Biologia animale e vegetale, Sbobinature di Biologia Animale

Scarica Biologia animale e vegetale e più Sbobinature in PDF di Biologia Animale solo su Docsity! Appunti di BIOLOGIA ANIMALE E VEGETALE CHIMICA E TECNOLOGIE FARMACEUTICHE INDICE 11 29 32 35 41 65 73 76 Organismi viventi Cellula procariote Cellule eucarioti 12 Membrana 19 Organuli Energia Metabolismo Fotosintesi DNA 46 Replicazione 49 Espressione dell’informazione genica 54 Maturazione dell'RNA 55 Sintesi proteica 61 Regolazione dell'espressione genica Divisione cellulare 65 Mitosi 69 Meiosi Mendel e l’ereditarietà Virus BIOLOGIA ANIMALE E VEGETALE ingrandimento dell’obiettivo per l'ingrandimento oculare); potere risolutivo, capacità di distinguere due punti molto vicini tra loro; dunque, fino a quando il microscopio li percepisce come distinti e non come unica massa, che dipende dall’ingrandimento e dalla fonte di illuminazione (minore è A, maggiore sarà il potere risolutivo). ELETTRONICO Ha un maggior potere risolutivo rispetto a quello ottico. Ha una forte illuminazione. L’ingrandimento è più piccolo di A. Un fascio di elettroni viene generato da un filamento di tungsteno riscaldato (A= 0,1/0,2*10? m, minore rispetto alla luce visibile). Le lenti sono elettromagneti. La visualizzazione delle immagini avviene su lastra fotografica o su schermo fluorescente. Esso è in grado di ingrandire fino a un milione di volte. Due punti vengono visti distinti fino a 0.7*10° m. Il microscopio elettronico può essere: ® a trasmissione, Germania 1932, permette di vedere piccole sezioni di quello che vogliamo vedere come fettine di dimensioni 20-50 nm. Vengono fatte così sottili con vetromicrometro. Un fascio di elettroni attraversa la sezione del campione. ® a scansione, un campione viene rivestito da uno strato sottile di oro (o altri metalli) e vengono sparati elettroni su di esso. Vengono sparati elettroni primari (da Tungsteno). L'intensità del fascio dipende dalla superficie dell'oggetto osservato. Si vedono elettroni secondari generati dall’interazione tra quelli del tungsteno e quelli dell'altro metallo. Il microscopio elettronico da una visione tridimensionale dell’oggetto. Dunque: ottico + interezza ma no struttura interna e tridimensionalità a trasmissione + grande risoluzione e ingrandimento a scansione+> visione tridimensionale. ATOMO E’ la più piccola porzione di un elemento che mantiene tutte le proprietà di quell’elemento che mantiene tutte le proprietà di quell’elemento. E’ composto da elettroni, protoni e neutroni. Il 98% degli organismi viventi è costituito da H, C, N, O, P, S (questi ultimi sono solo il 2%). L’atomo si lega in base alla presenza di elettroni di valenza e secondo la regola dell’ottetto (deve avere 8 elettroni nello strato di valenza), tranne l'idrogeno e l’elio che hanno un guscio esterno con due elettroni. LEGAMI | legami possono essere: 1) COVALENTE: vengono condivisi 2 elettroni che orbitano intorno ad entrambi gli atomi. E’ la forma più stabile dove è necessaria una maggiore energia per romperla. Es: H:0 dove ogni H condivide un elettrone con l'ossigeno. Il legame covalente può essere polare, con una diversa distribuzione dove gli elettroni tendono a restare più in orbita in O perché è più elettronegativo ed attrae maggiormente gli elettroni. Per questo in H.0 abbiamo una separazione di cariche. Altrimenti è apolare, dove la disposizione è la stessa perché l’elettronegatività è la medesima (es 0.). 2) IONICO: avviene tra due ioni, dunque due molecole con carica. Uno cede elettroni (catione) ed uno riceve elettroni (anione). Tra i due ioni c'è una forte attrazione elettrica. BIOLOGIA ANIMALE E VEGETALE 3) A IDROGENO: tra H*, atomo con parziale carica positiva in una molecola (elettroneg.), legato covalentemente a 0-0 a N, che hanno una parziale carica positiva. Questo legame è fondamentale in biologica perché, nonostante sia debole in sé per sé, in quantità levate diviene fondamentale. Ad esempio, interessa l’acqua, le proteine e le basi complementari del DNA. 4) LEGAMI DEBOLI: come le forze di Van der Waals, tra molecole apolari dove non c'è affinità per H.0. ACQUA L'acqua occupa il 70% del nostro peso corporeo, il 90% nelle meduse. Ogni molecola ha 4 legami ad H (2 da 2H e 2 da 20). | legami ad H danno caratteristiche fisico-chimiche che determinano gli STATI: ® liquido, tanti legami ad H ma di breve durata, millisecondi e solido, meno temperatura dunque si muovono meno formando il maggior numero di legami ad H. La lunghezza del legame è maggiore ed è meno denso (infatti il ghiaccio galleggia sull'acqua). Esso permette la vita in quanto isola l’acqua sotto di sé facendo sì che questa non si congeli ® gassoso. CALORE SPECIFICO Il calore specifico è il calore da fornire ad 1 g di H.0 per far aumentare la sua temperatura di 1°C. Nell’acqua è elevato; infatti, la variazione di temperatura in grandi masse varia solo di qualche grado. Quando diamo calore, si rompono i legami a H. Una volta che i legami sono rotti, le molecole iniziano a muoversi. Per agitazione termica si crea altro calore. L’evaporazione è difficile. COESIONE: capacità delle molecole di rimanere vicine tra loro interagendo ADESIONE: interagire con molecole polari. Es: i vasi capillari dove la coesione permette di andare in condizioni opposte alla gravità, risalendo il tronco degli alberi. SOLVENTE Na* e CI in H;0 con le sue cariche parziali interagisce sulla superficie del sale. Idratazione: il sale si scioglie perché gli ioni sono attratti da cariche di HO piuttosto che dal legame ionico. | soluti polari o idrofili sono solubili in H0 per legami a H con H:0 (es. alcol, gruppo carbonilico, carbossilico e amminico). | soluti apolari idrofobici interagiscono tra di loro per minimizzare l'interazione con H20 (es. membrane cellulari dove i fosfolipidi minimizzano il contatto con H:0). CARBONIO Il carbonio fa 4 legami covalenti, poiché ha solo quattro elettroni esterni per l’ottetto. L'energia di legame è la quantità di energia necessaria per rompere una mole di legame. Il carbonio permette di costruire catene molto estese formando molecole di grandi dimensioni. Può fare legami singoli, doppi e tripli (riducono la rotazione della molecola intorno al suo asse). Il carbonio ha anche dei gruppi funzionali che determinano la solubilità in acqua e la reattività. Gli isomeri hanno la stessa formula molecolare ma una diversa formula di struttura. Possono essere: e strutturali, come l’etanolo e il dimetiletere (C2H6O); e geometrici, avvengono solo dove c'è il doppio legame e non c'è rotazione. Possono essere trans (parti opposte rispetto al doppio legame) o cis (stessa parte rispetto al doppio legame); ® enantiomerio stereoisomeri, con 4 legami covalenti a formare un tetraedro. Il carbonio è legato a 4 gruppi differenti con 4 legami covalenti e si osservano due differenti conformazioni spaziali l’una BIOLOGIA ANIMALE E VEGETALE speculare all'altra (dunque non sovrapponibili). Questa conformazione è asimmetrica. MACROMOLECOLE Le macromolecole sono suddivise in proteine, aci e carboidrati. | lipidi non sono sintetizzati da monomeri, dunque non sono macromolecole. Le proteine occupano il 50% e sono indispensabili per le funzioni vitali. Gli acidi nucleici occupano il 25% e sono i depositari dell’informazione genetica. | carboidrati hanno funzione strutturale o energetica. | lipidi sono meno abbondanti e sono l’elemento di base delle membrane biologiche e hanno funzione di riserva energetica (trigliceridi). i nuclei MONOMERO >è l’unità strutturale più piccola. Quando due di questi interagiscono tramite un enzima specifico avviene una reazione di condensazione (-1H.0) andando a creare un legame covalente tra i due (così per tutte le macromolecole). Facendo così si aggiungono monomeri e si formano delle catene. La reazione di idrolisi prevede l'aggiunta di una molecola d’acqua (+1H.0) per rompere il legame covalente, andando a dividere il monomero dalla catena. Il monomero ha un'elevata reattività: deve essere attivato con molecole energetiche (es. ATP 0 GTP) che forniscono l’energia per legare il monomero ad un trasportatore; due monomeri attivati, grazie ad un enzima, subiscono una reazione di condensazione andando a rilasciare una molecola di trasporto; infine, avviene la polimerizzazione, ovvero l'aggiunta di successivi monomeri attivati (Mn) al polimero già costituito da n unità monometriche, con rilancio della molecola di trasporto legata all’n-esima unità. Le macromolecole hanno una direzionalità poiché le due estremità sono chimicamente differenti. PROTEINE Funzioni: enzimi (catalizzatori biologici); strutturali; di difesa; di mobilità; regolatrici trasportatrici; ormonali; recettoriali; di immagazzinamento. ene ame ll monomero delle proteine è l’amminoacido. All’interno di questo ci sono tutti legami Di covalenti. La catena laterale varia per ogni amminoacido (ne sono presenti 20 tipi diversi). Gli amminoacidi si legano tra loro tramite legami peptidici (i due idrogeno del gruppo amminico si legano con l’ossidrile del gruppo carbossilico). da) Gli amminoacidi possono essere polari o apolari. L’amminoacido basico ha la carica +, mentre quello acido ha la carica -. Le piante e i batteri possono sintetizzare tutti i 20 amminoacidi mentre gli animali possono sintetizzarne solo alcuni (a seconda dell’animale). Alcuni amminoacidi, detti essenzia devono essere integrati con la dieta. |, non sono sintetizzati dall'uomo e _Schletro del polipeptide Le proteine sono l’insieme di più polipeptidi per il funzionamento 4 4 > multimerica (es. emoglobina 2a e 2). (6) Legna disolfuro :Hy—CSOREHOE-CH; (b) Legame a idrogeno RIPIEGAMENTO PROTEINE: o Ì TOH-CHy-CH,y-CH-NHjTO®-C—CHS (€) Legame ionico ® struttura primaria, sequenza di amminoacidi legati da legame disolfuro; ® struttura secondaria, dove il polipeptide si ripiega a formare un’alfa elica o un beta foglietto e il legame è a idrogeno; ® struttura terziaria, dove alcune strutture secondarie si associano in maniera specifica, con legame ionico tra amminoacidi basici e acidi; {@) Forze di van der Waais e interazioni idrofobiche BIOLOGIA ANIMALE E VEGETALE CELLULA PROCARIOTE e Nonè presente il nucleo > il materiale genetico è in una regione chiamata nucleoide dispersa nel citoplasma e Noncisonoorganuli delimitati da membrana ® La pareteè all’esterno della membrana e Sonodivise in due domini: batteri e archea (più simili agli eucarioti rispetto ai procarioti) * sonounicellulari. Si classificano sulla base della morfologia (a seconda della forma) in: ® cocchi, con forma sferica ® bacilli, con forma cilindrica e vibrioni, con forma a virgola ® spirilli, con formaa spirale. Si classificano anche in base al modo in cui si aggregano fra di loro, nonostante rimangano indipendenti tra di loro, in: e diplococchi, gruppi di due ® streptococchi, disposti in catenelle ®. stafilococchi, disposti a grappolo. MEMBRANA PLASMATICA La membrana plasmatica è composta da fosfolipidi, molecole antipatiche con una parte idrofila (gruppo fosfato polare) e una idrofoba (acidi grassi). Essendo un doppio strato, la parte idrofobica è rivolta verso l'interno dove avvengono interazioni tra loro stabili. Qui dentro, le molecole proteiche trasportano gli enzimi (è sede del metabolismo energetico) e sono presenti anche le pompe ioniche. Non è presente il colesterolo (solo negli animali) ma ci sono i FITOSTEROIDI. La membrana presenta delle invaginazioni, per ovviare il problema della non compartimentazione subcellulare, che fa da membrana al dentro della cellula. PARETE CELLULARE La parete cellulare protegge l'organismo, dà forma e regola l’equilibrio idrico. Essa è formata dal peptidoglicano, un disaccaride composto da N-acetilglucosammina e l'acido N-acetilmuramico. Le catene vengono tenute insieme da una piccola catena di polipeptidi di 3-4 amminoacidi (che possono essere anche di tipo D), a seconda della specie considerata. | batteri, in base alla parete cellulare di peptidoglicani si dividono in: e gram positivi, spesso strato di peptidoglicano all’esterno della membrana tra i 20-80 nm; e gram negai parete. La membrana esterna presenta un doppio strato di fosfolipidi con la presenza di una , sottile strato di peptidoglicano con la presenza di una membrana all’esterno della molecola lipopolisaccaride (sia lipide che polisaccaride). C'è un forte potere di induzione della risposta immunitaria quando i batteri infettano un ospite. COLORAZIONE DI GRAM > riflette le caratteristiche strutturali della parete che permette di utilizzare gli antibiotici o altri. Consiste nel trattare i batteri con delle soluzioni: 1) Soluzione dicristalvioletto, con la quale sia i gram+ che i gram- vengono colorati di viola; BIOLOGIA ANIMALE E VEGETALE 2) Soluzione colorazione viola; 3) Lavaggio in alcol, disidratando le pareti, che porta ad una distinzione poiché nei gram+ lo strato di iodio di Gram, con la quale si formano dei complessi di cristalvioletto-iodio, sempre di peptidoglicano intrappola il complesso colorato mentre nei gram- l'alcol ha un effetto minimo sulla parete di peptidoglicano, non riuscendo a trattenere il complesso colorato; 4) Soluzione di safranina (colorante rosso), che non ha effetti sui gram+ ma colora invece in rosso le cellule incolori di gram-. rAgpicaz©e — MQ aiccicaion MY rvencetenzo Qi ce dol eristalicletto dollo iodio di Gram un lavaggio in aledi di safranina (cobranta rosso) do do do Grampositvi Gram-nogatvi-—Gramposttvi | Gram negativi Gram-posiivi | Gram-negativi-—Grampostivi | Gram-nogativi —% n — beni “ — — —u è» — — — = — » L'alco csiata | L'alcolhaun All'intemo delle collule si formano lo. ‘strato affetto minimo 1 colorante Rootorente dei compienei colorati PO e riopola sulla sottile rosso non ha colora di rosso Entrambe le parti dol collo Sistugiono 090. Tute icone pareto di PÒ. ‘acunefteto. © locelluie incorporano ll colorante lo cellule si colorano. Questa colorazione porta a decidere in eventuali casi quali antibiotici utilizzare. INTERNO DELLA CELLULA ACIDI NUCLEICI > Il DNA non è nel nucleo ma nel citoplasma, nel nucleoide. Il genoma è costituito da un’unica molecola di DNA circolare (sempre a doppia elica). Ci possono essere una o più copie ma solo di quell’unica molecola. PLASMIDI > molecole di DNA circolari facoltative che non contengono geni batterici. Presentano le informazioni per gli enzimi accessori per vie metaboliche per informazioni per la resistenza agli antibiotici. Sono in forma libera o integrate nel genoma con interventi di ricombinazione. Possono replicarsi in maniera indipendente dal DNA principale (ci sono più copie dello stesso plasmide). RIBOSOMI > sono organuli (sia nei procarioti che negli eucarioti) che non hanno una membrana e sono costituiti da molecole di RNA e proteine. presentano due subunità, una minore e una maggiore, che si associano a dare il ribosoma funzionante. Nei ribosomi ha luogo la sintesi proteica e il messaggio dei geni viene tradotto in una sequenza di amminoacidi. E' l’unico organulo (senza membrana però) che hanno in comune sia eucarioti che procarioti. CAPSULA > è una struttura facoltativa composta da polisaccaridi e proteine all’esterno della parete cellulare. Ha la funzione di facilitare l'adesione (es. i batteri della placca) e di protezione contro la fagocitosi (una delle risposte del nostro sistema immunitario). Infatti alcuni batteri sono patogeni (causano malattie) solo se dotati di capsula (es. /o streptococcus pneumoniale è virulento e causa la polmonite solo se presenta la capsula). FLAGELLI o CIGLIA > sono strutture facoltative di dimensioni elevate (lunghi quanto il batterio stesso) che conferiscono movimento alla cellula. Sono composti da proteine e divisi in tre zone: corpo basale, ancora il flagello alla parete ed è il motore del flagello con dei dischi appiattiti; zona ad uncino; filamento di natura proteica cavo. Utilizzando l'energia dal corpo basale viene attuato un movimento rotatorio dell’uncino e del filamento in senso antiorario e il batterio subisce un movimento in avanti. | batteri senza flagello si muovono per scivolamento o contrazione. BIOLOGIA ANIMALE E VEGETALE PILI > sono strutture facoltative più corte dei flagelli e hanno la funzione di favorire il contatto batterio- batterio o batterio-superficie. | pili sessuali trasferiscono l'informazione genetica tra cellule. SPORE > sono strutture facoltative presenti solo quando l’ambiente è sfavorevole. E' una forma di resistenza che permette di sopravvivere quando i batteri disidratati sono in una condizione di quiescenza. Quando le condizioni ritornano agevoli la parete si rompe e il batterio ricomincia. Non sono mai state identificate delle spore negli archea: riescono a vivere in condizioni sfavorevoli perché riescono a produrre degli enzimi che si localizzano sulla superficie cellulare e li proteggono da condizione avverse (no forme quiescenti). COLONIZZAZIONE > i batteri colonizzano in vari ambienti e sono la forma vivente più presente sulla Terra. essi hanno un ruolo ecologico perché alterano le condizioni atmosferiche e riescono a convertire N in una forma utilizzabile da altri organismi (effetto positivo) però hanno effetti patogeni (effetto negativo). ESEMPI DI BATTERI RIZOBI > hanno gram negativi e sono presenti nelle radici. Essi trasformano l’azoto atmosferico in una forma utilizzabile dalle piante (e dai rizobi stessi). Essi colonizzano in parte le radici e in parte diventano noduli. Mutualismo è rizobio: sostanza organica della pianta pianta: favorita nella sua crescita dai rizobi perché trasformano N. (gassoso) in NH3 usato nella pianta. IDROFORERE + ha gram negativi e causa il colera. HELICOBACTER > vive nel tratto gastrointestinale e causa ulcere allo stomaco, ha gram negativo. STREPTOMYCES > ha gram positivo e sintetizza gli antibiotici. CLOSTRIDI > sono i batteri del tetano e del botulismo (avvelenamento alimentare molto pericoloso), anaerobi (crescono in assenza di ossigeno). CIANOBATTERI > hanno gram negativi e possono svolgere la fotosintesi. Sono stati i primi ad averlo fatto trasformando l'atmosfera della Terra da riducente ad ossidante. ARCHEA Non sono spore e non sono mai stati riscontrati archea dannosi per l’uomo. Non hanno peptidoglicani nella parete. Presentano lipidi insoliti nella membrana plasmatica. La loro RNA polimerasi è più simile a quella degli eucarioti (regno vicino). Vivono in Habitat estremi: TERMOFILI ESTREMI, vivono a temperature estremamente alte (>80 °C) o basse (1,8 °C) e pH 1-2 (acido) METANOGENI, sono anaerobi obbligati che producono metano per riduzione di CO., sono presenti anche nel tratto digerente di alcuni animali ALOFILI ESTREMI, per sopravvivere necessitano di quantità di Na* elevate, infatti sono presenti nel Mar Nero, molto salato. | batteri sono importanti dal punto di vista evolutivo ed ecologico. Essi utilizzano il materiale organico da esseri viventi in decomposizione, che altrimenti si accumulerebbe nella biosfera e risulterebbe dannoso. Invece, così facendo, viene recuperato e immesso nei cicli vitali. La fissazione del carbonio è importante nella fotosintesi poiché da inorganica si passa ad organica. La fissazione dell’azoto coinvolge i rizobi. 10 BIOLOGIA ANIMALE E VEGETALE 5) Furono fatte misurazioni scientifiche e si misurò che il doppio strato aveva uno spessore di 6-8 nm (di cui 3-4 dei fosfolipidi), troppo piccolo per poter ospitare proteine globulari. Inoltre è difficile che queste si strutturino a formare delle lamelle. Il rapporto tra proteine e lipidi è variabile da cellula a cellula, dunque non possono ricoprire la membrana altrimenti il rapporto sarebbe costante. 6) Nel 1972 fu definito il modello a mosaico fluido da Singer e Nicholson dove le proteine vengono integrate nel doppio strato di fosfolipidi dove sia lipidi che proteine possono muoversi lateralmente. Poco dopo fu scoperta anche la batterorodopsina, una delle proteine di membrana. La membrana è composta. da: glicerofosfolipidi; sfingolipidi; glicolipidi (base sfingolipidi + carboidrati, se c'è un carboidrato si parla di gangliosidi, altrimenti di cerebrosidi); steroidi, colesterolo nelle cellule animali e fitosteroidi nelle cellule vegetali. Essi portano alla formazione di funghi a causa dell’ergosterolo (uno steroide) nella membrana e questi possono essere contrastati con dei farmaci antifungini che legano l’ergosterolo portando alla morte cellulare (usato nel caso della candida). ORIGINE MEMBRANA { fa a modelo di Singer e Nccison presenta la merrorana come Ò‘un oppIO siro Ido di pd, con un mosaico Gi proteine Fostolpae Arr Doppio stato diosolpia | {1 Gi membrana SUPERFICIE ESTERNA DELLA MEMBRANA, Dopgiostrto | }} }} drestia. \% {80m I fosfolipidi in acqua hanno le teste rivolte verso la soluzione acquosa (intra ed extra) e le code idrofobiche rivolte ad eetca l'una verso l’altra, permettendo così alla supernicie nta A L DELLA MEMBRANA, 0 membrana di essere una barriera. In ambiente acquoso i fosfolipidi si compattano dando origine a delle micelle in cui le teste idrofile sono a contatto con l’acqua e le code idrofobe sono rivolte verso l’interno. Questo accade nei detergenti poiché così facendo tolgono l’olio, racchiudendolo nella parte idrofoba della micella. Questa struttura è peggiore dal punto di vista termodinamico rispetto al doppio strato lipidico. Se fosse planare sarebbe sfavorito da un punto di vista energetico perché le code idrofobiche sarebbero a contatto con H:0. Con il compartimento chiuso invece non ci sono code idrofobe esposte all’H20. Il foglietto esterno, verso l’extracellulare, è diverso rispetto al foglietto interno, verso il citoplasma. Questa ASIMMETRIA è nota nella biogenesi (durante la formazione delle membrane) ed è mantenuta. Il trasferimento da un foglietto all’altro è termodinamicamente sfavorito perché la testa polare deve attraversare la parte idrofoba. Questo movimento trasversale, o ‘flip-flop’, è sfavorito energicamente. Gli enzimi flippasi favoriscono questo processo. Altri movimenti nei fosfolipidi sono la diffusione laterale, che consiste nello scambio tra fosfolipidi vicini con una cinetica molto rapida, e la rotazione del singolo fosfolipide dentro al foglietto. Queste ultime due sono più facili, e non richiedono enzimi. 13 BIOLOGIA ANIMALE E VEGETALE FLUIDITA' 1. grado di insaturazione degli acidi gras: Dal numero di insaturazioni si determina la fluidità della membrana. Le catene dritte si compattano bene tra loro fino a raggiungere la forma cristallina. Quelle piegate invece non possono subire uno stretto impacchettamento. La lunghezza delle catene è di 10-12 C; : dove c’è il doppio legame si presentano delle piegature. 2. percentuale di colesterolo: il colesterolo è una struttura rigida inserita fra le code di acidi grassi dei fosfolipidi. Si inserisce con l’unica porzione polare e la parte apolare all’interno della parte idrofobica. Essendo anelli rigidi formano delle zone in cui gli acidi grassi non si possono impacchettare, facendo sì che rimanga fluida. Questo ha una doppia funzione: l'abbassamento della temperatura, che favorisce i legami di impacchettamento ma la fluidità; l'aumento di temperatura, non favorendo i legami di impacchettamento ed evitando un'eccessiva fluidità di membrana. Gli organismi che non riescono a termoregolarsi cambiano composizione (es. piante, funghi, animali a sangue freddo). Le zattere lipidiche non sono uniformemente fluide, creando un’area di eterogeneità laterale nel monostrato della membrana. Sono zone meno fluide, costituite da colesterolo e da glicosfingolipidi. Hanno funzioni precise nei processi di segnalazione cellulare. Un recettore è attivo solo se è qui dentro. La composizione è variabile ai fini della segnalazione cellulare. Qui ci sono, sempre, acidi grassi più lunghi e più saturi. PROTEINE DI MEMBRANA La prima proteina di membrana fu cristallizzata ed analizzata da Unwin e Henderson nel 1975. Criofrattura: tecnica con la quale le membrane vengono congelate rapidamente per colpo con lama di diamante. Vengono così divisi i due strati di fosfolipidi in due monostrati (uno esterno, Esoplasmatica, ed uno interno, Protoplasmatica). Le proteine di membrana si dividono in: periferiche, associate in maniera blanda alla membrana, possono essere isolate dal resto senza alterare la struttura e sono associate con legami non covalenti ad altre proteine di membrana; integrali, che per essere isolate dalla membrana devono essere trattate con detergenti per distruggere il doppio strato fosfolipidico, esse sono legate fortemente alla membrana perché sono inserite al suo interno. Ci sono vari tipi di proteine di membrana integrali: a) integrali monotopiche, espongono la parte idrofila solo ad una parte del doppio strato (solo intracellulare O superricie ESTERNA extracellulare). Sono le uniche non trans membrana; b) monopasso, (6) Ancora INTERNA diGPI (a) Proteina (b)Proteina (0) Proteina (Proteina (e) Proteina di {0 Ancore di muli attraversano lo strato integrale. monopasso multipasso membrana acido grasso Di monotopica Mera | perfenca o di guppo fosfolipidico una volta y prenile Proteine di merbrana integrali Proteine di membrana sola; ancorate a un Ipide c) multipasso, attraversano lo strato fosfolipidico più volte, per un massimo di 24 volte. Le parti idrofobe che attraversano sono a-eliche dove i gruppi R sono idrofili rivolti verso l’ambiente esterno. Strutture a B-barile sono prevalenti (anche nelle porine, proteine canale). Elementi di foglietto B che formano un cilindro cavo (idrofobo all’esterno e idrofilo all’interno) 14 BIOLOGIA ANIMALE E VEGETALE d) multimeriche Ci sono anche alcuni tipi di proteine di membrana ancorate ad un lipide: e) ancore di acido grasso o di gruppo prenile, proteine che possono subire modificazioni. Sono legate alle molecole lipidiche che gli conservano una localizzazione di membrana. Le modificazioni sono reversi se ha o no questa componente lipidica si può associare o dissociare dalla membrana. Il lipide attaccato + segnale di associazione o dissociazione della membrana; f) ancoredi GPI. CARBOIDRATI DI MEMBRANA | carboidrati sono legati a proteine o lipidi. Nel lume avviene la glicosilazione delle proteine. 1) Le proteine di membrana vengono sintetizzate dal reticolo endoplasmatico rugoso, nel lume del quale vengono aggiunti gli zuccheri (glicosilazione); @ Nieltume del RE rugoso, 2) Una vescicola di trasporto riporta le glicoproteine al complesso del cori panca oi Go ola cotia Golgi, dove vengono ulteriormente modificate (glicosilate, ovvero = Catena di arbodiati viene allungata la loro catena c Gum ia - 1a gicopoin la, Aa saccaridica); mero peer 4 3) una vescicola di trasporto le smista nella membrana plasmatica; 4) la vescicola si fonde con la membrana plasmatica, aumentando le dimensioni della membrana. Le proteine, vengono integrate nella membrana e la catena di carboidrati viene esposta verso l'esterno della cellula (è difficile che avvenga un flip-flop). Qui hanno funzione di riconoscimento dei gruppi sanguigni A, B, O. | diversi antigeni dipendono dai carboidrati esposti sulla membrana. Molte proteine di membrana sono glicosilate: l’asparagina su N; la serina e la treonina su O di OH. Esempi di carboidrati presenti nelle glicoproteine sono il galattosio, il mannosio, l’N-acetilglucosammina e l’acido sialico (una carica negativa). MOTILITA’' DELLE PROTEINE DI MEMBRANA Esperimento di Frye e Edidin (1970) > fusione indotta con un'infezione virale tra una cellula umana e una cellula di topo. Si viene così a creare un ibrido cellulare. Marcarono tutte le proteine del topo con anticorpo marcato con fluorescenza (verde) e quelle umane con anticorpo marcato da rodamina (rosso). Dopo un paio di minuti le proteine umane si spostarono in mezzo a quelle del topo; 40 minuti dopo le proteine erano completamente mescolate tra loro. Si dimostrò così che le proteine non hanno una posizione fissa nella membrana, si spostano nella membrana e sono più lente perché legate a una porzione intracellulare, formando complessi multiproteici. Sono necessarie delle proteine di membrana per far entrare le proteine nella membrana intracellulare. Passano il doppio strato lipidico: - 0: e CO:, molecole idrofobe - H:0, urea, glicerolo, piccole molecole polari (p. molecolare <100) 15 BIOLOGIA ANIMALE E VEGETALE n perio TRASPORTO SECONDARIO/INDIRETTO > sfrutta l'energia dell'ATP in maniera secondaria, ovvero utilizzando il gradiente di Na creato dall’ATP con la pompa sodio-potassio. Esempi è il simporto Na'/glucosio © Il simporto Na*/glucosio si lega a 2 Na* (grande concentrazione per pompa) all’esterno. Da qui è in grado di legare il glucosio creando una variazione conformazionale, rivolgendosi verso l’interno. Rilasciato Na* secondo gradiente (dentro c'è una bassa concentrazione), si perde affinità anche con il glucosio, che viene rilasciato anch'esso all’interno. Nelle piante, nei batteri e nei funghi il simporto avviene con i protoni. Il trasporto di glucosio negli enterociti è importante al livello intestinale poiché durante il pasto si assume gran quantità di glucosio che deve essere trasportato contro gradiente. GLUT2 (trasportatore) porta il glucosio da dentro la cellula al sangue (nella porzione vaso-laterale) tramite diffusione facilitata. 18 BIOLOGIA ANIMALE E VEGETALE TRASPORTO DELL'ACQUA DIFFUSIONE SEMPLICE > polare, con peso molecolare inferiore a 100. Avviene l’osmosi, che consiste nel movimento di solvente (acqua) attraverso una membrana semipermeabile. ®© L’osmosi è secondo gradiente e si muove in modo da rendere due soluzioni isotoniche. Da dove c'è più H.0 (meno concentrazione soluzione, più diluita) a dove ce n'è meno. La soluzione è isotonica se il fluido extracellulare ha la stessa concentrazione del citoplasma (movimento netto di H;0 = 0). Infatti se la concentrazione è la stessa, la frequenza di entrata è uguale a quella di uscita. La soluzione è ipertonica se l’acqua è più presente all’esterno rispetto all’interno. Le cellule animali se perdono H.0 si raggrinziscono e muoiono per disidratazione. Nelle cellule vegetali questo fenomeno viene definito plasmolisi (la membrana si allontana dalla parete cellulare). La soluzione è ipotonica se l’acqua è più presente all’interno rispetto all’esterno, creando un aumento di volume. Nelle cellule animali le membrane perdono la loro integrità arrivando ad una lisi cellulare. Nelle cellule vegetali la parete diviene turgida ma mantiene fondamentalmente la sua conformazione (non può ingrandirsi più di un certo limite). DIFFUSIONE FACILITATA > tramite le acquaporine, delle proteine canale presenti nei reni degli animali (dove permettono il passaggio veloce di acqua nei tubuli renali) e nelle membrane dei vacuoli dei vegetali (e nelle cellule radicali). ORGANISMI PLURICELLULARI E UNICELLULARI La singola cellula dei procarioti deve essere in grado di effettuare tutte le funzioni necessarie per la crescita, la sopravvivenza e la riproduzione e non può permettersi la specializzazione. Gli organismi pluricellulari sono presenti soltanto negli eucarioti, poiché tutti gli altri sono unicellulari. Questi organismi hanno delle unità che sono incapaci di vita autonoma ma unità di base della struttura e funzione dell'organismo. Essi sono caratterizzati dalla sud jone del lavoro tra i tessuti e gli organi, a seconda della specializzazione della funzione e della struttura di una cellula. Alcune cellule possono differenziarsi: assumere funzioni specifiche pur condividendo il medesimo corredo di informazione genetica, modificando il fenotipo cellulare. NUCLEO Nel nucleo viene racchiuso il materiale genetico ed è il centro di controllo dell’informazione genetica. Ha il diametro di 5 um. Il nucleo è composto da: e involucro nucleare, composto da una doppia membrana composta da un doppio strato fosfolipidico, che isola il materiale genetico dal resto della cellula. E’ diviso in: membrana nucleare esterna, che si affaccia al citoplasma, di 7-8 nm, sulla quale sono presenti i ribosomi; membrana nuclear 7-8nm; spazio perinucleare, tra le due membrane di 20-40 nm; pori nucleari, di natura proteica, garantiscono lo scambio tra l'interno e l’esterno del nucleo. E’ composto da circa 30 susa naso Fiorita —T proteiche interna, che si affaccia al nucleoplasma, di proteine diverse che si dispongono ad ottagono formando otto canali acquosi con un diametro di 9 nm (che assomigliano ad una gabbia). Sono permeabili a molecole di piccole dimensioni (es. nucleotidi trifosfato, che passano) 19 BIOLOGIA ANIMALE E VEGETALE e lamina nucleare, rete di filamenti localizzata proprio al di sotto della cisterna perinucleare, che interagisce con la cromatina e contribuisce a fornire sostegno alla cisterna, la quale è ancorata e cromatina, DNA associato a proteine (mai libero da questo complesso) che si divide in: eucromatina, presente e più diffusa all’interno del nucleo eterocromatina, più densa e ancorata alla lamina nucleare. Quando la cellula è in divisione si osservano i cromosomi, quando la compattazione diventa massima. ® nucleolo, non è delimitato da membrana ed è la sede della sintesi dei ribosomi, molecole di RNA. E’ grande 2 um e si distingue per essere più elettrodenso (più scuro al microscopio elettronico). Dentro a questo si distinguono zone differenti: fibrille, contengono DNA che viene trascritto in rRNA (RNA ribosomiale) granuli, rappresentano molecole di rRNA associate con proteine, che attraversano i pori nucleari dopo esser state prodotte dai ribosomi. Nel nucleolo è contenuta la regione dell’organizzatore nucleolare (NOR), un blocco di DNA che contiene copie multiple di geni per l’rRNA. Nell’uomo ci sono 10 NOR per assetto diploide. Nelle piante il nucleolo scompare durante la mitosi. RIBOSOMI | ribosomi non sono rivestiti da membrana e sono composti da due subunità, maggiore e minore, costituite da proteine ed RNA. Le due sub unità vengono assemblate nel nucleolo (rRNA + proteine) e poi vengono esportate attraverso i pori nucleari andando ad associarsi tra loro all’interno del citoplasma (dove fanno la sintesi proteica). RETICOLO ENDOPLASMATICO Il reticolo endoplasmatico (RE) è una rete continua di sacche appiattite membranose, dette cisterne, che delimitano uno spazio detto lume. RUGOSO > è così chiamato per il suo aspetto al microscopio elettronico. Al RE si associano i ribosomi. Lo spazio perinucleare del nucleo è in continuità con il lume del RER. Qui avviene la sintesi proteica, le quali proteine poi sono dirette alla membrana plasmatica o alla membrana di altri organuli, oppure da esportare (secrezioni). Le altre proteine sono sintetizzate dai ribosomi liberi nel citoplasma. Nel RER avviene anche la glicosilazione delle proteine (vista precedentemente), modificate attraverso l'aggiunta di zuccheri. LISCIO > dove vengono sintetizzati i lipidi e gli ormoni steroidei. Qui avviene anche la detossificazione dai farmaci, ovvero vengono aggiunti gruppi solubili in modo che queste sostanze possano essere espulse con le urine. Nel REL avviene anche l’omeostasi cellulare del Ca?* (reticolo sarcoplasmatico, RER nei muscoli) con l’accumulo di calcio che viene rilasciato quando la cellula si contrae. 20 BIOLOGIA ANIMALE E VEGETALE SISTEMA DI ENDOMEMBRANE Involucro nucleare Secrezione costitutiva ® ® ee. .- DA @ Vescicoe — Secrezione secretorie _ regolata 8 trans Golgi Network Esocitosi Endocitosi Il trasporto anterogrado viene usato per le proteine o lipidi. Il trasporto retrogrado viene utilizzato per proteine o lipidi che devono tornare al reticolo endoplasmatico rugoso. Sequenza di recupero: KDEL (Lys Asp Glu Leu) per trasporto retrogrado. Sequenza di ritenzione nel RE: RXR (Arg X Arg); una teoria dice che le proteine che non lasciano mai il RER siano trattenute perché formano dei grandi complessi che le escludono fisicamente dalle vescicole. es: enzimi lisosomiali solubili sono indirizzati ai lisosomi grazie al segnale di mannosio 6-fosfato (zucchero). FE nagoso. Carsonato Il mannosio viene fosforilato mediante l’attività sequenziale di due enzimi nel cis Golgi n. Viene viene fosoriato aggiunta GINAc-1-fosfato a livello dell'atomo di carbonio 6 del mannosio poi un altro enzima rimuove la GlcNAc-marcatore. Nel trans Golgi n. è presente un recettore per il | un memosio etto oi CES ir | @recotor Ò Recettore e vengono inclusi in vescicole di trasporto dirette al mannosio 6-fosfato. Questi si legano e gli enzimi « € lisosoma. Il basso pH nell’endosoma tardivo causa la Quo vessoph Causa la osotasione dissociazione dell'enzima dal recettore, che viene riciclato. 23 BIOLOGIA ANIMALE E VEGETALE MITOCONDRI E CLOROPLASTI - TEORIA ENDOSIMBIONTICA Il biologo statunitense Lynn Margulis nel 1975 formulò la teoria endosimbiotica secondo cui le cellule eucariotiche derivino da precursori procarioti. Secondo lui, le cellule eucariotiche si sono sviluppate dopo aver inglobato al loro interno dei batteri aerobi (batteri porpora e cianobatteri), dando origine alle cellule vegetali e alle cellule animali. Questa teoria nasce dal fatto che entrambi presentano una doppia membrana, che può essersi originato quando un protoeucariote ha fagocitato una cellula procariotica. Entrambi sono detti semi-autonomi perché entrambi: hanno molecole di DNA a doppio filamento circolare, come quello dei procarioti; si riproducono per scissione binaria indipendente; presentano dei ribosomi, anche se più piccoli di quelli delle cellule. Però il loro funzionamento è regolato da proteine codificate dal genoma nucleare e quindi tradotte nel citoplasma. MITOCONDRI Hanno due membrane, tra le quali è presente uno spazio intermembrana. Dentro la membrana interna è presente la matrice, dove avviene la respirazione cellulare. Nella membrana esterna sono presenti le porine, delle proteine trans membrana che permettono il passaggio di ioni e piccole molecole con peso inferiore di 5000 Dalton. Nella membrana interna non sono presenti porine ed è la barriera primaria tra gli enzimi mitocondriali e il citosol. Le creste contengono le molecole chiave per la generazione di ATP a partire da molecole che fungono da combustibile cellulare. | mitocondri sono grandi 2-8 pm e sono semiautonomi: - riproduzione autonoma - presenza di DNA circolare (MtDNA) e degli enzimi necessari per la trascrizione di questo - hanno ribosomi autonomi per tradurre mRNA. Per il corretto funzionamento necessitano però di proteine derivate dal genoma nucleare. Funzione: RESPIRAZIONE CELLULARE, processo attraverso il quale si passa dal glucosio all’energia. Essa è importante anche nei fototrofi, che non hanno luce (e non avviene la fotosintesi) ma necessità di energia. CLOROPLASTI Hanno dimensioni di 1-5 um di larghezza e 1-10um di lunghezza. Anche questi organuli sono semiautonomi. Essi sono addetti alla FOTOSINTESI, processo attraverso il quale la CO: viene trasformata in zuccheri grazie alla luce solare (organicata). Nelle piante i cloroplasti sono situati nelle cellule del mesofillo, un tessuto con numerosi spazi intercellulari ed un’elevatissima concentrazione di vapore acqueo. Nelle cellule mature sono presenti 20-100 cloroplasti, nelle alghe 1 o pochi. Nella membrana esterna sono presenti delle porine, inferiori a 5000 Dalton. La membrana interna è una membrana di permeabilità. | tilacoidi sono delle sacche membranose appiattite che se sovrapposti danno origine ad un granum (grano), all’interno dello stroma, dove gli enzimi usano ATP per convertire CO: in zuccheri. | grani sono tra loro in comunicazione poiché tutti attaccati in un unico lume tilacoidale, avvolto da membrana tilacoidale. 24 BIOLOGIA ANIMALE E VEGETALE All’interno di questa sono presenti i pigmenti per la fotosintesi che si occupano della captazione dell’energia luminosa e della conversione in ATP. Sono presenti tre sistemi di membrane: esterna, interna, tilacoidale. Un unico lume tilacoidale Membrana esterna — _ Tiacoide Tiiacoide dello stroma (c) Trasparenza di un cloroplasto Lume dl ticoie MAGG Tiacoidi N Tiiacodi dello stroma () Micrografia elettronica di grana ur) e tlacoidi dello stroma (<) Rappresentazione dei grana e dei tilacoidi dell stroma PLASTIDI | plastidi sono organuli tipici delle cellule vegetali che derivano dai proplastidi, presenti nelle cellule vegetali non specializzate e nei tessuti in fase di crescita. Con il differenziamento, causato principalmente dalla luce, diventano: - cloroplasti, se la cellula è esposta alla luce (si ha clorofilla, verde); - ezioplasti, se la cellula non è esposta alla luce (si ha protoclorofilla, gialla, anziché clorofilla). Essendoci molta plasticità, se si espongono gli ezioplasti alla luce questi diventano cloroplasti; - cromoplasti, plastidi colorati che danno colore ai fiori ed ai frutti. Essi mancano di clorofilla (terzo sistema di membrane rotto). Essi sintetizzano e accumulano pigmenti carotenoidi e sono responsabili del colore rosso, arancione, giallo (dato anche da antociani nel vacuolo), e dell’ingiallimento di foglie e radici di alcune piante (es. carote); - leucoplasti, non sono pigmentati ed hanno funzione di riserva di amido negli: amiloplasti > immagazzinano amido a seguito della fotosintesi. Negli organi di riserva (radici e fusto) il saccarosio viene riconvertito in amido negli amiloplasti. Ilo = punto iniziale della deposizione dell’amido. Da qui strati concentrici di catene di a.-glucosio. Se l’ilo non è centrale il granulo di amido è eccentrico. Il granulo può essere semplice (es. patate), secondario (se ci sono più ili e l’amido inizia da più punti) o composto (es. riso); elaioplasti © immagazzinano lipidi; proteoplasti © immagazzinano proteine (es. nei semi, proteine per l'accrescimento della pianta). 25 BIOLOGIA ANIMALE E VEGETALE - filamenti intermedi, elastici per resistere alle forze di tensione, assenti nelle cellule vegetali. Sono assenti nelle cellule vegetali e formano una solida rete nel citoplasma. Si ancorano alla membrana plasmatica al livello di salde giunzioni tra cellule adiacenti; - microtubuli, che resistono al _nî piegamento da compressione. Le due estremità differiscono chimicamente poiché una cresce più rapidamente dell’altra. In questi sono presenti dei filamenti intermedi meccanoenzimi chinesina e dineina, proteine motrici. che utilizzano energia contenuta nell’ATP per trasportare gli organuli in direzioni opposte. | microtubuli originano da una struttura cellulare detta MTOC (centro organizzatore dei microtubuli) o centrosoma (associato Nicrotubuli 2 Filamenti di ctina. o micrflamenti Membrana plasmatica con due centrioli nelle cellule animali, con una notevole simmetria strutturale). Ciglia e flagelli sono estroflessioni a forma di frusta che si trovano in alcune cellule eucariotiche e svolgono ruoli cruciali lungo il tratto respiratorio e riproduttivo degli animali. Le ciglia sono strutture brevi (2-10 um) mentre i flagelli sono appendici più lunghe (200 um); - microfilamenti, che fungono da elementi contrattili e generano tensione. Essi sono polari, ovvero all’estremità positiva i monomeri vengono aggiunti più rapidamente. | microfilamenti sono coinvolti nel movimento ameboide, nelle correnti citoplasmatiche, nell’anello contrattile durante la citocinesi, nella migrazione cellulare mediante lamellipodi e filopodi, nel mantenimento della forma, nei microfilmi e nella contrazione delle cellule muscolari. GIUNZIONI CELLULARI ANIMALI Le giunzioni cellulari connettono tra loro le cellule animali. Si dividono in: 1) giunzioni di ancoraggio, mediate da proteine, che possono far passare le molecole. Si dividono in: aderenti, che legano le cellule tra loro (spazio di 20-25 nm) e le ancorano al citoscheletro, ai microfilamenti, garantendo l'integrità del tessuto e la resistenza agli insulti meccanici. Si forma uno strato resistente, distribuendo gli stress meccanici su tutto il tessuto. Sono abbondanti nelle cellule epiteliali dove formano una cintura che circondano le cellule vicino alla regione apicale della cellula; desmosomi, che legano le cellule tra loro nei tessuti (spazio 25-35 nm) e le ancorano al citoscheletro, ai filamenti intermedi, formando uno strato resistente e distribuendo gli stress meccanici su tutto il tessuto. Sono abbondanti nella pelle, nel muscolo cardiaco e nel collo dell’utero. 2) giunzioni occludenti o serrate, che ancorano strettamente le cellule e non permettono il passaggio per diffusione di molecole. Sono distribuite in maniera discontinua (solo in alcune zone) e impediscono anche la diffusione laterale di proteine transmembrana o lipidi (es. fosfolipidi), mantenendo lo stato polarizzato. Sono presenti nelle cellule epiteliali (epitelio intestinale dove il lume intestinale deve essere ben distinto dal circolo sanguigno), nella vescica e nei dotti ghiandolari. 28 BIOLOGIA ANIMALE E VEGETALE Nell’epitelio intestinale i villi aumentano la superficie di scambio. Il lume è a contatto con i vasi sanguigni. Se da spazi intercellulari potessero passare le sostanze nutritive che arrivano all’intestino andrebbero tutte nel sangue. Le giunzioni serrate impediscono questo nella zona apicale. 3) giunzioni comunicanti o giunzioni GAP, regioni delle membrane in cui le cellule sono in intimo contatto, attraversate da sottili canali molecolari. Permettono la comunicazione elettrica e chimica tra le cellule. A seconda dell’esigenza le giunzioni sono aperte o chiuse e permettono il passaggio di soluti con un peso molecolare di massimo 1200 Dalton. Anche nelle cellule muscolari cardiache passano elettricamente ioni, contraendo tutte le cellule del cuore contemporaneamente. Hanno un diametro di 1,5 nm. GIUNZIONI CELLULARI VEGETALI Le cellule vegetali sono connesse tra loro tramite sottili canali, i pIasmodesmi (20-200 nm). Essi permettono la continuità tra membrane e consentono lo scambio di materiali (ioni e molecole, non organuli) tra cellule adiacenti e, di conseguenza, tra tutte le cellule della pianta. Presentano un rivestimento membranoso che deriva dal REL > desmotubulo, che si forma quando la cellula è in divisione. Esso è un elemento di raccordo tra le due membrane. Essendo giunzioni grandi viene sopperita la mancanza del sistema nervoso nelle cellule vegetali. Le cellule sono così complesse grazie al fatto che l’ambiente favorisce alle cellule energia, ovvero la capacità di provocare cambiamenti chimici e fisici. | tipi principali di lavoro biologico sono: - lavoro di biosintesi, formazione di nuovi legami chimici (es. nella cellula in accrescimento) - lavoro meccanico, cambiare posizione delle cellule nello spazio (es. contrazione del muscolo) - lavoro di concentrazione - lavoro elettrico, energia per trasportare ioni contro gradiente - lavoro di calore - lavoro di bioluminescenza. Gli organismi possono essere: - fonte di energia, come fototrofi (utilizzano energia del sale per compiere lavori biologici) o chemiotrofi (molecole organiche ossidate, o inorganiche, per attività cellulari); - fonte li carbonio, come autotrofi o eterotrofi | fotoautotrofi sono le piante che utilizzano l'energia solare per fissare la CO:, andando a formare composti organici ad alto contenuto energetico e O:. | chemioeterotrofi formano energia grazie all’ossidazione completa dei composti organici dovuta alla presenza di 0. CO. e H.0 prodotte vengono poi usate dai fotoautotrofi per la fotosintesi. L'energia è un flusso unidirezionale assimilato dai fotoautotrofi e usato dai chemio autotrofi. Le cellule utilizzano l'energia per mantenere i reagenti ed i prodotti di reazioni a concentrazioni stazionarie, lontano dall’equilibrio termodinamico. Le reazioni tendono dunque all'equilibrio, senza mai raggiungerlo, altrimenti la cellula sarebbe morta. L'energia di attivazione è l'energia necessaria per avviare una reazione, che Energia libera (G) solitamente è molto alta. | reagenti devono avere un’energia tale da superare l'energia dello stato di transizione (momento in cui si ha uno stato intermedio (0) Sequenza di reazione 29 BIOLOGIA ANIMALE E VEGETALE tra reagenti e prodotti). Cinetica: - temperatura, le molecole si disperdono nella Gaussiana + il numero di molecole in grado di superare l'energia di attivazione è molto piccolo (vario la Te T.>T.) Numero di molecole - enzimi/catalizzatori, stabilizzano lo stato di transizione e fanno in n Energia cinetica modo che abbia un'energia libera molto minore (Ea<Ea1). delle molecole Stato di Ey catalizzata , E, non catalizzata Energia libera (G) Numero di molecole ADP+P, Energia cinetica —N (e) Sequenza di reazione con catalizzatore sa delle molecole |, ENZIMI Gli enzimi sono catalizzatori composti da proteine o RNA che aumentano la velocità di una reazione abbassando l’energia di attivazione, aumentando la velocità. Formano complessi transitori e reversibili con le molecole di substrato facilitando la loro interazione e stabilizzando lo stato di transizione senza essere permanentemente modificati o consumati al procedere della reazione (abbassando l'energia libera): Ea = Est. — Er. 2H202 + 2H:0 + O2. Con la catalasi la velocità viene aumenta di 100.000.000 volte. Ci sono molecole di mRNA che hanno un'attività catalitica > RIBOZIMI, tra cui Ribonucleasi P. Una delle molecole di RNA che fa parte della subunità maggiore dei ribosomi. Nella sintesi proteica la reazione di formazione del legame peptidico tra amminoacidi (catalizzato da un ribozima dentro le subunità del ribosoma). Il sito attivo è la regione dell’enzima dove si lega il substrato dove avviene la catalisi. Gli amminoacidi che determinano la specificità del substrato riescono a riconoscere gli isomeri strutturali. Variabili enzimatiche: - temperatura, alla quale l'enzima lavora bene. Negli umani è la temperatura corporea di 37 °C. Se l'enzima è isolato da batteri termofili allora è molto più elevata (80 °C). Oltre ad una certa variazione di temperatura l'enzima non riesce più a funzionare, arrivando alla denaturazione, ovvero alla perdita di conformazione terziaria della proteina. La sequenza lineare che rimane dopo la denaturazione non funziona perché non ha più il sito attivo; - pH, che influenza lo strato di ionizzazione delle catene laterali degli amminoacidi. Se queste catene sono nel sito attivo allora non funziona più. A pH ottimale per un enzima, i gruppi ionizzabili sulle molecole di enzima e substrato sono nella forma più favorevole. LEGAME DEL SUBSTRATO Nel 1894 viene fatto il modello a chiave e serratura in cui Sito l'enzima viene visto come struttura rigida, con un sito + @- in ,® attivo che si adatta al substrato come una chiave con una © serratura. La reazione che avviene nel sito attivo trasforma quindi le molecole di substrato in molecole di prodotti (P1 e P2). 30 BIOLOGIA ANIMALE E VEGETALE METABOLISMO ENERGETICO CHEMIOTROFO Vie di ossidazione di nutrienti (proteine, carboidrati e lipidi) che convertono l'Energia rilasciata in ATP e coenzimi ridotti. CONDIZIONI ANAEREOBICHE --> in condizioni anaerobiche (assenza di ossigeno) o ipossiche (scarsità di ossigeno), una piccola quantità di ATP viene prodotta mediante la fermentazione. | più comuni prodotti finali sono il lattato in alcuni organismi e l’etanolo e l’anidride carbonica in altri. Qui l’0. non è l’accettore di e. CONDIZIONI AEROBICHE --> in presenza di ossigeno- l'ATP è prodotto attraverso la respirazione aerobica, man mano che i nutrienti ossidabili sono completamente catabolizzati ad anidride carbonica ed acqua. La respirazione aerobia produce ATP per molecola di glucosio in quantità all'incirca venti volte superiore rispetto alla fermentazione anaerobica. O. è l’accettore di e. In entrambi i due casi la prima fase consiste nell’ossidazione del glucosio tramite la glicolisi. GLICOLISI O VIA DI EMBDEN-MEYEROF La glicolisi è composta da 10 reazioni nel citoplasma. Da questa si creano 2 molecole di piruvato + 2 ATP + 2NADH. E’ composta da 3 fasi: 1) Preparazione e scissione, la molecola di glucosio a sei atomi di carbonio è fosforilata due volte dall’ATP e si scinde formando due molecole di gliceraldeide-3-fosfato (3C). Questo richiede l’idrolisi di due molecole di ATP per molecola di glucosio; 2) Ossidazione e produzione di ATP, le due molecole di gliceraldeide-3-fosfato sono ossidate a 3- fosfoglicerato. Una parte dell’energia liberata in quest'ossidazione è conservata nelle 2 molecole di ATP e 2 molecole di NADH prodotte (1 ATP per ogni glicerolo, per il bilanciamento energetico); 3) Formazione del piruvato e produzione di ATP, le 2 molecole di 3-fosfo-glicerato sono convertite in 2 piruvato (ossidazione), con la sintesi di ulteriori 2 molecole di ATP. rg ero A Glucosio ti 2NAD* (COD) + + 2 As is = 2 Gliceraldeide- 2 3-fosfoglicerato 2 Piruvato 3-fosfato FERMENTAZIONE Quando l'ossigeno è assente il piruvato è ridotto cosicché NADH può essere ossidato a NAD*, la forma di tale coenzima richiesta nella reazione Gly-6 della glicolisi. Condizioni anaerobie {- O.) Fermentazione lattica > piruvato è accettore di elettroni e si trasforma in lattato (lattodeidrogenasi, con cui si rigenera NAD), avviene nella maggior parte delle cellule animali e in molti batteri. Enzimi che catalizzano le reazioni Es. Quando i muscoli sono sottoposti a sforzo ADH: Alcol deidrogenasi è Lo . n LDH: Lattato deidroger intenso l'ossigeno arriva meno veloce e la LDH PDC: Piruvato decarbi POH: Pinuvato deldroger muscolare effettua la fermentazione lattica. 33 BIOLOGIA ANIMALE E VEGETALE Fermentazione alcolica + decarbossilazione del piruvato ad acetaldeide (accettore di elettroni) che poi in seguito ad alcoldeidrogenazione diviene etanolo e CO.. Avviene in molte cellule vegetali, nei lieviti e in altri microrganismi. Entrambe le due fermentazioni avvengono all’interno del citosol. RESPIRAZIONE AEROBIA Avviene nei mitocondri. In presenza di ossigeno molti organismi trasformano il piruvato in una forma attiva dell’acetato nota come acetil-CoA. In questa reazione il piruvato è sia ossidato (con il NAD* che viene ridotto a NADH) sia decarbossilato (liberazione di un atomo di carbonio sotto forma di CO:). L’acetil-CoA costituisce poi il substrato della respirazione aerobica, con il ciclo di Krebs, dove NADH è riossidato a NAD* Condizioni aerobie (+ 03 dall'ossigeno molecolare. Alla respirazione aerobia î 2X ‘c-o ca deo FR 0-0 comin A 10 Acetil-CoA + 2C0,+3NADH + 1FADH; + 1ATP L'energia viene immagazzinata in: 3NADH + 1FADH: per ogni acetile + 1ATP. L’energia dei coenzimi ridotti viene liberata nella catena di trasporto degli elettroni (insieme dei complessi proteici della membrana mitocondriale interna) = flusso esoergonico. 2 NADH (glicolisi) + 2 NADH (piruv, decarb.) + 6 NADH (3 NADH per ogni acetil-CoA nel ciclo di Krebs) + 2FADH:. 1 glucosio + 6CO + 10 NADH + 2 FADH; + 4ATP (2 glicolisi e 2 ciclo di Krebs). La catena di trasporto degli elettroni si trova nella membrana mitocondriale interna e questi complessi consentono di ossidare i coenzimi ridotti carichi di energia, utilizzata per pompare p*. Mentre gli elettroni fluiscono secondo gradiente di riduzione, si pompano p* nello spazio dove si ha un accumulo di p*, quindi energia. | p* sono utilizzati dalla ATP-sintasi (compl. Proteico della membrana mitocondriale interna) per sintetizzare ATP e vanno secondo gradiente. L’accettore finale di elettroni della catena di trasporto è l'ossigeno che viene trasformato in acqua. La catena di trasporto degli elettroni consente di rigenerare coenzimi in forma ossigenata > accetta gli elettroni dei coenzimi ridotti e attraverso il flusso di elettroni nella catena di trasporto (4 compl. proteici) si userà molta energia. Flusso di elettroni: coenzimi ridotti > ossigeno (tramite catena di trasporto) + H.0 (tramite redox). Se mancano l'ossigeno i coenzimi devono essere ossigenati con la fermentazione. Gli elettroni liberano energia e vengono pompati 10 protoni (V NADH + 6 V FADH») dalla matrice allo spazio intermembrana. NADH > ox in NAD* > pompa 10 protoni FADH; > ox in FAD > pompa 6 protoni, perché arriva al complesso successivo quindi vengono pompati meno elettroni. 34 BIOLOGIA ANIMALE E VEGETALE Il gradiente protonico, che viene dissipato, fornisce energia all’ATP-sintasi, costituita da alcune subunità intermembrana che ancorano la proteina alla membrana mitocondriale interna e una parte che estrude sulla matrice mitocondriale. | protoni passano attraverso un canale interno all’ATP-sintasi (tipo F) che sfrutta l'energia derivante dalla dissipazione del gradiente protonico per generare ATP da ADP + Pi. L’ATP-sintasi ha bisogno di circa 3 protoni per fare un ATP. V NADH si fanno circa 3 ATP (10 p+/3 p+=circa 3 ATP). V FADH si fanno 2 ATP (6p+/3p+= 2 ATP). 10 NADH > 30 ATP = 34+ 4 iniziali = 38 ATP resa energetica a fine respirazione 2 FADH. > 4 ATP La catena di trasporto degli elettroni associata alla ATP-sintasi prende il nome di fosforilazione ossidativa. Gogna 1R22299 3390999922 9229993232???? FOTOSINTESI E’ il processo di conversione dell'energia luminosa in energia chimica. L'anidride carbonica viene ridotta a molecole organiche (glucosio). La fotosintesi ossigenica genera ossigeno ed è tipica di piante, alghe verdi e cianobatteri. La donatrice di elettroni è l’acqua, che viene convertita in ossigeno. 600: + H.0 > CeH1206 + 602. Il prodotto finale in realtà sarebbe uno zucchero a 3C (trioso), convertito in glucosio, saccarosio (principale zucchero di trasporto). | batteri fotosintetici + porpora > fotosintesi anossigenica, dove i donatori di elettroni sono il solfuro o il succinato, e non l’H0. La fotosintesi ha luogo nel cloroplasto delle cellule del mesofillo (nelle piante) o in zone specializzate della membrana plasmatica (batteri). In particolare, le reazioni della fase luminosa avvengono nella «Avviene nei grani del «Avviene nello stroma membrana dei tilacoidi, mentre la cloropasto (lamelle di del cloroplasto tilacoidi) *Coinvolge la CO,e * Coinvolge l'acqua che produce il glucosio O(cid che è contenuto nella fase luminosa Fase oscuro fase oscura avviene nello stroma subisce la fotolisi ad «E' una reazione opera della luce fotoindipendente (l'ossigeno deriva (enzimatica o ciclo di sistema delle membrane tilacoidali). dall'acqua) Calvin) membrana interna, vi è sospeso il 35 BIOLOGIA ANIMALE E VEGETALE elettrochimico cosicché si riesca a sintetizzare ATP da ADPP. Sono necessari circa 4 p* per ogni sintesi di 1 ATP. L’ossidazione di 2H.0 a O: porta alla formazione di 2 NADPH + 8p* nel lume. Reazione generale: 8 protoni necessari per l'ossidazione di H:0 a Oz > 2 NADPH+ 2 ATP (sintetizzate nello stroma, sede dove i prodotti saranno necessari per la Il fase, dove estrude la porzione catalitica dell’ATP-sintasi). TRASPORTO CICLICO Il trasporto ciclico di elettroni coinvolge solo il PSI. Gli elettroni assorbiti dal PSI > trasferimento di energia per risonanza della clorofilla P700 (PSI). Dunque produce ATP ma non NADPH. La P700 passa l’elettrone ad una catena di trasporto fino ad arrivare alla ferredossina NON cedendo l’elettrone alla ferredossina NADP*-reattasi, non avendo così la formazione di NADPH. z È Eccitazione dell'eletrono. L’elettrone torna invece al citocromo be/f che li cede alla plastocianina la quale li cede di nuovo al PSI. Associato a questo trasporto vengono pompati protoni ciclicamente nel lume tilacoidale e questo ulteriore accumulo porta ad una sintesi di maggior ATP rispetto a NADPH. Protoni (H*) nel lime tilacoide Il trasporto ciclico non prevede la formazione di O: in quanto il PSII a livello del quale avviene la fotolisi dell’H,0 non è coinvolto. Si riesce però ad aumentare la resa di ATP. La ferredossina ridotta è una proteina stromale diffusibile ed è usata come dosatore di elettroni per il nitrato di ammoniaca (per la sintesi di amminoacidi e nucleotidi) e per la riduzione di solfati e solfuri (per la sintesi di amminoacidi con S, cisteina). FASE OSCURA (stroma) CO: atmosferica viene ridotta e legata covalentemente a molecole organiche con la fissazione del carbonio. 12NADPH + 6C02 + 18ATP + CeH1206 + 12NADP* + 18 ADP + 18 Pi + 6H.0 Dunque, per ogni CO; fissato si vanno a creare 2 NADPH e 3 ATP. Il flusso ciclico d’elettroni permette di ottenere + ATP rispetto a NADPH. La CO: entra nelle foglie attraverso gli stromi e raggiunge lo stroma dove avviene il Ciclo di Calvin (Melvin Calvin, nobel nel 1961). La rubisco (ribulosio-1,5-bifosfato carbossilasi/ossigenasi) è un enzima (prot. + abbond.) che utilizza l’anidride carbonica e catalizza la reazione di carbossilazione del ®© ribulosio-1,5-bifosfato tramite reazione di idrolisi, andando a formare due molecole di @ 3-fosfoglicerato (per ogni aggiunga di CO»). Due molecole di 3-fosfoglicerato + 2 NADPH + 2 ATP (3 pg viene fosforilato) rendono due molecole di @ gliceraldeide-3-fosfato. Considerando il fatto che all’inizio abbiamo 3 molecole di anidride carbonica utilizzati dalla rubisco, a questo punto abbiamo 6 molecole di gliceraldeide. Una di queste molecole viene utilizzata nella biosintesi del saccarosio (citoplasma), amido (cloroplasti) o altre molecole organiche. 38 BIOLOGIA ANIMALE E VEGETALE è Le altre cinque molecole invece vanno a i sfoglicerochinasi rigenerare 3 molecole di ribulosio-5- È fosfato, fosforilato a ribulosio-1,5- bifosfato con una reazione che coinvolge la fosforibulochinasi. La però ) MS fosforilazione richiede 3ATP per ogni x molecola di CO; fissata. VIA C3 fostoribulochinas! © 3 CO: +9 ATP + 6 NADPH + 5 H0 > G3P +9 ADP +6 NADP*+ 8P;. E’ chiamata anche via C3, dove il primo prodotto osservabile è uno zucchero a 3 atomi di carbonio. SINTESI DEI CARBOIDRATI G3P: Sn arr 1) glucosio fosforilato aggiunto a catene di amido in via di fa accrescimento (carboidrati di riserva) n 2) nel citosol può andare incontro a glicolisi oppure può essere a trasformato in glucosio 1 fosfato e va a costituire fruttosio e poi [uuessar] saccarosio (carboidrati di trasporto). © È La rubisco è in grado anche di ossigenare il ribulosio 1,5-bifosfato > attività #] (CD) [SF ossigenasica, +02. es sso] “i ronson L’ossigenazione genera: © 3 E ‘D - 3-fosfoglicerato > ciclo di Calvin ol x = - fosfoglicolato (2C) accumulato e trasformato in glicolato > wsnvsssereso È - rappresenta una perdita di carbonio ed è un composto tossico per la cellula. L’attività ossigenasica è un relitto evolutivo di quando la concentrazione di ossigeno nell'atmosfera non rappresentava un problema perché molto bassa. Le piante hanno sviluppato delle strategie per evitare l’attività ossigenasica, dannosa per le cellule. VIA DEL GLICOLATO La via del glicolato avviene nei perossisomi fogliari e viene usata dalle piante C3. Questa via limita i danni e coinvolge il cloroplasto, il perossisoma fogliare e il mitocondrio (associati tra loro al fine di favorire questa via). La via del glicolato smaltisce il fosfoglicolato e restituisce il 75% del carbonio presente in esso al ciclo di Calvin come 3-fosfoglicerato (il 25% è smaltito come C02). 2 fosfoglicolato > 1 3-fosfoglicerato + 1 CO. con consumo di 1 ATP + 1 NH; (smaltita grazie a ferredossina). Le piante di ambienti aridi e caldi, dove la concentrazione di ossigeno è maggiore rispetto a quella di anidride carbonica, attuano un’altra via che consiste nel chiudere gli stomi durante il giorno per ridurre il consumo di H,0, non permettendo l'ingresso di CO.. Avvenendo comunque la fotolisi, si genera ossigeno che non può più uscire, favorendo l’attività ossigenasica. 39 BIOLOGIA ANIMALE E VEGETALE CICLO DI HATCH-SLACK Le piante C4, come il mais e la canna da zucchero, sono l’1% delle piante esistenti, il cui prodotto immediato della fissazione è una molecola 4C. Il ciclo di H-S non è un sostitutivo del ciclo di Calvin ma una sequenza preliminare di reazioni che concentra la CO; nelle cellule della guaina del fascio dove la Rubisco può lavorare efficientemente come carbossilasi. Le reazioni luminose ed oscure di suddividono in cellule differenti. Le cellule del mesofillo assimilano la CO. grazie ad un enzima diverso dalla rubisco che porta alla formazione di ossalacetato. L’ossalacetato, con l'anidride carbonica, raggiunge le cellule della guaina del fascio, dove l'anidride carbonica viene liberata e qui viene attivata la rubisco, facendo avvenire il ciclo di Calvin, C'è un notevole quantitativo di CO. che rende possibile l’attività carbossilasica della rubisco. Il ciclo di H-S viene definito anche come via del C4: - la CO. atmosferica viene incorporata dal fosfoenolpiruvato carbossichinasi con carbossilazione del fosfoenolpiruvato in ossalacetato (nei cloroplasti); - passa al malato (guaina del fascio) - diviene piruvato + CO: (substrato della rubisco > ciclo di Calvin) - il piruvato si diffonde nuovamente nelle es) 01 Focgnta serio co na gia, cellule del mesofillo dove viene riconvertito a fosfoenolpiruvato con ARP > AMP + 2Pi. In tutto servono 5 ATP (3 da Calvin e 2 dalla via C4). PIANTE CAM Le piante CAM, come cactus, orchidee e ananas, vivono in ambienti desertici caratterizzati d lunghi periodi di siccità. Esse hanno una separazione temporale della via C3 e della via C4. Notte > stomi aperti, via C4 Giorno > stomi chiusi, via C3 (ciclo di Calvin). La PEP carbossilasi deve essere inibita altrimenti userebbe la CO: per carbossilare il fosfoenolpiruvato. 40 BIOLOGIA ANIMALE E VEGETALE Le forme sono interconvertibili tramite specifici enzimi, le topoisomerasi, che catalizzano il rilassamento del DNA superavvolto. Esistono due tipi di topo isomerasi a seconda di dove tagliamo il DNA: a) Topoisomerasi I, avviene una rottura su un solo filamento. Il DNA ruota e il filamento intatto passano attraverso la rottura per srotolarsi, risaldando poi la rottura; b) Topoisomerasi II, avviene una rottura sul doppio filamento permettendo ad una regione intatta di passare dalla rottura e srotolarsi. er” Il genoma è costituito da DNA e contiene almeno una copia di tutte le informazioni genetiche. Il corredo genetico può essere aploide, se ogni cromosoma viene rappresentato 1 volta, diploide, se ogni cromosoma viene rappresentato 2 volte. Nelle cellule il DNA è associato a proteine (cromatina) che lo compattano. Nell'uomo sono presenti 5,6 miliardi di coppie di basi, ripartite in 46 cromosomi. 1400 nm î 20m DNA a doppia elica de E Nucloosoma (8 molecole dl istoni + 146 coppie di nucleotidi ci DNA) 43 BIOLOGIA ANIMALE E VEGETALE 12/11/19 Abbiamo la sintesi di una molecola Nucleo (O identica di genoma rispetto alla cellula _-Citoplasma madre (fase S o di sintesi). Watson e Replicazione Nucleo —_ Crick si accorsero che la struttura del del DNA 7 (intesi del DNA) I Citoplasma Da DNA poteva suggerire un meccanismo Trascrizioni | per la copiatura del DNA. sintesi di RNA) INNNANNI La sequenza del DNA è importante per Divisione RNA messaggero l'informazione che porta la molecola. Traduzione . ce (intesi proteica) Dalla sequenza dei nucleotidi si ha la copia di DNA in RNA (trascrizione), alli acido ribonucleico, sotto forma di filamento complementare. ia _/ (a) li flusso dell'informazione (b) Il flusso dell'informazione genetica genetica fra le generazioni all'interno di una cellula: l'espressione di cellule dell'informazione genetica Successivamente I’RNA viene tradotto in una sequenza di amminoacidi che compongono una proteina. La sequenza amminoacidica della proteina è la sua struttura primaria da cui derivano poi tutte le strutture successive. Un’alterazione nei geni del DNA può portare alterazioni nella sequenza amminoacidica e nella funzione della proteina. Si generano così un gran numero di malattie. DNA > RNA > Proteine. TIPOLOGIE DI REPLICAZIONE DEL DNA Il DNA si replica in due molecole esattamente identiche. La doppia elica parentale (della cellula madre), secondo Watson e Crick, viene separata in due parti (il legame a idrogeno si rompe) e ognuno dei due filamenti funziona da stampo per la sintesi di un nuovo filamento complementare a quello parentale. Questo si basava su una specificità basata sulla complementarietà delle basi. A-T: due legami a idrogeno Nolocola di Prima Seconda . DNA parentale: generazione gencazone G-C: tre legami a idrogeno. s $ All’epoca c'erano tre teorie: 1) replicazione semiconservativa, con la formazione di due eliche <° figlie composte da un filamento parentale e un filamento di nuova taipetesi 1: Replicazione semiconservativa Molecola di Prima Seconda sintesi. Nella seconda generazione si hanno due eliche divise da ona parentale. generazione generazione filamento parentale e neo sintetizzato e due interamente composte da filamento neo sintetizzato; 2) replicazione conservativa, con la formazione di due nuove eliche identiche, una delle quali costituita da due filamenti di nuova formazione e l’altra composta invece da due filamenti originari. Molecola d-—Prma Seconda DNA parentale: generazione generazione (b) Ipotesi 2: Replicazione conservativa 3) replicazione dispersiva, dove ognuna delle eliche figlie è costituita da frammenti di DNA parentale e DNA neo sintetizzato, dispersi in tutte e due le eliche figlie. Nella seconda generazione avremmo Nella seconda generazione avremmo una doppia elica interamente di vecchia generazione e tre doppie eliche di nuova generazione; (0 Ipotesi 3: Replicazione dispersiva eliche con frammenti delocalizzati. 44 BIOLOGIA ANIMALE E VEGETALE Erano necessarie delle evidenze sperimentali che dessero conferma al meccanismo molecolare attraverso cui il DNA si replicava. Queste evidenze vennero fuori dagli esperimenti di Meselson e Stahl del 1958. ESPERIMENTO DI MESELSON E STAHL Fecero esperimenti sui batteri procarioti. a) Osservarono i batteri cresciuti in terreno contenente !N (le basi azotate del DNA contengono questo isotopo), azoto pesante, per diverse generazioni. Presero una porzione di questo terreno e centrifugarono il DNA in cloruro di cesio (CsCI), un sale che dà un gradiente di densità che va da una densità maggiore alla base della provetta e minore all’apice della provetta. Il DNA, se presente, si stratifica nel punto in cui la densità del gradiente è identica alla propria. In questo caso il DNA pesante si posizionò sul fondo della provetta. b) | batteri furono trasferiti in un nuovo terreno con !N, azoto leggero, per un unico ciclo di replicazione. Estrassero nuovamente il DNA centrifugandolo nello stesso gradiente ed ottennero un’unica banda dove la densità era minore rispetto a quella del DNA pesante. La doppia elica in qualche modo era stata modificata. Il modello conservativo viene escluso perché in tal caso si sarebbero ottenute due bande, una parentale di N e una nuova di *N. c) l batteri vengono mantenuti nel !N e fatti crescere per due generazioni. Estraendo e centrifugando si ottengono adesso due bande: una di DNA leggero *N, superiore alla precedente, ed una uguale a quella della prima generazione, con un DNA ibrido !*N-!5N. Il modello dispersivo viene escluso perché si sarebbe dovuta distinguere una banda intermedia tra il DNA pesante e il DNA leggero anche nella seconda generazione. Si dimostra così che la duplicazione è semiconservativa, secondo cui nella prima generazione abbiamo un filamento più pesante e uno più leggero (in un gradiente più alto). Nella seconda generazione invece ogni filamento funziona da copia per i futuri filamenti, andando a formare due doppie eliche uguali a quelle della prima generazione e due doppie eliche completamente di neo generazione (con DNA leggero, stratificato in una porzione superiore rispetto al DNA ibrido !5N-!4N). ESPERIMENTO DI TAYLOR Questo esperimento, in parallelo all’altro, viene fatto sulle cellule eucarioti dell’apice della radice della pianta di fava in crescita. # a) Le cellule vengono esposte per un breve periodo ad I, SL un precursore radioattivo, la timidina triziata. Dopo %» a l'esposizione a timidina entrambe le eliche delle cellule figlie erano composte da un filamento... radioattivo e un filamento non radioattivo. Si riuscì a Inbeied hymidine determinare il punto radioattivo tramite l’auto + radiografia. "à Le A b) Successivamente si fece una nuova duplicazione $ ì senza timidina marcata e solo una delle due eliche figlie aveva un filamento marcato. © Duplication without “abete thymidine © LE ressa ielizol VANE — VAIVLIVAAI Si conclude così che la replicazione è semiconservativa ed il DNA è universale, uguale sia nei procarioti che negli eucarioti. 45 BIOLOGIA ANIMALE E VEGETALE Quando la primasi interviene genera un breve segmento antiparallelo a quello stampo in direzione 5’>3' e poi interviene la DNA-polimerasi in questa direzione, ovvero l’unica in cui può funzionare. | frammenti di Okazaki hanno delle dimensioni definite tra i 1000 e i 2000 nucleotidi negli eucarioti e circa un decimo nei procarioti. Nell'uomo sono composti da circa 150 nucleotidi. Regione a singolo filamento cel DNA parentale Primasi | @La pimesi nai Minesco dA Inns di ANA DNA neosintetizto @La DIA polimerasi I inizia ta sintesi cel DNA cal'inesco # procede in direzione S' = 5 ‘3 9 I 5 RNA che deve \ ancora essere Ultimo DNA rimpiazzato sintetizzato @ La DNA polimerasi! sostituisce lANA con il DNA. 5 3 9 5 @ La DNA lipasi unisce i ilamenti di DNA, La DNA-polimerasi utilizza il breve innesco di RNA sintetizzato dalla primasi per iniziare a sintetizzare DNA aggiungendo deossiribonucleosidi trifosfati all'estremità 3’ (dATP, dCTP, dGTP, dTTP). Per il filamento anticipato è sufficiente un solo innesco poiché la sintesi può poi procedere in modo continuo in direzione 5’+3’. Sul filamento ritardato la sintesi del DNA richiede una serie di inneschi di RNA. Gli errori effettuati dalla DNA-polimerasi sono evitati grazie all’attività esonucleasica della DNA-polimerasi, chiamata correzione di bozze, che rimuove anche gli inneschi a RNA. La sintesi del DNA su entrambi i filamenti è dunque contemporanea. Il replisoma fa sì che il filamento ritardato sia sintetizzato in modo coordinato rispetto a quello anticipato anche se i due filamenti stampo sono orientati con polarità opposte. 5) LA SINTESI E’ BIDIREZIONALE La sintesi procede in entrambe le direzioni della bolla di replicazione. Alla fine della replicazione si ottengono due filamenti figli ognuno dei quali avrà un primer 5’. Questo primer verrà poi rimosso e si avrà un'interruzione. Questa interruzione non potrà essere sanata dalla DNA-polimerasi perché questa non può iniziare la sintesi di un filamento 3'>5°. Quindi, ad ogni replicazione l’elica figlia sarebbe più corta rispetto a quella parentale. Questa problematica viene risolta dalla dispersione nella parte finale dei cromosomi eucariotici lineari Correzione di bozze da parte della DNA polimerasi, attività esonucleasica 3'-5" di corte sequenze ripetute, non direzione 5'->3', che forma RNA Deossiribonucleosidi trifosfati (dATP, dCTP, dGTP, dtt) DNA elicasi (La sintesi di DNA catalizzata da DNA polimerasi (DNA Topolsomerasi polimerasi Il nei batteri; DNA polimerasi a, €, 0 negli eucarioti) procede in Proteine legami fosfodiesterici tra il 3' stabilizatrici della OH della catena in singola elica allungamento ed il 5'? diun nuovo nucleotide comunicanti, dette telomeri. Essi sono presenti in numero elevato e non portano l'informazione per la sintesi di qualche proteina. Attività esonucleasica 5'-3" di DNA polimerasi | e a per la rimozione degli inneschi a eucarioti è Negli presente la telomerasi per la replicazione dei telomeri. E’ particolare perché possiede una DNA ligasi un enzima molto porzione proteica e una porzione di RNA. L’RNA funziona da stampo, poiché ha una sequenza complementare di telomero. La DNA-ligasi lega due frammenti di DNA che hanno subito una rottura a doppio filamento. DANNI AL DNA Un gene accumula in media una mutazione ogni 200.000 anni. 48 BIOLOGIA ANIMALE E VEGETALE Dott.ssa Donati [email protected] 19/11/19 ESPRESSIONE DELL’INFORMAZIONE GENICA Inizialmente l’informazione viene trascritta sull’RNA utilizzando un. NONANANNNNMNA singolo filamento di DNA. Poi nella traduzione c'è un cambio di == | linguaggio: si passa dagli acidi nucleici alla sequenza di 20 amminoacidi. a mf Dal DNA si va sempre verso le proteine, passando per l’RNA. Nelle Pi ci cellule dei viventi non c'è la ‘scrittasi inversa’ (presente invece nei ua YI retrovirus come l’HIV, che sintetizza DNA a partire da RNA). Nei ss mposomali viventi il DNA è elementare e la sua informazione viene copiata e anminosiama 4a tradotta. Aibosomi L’RNA è: - a singolo filamento; - con quattro basi azotate: adenina, guanina, citosina, uracile © 8 ini (con la stessa struttura della timina ma con un gruppo metile sul C-2 in meno); [=] - con uno zucchero: ribosio. Protoino RNA 1) RNA, RNA ribosomiale nei ribosomi, dove avviene la sintesi proteica; 2) RNA, RNA di trasferimento (transfert), molto piccolo perché composto da meno di 100 nucleotidi, che ha un ruolo importante nella sintesi proteica perché traduce la sequenza di basi nel mRNA e porta gli amminoacidi al ribosoma; 3) mRNA, RNA messaggero, porta il messaggio dal DNA ai ribosomi 4) hnRNA (eterogeneo nucleare), RNA trascritto primario, è il prodotto diretto della trascrizione dato dalla RNA polimerasi, non ancora matura per fare da stampo (maturazioni del AnRNA); 5) snRNA (small nuclear), piccoli RNA nucleari, molecole con funzione regolatrice. 115% è composto da micro RNA, scoperte da poco, con funzioni regolatrici. Codice genetico: universale, AUG codifica per la metionina, UUU per la fenilalanina. Genoma: insieme dei geni dei singoli individui. ESPERIMENTI PER RELAZIONARE INFORMAZIONE DEL DNA E PROTEINA 1) ESPERIMENTO SULLA NEUROSPORA CRASSA, LA MUFFA DEL PANE Beadle e Tatum irradiarono queste muffe con delle radiazioni ionizzanti e queste subirono delle mutazioni non riuscendo più a crescere nel terreno minimo. Aggiungendo un componente alla volta riuscirono a capire che l'incapacità di crescere in un terreno cessava nel momento in cui aggiunsero un precursore che sarebbe poi diventato substrato dell'enzima che non funzionava. Le radiazioni avevano dunque mutato il DNA. Espressero allora la relazione gene-enzima. 49 BIOLOGIA ANIMALE E VEGETALE 2) STUDI SULL’ANEMIA FALCIFORME, nei globuli rossi Linus Pauling dimostrò che non tutte le proteine sono però enzimi. Egli riuscì a spezzettare la proteina emoglobina malata accorgendosi che differiva dai pazienti sani solo per una sequenza. C'è dunque una relazione gene-catena polipeptidica. Charles Yanofsky studiò il triptofano sintetasi (enzima batterico) e dimostrò che mutazioni nella sequenza degli amminoacidi dell’enzima corrispondevano in modo precisissimo con la corrispondente posizione nella catena polipeptidica dell’enzima (principio di co-linearità). La mutazione di un amminoacido dell’enzima è in linea con quella nel nucleotide del gene corrispondente. Proteine alfabeto di 20 lettere (20 amminoacidi) RNA alfabeto di 4 lettere (A, C, G, U) Parole di 1 lettera 4 combinazioni = 4 possibilità 3 NO Parole di 2 lettere 4? combinazioni = 16 possibilità 3 NO Parole di 3 lettere 4? combinazioni = 64 possibilità > FORSE Ci sono coppiette sinonimo che codificano per uno stesso amminoacido (mutazione silente), permettendo di capire eventuali mutazioni spontanee. REGOLE ALLA BASE DEL CODICE GENETICO 1) Ilcodice è basato su 64 triplette di basi (codoni); 2) Nonè ambiguo, ogni tripletta ha un preciso significato; 3) E’ degenerato/ridondante: più triplette codificano uno stesso amminoacido (codoni sinonimo). Un amminoacido può essere specificato da più triplette, ma ogni tripletta ha un preciso significato; 4) E’ universale. Il codone di inizio della traduzione è AUG (metionina) e non è ridondante. UAA, UAG e UGA sono dei codoni di stop, non codificanti, che hanno solo funzione di identificare quando il processo è terminato. Se vengono cambiati dei codoni genetici sinonimo al livello di catena polipeptidica la mutazione è insignificante. Seconda lettera U UE endalanina | UCU MAE Trosinva — | (GL ciswoira — [È UCA Serina UUB | evcina UCG SICA MOTI (a UUG STOP UGG Triptofano | G UU ccU Istidira Ceu i CUE |, Cal, c CEGI accirino MI e Ri (Gun rencina | EA Prole CGA Argnine |A, £ CUG (CCG Glutammina | CGG S È Gi E | av E AAY AGU _ Us \p| AUC Isoleucina neu AAC Asparegina | AGG Serina Dis AUS RCA MeonImA | ia | 10h | , Egg etonra: | ACG i Lsina AGG Arginina È qu ctu GAI Acido GU U GUC Vi SC N GAC] aspartico |[GGGÌ _, c QUA Vama GEA Pierina | ae nudo CGA Glicine Ù GUG GCG GAG giutammico | 666 © 50 BIOLOGIA ANIMALE E VEGETALE PROCARIOTI Le subunità della RNA-polimerasi sono: -20; - 1 Ro, fattore proteico che si lega all’enzima nella fase iniziale (oloenzima, completo), grazie al quale questo può legarsi al promotore; -1p. Esistono due segnali di terminazione: 1) dipendente dalla proteina Rho; 2) indipendente dalla proteina Rho, dove la terminazione è favorita dalla sequenza dell'RNA stesso, che forma una s. Il a forcina, formando legami a idrogeno nello stesso filamento con tratti di basi complementari (che fa separare il DNA dall’RNA). Una sequenza PoliU fa due legami ad idrogeno, facili da rompere. n) Promotore per la RNA polimerasi | Do) Elementi del promotcre core par la RNA polimerasi Il e) Due tipi ci promotore perla ANA palimerazi Il EUCARIOTI Hanno 3 RNA-polimerasi diverse: - I, addetta agli RNA; - II, addetta ad altre prot.; - III, addetta al tRNA. Esse possono legarsi al promotore solo dopo che ad esso si sono legati dei fattori proteici specifici (tf chiamati fattori di trascrizione. ona CAP > è essenziale affinché l’mRNA venga riconosciuto dal ribosoma come quello giusto da tradurre. guanosina + CH: in posiz. 7 POLI A > la molecola di MRNA subisce un taglio circa ogni 30 nucleotidi a valle dopo la sequenza AAUAAA prima che la trascrizione sia terminata. La poliA polimerasi usa l'energia fornita dall’idrolisi di ATP per aggiungere la coda di poliA (fino a 250 adenine). La coda serve a proteggere dal taglio di esonucleasi in modo che se queste dovessero tagliare, taglierebbero la coda di A e non parti codificanti. Solo dopo una certa soglia allora la molecola di RNA diventa instabile. BIOLOGIA ANIMALE E VEGETALE SPLICING > rimozione di sequenze introniche e cucitura delle esoniche INTRONI > sequenze non codificanti (spesso iniziano e finiscono con G) ESONI > sequenze codificanti ricucite Negli eucarioti i geni che codificano per proteine sono in forma interrotta, sono intervallati da sequenze introniche (presenti nel trascritto primario ma non nell’mRNA maturo). Negli eucarioti i promotori (complesso d'inizio: promotori + RNA polimerasi) sono diversi a seconda delle isoforme di RNA polimerasi che ci sono (es. quello della RNA polimerasi | diventa parte dell’unità trascrizionale andando a valle dell'unità +1). TATA BOX Elementi distanti > elementi di controllo a monte che regolano questo processo, si legano al tf. La terminazione della trascrizione avviene in modo diverso a seconda che si abbia RNA pol I, II, III. MATURAZIONE DELL’RNA Ci sono 3 maturazioni del pre mRNA. e C'è unCAP (cappuccio) all'estremità 5’ Inud dall I di iunti , tezioni i . Ila coda c'è una poli 8) ‘aggiunti nel nucleo, sono protezioni dalla nucleasi (eso/en lo) ® Rimozione di sequenze introni che non codificano + SPLICING (taglia e cuci) Posso rimuovere gli introni con modalità diverse e il risultato sarà diverso (proteine diverse) > SPLICING ALTERNATIVO. Trascrtto primario (pre-mRNA) Esone od di pot] Lo splicing è catalizzato da spliceosomi, particelle 148 ribonucleoproteiche (proteine + RNA). Gli introni vengono degradati con struttura lariat (a cappio). Gliintroni sono escissi e gli esoni saldati insieme Gli RNA della serie U fanno parte degli snRNA che sono ribozimi e sono coinvolti nelle reazioni di splicing. Coefficiente S (Sved berg) è di sedimentazione. ig BIOLOGIA ANIMALE E VEGETALE 26/11/19 I geni codificanti rRNA che si trovano al livello del nucleolo sono presenti in molte copie + geni amplificati a livello genomico. Quando la RNA pol | inizia la trascrizione, vengono garantite numerose copie di rRNA già in partenza. Il tRNA devono trasferire nella sede della sintesi proteica (ribosoma) l’amminoacido giusto seguendo le triplette sul messaggero. Questo non supera i 100 nucleotidi (70-90) e si ripiegano a formare una struttura tridimensionale a trifoglio. Non ci sono legami ad idrogeno tra le basi complementari di due filamenti indipendenti (altrimenti si parlerebbe di DNA) ma c'è l’appaiamento complementare di basi intrafilamento andando a formare una regione a doppia elica formata da un ripiegamento di un solo filamento. ®© Braccio accettore > 3° idrogeno del tRNA dove verrà legato covalentemente con legame asta estere un amminoacido, diventando un Legame sstrico amminoacido attivato. D RASO è Maturazione delle molecole di tRNA post- trascrizione: in fase di maturazione post- GLssag® trascrizionale le basi dei nucleotidi di tRNA_ 8° vengono abbondantemente modificate. Queste modificazioni possono essere non solo a livello delle basi ma anche dello zucchero che può essere metilato all’ossidrile in 2°. N.B.: le basi dei nucleotidi del tRNA sono più frequentemente modificate rispetto alle altre (MRNA, rRNA). Le basi modificate non rendono possibili gli appaiamenti standard ma con appaiamenti intrafilamento. Sono abbondanti a livello delle anse e non delle regioni a doppia elica. Ansa dell’anticodone > c'è la tripletta che si andrà ad appaiare col codone dell’mRNA. Il tRNA con una struttura 3D mostra una struttura secondaria a forma di L, con un accettore da una parte ed un anticodone dall'altra. Tutti i tRNA all'estremità 3’ presentano la tripletta CCA e, qualora non ce l'abbiano, viene aggiunta nella maturazione, dove viene attaccato l’amminoacido al livello dell’adenina. SINTESI PROTEICA | ribosomi negli eucarioti sono composti da 80S; nei procarioti da 705. Essi sono a loro volta formati da una subunità minore ed una stociegame {4 maggiore, separate inizialmente fino all’inizio della traduzione. Nel momento dell’assemblaggio si vanno a determinare 3 siti distinti: - E, uscita; - A, amminoacidico. Qui vi entrano i tRNA carichi di amminoacidi, ad eccezione della fase d'inizio; 55 BIOLOGIA ANIMALE E VEGETALE PROCARIOTI ®© Nei procarioti la metionina viene trasportata dal tRNA ed è modificata chimicamente (formilazione, aggiunta CHO, che fornisce protezione) andando a formare la metionina formilata che fa sì che al sito P venga trasportato un amminoacido più inombrante. @ Perché il complesso d'inizio si formi, devono intervenire fattori proteici (Inibition Factors): - 1F1, associato alla subunità minore; - IF 2,che aiuta la formilmetionin-tRNA a posizionarsi nel sito A (richiesta idrolisi di GTP); - IF 3, associato alla subunità minore. In tutte le fasi della sintesi proteica è richiesta GTP (no ATP). EUCARIOTI ®© Negli eucarioti non si ha formulazione ma studi dettagliati sulla struttura del tRNA eucariotico hanno portato alla luce che il tRNA che lega la metionina iniziale è diverso dal tRNA carico di metionina che interviene durante la normale fase di accrescimento. Il tRNA iniziatore è quello che porta metionina iniziale ed ha caratteristiche strutturali diverse. @ Negli eucarioti, il numero di IF è maggiore (=15) perché ci sono più meccanismi di regolazione per decidere se intraprendere questo processo così costoso. Nella fase di allungamento ci sono 3 EF (elongation factors) sia negli eucarioti che nei procarioti. Anche nella fase di allungamento c'è idrolisi di GTP che si lega a EF*, fattore che, come IF 2, aiuta l'amminoaciltRNA a posizionarsi correttamente. EFG + fattore proteico che aiuta nella traslocazione. Nella formazione del legame peptidico non c'è idrolisi di GTP. Da dove prende l'energia? Gli amminoacidi arrivano attivati, cioè legati al proprio tRNA, e del "sn questo legame è costato ATP > AMP + 2P. Nella formazione del $=o legame peptidico viene rotto il legame tRNA-amminoacido. Questa ©; rottura fornisce l'energia necessaria alla formazione del legame pepidico] C=0 peptidico (reazioni accoppiate). Me & Il gruppo carbossilico COOH dell’amminoacido legato al tRNA nel cato, sito P viene fatto reagire col gruppo amminico NH; legato al tRNA MILA | arerini pela nel sito A + legame peptidico. peptidicotra gli amminoacidi legati ai siti Pe A del ribosoma. R' e A” indicano i gruppi laterali degli amminoacidi Poliribosomi (polisomi): strutture complesse presenti sia negli eucarioti che nei procarioti ed aumentano la velocità della sintesi proteica. Lo stesso mRNA viene tradotto contemporaneamente da più ribosomi. Un primo ribosoma non è ancora arrivato al codone di stop quando un secondo inizia la traduzione dello stesso mRNA. Questa strategia viene applicata per aumentare la velocità dei processi di sintesi. 28/11/19 Eucarioti -+ mRNA monocistronico. Procarioti + mRNA policistronico, unico promotore che controlla geni diversi che codificano per 4 proteine diverse ma correlate (economica della trascrizione). 58 BIOLOGIA ANIMALE E VEGETALE ANTIBIOTICI Gli antibiotici sono farm: processi vitali del batterio. bitori di trascrizione e sintesi proteica, “contro la vita” poiché bloccano i Puromicina: agisce sia nei procarioti che negli eucarioti e causa la terminazione prematura della catena proteica (blocca la traduzione) agendo come analogo dell’aminoacil-tRNA e piazzandosi dunque nel sito A (mimetismo molecolare). a-amanitina: inibitore della trascrizione eucariotica, inibisce la RNA polimerasi II, molto sensibile (la pol | è mediamente sensibile e la pol III è poco sensibile). Tutte le reazioni di sintesi proteica iniziano sempre a meno di ribosomi liberi nel citoplasma. Sulla base della destinazione finale la sintesi proteica può terminare o meno al livello dei ribosomi liberi. T ribosomi iniziano la traduzione nel citoso! ® or De = 2, | ribosomi possono essere o liberi nel citoplasma o adesi al RE. Non è detto che lo specifico ribosoma rimanga sempre nello stesso punto durante tutta la vita. ® Se l’mRNA codifica per una proteina che rimane nel citoplasma, viene portata nel nucleo, è del perossisoma o del mitocondrio/cloroplasto, il ribosoma resta nel citoplasma. 59 BIOLOGIA ANIMALE E VEGETALE @ Se viene codificata una proteina destinata a secrezione (ormone), la traduzione inizia a livello di un ribosoma libero nel citoplasma ma, quando compare fuori dal ribosoma l'estremità NH;-terminale qui è presente una sequenza segnale. Questa viene riconosciuta da una particella di riconoscimento del segnale e la traduzione viene fermata perché la proteina non è destinata al caso ©. La particella attacca l'estremità NH. e porta tutto il complesso (ribosoma compreso) al reticolo. Il traslocone è una proteina trans membrana del reticolo che si apre e permette l’entrata della catena polipeptidica in crescita all’interno del lume del RER. | ribosomi sono in equilibrio dinamico. MUTAZIONI Le mutazioni sono un cambiamento della sequenza nucleotidica del DNA. | danni sono causati da mutageni di natura chimica o fisica o mutazioni spontanee. | sistemi di riparazioni sono molto efficienti per ovviare a questo problema > segnali di problemi “it Bcrmonto p prontamente riconosciuti. GIONA | / vi x / La depurinazione è la perdita di una purina da un nucleotide sul DNA. da Da @ f La deaminazione è la rimozione di un NH: a livello di una base azotata. L a [) Depurinazione î Es: la citosina è deamidata a uracile. Nel DNA c’è T e non U perché laT Base mancante ha un CH; in più che a livello energetico costa ma frequentemente il i Mi Hi Ar DNA subisce deaminazioni > se il DNA contenesse U i nostri sistemi di ] Ò N IA îH riparazione non riuscirebbero ad intervenire prontamente come invece E n a fanno perché sanno che se c'è U nel DNA questo è stato frutto di una deaminazione. ou qu p p ioni ; ichi ini 7 | “Sono reazioni molto frequenti che richiedono un continuo intervento 4 Radiazione uravioltta IH ;&j "diri ; î dei sistemi di riparazione. Se il danno è su un singolo filamento viene usato l’altro filamento Timina da | . è | singolo filar o Letmine \ Ò o Come stampo per la riparazione di questo. È “ “Se il danno riguarda i due filamenti il nostro corredo diploide fa sì che ò Tema Dinero attimina — Si possa usare il cromosoma omologo come modello di riparazione. Si I I dello di Sì ristrutturano così gli enzimi della ricombinazione omologa. Le mutazioni possono riguardare un singolo nucleotide puntiforme (in questo caso riguarda solo aggiunta o rimozione, frame shift) o un cromosoma. es: l’anemia falciforme è una mutazione puntiforme a livello delle sequenze che codificano per la 8-globina. Normalmente la sequenza sarebbe CTT (8-globina) > GAA (acido glutammico, Gen). La mutazione invece presenta una sequenza CAT (8-globina) > GUA (valina, Val). DNA lamezia DNA img Gem è un amminoacido polare; la valina non è polare. Quando la 8- globina va a ripiegarsi trova degli ostacoli e non riuscendo ad assumere la giusta struttura non riuscirà a svolgere la giusta FTTCLITTTRATI funzione. É Emoglobina normale Emoglobina falciforme MUTAZIONI PUNTIFORMI > sostituzione di una base * silenti: GGG (Pro) GGT Y Y 60 BIOLOGIA ANIMALE E VEGETALE Il gene regolatore codifica per la proteina repressore, che si lega in maniera specifica all'operatore di un operone. Dopo di che si stacca da questo e si lega ad un effettore (ambientale, che nel caso del LAC dipende dalla presenza nell'ambiente di lattosio). Il gene regolatore può trovarsi in qualsiasi punto del DNA batterico, non necessariamente adiacente all’operone. effettore mc 3. Forma attiva Forma inattiva del del repressore lac repressore lac (incapace (Si lega all'operatore e di legarsi all'operatore, blocca la trascrizione) permette la trascrizione) REGOLAZIONE NEGLI EUCARIOTI Negli eucarioti il controllo è più complesso perché è presente la ricezione di più stimoli. La cromatina si divide in: - eterocromatina, altamente condensata e legata a proteine cromosomiche anche durante l’interfase (geni inattivi); . _ . L _ Decondensazione - eucromatina, organizzata in modo più lasso, può CREA ; È ; Adi doi "i i Nuciecsoma interagire con fattori di trascrizione e altre proteine di DI regolazione (geni attivi). Eterocromatina: geni silenti La sua conformazione influenza l’espressione genica perché Regione trascrita Eucromatina: geni attivi l’eterocromatina non è accessibile al complesso di trascrizione. Dopo la traduzione, la proteina neosintetizzata può essere resa inattiva + regolazione post-traduzionale. Circa 5000 geni (1/6 dei totali) sono quelli espressi in un determinato momento della cellula ma il genoma di ogni cellula di un organismo rimane uguale. La differenziazione tra cellule dipende solo dall'espressione genica. Di questi 5000 geni ci sono gli house keeping e geni specifici di tessuti. MECCANISMI EPIGENETICI > cambiamenti che influenzano il fenotipo senza alterare il genotipo. Tra questi individuiamo: ® la metilazione del DNA: è a carico delle Citosine. Solo il 3% delle C sono metilate ed in genere queste appartengono alla doppietta CpG (citosina fosforo guanina). L'enzima 5-metiltransferasi responsabile della metilazione è specifico per le citosine nella sequenza 5’-CG-3’, appaiate con le sequenze 3°-GC-5’ già metilate. Il metile fa diventare il DNA più idrofobo, favorendone il suo impacchettamento e regolando così l’espressione genica. e le modificazioni degli istoni-codice istonico, ovvero le modificazioni conformazionali della cromatina non più accessibile al complesso di traduzione. Esse si dividono in: - metilazioni (Lys o Arg), aggiunta di CH: su lisina e arginina. La metilazione può inibire o attivare l’espressione genica ma questo dipende dal residuo metilato (di solito la metilazione è ossoacida e inibisce l’espressione); 63 BIOLOGIA ANIMALE E VEGETALE - acetilazione (Lys), aggiunta di acetile (COCH:) su lisine. L’acetilazione attiva sempre l’espressione. Le lisine sono amminoacidi i basici che determinano la possibilità di >» associare il DNA e gli istoni. « La lisina legata all’acetile fa perdere la a dd i) e carica positiva e il legame DNA (-) e istoni si - È n rompe, determinando l'accessibilità al DNA ) del complesso di trascrizione; ine Hl - assenza dell’istoi nella cromatina { cena ec trascrizionalmente attiva. Tra due istoni c'è una Op regione di DNA (linker) a cui si lega l’istone H1, a formare la struttura a collana di perle (=30 nm). La sua assenza provoca una minor compattazione del DNA, accessibile al complesso di trascrizione. REGOLAZIONE A LIVELLO DELLA TRASCRIZIONE NEL DNA Gonarcor Ts Gli enhancer (intensificatori) e silencer (silenziatori) sono localizzati a + nali Hu distanza variabile dal promotore. Essi diventano funzionali quando pes vengono legati da specifici fattori di trascrizione (proteina con almeno due domini funzionali) che attivano queste sequenze. 0tadovara Si va così a creare un doppio legame che induce la formazione di un dominio ad ansa, consentendo al fattore di trascrizione di entrare in contatto con una o più proteine bersaglio dell’apparto generale di trascrizione e ciò determina un incremento della velocità di trascrizione. REGOLAZIONE TRADUZIONALE Il controllo traduzionale consiste in: - controllo della velocità di traduzione - controllo dell’emivita del mRNA - interferenza a RNA > breve RNA a doppio filamento nel citosol chiamato siRNA (small interfearing RNA). Attraverso questo la cellula può degradare l’mRNA o bloccarne l’attività. Il controllo post-traduzionale consiste in: - maturazione proteolitica: taglio di un tratto della catena polipeptidica affinché venga attivata la proteina; - fosforilazione reversibile: aggiunta o rimozione di un fosforo ad un residuo amminoacidico della proteina. Si parla di attivazione con la chinasi, ovvero l'aggiunta di fosforo, e inibizione con la fosfatasi, ovvero la rimozione di fosforo. - degradazione. 64 BIOLOGIA ANIMALE E VEGETALE 10/12/19 DIVISIONE CELLULARE Virchow's ci aveva detto che tutte le cellule derivino da cellule (1858). Le cellule sono in grado di dividersi e prima di farlo devono andare in contro a dei cambiamenti: aumento di dimensioni e sintesi di nuove macromolecole e organuli nel caso degli eucarioti. Inoltre, deve duplicare tutto il suo patrimonio genetico in modo che questo venga trasferito alle cellule figlie. Ci possono essere due principali tipi di divisione: e riproduzione asessuata o agamica, non necessita due sessi e si ottiene una progenie geneticamente identica (clone) a meno di fenomeni di mutazione o cambiamenti occasionali del materiale genetico. Essa è tipica dei procarioti ed eucarioti unicellulari. La divisione della cellula coincide con la riproduzione dell’individuo; e riproduzione sessuata o gamica, che richiede la partecipazione di due individui in quanto è affidata all'incontro di due cellule speciali, i gameti (prodotti nelle gonadi), provenienti da un individuo di sesso maschile e da uno di sesso femminile. Si va a creare un nuovo individuo. E’ tipica di piante e animali (organismi pluricellulari) ma anche di alcuni eucarioti unicellulari. La diversità genica associata ai meccanismi di riproduzione sessuata offre un'enorme opportunità al livello evolutivo, perché la progenie può essere più o meno adatta a vivere in un determinato contesto. RIPRODUZIONE ASESSUATA Negli organismi unicellulari la divisione cellulare coincide con la riproduzione dell'organismo. In condizioni ambientali favorevoli (temperatura, mezzo nutritivo, assenza di specie in pie ) competizione) impiega 20/30 minuti. È. A, Mala A eobalacesc. La riproduzione avviene tramite la scissione binaria e il genoma si associa alla membrana plasmatica. Mentre la cellula si accresce, si duplica il DNA e i due genomi associati in punti 1 DNA de ccomosoni figli separa sotto) controllo della regione comprrndente i sito ori # u La cellula inizia a dividersi. diversi della membrana verranno a trovarsi separati e distanti tra loro. Dopo di che la cellula inizia a dividersi al livello del setto, con la formazione di un setto sempre più profondo fino ad arrivare ad una rottura. f Sormate due nuove citue. I Pra odiretè compia si sono Le due cellule figlie sono geneticamente identiche tra di loro, cloni della cellula madre. Ta) Te) RIPRODUZIONE SESSUATA: MITOSI Negli organismi unicellulari la riproduzione coincide con la divisione cellulare. Negli organismi pluricellulari la divisione cellulare è importante per la formazione, l'accrescimento e l’omeostasi dei tessuti (talvolta anche la rigenerazione). La mitosi interessa tutte le cellule somatiche dell'organismo tranne quelle germinali (che danno origine ai gameti). Il ciclo cellulare di cellule eucariotiche è il tempo che intercorre tra una mitosi e quella successiva. 65 BIOLOGIA ANIMALE E VEGETALE A seconda della frequenza della divisione, i tessuti si dividono in: ® stabili, per quanto riguarda i tessuti nei quali le cellule rimangono per un tempo molto lungo in fase G1 e presentano divisione cellulare solo se stimolata da particolari fattori (es. cellule epatiche, in grado di rigenerarsi in caso di danni); ® labili, cellule che si dividono attivamente, e la G1 è breve, mentre altre seguono la via del differenziamento cellulare e poi la morte (es. cellule epiteliali); ® perenni, con cellule che una volta accresciute non si dividono mai (es. neuroni), perdendo la capacità di proliferare. Ciascun cromosoma si duplica nella fase S del ciclo cellulare, producendo due copie identiche di molecole di DNA: i cromatidi fratelli. | cromatidi restano associati a livello del centromero, formando un cromosoma. Un cromosoma è una molecola di DNA lineare a doppio filamento. Durante la divisione cellulare le sequenze centromeriche si associano a proteine specifiche che formano un complesso multiproteico chiamato cinetocore (uno per ogni cromatide fratello) capace di legare i microtubuli del fuso responsabili della segregazione (corretto ripartimento del materiale genetico nelle due cellule figlie). Questo vale per tutti i cromosomi nella cellula. Nella mitosi ognuno dei cromatidi fratelli forma una nuova cellula. Nelle cellule vegetali non sono presenti i microtubuli ma il centrosoma è comunque in grado di lavorare bene. centrosoma ore gelr'aster N GA centioli ceo primario » » FUSO MITOTICO + MICROTUBULI > estremità + ed estremità - (al livello del centrosoma). L’estremità negativa dei microtubuli si trova al livello del centrosoma e si accresce nell’altra direzione. | microtubuli si dividono in: - microtubuli del cinetocore provengono da un centrosoma e legano il cinetocore di un cromatidio fratello. 1 microtubuli che provengono dal centrosoma opposto si legano all’altro cromatidio fratello. | microtubuli possono essere molti nel caso degli esseri umani, uno nel caso dei lieviti; - microtubuli polari, provenienti da poli opposti che si sovrappongono e si stabilizzano interagendo tra loro grazie a proteine; - microtubuli astrali, che formano una sorta di stella formata da microtubuli a raggiera intorno a ciascun centrosoma. 68 BIOLOGIA ANIMALE E VEGETALE MT del cinetocore MT astrale n ierota tO) (d) d) (iu) (4) È () Aggiunta ed eliminazione ( edi subunità di tubulina In coltura la possibilità di proliferare dipende da: disponibilità di nutrienti, danni a livello del DNA o fuso mitotico, disponibilità di ancoraggio, affollamento della coltura, presenza-assenza di fattori di crescita. Transizione metaaso anse stenza da Potuerzata de: * Presenza i danni al ONA * Repliczion del DNA \ _N | \\\ sintesi er on \ uno i stione tr ia * Presenza di rutenti * Omenzione ca elia * Presenza i danni al DNA MEIOSI Le cellule diploidi hanno | sistemi di controllo sono posti nelle cellule fisiologiche in punti strategici e devono garantire che la cellula possa proseguire il ciclo cellulare solo se sono state fatte le fasi precedenti nel corretto ordine e modo. Deve essere in grado di rispondere anche alle condizioni esterne. | punti di transizione sono punti chiave di controllo. Nella transizione G1 si controlla la presenza di fattori di crescita, di nutrienti, la dimensione della cellula e la presenza di danni al DNA. Nella transizione G2-M si controllano dimensioni, presenza di danni al DNA, replicazione del DNA. Nella transizione metafase-anafase si controllano che tutti i cromosomi siano attaccati ai microtubuli. 12/12/19 (PZ son gui * ( (= )) (2n=4) invece due corredi omosemi NES cromosomici (2n), nel caso di tutte le cellule somatiche. La meiosi, in seguito al G2, ha due divisioni portando alla formazione di 4 cellule con corredo cromosomico aploide (n), i gameti. La funzione di ottenere delle cellule aploidi è quella di mantenere costante il numero di cromosomi di una specie di organismi a riproduzione sessuata. Da una cellula diploide si ottengono 4 cellule aploidi che contengono un solo cromosoma di ogni coppia di verifica anche la parentali, cellula aploide prodotta ha una omologhi. Durante la meiosi si ricombinazione genetica dei cromosomi tanto che ogni combinazione di geni potenzialmente unica. Nella mitosi si ha la separazione dei cromatidi fratelli. Nella meiosi | si ha la divisione dei cromosomi. Nella meiosi Il si ha poi la divisione dei cromatidi fratelli. 69 Quattro cromosomi / ognuno con due cromatidi Fatoli BIOLOGIA ANIMALE E VEGETALE I cromosomi omologhi portano l'informazione per il controllo genici (posizioni) Allo dominante degli stessi caratteri genetici, sebbene non necessariamente la stessa informazione. Varianti dello stesso gene sono definiti alleli (dominanti e = recessivi), forme alternative dello stesso gene che si trovano Genotipo: Fenotipo: a) b) o) A b CR Allele , ; - recesso Nello stesso punto dei cromosomi omologhi. Non sempre AA bb Co i i i Omazigote Omazigate Eterozigote sono presenti degli alleli. per l'allele per l'allele . Lu . . . . Lo. dominante recessivo | loci genici sono i punti occupati da geni. Se non coincidono Dominante Recassivo Dominante in due cromosomi, si parla di cromosomi non omologhi. Gli variante A variante b variante C alleli devono essere nello stesso locus genico. Meiosi gamica o terminale, avviene solo nelle cellule a e" e" cali ; ; , . . LET Ns I germinali. Nella maggior parte della vita dell'organismo il (3, ‘@%x% fool — se s dinlai, . corredo è diploide; (n meiosi (em) Meiosi intermedia o sporofitica, organismo può esistere in ka) ° m a forma diploide (sporofito), e aploide (gametofito) che darà tn € meiosi sé % ‘ ì i origine a gameti (es. felci e muschi, dove c’è sia un organismo i d 27 aploide che diploide). Entrambi vivono come organismi Non si 4 ‘gametofito (n) gametofito (n) ha la meiosi ma direttamente la formazione di gameti per specializzazioni di cellule già esistenti (gametofito); iale, lo zigote che si forma dalla » Meiosi zigotica o fecondazione si divide subito per meiosi (es. funghi). Non esiste la forma dell’organismo diploide, ma solo la forma aploide. C'è una meiosi omozigotica. | — gameti gameti si sviluppano per specializzazione di cellule preesistenti già aploidi. Ad un'unica fase S, conseguono due divisioni meiotiche nelle quali si individuano le stesse fasi della mitosi: MEIOSI I o MEIOSI RIDUZIONALE La meiosi | è definita meiosi riduzionale perché alla fine si ottiene un numero di cromosomi dimezzato. Profase I, molto complessa e lunga perché avvengono una serie di eventi che sono caratteristici di questo processo. Come prima, avviene la migrazione dei due centrosomi e la formazione del fuso. | cromosomi omologhi si appaiano tra di loro attraverso un processo di sinapsi (unione) facendo sì che siano strettamente associati formando i bivalenti, o tetradi, perché composti da due cromosomi omologhi (formati ognuno da due cromatidi fratelli). Avviene in questa fase il crossing-over, lo scambio di materiale genetico tra cromatidi omologhi non fratelli, favorito dalla vicinanza dei cromosomi omologhi. | cromatidi hanno così delle combinazioni geniche non presenti nei cromosomi parentali. La profase | termina con la frammentazione dell'involucro nucleare facendo sì che i cromosomi vadano a contatto con i cinetocori dei cromatidi fratelli del cromosoma. Si divide a sua volta in: - Leptotene, i cromosomi duplicati in fase s iniziano a condensarsi; - Zigotene, dove avviene la formazione di un complesso proteico definito sinaptinemale; - Pachitene, la sinapsi è completa, avviene il crossing over; 70 BIOLOGIA ANIMALE E VEGETALE o è l'insieme delle informazioni relative al numero, alla forma e alle dimensioni dei cromosomi, ben visibile in metafase. Essi si classificano in base alla posizione del centromero: metacentrico acrongntrico e Metacentrico sbmeticantico eiocentica * Submetacentrico ® Acrocentrico ® Telocentrico Lo spermatozoo determina il sesso del nascituro: se porta X, sarà maschio; se porta Y, femmina. 17/12/19 MENDEL E L’EREDITARIETÀ 1865 Il monaco della Slesia Mendel è riuscito a teorizzare importanti leggi senza sapere come era ripartito il materiale genetico. Il suo principale merito è per aver applicato matematica e statistica alla biologia, che fino a quel momento era una scienza descrittiva. Individuò precise regole relative al modo in cui i caratteri dei genitori si presentano nella progenie. Utilizzo come modello la pianta di pisello (pisum sottivum). Effettuò dei modelli utilizzando linee pure: piante che dopo molte generazioni hanno sempre lo stesso carattere. Per creare queste impiegò due anni. Le sue scoperte furono lasciate da parte fino al 1903 con la riscoperta ad opera di Sutton e Boveri. A loro si deve la teoria cromosomica dell’ereditarietà secondo la quale i geni sono localizzati sui cromosomi e la trasmissione di questi avviene in parallelo con quella dei cromosomi. Inoltre, le leggi di Mendel trovarono il loro fondamento fisico nella meiosi. Il fiore del pisello presenta entrambi gli organi riproduttivi, prevenendo delle impollinazioni esterne. Le antere negli stami producono il polline che per autoimpollinazione va ad impollinare lo stigma, la superficie riproduttiva dell’organo femminile, ovvero il carpello. Questa struttura era ottimale per gli studi di Mendel: 1) tagliò gli stami di un fiore viola prevenendo l’autoimpollinazione; 2) trasferì il polline da una pianta diversa a petali bianchi con un pennello facendo un’impollinazione artificiale; 3) dopo la maturazione del baccello, seminò dei semi di esso; 4) osservò le caratteristiche della prima generazione filiale (F1). Tutti gli organismi F1 avevano fiori di colore viola. Egli provò la stessa cosa con altre 7 caratteristiche: colore del fiore viola o bianco; posizione del fiore ascellare o terminale; colore del seme giallo o verde; forma del seme rotonda o rugosa; colore del baccello verde o giallo; forma del baccello turgida o concamerata; lunghezza del fusto alta o bassa. ®© Anche con queste caratteristiche, la F, produsse tutte piante con la stessa caratteristica. Mendel formulò la legge dell’omogeneità fenotipica della prima generazione filiale o legge della dominanza secondo cui i tratti fenotipici sono determinati dall’eredità di versioni alternative (alleli) di fattori discreti (geni). La prima generazione aveva un fattore discreto dominante. 73 BIOLOGIA ANIMALE E VEGETALE Incrociando nuovamente le piante, nella F. un quarto delle piante sviluppava un colore bianco. Erano allora ancora presenti i fattori discreti recessivi. Fu teorizzata allora la legge della segregazione secondo cui i due alleli di un gene sono unità distinte che segregano e cioè si separano, durante la formazione dei gameti. Un organismo eredita due alleli di un gene, uno da ciascun genitore. Il gene controlla il carattere. L’allele dominante è il carattere espresso nella generazione F1. L’allele recessivo è il carattere non espresso nella generazione F1. Gli individui omozigoti contengono alleli identici. Quelli eterozigoti contengono le due forme alleliche. Quando entrambi i caratteri sono presenti nello stesso individuo quelli dominanti mascherano quelli recessivi. Il carattere recessivo si manifesta solo in individui omozigoti per quel carattere. Il principio di segregazione ha la sua base nella meiosi. Solo i gameti (aploidi) portano un solo cromosoma che possiede un solo gene per carattere e dunque un solo allele. Nell’incrocio monoibrido vengono incrociate linee pure con un e do Genet è so unico carattere alternativo. Nella prima generazione si fa ae |a » b A b ottengono individui eterozigoti. L’eterozigosi fa sì che si ritrovi il g i ig 8 oa ,®|@ carattere recessivo nella seconda generazione. Ab Ab AA nb Il quadrato di Punnett mostra come si presenta il genotipo. ì 9 9 BIO Ab 9 o.e o-@ sm snooso n. . _ . o. sto» ss Fog Negli incroci diibridi vengono incrociate linee pure con due Ei »0]0/9 : ivi ; ; è Varifi 9 | 9 9 | 9 sla [lar los caratteri alternativi. Nella prima generazione si verificano *|0|]0 0/9 5 ee le forme dominanti. Nella seconda invece si ottengono 9 sy | soy | sw | sw ss |ssy_| sy |s «|è|9 o »"0/èd0als piante a carattere dominante; 6 piante con un carattere sip | sw | sw | sw sm | sy | sm | sy _ co _ 7 »le e |° i 9° @ e dominante ed uno recessivo; 1 pianta con entrambi i inni sb_L&n_ le Le] caratteri recessivi. In seguito a questi incroci, Mendel formula il principio dell’assortimento indipendente secondo cui i membri di una coppia di geni segregano indipendentemente dai membri di un’altra coppia. Es: il carattere forma del seme segrega indipendentemente dal carattere colore. Solo se i due caratteri segregano indipendentemente possono ibili gameti. La base cromosomica dell’assortimento indipendente sta nella disposizione casuale avere in F1 quattro possi delle tetradi alla metafase e Bbvy Wild re (corpo grigio ai normali) tive (corpo nero, ali corte) Genotipi —DbVv| bbwv | Bbvr bbVy antsto | coni | comograno | comonera ‘come | icone alici Risultaianesi STS| 575 | 5750 575 965 | 94 | 2060 185 Fenotipi ossei nbinanti fenotipi parentali fenotpi | meiotica. Con l'esperimento di Morgan nella Fly scoprì che l'assortimento non è applicabile se due loci sono situati sulla stessa coppia di omologhi. Room si Studiò il moscerino della frutta (drosophila melanogaster), molto utilizzato perché facilmente controllabile in laboratorio ed ha un ciclo vitale molto breve (=14 giorni). 74 BIOLOGIA ANIMALE E VEGETALE I suoi risultati contrastano le leggi di Mendel (soprattutto la 3°) > i geni sullo stesso cromosoma vengono ereditati in modo associato. Morgan osserva tanti fenotipi parentali ed alcuni fenotipi ricombinanti (sarà lui a teorizzare il crossing-over) in eterozigoti tra cromatidi fratelli di ccomosomi non omologhi e si accorge che non sono geni indipendenti. Nell’organismo eterozigote La dominanza incompleta è quando il genotipo della generazione F1 è eterozigote ma non viene manifestato il carattere dominante; bensì una sua forma intermedia. Es: mirabilis jalapa (bella di notte) dove nella prima generazione, derivante da due piante di colori diversi, si presenta un colore intermedio. Nella seconda generazione invece si ripresenteranno, oltre alla forma intermedia, le forme parentali. La codominanza è quando ci sono 3 o più forme alternative di un gene. Es: i? e i8 sono due glicoproteine di membrana espresse sui globuli rossi. Queste sono dominanti sui e tra loro sono codominanti, ovvero nessuno sovrasta l’altro ma in organismi eterozigoti if vengono espressi entrambi. 75 BIOLOGIA ANIMALE E VEGETALE CICLO LISOGENO Il ciclo lisogeno è tipico dei fagi temperati. Essi integrano il proprio DNA con quello della cellula ospite. 1) 2) 3) 4) Il ciclo lisogeno poi può dar origine al ciclo litico. In alcune occasioni il profago può lasciare il cromosoma batterico e indurre il ciclo litico. Non si sa con Aggancio > il fago aderisce alla superficie cellulare del batterio; Penetrazione > il DNA del fago entra nella cellula batterica; Integrazione > il DNA fagico si integra nel DNA batterico; Replicazione > il profago integrato si replica quando il DNA batterico viene replicato per scissione binaria. Tutti i futuri batteri hanno nel loro DNA un tratto di DNA virale (profago o provirus). precisione in quali situazioni. VIRUS ANIMALI: INFLUENZA E HIV | virus animali sono virus rivestiti da un involucro fosfolipidico costituito da proteine e lipidi della cellula ospite e proteine virali. ‘> £ io DCI Tra i virus animali sono presenti dei casi particolari che hanno un impatto rilevante sulla vita degli esseri umani con genoma a RNA. E? il caso del virus dell’influenza e dell’HIV. VIRUS DELL’INFLUENZA 1) 2) 3) 4) 5) 6) Il virus dell'influenza possiede RNA come materiale genetico suddiviso in 8 segmenti a singolo filamento. Possiede inoltre un capside ed un involucro fosfolipidico con proteine virali. Queste proteine mediano il riconoscimento della cellula ospite poiché riconoscono le sue proteine di membrana. In particolare, le cellule infettate sono quelle epiteliali di gola e polmoni. Per endocitosi la cellula animale internalizza l’intero virus. L’involucro virale si unisce alla membrana delle vescicole dell’endocitosi. Il capside viene degradato e si libera l'RNA virale. PRNA virale produce mRNA attraverso una RNA polimerasi RNA-dipendente virale (non presenta la correzione di bozze ed ogni anno varia). Per polimerizzare RNA non viene utilizzato DNA ma RNA, con gli 8 segmenti del virus. L’RNA virale produce molti nuovi genomi virali a RNA attraverso due eventi successivi catalizzati dall’RNA polimerasi. L’MRNA virale viene tradotto in proteine del capside, dai ribosomi citoplasmatici, e proteine nelle membrane della cellula ospite, dal RER per rimanere nell’involucro fosfolipidico. 78 BIOLOGIA ANIMALE E VEGETALE 7) Viene costituito il virione. 8) Le glicoproteine del rivestimento virale vengono sintetizzate sul RE della cellula ospite e trasportate alla membrana plasmatica attraverso i Golgi. 9) | nuovi virus vengono rilasciati per gemmazione, facendo uscire anche l'involucro. Nella cellula ospite viene modificata la membrana portando a morte cellulare. Talvolta può avvenire una coinfezione, se due virus influenza infettano la stessa cellula. Sono presenti alcuni frammenti di un virus e alcuni dell'altro. VIRUS HIV Il virus HIV è un retrovirus, poiché può fare una trascrittasi inversa. Si tratta in questo caso di DNA polimerasi RNA dipendente, ovvero la formazione di DNA a partire da RNA. Rivestimento fosfolipidico + Capside + RNA (due copie. ciascuna soggetta a trascrittasi inversa). Il rivestimento fosfolipidico è composto da proteine virali GP120 che fanno un ruolo fondamentale nell’infezione. Esso interagisce con le CD4 sulla membrana delle cellule ospiti. Il GP120 è molto presente nelle membrane dei linfociti T helper, cellule fondamentali per il riconoscimento di infezioni di microrganismi. Dentro la cellula ospite è presente l'involucro, che si fonde con la membrana plasmatica, e il capside, inserito nella cellula e degradato parzialmente. Il materiale genetico (RNA + trascrittasi inversa) è libero nel citoplasma. La trascrittasi inversa sintetizza il DNA complementare all’RNA del virus > C-DNA, a singolo filamento, trasformato poi a doppio filamento. Esso viene fatto integrare nel genoma dei linfociti. Pro virus + può rimanere in condizione latente anche per anni. Ogni volta che il linfocita si replica si formano tante cellule infettate in Hiv Acido do latente. Il vi ?oODUÒ © Serio na gi ni modo latente. virus si può ivi dî LI 9 è attivare da un momento all’altro. Copsite È È “Fra trim 9GG kate Il DNA del virus dentro quello del grassi vena bonus, negras, Srotasi Se È Grveransciopia \ È \Recns CD È mene (Pos METTE linfocita viene trascritto andando a formare RNA virale, capsomeri e proteine GPC20. Dentro al capside pi sono presenti due molecole di cena RNA appena prodotte + 2 trascrittasi inverse. Dopo di che avviene la germinazione. La germinazione porta alla morte cellulare con la perdita di un gran numero di linfociti. L'organismo non è poi più in grado di | 6 rispondere. “i È 79 BIOLOGIA ANIMALE E VEGETALE TRASFERMINETO GENICO ORIZZONTALE NEI PROCARIOTI Il trasferimento genico orizzontale permette ai batteri di scambiare materiale genico tra di loro sebbene la riproduzione sia asessuata. A) B) 9 Trasformazione, ovvero la cellula batterica con DNA cellulare a doppio filamento è in grado di acquisire DNA batterico dall'esterno. es: DNA presente nell'ambiente in seguito alla morte per lisi, che il batterio riesce a prendere spontaneamente conferendo nuove caratteristiche al batterio. Questo sta alla base dell'esperimento di Griffith. Coniugazione, trasferimento da una cellula . . donatrice ad una ricevente del plasmide F La coniugazione torio iso on attraverso il ponte di coniugazione. C'è il SRREET | contatto diretto tra due cellule batteriche. a clio aa Non viene trasferito il cromosoma ma solo il plasmide F. Il plasmide è capace di riprodursi autonomamente. La cellula che possiede il plasmide f è maschile, quella che lo riceve è femminile. Nella cellula donatrice avviene la rottura di un singolo filamento del plasmide F, che passa sul ponte citoplasmatico verso quella ricevente. Trasduzione, il DNA del batteriofago viene iniettato per dare inizio a un ciclo litico. Durante questo, frammenti di DNA batterico vengono impacchettati nei capsidi fagici e in un’infezione successiva, questi si inseriscono nel nuovo cromosoma ospite mediante ricombinazione. 18) Trasduzione EÉ 11 DNA del batteriofago E Durante il ciclo itco, E$ 1n una «infezione» successiva, viene iniettato per dare frammenti di DNA batterico Inizio a un ciclo litico, vengono impacchettati nei capsidi fagici. DNA fagico — cromosoma batterico 1A) Trasformazione capside fagico cromosoma della cellula ricevente EÎ Si verifica unevento di ricombinazione tra il frammento di DNA eil cromosoma ospite. d alcuni dei quali possono penetrare in una cellula viva. —- Celia a 4 datenca = "> Cromosoma Ca cela cela batterico 80