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CORSO DI

Biologia

Logopedia 1° semestre

A.A. 2019/

La cellula è la più piccola parte della materia vivente intendendo per materia vivente tutto ciò che c’è di organico. I composti organici sono composti derivati dal carbonio, quindi un composto per essere organico deve contenere atomi di carbonio. Secondo la cosiddetta teoria cellulare tutti gli organismi viventi sono formati da cellule. Le cellule non sono visibili ad occhio nudo, in quanto hanno delle dimensioni comprese tra poche unità e centinaia di micrometri. Distinguiamo la cellula procariote, la più semplice dal punto di vista strutturale poiché viene delimitata dalla membrana plasmatica e non è organizzata internamente; e la cellula eucariote, strutturalmente più complessa in quanto il suo interno è organizzato in numerosi compartimenti che svolgono funzioni specializzate. Sia gli organismi formati da una singola cellula, detti organismi unicellulari, sia gli organismi formati da più cellule detti organismi pluricellulari. E quindi ciascuna cellula è in grado indipendentemente dalle altre di: ✓ Autoregolarsi: grazie al fatto che ogni cellula ha la sua membrana avvolgente che si chiama membrana plasmatica, riesce a regolare quella che si chiama omeostasi interna quindi mantiene il giusto equilibrio interno. Quindi la presenza di questa membrana regola questo equilibrio omeostatico. ✓ Riprodursi: tutte le cellule sono in grado di riprodursi fenomeno che si chiama scissione binaria nei procarioti, mitosi o meiosi negli eucarioti. ✓ Evolversi: È chiaro che un organismo pluricellulare avrà cellule diversificate secondo il tessuto, l’organo in cui sono presenti e quindi questo dipende dal contesto tessutale in cui si trova. Dunque negli organismi pluricellulari è chiaro che non tutte le cellule fanno la sta stessa cosa quindi di evolvono, si diversificano a livello funzionale. ✓ Scambiare materia ed energia con l’ambiente esterno grazie alla membrana. Negli organismi pluricellulari a riproduzione sessuata, la moltiplicazione dell’organismo è assicurata dai gameti, delle cellule specializzate. Un nuovo individuo deriva infatti dalla fusione di un gamete femminile (uovo o ovulo) e di un gamete maschile (spermatozoo), che da origine ad uno zigote. Da questa cellula, a seguito di numerose divisioni cellulari, si sviluppa l’organismo completo. Negli organismi pluricellulari, la suddivisione dei compiti legata al differenziamento cellulare, viene facilitata dai sistemi di comunicazione fra le cellule, in modo da coordinarne il funzionamento. Questi sistemi si basano sullo scambio di segnali chimici tra cellule, che vengono veicolati alle cosiddette cellule bersaglio, capaci di riconoscerli e di modificare di conseguenza il proprio funzionamento.

LE MACROMOLECOLE

I composti organici che costituiscono la materia vivente sono delle macromolecole, cioè dei polimeri che provengono da monomeri che vanno a condensarsi e che vanno a realizzare molecole più grandi. Nel contesto dei monomeri, si avranno i nucleotidi che si organizzano in polimeri chiamati acidi nucleici (DNA e RNA) che andranno a costituire il cromosoma nel nucleo di una cellula. Quindi il monomero si chiama nucleotide, l’associazione di più monomeri dà il polimero (acido nucleico), l’acido nucleico nel contesto cellulare diventa cromosoma che si trova nel nucleo della cellula. LA CELLULA

molecole anfipatiche = molecole in parte idrofobe e in parte idrofile. (EX: i fosfolipidi, poiché possiedono una testa polare idrofila - quindi con una carica - ed una coda apolare idrofobica, che nel caso del fosfolipide sono due catene di acidi grassi.) L’acido grasso è un’altra componente lipidica come il fosfolipide; Gli acidi grassi costituiscono la membrana plasmatica, che può essere:  monostrato → si forma se il fosfolipide è anfipatico, dove le teste sono rivolte verso l’ambiente acquoso e le code dalla parte opposta  doppio strato → dove vi sono due monostrati: le teste sono rivolte verso i due ambienti acquosi (interno ed esterno della cellula) e le code idrofobiche sono rivolte l’una verso l’altra in uno spazio lontano dall’acqua.

L’ ENERGIA E LA MATERIA

Gli esseri viventi prelevano dall’ambiente esterno materia ed energia e le trasformano al proprio interno. Ne risulta che la materia vivente è costantemente attraversata da un flusso di materia ed energia. L’energia si può presentare sotto forme diverse (meccanica, chimica, osmotica, elettrica etc…) ma solo due tipi sono utilizzabili da parte degli esseri viventi: l’energia chimica e l’energia luminosa. Organismi fototrofi: sono quelli capaci di captare e di usare l’energia luminosa; Organismi chemiotrofi: sono quelli che devono prelevare dall’ambiente energia sotto forma di composti chimici da demolire; Sia negli organismi fototrofi che in quelli chemiotrofi, l’energia va incontro a una serie di trasformazioni catalizzate da specifici enzimi, i quali nel loro insieme costituiscono il metabolismo energetico. L’adenosintrifosfato (ATP) costituisce la fonte immediata di energia della materia vivente. Nell’ATP, l’energia utilizzabile è quella che può essere liberata dalla rottura (idrolisi) dei due legami covalenti che uniscono i fosfati.  In caso di rottura del primo legame si ottiene l’ADP (adenosindifosfato)  In caso di rottura del secondo legame si ottiene l’AMP (adenosinmonofosfato) Nel corso della demolizione dei diversi composti organici, l’elemento che viene ossidato è il carbonio, con formazione finale di anidride carbonica. Durante le reazioni di ossidoriduzione enzimatica, gli elettroni sottratti al carbonio vengono ceduti ai coenzimi delle ossidoriduzioni, che si riducono. Nelle cellule però, i coenzimi delle ossidoriduzioni possono tenere una quantità limitata di elettroni. Affinchè la produzione di energia possa svolgersi in modo continuo, gli elettroni devono essere trasferiti ad altri composti (che si riducono), rigenerando i coenzimi in forma ossidata. Una grande parte degli esseri viventi utilizza l’ossigeno come accettore ultimo degli elettroni derivati dalle ossidazioni cellulari (l’ossigeno, riducendosi dà origine ad acqua): si tratta dunque degli organismi aerobi. Gli organismi che invece vivono in assenza di ossigeno sono gli organismi anaerobi. Esistono inoltre altri organismi che possono vivere sia in presenza che in assenza di ossigeno, ossia gli anaerobi facoltativi.

I LIPIDI

Alla categoria dei lipidi appartengono anche :  I fosfolipidi → sono dei lipidi strutturali in quanto compongono la membrana plasmatica  Gli acidi grassi  I trigliceridi I lipidi sono composti organici ternari formati da Carbonio, Idrogeno e Ossigeno. Un altro lipide è il colesterolo, è uno steroide da cui derivano gli ormoni steroidei e assume delle funzioni importanti nella membrana. La caratteristica comune dei lipidi è quella di essere scarsamente solubili o insolubili in acqua e di essere solubili in solventi apolari. Svolgono principalmente la funzione di lipidi di deposito e di struttura. Dal punto di vista chimico, alla costituzione della maggior parte delle molecole lipidiche concorrono uno o più acidi grassi legati sotto forma di esteri o di amidi al resto della molecola. Gli acidi grassi sono acidi monocarbossilici a catena con un numero pari di atomi di carbonio, solitamente lineare, che può essere satura o insatura (contiene quindi doppi legami). A causa della lunghezza sono scarsamente solubili in acqua. La presenza di doppi legami introduce una angolazione nella molecola. I lipidi vengono suddivisi in due categorie:

1. Lipidi semplici o neutri → acidi grassi + alcol
2. Lipidi complessi o polari → acidi grassi + alcol + componenti con caratt. Polari Esempio di lipidi semplici sono i gliceridi, costituiti da glicerolo (= alcol a 3 atomi di carbonio) ciascuno dei quali porta un gruppo alcolico combinato con acidi grassi. Si possono avere:  Monogliceridi → quando un gruppo alcolico è esterificato da un acido grasso  Digliceridi  Trigliceridi (conosciuti come grassi) → rappresentano i principali lipidi di deposito sia negli organismi animali che in quelli vegetali I lipidi complessi si possono distinguere in due categorie:  Fosfogliceridi (o glicerofosfatidi) → derivano dal glicerolo, nel quale 2 gruppi alcolici sono stati esterificati da acidi grassi, mentre il terzo è stato esterificato da acido fosforico. (= acido fosfatidico)  Sfingolipidi → Derivano dalla reazione della sfingosina (composto costituito da una lunga catena alifatica che presenta due gruppi alcolici e un gruppo aminico) con un acido grasso, per formare un’amide tra il gruppo carbossilico dell’acido e il gruppo aminico della sfingosina (= ceramide). A questa struttura si possono legare:

• Un acido fosforico = si forma la sfingomielina
• Tanti mono- od oligosaccaridi = si formano diversi glicolipidi I lipidi polari sono costituenti fondamentali della membrana biologica, costituiscono infatti il doppio strato lipidico in cui si inseriscono le diverse proteine di membrana. Gli steroidi sono composti caratterizzati dalla presenza di un complesso carbonioso ciclico ad anelli condensate. Il principale di questi composti è il colesterolo. Questo è un importante costituente delle membrane in quanto si inserisce nella porzione apolare del doppio strado lipidico (nelle code), aumentando la fluidità delle membrane.

Entrambi hanno la funzione di riserva energetica

I polisaccaridi sono costituiti da diverse decine o centinaia di unità monosaccaridiche unite da legami glicosidici. Le catene che ne derivano possono essere lineari o ramificate. A causa dell’alto peso molecolare, sono scarsamente solubili in acqua ma altamente polari. Possono essere costituiti dal ripetersi di una stessa unità monosaccaridica (EX. Cellulosa) o dall’alternarsi di due unità monosaccaridiche (Ex. Acido Ialuronico). Possono distinguersi in due categorie:

1. polisaccaridi di sostegno: insolubili o poco solubili, che svolgono la funzione di sostenere o irrigidire strutture extra cellulari;
2. polisaccaridi di riserva: presenti all’interno delle cellule e rappresentano la forma sotto cui vengono immagazzinate grosse quantità di monosaccaridi; (EX. Amido o glicogeno).

LE PROTEINE

Le proteine possono assumere diverse strutture:  Struttura primaria: sequenza lineare di amminoacidi.  Struttura secondaria: alfa elica o foglietto beta ripiegato.  Struttura terziaria: un ripiegarsi di questa proteina che diventa globulare o fibrosa.  Struttura quaternaria: associazione di più catene polipeptidiche a formare un unico complesso (EX. L’Emoglobina) In primo luogo tra le proteine si annoverano gli enzimi, cioè dei catalizzatori che accelerano le reazioni chimiche nella materia vivente. La regolazione dell’espressione dei geni è assicurata da proteine, dette fattori di trascrizione. Le proteine dunque hanno molteplici funzioni, poiché possono assumere anche funzioni come quelle di trasporto, deposito, recettoriali. Queste proteine assumono una funzione strutturale nella cellula, essendo componenti fondamentali della membrana plasmatica e del citoscheletro. Quindi tendono a formare i microtubuli, microfilamenti, filamenti intermedi che diventano poi lo scheletro della cellula, e ad organizzare il DNA soprattutto se considero la cellula eucariotica. Le proteine hanno anche funzioni enzimatiche (nel mitocondrio e cloroplasto), regolano i processi metabolici, o sono impiegate nei trasporti (come Le proteine Carrier e le proteine canale). Negli organismi pluricellulari vi sono proteine delle giunzioni a formare vari tessuti. Come abbiamo già detto altre funzioni sono la stabilizzazione della membrana e funzione recettoriale grazie alle glicoproteine. Le proteine sono polimeri di 20 tipi diversi di aminoacidi. Alcune di queste però non sono costituite da soli aminoacidi e prendono il nome di proteine coniugate. Gli elementi di natura non aminoacidica presenti al loro interno sono chiamati gruppi prostetici. Gli aminoacidi presentano una porzione della loro molecola identica, caratterizzata da un gruppo carbossilico ed un gruppo aminico, legati al carbonio adiacente a quello del gruppo carbossilico. Gli aminoacidi vengono classificati in 3 categorie, in base alle proprietà del loro radicale:

1. Aminoacidi apolari: il radicale è apolare quindi insolubile in acqua;
2. Aminoacidi polari: il radicale è polare quindi solubile in acqua;

3. Aminoacidi ionizzabili: il radicale contiene gruppi ionizzabili quindi è solubile in acqua; Gli aminoacidi si concatenano attraverso il legame peptidico, che deriva dall’eliminazione di una molecola d’acqua tra il gruppo aminico di un aminoacido e il gruppo carbossilico di quello adiacente. Le due estremità della catena non presentano questo legame, difatti le distinguiamo in:  Estremità amino-terminale = presenta il gruppo aminico libero;  Estremità carbossi-terminale = presenta il gruppo carbossilico libero; Per convenzione, la sequenza di aminoacidi viene sempre descritta a partire dall’estremità amino- terminale;

GLI ACIDI NUCLEICI

Altre molecole informazionali sono gli acidi nucleici, polimeri formati da singoli monomeri chiamati nucleotidi. Un nucleotide è formato a sua volta da tre elementi: gruppo fosforico, base azotata e zucchero pentoso. Nucleoside = zucchero + base Nucleotide = zucchero + base + gruppo fosforico Il DNA nella cellula ha un doppio ruolo:

1. Replicare se stesso per essere trasmesso alle cellule figlie;
2. Organizzare la trascrizione e la traduzione; DOGMA CENTRALE DELLA BIOLOGIA : l’informazione genetica contenuta nel DNA sottoforma di geni viene prima trascritta in RNA e poi verrà anche tradotta in una proteina. Si passa dunque da un linguaggio nucleotidico ad un linguaggio aminoacidico. DNA → mRNA → Proteina

DISTINZIONE TRA CELLULA PROCARIOTE ED EUCARIOTE

I procarioti sono per definizione organismi unicellulari, possono essere batteri ed alghe azzurre. Sono definite cellule procariotiche perché prive di nucleo, quindi si riproducono per scissione binaria. Il DNA cellula procariotica si trova una regione chiamata nucleoide. Il batterio avrà una lunghezza da 0,1 a 10 micron, però il DNA al suo interno ha una lunghezza che può raggiungere il millimetro (1000 volte la grandezza del procariote) motivo per cui dentro la cellula dovrà essere compattato. Se questo DNA deve essere trascritto e tradotto, occorre la presenza dei ribosomi affinché avvenga la sintesi proteica. Anche il batterio presenta la sua membrana plasmatica che sarà formata sempre da un doppio strato fosfolipidico con annesse proteine. In qualche caso a ridosso della membrana vi è una struttura gelatinosa chiamata capsula. Si distinguono infatti batteri capsulati (con capsula) e i batteri a-capsulati (privi di capsula). I batteri possono avere delle estroflessioni di membrana che si chiamano pili, che trasmettono il materiale genetico da una cellula all’altra. Si tratta infatti di punti di contatto tra due cellule, dunque prendono il nome di pili sessuali, attraverso i quali viene trasferito il DNA. Un batterio può avere un prolungamento unico chiamato

MEMBRANA PLASMATICA

La membrana esterna è identica tra la cellula procariotica e quella eucariotica anche se in termini di composizione (fosfolipidi e proteine), nella cellula procariotica si trovano in minor numero di percentuale. Il modello tutt’ora valido è il modello a mosaico fluido che ha superato il precedente, definito modello a Sandwich di Dawson e Danielli, i quali sostenevano che le proteine non affondassero all’interno del doppio strato ma fossero solo aderenti al versante extracellulare e intracellulare. Noi oggi sappiamo che queste proteine possono attraversare il doppio strato. La parte a mosaico è relativa alle proteine, quindi dire mosaico vuol dire che queste proteine avranno una versatilità funzionale all’interno di membrana (il termine mosaico mi sottintende qualcosa di diversificato ed è della componente proteica. In questo modello a mosaico fluido le proteine che attraversano il doppio strato hanno prevalentemente una struttura secondaria ad alfa elica tranne in pochi casi a foglietto beta ripiegato, e per la maggior parte code glucidiche annesse al versante extracellulare di queste proteine: quindi si tratta di glicoproteine con funzione recettoriale. Le funzioni della membrana cellulare sono le seguenti: ✓ La membrana avvolgendo qualsiasi tipo di cellula, fa da contorno e da barriera, la isola dall’ambiente in cui si trova. ✓ Nella cellula eucariotica, la membrana garantisce quella che si chiama compartimentalizzazione: cioè circonda i singoli organelli, formando quindi dei compartimenti. Dal momento che ogni organello svolge una funzione diversa dall’altra, è logico che deve avere la sua membrana. Gli unici gli organelli non avvolti da una membrana sono i ribosomi. ✓ Trasporti. ✓ Rilevamento del segnale: sono i famosi recettori di membrana (glicolipidi e glicoproteine). ✓ Giunzioni cellulari: proteine di comunicazione negli organismi pluricellulari.

COMPONENTE FLUIDA: I LIPIDI

Un esempio di fosfolipide è la fosfatidilcolina, che possiede la colina come gruppo polare, un fosfato e un derivato dal glicerolo. Questi tre componenti andranno a costituire quella che si chiama testa polare idrofila, quindi è quella parte della molecola rivolta sempre verso l’acqua (il gruppo polare è la colina per cui questo tipo di fosfolipide si chiama fosfatidilcolina), la coda idrofobica apolare è rappresentata da due catene di acidi grassi. Nella membrana, queste catene di acidi grassi possono essere:  acidi grassi saturi: cioè i carboni fra di loro sono legati da un solo legame e la catena sarà lineare;  acidi grassi insaturi: in cui ci sarà almeno un doppio legame fra gli atomi di carbonio, quindi a livello del doppio legame la catena non sarà lineare ma si piega leggermente a gomito. Quest’angolazione crea una sorta di spaziatura che consentirà al fosfolipide di potersi muovere all’interno del doppio strato. I fosfolipidi dentro il doppio strato possono fare dei movimenti diversi:se si abbassa la temperatura, le code tendono ad avvicinarsi tra loro, invece se aumento la temperatura consento il movimento.

Che tipo di movimento possono fare questi fosfolipidi?

1. Movimento trasversale: secondo cui il fosfolipide dal suo monostrato si capovolge nell’altro, quindi con la testa polare si porta nella parte opposta. Non lo fa in maniera naturale ma solo in presenza di enzimi che sono presenti nel reticolo endoplasmatico liscio e si chiamano flippasi.
2. Movimento rotazionale: si verifica attorno al proprio asse, il fosfolipide gira di 360 gradi intorno a sé stesso.
3. Movimento laterale: si sposta di posto sempre all’interno del singolo monostrato in cui si trova. Questi ultimi due movimenti sono spontanei. Il movimento trasversale è invece indotto dalle flippasi. Quindi è chiaro che più sono gli acidi grassi insaturi presenti, più ho la possibilità di garantire questo movimento, motivo per cui nella membrana plasmatica non mi troverò mai nella situazione di soli acidi grassi saturi o insaturi ma sempre una miscela tra i due. Quali altri fattori determinano la fluidità della membrana oltre la temperatura? Più è lunga la catena minore sarà la fluidità di membrana e sarà più è alto il punto di fusione di questi acidi grassi. Quindi i concetti che influenzano la fluidità sono:  La temperatura.  Lunghezza degli acidi grassi: più è lunga la catena più alto punto di fusione, minore fluidità di membrana.  Grado di saturazione: più acidi grassi insaturi ci sono più è basso è il punto di fusione, maggiore è la fluidità di membrana.  Il colesterolo: Ha una parte a contato con le code, una parte a contatto con la testa polare, si tratta dunque di una molecola anfipatica. Il colesterolo in caso di alte o basse temperature, agisce da tampone dI fluidità perché mantiene a una condizione intermedia la fluidità a prescindere da quelle che possono essere le condizioni ambientali della cellula.  Le proteine: La componente di proteine integrali, trovandosi tra le code interferiscono con il movimento e quindi anche in quel caso le proteine diminuiscono la fluidità della membrana.

COMPONENTE A MOSAICO: LE PROTEINE

Classifichiamo le proteine:

1. Integrali o transmembrana: è una proteina integrale che attraversa interamente il doppio strato fosfolipidico. Si definisce monopasso se la proteina attraversa lo strato solo una volta, multipasso se l’attraversa più volte. Le proteine possono anche essere monotipiche, ciò significa che si ferma in uno strato e non passa all’altro (non sono proteine trans membrana).
2. Estrinseche o Periferiche: è una proteina che non affonda nel doppio strato fosfolipidico. Quindi si dice periferica quando aderisce su uno dei due versanti con un legame di tipo debole che posso facilmente rompere senza alterare la struttura della membrana. Se invece il tipo di legame con cui la proteina è ancorata alla testa del lipide è forte, dirò che è una proteina ancorata al lipide. La differenza tra le due dipende dal tipo di legame: sono entrambe

Il trasporto attivo invece può essere: primario o diretto: come la pompa sodio potassio, in cui i due ioni impegnati prendono due direzioni opposte (= antiporto) in cui tre ioni sodio vengono espulsi, e due ioni potassio vengono immessi. Tutto questo però non avviene in contemporanea, infatti la pompa si dovrà aprire su un versante, chiudersi per poi aprirsi sul versante opposto cambiando la sua conformazione per effetto della fosforilazione che subisce la proteina. La pompa di scambio sodio potassio è un esempio di ATP-ASI DI TIPO P dove P sta per sito di fosforilazione. Quindi nel trasporto attivo diretto (diretto perché questi sistemi per funzionare devono dipendere direttamente dall’idrolisi di ATP). Il trasporto attivo diretto dunque può essere di 3 tipi:  TIPO P → pompa sodio-potassio  TIPO V → vescicolare  TIPO F → funziona a livello di mitocondri e cloroplasti (non è un’ATP-asi). In particolare, la pompa sodio potassio è elettrogena, cioè mantiene una differenza di potenziale sia all’esterno che all’interno della membrana, ossia i -70 millivolt del potenziale di riposo. Il meno è dovuto alla presenza di maggior elettronegatività internamente alla membrana. indiretto o secondario: Trasporto contro gradiente è conseguente al primario (se il primario non si verifica, il secondario non si può realizzare). Un esempio è il simporto sodio glucosio, sodio e glucosio vanno nella stessa direzione. Questo tipo di trasporto lo troviamo nell’enterocita (cellula intestinale). A livello apicale l’enterocita presenta delle estroflessioni di membrana, i microvilli, nei quali avviene il simporto. In queste cellule, il glucosio viene legato dal trasportatore veicolato contro il proprio gradiente di concentrazione dallo spazio extracellulare (dove la concentrazione di glucosio è alta) al citoplasma (dove la concentrazione è inferiore). L’energia necessaria per questo trasporto è fornita dal movimento dello ione sodio, che fluisce nella stessa direzione, seguendo il proprio gradiente di concentrazione.

IL CITOSCHELETRO

Il citoscheletro è presente in tutte le cellule, sia eucariotiche che procariotiche ed assume una funzione struttural. Esso è formato da:  Microtubuli  Microfilamenti  Filamenti intermedi L’actina rappresenta l’archetipo delle proteine. Il citoplasma contiene actina sotto forma di fasci lineari, reti bidimensionali e gel tridimensionali. L’actina è una proteina globulare. Il suo monomero (= G actina o actina globulare) ha siti di legame sulla sua superficie che le permettono di associarsi con altri due monomeri, generando un filamento elicoidale (F actina). Nel microfilamento, due proto filamenti di F actina sono uniti da contatti laterali e si associano ruotando. La struttura finale è costituita da una doppia elica.I MICROTUBULI sono strutture tubulari, dei tubi cavi al centro vuoti, sono gli elementi del citoscheletro più grandi e hanno un diametro tra i 20-25 nanometri. Il primo ruolo è quello strutturale, poiché andranno a costituire una struttura che mi serve solo quando la cellula si dovrà dividere (fuso mitotico). I microtubuli costituiscono le ciglia e i flagelli per

cui permettono il movimento all’interno della cellula o della cellula stessa. Mentre le ciglia servono per spostare qualcosa dentro la cellula, il flagello sposta l’intera cellula (spermatozoo). L’elemento costituitivo dei microtubuli è la tubulina, che in soluzione nel citoplasma esiste sotto forma di etero dimero formato da due proteine globulari simili, α e β. Entramvìbe legano il GTP (solo il GTP associato alla β tubulina viene idrolizzato a GDP e nuovamente scambiato con GTP). Il dimero polimerizza a formare un protofilamento; 13 protofilamenti si associano lateralmente a formare il microtubulo. Quest’ultimo può accorciarsi o allungarsi attraverso l’aggiunta o la rimozione di subunità alle due estremità del polimero. Poiché tutti i dimeri sono orientato allo stesso modo nel microtubulo, esso è una struttura asimmetrica (e quindi polare). FILAMENTI INTERMEDI: Sono presenti in quasi tutte le cellule eucariotiche degli organismi pluricellulari. Nei neuroni e nell’epidermide, i filamenti intermedi sono 10 volte più abbondanti dei microtubuli e dei microfilamenti. Il citoscheletro costituito dai filamenti intermedi, benché dotato di un certo dinamismo è più stabile di quello dei microtubuli e actina, ma durante la mitosi deve essere interamente riorganizzato. La funzione primaria di questi filamenti è strutturale e di supporto meccanico per la membrana plasmatica. Ne distinguiamo due tipi: ✓ Filamenti intermedi nucleari: che costituiscono la lamina nucleare ✓ Filamenti intermedi citoplasmatici: sono diversificati a seconda del tipo di tessuto in cui deve conferire questa resistenza. EX. le cheratine costituiscono i filamenti intermedi nell’epitelio, nel caso della cellula nervosa parlo di neurofilamenti. La matrice extracellulare (ECM) costituisce una rete acellulare tridimensionale di macromolecole presente in tutti i tessuti e gli organi, essa svolge una funzione di supporto per le componenti cellulari. E’ fondamentalmente costituita da acqua, proteine e polisaccaridi che possono essere suddivisi in 3 classi principali di macromolecole:

1. Glicosaminoglicani (GAG)
2. Glicoproteine fibrose (famiglia del collagene)
3. Glicoproteine non collagene, hanno funzione di mediare le interazioni cellula-cellula Le cellule che costituiscono un epitelio hanno dei speciali complessi giunzionali di superficie che definiscono due regioni della membrana cellulare, una regione apicale ed una basolaterale, limitando il passaggio di ioni e altre molecole. I tre principali tipi di giunzione sono: giunzioni strette: sigillano le cavità del corpo, e si comporta come una barriera che limita la diffusione di lipidi e proteine, dalla porzione apicale a quella basolaterale. Giunzioni aderenti o desmosomi: sono rappresentate da aree circolari (maculae o desmosomi) o da anelli (zonulae). Ciascuna placca/anello è composta da proteine trans membrana come le caderine. Su ogni placca si inseriscono filamenti di actina (nelle zonulae) ed intermedi di cheratina (tono filamenti), che formano una struttura a pettine. Gli emodesmosomi si trovano sulla membrana plasmatica basolaterale, e sono infatti responsabili dell’adesione fra la membrana plasmatica alla base della cellula epiteliale e la sottostante lamina basale. Giunzioni comunicanti – gap junction: queste permettono il passaggio di piccole molecole fra il citoplasma di cellule adiacenti. Questo tipo di giunzione è composta da una proteina che prende il nome di connessina.

raggiungere i 2 metri, è chiaro che un solo nucleosoma non mi è sufficiente per avvolgerlo tutto. Infatti, accanto al primo nucleosoma ne avrò un altro legato da un tratto di DNA linker di circa 50 paia di basi che è DNA privo di proteine (quindi DNA nudo) che lo lega al nucleosoma successivo. Questo è il primo livello di compattazione, chiamato anche a collana di perle. Nel secondo livello di compattazione interviene l’istone H1, che agisce come una pinza, bloccando il DNA attorno all’ottamero e avvicinando un nucleosoma all’altro. Questo tipo di fibra si chiamerà fibra a solenoide. Il terzo livello di compattazione prende il nome di fibra ad ansa, il DNA si avvolge su una struttura proteica non istonica (scaffold o impalcatura). L’ultimo livello di compattazione prende il nome di cromosoma, formato da due unità uguali tra di loro, i cromatidi fratelli, tenuti insieme dal centromero. I cromosomi possono assumere forme differenti: METACENTRICI: se il centromero è al centro e quindi ho esattamente bracci uguali su entrambi i cromatidi; SUBMETACENTRICO: se il centromero è leggermente spostato a una estremità per cui su ciascun cromatidio io dirò braccio corto che chiamo P, braccio lungo che chiamo Q; ACOCENTRICO: il centromero è ancora più spostato all’estremità per cui avrò una defferenza maggiore fra i due bracci; TELOCENTRICI: un centromero tutto spostato a coprire il braccio corto, con P assente (non sono presenti nell’uomo). Il cariotipo è lo studio di tutta la mappa cromosomica che può servire per verificare mutazioni del numero dei cromosomi o mutazioni di struttura (perdite o aggiunta di pezzi di cromosoma). Nell’uomo ci sono 46 cromosomi ordinati per coppie di omologhi: 23 di origine paterna, altrettanti di origine materna. Si accoppiano per ordine di grandezza decrescente, ciascuna coppia deve risultare o metacentrica o submetacentrica o acocentrica perché sono coppie di omologhi. Delle 23 coppie di omologhi 22 sono autosomi (uguali per maschi e femmine) e una è la coppia sessuale (xy uomo, xx donna). Il nucleolo è una struttura tondeggiante ed elettrodensa presente all’interno del nucleo. Nel nucleo interfasico, il DNA si concentra nel nucleolo, dove avviene la sintesi di quasi tutti gli rRNA. Possiamo distinguere due parti, la pars fibrosa costituita dall’rRNA neotrascritto, e la pars granulosa.

RETICOLO ENDOPLASMATICO

Il reticolo endoplasmatico rappresenta uno dei compartimenti intracellulari più estesi nelle cellule eucariotiche. E’ strutturalmente e funzionalmente suddiviso in 3 subcompartimenti:

1. Involucro nucleare
2. REL (liscio)
3. RER (rugoso) Il REL è costituito da una fitta rete di tubuli interconnessi le cui membrane delimitano il lume dell’organello. Gli enzimi residenti nel REL sono coinvolti nella biosintesi e nel metabolismo dei lipidi, inclusa la sintesi degli ormoni steroidei. Nelle cellule epatiche, il REL è coinvolto nella degradazione del glicogeno in glucosio. Un’altra importante funzione è rappresentata dalla detossificazione di molecole che possono essere più facilmente escrete. Nel caso di intossicazione da alcol o farmaci, il volume del REL tende quasi a raddoppiare, per poi ripristinarsi successivamente. Nonostante questa suddivisione è importante ricordare che tutte le membrane del reticolo sono in continuità tra di loro, per cui proteine e lipidi possono diffondere e muoversi da un compartimento all’altro.

Il RER è costituito da un sistema membranoso decorato dai ribosomi, che vi si associano nel momento in cui sono coinvolti nella sintesi di alcuni tipi di proteine. La principale funzione del RER è legata al suo contributo alla sintesi, alla glicosilazione, al controllo di qualità e all’eventuale degradazione di tutte le proteine integrali di membrana. I ribosomi sono infatti i catalizzatori della sintesi proteica. L’apparato del Golgi è un ampio organello citoplasmatico costituito da membrane che vanno a formare una pila di cisterne molto appiattite al centro e dilatate ai margini. Questo apparato si trova in prossimità del nucleo delle cellule eucariotiche e rappresenta la stazione immediatamente succesiva al RER nella via di secrezione. L’apparato del Golgi viene tendenzialmente suddiviso in una porzione cis, dove vanno a fondersi e a rilasciare il loro contenuto nel lume della cisterna, una porzione mediale ed una porzione trans. Il traffico vescicolare è un traffico bidirezionale. Le vescicole di secrezione attuano :  Una (esocitosi) secrezione costitutiva: E’ un processo continuo con cui da un lato, la cellula rinnova e accresce la propria membrana plasmatica, e dall’altro secerne componenti molecolari della matrice extracellulare  una (esocitosi) secrezione regolata, che viene quindi scandita da segnali come neuroni o neurotrasmettitori che reagiscono attraverso un recettore di membrana. Il fine del trasporto è quello del riconoscimento vescicolare - cioè far fondere le vescicole dopo che abbiano perso il loro rivestimento – Successivamente per riconoscersi è necessaria la presenza dei recettori (SNARE). ENDOCITOSI: attraverso l’endocitosi una cellula cattura delle particelle o complessi macromolecolari presenti nello spazio extracellulare. Esistono 3 diversi tipi di endocitosi: Può avvenire la fagocitosi, cioè l’inglobare un materiale solido. Se il materiale è liquido, si parla di pinocitosi. Esiste un tipo di endocitosi più specifica, ovvero quella mediata dai recettori. Il recettore non può essere inglobato, poiché ritornerebbe in superficie.

LISOSOMI

I lisosomi sono degli organelli intracellulari delimitati da una singola membrana, che si originano dall’apparato del Golgi. Al loro interno è contenuto un gran numero di enzimi, idrolasi acide, che hanno l’importante funzione di idrolizzare, e quindi degradare una grande quantità di molecole. Questi enzimi hanno in comune la caratteristica di lavorare a pH acido (circa 4,5). I lisosomi svolgono un ruolo chiave nel regolare il ricambio di strutture e/o organelli intracellulari degradandoli e favorendone la sostituzione. L’autofagia infatti prevede che l’elemento cellulare destinato alla degradazione venga isolato e incapsulato dal fagoforo, formando un complesso denominato autofagosoma.

PEROSSISOMI

I perossisomi sono organelli vescicolari che vengono integrati nei processi di ossidazione. Il termine perossisoma deriva dalla parola perossido (perossido di idrogeno, cioè l’acqua ossigenata) si tratta infatti un organulo impiegato nella sintesi, ma anche nella demolizione del perossido di idrogeno. Trattandosi di un organulo vescicolare, anche il perossisoma è rivestito da una singola membrana, stessa struttura della membrana plasmatica (doppio strato fosfolipidico, proteine integrali, periferiche, ecc..). All’interno del perossisoma esiste una matrice, dove ci sono

 FASE G1: Dato che la cellula si deve accrescere e deve duplicare i suoi organelli, si devono avviare la trascrizione e la traduzione, cioè la sintesi proteica. (Durata 2-5 h)  FASE S: S sta per sintesi e riguarda la replicazione del DNA, che una volta replicato dovrà compattarsi anche se i cromosomi massimamente condensati si vedono solo in metafase, quindi la compattazione comincia in fase S, ma si completa solo in fase M. (Durata 2-5 h)  FASE G2: G sta per gap (= intervallo ) che precede e segue la sintesi del DNA, in G2 si completa l’accrescimento cellulare e la sintesi proteica. (Durata 1-2 h) A questo punto la cellula entra in fase M. Vi è anche la FASE G0 che ha un tempo indefinito poichè in base al tipo di cellula che si va a considerare si ha una G0 permanente, temporanea o inesistente. Tale fase viene definita una fuoriuscita dal ciclo, perché la cellula esce per sostare più o meno temporaneamente in una situazione di quiescenza in cui non si sta riproducendo; scattano quindi dei meccanismi di controllo che dicono alla cellula se restare in questo stato di quiescenza o se continuare il ciclo. Noi classifichiamo le cellule in 3 categorie, in base alla durata della fase G0:  CELLULE PERENNI O MASSIMAMENTRE SPECIALIZZATE = nervose, muscolari, globuli rossi, cellule che una volta specializzate nel loro tessuto non si riproducono più,. Per questo tipo di cellula la G0 è quindi permanente.  CELLULE STABILI O DIFFERENZIATE = cellule che restano in G0 finchè non vengono stimolate, ad esempio i linfociti, gli epatociti, se stimolate tornano in ciclo altrimenti sostano in G0.  CELLULE LABILI O ATTIVAMENTE PROLIFERANTI = hanno un ciclo riproduttivo così veloce da non fare in tempo ad uscire dal ciclo, per queste cellule la G0 è inesistente. PUNTI DI CONTROLLO: Nella fase G1 e G2 vi sono i cosiddetti punti di controllo, sono 3:

1. prima che si replichi il DNA vi è il primo controllo, poiché se il DNA dovesse avere qualche danno o mutazione si ferma per rimediare e rientrare nel ciclo.
2. Il secondo nella fase G
3. il terzo si trova nella fase M, in metafase I parametri da controllare in fase G1 per decidere se la cellula può continuare il ciclo o sostare sono:  i fattori extracellulari o ambientali, come i fattori nutritivi e di accrescimento e l’integrità del DNA, se questi fattori mancano la cellula dovrà sostare in G0, tranne nel caso in cui il danno al DNA non sia esteso e sia solo a livello di nucleotidi, poiché il danno si riparerebbe durante la replicazione grazie all’azione esonucleasica della polimerasi. I parametri da controllare in fase G2 sono:  la cellula deve controllare che tutto il DNA si sia replicato senza errori e che si sia completato l’accrescimento In metafase (ultimo punto di controllo) la cellula controlla che si sia assemblato il fuso mitotico e che tutti i cromosomi si siano ordinati sulle fibre del fuso per consentire la separazione in anafase, perché se anche solo un cromosoma non è perfettamente legato al fuso nella posizione corretta, si avrebbe una cellula con cromosomi in più o in meno.

Sui punti di controllo intervengono dei complessi proteici chiamati CICLINA-CDK, ogni complesso si compone di una subunità che è la chinasiciclina-dipendente (CDK) e l’altra che è la ciclina. Le chinasi sono proteine chinasiche il cui ruolo è quello di fosforilare il substrato, ma hanno bisogno di una ciclina per funzionare (per questo detta ciclina-dipendende), per cui si forma un complesso tra queste due proteine. I complessi ciclina-CDK andranno a fosforilare proteine della FASE G1, G2 e regoleranno i punti di controllo. Il termine ciclina indica una proteina ciclica, cioè che varia periodicamente in concentrazione, dipende in quale fase del ciclo si trova. Se si considera la ciclina della fase G1 che deve agire nel primo punto di controllo, quando tale controllo termina e la cellula passa in G2 la ciclina della fase G1 viene degradata perché si deve formare un complesso nuovo con una nuova ciclina e una chinasi della fase G2; quindi ogni volta che un complesso agisce e la cellula va avanti nel ciclo, esso si deve disassemblare: la ciclina viene degradata e la chinasi che non è più legata alla ciclina non funziona, quindi è facile che in ogni fase del ciclo ci siano complessi diversi.

MITOSI (CICLO CELLULARE)

FASE M (MITOSI): La Mitosi caratterizza tutte le cellule somatiche e serve a produrre due cellule identiche tra loro e alla cellula madre che le ha generate. La mitosi comprende 5 fasi distinte

1. PROFASE,
2. PROMETAFASE
3. METAFASE
4. ANAFASE
5. TELOFASE PROFASE: Durante questa fase la cromatina inizia a condensarsi in cromosomi. Il nucelolo, sede della sintesi degli rRNA e del loro assemblaggio con alcune proteine, scomoare in questa fase, dal momento che vi è un’inibizione dei processi di sintesi. Nel citoplasma i centrioli che si sono duplicati durante la fase S e che per tutta la durata della G2 sono rimasti vicini l’uno all’altro, raggiungono i poli opposti del nucleo, mentre da essi si irraggiano i microtubuli che andranno a costituire il fuso mitotico. Il fuso origina da un centro di organizzazione dei microtubuli (MTOC) che nella cellula animale è il centrosoma (punto in cui si duplicano i centrioli) Alla fine della profase si assiste alla disgregazione dell’involucro nucleare PROMETAFASE: La disgregazione dell’involucro nucleare è resa necessaria per consentire alle fibre del fuso mitotico di raggiungere il cinetocore di tutti i cromosomi. Ci sono tre tipi di fasci che costituiscono poi il fuso: In ogni fase la cellula subirà delle modifiche, ad esempio da una forma sferica ne assumerà una più allungata poiché dopo la divisione nucleare, affinchè la cellula possa dividersi completamente, deve avvenire la CITOCINESI (O CITODIERESI), ovvero la divisione fisica del citoplasma di questa cellula nelle due cellule figlie, le quali cominceranno il loro ciclo.