Biologia I

Riassunti sbobine Biologia e Genetica I

Sbobina 27/10/2021 (1 ora)

La materia vivente si riproduce e si evolve, ovvero in un lasso di tempo il suo genoma vede mutazioni che si accumulano e permettono lo sviluppo di caratteristiche diverse. In ampi spazi diventa speciazione.

L’esperimento di Milner è stato un esperimento condotto in laboratorio dove si sottoponevano a continui bombardamenti di scariche elettriche degli ambienti contenenti i principali elementi dell’atmosfera (NH3, CH4, O2). Si assistette alla formazione di RNA, poco studiato perché l’RNA ha attività difficilmente manipolabile, autocatalitica e catalitica (ribozimi): è in grado di sopravvivere e riprodursi.

Mentre la struttura dell’RNA si allunga può assumere diverse strutture secondarie, che si basano sulla presenza di zone di complementarità intracatena. I ribozimi dispongono di specifici domini.

Più avanti abbiamo avuto la compartimentalizzazione (non si sa come), con la certezza che le molecole informazionali sono chiuse in una membrana fosfolipidica. Poi l’RNA è stato sostituito dal DNA perché più termodinamicamente stabile.

La prima cellula si chiama LUCA, più un patrimonio genetico è diverso dal suo ancestore più è vecchio nel tempo il momento in cui le cellule si sono separate (Pauling). In base a questo principio è possibile costruire alberi della vita (filogenesi) studiando le differenze genomiche e le molecole che si sono conservate (es. RNA ribosomiale 16S).

Descrizione della cellula procariotica e differenze con la cellula eucariote.

Le cellule mutanti (con qualche difetto) sono molto utili perché ci permettono di capire quale mutazione è responsabile di quel fenotipo anomalo (es. lievito). In Caenorhabditis elegans è lampante l’importanza del meccanismo di apoptosi nell’omeostasi di proliferazione-apoptosi.

Sbobina 28/10/2021 (3 ore)

È importante utilizzare modelli animali per fare studi genetici da poter trasdurre poi sull’uomo come trattamenti. Si studia con gain of function e knocked out. Esistono geni oncosoppressori (contro la proliferazione) e proto-oncogeni (pro proliferazione).

Le proteine

Lavori fondamentali nella cellula vengono svolti dalle proteine, che hanno molteplici funzioni: enzimatica, strutturale, regolatoria, motilità (actina), difesa, trasporto (MAP).

• Proteine semplici: soltanto aminoacidi.
• Proteine coniugate: presentano anche un gruppo prostetico, quindi glicoproteine, metalloproteine, lipoproteine etc.

Le proteine sono composte da aminoacidi, ogni aminoacido è composto da: (obv. 20 aminoacidi) HNH2---C---COOHR.

Gli aminoacidi si legano tramite legame peptidico (di condensazione) tra il COOH di uno e l’NH dell’altro. L’orientamento è già scritto nel DNA. Il carbonio centrale (carbonio alfa) è asimmetrico per la presenza di R, formando aminoacidi L ed aminoacidi D. I nostri sono tutti L-aminoacidi.

In base al gruppo R si può classificare l’aminoacido in:

• Apolare: idrofobico, conferisce idrofobicità (come i lipidi).
• Polare con carica: idrofilo, conferisce idrofilicità (come l’acqua).
• Polare senza carica: idrolitici, ionizzabili e ionizzanti.

Glicina: possiede H al posto di R, quindi fa da ponte per l’attaccamento di due catene polipeptidiche (appacificatore).

Cisteina: possiede un gruppo chimico particolare che permette la formazione di legami covalenti tra gruppi R, il che conferisce grande stabilità alla struttura della proteina (stabilizzante).

Strutture delle proteine

• Struttura primaria: collana di perle.
• Struttura secondaria: legami H tra O di COOH e H di NH2.
• Struttura terziaria: è la struttura 3D specifica, data dalle interazioni (legami deboli) dei gruppi R che sono disposti in maniera precisa in ogni proteina.
• Struttura quaternaria: interazione tra più catene polipeptidiche (logo delle Olimpiadi e logo dell’Audi).

“Un gene una catena polipeptidica” – Spiegazione di Il DNA oltre a codificare per proteine codifica anche per RNA funzionali che modulano l’espressione dei geni che codificano per proteine.

Il bioinformatico ti trova la sequenza nucleotidica che stai cercando.

Approfondimento struttura secondaria: la formazione di alfa-elica (destrorsa) e foglietto-beta (mancina) è data dagli angoli di rotazione tra il carbonio alfa e NH e COOH.

Chiaramente una alfa-elica (ponti H paralleli all’asse) che espone gruppi R idrofili conferirà idrofilicità e viceversa, a meno che non sia anfipatica (come doppio strato fosfolipidico). Un beta-foglietto espone i gruppi R a zig-zag (ponti H perpendicolari all’asse).

Tendenzialmente le alfa-elica sono idrofile e le beta-foglietto sono idrofobe; infatti, malconformazioni di alcune proteine che fanno diventare alfa-eliche delle beta-foglietto fanno precipitare la proteina (che diventa insolubile) creando aggregati degenerativi (malattie neuro-degenerative, aggregati che uccidono i neuroni).

Approfondimento struttura terziaria: si formano legami deboli tra i gruppi R dei vari aminoacidi, quindi è fortemente specifica. Ponti disolfuro (covalenti) soltanto tra cisteine che stabilizzano molto la struttura. Es. Mioglobina ha soltanto legami deboli ma tanti, che tengono compatta l’intera struttura proteica.

La diffrazione a raggi X (Rosalind Franklin, 1950) si applica bombardando un cristallo (molecola purificata con atomi tutti orientati allo stesso modo) con raggi X al fine di impressionare una lastra autoradiografica, che mostra una certa disposizione di macchie (raggi X deviati a seconda dell’atomo incontrato). Ora con la tecnologia avanzata è possibile determinare la conformazione in uno specifico stato funzionale della proteina.

I motivi sono interazioni tra strutture secondarie diverse, i domini sono regioni della proteina che svolgono una particolare funzione.

Motivi

Spirale superavvolta: (es. miosina), due alfa-eliche anfipatiche interagiscono a formare una super elica. I residui amminoacidici garantiscono una perfetta adesione delle due porzioni della molecola (idrofobiche nel versante proteina, idrofile nel versante esterno acquoso).

Elica-ansa-elica: motivo di una proteina che le permette l’ancoraggio ad una porzione del DNA tramite uno ione Ca²⁺. 14 aminoacidi.

Zinc finger: il motivo dita di zinco serve anch’esso per ancoraggio al DNA, composto da filamenti di cisteina e istidina che tengono insieme uno ione zinco. 25 aminoacidi. ZInC = zinco, istidina, cisteina.

Leucine zipper: motivi fondamentali nell’ancoraggio al DNA di fattori trascrizionali, generalmente composti da dimeri dove le leucine prendono contatto tra di loro, lasciando libera l’estremità che aggancia il DNA.

Domini

I domini sono regioni delle proteine caratterizzate da una loro struttura tridimensionale e con una loro funzione. Un esone, un dominio. I domini nelle proteine ci sono da sempre, ma con aminoacidi molto differenziati; questo ci fa intuire come questi geni provengano da un ancestore comune e diano vita alla formazione di domini ma con sequenze diverse. (es. fosfolipasi c presenta un dominio quasi identico a un enzima con la stessa funzione in un batterio, pur con sequenze diverse).

Gli HSP70 (chaperoni molecolari, piccoli e agiscono durante la sintesi della proteina) e HSP60 (chaperonine, grandi, formano barilotti attorno alla proteina), sono fondamentali nell’aiuto del mantenimento del folding (struttura terziaria) delle proteine che stanno andando in denaturazione (heat shock) ed evitamento di interazioni pericolose non volute.

Funzionano entrambe tramite associazione/idrolisi di ATP. Una proteina si deve muovere ad assumere il corretto folding, altrimenti i suoi residui che vanno in giro risultano pericolosi perché potrebbero interagire con altre proteine in interazioni anomale con aggregati, che determinano la formazione di insolubilità della proteina e quindi la sua precipitazione--- degenerazione della cellula, quindi malattie neurodegenerative (aggresoma).

Sbobina 03/11/2021

Sono in aumento i casi di patologie complesse date da misfolding di proteine o interazioni anomale tra queste (aggregati). Alcune malattie da misfolding:

• Fibrosi cistica (o mucoviscidosi, recessiva): misfolding di una proteina di membrana coinvolta nel canale ionico del cloro, secrezione di muco molto denso delle ghiandole esocrine con frequenti infiammazioni croniche. Mutazione del gene CFTR.
• Fibrosi cistica per ∆F508: 68% dei casi di delezione (∆) di una intera tripletta, il codone 508, che codifica per la fenilananina.
• Anemia falciforme: emoglobinopatia che coinvolge una mutazione puntiforme del gene per la β-globina. Gli eritrociti in questione assumono la caratteristica forma a falce, in particolare dove la pO2 è bassa (capillari), dove c’è il rischio di formazione di microtrombi. Sintomatologia molto vasta, dipende dall’organo che soffre di più questa condizione di carenza di sangue e quindi ossigeno.
• Deficit di alfa-1-antitripsina: l’alfa-1-antitripsina è un importante antiproteasi, cioè svolge azione opposta a quella della tripsina legandola in corrispondenza del loop reattivo ed inattivandola. Un suo deficit conduce ad enfisema polmonare e cirrosi epatica.

Enfisema polmonare (recessiva): l’alfa-1-antitripsina regola anche l’azione dell’elastasi, che digerisce l’elastina, proteina fondamentale nella matrice extracellulare fuori dagli alveoli polmonari che gli conferisce elasticità. Il deficit di alfa-1-antitripsina fa sì che l’elastasi prenda il sopravvento, determinando una rottura e fusione degli alveoli polmonari e quindi ridotta capacità di respirazione.

Cirrosi epatica (dominante): l’alfa-1-antitripsina se mutata forma aggregati e non riesce ad uscire dal fegato (dove è maggiormente prodotta), determinando nei pazienti più gravi una disfunzione epatica con degenerazione degli epatociti e quindi una maggiore proliferazione degli epatociti restanti, quindi formazione di noduli di proliferazione.

Malattie prioniche: “particella infettiva solamente proteica”, ovvero una malattia trasmissibile solamente proteica, senza virus o batteri. Può essere esogena (es. malattia della mucca pazza) o endogena (Creutzfeldt-Jacob).

Malattia della mucca pazza: si contrae mangiando carne di un bovino infetto, carne che possiede proteine mal conformate che inducono