biomolecole e divisione cellulare | Appunti di Biologia

LE BIOMOLECOLE

TAVOLA PERIODICA→ In natura esistono circa un centinaio di elementi chimici che sono

tutti ordinati secondo criteri precisi all’interno della tavola periodica.

BIOMOLECOLE→ sono le molecole utili nei processi biologici degli esseri viventi.

Di tutti gli elementi chimici solo 5 costituiscono biomolecole e cioè: Carbonio (C), Idrogeno

(H), Ossigeno (O), Azoto (N) e Fosforo (P).

Appartengono alla categoria delle biomolecole: Carboidrati, Lipidi, Proteine e Acidi Nucleici.

COMPOSIZIONE CHIMICA DEGLI ESSERI VIVENTI→

elementi: 99% ossigeno, carbonio, idrogeno, azoto e 1% zolfo, cloro, fosforo, sodio, calcio,

potassio, ferro

composti: 50% acqua e 50% composti organici(proteine, lipidi, carboidrati, acidi nucleici)

CARBOIDRATI→ la classe più abbondante in natura; rappresentano circa metà della fonte

energetica dell’uomo. Si trovano come molecole semplici (zuccheri) o come l’unione di unità

ripetitive del medesimo zucchero per formare catene più o meno complesse.

molecole semplici: monosaccaridi(glucosio,fruttosio e galattosio) e disaccaridi(saccarosio,

lattosio, maltosio)

molecole complesse(polisaccaridi): vegetali (cellulosa e amido) e animali (glicogeno)

MONOSACCARIDI→ vengono classificati in ALDOSI E CHETOSI, a seconda del gruppo

carbonilico che caratterizza la molecola, ed in triosi, tetrosi, pentosi, esosi, ecc. in base alla

lunghezza della catena carboniosa.

GLUCOSIO (o destrosio)→ è la fondamentale fonte di energia per il metabolismo delle

cellule, deve essere in continua circolazione nel sangue.

DISACCARIDI→ Sono formati da due monosaccaridi.

saccarosio: glucosio+fruttosio (zucchero di canna)

lattosio: galattosio+glucosio (zucchero del latte)

maltosio: glucosio+glucosio (zucchero del malto)

POLISACCARIDI→ Sono formati dall’unione di molte migliaia di monosaccaridi. Hanno

funzione di deposito di energia o funzione strutturale.

GLICOGENO→ è il deposito di glucosio degli animali, nel nostro organismo equivale a circa

1800 Kcal: 600 nel fegato e 1200 nel muscolo scheletrico.

LIPIDI→ sono insolubili in acqua, la loro struttura chimica presenta una lunga catena

carboniosa. Sono i principali costituenti di oli e grassi. Hanno un elevato valore energetico e

si trovano in molti alimenti. Sono classificati in 7 categorie: gliceridi, fosfolipidi, glicolipidi,

cere, TERPENI, steroidi, PROSTAGLANDINE.

GLICERIDI→ Sono formati da una molecola di glicerolo legata ad un numero variabile di

acidi grassi (1, 2 o 3) per dare rispettivamente: Monogliceridi, Digliceridi e Trigliceridi.

I trigliceridi sono i grassi di deposito del nostro organismo, accumulati nel tessuto adiposo.

Il tessuto adiposo è localizzato nel sottocute e intorno agli organi interni.

ACIDI GRASSI→ sono i componenti della maggior parte dei lipidi naturali; chimicamente si

tratta di “acidi monocarbossilici” con più di 3 atomi di carbonio. La catena carboniosa

(alifatica) può essere satura, insatura, ramificata.

Le loro code tendono spontaneamente ad aggregarsi tra loro generando uno strato

fortemente apolare quindi impermeabile all’acqua.

Molecole formate sia da gruppi polari che apolari sono dette ANFIPATICHE e una volta

poste in acqua si dispongono in modo da formare micelle ossia raggruppamenti sferici in cui

le lunghe catene carboniose sono rivolte all’interno, mentre i gruppi carbossilici si

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LE BIOMOLECOLE

TAVOLA PERIODICA→ In natura esistono circa un centinaio di elementi chimici che sono tutti ordinati secondo criteri precisi all’interno della tavola periodica. BIOMOLECOLE→ sono le molecole utili nei processi biologici degli esseri viventi. Di tutti gli elementi chimici solo 5 costituiscono biomolecole e cioè: Carbonio (C), Idrogeno (H), Ossigeno (O), Azoto (N) e Fosforo (P). Appartengono alla categoria delle biomolecole: Carboidrati, Lipidi, Proteine e Acidi Nucleici. COMPOSIZIONE CHIMICA DEGLI ESSERI VIVENTI→ elementi: 99% ossigeno, carbonio, idrogeno, azoto e 1% zolfo, cloro, fosforo, sodio, calcio, potassio, ferro composti: 50% acqua e 50% composti organici(proteine, lipidi, carboidrati, acidi nucleici) CARBOIDRATI→ la classe più abbondante in natura; rappresentano circa metà della fonte energetica dell’uomo. Si trovano come molecole semplici (zuccheri) o come l’unione di unità ripetitive del medesimo zucchero per formare catene più o meno complesse. molecole semplici: monosaccaridi(glucosio,fruttosio e galattosio) e disaccaridi(saccarosio, lattosio, maltosio) molecole complesse(polisaccaridi): vegetali (cellulosa e amido) e animali (glicogeno) MONOSACCARIDI→ vengono classificati in ALDOSI E CHETOSI, a seconda del gruppo carbonilico che caratterizza la molecola, ed in triosi, tetrosi, pentosi, esosi, ecc. in base alla lunghezza della catena carboniosa. GLUCOSIO (o destrosio)→ è la fondamentale fonte di energia per il metabolismo delle cellule, deve essere in continua circolazione nel sangue. DISACCARIDI→ Sono formati da due monosaccaridi. saccarosio: glucosio+fruttosio (zucchero di canna) lattosio: galattosio+glucosio (zucchero del latte) maltosio: glucosio+glucosio (zucchero del malto) POLISACCARIDI→ Sono formati dall’unione di molte migliaia di monosaccaridi. Hanno funzione di deposito di energia o funzione strutturale. GLICOGENO→ è il deposito di glucosio degli animali, nel nostro organismo equivale a circa 1800 Kcal: 600 nel fegato e 1200 nel muscolo scheletrico. LIPIDI→ sono insolubili in acqua, la loro struttura chimica presenta una lunga catena carboniosa. Sono i principali costituenti di oli e grassi. Hanno un elevato valore energetico e si trovano in molti alimenti. Sono classificati in 7 categorie: gliceridi, fosfolipidi, glicolipidi, cere, TERPENI , steroidi, PROSTAGLANDINE. GLICERIDI→ Sono formati da una molecola di glicerolo legata ad un numero variabile di acidi grassi (1, 2 o 3) per dare rispettivamente: Monogliceridi, Digliceridi e Trigliceridi. I trigliceridi sono i grassi di deposito del nostro organismo, accumulati nel tessuto adiposo. Il tessuto adiposo è localizzato nel sottocute e intorno agli organi interni. ACIDI GRASSI→ sono i componenti della maggior parte dei lipidi naturali; chimicamente si tratta di “acidi monocarbossilici” con più di 3 atomi di carbonio. La catena carboniosa (alifatica) può essere satura, insatura, ramificata. Le loro code tendono spontaneamente ad aggregarsi tra loro generando uno strato fortemente apolare quindi impermeabile all’acqua. Molecole formate sia da gruppi polari che apolari sono dette ANFIPATICHE e una volta poste in acqua si dispongono in modo da formare micelle ossia raggruppamenti sferici in cui le lunghe catene carboniose sono rivolte all’interno, mentre i gruppi carbossilici si

dispongono all’esterno dove interagiscono con le molecole di acqua mediante legami ad idrogeno. FOSFOLIPIDI→ Rappresentano un sottogruppo dei trigliceridi in cui una delle tre catene alifatiche è stata sostituita da un gruppo fosforico. Sono molecole anfipatiche e una volta poste in acqua possono sia disporsi a formare LE MICELLE fino a formare un doppio strato PROTEINE → delle catene più o meno lunghe, dove ogni singolo “anello“ è detto “AMMINOACIDO”. In natura esistono centinaia di amminoacidi diversi, ma di questi, solo 20 entrano a far parte delle proteine. La diversa combinazione dei 20 amminoacidi da origine a proteine diverse. Rappresentano il 14-18% dell’organismo. AMMINOACIDI → I 20 amminoacidi “fondamentali” sono caratterizzati da un carbonio centrale cui sono legati: 1 gruppo amminico, 1 gruppo carbossilico, 1 idrogeno e la parte variabile nei 20 diversi amminoacidi fondamentali, a seconda del variare di questo gli aminoacidi si classificano in 5 classi: polari, apolari, carichi, aromatici, solforati. LE PROTEINE→ Sono le macromolecole più abbondanti e svolgono svariate funzioni (es. La luce prodotta dalle lucciole coinvolge la proteina luciferina, Gli eritrociti contengono la proteina emoglobina che trasporta l’ossigeno, La proteina cheratina è il componente strutturale dei capelli, squame, corna, ecc.) Contengono 20 amminoacidi uniti tramite un legame “peptidico” covalente. La sequenza degli aminoacidi costituisce la struttura primaria. STRUTTURA PRIMARIA→ L’ordine con cui si succedono gli amminoacidi di una proteina costituisce la sequenza primaria, è sufficiente un amminoacido sbagliato per dare origine ad una struttura non funzionale che può avere conseguenze anche letali per l’organismo. Le proteine hanno diversi livelli di struttura: elica, catena polipeptide, subunità assemblate Le principali strutture secondarie di una catena polipetidica: α elica: Gli amminoacidi formano un’elica destrorsa e I legami idrogeno mantengono la struttura della catena peptidica foglietto β: I legami idrogeno si formano tra segmenti adiacenti. I segmenti adiacenti possono anche essere lontani nella sequenza amminoacidica. Le catene possono essere parallele o antiparallele La struttura quaternaria riguarda proteine costituite da più catene polipeptidiche o da più domini strutturali. Alcune patologie derivano da proteine che non sono in grado di raggiungere la loro struttura funzionale e che tendono a formare grossi aggregati: Alzheimer, Parkinson, encefalopatia spongiforme, diabete di tipo II. ACIDI NUCLEICI→ Il principale rappresentante è il DNA; contengono l’informazione genetica degli organismi; informazione che viene trasmessa da una generazione all’altra al momento della fecondazione. Proprio come le proteine, formate da lunghe catene di amminoacidi, gli acidi nucleici sono polimeri formati da lunghe catene di molecole dette nucleotidi. NUCLEOTÍDI→ Sono formati da tre subunità:una base azotata; uno zucchero a cinque atomi di carbonio (deossiribosio nel DNA);un gruppo fosforico. Il gruppo fosfato è la parte del nucleotide che possiede proprietà acide, da cui il termine “acido nucleico”. Esistono due tipi di acidi nucleici: il DNA(doppio filamento) e l’RNA(singolo filamento). DNA→ acido desossiribonucleico RNA → acido ribonucleico DNA→ Esistono quattro nucleotídi che entrano a far parte della struttura del DNA che differiscono tra loro solo per la base azotata che può essere: Adenina (A), Timina (T), Citosina (C), e Guanina (G), nell’RNA cambia la timina col uracile.

● interfase (che comprende sottofase G1, sottofase S e sottofase G2); ● fase M (mitosi) Il grado di spiralizzazione delle molecole di DNA si modifica durante il ciclo cellulare: ● prima della sottofase S il DNA si trova sotto forma di cromatina; ● alla fine della sottofase S è replicato; ● all’inizio della fase M si condensa a formare i cromosomi. Ogni cromosoma è formato da due molecole di DNA identiche, chiamate cromatidi fratelli. I cromatidi fratelli sono uniti tra loro in una regione centrale chiamata centròmero. La riproduzione asessuata (o riproduzione vegetativa ) avviene per mitosi e produce una prole geneticamente identica al genitore. Negli eucarioti, la mitosi serve anche per l’accrescimento dell’organismo e per rinnovare le cellule invecchiate o danneggiate. La riproduzione sessuata produce organismi che non sono geneticamente identici ai genitori e sfrutta la meiosi per ottenere cellule aploidi dette gameti. Richiede più risorse energetiche rispetto alla riproduzione asessuata. Per esempio, i rituali di corteggiamento e lo sviluppo di strutture particolari (corna, code colorate) richiedono tempo ed energie. La mitosi è composta da cinque fasi distinte: profase , prometafase , metafase , anafase e telofase , a cui fa seguito la citodieresi , processo di divisione del citoplasma. La citodieresi nelle cellule animali avviene per strozzatura della membrana plasmatica, mentre nelle cellule vegetali avviene per deposizione di vescicole il cui contenuto formerà la nuova parete cellulare. La meiosi comporta due divisioni successive (meiosi I e meiosi II) che dimezzano il numero di cromosomi, generando quattro gameti aploidi geneticamente diversi tra loro e dalla cellula madre. Nella meiosi I avvengono due eventi: ● i cromosomi si appaiano formando le tetradi e si verifica il crossing over (scambio di materiale genetico); ● i cromosomi omologhi si separano, ma i cromatidi dello stesso cromosoma restano uniti. Meiosi II : i cromosomi si separano e si formano quattro cellule aploidi. Confronto tra mitosi e meiosi: ● alla fine della mitosi le due cellule figlie hanno lo stesso numero di coppie di cromosomi omologhi della cellula madre; ● alla fine della meiosi le quattro cellule figlie contengono la metà dei cromosomi della cellula madre. Il cariotipo di un individuo rappresenta l’insieme delle caratteristiche dei cromosomi di un organismo. Gregor Mendel studiò la trasmissione dei caratteri ereditari effettuando degli incroci. Incrociando piante di linea pura (semi gialli e semi verdi), Mendel ottenne una generazione F1 di piante con semi gialli, che fecondandosi a loro volta producevano una seconda generazione F2 che presentava il 75% di piante con semi gialli e il 25% di piante con semi verdi. Mendel chiamò dominante il tratto che si manifestava in tutta la generazione F1 e recessivo il tratto che scompariva nella generazione F1 e ricompariva nella F2.

I caratteri ereditari sono controllati da geni che possono esistere in diverse varianti chiamate alleli. L’insieme degli alleli che determinano un carattere è il genotipo. Gli omozigoti hanno alleli identici per un gene, gli eterozigoti possiedono due alleli diversi. Le leggi di Mendel sono tre e descrivono i meccanismi di trasmissione dei geni e dei caratteri a essi associati:

● legge della dominanza → incrociando fra loro individui omozigoti per un carattere

ma con alleli diversi si ottiene una prima generazione di individui tutti eterozigoti che presentano il carattere dominante ● legge della segregazione → quando un individuo produce gameti, le due copie di un gene si separano, cosicché ciascun gamete riceve soltanto una copia. ● legge dell’assortimento indipendente → secondo tale legge gli alleli posizionati su cromosomi non omologhi si distribuiscono in modo casuale nei gameti.

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LE BIOMOLECOLE

● legge della dominanza → incrociando fra loro individui omozigoti per un carattere