Biologia cellulare per semestre filtro Medicina

BIOLOGIA Semestre filtro a.a. 2025/2026

UNITÀ DIDATTICA 1: Le basi dell’organizzazione biologica e molecolare della vita

L’albero della vita. Gli organismi e la teoria cellulare. Le proprietà fondamentali della materia

- vivente. La teoria dell’evoluzione di Darwin e il principio One Health. (pag.1-4)

- I virus: Caratteristiche generali. L’acido nucleico, il capside e l’involucro membranoso. Le 6

classi di virus animali. Il ciclo litico e lisogenico di un virus batterico. Il ciclo di un virus animale.

Il ciclo di un retrovirus. Modalità di entrata e di uscita di un virus da una cellula animale. Virus

oncogeni a DNA e a RNA. (pag. 5-11)

- Cenni sulla cellula procariotica: la membrana plasmatica, la parete, la membrana esterna, la

capsula, le fimbrie e i pili, i flagelli. I batteri Gram positivi e Gram negativi (la colorazione di

Gram). Gli eubatteri e gli archeobatteri. Cenni sui meccanismi di trasferimento genico

orizzontali. (pag. 11-13)

- La cellula eucariotica. Il sistema delle endomembrane. La generazione del nucleo,

l’endosimbiosi per la generazione dei mitocondri. Dagli organismi unicellulari a quelli

pluricellulari complessi. (pag. 14-17)

- Le basi chimiche della vita: gli atomi e le molecole di interesse biologico. Le molecole polari

e non polari. Le proprietà dell’acqua. I legami chimici covalenti e non covalenti. I gruppi

funzionali. (guarda chimica)

- Struttura e funzione delle macromolecole biologiche: Gli zuccheri e i carboidrati. I lipidi. I

nucleodi e gli acidi nucleici. Il modello di Watson e Crick e la doppia elica del DNA. Gli RNA:

struttura e funzioni. RNA codificante e non codificante. Gli amminoacidi, il legame peptidico

e le proteine. Cenni sulla struttura delle proteine. Domini proteici e siti attivi. Le principali

modificazioni post- traduzionali delle proteine, ad esempio la fosforilazione, l’acetilazione, la

glicosilazione e l’aggiunta di lipidi. Cenni sugli enzimi ed il loro funzionamento. (pag.17-29)

- Cenni di metabolismo: i concetti di anabolismo e catabolismo, le reazioni di condensazione

e di idrolisi. (pag.29- 1

L’ALBERO DELLA VITA:

albero genealogico delle specie viven2 rappresenta filogenesi (tu7a la nostra storia evolu2va) =

à

mostra le varie linee di discendenza + pun2 in cui un gruppo di specie è diventato diverso da un

altro.

+ rappresentazione simbolica che mostra che tu@ gli organismi hanno un’origine in comune

+ analisi del genoma fornisce mezzo più semplice, dire7o e potente per determinare relazioni

evolu2ve DNA è sogge7o a cambiamen2 casuali che si accumulano in lunghi periodi di tempo =

à

differenze tra DNA forniscono indicazioni dire7e e ogge@ve

organismi viven2 possono essere classifica2 in base alla stru7ura cellulare in:

EUCARIOTI: DNA si trova in un compar2mento intercellulare circondato da una membrana

- PROCARIOTI: materiale gene2co non è contenuto in nessun compar2mento nucleare

-

3 domini:

BATTERI/PROCARIOTI

- ARCHEI

- EUCARIOTI

-

6 regni:

Animali

- Piante

- Funghi

- Pro2s2

- Ba7eri

- Archei

-

TEORIA CELLULARE (Schleiden, Schwann 1839) = TUTTI GLI ESSERI VIVENTI SONO COSTITUITI DA

CELLULE perme7e di capire che tu@ gli esseri viven2 hanno una base in comune + base della

à

biologia moderna 2

principi:

1. Cellula = unità stru7urale

2. Cellula = unità funzionale (dove tu@ i processi vitali avvengono)

3. Cellula = deriva sempre da cellule preesisten2 (si formano per divisione cellulare)

4. Cellula = con2ene l’informazione ereditaria (contenuta nel DNA)

+ cellule si dividono in:

UNICELLULARI

- PLURICELLULARI

- VIRUS (non sono una vera e propria cellula perché non è in grado di generare la propria

- progenie)

Le proprietà fondamentali della materia vivente: (dis2nguono gli esseri viven2 dalla materia

inanimata)

i. Organizzazione: ordinata in cellule, tessu2, organi e sistemi.

ii. Composizione chimica: grazie alle proprietà chimiche del carbonio vengono create

molte molecole (proteine, carboidra2, lipidi e acidi nucleici)

iii. Metabolismo: capacità di scambiare energia e materia con l’ambiente (respirazione,

fotosintesi, diges2one).

iv. Riproduzione: gli organismi sono in grado di generare discenden2 simili a loro.

riproduzione può essere sessuata (unione di due game2 derivan2 da organismi

à

diversi) o asessuata (scissione binaria, gemmazione, frammentazione, riproduzione

vegeta2va)

v. Accrescimento e sviluppo: le cellule si dividono, i tessu2 si differenziano e gli organismi

crescono.

vi. Risposta agli s2moli: tu@ i viven2 reagiscono ai cambiamen2 ambientali fisici e chimici

vii. Evoluzione e ada7amento: le popolazioni cambiano nel tempo, ada7andosi alle

condizioni ambientali.

evoluzione si verifica per selezione naturale

à 3

TEORIA DELL’EVOLUZIONE DI DARWIN:

Charles Darwin, 1859: “L’origine della specie” propone che tu7e le forme viven2 derivino da

à

antena2 comuni (processo della discendenza con modificazioni) e che si siano differenziate

a7raverso graduali processi di ada7amento

+ nota che in tu7e le specie il numero di individui che sopravvivono è di gran lunga inferiore al

numero di individui che nascono

+ meccanismo chiave dell’evoluzione (naturale e non finalis2co): SELEZIONE NATURALE

(fondamento scien2fico della biologia moderna) = organismi con cara7eris2che (trasmesse ai

discenden2) più vantaggiose sopravvivono e si riproducono più facilmente

U2le in medicina per comprendere:

evoluzione dei tumori

§ acquisto resistenza agli an2corpi

§

teoria dell’evoluzione per selezione naturale si base su due capisaldi:

1. le specie non sono immutabili cambiano nel tempo (selezione naturale agisce sulla

à

variabilità individuale)

2. la selezione agisce sui singoli individui non è in grado di far evolvere le popolazioni

à

PRINCIPIO DI ONE HEALTH riconosce che la salute degli esseri umani, animali, e dell’ambiente è

à

interconnessa (NO considerata separatamente) = squilibri in un se7ore si rifle7ono sugli altri

+ obie@vo: organizzazione mondiale della sanità = trovare un equilibrio sostenibile per la

salute di persone, animali ed ecosistemi

Al centro degli obie@vi: ricerca delle condizioni che

perme7ono di migliorare la salute umana, animale e

degli ecosistemi in modo sostenibile 4

I VIRUS (da 10 nm a 300 nm)

= materiale gene2co vagante (non hanno organuli, materiale prote7o solo da una membrana

proteica) che agisce come parassita obie@vo: CREARE PROGENIE

à

+ necessitano di una cellula ospite per replicarsi = defini2 parassi2 endocellulari obbliga2

Virus dei ba7eri: BATTERIORFAGI / FAGI

I virus hanno grande specificità: ogni virus infe7a solo cer2 2pi o di cellula o di organismi

STRUTTURA DI UN VIRUS:

CAPSIDE: involucro/rives2mento proteico (formato da subunità chiamate capsomeri) che

§ circonda e protegge l’acido nucleico

+ entra in conta7o con la cellula ospite = capacità rece@ve e di a7accarsi

ACIDO NUCLEICO: può essere DNA o RNA, doppio o singolo filamento, lineare o circolare

§ + con2ene l’informazione gene2ca

INVOLUCRO MEMBRANOSO (alcuni virus): racchiude e protegge il capside

§ + deriva per gemmazione dalla membrana

cellulare dell’ospite

+ con2ene glicoproteine virali che lo legano ai

rece7ori cellulari (funzione di riconoscimento e

a7acco)

+ chiamato anche pericapside / mantello

NB: virus senza pericapside = virus nudi

escono in seguito a lisi della cellula

à

+ virus col pericapside = virus rivesPP

escono dalla cellula per gemmazione

à 5

Esistono diverse classi di virus:

I. DNA A DOPPIO FILAMENTO (dsDNA) ex. Herpesvirus (herpes)

à

II. DNA A SINGOLO FILAMENTO (ssDNA) ex. Parvovirus (rosalia)

à

III. RNA A DOPPIO FILAMENTO (dsRNA) ex. Reovirus (diarrea)

à

IV. RNA A SINGOLO FILAMENTO POSITIVO (+ssRNA) ex. Picornavirus (raffreddore),

à

Coronavirus

V. RNA A SINGOLO FILAMENTO NEGATIVO (-ssRNA): informazione già idonea per essere

trado7a ex. Ortomixovirus (influenza)

à

VI. RNA A SINGOLO FILAMENTO (ssRNA): non può essere usato per produrre proteine

(necessità enzima che costuisce RNA complementare) ex. Retrovirus (AIDS)

à

VII. DNA A DOPPIO FILAMENTO (dsDNA): virus con parzialmente doppia elica (alcuni tra@

singolo + con2ene trascri7asi inversa) ex. Hepadnavirus (epa2te B)

à

IL CICLO LITICO E IL CICLO LISOGENICO DI UN VIRUS BATTERICO

I batteriofagi esistono in due fasi:

Fase intercellulare = si moltiplicano sfruttando le strutture della cellula ospite

§ Fase extracellulare = capaci di infettare una nuova cellula batterica

§

Tutti i fagi si replicano secondo uno schema generale comune:

1. Fase del riconoscimento (proteine sulla superficie del

virus interagiscono con macromolecole presen2 sulla

superficie del ba7erio) + fase dell’assorbimento

2. Far penetrare nel citoplasma il proprio genoma Dentro alla cellula l’acido

nucleico virale interagisce

3. Fago inie7a il proprio acido nucleico nella cellula con l’apparato dell’ospite

Quando le proteine e il genoma virale sono sintetizzati assemblati nel VIRONE

à = uscito dalla cellula può infettare altri

batteri 6

2 tipi di cicli riproduttivi:

CICLO LITICO (o produTvo): CICLO LISOGENICO (o lisogeno):

vironi fuoriescono dalla cellula in seguito 2pico dei fagi tempera2 dopo aver

à

alla lisi del ba7erio infe7ato una cellula possono scegliere tra:

+ cara7eris2co dei fagi virulen2 (capaci di - Ciclo li2co

compiere esclusivamente questo 2po di - Stato di lisogenia = fase in cui il

riproduzione) genoma virale (profago) rimane

Nel ciclo li2co. Il DNA fagico dopo silente non esprime i geni che

à

l’iniezione dentro alla cellula prende il a@vano il ciclo li2co

à

controllo delle stru7ure cellulari e avvia la Per mol2 fagi il profago si integra nel

sintesi dei nuovi vironi cromosoma ba7erico

+ in altri casi si man2ene libero nel

Per ul2me vengono sinte2zzare le proteine citoplasma (in basso numero di copie) à

stru7urali per costruire testa e coda cellule lisogene = quando si dividono

trasme7ono il profago alla progenie

= avviano la lisi cellulare

+ fagi u2lizzano un enzima LISOZIMA à

rompe la parete ba7erica Stato di lisogenia è dovuto alla sintesi

= vironi vengono rilascia2 nell’ambiente con2nua di una proteina repressiva =

secondo un meccanismo definito burst impedisce l’a@vazione dei geni li2ci

+ rende il ba7erio immune dall’a7acco di

altri fagi

in presenza di par2colari condizioni

à

una proteasi virale degrada i repressori =

a@va la sintesi delle proteine li2che 7

IL CICLO DI UN VIRUS ANIMALE:

CICLO REPLICATIVO:

1. RICONOSCIMENTO: cellula dispone di glicoproteine sito di riconoscimento del virus

à - FUSIONE: (2pico dei virus

2. PENETRAZIONE: può avvenire attraverso due meccanismi: rives22)

= pericapside si fonde con la

membrana cellulare capside

à

viene rilasciato nel citoplasma

- ENDOCITOSI: (2pico sia dei virus

rives22 che nudi)

= virus viene raccolto in delle

fosse7e “rives2te”

+ sul versante della membrana

cellulare è presente la clatrina à

proteine deputate ai fenomeni

endocito2ci

3. DECAPSIDAZIONE: varia in base al tipo di penetrazione =

- PER FUSIONE: capside viene disaggregato con liberazione del virione

- PER ENDOCITOSI: virione viene avvolto dalla clatrina

+ membrana viene disaggregata virione entra

à

in una vescicola endosoma

+ endosoma viene rotto ad opera dei lisosomi =

liberato il capside

- VIRUS A DNA: capside si dirige attraverso i microtubuli verso i pori

nucleari viene disaggregato = DNA si libera

à

all’interno del nucleo

4. ESPRESSIONE GENETICA: trascrizione mRNA = riproduce materiale genetico

+ traduzione mRNA = produce proteine virali (nei ribosomi della

cellula ospite)

NB: per la replicazione dei virus à

- Virus a DNA: dipendono esclusivamente dal DNA della cellula ospite

- Virus a RNA: replicano nel citoplasma 8

5. ASSEMBLAGGIO E MATURAZIONE: (dipende tutto dal sito in cui viene assemblato il

materiale genetico)

6. RILASCIO: liberazione dei virioni maturi vengono rilascia2 dalla cellula con lisi (ro7ura

à

della cellula) oppure per gemmazione Virus si dota del pericapside usando la

membrana cellulare/nucleare della cellula

ospite

= si forma rigonfiamento extracellulare

(budding)

spiega l’origine della porzione lipidica di

à

derivazione cellulare (porzione proteica è di

derivazione esclusiva del virus)

IL CICLO DI UN RETROVIRUS:

retrovirus = virus che usano un enzima chiamato trascrittasi inversa per convertire il loro RNA in

DNA all’interno della cellula ospite

trasformato in DNA il genoma si integra nel DNA (si replica all’interno del nucleo) della cellula

à

ospite = PROVIRUS

Enzimi chiave:

Trascri7asi inversa: RNA DNA

§ à

Integrasi: inserisce il DNA virale nel genoma ospite

§ Proteasi: matura le proteine virali dopo l’assemblaggio

§

Ciclo di un retrovirus:

1. ATTACCO E FUSIONE CON LA CELLULA OSPITE: glicoproteine del pericapside si legano ai

rece7ori della cellula ospite

= involucro del virus si fonde con la membrana

plasma2ca nucleocapside entra nella cellula

à 9

2. RETROTRASCRIZIONE: RNA virale viene copiato in DNA a doppio filamento grazie alla

trascri7asi inversa passaggio molto sogge7o a errori = contribuisce

à

alla alta variabilità dei retrovirus (HIV muta così rapidamente)

3. INTEGRAZIONE NEL GENOMA: DNA virale appena formato entra nel nucleo enzima integrasi

à

lo inserisce nel DNA della cellula ospite = diventa provirus

4. TRASCRIZIONE E TRADUZIONE: cellula trascrive DNA provirale in RNA virale (enzima: RNA

Polimerasi II)

derivano da questo RNA:

à

- nuove copie di genoma virale

- mRNA che viene tradotto in proteine virali

5. ASSEMBLAGGIO: nel citoplasma genomi virali e proteine si auto-assemblano in par2celle

à

virali immature (si spostano verso la membrana plasmatica)

6. GEMMAZIONE E MATURAZIONE: virioni escono dalla cellula per gemmazione = si rivestono

con un involucro lipidico derivato dalla membrana ospite

+ dopo l’uscita la proteasi matura le proteine stru7urali =

virioni diventano infe@vi

VIRUS ONCOGENI A DNA E A RNA:

VIRUS ONCOGENI = agenti infettivi che possono causare il cancro alterano i meccanismi cellulari

à

dell’ospite

Virus a DNA: interferiscono dire7amente con il controllo del ciclo cellulare dell’ospite

§ Virus a RNA: integrano il proprio genoma nella cellula ospite al momento di riformare il

§ à

virus portano geni che se muta2 si trasformano in oncogeni che

interferiscono con la replicazione cellulare 10

VIRUS ONCOGENI A DNA: interferiscono VIRUS ONCOGENI A RNA: quelli che causano

dire7amente con i controlli del ciclo il cancro sono principalmente i retrovirus =

cellulare + apoptosi della cellula infe7ata invertono il flusso dell’informazione gene2ca

+ per replicarsi prendono il controllo del + alcuni retrovirus possono accidentalmente

macchinario di replicazione del DNA della ca7urare (integrare nel proprio genoma)

cellula ospite restano in fase latente e si protoncogeni dal genoma di una cellula ospite

à

replicano in parallelo al DNA dell’ospite infe7ata

integrandosi nel genoma come plasmide una volta nel virus possono diventare

à

extra cromosomico oncogeni ipera@vi o sovraespressi =

+ virus oncogeni a DNA codificano proteine promuovono il cancro

che rendono ina@vi alcuni oncosoppressori

CELLULA PROCARIOTICA: (1 e 10 micrometri)

batterio = contiene unicamente ribosomi no nucleo per contenere il suo DNA

à

+ di solito hanno forma sferica, a bastoncello o elicoidale

Struttura base:

PARETE CELLULARE: parete rigida posta intorno alla membrana cellulare e fornisce

§ supporto alla cellula contribuisce al mantenimento della forma

à

+ cos2tuente: pep2doglicano (assente nella parete degli archei)

In base alla cos2tuzione dei pep2doglicani, i ba7eri si suddividono in:

GRAM + GRAM –

Presentano uno spesso strado di Presentano un so@le strato di

pep2doglicano pep2doglicano

+ all’interno presentano acidi tecoici e + posto tra la membrana plasma2ca e

lipotecoici prendono conta7o con i quella esterna (la presenza di

à

fosfolipidi della membrana lipopolisaccaridi rende il GRAM – più

virulento)

Al microscopio sono colora2 di viola/blu Al microscopio sono colora2 di rosa/rosso

= tra7engono il colorante = non tra7engono il colorante 11

NB: PROTOCOLLO DI COLORAZIONE:

1. Si colorano di viola tu@ i ba7eri usando il cristalviole7o

2. Si aggiunge la soluzione Lugol forma un complesso insolubile con il cristalviole7o nella

à

cellula

3. Si tra7ano le cellule con una soluzione alcolica rimuove il colorante dalle GRAM – (non

à

dalle GRAM +)

4. Si effe7ua una colorazione di contrasto rende i GRAM – rosso/rosa (GRAM + restano

à

posi2vi)

MEMBRANA PLASMATICA: barriera semipermeabile cos2tuita da pep2doglicano

§ MEMBRANA ESTERNA: membrana fosfolipidica (ricca di polisaccaridi) situata all’esterno

§ della parete cellulare

CAPSULA: intorno alla parete cellulare si osserva una capsula gela2nosa funzioni

§ à

prote@ve

PLASMIDI: molecole di DNA separate dal cromosoma ba7erico conferiscono funzioni

§ à

par2colari

FLAGELLI: appendici filiformi esterne che perme7ono il movimento in ambito acquoso

§ + composte da una proteina chiamata flagellina

+ si muovono grazie a un motore molecolare nella membrana cellu