Biologia per professioni sanitarie

MOVIMENTO DELLE PROTEINE FRA I COMPARTIMENTI CELLULARI

La sintesi di tutte le proteine inizia nel citosol, ma il loro destino successivo dipende dalla propria sequenza amminoacidica che può contenere segnali di smistamento in grado di dirigere il loro trasporto in posizioni esterne al citosol. La maggior parte delle proteine non ha un segnale di smistamento e quindi rimane nel citosol; le altre invece, che hanno specifici segnali di smistamento, vengono trasportate dal citosol ai seguenti compartimenti:

• nucleo
• reticolo endoplasmatico
• apparato del Golgi
• mitocondri
• perossisomi

La principale funzione dei lisosomi è la digestione intracellulare.

Mitocondri:

• Centrale energetica della cellula.
• Contiene un macchinario per la conversione dell'energia dalla degradazione del glucosio in ATP.
• ATP (adenosina trifosfato) è la molecola energetica cellulare.
• I mitocondri sono composti principalmente da proteine, lipidi e acidi nucleici; sono generalmente

sferici o ovoidali. Mancano solo nelle cellule procariotiche, cioè i batteri, dove le funzioni respiratorie vengono svolte da proteine enzimatiche contenute nella membrana cellulare e nelle sue invaginazioni, dette MESOSOMI. Struttura dei MITOCONDRI: La MATRICE MITOCONDRIALE ha consistenza gelatinosa a causa della concentrazione elevata di proteine idrosolubili (circa 500 mg/ml). Essa contiene, infatti, numerosi enzimi, ribosomi 70 S (più piccoli di quelli presenti nel resto della cellula) e molecole di DNA circolare a doppio filamento. Nella matrice sono presenti gli enzimi del Ciclo di Krebs che riducono il piruvato in Acetil CoA che viene poi avviato alla ossidoriduzione sulle creste mitocondriali. La membrana interna si estende nella matrice formando delle pieghe dette creste mitocondriali che contengono molecole cruciali per la produzione di ATP a partire da altre molecole. Le creste dei MITOCONDRI. La funzione delle creste è quella di aumentare la superficie di

membrana che permette di disporre un numero maggiore di complessi di ATP sintetasi, l'enzima responsabile dellasintesi dell'ATP. Le due membrane identificano due differenti regioni:

• lo SPAZIO INTERMEMBRANA, cioè quello interposto tra la membrana esterna e quella interna.
• MATRICE, spazio circoscritto dalla membrana interna.

Le due membrane mitocondriali presentano differenti proprietà a causa della loro diversa composizione. La MEMBRANA ESTERNA è composta per il 50% di lipidi e per il resto presenta enzimi dalle molteplici attività. Inoltre contiene porine: canali proteici transmembrana, non selettivi. Ciò fa sì che la MEMBRANA ESTERNA SIA ASSAI PERMEABILE e permetta il passaggio di molecole di massa fino a 1kDa.

La MEMBRANA INTERNA ha un maggior contenuto di proteine enzimatiche (citocromo, ferredossina) e forma delle estese estroflessioni. Queste proteine costituiscono gli enzimi della catena respiratoria, in grado di operare

reazioni di ossidoriduzione di un substrato organico per ridurlo in CO2 e H2O con consumo di O2 e produzione di ATP. GENOMA MITOCONDRIALE: Il GENOMA MITOCONDRIALE possiede 37 geni codificanti per: - 2 RNA ribosomiali (rRNA) - 22 RNA di trasporto (tRNA) - 13 proteine che fanno parte dei complessi enzimatici deputati alla fosforilazione ossidativa. È da notare, comunque, che il numero di geni presenti sul DNA mitocondriale è variabile a seconda delle specie. In ogni mitocondrio si trovano da due a dieci copie del genoma. Il resto delle proteine presenti nel mitocondrio deriva da geni del DNA nucleare i cui prodotti vengono appositamente trasportati. Le proteine destinate al mitocondrio generalmente vengono riconosciute grazie ad una sequenza leader presente sulla loro parte N-terminale. Le funzioni dei MITOCONDRI: Il mitocondrio è in grado di svolgere molteplici funzioni. La più importante tra esse consiste nell'estrarre energia dai substrati organici, che gli permette di ridurli in CO2 e H2O con consumo di O2 e produzione di ATP.

ARRIVANO PER PRODURRE ATP. Gli altri processi in cui il mitocondrio interviene sono:

• l'apoptosi
• la regolazione del ciclo cellulare
• la regolazione dello stato redox della cellula
• la sintesi del gruppo eme
• la sintesi del colesterolo
• la produzione di calore

I processi di estrazione dell'energia chimica sono comuni a molti procarioti e tutti gli eucarioti. Questi organismi ottengono l'energia dai composti formati per fotosintesi. Questi composti vengono trasformati in glucosio ed a sua volta metabolizzato per catturare energia nelle molecole di ATP.

L'ossidazione delle molecole organiche avviene per tappe discrete con reazioni accoppiate a produzione di ATP. In questo modo l'energia non è dissipata come calore, ma intrappolata in molecole con alta energia potenziale. La forma in cui generalmente viene convertita l'energia è l'ATP. L'energia chimica dell'ATP può essere utilizzata dalla cellula per diverse reazioni chimiche. Le reazioni

1. La sintesi di ATP è una reazione ENDOERGONICA (richiede energia). Affinché avvenga deve essere accoppiata ad una reazione ESOERGONICA, che rilascia energia per alimentare la sintesi di ATP.
2. Nella reazione esoergonica avviene un trasferimento di elettroni. Il NAD+ è un trasportatore di elettroni fondamentale per le reazioni redox.
3. Quando una molecola perde atomi di idrogeno si ossida. Come si ricava energia dal glucosio?
1. Glicolisi e respirazione cellulare
2. Glicolisi e fermentazione
4. Dove avvengono queste reazioni?
• Eucarioti:
  • Nel citoplasma
  • All'interno del mitocondrio
  • Membrana interna
• Procarioti:
  • Nel citoplasma
  • Sulla membrana plasmatica
5. L'ATP sintetasi è un dispositivo di accoppiamento reversibile capace di convertire l'energia di un gradiente elettrochimico di protoni in energia di legame chimico o viceversa.
6. In assenza di ossigeno parte dell'energia viene ricavata dal glucosio. La respirazione

produzione di energia attraverso la fotosintesi. Contengono clorofilla, il pigmento verde responsabile della cattura della luce solare. Durante la fotosintesi, i cloroplasti convertono l'energia luminosa in energia chimica, che viene utilizzata per sintetizzare zuccheri e altre molecole organiche. I cloroplasti sono presenti solo nelle cellule vegetali e sono responsabili del colore verde delle piante. ● PLASMODESMI. Sono dei canali che attraversano la parete cellulare e permettono lo scambio di sostanze tra le cellule adiacenti. Questi canali consentono il passaggio di molecole, ioni e altre sostanze necessarie per la comunicazione e la coordinazione tra le cellule vegetali. In conclusione, la cellula vegetale presenta alcune caratteristiche uniche rispetto alle cellule animali, come la presenza di cloroplasti per la fotosintesi, il vacuolo centrale per il deposito di riserve e la parete cellulare per conferire rigidità alla cellula. Queste caratteristiche sono fondamentali per la sopravvivenza e la funzionalità delle piante.fotosintesi clorofilliana: processo chimico fondamentale per la vita delle piante. Sono numerosissimi e verdi in quanto contengono un pigmento verde chiamato clorofilla. PLASMODESMI: sono strutture tipiche delle cellule vegetali, che mettono in comunicazione cellule vicine attraverso le pareti cellulari. La teoria dell'endosimbiosi, formulata da Lynn Margulis negli anni '80 del secolo scorso, giustifica la presenza di mitocondri e cloroplasti all'interno delle cellule eucariotiche. Qual è la funzione primaria dell'apparato di Golgi di una cellula eucariotica? La maturazione delle proteine destinate alla secrezione. La MEMBRANA PLASMATICA; FUNZIONI delle membrane biologiche:

1. ISOLAMENTO: mantenere l'individualità e l'integrità chimica. Efficientissima barriera di permeabilità.
2. COMUNICAZIONE: consentire il passaggio di molecole in maniera selettiva. Ricevere stimoli e segnali. Definire la localizzazione di ogni cellula nei

confronti di quella adiacente. 3. COMPARTIMENTAZIONE: tipica della cellula eucariote, presenza di organelli subcellulari. 4. INTEGRAZIONE FUNZIONALE INTRACELLULARE: supporto per ancorare ed ordinare molecole che svolgono funzioni collegate ed interdipendenti. ATTIVITÀ delle membrane cellulari: capacità di ricevere informazioni, capacità di importare ed esportare molecole e capacità di movimento ed espansione. 1972 Ipotesi Singer Nicolson: “MODELLO A MOSAICO FLUIDO”. Le membrane sono costituite da un doppio strato fluido di molecole lipidiche nel quale sono inserite le proteine come tessere di un mosaico. Visione dinamica della membrana: le proteine e i lipidi traslano, si muovono lateralmente sulla superficie della membrana. Struttura: Il DOPPIO STRATO LIPIDICO costituisce la struttura base di tutte le membrane cellulari. Le molecole lipidiche costituiscono circa il 50% della massa della maggior parte delle membrane delle cellule animali, mentre quasi tutto

Il rimanente è costituito da proteine.

FOSFOLIPIDI

SFINGOLIPIDI

COLESTEROLO (solo negli eucarioti)

Coesistenza di parti polari ed apolari: in acqua assumono posizione ordinata in maniera spontanea. Ci sono circa 5x10⁶ molecole di lipidi in 1 mm x 1 mm di doppio strato lipidico e circa 10⁹ molecole lipidiche nella membrana plasmatica di una piccola cellula animale;

Tutte le molecole lipidiche nelle membrane cellulari sono ANFIPATICHE o ANFIFILICHE.

CARATTERISTICHE DEI LIPIDI: aggregazione; Le molecole lipidiche si aggregano spontaneamente per racchiudere le loro code idrofobiche all'interno ed esporre le loro teste idrofiliche all'acqua. Possono formare:

• MICELLE SFERICHE (SINGOLO STRATO)
• DOPPI STRATI
• FOGLIETTI
• LIPOSOMI

CARATTERISTICHE DEI LIPIDI: micelle o fosfolipidi?

Compattamento dei lipidi in ambiente acquoso:

a) Molecole lipidiche a forma conica formano micelle

b) molecole fosfolipidiche a forma di cilindro si dispongono in un doppio strato

DISPOSIZIONE DEI LIPIDI:

Nella disposizione energeticamente più favorevole, le teste idrofiliche sono a contatto con l'acqua su ciascuna superficie.

• Le molecole idrofiliche si dissolvono prontamente in acqua perché contengono gruppi carichi o gruppi polari privi di carica che possono formare interazioni elettrostatiche favorevoli o legami idrogeno con l'acqua.
• Le molecole idrofobiche invece sono insolubili in acqua perché tutti, o quasi tutti, i loro atomi sono privi di carica e non polari; quindi non possono formare interazioni energeticamente favorevoli con l'acqua.

Proibizione dei bordi liberi: l'unico modo per un doppio strato di evitare di avere bordi liberi è quello di chiudersi su se stesso e di formare un compartimento sigillato; Questo comportamento, fondamentale per la creazione di una cellula vivente,