Struttura e funzione delle biomolecole e dei sistemi cellulari

Carboidrati e proteine

-Carboidrati, composti ternari contenenti ossigeno, carbonio e idrogeno. Si distinguono in:

.Mosaccaridi (glucosio)

.Disaccaridi (saccarosio, maltosio, lattosio)

.Polisaccaridi, riserva di energia (polisaccaridi di riserva, amido nei vegetali, glicogeno negli animali) e costituiscono le membrane e le pareti cellulari (polisaccaridi strutturali, cellulosa)

-Proteine, polimeri biologici risultanti dall’unione di 20 amminoacidi (di cui 9 essenziali) diversi uniti tra loro da legami peptidici

Lipidi e nucleotidi

-Lipidi, sostanze diversificate accomunate dal fatto di essere insolubili in acqua, importanti come componenti strutturali e come riserva di energia (trigliceridi, fosfolipidi, steroidi)

-Nucleotidi e acidi nucleici, gli acidi nucleici DNA e RNA sono polimeri lineari di nucleotidi
-Virus, entità viventi non costituiti da cellule, presentano una molecola di acido nucleico (DNA o RNA) all’interno di un capside, per riprodursi devono infettare cellule ospiti (o cellule animali, o cellule vegetali, o cellule batteriche)

-Membrana cellulare (+ parete cellulare nei procarioti), involucro che avvolge la cellula, composto da fosfolipidi e proteine, definisce la forma della cellula, regola gli scambi di ioni e sostanze nutritive con l’esterno, le proteine che la compongono hanno funzioni di recettori

Nucleo e ribosomi

-Nucleo, controlla la maggior parte delle attività della cellula, è circondato dalla membrana nucleare (solo negli eucarioti), contiene il DNA e i nucleoli che sintetizzano l’RNA e assemblano i ribosomi

-Ribosomi (eucarioti e procarioti), siti della sintesi proteica costituiti da due sub unità, ognuna formata da RNA ribosomiale e proteine

Reticolo endoplasmatico e apparato di Golgi

-Reticolo endoplasmatico (RE, solo negli eucarioti), sistema di membrane costituito da tubuli e sacculi coinvolto nel trasporto dei materiali attraverso la cellula, della sintesi dei lipidi (REL), della detossificazione da farmaci e veleni (REL), della sintesi di proteine (RER)

-Apparato di Golgi (solo negli eucarioti), costituito da una pila di vescicole appiattite, è un centro di raccolta, elaborazione e smistamento dei prodotti del RE

Lisosomi e mitocondri

-Lisosomi (solo negli eucarioti), organuli digestivi in grado di degradare le sostanze ingerite e quelle di rifiuto

-Mitocondri (solo negli eucarioti), centrali energetiche delle cellule, sede della respirazione cellulare
-Citoscheletro (solo negli eucarioti), fitto intreccio di tre tipi di filamenti:

.Microtubuli, formati da 13 filamenti di tubulina, una proteina globulare, costituiscono i centrioli, il fuso mitotico e le appendici cellulari

.Filamenti intermedi, formati da proteine fibrose, garantiscono alla cellula resistenza meccanica

.Microfilamenti, filamenti di actina coinvolti nei processi di movimento

-Centrioli (solo in cellule animali), servono per il montaggio dei microtubuli

Plastidi e vacuoli

-Plastidi (solo in cellule vegetali), comprendono:

.Cromoplasti, contenenti sostanze colorate

.Leucoplasti, contenenti sostanze di riserva

.Cloroplasti, sede della fotosintesi clorofilliana

-Vacuoli (solo in cellule vegetali), vescicole contenenti acqua e sostanze varie che si ingrandiscono man mano che la cellula invecchia

Diffusione e trasporto attivo

~Particelle piccole

-Diffusione semplice, passaggio di particelle da zona ad alta concentrazione a zona a bassa concentrazione

-Osmosi, passaggio di acqua attraverso membrana semipermeabile da soluzione meno concentrata a una più concentrata

-Diffusione facilitata, trasporto di una sostanza secondo gradiente di concentrazione grazie a una proteina di trasporto

-Trasporto attivo, trasporto di una sostanza contro gradiente di concentrazione grazie a proteine di membrana (pompe)

Endocitosi e esocitosi

~Particelle grandi

-Endocitosi, permette di introdurre queste particelle attraverso invaginazioni della membrana che trasportano in vescicole le particelle verso l’interno

-Esocitosi, permette di espellere queste particelle attraverso le stesse vescicole dell’endocitosi, però le trasportano verso l’esterno

Divisione cellulare nei procarioti

~Procarioti, la divisione avviene per scissione binaria, il DNA si duplica, la cellula si divide in due cellule figlie contenenti ognuna una molecola di DNA identica a quella della madre
~Eucarioti

-Cromosoma, è una lunga molecola di DNA, associata a proteine specifiche

-Ciclo cellulare:

.Interfase, periodo precedente alla divisione cellulare, costituito da una fase G1 (crescita e produzione di nuovi organelli), una fase S (replicazione del DNA, le due molecole unite vengono dette cromatidi) e una fase G2 (continua a crescere)

.Mitosi, fase in cui il nucleo della cellula eucariote si divide dando origine a due nuclei figli, costituita da profase (il DNA si condensa, la membrana nucleare si dissolve, i due centrosomi, ognuno contenente due centrioli, iniziano a migrare ai poli opposti della cellula per formare il fuso mitotico), metafase (i cromosomi aderiscono alle fibre del fuso attraverso i cinetocori, quindi si allineano sul piano equatoriale della cellula), anafase (i centromeri si dividono in due e i due cromatidi fratelli si dividono e migrano verso i poli opposti della cellula) e telofase (il fuso scompare, i cromatidi diventano i nuovi cromosomi delle due cellule figlie, riassumono la forma iniziale, si forma la membrana nucleare intorno a essi e ricompare il nucleolo)

Alla fine della mitosi si ottengono due cellule diploidi

Riproduzione nei procarioti

~Procarioti, riproduzione asessuata (prole geneticamente identica alla madre) che può avvenire con scissione binaria, gemmazione, sporulazione o partenogenesi
~Eucarioti,

-riproduzione asessuata, avviene per mitosi

-riproduzione sessuata (fusione dei gameti aploidi con conseguente fusione dei corredi cromosomici, aumento della variabilità genetica) avviene attraverso l’alternarsi della meiosi

.Meiosi, processo mediante al quale a partire da cellule diploidi (gametociti) si ottengono gameti aploidi, si divide in due parti:

..Meiosi I (riduzionale), suddivisa in profase I (la cromatina si condensa, scompare la membrana nucleare e il nucleolo, si inizia a formare il fuso, i cromosomi omologhi di ogni coppia si appaiano nella sinapsi formando tetradi da 4 cromatidi ciascuna, si può verificare il crossing-over), metafase I (ciascuna tetrade migra verso il centro del fuso), anafase I (i due cromosomi di ogni coppia si separano e si muovono verso i poli opposti) e telofase I (la cellula di partenza si divide in due cellule figlie, ciascuna con un numero aploide di cromosomi)

..Meiosi II (equazionale), ognuna delle due cellule figlie ottenute dalla meiosi I subisce questo processo suddiviso in profase II (scompare l’involucro nucleare e i cromosomi si legano alle fibre del fuso), metafase II (cromosomi si allineano sul piano equatoriale), anafase II (i cromatidi fratelli di ogni cromosoma si separano e migrano verso i poli opposti) e telofase II (si formano i due nuclei delle due cellule figlie aploidi)

DNA e RNA

-DNA, acido desossiribonucleico, polimero lineare di nucleotidi, struttura a doppia elica in cui sono presenti 4 basi azotate: adenina e timina (che si appaiano insieme), guanina e citosina (che si appaiano insieme)
-Replicazione del DNA, è semiconservativa cioè ognuna delle due molecole figlie è costituita da un filamento del DNA iniziale e da un filamento nuovo, avviene grazie all’intervento di enzimi detti DNA polimerasi

-RNA, acido ribonucleico, polimero lineare di nucleotidi, struttura a filamento singolo in cui sono presenti 4 basi azotate: adenina e uracile (che si appaiano insieme), guanina e citosina (che si appaiano insieme). Esistono 3 tipi di RNA: mRNA (messaggero, trasporta informazione genetica del DNA al citoplasma dove vengono sintetizzate le proteine), rRNA (ribosomiale, elemento costitutivo dei ribosomi), tRNA (trasporto, trasporta gli amminoacidi liberi nel citoplasma ai ribosomi e traduce l’informazione contenuta nella sequenza di nucleotidi dell’mRNA in una sequenza di amminoacidi

-Trascrizione del DNA, le informazioni contenute nel DNA vengono copiate nell’mRNA, grazie all’intervento dell’enzima RNA polimerasi

Traduzione dell'mRNA

-Traduzione dell’mRNA, per tradurre il messaggio dell’mRNA in una proteina, interviene il codice genetico basato su triplette di nucleotidi che permettono 64 combinazioni. Il codice genetico:

.contiene un segnale di inizio, il codone AUG (per l’amminoacido metionina)

.contiene dei segnali di fine lettura, i codoni di stop UAA, UAG, UGA

.non è ambiguo

.è ridondante, quasi tutti gli amminoacidi sono specificati da più di un codone

.è universale, vale per tutti gli organismi

Nella traduzione dell’mRNA intervengono tutti i tre tipi di RNA, è un processo veloce ma che richiede molta energia (ATP)

Gametogenesi e fecondazione

-Gametogenesi, produzione dei gameti

-Fecondazione, fusione dei gameti aploidi per formare uno zigote diploide
-Segmentazione, divisione dello zigote in tante cellule più piccole con conseguente formazione della morula (struttura sferica piena, a 3 gg dalla fecondazione) e poi della blastula (struttura sferica cava, cavità interna detta blastocele, a 6 gg dalla fecondazione)

-Gastrulazione (a 2 settimane dalla fecondazione), formazione dei foglietti embrionali, ectoderma (esterno, formerà tessuto epiteliale, sistema nervoso, smalto denti, lente occhio, rivestimento bocca naso e ano), mesoderma (medio, formerà scheletro, muscoli, apparato circolatorio, apparato escretore, apparato riproduttore, peritoneo, reni, peritoneo e mesenteri) e endoderma (interno, formerà rivestimento sistema digerente, rivestimento apparato respiratorio, polmoni, fegato, pancreas, vescica)

Neurulazione e tessuti

-Neurulazione, formazione degli apparati e organi dai foglietti embrionali

Vengono classificati in:
-Tessuto epiteliale, costituito da cellule unite strettamente da giunzioni desmosomiche o occludenti, in contatto con un tessuto connettivo sottostante grazie alla lamina basale. Questo tessuto forma membrane che hanno nomi e scopi diversi: la cute (riveste esterno corpo), le mucose (rivestono sup interna organi cavi comunicanti con l’esterno) e le sierose (rivestono cavità non comunicanti con l’esterno). A seconda del numero di strati l’epitelio può essere: semplice (1 strato), pluristratificato (più strati) o pseudo stratificato (unico strato ma di altezza diversa). In base alla funzione, l’epitelio si distingue in:

.Epitelio di rivestimento, protegge l’organismo dai danni esterni e dalle infezioni

.Epitelio ghiandolare, specializzato nella produzione di sostanze, secreti, in ghiandole di forma diversa

.Epitelio sensoriale, formato da cellule specializzate nella ricezione di stimoli

-Tessuto connettivo, riempie e sostiene gli organi molli e collega lo scheletro con le masse muscolari, le cellule sono disperse in una matrice extracellulare. Si distingue in:

.Tessuto connettivo propriamente detto, protegge e circonda gli organi (cellule=fibroblasti), suddiviso in: lasso (sostanza non molto compatta, riempie gli spazi liberi tra organi e tessuti) e denso(sostanza addensata, si trova nei tendini, nel derma, ma anche nelle corde vocali e nelle pareti arteriose)

.Tessuto adiposo, (cellule=adipociti) può essere: bianco (15% del peso corporeo, al di sotto della cute, importante riserva energetica) o bruno (pochissimo, importante fonte di calore corporeo)

.Tessuto cartilagineo, (cellule=condrociti) forma lo scheletro nell’embrione, mentre nell’adulto si trova in pochi punti, la cartilagine è priva di terminazioni nervose e vasi sanguigni

.Tessuto osseo, sostegno del corpo (celulle=osteoblasti, poi osteociti), può essere compatto (insieme di osteoni, fibre nervose, vasi sanguigni e vasi linfatici) o spugnoso (insieme di trabecole disposte in disordine)

Tessuto muscolare e nervoso

-Tessuto muscolare, mantenere la postura e consentire il movimento, costituito da cellule dotate di eccitabilità e contrattalità, questo tessuto si distingue in striato (costituisce i muscoli scheletrici, le cellule sono le miofibrille, volontario), liscio (costituisce le pareti dei grossi vasi sanguigni e degli organi cavi, involontario) e miocardico (costituisce la muscolatura del cuore, involontario)

-Tessuto nervoso, costituito da neuroni dotati di eccitabilità e conducibilità

Ipotalamo e ipofisi

-Ipotalamo, secerne:

.ormone antidiuretico (ADH) che regola composizione fluidi corporei e stimola il riassorbimento dell’acqua nei reni

.ossitocina, stimola la produzione di latte da parte della ghiandola mammaria

.ormoni di rilascio e inibizione, regolano il rilascio degli ormoni dell’adenoipofisi

-Ipofisi (adenoipofisi), secerne:

.ormone follicolostimolante (FSH), stimola maturazione follicolo e secrezione di estrogeni (femmine) e spermatogenesi (maschi)

.ormone luteinizzante (LH), stimola la formazione del corpo luteo nelle ovaie (femmina) e la produzione di testosterone nei testicoli (maschio)

.ormone tireotropo (TSH), stimola la proliferazione delle cellule della tiroide e il rilascio degli ormoni tiroidei

.somatotropina (ormone della crescita, GH), influisce nel metabolismo del glucosio, stimola sintesi proteica e crescite ossa

.ormone adrenocorticotropo (ACTH), stimola la parte corticale delle ghiandole surrenali a produrre cortisolo e aldosterone

.prolattina, stimola la produzione e la secrezione del latte da parte delle ghiandole mammarie

Tiroide e paratiroidi

-Tiroide, secerne:

.tiroxina, attiva il metabolismo e l’accrescimento

.calcitonina, inibisce la liberazione di calcio da parte delle ossa

-Paratiroidi, secernono:

.ormone paratiroideo, stimola il riassorbimento del calcio a livello renale e intestinale, e la liberazione di calcio da parte delle ossa

Midollare e corticale surrenale

-Midollare surrenale, secerne:

.adrenalina e noradrenalina, preparano l’organismo all’azione

-Corticale surrenale, secerne:

.cortisolo e cortisone, regolano il metabolismo di carboidrati e grassi, sono antinfiammatori

.aldosterone, regola l’equilibrio idrico-salino

Pancreas e ormoni

-Pancreas, secerne:

.insulina, abbassa la glicemia favorendo l’assorbimento del glucosio, stimola la sintesi del glicogeno nel fegato, favorisce l’accumulo dei grassi

.glucagone, aumenta la glicemia favorendo la demolizione di glicogeno e glucosio

Ovaie e testicolo

-Ovaie, secernono:

.estrogeni, stimolano comparsa caratteri sessuali, regolano dinamica ciclo mestruale

.progesterone, regola dinamica ciclo mestruale, inibisce il verificarsi di un’altra ovulazione

-Testicolo, secerne:

.testosterone, controlla la formazione dei testicoli e dei caratteri sessuali, stimola la spermatogenesi

Epifisi e melatonina

-Epifisi, secerne:

.melatonina, regola il ciclo sonno-veglia e il ciclo ovarico