Biologia cellulare - Appunti

Appunti del corso di biologia cellulare del primo anno di biotecnologie a unito presi durante le lezioni e poi integrati a casa con materiale preso da anni precedenti. Personalmente ho studiato solo da questi appunti per preparare l'esame. Gli appunti sono strutturati in blocchi di testo con elenchi puntati, frecce e immagini utili per capire i vari meccanismi e le varie strutture cellulari.

Esame Tecnologie molecolari e cellulari

Facoltà Medicina e chirurgia

Dal corso del Prof. Brancaccio Mara

Università Università degli studi di Torino

Publisher _gaia33_

A.A. 2021-2022

121 pagine

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Appunti esame

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GLICOLISI nel citosol

[glucosio + 2 ATP = 4 ATP + 2 NADH + 2 piruvato + "H2O]

1. Investimento energetico: consumo energia per creare composti intermedi (2 molecole di ATP necessarie per caricare il glucosio) ma poi ne guadagno

2. Vengono ridotte due molecole di NAD a NADH e vengono prodotte 2 molecole di piruvato e due di acqua. Il glucosio viene fosforilato in modo da renderlo non più esportabile dalla cellula e da rendere la molecola più reattiva ⇒ Enzima che lo isomerizza in glucosio-6-fosfato (consumata la prima molecola di ATP) che viene poi di nuovo fosforilato in fruttosio-6-fosfato spendendo un'altra ATP (enzima fosfoglucoisomerasi). A questo punto l'enzima fosfofruttochinasi genera una molecola di fruttosio-1,6-difosfato con gruppo fosfato legato nella prima posizione e alla sesta. La molecola viene poi scissa dall'aldolasi in due composti: gliceraldeide trifosfato e diidrossiacetone fosfato reazione ⇒ che tende all'equilibrio ma

La gliceraldeide viene sempre sottratta quindi l'altro viene costretto a trasformarsi in gliceraldeide (sono isomeri) [1 Glucosio + 2 ATP = 2 gliceraldeide-3-fosfato].

Guadagno energetico: possiamo produrre ATP e generare del NAD ridotto, si formano 4 molecole di ATP. La gliceraldeide viene ossidata dall'enzima triosofosfato deidrogenasi e si forma il NADH.

26 DECARBOSSILAZIONE OSSIDATIVA DEL PIRUVATO nel mitocondrio - Piruvato entra nella matrice mitocondriale e viene decarbossilato in acetil coenzima A => prima molecola di CO2. Decarbossilazione: viene rimosso il gruppo carbossilico dell'acido piruvico perde un carbonio diventa acetile si lega al coenzima-A. Viene generato del NAD ridotto - viene ridotta una molecola di NAD+ (una per ogni piruvato quindi 2 in totale).

CICLO DI KREBS - L'aceticoenzima-A entra del ciclo di Krebs in cui vengono eliminate altre due molecole di CO2 => si smonta completamente la struttura di carbonio. In particolare viene

coniugati con la membrana mitocondriale interna. La catena di trasporto degli elettroni è composta da una serie di complessi proteici che trasferiscono gli elettroni da un composto a minor elettronegatività a uno a maggior elettronegatività. Durante questo processo, gli elettroni ceduti si scaricano progressivamente di energia. Gli elettroni vengono trasferiti da un composto all'altro fino a raggiungere l'ossigeno. Scopo della catena di trasporto degli elettroni è quello di cedere gli elettroni ai trasportatori presenti nella membrana mitocondriale interna. Questi trasportatori sono complessi proteici contenenti ferro e zolfo, come i citocromi. Gli atomi di ferro presenti nei citocromi si ossidano durante il processo, estraggono energia e la trasportano al membro successivo del trasporto. La maggior parte dei componenti della catena di trasporto degli elettroni sono coniugati con la membrana mitocondriale interna.proteine (es. Q = ubichinonelipidico di membrana). Cessione progressiva di energia fino all'ultimo complesso trasportatore citocromo-C-ossidasi in grado di associare gli elettroni e coniugarli con l'ossigeno molecolare (accettore finale degli elettroni) con produzione di acqua. Ultimo stadio: elettroni ceduti all'ossigeno => formazione di acqua => senza ossigeno tutto siblocca. Avvelenamento da cianuro => blocca la capacità di trasferire elettroni. Grazie a ogni cessione di e a un trasportatore si riesce a liberare tutta l'energia possibile e immagazzinarla. Chemiosmosi Produzione di ATP attraverso dei complessi proteici (1,3,4) pompe proteiche che strappano gli elettroni al NADH e li trasferiscono al gradino successivo della catena di trasporto. Inoltre, utilizzano l'energia liberata dagli elettroni per svolgere lavoro chimico spingono un protone (ione H+) dalla matrice allo spazio intermembrana si forma un gradiente di.concentrazione di ioni H+ (pH dello spazio intermembrana più basso rispetto alla matrice) e un gradiente elettrochimico. Questo gradiente restituisce la sua energia chimica tramite la ATP-sintetasi (pompa protonica) che sfrutta l'energia cinetica del rientro dei protoni per coniugare il fosforoinorganico con l'ADP. Il complesso 2 non ha la capacità di pompare protoni ma semplicemente riceve gli elettroni dal FADH e li cede al coenzima Q che a sua volta li trasferisce al complesso 3. L'ATP sintasi catalisi rotatoria. È formata da due porzioni: - F1, dominio ATPasico in grado di scindere l'ATP o di coniugarlo. - F0, nel doppio strato lipidico della membrana mitocondriale. - Rotore: azionato al passaggio degli ioni H+. Per ogni rivoluzione vengono prodotte 3 ATP. Riesce a ruotare liberamente. - Stelo: legato al rotore. - Testa: legata allo stelo. Non riesce a ruotare liberamente, mantenuta fissata da un'altra porzione della ATP sintetasi.proteina- statore: porzione di proteina che impedisce alla testa di ruotare liberamente Ogni volta che entra un protone il rotore scatta di una posizione facendo girare anche lo stelo. La testa non potendo ruotare causa una frizione tra le molecole dello stelo e della testa. Questa frizione genera energia cinetica che consente di far cambiare conformazione all'enzima contenuto nella testa e quindi di attivare la parte catalitica del sistema coniuga l'ADP al fosforo inorganico attiva la sintesi di ATP (più di 100 molecole di ATP al secondo). Il passaggio del protone all'interno della matrice, che consiste nel protone che entra nel sistema legandosi al rotore per poi abbandonarlo ed essere rilasciato nella matrice, è definita diffusione facilitata perché è una diffusione che avviene secondo gradiente attraverso un intermedio specializzato di membrana (l'ATP sintasi). Se abbasso il gradiente può comportarsi come una pompa.

consumare ATP per spingere protoni eristabilire il gradiente ( in questo caso funziona da ATPasi)

Il gradiente di pH e il gradiente elettrochimico servono anche per il trasporto di altre sostanze come il co-trasporto del piruvato all'interno del mitocondrio o lo scambio di ATP e ADP.

FERMENTAZIONE

In assenza di ossigeno ⇒ viene meno la possibilità del mitocondrio di sottrarre gli elettroni ⇒ ⇒ bisogna trovare un modo di utilizzare i NADH e rigenerare i NAD, questo perché se i NAD calano troppo non riusciamo più a ossidare il glucosio in quanto si ferma la glicolisi e quindi vengono meno anche quelle poche molecole di ATP che produce la glicolisi. La fermentazione è quindi il modo per continuare ad utilizzare il glucosio in assenza di utilizzo del mitocondrio per completare l'ossidazione delle molecole.

Il piruvato viene convertito in lattato
Viene utilizzato il NADH prodotto dalla glicolisi e viene ossidato acido lattico ⇒ Nei lieviti

Il piruvato viene trasformato in acetaldeide e successivamente in etanolo. Per generare energia non usiamo solo i carboidrati ma esisteanche il catabolismo delle proteine e dei lipidi. Ad esempio l'ossidazione degli acidi grassi porta alla formazione di acetilcoenzima-A che entra nel ciclo di Krebs, stessa cosa per il metabolismo degli amminoacidi che può entrare in vari punti e entrare nel ciclo di Krebs. Perciò anche i lipidi e le proteine possono contribuire alla fosforilazione ossidativa con la formazione di energia.

Il controllo della respirazione cellulare agisce con meccanismodi feedback. (es. è sensibile all'attivazione dell'enzima fosfofrutto-chinasi che converte il fruttosio-6-fosfato in fruttosio-1,6,-difosfato enzima rivelatorio della glicolisi. Un aumento di ATP tende ad inibire la fosfofruttochinasirallentando il processo di glicolisi).

SMISTAMENTO DELLE PROTEINE

Le proteine vengono sintetizzate in due sedi- Citoplasma⇒

mitocondriale. Questo avviene attraverso un canale proteico che si apre e si chiude in risposta a segnali specifici.- Trasporto vescicolare: le proteine vengono trasportate all'interno di vescicole che si formano dal reticolo endoplasmatico rugoso e si dirigono verso il Golgi o la membrana plasmatica. Questo meccanismo coinvolge proteine chiamate coat e recettori di smistamento che riconoscono il segnale di smistamento presente nella proteina. Il reticolo endoplasmatico rugoso svolge un ruolo chiave nella sintesi e nel trasporto delle proteine. Alcune proteine rimangono nel reticolo stesso, mentre altre vengono trasferite a organelli bersaglio come il Golgi, la membrana plasmatica o l'esterno della cellula. Per capire dove deve essere trasferita una proteina, è necessario un segnale di smistamento presente nella sua sequenza. I mitocondri non partecipano al trasferimento delle proteine tramite vescicole, ma esistono compartimenti topologicamente equivalenti in cui una molecola può passare da un compartimento all'altro senza attraversare la membrana delle vescicole. I recettori di smistamento riconoscono il segnale di smistamento e permettono alla proteina di entrare nel compartimento corretto. Esistono tre meccanismi di trasporto delle proteine: il trasporto regolato, che avviene attraverso i pori nucleari senza attraversare la membrana, il trasporto tramite traslocatori proteici, che guida le proteine attraverso una membrana dal citosol a un compartimento mitocondriale, e il trasporto vescicolare, che coinvolge la formazione di vescicole dal reticolo endoplasmatico rugoso e il loro indirizzamento verso il Golgi o la membrana plasmatica. Questo meccanismo richiede la presenza di proteine coat e recettori di smistamento che riconoscono il segnale di smistamento presente nella proteina.

TOPOLOGICAMENTE DISTINTO (ER o mitocondrio operossisoma).- Trasporto vescicolare: da RE verso l'esterno della cellula o apparato del Golgi (compartimenti topologicamente equivalenti) Segnale di smistamento: piccola sequenza della proteina stessa peptide. Si trova nel primo ⇒ pezzo N terminale. Una volta utilizzato può essere eliminato peptidasi del segnale ⇒ ⇒ Affinché una proteina entri nel nucleo è necessario che la sequenza presenti amminoacidi dicarica positiva (lisine e arginine) Esperimento tecniche del DNA ricombinante ⇒ Prendere una sequenza di segnale di una proteina e spostarla su un'altra proteina. Partendo da due proteine, una proteina con sequenza segnale specifica per il RE e l'altra citosolica con una sequenza segnale. Se si prende la sequenza segnale della prima e la si attacca alla seconda la prima verrà trasferita nel citoplasma mentre la seconda verrà spostata nel RE. 31 Trasporto regolato Pori nucleari-

Pori acquosi che permettono a molecole idrosolubili di passare- Per le proteine che sono più grandi serve un passaggio regolato- Pareti costituite da nucleoporine hanno porzioni della loro catena polipeptidica che sono non strutturate e si estendono verso il foro del canale formando un groviglio che funge da filtro di selettività; grosse proteine non possono diffondere liberamente- Strutture (fibrille) verso il citoplasma. Che servono ad aggrappare le proteine da trasportare- 1000 macromolecole al secondo attraverso un poro

EsperimentoAntigene T di un virus (SV40) che viene colorato, basta cambiare un solo amminoacido della sequenza del segnale di per non far più passare una mol

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