Riassunto esame Biologia generale e cellulare, Prof. Battaglioli Elena, libro consigliato Il mondo della cellula, Becker

- il mondo della cellula (Becker-Kleinsmith-Hardin)

- L’essenziale di biologia molecolare della cellula (Alberts-Bray-Johnson)

BIOLOGIA GENERALE E CELLULARE

Scienza che studia gli organismi viventi e i loro rapporti con l’ambiente circostante

Caratteristiche della materia vivente:

-complessità (biodiversità)

-capacità di accrescimento

-capacità di autoproduzione

-adattamento all’ambiente

1) BIODIVERSITA’

È un numero enorme di specie viventi, cioè la diversità che assume la terra.

Tante più sono le specie nell’ecosistema, tanto più sarà bassa l’estinzione della vita a causa delle

alterazioni e variazioni del clima\ terra.

Regni: batteri, protisti, animali, funghi, piante.

Ogni specie ha una complessità specificatamente determinata, costante nel tempo.

Esistono macromolecole informazionali (che contengono grandi quantità di informazioni):il DNA,

che è il composto chimico in cui è depositata l’informazione genetica. L’insieme delle molecole di

DNA contenenti l’informazione genetica di una cellula ne costituisce il GENOMA.

2) CAPACITA’ DI ACCRESCIMENTO

Gli organismi nascono, crescono e si sviluppano. Devono essere in grado di produrre energia dalla

materia, e lo fanno tramite l’esistenza di catalizzatori estremamente specifici ed efficienti, gli

ENZIMI, che accelerano una reazione che richiederebbe mesi. In ogni organismo, si svolgono solo

le reazioni per le quali esso è in grado di produrre il corrispondente enzima; una buona parte

dell’informazione genetica riguarda il modo in cui sintetizzare i diversi enzimi.

3) CAPACITA’ DI AUTOPRODUZIONE

E’ la necessità di un meccanismo di replicazione e di trasmissione dell’informazione genetica

specifica di ciascun organismo . Necessità che la moltiplicazione delle cellule degli organismi

avvenga solo quando il materiale genetico è stato duplicato e la crescita è stata sufficiente.

Esiste un meccanismo di replicazione del DNA che assicura la conservazione dell’informazione:

duplica il patrimonio genetico di una cellula.

Esistenza di meccanismi che assicurano la precisa ripartizione del materiale replicato tra cellule

figlie (Mitosi: duplicazione tramite la creazione di due cellule figlie; e Meiosi: processo che avviene

dei gameti, con dimezzamento del patrimonio genetico):

Esistenza di meccanismi che controllano la divisione cellulare in funzione della crescita della

cellula e della replicazione del materiale genetico.

4) ADATTAMENTO ALL’AMBIENTE

Necessità di un meccanismo di adattamento compatibile con la conservazione e la trasmissione

dell’informazione genetica, tramite vari tentativi che vengono selezionati, con la selezione naturale,

tramite un meccanismo di evuluzione per selezione naturale su fenotipi generati dall’insorgenza di

mutazioni casuali nell’informazione genetica.

A volte insorgono delle mutazioni, anche all’interno di organismi un stessa specie. Tra un invidio e

l’altro, che hanno contenuti gli stessi gli, vi sono delle differenze, perché i geni hanno delle

sequenze diverse, e questo produce proteine leggermente differenti, che crea le differenze tra gli

individui.

L’organizzazione biologica è GERARCHICA

Ogni livello della gerarchia ha proprietà emergenti e caratteristiche non presenti ai livelli inferiori.

Atomo—molecola—macromolecole—organello—cellula—tessuto—organo—sistema di organi—

organismo—popolazione—comunità—ecosistema—biosfera

TEORIA CELLULARE

La cellula è l’unità fondamentale della materia vivente, ed è la più piccola unità capace di vita

indipendente.

Tale teoria si basa su tre principi fondamentali:

1-Tutti gli organismi viventi sono costituiti da una (unicellulari) o più cellule (pluricellulari) .

2 - La cellula è l’unità di base della struttura di tutti gli organismi.

3 - Tutte le cellule derivano esclusivamente per divisione da cellule pre-esistenti

Hooke, osservando fettine di sughero con un rudimentale microscopio da lui costruito, conia il

termine cellula.

Leeuwenhoek, progettò i primi microscopi e costruisce lenti con potere di ingrandimento 300X .

Schleiden scoprì che tutti i tessuti vegetali sono costituiti da insiemi organizzati di cellule. Schwann

estese le osservazioni di Schleiden ai tessuti animali e propose una base cellulare comune a tutti

gli organismi viventi.

Virchow afferma che le cellule possono essere originate solo da altre cellule preesistenti.

CARATTERE GERARCHICO DELL’ORGANIZZAZIONE CELLULARE

Unità di base:

Macromolecole:

Complessi sopramolecolari:

Organuli: L’ACQUA

La vita è nata nell’acqua.

Una cellula batterica è composta chimicamente al 70% da acqua, e al 30% da DNA, RNA,

polisaccaridi, proteine, fosfolipidi, ioni, piccole molecole.

L’acqua è l’unico composto presente sulla terra allo stato liquido in quanti cosi abbondante.

Proprietà dell’H2O

Polarità: È una molecola polare, quindi è un ottimo solvente per soluti ionici e polari. E’ una

caratteristica dovuta ad una diversa distribuzione delle cariche elettriche tra l’ossigeno e gli atomi

di idrogeno.

Una molecola di H2O può fare contemporaneamente 4 legami a idrogeno: i legami a idrogeno si

formano tra un atomo di idrogeno (legato covalentemente ad un atomo elettronegativo) e un atomo

elettronegativo, come ossigeno, azoto, fluoro di molecole diverse oppure della stessa molecola

(legame idrogeno intramolecolare).

Una molecola di acqua da 4 legami solo quanto è allo stato solido (energia cinetica e temperatura

bassa). Il ghiaccio galleggia perché i legami tra le molecole di H2O hanno la distanza maggiore e

ciò implica un volume maggiore e una densità più bassa.

Coesione: forza che tiene unite le cellule. Essa è dovuta ai legami a idrogeno tra le molecole

d’acqua. La coesione spiega alcune caratteristiche dell’acqua, come la sua elevata tensione

superficiale (alcuni insetti possono camminare sull’acqua) e il suo elevato punto di ebollizione.

Adesione: è un fenomeno dovuto a legami a idrogeno tra l’acqua e altre sostanze polari

Capillarità: Coesione e adesione dell’acqua spiegano il fenomeno della capillarità, cioè la capacità

di risalire all’interno di tubi molto stretti contro la forza di gravità, come si osserva nelle piante.

Alto calore specifico: è la quantità di calore, che un grammo di una sostanza deve assorbire, per

aumentare la sua temperatura di un grado centigrado.

L’acqua possiede un alto calore specifico, a seguito dei numerosi legami a idrogeno tra le molecole

d’acqua.

Ciò consente agli organismi di mantenere relativamente costante la temperatura interna e fa sì che

gli oceani e le altre masse d’acqua mantengano una temperatura costante.

L'acqua a 15°C ha un calore specifico di 1 cal / (g × °C) mentre l'alcol etilico 0,581 cal / (g × °C).

Alto calore di evaporazione: è quantità di energia necessaria per convertire un grammo di liquido

in vapore.

Le molecole d’acqua, quando passano allo stato di vapore, portano con loro una grande quantità

di calore, determinando così un raffreddamento per evaporazione.

Tendenza a dissociarsi: è la caratteristica che produce ioni idrogeno (protoni, H+) e ioni idrossido

(OH-)

SOSTANZE IDROFILOCHE

L’acqua è un solvente di composti ionici (sali) e di composti polari (carboidrati, aminoacidi,

nucleotidi).

Le molecole che si sciolgono in acqua sono dette polari o idrofiliche.

SOSTANZE IDROFOBICHE (composti antipatici)

Nell’acqua non sono solubili le molecole apolari (molecole sulla cui superficie non si verifica uno

sbilanciamento nella distribuzione degli elettroni).

Le molecole che non sono solubili in acqua sono dette apolari o idrofobiche.

DA SAPERE: Nel 1742, Anders Celsius definì la scala di temperatura che prende il suo nome,

ponendo il punto di fusione dell'acqua (alla normale pressione atmosferica) a 0 gradi ed il punto di

ebollizione a 100 gradi

CLASSI DI MOLECOLE ORGANICHE PRESENTI NELLA CELLULA

I LIPIDI

Sono una classe eterogenea di composti, sono insolubili (idrofobi), o solubile sono in solventi

apolari.

Funzioni Lipidiche

- Deposito: Riserva energetica

- Strutturale: compongono le membrane.

- Ormoni: Alcuni sono “messaggeri chimici”, sia all’interno della cellula, sia tra le cellule stesse.

- Isolante: contro le basse temperature

- Vitamine ADEK

Tutti sono composti chimicamente dagli ACIDI GRASSI.

Gli acidi grassi sono acidi monocarbossilici a catena lunga (solitamente non ramificata), con

numero pari di atomi di C, e possono essere saturi o insaturi.

Acidi grassi: catene non ramificate di

• idrocarburi con un gruppo carbossilico

(COOH) ad una estremità

Generalmente, numero pari di atomi di

• carbonio: 16 – 18

GruppoCOOH:“testa”polare

• Catenaidrocarburica:“coda”non

• polare

" Formula generale di acido grasso saturo: no doppo legami -C=C- nella catena. (lineari)

Formula generale di acido grasso insaturo: ha uno o più doppi legami -C=C- nella catena.

(ramificati)

La presenza del doppio legame crea una curvatura nella molecola, non essendo più lineare.

Ciò modifica il punto di fusione, abbassandolo.

LIPIDI SEMPLICI

Sono i lipidi più abbondanti nei viventi. Hanno funzione energetica per le cellule.

Sono composti da Glicerolo e uno o più di acidi grassi.

Il GLICEROLO è un alcool a 3 atomi di C,

contenente 3 gruppi OH, a ciascuno dei quali è

legato un acido grasso. "

Il Glicerolo legato all’acido, fa una reazione di esterificazione,(formazione di un legame

estere tra il C2 e il C3) e si ottiene un

trigliceride.

Questa è una reazione di CONDENSAZIONE

perché porta alla perdita di una molecola di

acqua.

Monogliceride: Glicerolo + 1 acido grasso

Digliceride: Glicerolo + 2 acidi grassi

Trigliceide: Glicerolo+ 3 acidi grassi

I trigliceridi rappresentano i principali lipidi di deposito sia negli organismi animali che vegetali.

Poiché sono insolubili in acqua, sono presenti nelle cellule all’interno del citoplasma, sotto forma di

goccioline, che in alcuni tessuti specializzati, come il tessuto adiposo, possono occupare gran

parte della cellula.

LIPIDI COMPLESSI

Fosfolipidi:

Sono molecole anfipatiche, lipidi composti da Costituiscono tutte le membrane cellulari

una molecola di Glicerolo, legato a 2 acidi tramite un doppio strato fosfolipidico,

grassi (digliceridi) e a un gruppo fosfato (P) e posizionando le teste idrofile verso l’estendo e

un gruppo polare. le code all’interno, creando una barriera

idrofobica, impedendo alle molecole di H2O di

Hanno una testa polare (idrofila), composta da passare liberamente nella membrana.

il glicerolo, il gruppo fosfato e il gruppo polare;

e una coda apolare, composta dai 2 acidi In soluzioni acquose possono formare anche

grassi. strutture differenti (liposomi e micelle)

Glicolipidi :

-Cerebrosidi: Sono residui monosaccaridici (D- -Gangliosidi: Sono residui oligosaccaridici.

glucosio, D-galattosio). Costituiscono la guaina Costituiscono la membrana delle cellule

mielinica. nervose.

STEROIDI

Presentano uno scheletro carbonio ciclico ad anelli condensati a cui sono legate varie catene

laterali e gruppi funzionali. (colesterolo, vitamina d, cortisone, testosterone)

-ACIDI BINARI: vitamina D2, cortisolo.

-ORMONI SESSUALI: Testosterone

-COLESTEROLO:Molecola afipatica.

È un importante costituente delle membrane (si inserisce nella porzione polare del doppio stato

fosfolipidico, interferendo nell’impiccamento delle code dei lipidi, aumentando la fluidità).

Si trova nel plasma complessato con proteine di trasporto ed è precursore di molti ormoni.

CARBOIDRATI

I carboidrati \ glucidi \ zuccheri hanno formula bruta: (CH 0)

2 n

Comprendono composti che contengono nella loro molecola un gruppo aldeidico o un gruppo

chetonico e diversi gruppi alcolici.

Chetonico : Aldeidico:

—C=O H—C=O

| |

Funzioni dei carboidrati :

- Energetica: Fonte di energia per la cellula ("carburante" cellulare)

- Riserva energetica. ad esempio amido, glicogeno.

- Materiale di partenza per la sintesi di altri costituenti cellulari

- Sostegno: ad esempio la cellulosa forma la parete cellulare delle cellule vegetali

- “Segnali" di identificazione delle cellule (ad esempio, il gruppo sanguigno ABO)

CLASSIFICAZIONE: per categoria

-Monosaccaridi: 1 monomero

-Disaccaridi: 2 monomeri

-Oligosaccaridi: da 3 a 10 monomeri

-Polisaccaridi: più monomeri

CLASSIFICAZIONE: per struttura

Monosaccaridi: classificati in base al numero

di atomi di carbonio

-Triosi (3C)

-Tetrosi (4C)

-Pentosi (5C)

-Esosi (6C)

-Eptosi (7C) C H O C H O

3 6 3 3 6 3

Gliceraldeide Diidrossiacetonee

aldo-trioso cheto-trioso

STEREOISOMERI: i composti organici possono presentarsi sotto forma di stereoisomeria, quando

4 gruppi differenti sono legati ad un atomo di carbonio tetraedrico.

FORMULA LINEARE O DI FISCHER

" C H O C H O

6 12 6 6 12 6

In natura queste molecole di glucosio sono

chiuse: l’ossigeno del gruppo aldeidico del

carbonio 1 interagisce con il gruppo ossidrile

del carbonio 5 , formando un legame

intramolecolare, formando una struttura

esagonale:

Il gruppo OH, legato al C1, può essere rivolto

verso l’alto (BETA) o verso il basso (ALFA):

MONOSACCARIDI

GLUCOSIO:

Monosaccaride più abbondante nelle cellule. Fonte di energia per tutte le cellule.

-Prodotto tramite fotosintesi, a partire all’anidride carbonica:

6CO + 6H O C H O + 6O

diventa

2 2 6 12 6 2

-Prodotto dagli altri organismi a partire da composti organici.

Esiste in due formule diverse: formula alfa-D-glucopiranosio e beta-D-glucopiranosio.

Le formule divergono per la posizione del gruppo OH legato al C1 (alfa si trova in basso e beta in

alto)

DISACCARIDI

Due monomeri di zucchero uniti da un legame covalente (glicosidico)

Saccarosio (zucchero da cucina) = glucosio +

fruttosio

Lattosio (zucchero nel latte) =

galattosio+glucosio

Maltosio (zucchero del malto, prodotto di

degradazione dell’amido) = glucosio +

glucosio

Un disaccaride può essere idrolizzato, cioè

rotto, nelle due unità monosaccaridiche che lo

compongono: è necessario un enzima

(catalizzatore proteico).

Ogni disaccaride è idrolizzato da un enzima

diverso. legame alfa 1-4

POLISACCARIDI

Sono macromolecole

Sono polimeri di unità ripetute di zuccheri semplici (generalmente il glucosio)

Possono essere a catena ramificata o lineare.

Funzioni:

- Riserva: glicogeno (animali), amido (vegetali)

- Sostegno: cellulosa (parete cellulare e vegetali), chitina ecc…

Glicogeno, cellulosa e amido sono polimeri dello stesso monomero: il glucosio.

La CELLULOSA è un polimero di glucosi, in

cui due beta-D-glucosio si legano tra di loro da

legami beta 1-4. E’ lineare, non ramificata. "

L’AMIDO è un polimero di glucosi, in cui due

alfa-D Glucosio si legano tra di loro da legami

alfa 1-4

Si forma un disaccaride. Le ramificazioni si

hanno grazie al legame alfa 1-6

Il GLICOGENO è un polimero di alfa-D Glucosio legati da legami alfa 1-4.

E’ molto ramificato.

E’ un polisaccaride di riserva delle cellule animali.

Differenza tra amido e glicogeno:

- Amido: fatto di amilosio (lineare) e amilopectina (con ramificazioni alfa1-6) ogni 24-30.

- Glicogeno: ramificazioni alfa1-6 ogni 12-15 residui di glucosio

DIFFERENZA TRA MOLECOLE L E D

L = molecole che inducono rotazione levogira (sx) della luce polarizzata.

D = molecole che inducono rotazione destrogira (dx) della luce polarizzata.

Poiché non ci sono regole in base alle quali si possa predire a priori se una molecola sia D o L,

esiste una seconda nomenclatura che chiama le molecole S o R in base ad uno schema di priorità

specifiche basata sul peso atomico, da maggiore a minore.

- S= sinistrus

- R= rectus PROTEINE

Macromolecole costituite da amminoacidi.

Nel genoma umano sono contenuti 25000 geni: 19000 geni codificano per enzimi (circa 4000) e

proteine; 6000 geni codificano per RNA.

FUNZIONI

Enzimatica - strutturale - regolatrice (ormoni)

TIPI DI PROTEINE

- Enzimi: catalisi di una reazione chimica (dna polimerasi).

- proteine strutturali: proteggono cellule e tessuti (collagene).

- Proteine di deposito: riserva di nutrienti (albume).

- Proteine trasporto: trasporto di sostanze attraverso le membrane cellulari (emoglobina).

- Proteine regolatorie: ormoni o fattori di crescita (insulina).

- Proteine contrattili: movimenti cellulari (actina e miosina).

- Proteine di protezione: difendono l’organismo (anticorpi).

AMMINOACIDI

Molecole composte da un carbonio alfa che

lega 4 gruppi diversi: un idrogeno (H), un

gruppo amminico (H N), un gruppo

2

carbossilico (COOH) e una catena laterale (R). "

Gli amminoacidi che costruiscono le proteine sono 20 e possono essere indicati con 3 o 1 lettera.

CLASSIFICAZIONE DEGLI AMMINOACIDI: Si classificano in base alla polarità delle catene

laterali (R).

1) APOLARI idrofobici

Glicina, alanina, valina, leucina, isoleucina, Metionina, prolina, fenilalanina, triptofano.

2) POLARI NON CARICHI idrofili

serina, treonina, asparagina, glutamina, tirosina, cisteina.

Possono formare legami a idrogeno con l’acqua.

3) POLARI CARICHI idrofili

-basici: (carichi positivamente a pH fisiologico) lisina, arginina, istidina.

-acidi: (carichi negativamente a pH fisiologico) ac aspartico, ac glutammico.

Un polipept