Appunti Biologia e biochimica

AGGANCIO

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PENETRAZIONE

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REPLICAZIONE E SINTESI

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ASSEMBLAGGIO

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RILASCIO

Nel ciclo lisogenico i fagi temperati integrano il loro acido nucleico nel genoma dell’ospite.

Il profago si replica quando il DNA batterico viene replicato

FASI CICLO LISOGENICO

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AGGANCIO

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PENETRAZIONE

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INTEGRAZIONE

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REPLICAZIONE

Alcuni virus provocano gravi malattie nelle piante

I virus causano gravi malattie negli animali ad esempio il morbillo

LA CELLULA

La cellula è l’unità base di tutti gli organismi. Esistono 2 modelli di organizzazione cellulare:

● procarioti (batteri e archeobatteri)

● eucarioti

Tutte le cellule:

● contengono DNA

● sono dotate di una membrana plasmatica

● sono in grado di completare alcune funzioni metaboliche di base

I PROCARIOTI (BATTERI E ARCHEOBATTERI)

● dimensioni: circa 1μm

● unicellularita’

● assenza di compartimentazione interna

● tre forme principali: sferica (cocchi), a

bastoncello (bacilli), elicoidale (spirilli)

● i procarioti sono formati da cellule

organizzate in modo piu’ semplice di quelle

eucariotiche ma in grado di completare

moltissime reazioni metaboliche; possono

sfruttare diverse fonti energetiche e

sopravvivere anche in condizioni estreme

La membrana plasmatica racchiude il materiale cellulare, lo separa dall’ambiente e regola il

passaggio di sostanze cellula/esterno. All’interno della membrana plasmatica si trova il

citoplasma, che comprende il citosol e alcune particelle insolubili tra cui i ribosomi.

Il materiale genetico, il DNA, è organizzato in un singolo cromosoma circolare, localizzato

nell'area nucleare o nucleoide, una regione della cellula non delimitata da membrana.

I batteri possono contenere anche piccole molecole di DNA circolare, dette plasmidi, che

codificano per enzimi catabolici, per la resistenza ad antibiotici o legati a meccanismi per lo

scambio di materiale genetico tra organismi.

La maggior parte delle cellule procariotiche ha una parete cellulare esterna alla membrana,

con funzione di sostegno e protezione. La parete cellulare è costituita da peptidoglicano,

polimero complesso di aminozuccheri legati a brevi polipeptidi, a formare un’unica molecola.

La parete cellulare fornisce una struttura rigida che sostiene la cellula e ne mantiene la forma.

Le cellule batteriche hanno un’elevata concentrazione di soluti e la parete impedisce che

esplodano in condizioni ipotoniche.

Alcuni batteri hanno una capsula mucillaginosa di polisaccaridi con funzioni di:

● protezione (Streptococcus pneumoniae) dalla fagocitosi

● adesione (placca)

● anti disidratazione (zuccheri idrofilici)

Alcuni procarioti hanno fimbrie e pili. I batteri usano fimbrie e pili per attaccarsi alla

superficie della cellula e aiutano i batteri ad aderire gli uni con gli altri. I pili sessuali sono

importanti per permettere il trasferimento del DNA da un batterio all’altro.

La maggior parte dei batteri si muove grazie ai flagelli. Il flagello batterico non è costituito

da microtubuli, esso è un’appendice lunga e sottile, formata da 3 parti: il corpo basale,

l’uncino e un filamento. Oltre che per muoversi alcuni procarioti usano i flagelli per aderire

alle superfici e per partecipare alla formazione di biofilm.

In aggiunta al DNA genomico i batteri hanno uno o più plasmidi, piccole molecole di DNA

circolari.

I procarioti si riproducono asessualmente per:

● scissione binaria, un processo mediante il quale una cellula si divide in due cellule figlie

simili. Prima avviene la replicazione del cromosoma batterico circolare, poi si forma una

parete trasversale per accrescimento sia della membrana plasmatica sia della parete

cellulare

● gemmazione, la cellula produce una protuberanza, o gemma, che cresce, matura e infine

si separa dalla cellula madre

● frammentazione, le pareti cellulari si accrescono all’interno della cellula, che viene

scissa in numerose cellule di nuova costituzione

Lo scambio di materiale genico tra i procarioti avviene con 3 meccanismi diversi:

● trasformazione, i frammenti di DNA vengono assunti da un’altra cellula

● trasduzione, avviene il trasporto dei geni batterici mediante il batteriofago

● coniugazione, prevede il contatto tra cellule batteriche con trasferimento di materiale

genetico

TEORIA ENDOSIMBIONTICA

Questa teoria ipotizza che i plastidi ed i mitocondri possano essere derivati da procarioti inglobati

all’interno delle cellule eucariotiche. L’americana Lynn Margulis ideò la teoria endosimbiontica negli

anni ’70; Lynn Margulis ipotizzò che in passato gli organuli cloroplasti e mitocondri fossero stati dei

batteri. In particolare, i cloroplasti erano dei batteri fototrofi, quindi si cibavano tramite la luce,

effettuando la fotosintesi clorofilliana. I mitocondri erano dei batteri chemiotrofi, ossia si cibavano

tramite le sostanze chimiche che trovavano già pronte in natura. L’ipotesi originale di Margulis

ipotizzava che dei batteri aerobi (che richiedevano ossigeno per vivere), fossero stati inglobati da

batteri anaerobi (per i quali l’ossigeno era tossico), e che ognuno avesse ottenuto un vantaggio

selettivo dalla coabitazione. I batteri aerobi potevano aiutare gli anaerobi facendo fronte alla tossicità

dell’ossigeno, mentre I batteri anaerobi potevano sostenere dal punto di vista alimentare i batteri

aerobi, svolgendo anche una funzione protettiva. Il risultato è una cellula con doppia membrana; la

membrana più interna corrisponde alla membrana plasmatica del batterio, quella più esterna proviene

dalla cellula che lo ha inglobato.

I plastidi ed i mitocondri hanno in comune alcune caratteristiche con i procarioti:

1. presenza di un proprio DNA: molecola piccola, circolare e non organizzata dentro un nucleo

2. ribosomi 70S (e non 80S come quelli classici presenti nel citoplasma degli eucarioti) sensibili

agli stessi antibiotici dei procarioti (streptomicina) SONO perciò in grado di sintetizzare proteine

a partire dal proprio DNA

3. si dividono per scissione binaria così come i procarioti

4. hanno una doppia membrana e non posseggono microtubuli.

GLI EUCARIOTI

Le cellule eucariotiche sono caratterizzate dalla presenza di organuli delimitati da membrana

altamente organizzati, incluso un nucleo che contiene il DNA.

Le cellule eucariotiche si differiscono da quelle procariotiche perchè posseggono

un’impalcatura di sostegno, il citoscheletro.

Sistema di Membrane Cellulari:

● Membrana plasmatica

● Reticolo Endoplasmatico Liscio

● Reticolo Endoplasmatico Rugoso

● Apparato di Golgi

● Membrana Nucleare

● Lisosomi

● Perossisomi

● Vescicole cellulari

Strutture correlate all’espressione del materiale genetico:

● Cromosomi

● Nucleolo

● Ribosomi

Organelli energetici:

● Mitocondri

● Cloroplasti

Strutture di sostegno:

● Parete cellulare

● Citoscheletro

Il nucleo contiene il DNA ed è il centro di controllo della

cellula. L’involucro nucleare ha una struttura complessa,

essendo costituito da due membrane nucleari, dalla

sottostante lamina nucleare e dai complessi del poro. Il complesso del poro nucleare consiste

di un insieme di otto raggi, fissati ad anelli situati sia sul lato nucleare che su quello

citoplasmatico dell’involucro nucleare. L’insieme raggi-anello delimita un canale centrale.

Dall’anello posto sul lato citoplasmatico si estendono filamenti citoplasmatici, mentre dal lato

nucleare i filamenti formano una struttura a canestro.

Il reticolo endoplasmatico è un esteso sistema chiuso di cavità comunicanti, per cui le

macromolecole vengono smistate e parzialmente modificate. Il reticolo endoplasmatico può

essere:

● liscio, sintetizza lipidi e degrada le tossine. Ha un aspetto tubulare e la superficie della

sua membrana esterna appare liscia

● rugoso, è coinvolto nella sintesi delle proteine secrete e di membrana. Il rer appare tale in

quanto sulla sua superficie esterna si trovano i ribosomi

I ribosomi sono organelli granulari, siti della sintesi proteica. Possono essere attaccati al

reticolo endoplasmatico rugoso o liberi nel citoplasma. I ribosomi liberi sono proteine

intracitoplasmatiche. I ribosomi del rer sono proteine integrali di membrana, proteine da

traslocare e proteine di secrezione.

L’apparato del Golgi è un insieme di cisterne appiattite e sovrapposte e di vescicole di

transizione provenienti dal reticolo endoplasmatico. Ciascuna pila di vescicole di Golgi

possiede 3 aree:

● superficie cis: è collocata vicino al nucleo e ha la funzione di ricevere i materiali

contenuti nelle vescicole di trasporto provenienti del reticolo endoplasmatico

● superficie trans: è più vicina alla membrana plasmatica, impacchetta le molecole in

vescicole che sono trasportate al di fuori del Golgi

● regione mediale, che sta in mezzo

I lisosomi sono piccole vescicole piene di enzimi litici disperse nel citoplasma della maggior

parte delle cellule animali. Sono vescicole membranose contenenti oltre 40 enzimi digestivi

per l’idrolisi di proteine, carboidrati, lipidi e acidi nucleici. Questi enzimi operano tutti a pH5.

Il lisosoma, prodotto dall’apparato del Golgi, si fonde con il fagosoma, vescicola originata da

una introflessione della membrana plasmatica e contenente il corpo da digerire.

I lisosomi servono per la digestione di:

● corpi estranei assunti per fagocitosi a scopo difensivo (batteri) o di alimentazione

(particelle alimentari)

● detriti citoplasmatici di organuli danneggiati

I perossisomi sono vescicole membranose (prodotte dal RE) contenenti enzimi ossidativi per

ossidare acidi grassi, etanolo, ecc. in ambiente segregato. Il perossido di idrogeno (H2O2),

che è il prodotto intermedio tossico di queste ossidazioni, è prontamente eliminato mediante

l’enzima catalasi contenuto nei perossisomi. I perossisomi si trovano in gran numero nelle

cellule con intenso metabolismo dei lipidi e nelle cellule che detossificano varie sostanze.

MEMBRANA E GIUNZIONI

Per effettuare le numerose reazioni chimiche necessarie per la vita, la cellula deve mantenere

un ambiente interno appropriato. Tutte le cellule sono circondate da una membrana

plasmatica che le separa fisicamente dall'ambiente esterno e le rende entità distinte. La

membrana plasmatica contribuisce a mantenere un ambiente interno compatibile con la vita.

Alcuni organuli delle cellule eucariotiche formano il sistema di endomembrane che si estende

in tutta la cellula. Le membrane biologiche sono costituite da lipidi e proteine in costante

movimento.

Funzioni:

● Contenimento e Isolamento

● Comunicazione, passaggio sele