Biologia applicata

ACIDI NUCLEICI

DNA acido desossiribonucleico

RNA ribonucleico

1869 Johan Friedrich Miescher isola gli acidi nucleici → si accorge della presenza di una sostanza gelatinosa che chiama

nucleina

1952 Rosalind Franklin grazie alla diffrazione scopre forma del DNA figura 51

1953 Watson e Crick descrivono struttura elica destrorsa del DNA

NUCLEOTIDE

ZUCCHERO Ribosio (RNA)

pentoso Deossiribosio (DNA) differisce di

un O rispetto ribosio

BASE AZOTATA legata a zucchero in C’

Pirimidine anello singolo C T U

Purine anello doppio A G

ACIDO FOSFORICO legato a zucchero in 5’

→ un nucleotide senza gruppo fosfato è un nucleoside

Legame fosfodiesterico legame covalente tra due acidi nucleici: avviene tra C5 e C3

STRUTTURA

Due catene polipeptidiche si legano formando una doppia elica destrogira con le basi azotate

verso l’interno formando solchi, maggiore e minore a causa della forma a elica (ogni 10 basi

“giro”) (apertura elica: 2,37 nm)

→ Appaiamento complementare C-G con 3 legami a H e A-T con 3 legami a H

→ filamenti antiparalleli uno in direzione 3’→5’ e uno 5’→3’

A-DNA destrorsa in condizioni di cellule povere di acqua

B-DNA più stabile

Z-DNA sinistrorsa con giro ogni 12 basi

GRADI COMPATTAZIONE DNA

Molecola di DNA unito a 8 istoni, proteine, forma nucleosoma, l’unità base

Nucleosomi si uniscono a forma di solenoide e formano fibra di cromatina 30 nm DNA

complessato con proteine che può essere espresso

Compattandosi ancora si ha eterocromatica 300nm non è più possibile leggere DNA

Quando dimensione raggiunge 700 nm rappresenta un braccio del cromosoma a X che

ha dimensione 1400 nm

Cromosoma DNA complessato visibile durante metafase della divisione cellulare

Flusso info: DNA → RNA → proteine

RNA

Costituiti da una sola catena polinucleotidica (degrada più facilmente)

→ trasporta info in sequenze specifiche fuori nucleo siccome DNA non può uscire

rRNA RNA ribosomiale più abbondante 80%

tRNA RNA transfer permette di passare da basi a amminoacidi

ncRNA non coding non codifica per proteine ma per altri prodotti

mRNA RNA messaggero unico che codifica perché unico che diventa proteina

1989 scoperta proprietà catalitica

- Molecola di RNA ripiegandosi forma struttura 3D unica con una porzione

caratteristica esposta all’ambiente

- Alcuni RNA si comportano come ribozimi sono catalitici e possono accelerare

reazioni che interessano particolarmente i loro nucleotidi

→ 1967 prima ipotesi di Woese di come vita sia nata da RNA

→ Prove Organismi attuali la formazione di legami peptidici è caratterizzata da ribozimi

Retrovirus hanno enzima che catalizza sintesi di DNA e partire da DNA

Dominio categoria più ampia della classificazione dei viventi

Negli anni ’90 Carl Woese propose la divisione in 3 domini in seguito agli studi su differenze di RNA ribosomiale tra organismi

Batteri cianobatteri (alghe)

Archeobatteri metanobatteri, alobatteri (ambienti salini), solfobatteri, termoacidofili (100°C pH=2)

→ caratteristiche gli permettono di vivere in ambienti ostili alla vita umana

Eucarioti protisti, vegetali, funghi e animali

Regni batteri (non sono tutti patologici), archeobatteri (dominio=regno), protisti, vegetali, funghi (funghi, lieviti e muffe) e animali

VIRUS dal latino = veleno

Parassiti endocellulari obbligati → agenti infettivi responsabili di molte malattie

Scoperta

Adolf Mayer dal 1879 si dedica allo studio del mosaico del tabacco, una malattia delle piante e nel 1886

la descrive dimostrando che può essere trasmessa a piante sane usando estratto della pianta

Negli anni successivi sono stati fatti esperimenti di filtrazione con filtri di Chamberland dimostrando che

agente infettante era più piccolo del filtro di batteri

1935 Wendell Stanley isola e cristallizza virus e dimostra che agente infettante non può essere cellula: è

composta solo da acido nucleico e proteine

Nucleo-core contiene genoma virale, DNA o RNA → dimensioni medie 20 nm

Capside rivestimento proteico con eventualmente lipidi

Ciclo litico si lega a una cellula ospite, entra e si sviluppa sfruttando sistemi replicativi della cellula

infettata. Finita la replicazione del genoma virale si ha rottura-lisi cellula ospite e dispersione del virus

replicato

Circa 8% del nostro genoma è formato da frammenti virali (infezioni da retrovirus) e svolgono funzioni essenziali per

sopravvivenza dell’uomo stesso

Si ipotizza origine virale del nucleo eucariotico

CELLULA

Diametro medio cellule animali 10-50 µm Dimensione media cellule batteriche 0,2-2 µm

CELLULA PROCARIOTE

Senza nucleo

Membrana plasmatica costituita da fosfolipidi e proteine con funzione di delimitare cellula

Parete cellulare sostegno e forma

Capsula polisaccaridica

Nucleoide contiene DNA

Citoplasma costituito da ribosomi per sintesi proteica, complessi macromolecolari e molecole solubili

Pili-flagelli appendici che permettono adesione e movimento

Rivestimento: parete cellulare di peptidoglicano oppure capsula di peptidoglicano con una membrana esterna

CELLULA EUCARIOTE

Si differenzia da quella procariote per la presenza di un nucleo contenente DNA

e da quella vegetale per assenza di cloroplasti, parete cellulare, vacuoli

CITOPLASMA

Compreso tra membrana e nucleo

È soluzione costituita da citosol parte fluida, acquosa in cui sono immersi

diversi organuli

Costituzione chimica acqua 70-90%, sostanze minerali Na+, K+, Ca++, Mg++, Cl-, sostanze organiche

NUCLEO

Diametro medio 5 µm

Luogo depositario delle info genetiche di DNA sottoforma di cromatina e luogo di

controllo per espressione delle info

Si pensa che il nucleo della cellula eucariotica derivi da cellula procariote

Circondato da doppia membrana unita a livello dei pori nucleari che permettono

trasporto selettivo di materiale. Pori sono complessi di 100 proteine diverse e

asimmetriche sui due lati: verso esterno presentano una forma “aperta” mentre verso

interno si uniscono a formare una sorta di cestello

La doppia membrana e lo spazio intermembrana sono in continuità con reticolo

endoplasmatico

Lamina nucleare è parte interna della membrana che ricopre nucleo

Fatta da filamenti proteici che si intrecciano nei quali ci si può impigliare cromatina che si organizza in modi precisi e permette

formazione di territori cromosomici → svolge ruolo nell’espressione dei geni perché siccome cromatina può incastrarsi nella

lamina, possono rimanere bloccati determinati tratti DNA che affusolandosi in cromatina non fa esprimere determinati geni

Nucleolo

Addensamento ricco di proteine, DNA e RNA, all’interno del nucleo

Sede di sintesi-assemblaggio di RNA ribosomiale

RETICOLO ENDOPLASMATICO

Formato da cisterne, tubuli, vescicole, sacchi appiattiti

Spazi interni sono in continuità

LISCIO

Non sono presenti ribosomi

Sintesi di lipidi , metabolismo carboidrati,

fosfolipidi, glicolipidi, colesterolo

detossificazione scorie metaboliche e nocive

RUGOSO

Sulla superficie presenta ribosomi

Sintesi delle proteine di secrezione (vanno fuori dalla cellula) e sintesi di proteine-fosfolipidi di membrana

RIBOSOMI

Formati da proteine e RNA ribosomiale → Liberi nel citoplasma o associati al RER

Sito della sintesi proteica

APPARTO GOLGI

Vescicole lunghe-schiacciate non in continuità: per attraversarlo materiali usano vescicole

Ha due facce: trans vicino alla membrana cellulare cis vicino nucleo

Faccia cis riceve materiale da RE: proteine, glicoproteine o lipidi → modifica carboidrati delle

glicoproteine, sintesi glicolipidi e sfingomielina, smistamento proteine e spedizione segnale verso

membrana, lisosomi o esterno cellula

LISOSOMI

Contengono idrolasi acide enzimi che rompono cose specifiche nucleasi, lipasi, proteasi, fosfatasi

Funzione digestione e riciclaggio

PEROSSISOMI

Vescicole che contengono enzimi ossidasi coinvolti in reazioni ossidative e formano H₂O₂

Contengono catalasi enzima utile a scindere H₂O₂

Detossificazione composti nocivi e sintesi di alcuni fosfolipidi

MITOCONDRI

Doppia membrana: esterna e interna dividono spazio transmembrana dalla matrice

mitocondriale creando estroflessioni creste mitocondriali che permettono di

aumentare superficie su cui poter creare energia → respirazione cellulare

Si dividono per fissione indipendentemente dalla divisione cellulare ma possono

anche fondersi

Contiene DNA mitocondriale circolare → origine endosimbiotica unione tra cellula

eucariotica primitiva e piccolo batterio (potrebbe essere successo anche per cloroplasti)

Mitocondri derivano solamente per via materna

CITOSCHELETRO

Formato da filamenti, scheletro della cellula → sostengo, dà forma

MICROTUBULI 25 nm

Forma cilindrica data da tubulina α e β, proteina globulare che polimerizzano

in 13 protofilamenti lineari

MAP proteine associate ai microtubuli

Strutturali tengono fermi i microtubuli

Motrici chinesine-dineine contribuiscono trasporto-movimento varie strutture

Funzioni danno forma cellulare - posizionamento organuli nel citoplasma,

costituiscono ciglia-flagelli, creano movimento intercellulare, durante divisione

cellulare spostano cromosomi

Formazione 2 tubuline si avvicinano dopo che GTP della tubulina rilascia energia diventando GDP

Nucleazione assemblaggio inizia in un centrosoma contiene due centrioli disposti a T circondati da una

matrice proteica

Allungamento presenta instabilità dinamica filamento si allunga e si accorcia di continuo: un’estremità

cresce più velocemente (estremità +) dell’altro (estremità -)

Equilibrio dinamico data concentrazione critica (concentrazione di tubulina libera alla quale crescita bilancia

disgregazione fase di Plateau) → Se concentrazione tubulina libera > concentrazione

critica c’è polimerizzazione, se concentrazione tubulina libera < concentrazione critica

c’è depolarizzazione

MICROFILAMENTI 7 nm

Non sono cavi ma sottili allungati elastici →formati da actina, proteina globulare

Formazione uguale a quella dei microtubuli ma si usa ATP, poi scisso in ADP e solfato al posto di GTP

Parte del filamento si allunga più velocemente (estremità +) l’altra parte si allunga più lentamente (estremità -)

Funzione durante citodieresi-citocinesi creano anello contrattile, durante contrazione muscolare loro scorrimento

genera movimento

Si uniscono a proteine di collegamento e formano fasci microfilamenti paralleli e reti microfilamenti ortogonali

Si associano anche a proteine motrici

FILAMENTI INTERMEDI 8-10 nm

Ci sono diverse tipologie fibrose super avvolte in fasci: cheratine, lamine e neuroni proteine associate a neurofilamenti

Funzioni forma cellulare, ancoraggio a nucleo, lamina nucleare

Non hanno polarità, non si allungano-accorciano ma si legano ad altri filamenti

Se ci sono problemi alla plectina filamenti intermedi non sono ancorati a tutto il resto

e epitelio si sfalda → epidermolisi bollosa

MEMBRANE CELLULARI

Componenti principali sono proteine, lipidi e carboidrati

DOPPIO STRATO FOSFOLIPIDICO 7-8 nm

Fosfolipidi

Testa polare idrofila e due code apolari idrofobe

→ si organizzano spontaneamente in un doppio

strato definendo compartimenti chiusi

(conformazione favorita energeticamente)

Asimmetria

faccia esterna diversa da quella interna

Sfingomielina, fosfatidilcolina, glicolipide, fosfatidilserina,

fosfatidilinositolo, fosfatidiletanolammina, colesterolo

Fluidità regolata da colesterolo

a T° relativamente alte stabilizza membrane riducendo movimento fosfolipidi, a T° relativamente basse abbassa la T richiesta

per solidificazione, impedendo impacchettamento

Mobilità