Biologia

I LIPIDI

I lipidi semplici sono costituiti da glicerolo e acidi grassi. Nella struttura, se tutti i legami

sono singoli si dicono saturi e la struttura è lineare, mentre se presentano doppi legami si

dicono insaturi e la struttura si piega diventando planare.

- Glicerolo: nei lipidi di membrana gli acidi grassi si legano al glicerolo a formare i

trigliceridi o triacigliceroli

- Acidi grassi: sono molecole idrofobiche o anfifiliche insolubili nell’acqua. Gli acidi

grassi insaturi possono essere monoinsaturi o polinsaturi. I polinsaturi possono

contenere Omega 3 o Omega 6

- Fosfolipidi: sono presenti due acidi grassi, uno saturo e l’altro insaturo legati al

glicerolo e a un gruppo fosfato. Sono molecole anfipatiche o anfifiliche perché

hanno caratteristiche idrofile (polari) e idrofobiche (apolari) nella stessa molecola. In

acqua i fosfolipidi si dispongono in un doppio strato, con le code idrofobiche di acidi

grassi verso l’interno del doppio strato e i gruppi idrofili orientati verso l’acqua.

3. :

PROTEINE

Sono i principali effettori delle funzioni cellulari; sono macromolecole formate da

amminoacidi. Le proteine sono costituite da 20 amminoacidi diversi, caratterizzate da

diversi gruppi R. Di nuova scoperta c’è un nuovo amminoacido nell’uomo (21esimo

amminoacido selenocisteina, SEC, scoperto nel 1986; il selenio considerato tossico ma

utile alla costituzione delle proteine) e poi ancora un altro più nuovo nei batteri; in totale

possono arrivare a 140. Ogni amminoacido può essere anche definito anche dal codice a

tre lettere o il codice a una lettera

(es: glicina: Gly o G)

La maggior parte degli amminoacidi non sono essenziali ma altri (9) lo sono perché

devono essere contenuti negli alimenti che assumiamo con la dieta come la lisina o la

fenilalanina.

Le strutture proteiche presentano tre livelli di organizzazione obbligatori e alcune proteine

ne presentano anche un quarto:

1. Struttura primaria: sequenza dei vari amminoacidi

2. Struttura secondaria: si crea spontaneamente perché vanno a stabilizzare le

proteine; è caratterizzata da legami deboli (a idrogeno)

La proteina, una volta sintetizzata si avvolge spontaneamente in una struttura ad

alfa elica o beta foglietto; ci possono essere più alfa beta o più foglietti beta

3. Struttura terziaria: dipende dalle interazioni tra le catene laterali

4. Struttura quaternaria (emoglobina): struttura delle proteine costituite da due o più

catene polipeptidiche

Nel 1951 fu sequenziata la prima proteina. Le proteine che abbiamo oggi sono le più

stabili possibili e le più adatte a svolgere una determinata funzione.

Le proteine possono essere denaturate (perdere la loro struttura secondaria e terziaria) a

causa di condizioni non fisiologiche come temperatura se riscaldate o in seguito all’azione

di altri agenti denaturanti. Con la denaturazione, la proteina cambia la sua struttura

proteica con la conseguente perdita della funzione originaria della molecola.

Ponte disolfuro nella cisteina che presenta lo zolfo in posizione esterna in modo da unirsi.

Ci sono 3 amminoacidi basici e 2 acidi

Sintesi per disidratazione:

formazione di un legame peptidico con eliminazione di acqua che si forma tra gruppo

amminico e gruppo carbossilico

peptidi (o oligopeptidi): meno di 20 che sono fondamentali per strutturare la matrice

extracellulare

4. ACIDI NUCLEICI:

Trasmettono il patrimonio genetico e determinano la sintesi proteica, quindi la struttura e le

funzioni cellulari. Sono macromolecole formate da monomeri, chiamati nucleotidi:

- uno zucchero pentoso, ribosio per l’RNA e deossiribosio nel DNA

- una base azotata, o a doppio anello, purine (adenina e guanina) o pirimidine

(timina, citosina e uracile nell’RNA)

- un gruppo fosfato

l gene viene trascritto in DNA funzionale e poi in proteine.

Nel DNA ci sono due filamenti con struttura a doppia elica; l’RNA può avere una struttura a

singolo filamento

- RNA:

si forma un legame covalente (fosfodiesterico) tra carbonio e gruppo fosfato in

posizione tre

- DNA:

i due filamenti sono antiparalleli (hanno un verso opposto: 3’ 5’ e 5’ 3’); adenina due

legami idrogeno con timina, citosina e guanina tre legami idrogeno. Alternanza

solco maggiore e solco minore nella struttura ad elica del DNA

NAD: forma ossidata NAD+ e ridotta NADH + H+

FAD: forma ossidata FAD e ridotta FADH2

cAMP: il gruppo fosfato ma legato sia al carbonio 3 che al carbonio ciclico

IL METABOLISMO:

- Organismi fotosintetici (fotoautotrofi): sfruttano l’energia luminosa per produrre

sostanza organica 6CO2 + 6H2O + luce

- Organismi chemiosintetici (chemioautotrofi): ottengono energia dall’ossidazione di

composti inorganici

La respirazione cellulare è un processo ossidativo aerobico che permette di ricavare ATP e

si basa sulla degradazione degli zuccheri come il glucosio che dà prodotti come anidride

carbonica, acqua ed energia (attraverso la glicolisi e il ciclo di Krebs). Respirazione

aerobica con ossigeno e anaerobica in assenza di ossigeno.

Glicolisi:

Si parte dal glucosio a 6 atomi di carbonio e si arriva a due molecole di piruvato; c’è un

rilascio enorme di energia e si ha un bilancio di +2 molecole di ATP. In una molecola

eucariotica la glicolisi avviene nel citosol. In assenza di ossigeno si effettua una

fermentazione (lattica o alcolica), invece con ossigeno il piruvato si muove dal citosol e va

nei mitocondri e viene completamente ossidato.

Nella cellula c’è una particolare proteina HIF, che in normossia non serve, in ipossia va nel

nucleo e attiva l’espressione dei geni che servono come risposta all’ipossia

Fermentazione alcolica: il piruvato viene trasformato in etanolo e viene liberata

nell’ambiente una molecola di CO2

Fermentazione lattica: da piruvato a lattato non c’è rilascio di CO2

L’energia all’interno della cellula viene misurata in kcaloria che può essere convertita in

joule. L’energia libera è quella da considerare in una trasformazione (H (entalpia o energia

totale)= G (energia libera o energia necessaria) + TS (entropia o energia inutilizzabile x

temperatura assoluta).

Reazioni esoergoniche: reazioni spontanee che non hanno bisogno di energia (deltaG

minore di 0)

Reazioni endoergoniche: reazioni non spontanee (deltaG maggiore di 0); queste reazioni

avvengono tramite l’ACCOPPIAMENTO ENERGENTICO

ENZIMI: catalizzatori biologici che accelerano le reazioni metaboliche

LA CELLULA:

La cellula è l’unità strutturale e funzionale dei viventi, capace di esistenza indipendente. Le

cellule differiscono enormemente tra loro per forma e funzione, eppure, tutte condividono

meccanismi chimici di base e altre caratteristiche comuni. Le cellule sono organizzate in

tessuti perché in un organismo pluricellulare ogni cellula non funziona in maniera

autonoma (tessuto epiteliale, connettivo con forte matrice extracellulare, e nervoso)

1. Una regione nucleare: regione dove si trova il DNA delle cellule

2. Una membrana cellulare (o plasmatica): struttura fondamentale per separare

l’ambiente intracellulare da quello extracellulare. È costituita da un doppio strato di

fosfolipidi, attraversato da proteine che rendono la membrana permeabile (ha uno

spessore di circa 5 nm)

3. Il citoplasma: sostanza trasparente che riempie tutto lo spazio interno del nucleo,

al cui interno si svolgono tutte le funzioni cellulari. Nella cellula eucariotica è la parte

di protoplasma compresa tra membrana plasmatica e membrana nucleare

6 milioni di anni fa c’è stata la produzione delle prime cellule: adesso nuove cellule si

formano da cellule preesistenti. Il termine “cellula” fu coniato nel 1665 da Hooke che

osservò nel microscopio ottico composto delle piccole “celle” in un pezzo di sughero. Il

termine, tuttavia, ha assunto il suo attuale significato, cioè “unità di base della materia

vivente”, solo 150 anni dopo la sua scoperta.

Nel 1839 viene formulata la TEORIA CELLULARE (Schleiden e Schwann):

1. Tutta la materia vivente è formata da cellule

2. Tutte le cellule derivano da altre cellule

3. L’informazione genetica è trasmessa da una generazione all’altra (ci può essere

una nuova generazione solo se viene ereditato il materiale genetico)

4. Le reazioni chimiche avvengono all’interno della cellula costituendo il metabolismo

Dimensioni delle cellule:

L’unità di misura è il micrometro (μm): Il micrometro è la millesima parte del millimetro

(oppure un millionesimo di metro (10 alla meno 6), oppure 10 alla meno tre del millimetro).

- Le cellule hanno quasi tutte dimensioni abbastanza piccole perché se fossero

troppo grandi le reazioni avverrebbero lentamente e non riuscirebbero a svolgere

efficacemente le loro funzioni vitali; allo stesso tempo non possono essere troppo

piccole perché non potrebbero contenere tutti gli elementi chimici che rendono

possibile la loro vita.

Le cellule più grandi sono quelle più complesse: le cellule eucarioti sono di

dimensioni maggiori (diametro da 10 a 30 micron, in alcuni casi 100). Le cellule

batteriche sono le più piccole (lunghezza da 1 a 10 micron) e, per questo motivo,

crescono e si riproducono con estrema rapidità.

L’effetto scala è quel principio per il quale la cellula si divide periodicamente riuscendo a

mantenere abbastanza costante il rapporto superficie/volume e di conseguenza il tasso

metabolico.

Il nanometro (nm) è la millesima parte del micrometro ed è un’unità ancora più piccola

con la quale si misurano le dimensioni di atomi (0,1 nm), amminoacidi e mitocondri.

CELLULA PROCARIOTE:

(pro+ karion = no nucleo)

- Sono le cellule più antiche, dalla struttura molto semplice, ma dal punto di

vista biochimico sono le cellule più versatili; sono prive di un nucleo ben

definito, non separato dalla cellula mediante un involucro nucleare.

Il nucleoide è la regione dove è presente il DNA (regione non delimitata da

membrana)

- Sono organismi unicellulari con piccole dimensioni comprese tra i 0,2 e i 30

micrometri. In condizioni ottimali, ovvero in abbondanza di nutrimento, a una

cellula procariote possono bastare 20 minuti per duplicarsi.

- Posseggono un solo cromosoma, formato da un’unica catena continua

circolare di DNA a doppio filamento con riproduzione asessuata, mentre i

nostri cromosomi sono lineari. Il cromosoma batterico è necessario per la

sopravvivenza dei batteri. All’interno è presente solo la membrana

plasmatica.

- I batteri hanno una membrana cellulare formata da un doppio strato

fosfolipidico; esternamente alla membrana presentano una parete cellulare,

fondament