Basi neurali della cognizione

Grazia Nappi

Indice

1. Composizione della materia vivente...................................................................2

2. Macromolecole....................................................................................................... 3

2.1. Proteine.............................................................................................................. 3

2.2. Carboidrati (o zuccheri)..................................................................................... 5

2.3. Lipidi..................................................................................................................... 5

2.4. Acidi grassi......................................................................................................... 6

2.5. Lipidi complessi.................................................................................................. 6

3. Acidi nucleici............................................................................................................ 6

2.6. DNA....................................................................................................................... 6

2.7. RNA...................................................................................................................... 7

3. Cellula...................................................................................................................... 7

3.1. Procariotica...................................................................................................... 7

3.2. Eucariotica (struttura)....................................................................................... 8

3.2.1. Membrana plasmatica................................................................................. 8

3.2.2. Citoscheletro.............................................................................................. 9

3.2.3. Reticolo endoplasmatico...............................................................................10

3.3. Nucleo............................................................................................................... 10

3.4. Mitocondri....................................................................................................... 11

4. Virus......................................................................................................................... 11

5. Comunicazione cellulare........................................................................................... 12

5.1. Segnali................................................................................................................ 12

5.2. Ricettori.............................................................................................................. 12

6. Struttura e replicazione del DNA.............................................................................. 12

6.1. Duplicazione (o replicazione).............................................................................. 13

7. Trascrizione del DNA................................................................................................. 13

8. Sintesi proteica......................................................................................................... 14

8.1. Inizio della sintesi proteica..................................................................................15

9. Ciclo cellulare............................................................................................................ 15

9.1. Mitosi................................................................................................................. 15

9.2. Meiosi................................................................................................................. 16

10. Gregor Mendel......................................................................................................... 17

11. Sistema nervoso.................................................................................................. 18

11.1. Il sistema nervoso centrale (SNC).....................................................................18

11.2. Sistema nervoso periferico (SNP)...............................................................20

12. Tessuto nervoso....................................................................................................... 20

13. Neurone................................................................................................................... 21

113.1. Trasporto assonale............................................................................................. 22

14. Cellule gliali............................................................................................................. 23

15. Ambiente intracellulare ed extracellulare................................................................25

15.1. Principi di diffusione.......................................................................................... 26

16. Gradiente elettrochimico......................................................................................... 27

17. Potenziale d’azione e potenziale graduato..................................................29

17.1. Potenziale graduato........................................................................................... 29

17.2. Potenziale d’azione............................................................................................ 30

18. Canali di attivazione ed inattivazione......................................................................33

18.1. Periodo refrattario............................................................................................. 35

18.2. Pompa sodio/potassio....................................................................................... 38

19. Sinapsi.................................................................................................................... 41

19.1. Le sinapsi elettriche.......................................................................................... 42

19.2. Sinapsi chimiche................................................................................................ 43

19.3. Circuito convergente e divergente....................................................................46

19.4. Sommazione spaziale........................................................................................ 48

19.5. Sommazione temporale..................................................................................... 48

20. I recettori............................................................................................................. 49

20.1. Recettori a lento e rapido adattamento.............................................................50

21. Neuroanatomia.................................................................................................... 50

21.1. Anatomia del sistema nervoso centrale............................................................53

21.2. Strutture di protezione.............................................................................. 55

21.3. Midollo spinale.............................................................................................. 58

21.4. Tronco encefalico........................................................................................ 60

21.4.1. Bulbo o midollo allungato...................................................................61

21.4.2. Ponte........................................................................................................... 61

21.4.3. Mesencefalo................................................................................................ 61

21.5. Diencefalo...................................................................................................... 62

21.5.1. Talamo......................................................................................................... 62

21.5.2. Ipotalamo.................................................................................................... 63

21.5.3. Ipofisi ed epifisi........................................................................................... 63

21.6. Encefalo.......................................................................................................... 63

21.7. Sistema limbico................................................................................................. 65

21.8. Neurotrasmettitori............................................................................................. 66

1. Composizione della materia vivente

Piccole molecole

Acqua H2O (aminoacidi, zuccheri, 70% 2 nucleotidi, acidi grassi) 6%

Ioni inorganici 1%

Macromolecole 23%

2. Macromolecole

Proteine, carboidrati (zuccheri), acidi nucleici e lipidi.

2.1. Proteine

Le proteine sono polimeri; i polimeri sono molecole formate da più monomeri legati tra loro. Polimero

I polimeri si uniscono tramite la condensazione, ovvero, l’eliminazione di una molecola di acqua. La separazione di un monomero da un polimero avviene tramite l’idrolisi, ovvero l’aggiunta di una molecola di acqua. Le proteine sono polimeri di aminoacidi. Essi sono 20 e sono formati da un gruppo amminico e da una parte variabile detta R (radicale) che definisce le proprietà di una molecola.

Gli aminoacidi sono legati tra loro attraverso un legame peptidico che lega il gruppo carbossilico e il gruppo amminico. Gli amminoacidi essenziali sono 9.

Funzione delle proteine

• Movimento: muscoli, tendini, cartilagine, capelli. Alcuni muscoli sono formati da proteine;
• Immunitaria: anticorpi e proteine del complemento;
• Trasporto: emoglobina e albumina. Emoglobina trasporta ossigeno;
• Segnalazione: ormoni e neuro-ormoni;
• Enzimatica: le proteine sono enzimi che accelerano le reazioni chimiche.

Tutte le reazioni che si verificano nelle cellule, vengono facilitate dalla presenza di particolari molecole proteiche, chiamate enzimi. Questi svolgono la funzione di catalizzatori agisce sulla velocità delle reazioni, accelerandole.

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Le proteine vengono classificate in base alla:

• Funzione = ormoni, enzimi, trasporto, deposito, struttura, difesa.
• Forma = proteine fibrose (allungate) o globulari (rotondeggianti).
• Composizione chimica = semplici, coniugate.

Ogni proteina ha livelli diversi di organizzazione strutturale:

• Struttura primaria: consiste nella sequenza di un aminoacido che si lega all’altro tramite il legame peptidico.

Aminoacidi

• Glicina (Gly)
• Alanina (Ala)
• Valina (Val)
• Leucina (Leu)
• Isoleucina (Ile)
• Acido aspartico (Asp)
• Arginina (Arg)
• Asparagina (Asm)
• Cisteina (Cys)
• Acido glutammico (Glu)
• Glutammina (Glm)
• Istidina (His)
• Lisina (Lys)
• Metionina (Met)
• Fenilalalina (Phe)
• Prolina (Pro)
• Serina (Ser)
• Treonina (Thr)
• Triptofano (Trp)
• Tirosina (Tyr)

L Leucina E

U

L Lisina Y

S

A Alanina L

A

• Secondaria: dice se la proteina può formare due strutture alfa e beta attraverso legami a ponte idrogeno = aminoacido sopra un altro su una stessa catena. Struttura alfa elica a spirale, struttura beta a foglietto.
• Terziaria = data dall’instaurarsi di altri legami. Legame a ponte disolfuro generata dal ripiegamento e conformazione della catena peptidica. È una struttura tridimensionale che assume una proteina quando alfa-elica e beta-foglietto si annodano tra loro.

La proteina può perdere la sua tridimensionalità (la sua forma) tramite l’esposizione al calore, così da perdere la struttura terziaria, successivamente perde la sua funzionalità.

Legame tra aminoacidi uno distante dall’altro nella sequenza, ma vicinanza nello spazio.

• Quaternaria = consiste nell’unione di più strutture terziarie.

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Esempio = emoglobina formata da quattro subunità.

Le proteine si possono denaturare (con shock termico). Il processo è reversibile.

Processo di ubiquidinazione (di degradazione) delle proteine, attraverso il quale, quando le proteine sono prodotte e non servono più le cellule hanno dei meccanismi di degradazione proteica, mediato da ubiquitina (proteina) determina la degradazione della proteina che non serve più, è ubiquitaria, non serve più.

2.2. Carboidrati (o zuccheri)

Sono sostanze molto solubili (CH2O)n formula del carboidrato.

I carboidrati sono utilizzati come fonte di energia e si dividono in:

• Monosaccaridi: sono l’unità più piccola dei carboidrati, presentano una forma ad anello ed una forma distesa. I monosaccaridi più conosciuti sono il glucosio e il fruttosio.
• Oligosaccaridi: sono carboidrati formati da un piccolo numero di monosaccaridi (come i disaccaridi). Il disaccaride più conosciuto è il saccarosio.
• Polisaccaridi: sono polimeri di monosaccaridi, i più comuni sono: l’amido e il glicogeno. Abbiamo polisaccaridi strutturali come la cellulosa formata da polisaccaridi di glucosio.

Aldosi = presenza di un gruppo aldeidico; Chetosi = presenza di un gruppo chetonico.

Formano una struttura ad anello chiuso.

Lezione 2

2.3. Lipidi

Sono composti ternari. Sono essenziali costituiscono il 17% del peso corporeo. Sono untuosi al tatto e insolubili in acqua.

Si dividono in: semplici e complessi.

• I semplici: gliceridi (riserva energetica), steroidi (strutturale e regolatrice), cere (rivestimento protettivo), terpeni (dipende dal tipo).
• I complessi (oltre alla componente principale ce ne sono altre): fosfolipidi e glicolipidi (funzione strutturale), lipoproteine (trasporto di sostanze lipidiche).

Si dividono in:

• Trigliceridi: sono formati da una molecola di glicerolo e tre acidi grassi. Funge da riserva di energia e isolamento termico negli animali.
• Fosfolipidi: costituiscono il doppio strato della membrana cellulare, ha una testa idrofila e le code idrofobiche.
• Steroidi: come il colesterolo, aiutano nella regolazione della crescita e dello sviluppo.

Le funzioni:

• Di deposito o riserva (trigliceridi)
• Strutturali: sono complessi e formano membrane cellulari
• Regolatori: precursori di vitamine e ormoni

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2.4. Acidi grassi

Sono lunghe molecole di idrocarburi contenenti un gruppo -COOH.

Gliceridi

Steroidi hanno struttura policiclica formata dalla condensazione di quattro anelli.

Il colesterolo è lo steroide più importante. È presente in grassi animali, ha funzione strutturale, è precursore della vitamina D, sali binari e ormoni.

2.5. Lipidi complessi

Hanno componente di acidi grassi, interagiscono con le molecole di acqua.

Fosfolipidi e glicolipidi

Trasporto di lipidi nel sangue: con lipoproteine che si distinguono in: chilomicroni, lipoproteine a densità bassa (LDL), lipoproteine a densità molto bassa (VLDL), lipoproteine ad alta densità (HDL).

3. Acidi nucleici

2.6. DNA

Acido desossiribonucleico

È un acido nucleico definito polinucleotide (è una molecola formata dall’unione di numerosissime unità semplici, i nucleotidi) e contiene tutte le informazioni dell’organismo. Il nucleotide è formato da: base azotata, zucchero pentoso, radicale fosforico.

I composti costituiti da molecola di pentoso e base azotata sono detti nucleoside.

Nucleotide 1 si lega al nucleotide 2 con gruppi fosforici (tra uno zucchero ed un altro) che formano legami fosfodiesterici. L’ultimo nucleotide non ha legame. I nucleotidi si differenziano con le basi azotate.

Il DNA contiene le informazioni di necessarie per lo sviluppo di un intero organismo. il DNA è costituito da due filamenti antiparalleli, formando una doppia elica. nel DNA sono presenti le istruzioni per produrre le proteine, il DNA deve essere letto e tradotto dall’RNA. Il DNA ha quattro basi azotate: adenina, timina, guanina, citosina.

Doppia elica è DNA formato da due filamenti fra loro avvolti.

Fu scoperta da Watson e Crick. Si incontrarono a Napoli e la scoperta fu premio Nobel per la medicina nel 1962. Capirono che per complementarità c’era bisogno sempre di una base pirimidinica e una purinica. È una scala a chiocciola con scalini (basi azotate)

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e i filamenti sono complementari e antiparalleli. Inoltre, 5/6% di queste sequenze danno informazioni. Il DNA si può denaturare (aumentando la temperatura) e rinaturare (zippering) (diminuendo la temperatura).

2.7. RNA

L’RNA è formato da un solo filamento ripiegato su sé stesso. Le basi azotate dell’RNA sono: Adenina, uracile, guanina e citosina.

Basi azotate si dividono in:

• Pirimidiniche: timina T, citosina C, uracile U
• Puriniche: adenina A, guanina G

Acido ribonucleico che ha un singolo filamento. È costituito da monomeri formati da basi azotate (purine e piramidine). Inoltre, c’è l’uracile al posto della timina.

Ci sono diversi tipi di RNA:

• RNA messaggero: ottenuto tramite processo di trascrizione (è informazionale). Va nel nucleo, incontra ribosomi in cui è tradotto e si ricava una proteina porta informazioni
• RNA di trasporto tRNA: porta singoli aminoacidi per costruire con altri aminoacidi una proteina (funzionale)
• rRNA ribosomiale: trascritto (funzionale) costruisce ribosomi che decodificano RNA messaggero
• Micro RNA: piccoli RNA la cui funzione scoperta negli ultimi decenni da un italiano

Funzionali: espletano una funzione (traduzione) ma non portano informazioni (tRNA e rRNA) a differenza dell’RNA.

3. Cellula

Ci sono due tipi di cellule:

3.1. Procariotica

È formata da una membrana plasmatica che delimita il citoplasma, privo di compartimentazioni, costituito da acqua in cui sono disciolti ioni e macromolecole varie e dove avvengono i processi metabolici.

Il DNA si trova nella zona centrale non circondata da membrana, il nucleoide, ed è costituito da un solo cromosoma ad anello.

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Quindi la cellula procariotica è costituita da:

• Membrana plasmatica (regola il movimento di sostanze dentro e f