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APPUNTI BIOLOGIA APPLICATA
Biologia: studio scientifico degli organismi viventi. Presuppone un’indagine accurata dell’organismo vivente Caratteristiche degli organismi viventi:
- Si originano solo per divisione di cellule preesistenti
- La cellula ne costituisce l’unità funzionale
- Tutte le cellule contengono l’informazione genica (DNA)
- Il DNA contiene tutte le informazioni perché la cellula svolga tutte le sue funzioni
- Alterazioni del DNA possono portare a alterazioni delle componenti cellulari
- Si sono evoluti
- Possono estrarre energia dall’ambiente
- Possono estrarre energia dall’ambiente circostante e utilizzarla per le proprie funzioni
- (^) Utilizzano le molecole ottenute dall’ambiente esterno per sintetizzare nuove molecole biologiche
- Possono regolare il loro ambiente interno
Gli organismi possono essere:
- Unicellulari: sono costuituiti da una singola cellula che svolge tutte le funzioni vitali
- Pluricellulari: sono costuituiti da molti tipi diversi di cellule che svolgono funzioni specializzate
La cellula è l’unità strutturale e funzionale che costituisce tutti gli organismi viventi La cellula ha una complessità di forma e di funzione. Ma tutte le cellule hanno in comune tra loro tre caratteristiche:
- (^) Membrana plasmatica
- Materiale genetico sottoforma di nucleo o di nucleoide
- Citopasma Le cellule in base alla complessità della loro organizzazione interna vengono distinte in : ■ Procarioti: singola molecola di DNA immersa nel citoplasma (unicellulari) ■ Eucarioti: molecola di DNA racchiusa nel NUCLEO I PROCARIOTI sono gli organismi più semplici. In genere sono unicellulari, ma possono presentarsi sotto forma di gruppi di aggregazione o di gruppi con centinaia di individui e possono aver forme molto diverse. Comprendono i batteri (bacteria e archea) e le alghe verdi.
Sono caratterizzati da una membrana cellulare, un nucleoide immerso nel citoplasma ma non delimitato da una membrana. Sono dotati di un’ulteriore struttura di rivestimento chiamata parete cellulare che rappresenta uno strato rigido di spessore variabile che protegge la cellula. A seconda della composizione della parete i batteri vengono distinti in: GRAM positivi (peptidoglicano) GRAM negativi (fosfolipidi)
I batteri hanno possibilità di movimento: I FLAGELLI rappresentano le strutture di movimento di un batterio Le cellule EUCARIOTE sono più strutturate e complesse. Parola chiave: Compartimentalizzazione. Negli eucarioti, i processi funzionali avvengono in luoghi delimitati separati tra loro da strutture di membrana in strutture definite ORGANULI -> Vantaggi: ✓ creazione di un microambiente in cui tutte le sostanze che servono per una determinata funzione sono concentrate ✓ (^) Possibilità di concentrare le attività “pericolose” o tossiche in determinati organuli Svantaggi:
- le attività devono essere tra loro integrate in modo che si creino percorsi di attività e di smistamento di prodotti da un organulo all’altro
- I prodotti devono essere trasportati
Complessità di funzioni:
- Le cellule possiedono un programma genetico: l’informazione è depositata in un insieme di geni. L’informazione è condensata nel nucleo
- Le cellule acquisiscono energia e la utilizzano
- (^) Svolgono una varietà di reazioni chimiche
- Sono impegnate in numerose attività meccaniche
- Sono capaci di rispondere agli stimoli
- Sono capaci di auto-regolazione
- Si riproducono Gli organismi pluricellulari sono costituiti da cellule specializzate nello svolgere funzioni tra loro molto diverse. Esistono quindi vari tipi di cellule eucariote
La materia è costituita da elementi chimici in forma pura o in combinazione (composti) Gli elementi non possono essere scomposti in altre sostanze, mentre un composto può contenere due o più elementi. Gli elementi essenziali per la vita sono Carbonio (C), Ossigeno (O), Idrogeno (H) e Azoto (N), costituiscono circa il 96% della materia vivente. Le proprietà di un elemento dipendono dalla struttura degli atomi di cui è costituito
La combustione di carburanti fossili è fonte anche di ossidi di zolfo e di azoto la cui reazione con l’acqua nell’aria determina la formazione di acidi forti che poi cadono a terra con la pioggia (precipitazioni acide). Le precipitazioni acide possono danneggiare la vita nei laghi , nei fiumi, e influenzano il suolo e di conseguenza la vegetazione. Il rilascio di CO2 rappresenta il problema principale, impedisce la dispersione di calore verso lo spazio esterno all’atmosfera, quando si scioglie nel mare ne determina l’acidificazione. Problema molto importante da risolvere se si considera il continuo aumento dell’emissione di CO Ci sono quattro tipi di molecole che caratterizzano gli esseri viventi:
- PROTEINE
- LIPIDI
- CARBOIDRATI
- ACIDI NUCLEICI Ogni tipo di macromolecola può avere più funzioni non necessariamente esclusive, per esempio sia i carboidrati che le proteine possono avere un ruolo strutturale sostenendo e proteggendo gli organi e i tessuti Solo gli acidi nucleici sono specializzati nella conservazione dell’informazione Le funzioni delle macromolecole dipendono dalla loro struttura e dalla forma che assumono nello spazio La maggior parte delle molecole biologiche sono dei POLIMERI prodotti attraverso l’assemblaggio di unità semplici che si chiamano MONOMERI All’interno delle molecole biologiche ci sono gruppi di atomi che definiscono i cosiddetti GRUPPI FUNZIONALI. Ogni gruppo funzionale ha delle proprietà chimiche ben definite e conferisce queste caratteristiche alla molecola in cui si trova. Dal momento che sono caratterizzate da grandi dimensioni, le macromolecole contengono un grande numero di gruppi funzionali di diverso tipo, questa diversità di proprietà determina la forma delle macromolecole e le loro interazioni con altre macromolecole con molecole più piccole. I gruppi funzionali presenti nelle molecole dei monomeri possono mediare la formazione dei polimeri I polimeri si formano a partire dai monomeri attraverso una serie di reazioni chiamate REAZIONI DI CONDENSAZIONE o DISIDRATAZIONE.
- Tutte le reazioni di disidratazione necessitano di energia per poter avvenire
- L’inverso di una reazione di condensazione è una REAZIONE DI IDROLISI che digerisce i polimeri liberando i monomeri. L’acqua reagisce con i legami covalenti che tengono insieme i polimeri e i prodotti sono i monomeri liberi
PROTEINE: Ruolo di sostegno, strutturale, protezione, trasporto, catalisi, difesa, regolazione e movimento. I monomeri sono 20 amminoacidi Struttura molto complessa che ne determina la funzione Gruppo amminico Gruppo carbossilico
Per il legame di due amminoacidi i gruppi funzionali reattivi sono il gruppo amminico e il gruppo carbossilico. La reazione di condensazione tra questi due gruppi determina la formazione di un LEGAME PEPTIDICO con liberazione di H2O.
CARBOIDRATI Gli zuccheri, gli amidi e la cellulosa: costituiscono una riserva di energia, formati da C, H e O. ✓ Se si tratta di una sola molecola di zucchero: monosaccaride ✓ Se due molecole legate con legame glucosidico: disaccaride ✓ Se piùmolecole: polisaccaride I monosaccaridi
- sono gli zuccheri più semplici formati da 3 a 7 atomi di C
- Il composto a 3C più comune: gliceraldeide
- (^) 5C: ribosio e desossiribosio
- 6C: glucosio, fruttosio e galattosio: esosi Disaccaridi:
- Maltosio: 2 glucosio,
- saccarosio: 1 glucosio ed un fruttosio,
- lattosio, 1 Glucosio ed 1 galattosio
- Condensazione ed idrolisi
Monosaccaridi si uniscono a formare disaccaridi attraverso la formazione di LEGAMI GLICOSIDICI. Il legame glicosidico si instaura tra un gruppo ossidrilico (OH) su un monosaccaride e un gruppo ossidrilico (OH) sull’altro monosaccaride Polisaccaridi: Sono più abbondanti (amidi, glicogeno, cellulosa) costituiti da unità ripetute di uno zucchero semplice (ad es. il glucosio) che possono formare catene lineari o ramificate, 2 tipi: se sono facilmente scindibili, hanno una funzione di riserva energetica. Se non sono degradabili velocemente: funzione strutturale. Amido: costituito da un’unità di glucosio (vegetali, riserva, accumulato nei plastidi). Amido si distingue in amilosio (non ram.) ed amilopectina (ram)più comune. Glicogeno: forma di accumulo di glucosio nelle cellule animali. Molto ramificato, è più idrosolubile rispetto all’amido vegetale. Cellulosa: il più abbondante dei polisaccaride,insolubile, ruolo strutturale, insolubile, l’uomo e la > parte degli animali non possiedono enzimi per idrolizzarla.
- Reticolo endoplasmatico rugoso -> sito della maggior parte della sintesi proteica
- Reticolo endoplasmatico liscio
- (^) Apparato di golgi
- Ribosomi
- Centrioli-> coinvolti nella divisione nucleare *la cromatina densa (scura) vicino all’involucro nucleare è attaccata alla lamina nucleare. La cromatina dispersa (chiara) è presente nel nucleoplasma. Il nucleoplasma è costituito da: ■ Membrana esterna ■ Membrana interna ■ l’involucro nucleare è in continuità col reticolo endoplasmatico ed è costituito da un sistema di membrane concentriche attraversate da pori nucleari. Ogni poro è formato da un raggruppamento organizzato di proteine che attraversano la membrana e facilitano il trasporto delle olecole tra nucleo e citoplasma ■ cromatina ■ lamina nucleare: è una rete di filamenti immediatamente al di sotto dell’involucro nucleare. Essa interagisce con la cromatina e aiuta a sostenere l’involucro a cui è attaccata ■ rivestimento nucleare ■ poro nucleare: un ottagono di complessi proteici circonda ogni poro nucleare. Le fibrille proteiche sul lato nucleare formano una struttura a forma di canestro La membrana nucleare mantiene il compartimento nucleare libero dagli organuli citoplasmatici. Il reticolo endoplasmatico rugoso è costellato di ribosomi che sono i siti della sintesi proteica. Essi sono responsabili del suo aspetto rugoso. Nel reticolo endoplasmatico liscio avvengono la sintesi dei lipidi e alcune modificazioni chimiche delle proteine L’apparato di golgi elabora e impacchetta le proteine:
- le vescicole contenenti proteine provenienti dal reticolo endoplasmatico trasferiscono le sostanze alla regione cis dell’apparato di golgi
- l’apparato di golgi modifica chimicamente le proteine nel suo lume
- e le indirizza alle corrette destinazioni
- un lisosoma primario viene generato dal golgi
- il lisosoma si fonde con un fagosoma (che contiene le particelle di cibo assunte per fagocitori)
- (^) le piccole molecole generate dalla digestione diffondono nel citoplasma
- il materiale non digerito viene rilasciato fagocitosi -> il lisosoma digerisce materiale alimentare => il lisosoma contiene enzimi idrolitici. Il vacuolo alimentare si fonde col lisosoma. Gli enzimi idrolitici digeriscono le particelle alimentari. Autofagia -> il lisosoma si fonde con una vescicola contenente organelli danneggiati. Gli enzimi idrolitici digeriscono i componenti degli organelli.
Produzione di proteine:
- l’involucro nucleare è in continuità strutturale con l’ER rugoso e quest’ultimo a sua volta con l’ER
- le membrane e le proteine prodotta dall’ER migrano sotto forma di vescicole di trasporto verso l’apparato del golgi
- l’apparato del golgi ingloba le vescicole di trasporto e le altre vescicole che danno origine ai lisosomi e ai vacuoli
- (^) il lisosoma è disponibile alla fusione con altre vescicole al fine di operare la digestione dei materiali contenuti all’interno di quest’ultime
- la vescicola di trasporto veicola a livello di membrana citoplasmatica le proteine destinate a essere secrete dalla cellula
- la membrana citoplasmatica si amplia attraverso la fusione di vescicole; le proteine vengono secrete dalla cellula Traffico vescicolare all’interno del citoplasma -> il RE e il complesso di golgi fanno parte del sistema di endomembrane, che libera le proteine ed altre molecole nell’ambiente extracellulare e raccoglie le sostanze provenienti dall’ambiente esterno
- le proteine sintetizzate dai ribosomi sul RE vanno a far parte delle membrane del RE oppure vengono rilasciate nello spazio interno delle cisterne del RE. È a questo livello che inizia la modificazione chimica di alcune proteine. Anche i lipidi di membrana sono sintetizzati dal RE
- le vescicole gemmano dalle membrane del RE e trasportano i lipidi e le proteine (non ancora nella loro forma finale) al complesso di golgi
- le modificazioni dei lipidi e delle proteine sono completate nel complesso di golgi; i prodotti finali sono smistati in vescicole che gemmano dal complesso
- le vescicole secretorie, che gemmano dalle membrane del golgi, trasportano i prodotti finali verso la membrana plasmatica. I prodotti finali sono liberati via esocitosi. Altre vescicole invece, rimangono nel citoplasma come riserva
- i lisosomi che gemmano dalle membrane del golgi contengono enzimi idrolitici che digeriscono organelli danneggiati oppure il contenuto di vescicole endofitiche che si fondano con essi. Le vescicole endofitiche si formano a livello della membrana plasmatica e si muovono all’interno del citoplasma mitocondri ->
- Perossisomi: decompongono i perossidi tossici
Caratteristiche distintive delle cellule vegetali:
- Plastidi
- Vacuoli
- Parte cellulare
Plastidi Organuli formati da DNA, RNA e ribosomi, delimitati da una doppia membrana e contenenti sistemi di membrane interne. Si dividono in: ■ Cloroplasti: fotosintesi, producono materiale alimentare da CO2, acqua ed energia solare. ■ Cromoplasti: producono e depositano i pigmenti colorati depositati nei semi, fiori e frutti. ■ (^) Leucoplasti: plastidi incolori, funzione di deposito per carboidrati, lipidi o proteine. ■ Amiloplasti: depositi di zuccheri sotto forma di amido, sono i più conosciuti Nel cloroplasto => l’ATP viene usato per convertire CO2 in glucosio nello stroma, la regione all’estremo della membrana dei tilacoidi. Le membrane tilacoidi sono i siti dove l’energia luminosa viene raccolta dal pigmento verde e convertita in ATP. Una pila di tilacoidi è detta Granum
Vacuoli Sacculi contenenti liquido. Occupano quasi tutto il volume della cellula vegetale: consentono alla cellula di ingrandirsi senza produrre sostanze: risparmio di energia. Riserva di acqua importante nei periodi di siccità. La membrana che riveste il vacuolo si chiama tonoplasto che consente al vacuolo di contenere all’interno materiale alimentare, pigmenti antocianinici, sali, scorie, enzimi digestivi,sostanze tossiche.
Parete cellulare Riveste la membrana plasmatica, mantiene la conformazione della cellula, cementa tra di loro cellule adiacenti definendo la struttura della pianta. Costituita da cellulosa e da altre fibre, consente il passaggio di acqua e di piccole molecole, rigida da sostenere la pianta ma flessibile per consentire alla pianta di piegarsi senza rompersi.
LA MEMBRANA CELLULARE
Le membrane cellulari: delimitano i contorni della cellula e dei suoi diversi compartimenti interni Funzioni della membrana:
- Costituire una protezione per la cellula e i suoi compartimenti
- Costituire siti di specifiche funzioni
- (^) Contenere proteine di trasporto per regolare il movimento di sostanze tra interno ed esterno o tra i vari organelli
- Contenere i recettori necessari per rilevare i segnali esterni
- Fornire i dispositivi per la comunicazione cellula-cellula e per l’adesione cellulare La membrana plasmatica è una barriera di permeabilità. Permeabilità selettiva a determinate sostanze. Divisione in compartimenti funzionali. Composizione delle membrane biologiche: lipidi; proteine; carboidrati. Le membrane cellulari sono costituite da un doppio strato fosfolipidico. Il doppio strato fosfolipidico definisce la struttura della membrana ed è costituito da molecole antipatiche. Aggiunta di colina alla struttura acido grasso/glicerolo: FOSFOLIPIDE Le code degli acidi grassi di membrana formano una barriera idrofobica per la diffusione delle sostanze solubili in acqua (polari). Le code non polari i idrofobe degli acidi grassi interagiscono reciprocamente. Le teste idrofile e dotate di carica (polari) interagiscono con le molecole d’acqua, anch’esse polari. Le catene di acidi grassi che compongono i fosfolipidi possono variare in lunghezza, per grado di insaturazione (presenza di doppi legami) e presenza di gruppi polari (gruppi fosfato). Il doppio strato fosfolipidico stabilizza l’intera struttura della membrana lasciandola tuttavia flessibile ma non rigida Fluidità di membrana: La temperatura è un importante fattore che regola la fluidità di membrana, infatti al variare della temperatura si assiste ad una differente motilità delle catene di atomi di carbonio dei fosfolipidi. Temperature basse: minore mobilità; Temperature più alte: maggiore fluidità Un altro fattore che regola la fluidità di membrana è la lunghezza delle catene di acidi grassi. Se sono corte la fluidità èmaggiore. La presenza di acidi grassi insaturi favorisce la fluidità della membrana. Una scarsa quantità di colesterolo favorisce la fluidità della membrana Maggiore fluidità, maggior movimento dei fosfolipidiCome si muovono i fosfolipidi? 3 modi: ■ Rotazione intorno al proprio asse ■ Diffusione laterale all’interno dello stesso emistrato ■ Movimento flip-flop: diffusione trasversale (enzimi chiamati flippasi) Tutte le membrane biologiche contengono proteine. Possiamo distinguere le proteine di membrana in base alla loro localizzazione nel doppio strato in PROTEINE INTEGRALI e PROTEINE PERIFERICHE Proteine integrali ->
- (^) i gruppi idrofili R appartenenti alle regioni esposte della proteina interagiscono con l’ambiente acquoso
formano una sorta di “superficie trapuntata” che impedisce il movimento delle sostanze disciolte attraverso lo spazio fra le cellule epiteliali I desmosomi uniscono le membrane di cellule adiacenti e mantengono le cellule strettamente unite con un meccanismo paragonabile ai punti di sutura. Ogni desmosoma è formato da una struttura definita PLACCA a cui sono legate proteine di adesione che fanno da ponte. Dalla placca si dipartono fibre citoplasmatiche di cheratina che danno stabilità alla giunzione. I desmosomi collegano strettamente cellule adiacenti, ma permettono in movimento di materiali all’interno dello spazio intercellulare Le giunzioni serrate facilitano la comunicazione tra cellule Sono costituite da particolari proteine canali chiamate CONNESSONI che attraversano le membrane plasmatiche di due cellule vicine e il relativo spazio intercellulare, permettendo il passaggio di piccole molecole e ioni. Le giunzioni serrate consentono la comunicazione tra cellule adiacenti. Funzioni delle membrane:
- (^) Delimitano i contorni della cellula e dei suoi organuli
- Costituiscono i siti di specifiche proteine soprattutto enzimi e recettori
- Assicurano e regolano i processi di trasporto
- Contengono i recettori necessari per rilevare i segnali esterni
- Forniscono i meccanismi per il contatto, la comunicazione e per l’adesione tra cellule
MECCANISMI DI TRASPORTO ATTRAVARSO LA MEMBRANA
OMEOSTASI: Processo attraverso cui viene mantenuto un ambiente interno consono per il mantenimento della vita. La cellula muta quindi in continuazione per mantenere costanti le condizioni. Ogni cosa in natura è in movimento e una conseguenza di questo movimento casuale è che all’interno della soluzione tutte le molecole tendono a raggiungere una distribuzione uniforme Una soluzione in cui le particelle di soluto sono uniformemente distribuite viene definita in EQUILIBRIO La diffusione è il processo di movimento casuale verso lo stato di equilibrio e più specificatamente la diffusione è il movimento netto di particelle da regioni a concentrazione maggiore a regioni a concentrazione minore. La velocità con cui una sostanza diffonde dipende essenzialmente da 4 fattori:
- Diametro delle molecole o degli ioni: le molecole più piccole diffondono più rapidamente;
- Temperatura della soluzione: una temperatura più alta determina una maggiore velocità di diffusione perché gli ioni o le molecole hanno più energia
- La carica elettrica
- Il gradiente di concentrazione, maggiore è il gradiente maggiore è la velocità di diffusione All’interno delle cellule, o quando le distanze da percorrere sono molto piccole, i soluti si distribuiscono rapidamente per diffusione. La diffusione come meccanismo di trasporto non è efficiente per lunghe distanze.
In una soluzione priva di barriere, tutti soluti diffondono ad una velocità determinata dalla temperatura, dal gradiente di concentrazione e dalle loro proprietà fisiche. Se una soluzione è divisa dalla presenza di una membrana il movimento dei soluti dipende dalle proprietà della membrana che viene definita PERMEABILE o IMPERMEABILE ai soluti che la attraversano. Diffusione di soluti attraverso la membrana => spostamento da una parte all’altra per raggiungere un equilibrio di concentrazione Passaggio di acqua attraverso una membrana semipermeabile: osmosi, diffusione dell’acqua. Tra due soluzioni quella a maggior concentrazione viene definita ipertonica, quella a minore ipotonica. Soluzioni che hanno la stessa concentrazione sono definite isotoniche. L’acqua si sposta, attraverso la membrana da una soluzione ipotonica verso una soluzione ipertonica Le sostanze possono essere trasportate da un lato all’altro della membrana secondo due meccanismi di trasporto:
- (^) Trasporto passivo: secondo gradiente di concentrazione
- Trasporto attivo: contro gradiente di concentrazione Le molecole idrofobe e quelle polari di dimensioni molto piccole possono diffondere liberamente attraverso il doppio strato attraverso un meccanismo che si chiama DIFFUSIONE È un tipo di trasporto passivo TRASPORTO PASSIVO: le molecole diffondono spontaneamente secondo il loro gradiente di concentrazione, attraverso la membrana attraverso la membrana senza alcuna spesa energetica Le sostanze polari, gli zuccheri e gli ioni attraverso la membrana? Due possibilità:
- Proteine integrali di membrana possono formare dei CANALI per il passaggio di tali sostanze
- Ia presenza di proteine di trasporto sulla membrana plasmatica che può accelerare la diffusione di tali sostanze In questo caso si parla di DIFFUSIONE FACILITATA, sempre per gradiente di concentrazione, quindi è un tipo di trasporto passivo
- Proteine canale: formano un poro attraverso il doppio strato lipidico, quando questo è aperto permette il passaggio di determinati soluti (più veloce)
- Proteine trasportatrici: legano la molecola che devono trasportare e subiscono un cambiamento conformazionale che permette il trasferimento della molecola dall’altro lato della membrana (più lento) È un tipo di trasporto passivo perchè avviene secondo gradiente di concentrazione. MECCANISMO DI TRASPORTO PASSIVO Diffusione facilitata di ioni attraverso le membrane secondo gradiente di concentrazione Canali ionici - > I canali ionici possono esistere sia in una forma aperta che chiusa. Che cosa regola l’apertura o la chiusura? ✓ il voltaggio (canale voltaggio-dipendente)
♦ ESOCITOSI: la vescicola confluisce nella membrana plasmatica. Il contenuto della vescicola viene liberato e la membrana che lo avvolgeva diviene parte integrante della membrana plasmatica
ENDOCITOSI è un termine generico riferito a un tipo di processo con cui piccole molecole, grandi molecole, grandi particelle e persino piccole cellule possono entrare nella cellula eucariotica Tre diverse forme di endocitosi:
- FAGOCITOSI
- PINOCITOSI
- ENDOCITOSI MEDIATA DA RECETTORI
ENDOCITOSI MEDIATA DA RECETTORI Perché questo tipo di endocitosi avvenga è necessaria la presenza di proteine particolari sulla membrana. Queste proteine si chiamano proteine recettoriali ovvero proteine integrali di membrana in grado di legarsi a molecole presenti nell’ambiente. Queste proteine sono localizzate in siti specifici della membrana definiti come FOSSETTE. La membrana di queste fossette è rivestita sul lato citoplasmatico da proteine peculiari come la CLATRINA. La struttura endofitica formatasi prende il nome di FOSSETTA RIVESTITA
DNA e duplicazione del DNA
Il materiale genetico deve essere capace di:
- Contenere l’informazione necessaria per costruire l’intero organismo
- Passare dai genitori ai figli e da cellula a cellula durante la divisione cellulare
- Essere copiato accuratamente
- Essere responsabile della variazione nota all’interno e tra specie Livelli di struttura del DNA ✓ (^) I nucleotidi sono i blocchi costituenti il DNA (e RNA). ✓ Un filamento di DNA (o RNA) ✓ Due filamenti formano una doppia elica ✓ In cellule vive, il DNA è associato con una serie di proteine differenti per formare i cromosomi ✓ Un genoma è il materiale genetico di un individuo comprendente tutti i suoi componenti
DNA:
▲ 3 componenti :
- Gruppo fosfato
- (^) Zucchero pentoso ■ Desossiribosio
- Base azotata ■ Purine (doppio anello)
- Adenina (A), guanina (G) ■ Pirimidine (anello singolo)
- Citosina (C), timina (T), RNA ▲ 3 componenti
- Gruppo fosfato
- (^) Zucchero pentoso ■ Ribosio
- Base azotata ■ Purine
- Adenina (A), guanina (G) ■ Pirimidine
- Citosina (C), Uracile(U) Sistema di numerazione convenzionale ✓ Atomi di carbonio dello zucchero da 1’ a 5’ ✓ Base azotata attaccata a 1’ ✓ (^) Fosfato attaccato a 5’
Filamenti
- Nucleotidi legati covalentemente
- Legame fosfodiestere – il gruppo fosfato lega 2 zuccheri
- Fosfati e zuccheri dello scheletro
- Le basi si proiettano dallo scheletro
DNA topoisomerasi ->Svolge l’ulteriore avvolgimento davanti alla forca di duplicazione Proteine che si legano al filamento singolo -> Mantengono i filamenti parentali aperti per poter agire da stampo DNA polimerasi ->Lega in modo covalente i nucleotidi desossinucleosidi trifosfato ->Nucleotidi liberi con 3 gruppi fosfato ->La rottura del legame covalente rilascia pirofosfato (2 gruppi fosfato) fornendo energia per connettere i nucleotidi adiacenti Il DNA polimerasi è capace di legare in modo covalente i nucleotidi tra loro a partire da un primer. Il DNA polimerasi può legare i nucleotidi sono il direzione 5’ a 3’ La sintesi inizia con un primer. Procede da 5’ a 3’ Il filamento guida è sintetizzato in direzione della forca che si muove ed è sintetizzato come una lunga molecola singola.
DNA polimerasi possiede 2 caratteristiche enzimatiche che spiegano perché il filamento guida e ritardato sono duplicati diversamente: La DNA polimerasi è incapace di iniziare la sintesi di DNA su un filamento stampo nudo Di conseguenza, la DNA primasi deve fare un corto primer di RNA che sarà poi rimosso e sostituito successivamente con DNA: La DNA polimerasi può funzionare soltanto in direzione 5’ to 3’
- La DNA primasi fa i primer di RNA per iniziare il processo di replicazione
- Il DNA polimerasi fa il DNA a partire dal primer di RNA, la primasi salta indietro all’apertura della forca e fa un secondo primer a RNA per il filamento ritardato
- La DNA polimerasi continua a allungare il filamento guida ed il filamento ritardato, la DNA polimerasi sintetizza DNA dal secondo primer a rimuove il primo primer e lo sostituisce con DNA
- Nel filamento ritardato la DNA ligasi forma un legame covalente tra il primo e il secondo frammento di Okazaki. Il filamento guida continua ad allungarsi
Nel filamento guida
- DNA primasi sintetizza un primer di RNA
- DNA polimerasi attacca i nucleotidi in direzione 5’-3’ non appena si muove in avanti Nel filamento ritardato
- DNA sintetizzato da 5’ a 3’ ma nella direzione opposta alla forca
- I frammenti di Okazaki generati come un corto primer di RNA fatto dalla DNA primasi all’estremità 5’ e poi il DNA sintetizzato dalla DNA polimerasi
- (^) I primer di RNA sono rimossi dalla DNA polimerasi e riempiti con DNA
- DNA ligasi unisce I frammenti adiacenti di DNA La duplicazione del DNA è molto accurata e questo è dovuto principalmente per tre motivi:
- Il legame ad idrogeno tra A e T o G e C è più stabile rispetto a basi non appaiate in modo non corretto
- (^) È improbabile che il sito attivo della DNA polimerasi formi legami se le coppie di basi sono sbagliate
- La DNA polimerasi rimuove gli appaiamenti non corretti, i risultati sono a prova di errore perchè la DNA polimerasi torna indietro e digerisce i legami non corretti. Questa attività di correzione è effettuata anche da Altri enzimi di riparo del DNA La famiglia delle DNA polimerasi
- 3 fattori importanti per la DNA polimerasi sono velocità, fedeltà, e completezza
- Pressoché tutte le specie viventi hanno più di 1 tipo di DNA polimerasi
- Gli esseri umani hanno 12 diverse DNA polimerasi
Un particolare tipo di duplicazione avviene in prossimità dei telomeri. I telomeri sono una serie di sequenze ripetute all’interno del DNA situate alla fine del cromosoma. I telomeri al 3’ non hanno un filamento complementare e questa regione è chiamata sporgenza al 3’
DNA polimerasi non può copiare la punta del filamento di DNA con l’estremità 3’, non c’è spazio per sintetizzare un primer a monte. Se questo problema di replicazione non si risolve, i cromosomi lineari diventano progressivamente più corti. Telomerasi impedisce l’accorciamento di cromosomi , attacca molte copie di sequenze ripetute di DNA alle estremità dei cromosomi, fornisce un sito a monte per il primer di RNA.
Le cellule dell’organismo hanno una determinata durata di vita. Un campione di pelle cresciuto in una piastra si duplica un numero finito di volte: nei bambini circa 80 volte, negli adulti da 10 a 20 volte. Le cellule senescenti hanno perso la capacità di dividersi.
L’accorciamento progressivo dei telomeri correla con la senescenza cellulare. La Telomerasi è presente in cellule della linea germinale e nelle cellule somatiche che si dividono rapidamente. La funzione della telomerasi si riduce con l’età. L’inserimento di un gene di telomerasi altamente attivo in cellule di laboratorio determina la loro continua divisione Telomeri e cancro
- Quando le cellule diventano cancerose esse si dividono in modo incontrollato
- (^) In 90% di tutti i tipi di cancro umano, si trovano alti livelli di telomerasi
- Impedisce l’accorciamento dei telomeri e può giocare un ruolo nella crescita continua delle cellule cancerose
- Meccanismo sconosciuto
