Biologia

BATTERI

I batteri comprendono la maggior parte delle specie batteriche conosciute. Quasi tutti possiedono una parete cellulare

contenente peptidoglicano.

La parete cellulare batterica protegge il batterio da un ambiente ipotonico e regola l’ingresso di sostanze.

Gli antibiotici beta-lattamici interferiscono con la sintesi della parete batterica. Gli antibiotici beta-lattamici sono

formati da molecole naturali o sintetiche che hanno un anello beta-lattamico nella loro struttura. Comprendono la

penicillina, prodotta dalla muffa Penicillium notatum, scoperta da Alexander Fleming nel 1929, e le cefalosporine. Gli

antibiotici beta-lattamici impediscono la sintesi delle pareti cellulari contenenti peptidoglicani (inattivano l’enzima

coinvolto nella loro sintesi) mentre hanno scarsi effetti sulle cellule eucariotiche.

COLORAZIONE GRAM

I batteri gram + hanno la parete di densità uniforme, formata principalmente da peptidoglicani. I batteri gram – hanno

uno strato di peptidoglicano molto sottile e una membrana esterna, insieme formano l’involucro cellulare.

La colorazione gram:

- Si basa sull’uso di un colorante (es. violetto di Genziana) che impregna lo strato di peptidoglicano.

- Dopo il trattamento con alcol-acetone, solo i gram + trattengono il colore mentre i gram - lo perdono.

- Per visualizzare i gram – si usa la fucsina.

- La colorazione gram fornisce indicazioni su come procedere per l’identificazione della specie batterica.

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PRINCIPIO 3R

Il principio delle 3R (replace, riduce, refine) richiede la creazione di metodi alternativi agli esperimenti sugli animali.

- REPLACEMENT: metodi che evitano o sostituiscono l’uso degli animali;

- REDUCTION: metodi che minimizzano il numero degli animali utilizzati in ogni studio;

- REFINEMENT: metodi che minimizzano dolore e lo stress e migliorano il benessere;

È importante rispettare questo principio per promuovere la qualità della ricerca scientifica. Si cerca di utilizzare gli

organoidi al posto degli animali.

MEMBRANA PLASMATICA

La membrana plasmatica costituisce la

superficie esterna di ogni cellula e ha una

struttura simile in tutte le cellule. È composta

da un doppio strato fosfolipidico che

comprende proteine e altre molecole. Questa

struttura è chiamata mosaico fluido. I

fosfolipidi hanno una testa polare, idrofila, e

delle code idrofobe di acido grasso. È una

struttura termodinamicamente vantaggiosa

perché le teste sono poste all’esterno mentre

le code all’interno (simili con simili). Nello

strato fosfolipidico ci sono delle proteine di

membrana.

Oltre ai fosfolipidi, nella membrana, c’è il colesterolo che presenta un gruppo polare che interagisce con la parte

polare del fosfolipide. Chimicamente interagisce con le code fosfolipidiche contribuendo all’integrità della membrana.

Le proteine di membrana hanno la funzione di trasporto. La membrana è in grado di ricevere informazioni

dall’esterno, di trasportare elementi, di garantire movimento ed espansione. La cellula è un sistema aperto in quanto

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comunica sia con l’esterno che con l’interno. Le membrane hanno una permeabilità selettiva, non passano tutte le

molecole. Ci sono diverse modalità di passaggio:

- Trasporto passivo: non richiede energia, avviene per diffusione in base alla concentrazione interna ed

esterna;

- Trasporto attivo: richiede energia ovvero ATP;

DIFFUSIONE, TRASPORTO PASSIVO

La diffusione è un processo di movimento casuale verso uno stato di

equilibrio. La diffusione è un movimento netto da regioni a più alta

concentrazione verso regioni a più bassa concentrazione. Le piccole molecole

non polari diffondono liberamente attraverso la membrana. L’acqua e

piccole molecole possono diffondere attraverso la membrana. Le molecole

cariche elettricamente e le molecole polari non possono passare attraverso

la membrana. L’osmosi è la diffusione

dell’acqua attraverso le

membrane. Pende dalla

concentrazione relativa delle

molecole d’acqua su ciascun

lato della membrana.

La diffusione di molecole attraverso le membrane può essere coadiuvata da proteine canale o da proteine carrier. Si

parla di diffusione passiva di molecole polari. Le proteine di trasporto, carrier, sono delle proteine di membrana che

legano particolari sostanze e veicolano la loro diffusione all’interno della cellula. Le proteine canale sono delle

proteine integrali di membrana che formano un canale nella membrana. Il glucosio entra nella cellula mediante una

proteina carrier. 9

TRASPORTO ATTIVO

Il trasporto attivo agisce contro gradiente

passando da una bassa concentrazione ad

un’alta concentrazione. Richiede energia che è

generalmente fornita dall’idrolisi di ATP. La

pompa sodio potassio è un esempio di

trasporto attivo che agisce contro i gradienti

di concentrazione. Il trasporto attivo è

direzionale.

MACROMOLECOLE Le macromolecole entrano ed escono dalle cellule

tramite vescicole. Le macromolecole sono: proteine,

polisaccaridi, acidi nucleici che essendo troppo grandi

hanno bisogno di vescicole per entrare ed uscire dalla

cellula. I processi che portano molecole e cellule

all’interno di una cellula eucariotica sono le

endocitosi. Esistono tre tipi di endocitosi:

- fagocitosi: parte della membrana plasmatica

ingloba macromolecole o intere cellule formando un

vacuolo nutritivo o fagosoma che poi si fonde con un

lisosoma;

- pinocitosi: si formano delle vescicole più piccole

che portano all’interno della cellula sostanze disciolte

o fluidi;

- endocitosi mediata da recettore: è altamente

specifica; dipende da proteine recettoriali che legano

specifiche sostanze;

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L’esocitosi è un processo nel quale il materiale contenuto in vescicole viene trasferito all’esterno della cellula. Il

materiale portato all’esterno, secreto, può essere costituito da sostanze non digeribili, enzimi digestivi e

neurotrasmettitori.

ENDOCITOSI ESOCITOSI

Le cellule comunicano e interagiscono tra loro tramite segnalazioni cellulari. Tutte le cellule processano

informazioni dall’ambiente. Questa informazione può essere uno stimolo chimico o fisico, come la luce. I segnali

possono provenire dall’esterno dell’organismo o da altre cellule. Per rispondere a un segnale la cellula deve avere

un recettore specifico che lo possa rilevare. Una molecola segnale viene prodotta da un’altra cellula bersaglio per

mezzo di una proteina recettore che a sua volta produce segnali intracellulari. L’intero processo che traduce

l’informazione portata dal messaggero extracellulare in cambiamenti intracellulari è chiamato trasduzione del

segnale.

SISTEMI DI SEGNALAZIONE FRA CELLULE

I sistemi di segnalazione fra cellule sono:

- segnalazione endocrina: è la classica

segnalazione degli ormoni che vengono

prodotti in un distretto ma poi lavorano

lontani quindi hanno bisogno del trasporto;

- segnalazione paracrina: la molecola segnale

viene prodotta da cellule che si trovano nei

paraggi e che emanano la segnalazione;

- segnalazione nervosa: le cellule sono quasi a

contatto per la presenza dello spazio

sinaptico;

- segnalazione per contatto: si verifica tra due

cellule diverse tra loro non organizzate in

tessuto aventi una molecola segnale che è

una proteina di membrana, quindi, le cellule

per interagire si devono toccare tra di loro;

La comunicazione cellulare negli organismi multicellulari è mediata principalmente da molecole segnale extracellulari.

Esse sono: le citochine (interferoni, interleuchine), fattori di crescita (EGF, NGF, VEGF), ormoni (adrenalina, glucagone,

ACTH), neurotrasmettitori (acetilcolina, dopamina, noradrenalina).

I recettori sono sulla superficie cellulare o all’interno della cellula.

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La vita di una cellula animale dipende dai vari segnali extracellulari che possano far si che la cellula viva, cresca e si

divida, che si differenzi e che muoia. Le risposte ai segnali extracellulari possono essere rapide se durano secondi o

minuti mentre le risposte lente durano ore in quanto si procede con la sintesi delle proteine.

INSULINA L’insulina viene secreta dalle cellule delle isole di

Langerhans del pancreas. Stimola l’assunzione del glucosio

nelle cellule muscolari e adipose. Partecipa alla regolazione

dei livelli ematici di glucosio.

I recettori intracellulari rispondono a segnali che possono

attraversare la membrana plasmatica. Molti sono fattori di

trascrizione. Dopo aver legato il proprio ligando, si

spostano nel nucleo, legano il DNA e alterano l’espressione

genica.

Il cortisolo è un ormone steroideo che viene prodotto dalle

ghiandole surrenali. Induce l’aumento della glicemia

nonché la gluconeogenesi.

VESCICOLE EXTRACELLULARI

Ogni cellula produce un gruppo di vescicole extracellulari che vengono riversate nei fluidi biologici (sangue, urina,

liquido cerebrospinale, latte materno, saliva…), da cui possono essere isolate e analizzate. Il rilascio sembra essere un

processo strettamente regolato in modo tale che sia la quantità sia la composizione molecolare riflettano il tipo e lo

stato della cellula che li produce.

Le vescicole extracellulari trasportano informazioni, diventando mediatori fondamentali della comunicazione. Le

vescicole, di cui esistono diverse tipologie, sono non soltanto implicate in alcuni processi biologici fondamentali, ma

anche nello sviluppo e nella progressione di molte patologie, tra cui i tumori. Gli esosomi originano dalla fusione di

vescicole intracellulari ed endosomi, portando alla formazione di multivesicolar bodies. Le microvescicole originano

direttamente dalla membrana plasmatica.

I meccanismi con cui la vescicola extracellulare raggiunge la cellula target sono tre:

1. fusione della vescicola con la membrana

2. endocitosi

3. mediato da recettori (si legano)

Le vescicole extracellulari possono essere impiegate come:

- vettori di agenti terapeutici degli esosomi: ci sono dei vantaggi ovvero che si ha un’assenza di rischi associati

all’uso di terapie cellulari, incluse le cellule staminali; assenza di potenziale replicativo e di rischio di

trasformazione maligna; assenza di reazioni immunologiche; azione mirata al sito di interesse

- marcatori diagnostici

- marcatori prognostici 12

Il contenuto degli esosomi può riflettere lo stato delle loro cellule parentali. In condizioni patologiche la loro

composizione può essere alterata. Potenziale utilizzo degli esosomi come biomarcatori diagnostici e prognostici di

malattia; ciò viene realizzato sulle cellule.

ACIDI NUCLEICI

Gli acidi nucleici sono dei polimeri specializzati nell’immagazzinare, trasmettere e utilizzare le informazioni genetiche.

Il DNA o ac