direzione da CGN a cisterne mediane a TGN) quando gli enzimi non sono necessari nei compartimenti finali, ritornano ai primi GLICOSILAZIONE delle PROTEINE ovvero l’aggiunta di catene glucidiche laterali a catene polipeptidiche che avviene in successione e in compartimenti specifici di RE e A. GOLGI a lato citoplasma del RE, verso l’esterno, avviene il trasporto e aggiunta grazie a una base di dolicòlo fosfato delle unità per la sintesi dell’OLIGOSACCARIDE CORE (2X NAG+ 9X MANNITOLO+3X GLUCOSIO) le FLIPPASI riportano verso il LUME del RE per aggiunta di glucosio e mannitolo quando il CORE OLIGOSACCARIDICO è completo si lega alla ASPARGINA presente sul polipeptide che è in corso di traduzione (glicosilazione co-traduzionale) CALNEXINA: promuove il corretto ripiegamento del polipeptide MOVIMENTO ANTEROGRADO dal RE → GOLGI → M. PLASMATICA (CGN a TGN) MOVIMENTO RETROGRADO è opposto da TGN a CGN dolicolo fosfato: lipide fatto di 17- 21 unità isopreniche data dal rilascio continuo indipendente da segnali extracellulari di contenuto tramite VESCICOLE di SECREZIONE che si fondono con la m.plasmatica come nel caso di CELLULE MUCIPARE che producono il MUCO l’indirizzamento avviene comunque grazie a brevi sequenze amminoacidiche SECREZIONE REGOLATA per cui le VESCICOLE di SECREZIONE IMMATURE prodotte da TGN che in un secondo momento vanno incontro a maturazione si avvicinano al SITO deputato alla secrezione nei pressi della M.Plasmatica e restano in attesa del segnale chimico o ormonale per riversare il contenuto: (sono brevi sequenze segnale ad indicare che le proteine siano circondate di vescicole secretorie, e l’aggregarsi di proteine di questo tipo impedisce probabilmente l’ingresso a proteine non secretorie) come nel caso dei NEUROTRASMETTITORI del rilascio di insulina da CELLULE β del PANCREAS dei GRANULI DI ZIMOGENO SECREZIONE POLARIZZATA dove avviene secrezione in una specifica estremità della cellula grazie ai SITI DI RICONOSCIMENTO in specifici domini della membrana il PROCESSO DI ESOCITOSI avviene in tappe: per in CELLULE ANIMALI, rilascio di ormoni, di muco… per in CELLULE VEGETALI, rilascio di proteine enzimi strutturali AVVICINAMENTO delle vescicole secretorie alla M. PLASMATICA FUSIONE delle vescicole secretorie alla M.PLASM. RIVERSAMENTO del contenuto nell’ambiente esterno in seguito alla fusione INTEGRAZIONE sulla M.PLASM. delle vescicole secretorie ed è garantito da MICROTUBULI e PROTEINE MAP ENDOCITOSI PROCESSO attraverso cui la cellula internalizza materiale da ambiente esterno, che si svolge: INVAGINAZIONE della M. PLASMATICA che forma una tasca con dentro macromolecole o altro proveniente dall’esterno RESTRINGIMENTO PROGRESSIVO della tasca CHIUSURA della M. PLASMATICA DISTACCO della vescicola formata che trasporta il materiale dall’esterno (con rimozione dei lipidi da membrana) si distingue in FAGOCITOSI, con ingestione di molecole solide (+ di 0.5 µm di diametro); in PINOCITOSI con ingestione di liquidi con molecole in sospensione o disciolte, che vengono racchiuse da pieghe di MEMB. subenti una strozzatura e trasformazione in VESCICOLE con trasferimento lento al CITOSOL che può servire per il nutrimento di organismi monocellulari come amebe e protozoi; che è rilegata a cellule specifiche in organismi pluricellulari come nei FAGOCITI; che inglobano materiale estraneo e MO invasivi (macrofagi+ neutrofili) che lo digeriscono grazie alla concentrazione interna di H202 di ACIDO IPOCLORIDRICO di OSSIDANTI il PROCESSO di FAGOCITOSI: contatto con CIBO/MO fa partire il processo PSEUDOPODO circonda l’oggetto che viene inglobato in FAGOSOMA (o VACUOLO FAGOCITARIO) che si può fondere con ENDOSOMA TARDIVO che può maturare direttamente in LISOSOMA ENDOCITOSI MEDIATA da RECETTORE è estremamente efficiente per assorbimento di specifiche molecole o sostanze come ORMONI come FATTORI di CRESCITA come ANTICORPI ecc.. avviene: LEGAME tra ligando e recettore corrispondente recettore si diffonde LATERALMENTE sulla M.P. per raggiungere regioni specifiche + ovvero FOSSETTE RIVESTITE ligando ACCUMULO di R+L innesca su lato citoplasmatico di membrana l’attivazione e accumulo di CLATRINA PROTEINA ADATTATRICE DI CLATRINA DINAMINA che permettono la CURVA di MP e l’invaginazione della fossetta rivestita DISTACCO dell’invaginazione e formazione di VESCICOLA RIVESTITA di CLATRINA RILASCIO del reticolo di clatrina (recycle su M. PLASMATICA) con formazione di VESCICOLA NON RIVESTITA che si fonde ad un ENDOSOMA PRECOCE che continua ad acquisire gli enzimi lisosomiali da TGN, diventando ENDOSOMA T. e poi LISOSOMA dove grazie ad ambiente più acido avviene il distacco di L+R e riciclo in M.P oppure a LISOSOMA per degradazione oppure TRASPORTO a TGN per sistema di endomembrane oppure TRANSCITOSI dove avviene il trasporto ad altre zone cellulari della M. Plasmatica dove avviene la SECREZIONE NB. SITUAZIONI VARIANTI: -R+L sono internalizzati e la cellula va incontro desensibilizzazione diventando meno responsiva; -recettori già concentrati in una zona della MEMBRANA e in seguito al LIGANDO avviene l’internalizzazione; ENDOCITOSI CLATRINA INDIPENDENTE come quella in fase fluida che avviene a velocità costante necessaria per compensare la perdita di lipidi di M.P. non avviene alcun intervento di selezione del materiale ingerito che viene comunque inviato a ENDOSOMA PRECOCE LE VESCICOLE con rivestimento di CLATRINA le cui unità strutturali sono RETICOLI DI TRISKELION formati di proteina con catena pesante x3 catena leggera x3 VELOCITÀ E PORTATA di endocitosi in FIBROBLASTI: circa 2500 invaginazioni al min ENDOSOMA PRECOCE: fusione vescicole da TGN da MEMBRANA PLASMATICA ENDOSOMA TARDIVO: composto di enzimi digestivi di nuova sintesi + materiale extracellulare/intracellulare per la digestione LISOSOMI È un organello di ENDOMEMBRANE contenente gli enzimi digestivi per le MACROMOLECOLO BIOLOGICHE, variabile in forma e dimensione. È circondato da una sola membrana per proteggere la cellula dagli enzimi litici contenuti quali IDROLASI ACIDE FOSFATASI PROTEASI e PEPTIDASI NUCLEASI LIPASI SOLFATASI GLICOSILASI Il cui ambiente interno è regolato acido da POMPE protoniche ATP dipendenti Scoperti in anni 50 da DeDuve e colleghi: in seguito a centrifugazione notano che una FOSFATASI ACIDA che pensavano fosse mitocondriale è invece associata ad altre particelle. Individuandone il ruolo litico, la definì LISOSOMA Solo tramite MISCROSCOPIA ELETTRONICA fu riconosciuto l’organello cellulare. SVILUPPO: gli ENZIMI sono sintetizzati da RIBOSOMI sul RE RUGOSO n l LUME del RE arrivano a TGN dove sono impacchettati in VESCICOLE ricoperte di CLATRINA si dirigono a ENDOSOMA PRECOCE che matura in TARDIVO, dove sono presenti le IDROLISI ACIDE inattive ATTIVAZIONE degli ENZIMI avviene in ambiente ACIDO reso tramite POMPE PROTONICHE ATP tramite trasferimento in LISOSOMA già attivo FUNZIONI: per nutrizione per difesa per riciclo delle componenti cellulari può avere diversi siti di attività (solitamente intracellulare) sono detti LISOSOMI ETEROFAGICI se contengono materiale extracellulare sono detti LISOSOMI AUTOFAGICI se contengono materiale intracellulare Sono coinvolti in FAGOCITOSI, dove i vacuoli fagocitari si fondono con ENDOSOMA PRECOCE in ENDOCITOSI MEDIATA da RECETTORE, dove le vescicole formano ENDOSOMA PRECOCE che maturano in TARDIVI e in LISOSOMI per digestione (ciò che non viene digerito, è detto CORPO RESIDUO che può essere espulso, accumulato nelle cellule che può essere utilizzato come per i MACROFAGI per “educare” le altre cellule del S. IMMUNITARIO) in AUTOFAGIA, ovvero la degradazione di componenti cellulari vecchi o inutili di due tipi: MACROFAGIA per cui avviene avvolto un organello da una doppia membrana formando VACUOLO AUTOFAGICO (AUTOFAGOSOMA) MICROFAGIA per cui si forma il V.A con un solo strato di membrana per racchiudere piccole parti di CITOPLASMA ESEMPI: maturazione degli eritrociti, per cui vengono distrutti la maggior parte degli organelli cellulari oppure cellule sottoposte a stress da digiuno per mantenere proprie funzioni, distruggendo anche le proprie strutture. in DIGESTIONE EXTRACELLULARE con cui gli enzimi sono liberati fuori dalla cellula es: degradazione da parte di spermatozoo per barriera dell’oocita MALATTIE da ACCUMULO LISOSOMIALE Sono oltre 40 e causate da deficit di specifici enzimi lisosomiali dal non trasporto del CORPO RESIDUO al CITOSOL da enzimi che sono secreti in ECM invece che in lisosomi Sono diagnosticabili in età neonatale, generando così la speranza di una terapia. GLICOGENESI di TIPO II: che garantisce troppo glicogeno in fegato, cuore e m. scheletrici per 1-4 glucosidasi difettosa SINDROME di HURLER date da degradazione errata di SINDROME di HUNTER GLICOSAMMINOGLICANI MALATTIA di TAY-SACHS Rara e che porta deterioramento mentale e motorio, con morte entro i 3 anni. Deriva da accumuli nei lisosomi di TESSUTO NERVOSO di GLICOLIPIDI. MALATTIA di GAUCHER Data da assenza o carenza di IDROLASI specifica che porta a ingrossamento di fegato, milza e ritardo mentale. VACUOLO Sono compartimenti presenti nelle cellule vegetali Hanno una biogenesi simile a quella del lisosoma: componenti sintetizzate dal RE, poi in A. GOLGI, poi in VESCICOLE RIVESTITE, verso un PROVACUOLO che matura fino a diventare funzionale. FUNZIONI: accumulo di soluti per mantenimento della pressione di turgore, necessaria per evitare l’avvizzimento della pianta regolazione del ph, quando presenti pompe protoniche ATP-dipendenti deposito di proteine (in SEMI), di malato nelle piante CAM di sostanze tossiche degli antociani, che danno il colore ai fiori di sostanze nutritive organiche e inorganiche di sostanze di rifiuto PEROSSISOMI Individuati in seguito ad ulteriori studi sui lisosomi; sono delimitati da una sola membrana, ma non di derivazione da RE; sono presenti in tutte le cellule ma in numero maggior in cellule renali ed epatociti degli eucarioti; Sono di dimensioni più ridotte ai mitocondri; La caratteristica distintiva è la presenza di CATALASI, essenziali per la degradazione del perossido di idrogeno (potenzialmente tossico) che si sviluppa nelle reazioni garantite da OSSIDASI, entrambe confinate nel perossisoma. Spesso contengono un core cristallino distinto, costituito da cristalli di urato ossidasi. FUNZIONI ESSENZIALI: METABOLISMO del PEROSSIDO di IDROGENO H2O2: che viene decomposto in due modi: - ossidandolo in O2 e riducendolo in H20 - riducendolo direttamente in 2x H20 senza che esso lasci mai il PEROSSISOMA DETOSSIFICAZIONE di COMPOSTI NOCIVI: funziona come una perossidasi, per composti nocivi per la cellula tramite detossificazione ossidativa (anche di composti nocivi reattivi dell’ossigeno) prevenendo l’accumulo nella cellula e il danno ossidativo β-OSSIDAZIONE degli ACIDI GRASSI: L'energia per la POLIMERIZZAZIONE è data da GDP (GUANOSINA TRIFOSFATO) che si lega a α e β tubulina (sola ad idrolizzarla), formando un CAPPUCCIO presente all’estremità positiva, favorendone la crescita In caso di SCARSITÀ di GDP, il cappuccio si indebolisce, il MT è instabile e avviene la CATASTROFE (distruzione del MT). STUDIO in VIVO dei MT Sono necessari per la creazione dei MT, dei MTOC (CENTRI D’ORGANIZZAZIONE DEI MT) a cui l’estremità (-) resta bloccata e solo l’estremità (+) si allunga: Nelle CELLULE EUCARIOTE è presente il CENTROSOMA dove troviamo la γ-tubulina a cui si lega (-) l’aggiunta avviene di fatto a (+); che è nei pressi del nucleo in sola copia se la cellula non è in divisione, altrimenti in duplice copia per la formazione del FUSO MITOTICO; da cui i MT vi si allungano a raggiera e solo nelle CELLULE ANIMALI presentano i CENTRIOLI all’interno (due cilindri cavi perpendicolari di 9 TRIPLETTE DI MT) poco nota la funzione, ma la cui assenza non permette il FUSO M. sviluppato correttamente CORPO BASALE che è il MTOC di ciglia e flagelli Nb: possono essere assenti i MTOC in alcune cellule: avviene quindi un allungamento dei MT alternato (nei neuroni) o una disposizione in fasci periferici (globuli rossi) APPENDICI MOTORIE dove i MICROTUBULI sono molto stabili sono circondati da MEMBRANA PLASMATICA, poiché si sviluppano da interno della cellula CIGLIA FLAGELLI sono corte appendici in alcune cellule sono lunghe proiezioni per la motilità per permettere il movimento dell’ in ambiente della cellula (spermatozoo) ambiente circostante alle cellule possiedono la STESSA STRUTTURA: la parte esterna e mobile è detta ASSONEMA, con MT organizzati in 9 coppie e 1 centrale (9+2), unite da proteine che donano una maggior stabilità; la parte interna e centro organizzativo, è detto CORPO BASALE con MT organizzati in 9 triplette, senza la coppia centrale (9+0). FARMACI che INIBISCONO l’instabilità dinamica dei MT COLCHICINA, favorente la demolizzazione di MT blocca la polimerizzazione (usata per il cariotipo cromosomi) CLASSE dei TAXANI, di origine vegetale usato come CHEMIOTERAPICO blocca i MT, bloccando il FUSO MITOTICO, portando a non divisione cellulare e la cellula con 2xDNA viene eliminata VINBLASTINA VINCRISTINA che provocano un'eccessiva aggregazione della tubulina NOCADAZOLO di origine solo sintetica che inibisce assemblaggio MT PROTEINE associate a MT: sono dette MAP possono essere NON MOTRICI per organizzare, fornire stabilità, favorire la polimerizzazione o la catastrofe: TAU che organizza i MICROTUBULI e li stabilizza in fasci +-TIP, che li stabilizza alle due estremità CHINESINE CATASTROFINE, che li destabilizza possono essere MOTRICI coinvolte nel TRASPORTO VESCICOLARE, che usano il MT come un supporto DINEINE CITOPLASMATICHE KINESINE fatte di CATENE POLIPETIDICHE che formano: STELO (parte allungata) che fornisce l’aggancio agli elementi cellulari da muovere PIEDI (parti globulari) che forma progressivamente un’interazione con MT e poi si dissocia (con consumo e variazione di forma data da legame con ATP) il movimento richiede sempre energia sotto forma di ATP riconoscono estremità (–) movimento del CARGO da (+) → (-) riconoscono estremità (+) movimento del CARGO da (-) → (+) DINEINE ASSONEMALI sono morfologicamente uguali alle D. CITOPLASMATICHE per evitare lo slittamento e produrre il movimento di FLESSIONE, MT e D. sono bloccati da proteine trasversali: si fornisce ANDAMENTO ONDULATORIO nel FLAGELLO si fornisce MOVIMENTO a COLPO di REMO in CIGLIA (date le dimensioni ridotte) β + ɣ = site in zone cellulari diverse e interazioni diverse con PLA MICROFILAMENTO α = muscolo specifica fatti di MONOMERI di ACTINA G, proteina globulare che è sempre coinvolta nel movimento che si polimerizza per formare ACTINA F, a forma di due catene parallele avvolte ad elica che può legarsi a PROTEINE LEGANTI ACTINA ; permette inoltre la formazione dei tessuti (garantendo il movimento) garantisce la FORMA DELLE CELLULE, come nel caso delle FIBRE DA STRESS con FILAMENTI spessi e stabili collegati indirettamente a membrana tramite proteine; il MOVIMENTO CELLULARE come nel caso di MIGRAZIONE CELLULARE tramite i LAMELLIPODI (estensioni temporanee di membrana plasmatica) e i FILOPODI (proiezioni sottili e digitiformi di membrana) sulle cui punte A. va polimerizzarsi e si sposta verso la base per connettersi alla M. Plasmatica con ADESIONE FOCALE; come nel caso di MOVIMENTO AMEBOIDE tipico di cellule con un citoplasma composto di strato interno più LIQUIDO (endoplasma) che va a gelificarsi nella punta dello PSEUDOPODIO strato esterno più SPESSO (gel) che tende a fluidificarsi nel margine opposto come nel caso di CORRENTI CITOPLASMATICHE per cui avviene movimento del citoplasma con aiuto di specifiche miosine ed è alla base del MOVIMENTO MUSCOLARE POLIMERIZZAZIONE avviene con una PRIMA fase lenta di NUCLEAZIONE e una SUCCESSIVA più rapida di effettiva CRESCITA con uso di ATP. Ciò avviene grazie alla CONCENTRAZIONE CRITICA di ACTINA G-ATP. Possiedono una POLARITÀ INTRINSECA con ESTREMITÀ APPUNTITA (-) consentono l'unione di cellule in tessuti e ancorano il citoscheletro alla superficie della cellula sono dipendenti da proteine di connessione vengono assemblate e disassemblate dinamicamente in risposta agli eventi, anche se appaiono statiche. di cui fanno parte le GIUNZIONI ADERENTI molto presenti nelle cellule epiteliali dipendenti da caderina (formata da domini ripetuti extracellulari da dominio transmembrana da estremità citosolica variabile) a cui si legano un gruppo di proteine: β-caderina con funzione adesiva e di segnalazione α-caderina che si lega ad ACTINAF caderina p 120 che stabilizza la caderina interagisce quindi con filamento di actina dal lato citosolico con dominio extracellulare di un'altra per formare omodimeri dal lato extracellulare ione Ca2+ si lega alle regioni extracellulari di caderina e la stabilizza nei vertebrati sono diverse e specifiche nei vari tessuti svolgono un ruolo importante nello SVILUPPO EMBRIONALE: E. di rana che viene privato di MRNA per la codifica perde la propria organizzazione; svolgono un ruolo importante per il collegamento tra CELLULE NERVOSE nell'embrione vengono smesse di essere espresse quando le cellule tumorali danno vita a METASTASI di cui fanno parte i DESMOSOMI aree simil bottone che garantiscono forte adesione presenti in cellule che devono resistere a stress meccanico, come della cute del muscolo cardiaco del collo dell'utero dipendono da proteine, che appartengono alla famiglia delle caderine, dette DESMOCOLLINE DESMOGLEINE (che formano il core del desmosoma nello spazio extracellulare tra le due membrane plasmatiche) alle cui estremità citosoliche si lega placoglobina a cui si lega desmoplachina, (ai FILAMENTI INTERMEDI) a cui si lega placofilina, per maggior stabilità (contenute nelle placche del desmosoma che si forma nel versante citoplasmatico) Sono coinvolte in adesione cellulare transiente anche: -LECTINE, che promuovono l'adesione legandosi a carboidrati -CAM, che fanno parte della superfamiglia di Ig possono dare a origine a interazioni omofiliche ed eterofiliche N e 1-CAM sono coinvolte nella crescita e l'organizzazione dei fasci di assoni ed in caso di mutazioni a carico del loro gene si ha difetto nel corpo calloso, che può portare a ritardo mentale; -SELECTINE sono glicoproteine di superficie per l’interazione tra i leucociti e l'endotelio del vaso sanguigno i LEUCOCITI rotolano grazie alle selectine sulle pareti del vaso da dove poi migrano per raggiungere il sito di infiammazione, se è necessario formare un legame più stabile entrano in gioco le integrine GIUNZIONI OCCLUDENTI (o Tight Junction, TJ) permettono la formazione di barriera tra cellula e ambiente esterno, sigillandole saldamente a cellule adiacenti, come in epitelio intestinale come in epitelio ghiandolare sono visibile al ME grazie a tecniche di criofrattura sono collegate a filamenti di ACTINAF sono garantite da PROTEINE TRANSMEMBRANA come OCCLUDINE come le JAM (molecole di adesione giunzionale, della superfamiglia delle Ig) come le CLAUDINE, composte di 4 domini transmembrana + 1 ansa extracellulare, che forse forma pori selettivi per il movimento paracellulare di ioni; che formano una stretta saldatura possono svolgere il ruolo di porte blindate impedendo il passaggio di fluidi, ioni, molecole tra le cellule possono svolgere il ruolo di blocco del movimento laterale di lipidi e proteine sulle membrane. GIUNZIONI COMUNICANTI che mettono in contatto il citoplasma di due cellule permettendo lo scambio di ioni e piccole molecole (COMUNICAZIONE CHIMICA ed ELETTRICA tra le cellule); sono garantite da CONNESSONI DIAMETRO: 7nm DIAMETRO del LUME: 3nm strutture transmembrana a forma di cilindro cavo, idrofilico, addossato ad un altro nelle cellule adiacenti secondo TESTA-TESTA nei vertebrati: sono composti di 6 subunità di connessina (tessuto specifiche) negli invertebrati: sono composti di innessina sono in numero variabile in ogni giunzione sono abbondanti nei T. NERVOSO T. MUSCOLARE CARDIACO T. MUSCOLARE MATRICE EXTRACELLULARE STRUTTURA EXTRACELLULARE FIBRA STRUTTURALE COMPONENTI DELLA MATRICE IDRATATA MOLECOLE ADESIVE CELLULE ANIMALI ECM COLLAGENE + ELASTINE PROTEOGLICANI FIBRONECTINE LAMININE CELLULE VEGETALI PARETE CELLULARE CELLULOSA EMICELLULOSA+ ESTENSINE PECTINE comprende quei materiali extra cellulari fondamentali alla funzione e alla forma del tessuto; negli animali la MEC ha caratteristiche differenti in tessuto osseo in tessuto cartilagineo in tessuto connettivo (la MEC specializzata si ha negli epiteli: lamina basale) È composta da tre classi di molecole: PROTEINE STRUTTURALI (o fibre strutturali) tra cui i collageni sono fibre per fornire resistenza meccanica alla trazione sono secrete da cellule specializzate, i FIBROBLASTI nei tessuti connettivi di cui esistono 15 tipi diversi (da 25 tipi di catene α diverse anche tessuto specifiche) ma con caratteristiche in comune: formati da 3 catene α avvolte tra loro per formare un'elica rigida destrorsa un elevato contenuto di glicina + amminoacidi rari e altamente specifici, quali idrossiprolina e idrossilisina contengono inoltre la sequenza glicina +prolina +idrossiprolina ripetuta sono disposti in FASCI nella MEC e visibili a tramite SEM BIOSINTESI: formate 3 catene α dai ribosomi e rilasciati nel LUME del RER dove avviene idrossilazione + glicosilazione funzionano da recettori altamente specifici (TRANSMEMBRANA), anche per fibronectine e laminine (α5 β1 per F. e α6 β1 per L.). sono formate da subunità α e β di dimensioni variabili sul versante extracellulare si legano a proteine della MEC sul versante citosolico si legano indirettamente al CITOSCHELETRO attraverso le ADESIONI FOCALI dove le INTEGRINE sono collegate a proteine di connessione come la talina come la vinculina come la α-actinina a FILAMENTI DI ACTINA attraverso gli EMIDESMOSOMI che ricordano la metà di un desmosoma soprattutto nelle cellule epiteliali, dove le INTEGRINE sono collegate a una PLACCA DENSA (formata di plachine) che si ancora ai FILAMENTI INTERMEDI sono fondamentali per la resistenza meccanica; sono inoltre coinvolte anche nelle vie di SEGNALAZIONE INTRACELLULARE: cellule attaccate a strati ECM vanno incontro a divisione se si impedisce loro l’attacco queste vanno incontro ad APOPTOSI (fenomeno della CRESCITA ANCORAGGIO-DIPENDENTE) SUPERFICIE DELLE CELLULE VEGETALI sono note delle caratteristiche distintive: PARETE CELLULARE: struttura rigida che circonda le cellule vegetali, ne rende impossibili i movimenti, sopporta la pressione di turgore ed è barriera di permeabilità per grosse molecole e non per ioni, acqua, gas, zuccheri e aminoacidi. consiste di cellulosa (molecole fibrose) con struttura nastriforme che si associano a formare le MICROFIBRILLE di C intrecciate come delle corde in MACROFIBRILLE di CELLULOSA immersa in reticolo di emicellulosa (polisaccaride composti di glucosio o xilosio ripetuti con corte catene laterali per formare un reticolo rigido) e pectine (polisaccaridi ramificati di acido galatturonico, a carica negativa, quindi capaci di intrappolare l’acqua) e estensine (glicoproteine bastoncellari, che si legano a simili a cellulosa con legami crociati per direzionarne la crescita; sono molto presenti nelle strutture di supporto meccanico) le componenti sono secrete in modo sequenziale: LAMELLA MEDIANA composta di pectine ed è sprovvista di cellulosa permette di legare acqua è lo strato in comune tra le due pareti delle cellule e le cementa tra loro le cui componenti come polisaccaridi e proteine si formano da vescicole del TGN durante la divisione in cellule figlie contiene anche enzimi per il suo rimodellamento PARETE PRIMARIA che si forma quando la cellula è in crescita la parte preponderante è composta di acqua (70%) e il restante in EMICELLULOSA, MACROFIBRILLE di CELLULOSA e proteine strutturali (da + a -) ha un’organizzazione lassa PARETE SECONDARIA se presente lo è solo in cellule che hanno cessato di dividersi ha funzione di sostegno meccanico, difesa di limitare la perdita di acqua è presente la maggior quantità di cellulosa, è assente l’acqua può subire LIGNIFICAZIONE: sostituzione di LIGNINA tra le fibrille di cellulosa, è una modificazione idrofobica; SUBERIFICAZIONE deposizione di SUBERINA (polimero di acidi grassi) per aumentare l’impermeabilità e la resistenza agli agenti chimici e parassiti; CUTINIZZAZIONE: CELLULOSA: polisaccaride strutturale composto migliaia di unità di β-D-glucosio collegati tra loro da legame β 1→4 (CELLOBIOSIO è il monomero) deposito di CUTININA sullo strato più esterno dell’epidermide delle parti aeree polimero di acidi grassi idrolizzati con il fine di impermeabilizzazione e resistenza a patogeni ed insetti può depositarsi anche uno strato di CERE che possono dare maggior impermeabilizzazione MINERALIZZAZIONE impregnazione della parete delle cellule epidermiche di foglie con silicati e carbonati per una maggior difesa e resistenza meccanica LA CELLULOSA è prodotta su M. PLASMATICA da complessi ENZIMATICI detti ROSETTE che si muovono lateralmente sulla membrana per garantire una disposizione ordinata, che sono collegate ai MICROTUBULI PLASMODESMI: sono canali citoplasmatici tra cellule vegetali adiacenti, rivestiti dalla membrana plasmatica delle cellule; sono anche percorsi dal DESMOTUBULO che mette in relazione i due RE; permettono inoltre il passaggio di molecole grandi, come RNA e anche VIRUS; ENZIMI sono catalizzatori biologici, in grado di accelerare le reazioni chimiche di molte volte per essere compatibili con la vita; hanno caratteristiche distintive: capacità di riconoscimento di strutture (dette substrato) specifiche capacità catalitica, di svolgere la reazione sono regolabili, per regolare attivare o spengere una reazione sono perlopiù di natura proteica, escludendo i RIBOZIMI formati di RNA per svolgere le REAZIONI CHIMICHE è necessario oltrepassare una certa soglia energetica, detta ENERGIA DI ATTIVAZIONE: l’enzima lavora su questa abbassandola. l’enzima deve formare il complesso enzima-substrato, per facilitare la trasformazione dei reagenti nel prodotto, che è transitorio. al termine della reazione l’enzima non subisce modificazione chimica e può dare origine a una nuova reazione chimica Permette di DONARE un gruppo fosfato nelle reazioni biologiche e ACCETTARE un gruppo fosfato, diventando così un mezzo reversibile per conservare, rilasciare e trasferire energia nella cellula. ATP non è il solo modo di immagazzinamento cellulare ma anche GTP e coenzimi ridotti come il NADH. La sintesi di ATP avviene con un processo detto, FOSFORILAZIONE del SUBSTRATO per cui viene trasferito da un SUBSTRATO il gruppo P a un ADP da parte di enzimi. METABOLISMO ENERGETICO CHEMIOTROFO comprende le vie e reazioni attraverso cui le cellule catabolizzano i nutrienti, provocando rilascio di energia libera che viene conservata da ATP; implica delle reazioni redox: ossidazione è la rimozione di elettroni (reazione altamente esoergonica) in chimica biologica comporta anche la rimozione di ioni idrogeno quindi si ha una reazione di DEIDROGENAZIONE riduzione è l’acquisizione di elettroni in chimica biologica comporta anche la acquisizione di ioni idrogeno quindi si ha una reazione di IDROGENAZIONE sono reazioni che avvengono in simultanea, perché se rimossi e- e H+ DEVONO essere aggiunti ad un’altra molecola, i COENZIMI. che sono piccole molecole con funzioni di trasporto di e- ed H+ NICOTINAMIDE ADENIN DINUCLEOTIDE o NAD+ riceve gli 2x e- + H+ rimossi da parziale ossidazione del GLUCOSIO, riducendosi in NADH; non si consuma nella reazione, ma avviene un riciclo continuo nella cellula il nicotinamide è un derivato della niacina (VITAMINA B) FLAVIN ADENIN DINUCLEOTIDE o FAD riceve 2x e- + 2H+ da ossidazione del GLUCOSIO, riducendosi in FADH2; nella sua struttura è contenuta la riboflavina, una VITAMINA B la maggior parte degli organismi chemiotrofi soddisfa il proprio fabbisogno energetico grazie alle reazioni di ossidazione: alcuni utilizzano come fonti energetici composti inorganici; la maggior parte utilizza come fonti di energia (substrati ossidabili) i carboidrati, i lipidi e le proteine. il GLUCOSIO (C6H12O6) è uno zucchero a sei atomi di carbonio è la principale fonte di energia per le cellule degli organismi vertebrati perché deriva dai carboidrati sia disaccaridi come saccarosio, sia polisaccaridi come amido e glicogeno è importante per le piante, perché è presente nel saccarosio contenuto nel sistema vascolare delle piante e viene ricavato dall’amido la sua ossidazione è un processo altamente esoergonico, con un ΔG=-686 kcal/mol con O2 come accettore finale di e- che viene ridotto ad acqua il valore è ottenibile solo se completamente ossidato a CO2 e H20 ed è ottenibile con la RESPIRAZIONE AEROBIA in presenza di ossigeno ed è ottenibile con la RESPIRAZIONE ANAEROBIA da alcuni organismi con accettori diversi dall’ossigeno, quali zolfo NB: l’energia libera non è influenzata dalla via percorsa: ha lo stesso valore in caso di combustione ma si disperde sotto forma di calore ha lo stesso valore in caso di oss. biologica senza variazione di T ma conservata in ATP sulla base della dipendenza dell’ossigeno per le vie metaboliche posso classificare gli organismi in: ANAEROBI OBBLIGATI, crescita solo in assenza di ossigeno AEROBI OBBLIGATI Per crescita ossigeno è necessario ANAEROBI AEROTOLLERANTI metabolismo anaerobio, ma ossigeno non dannoso AEROBI ANAEROBI FACOLTATIVI metabolismo aerobio, ma possono crescere sia in presenza sia in assenza di ossigeno MICROAEROFILI metabolismo aerobio, tensione di ossigeno più bassa di quella atmosferica RESPIRAZIONE AEROBIA è un via catabolica praticata sia dalle cellule eucariote animali e vegetali sia dai batteri a livello cellulare garantisce il consumo di O2 e la produzione di CO2 a livello polmonare, garantisce espulsione di CO2 ed ingresso di O2 PERMETTE di RICAVARE ENERGIA dalle sostanze nutrienti e garantisce la produzione di ATP; è didatticamente divisa in quattro fasi: GLICOLISI è una via metabolica antica e virtualmente praticata da tutti gli organismi è una via comune di preparazione sia al metabolismo aerobio sia anaerobio avviene nel CITOPLASMA è necessaria perché permette di trasformare il GLUCOSIO in molecole più semplici, meno stabili e che permettano il rilascio dell’energia libera contenutavisi GLUCOSIO in prodotto finale 2x ACIDO PIRUVICO o PIRUVATO (C3H4O3) si compone di prime cinque fasi o di investimento energetico di 2 ATP per crearmi FRUTTOSIO 1-6 DISFOSFATO (un isomero del glucosio) che è più instabile e subendo IDROLISI da ALDOLASI si scinde in GLICERALDEIDE 3 FOSFATO DIDROSSIACETONFOSFATO e delle restanti cinque fasi: di catabolismo e che permettono il rilascio di energia in cui la GLICERALDEIDE 3 FOSFATO che è il substrato per le reazioni di DEIDROGENAZIONE che mi permettono di ottenere il PIRUVATO permettendo come RESA FINALE: 2 ATP 2NAD+ ridotti in 2NADH 2 PIRUVATO FORMAZIONE DI ACETILCOA che avviene nel MITOCONDRIO il PIRUVATO entra nello spazio intermembrana attraverso le porine presenti su M. ESTERNA entra nella MATRICE tramite TRASPORTO ATTIVO INDIRETTO con SINPORTO H+/piruvato è sottoposto a reazione di DECARBOSSILAZIONE OSSIDATIVA da parte di enzimi, coenzimi e proteine regolatrici che fanno parte del complesso della piruvato deidrogenasi: una parte di energia ricavata viene accumulata in NAD+ ridotto in NADH una parte di energia viene usata per formare il legame con il CoA (contenente una VITAMINA B)