Biologia applicata

Biologia applicata

Prof.ssa Rizzi Manuela

Paniere risposte aperte

ecampus - Giugno 2022

Scienze Biologiche

Struttura del DNA e RNA

Struttura a doppio filamento con andamento elicoidale, i due filamenti sono composti da basi azotate puriniche (A, G) e pirimidiniche (C, T). Le due catene di nucleotidi si avvolgono attorno ad un asse centrale formando una doppia elica in cui le basi azotate sono rivolte verso il centro e lo scheletro zucchero-fosfato è rivolto all'esterno. Lo zucchero è il desossiribosio.

Struttura a singolo filamento, cioè un'unica catena di nucleotidi tenuta insieme dai legami fosfoesterei da cui pendono le varie basi azotate: basi puriniche (A, G) e basi pirimidiniche (C, U). Lo zucchero è il ribosio.

Entrambi gli acidi nucleici sono costituiti da nucleotidi ciascuno dei quali è formato da uno zucchero a cinque atomi di carbonio, una base azotata e un gruppo fosfato. Nel DNA lo zucchero è il desossiribosio e invece nell'RNA è il ribosio. Un'altra differenza è nelle basi azotate poiché quelle del DNA sono adenina e guanina (puriniche), la citosina e la timina (pirimidiniche), mentre nell'RNA troviamo l'uracile al posto della timina. Un'altra differenza tra DNA e RNA è dovuta al fatto che l'RNA è costituito da un unico filamento mentre il DNA è costituito da due catene polinucleotidiche a doppio filamento avvolto ad elica. L'RNA, inoltre, è un acido nucleico che converte le informazioni genetiche del DNA in proteine.

Regole di Chargaff

Le regole mostrano dei particolari rapporti tra le quattro basi del DNA. Si possono distinguere due regole:

• La prima regola di Chargaff sostiene che una molecola di DNA a doppio filamento, in tutti gli organismi viventi, mostra un'eguaglianza tra le coppie di basi tali che il numero di basi A = numero di basi T e il numero di basi G = numero di basi C.
• La seconda regola di Chargaff sostiene invece che sul singolo filamento di una molecola di DNA a doppio filamento il numero A è simile al numero di T, ed il numero di C è simile al numero di G.

Scoperta della struttura del DNA

Si deve a Watson e Crick la scoperta della struttura a doppia elica del DNA: due lunghi filamenti di molecole, i nucleotidi, avvolti a spirale.

Tipi di RNA

• rRNA, responsabile della costituzione dei ribosomi
• tRNA è un adattatore molecolare
• mRNA stampo per sintesi proteica

Componenti cellulari

• È la componente deputata alla sintesi delle proteine, è composto da cisterne appiattite con associati ribosomi.
• È la componente deputata alla sintesi dei lipidi, formata da cisterne tubolari senza ribosomi.
• I perossisomi sono organelli sferici delimitati da una singola membrana, contenenti enzimi ossidativi che vengono accumulati grazie ad un processo di trasporto attivo. Oltre agli enzimi attivi, i perossisomi contengono un enzima (catalasi) che è deputato alla detossificazione del perossido di idrogeno.
• Sono la centrale energetica della cellula responsabili della produzione di ATP. Posseggono un proprio genoma (DNA circolare) e sono delimitati da una doppia membrana.
• È un organello membranoso che ha la funzione di permettere la maturazione delle proteine e dei lipidi. È formato da una serie di 3-8 cisterne impilate.
• Sono organelli deputati alla sintesi delle proteine (traduzione).

Cromatina e DNA

Il DNA è presente nel nucleo sotto forma di cromatina (complessi di DNA-proteine). È un elemento dinamico che può essere:

• Rilassato (eucromatina) = accessibile per trascrizione
• Condensato (eterocromatina) = non accessibile

Giunzioni cellulari

Sono strutture essenziali per permettere alle cellule dei tessuti di lavorare collettivamente. Ne esistono di 3 tipi:

• Giunzioni occludenti: sono complessi indispensabili per formare una barriera impermeabile a livello della quale si avrà un passaggio estremamente selettivo.
• Giunzioni ancoranti: sono complessi giunzionali necessari a garantire la stabilità meccanica dei tessuti. Permettono di unire le cellule adiacenti le une alle altre, ma anche le singole cellule all'ambiente extracellulare.
• Fasce aderenti, che uniscono i domini laterali di cellule adiacenti tramite i microfilamenti di actina.
• Desmosomi che uniscono i domini laterali di cellule adiacenti tramite filamenti intermedi.
• Emidesmosomi che uniscono il dominio basale delle cellule alla membrana basale.
• Adesioni focali che permettono l'interazione tra il dominio basale delle cellule e la matrice extracellulare.
• Giunzioni comunicanti: sono complessi che assicurano una comunicazione diretta tra cellule adiacenti in tutte quelle situazioni dove è indispensabile una risposta coordinata delle cellule del tessuto, sono composte da complessi proteici che formano un canale che può essere aperto o chiuso in base alla necessità.

Tipi di tessuti biologici

I tessuti biologici sono fondamentalmente di 4 tipi:

• Tessuti connettivi ricchi di matrice extracellulare che svolgono funzioni strutturali e trofiche.
• Tessuto muscolare composto da cellule contrattili.
• Tessuto nervoso che riceve, elabora e trasmette le informazioni provenienti dall'ambiente.

Recettori cellulari

I recettori presenti sulla superficie cellulare sono di 6 tipi:

• Recettori accoppiati a proteine G; sono recettori che legano il GTP e sono in grado di andare ad attivare indirettamente enzimi intracellulari che determinano la produzione di secondi messaggeri.
• Recettori con attività tirosin chinasica; sono sistemi recettoriali transmembrana dimerici. Il legame determina dei processi di autofosforilazione del recettore stesso, a seguito dei quali il recettore acquisisce la capacità di fosforilare altri bersagli proteici.
• Recettori con attività guanilil ciclasica; sono recettori transmembrana il cui dominio citosolico è dotato di attività enzimatica. L'attivazione di questi recettori porta alla produzione del GMP ciclico come secondo messaggero.
• Canali ionici controllati; sono dei canali di membrana che possono aprirsi o chiudersi in risposta al legame di uno specifico ligando.
• Recettori di adesione; sono recettori che interagiscono con la matrice extracellulare. Questi recettori trasmettono al citoscheletro le informazioni necessarie a permettere la migrazione cellulare.
• Recettori nucleari; sono in grado di legare ligandi specifici, come gli ormoni. A seguito di tale legame, i recettori alterano la velocità di trascrizione di specifiche sequenze genetiche.

Atomi e elementi chimici

L'atomo è composto da tre componenti fondamentali: il suo nucleo formato da protoni (carica positiva) e neutroni (privi di carica). Attorno al nucleo vi sono gli elettroni (carica negativa) maggiori responsabili del volume dell'atomo.

Sono elementi in grado di condurre elettricità, sono duttili, malleabili e hanno la tendenza a perdere elettroni per raggiungere stabilità.

Sono elementi non in grado di condurre elettricità, non malleabili, non duttili e tendono ad accettare elettroni per raggiungere la stabilità.

Sono elementi chimicamente inerti perché hanno il guscio elettronico esterno completo.

È una tabella che ordina gli elementi chimici in modo da rispecchiare le relazioni familiari esistenti tra essi. È suddivisa in righe (periodi) e colonne (gruppi): lungo il periodo il numero atomico cresce progressivamente, lungo il gruppo si identifica la famiglia a cui appartiene l'elemento.

Atomi con stesso numero atomico ma con diverso numero di atomi.

Legami e solubilità

Un legame dove vi è il completo trasferimento di uno o più elettroni da un atomo all'altro. Esempio: Cloruro di sodio.

Le sostanze idrofile sono polari, che si sciolgono in acqua. Le sostanze idrofobe sono apolari, non si possono sciogliere in acqua.

Gli acidi: specie che libera ioni H+ a contatto con l'acqua. Le basi: specie che libera ioni OH- a contatto con l'acqua.

Molecole organiche

Atomi o piccoli gruppi di atomi dotati di proprietà caratteristiche che si legano all'ossatura carboniosa di una molecola organica e ne determinano la reattività.

Due molecole che sono immagini speculari e non sovrapponibili. Molecole formate dagli stessi atomi disposti in maniera diversa.

Polisaccaridi e zuccheri

È un polisaccaride di riserva tipico delle cellule animali, è un polimero del glucosio.

È un polisaccaride di riserva tipico dei vegetali formato da amilosio e amilopectina.

È un monosaccaride più abbondante in natura.

Macromolecole biologiche

Sono molecole biologiche formate da carbonio, idrogeno e ossigeno e svolgono varie funzioni: strutturale, di segnale e funzione energetica (glicogeno).

Mantengono l'equilibrio idrosalino, compongono alcune macromolecole, sono componenti essenziali di alcuni enzimi.

In base al loro comportamento in soluzione acquosa si distinguono in:

• Idrosolubili (C, gruppo B). Sono solubili nei liquidi cellulari e di conseguenza scarsamente immagazzinabili.
• Liposolubili (A, D, E, K) contengono atomi C, I, O e possono essere immagazzinati.

Vescicole composte da un doppio strato lipidico che si richiude conservando al centro un ambiente acquoso.

Molecole organiche di natura chimica eterogenea, indispensabili per il funzionamento delle cellule e per la corretta funzionalità degli organismi viventi.

Proteine e amminoacidi

Sono macromolecole biologiche essenziali all'integrità strutturale di cellule e tessuti. Sono formate da amminoacidi legati tra loro tramite legami peptidici.

Gruppi chimici essenziali per la funzionalità biologica della proteina stessa. Lipoproteine-lipidi.

Struttura primaria - sequenza amminoacidica.

Struttura secondaria - organizzazione spaziale di segmenti che si ripetono alfa-elica e beta-foglietto.

Struttura terziaria - conformazione tridimensionale.

Struttura quaternaria - distribuzione nello spazio delle diverse subunità.

Acidi nucleici

Macromolecole ubiquitarie formate da: una base azotata, pentosio, gruppi fosforici. Svolgono funzioni energetiche, di cofattori enzimatici, messaggeri chimici e sono componenti strutturali degli acidi nucleici.

Sono un componente tipico dei nucleotidi derivati da pirimidina (citosina, timina, uracile) purina (adenina, guanina).

Caratteristiche comuni delle cellule

Dal punto di vista morfologico tutte le cellule presentano delle caratteristiche comuni:

• Una membrana che separa l'ambiente interno da quello esterno.
• Una regione contenente il materiale genetico.
• Un citoplasma, ovvero una sostanza semifluida in cui sono immerse le varie componenti cellulari.

Struttura delle cellule

Di forma generalmente tondeggiante, delimitata da una membrana rinforzata da una parete di polisaccaridi, possiede delle espansioni dette flagelli che consentono il movimento. Il loro citoplasma non contiene organelli ad eccezione dei ribosomi. Il materiale genetico non risiede nel nucleo ma si aggrega e forma una struttura delle nucleoide.

Sono composte da una membrana cellulare, il materiale genetico risiede all'interno del nucleo; nel citoplasma sono contenuti diversi organelli deputati alla compartimentalizzazione delle funzioni interne.

È una struttura lipoproteica che ha la funzione di separare.