Appunti Biologia animale

BIOLOGIA ANIMALE

Introduzione:

Le biomolecole di interesse biologico sono i lipidi, amminoacidi, nucleotidi e zuccheri/carboidrati. Per comprendere le interazioni è essenziale conoscere i legami chimici fra di esse:

• Legame covalente fra monomeri: può essere classificato come:
1. Puro: condivisione di elettroni fra due atomi molto simili fra loro a livello di elettronegatività.
2. Polare: abbiamo una piccola differenza di elettronegatività fra gli atomi coinvolti; in questo tipo di legame gli elettroni si spostano verso l'atomo più elettronegativo creando così una polarità. Esempio: l'acqua è una molecola polare.
• Altri tipi di legami: a idrogeno, ionico, interazioni idrofobiche, forze di Van der Waals, legame covalente nelle proteine. Questi legami servono a stabilizzare la struttura macromolecolare. Nel dettaglio possiamo osservare:
1. Legame ionico: si crea grazie all'attrazione dell'atomo più

che la molecola ha una forte affinità per l'acqua, mentre una molecola idrofoba ha una bassa affinità per l'acqua. Questa caratteristica è determinata dalla polarità della molecola. Le molecole polari, come l'acqua, hanno una distribuzione asimmetrica delle cariche elettriche, mentre le molecole apolari, come l'olio, hanno una distribuzione simmetrica delle cariche elettriche. Le interazioni tra molecole polari e molecole apolari sono chiamate forze di Van der Waals. Queste forze sono deboli ma possono essere significative quando agiscono su un gran numero di molecole. Le forze di Van der Waals sono responsabili di fenomeni come la tensione superficiale dell'acqua e la formazione di gocce d'acqua su una superficie idrofoba. In conclusione, i legami chimici sono fondamentali per la formazione e la stabilità delle molecole e delle strutture biologiche. La comprensione di questi legami è essenziale per comprendere i processi biologici e chimici che si verificano nel nostro corpo e nell'ambiente circostante.che può interagire con una molecola di acqua, mentre se viene definita idrofoba allora non riuscirà ad interagire con essa. Per quanto riguarda le proteine dobbiamo subito parlare degli amminoacidi e del legame peptidico. Per i primi si parla di monomeri (singole unità) che si uniscono fra loro grazie al legame peptidico (covalente). Quando gli amminoacidi sono molteplici si parla di polipeptide, ovvero una struttura base peptidica molto più lunga di un semplice peptide. A livello biologico le proteine svolgono diverse funzioni, come:

• Trasporto di materiali attraverso la membrana cellulare.
• Recettoriale
• Difesa immunitaria: si tratta di proteine prodotte dai linfociti B.
• Ormonale: l'insulina è un esempio classico di specializzazione delle proteine, ma anche il glucagone o il GH, EPD, la vasopressina, la prolattina etc..
• Enzimatica: si tratta di catalizzatori metabolici utili ad aumentare la velocità delle reazioni biochimiche finalizzate

alla trasformazione delle biomolecole in sostanze più semplici. In particolare, gli enzimi abbassano la barriera energetica per favorire la trasformazione dei reagenti nei prodotti.

Strutturale: associazione delle proteine per formare strutture complesse come il DNA nei eucarioti.

Gli amminoacidi che compongono le proteine sono 20 e si abbreviano con una nomenclatura di 3 lettere per essere riconosciuti internazionalmente. La caratteristica degli AA è la loro catena legata al gruppo R che può essere Apolare (non interagiscono con l'acqua) con legame covalente puro o può essere Polare (interagisce con l'acqua) o ancora possono avere la catena laterale parzialmente positiva o negativa. Di seguito vediamo alcuni esempi di amminoacidi di interesse biologico:

Il legame peptidico: si tratta di una reazione in cui il gruppo amminoacidico e il gruppo carbossilico di due amminoacidi vicini reagiscono secondo la Reazione di condensazione facendo uscire/liberando

unamolecola d'acqua. Le proteine possono assumere 4 strutture peptidiche in base alla complessità dei legami con cui si creano:

• Struttura primaria: catena di amminoacidi semplice.
• Struttura secondaria. Struttura lineare che si ripiega a beta-foglietto o a doppia elica.
• Struttura terziaria: proteina complessa; è la struttura finale che la proteina può assumere.
• Strutta quaternaria. Si tratta di più proteine che interagiscono fra loro per formare una struttura più complessa avente 2 estremità alpha uguali e due estremità beta identiche.

Il glucosio. Si tratta di una biomolecola essenziale alla cellula, è l'unità di base dei disaccaridi e zuccheri complessi; esso può esistere in due strutture isomeriche: alpha e beta. Si tratta di una molecola Aldoesosa, quindi ha 6 atomi di carbonio e un gruppo carbonilico CHO degli aldeidi. Queste molecole possono interagire fra loro nella posizione 1,4.

I lipidi. Di questa

biomolecole osserveremo soprattutto i fosfolipidi. L'acido grasso saturo è una molecola lipidica con una struttura formata da una testa idrofila (gruppo carbossilico insaturo COOH) e una coda idrofoba (catena idrocarburica satura CH2). Come possiamo notare la sua struttura è lineare. Per quanto riguarda gli acidi grassi insaturi, presentano un doppio legame fra gli atomi di carbonio che consentono alla molecola di incurvarsi. I fosfolipidi formano la struttura della membrana cellulare; come possiamo osservare la parte della colina (che può essere di serina, treonina, inositolo) rappresenta la zona idrofila della molecola, il fosfato, il glicerolo e le catene di acidi grassi invece rappresentano la coda del fosfolipide e sono idrofobi; se una delle catene è curva significa che sono presenti doppi legami carbonio-carbonio. I fosfolipidi in generale sono molecole anfipatiche, ovvero hanno una parte idrofila e una idrofoba. La membrana plasmatica Dato che abbiamo

Abbiamo parlato del fosfolipide come la struttura base della membrana. Possiamo immaginare di immergere una struttura fosfolipidica in ambiente acquoso: osserveremo che i lipidi si organizzano come una sfera chiamata liposoma, con le teste idrofile rivolte verso l'esterno e le code idrofobe protette all'interno. Ricordiamoci che formano 2 strati. Le membrane cellulari però contengono anche il colesterolo, che tende a rendere più solida la struttura. Il colesterolo tende anche a stratificare in maniera asimmetrica la membrana, così come i diversi fosfolipidi che la compongono sono responsabili di questo fenomeno. Anche i glicolipidi fanno parte della membrana e sono molecole formate da una parte lipidica e una parte glucidica. Per quanto riguarda la fluidità della membrana, possiamo osservare che la struttura satura viene detta cristallina (rimane più fissa), mentre la struttura che presenta lipidi insaturi mantiene la caratteristica fluida, quindi non cristallina.

Sempre i fosfolipidi possono muoversi nel proprio strato, ma non possono quasi mai passare da uno strato all'altro. Le proteine di membrana sono delle strutture presenti sulla membrana plasmatica, hanno la funzione di trasporto intra ed extracellulare e possono essere libere o ancorate ai fosfolipidi. Nel modello di Singer e Nicholson troviamo le strutture fosfolipidiche (con le teste esterne e le code idrofobiche interne a contatto), le proteine integrali (attraversano completamente la membrana) e periferiche (non la attraversano completamente), le glicoproteine (la parte glucidica è sempre rivolta verso la parte extracellulare ed è costituita da pochi polisaccaridi, in particolare dal glicocalice: si tratta di una glicoproteina con tanti gruppi ossidrilici polari che possono interagire con l'acqua). Funzioni della membrana plasmatica: - Delimita la cellula e dona la forma. - È definita come una membrana semipermeabile. - Contiene i recettori: alcune proteine.

hanno al funione di recettore.

Fornisce dispositivi per la comunicazione cellula-cellula e per l'adesione cellulare.

Permette il passaggio verso l'interno e l'esterno: questa funzione è la più importante. Le cellule per sopravvivere utilizzano il glucosio che viene direttamemte dall'esterno, ma questa funzione serve anche ad eliminare le sostanze di scarto o tossiche presenti all'interno della cellula; anche la regolazione della concentrazione ionica è mediata dalla membrana grazie al contino passaggio di calcio, sodio e potassio. Il trasporto si suddivide in 2 tipologie:

Trasporto Passivo: si divide a sua volta in semplice e facilitato ed entrambi non richiedono energia. In particolare quello semplice avviene senza problemi e discriminazione delle molecole e soprattutto senza l'aiuto di una proteina di membrana, mentre la facilitata fa passare solo le molecole secondo gradiente di concentrazione e mediante una proteina di membrana.

Per quanto riguarda la facilità, le proteine possono essere trasportatrici o canali: per le prime la proteina cambia la sua conformazione in modo tale che il sito d'attacco sia rivolto verso il soluto; per le proteine canale invece abbiamo una semplice apertura per permettere il passaggio dell'acqua in cui si diffonde lo ione specifico.

Osmosi: si tratta di un processo in cui la membrana fa passare l'acqua verso la zona più concentrata di soluto per diluirla: questo processo crea una situazione di equilibrio grazie alla diluizione. Le conseguenze dell'osmosi possiamo osservarle in 3 diverse situazioni:

• Cellula in soluzione isotonica (cellula umana): il flusso di acqua in entrata e in uscita è costante perché la concentrazione interna ed esterna è uguale.
• Cellula in soluzione ipertonica: la concentrazione è maggiore all'esterno, quindi la cellula si stringe per far uscire l'acqua nell'ambiente per diluirlo.
• Cellula in soluzione ipotonica: la concentrazione è maggiore all'interno, quindi la cellula si espande per far entrare l'acqua dall'ambiente per diluire la concentrazione interna.

Cellula in soluzione ipotonica: la concentrazione interna è maggiore dell'esterno, quindi la cellula continuerà a riempirsi di acqua fino a scoppiare. Diffusione: in questo processo la membrana è permeabile al soluto, quindi osserveremo il passaggio di esso da una zona più concentrata ad una zona meno concentrata senza il trasporto di acqua per diluire. Quindi il soluto si muove secondo gradiente di concentrazione. Le molecole che possono passare dalla membrana per diffusione sono la CO2, le molecole idrofobiche e le molecole piccole e polari come l'acqua, mentre le grosse molecole polari e quelle cariche positivamente o negativamente non riescono a passare. Apertura dei canali I canali sono di diversi tipi e possono aprirsi e chiudersi secondo diverse modalità: - Apertura e chiusura meccanica: avviene quando si verifica un cambiamento di volta