Semestre filtro Biologia e genetica: unità didattica 1

L’RNA

-Acido nucleico a singolo lamento direzione 5’-3’ con nucleotidi che hanno il ribosio e le 4 basi

azotate del DNA ma l’uracile al posto della timina.

-Gli RNA tendono ad associarsi a proteine e talvolta formare strutture secondarie con

regioni di appaiamento (A-U C-G) in particolare nell’ambiente acquoso —> strutture

secondarie usate per rendere accessibile l’RNA per la traduzione.

-Tanti tipi:

- RNA messaggero, RNA ribosomiale e RNA transfer usati per la sintesi proteica

- Funzione regolatoria: snRNA = piccoli RNA nucleari, snoRNA = piccoli RNA nucleolari, scRNA =

piccoli RNA citoplasmatici

- Regolazione espressione genica: mirRNA = micro-RNA , siRNA = small interfering RNA, piRNA

= piwi-RNA, lncRNA = long non coding-RNA (si sa poco) = RNA non tradotti.

fi I microscopi

-Le cellule sono dell’ordine di grandezza dei micrometri —> per studiarle si usano i microscopi, il

potere risolutivo = distanza minima tra 2 punti che possono essere distinti o separati.

-Tipi di microscopia:

• Microscopia ottica: si osservano cellule non colorate, si possono utilizzare dei

coloranti per migliorare la capacità risolutiva ma ancora non è suf ciente per

localizzare bene i componenti.

• Microscopia ottica (o confocale) a uorescenza: distinguo i

componenti della cellula grazie a colori diversi, e se voglio studiare

una proteina di membrana, compro un anticorpo (capace di

riconoscerla e legarsi), o l’anticorpo è direttamente legato a una

molecola uorescente o posso comprare il primo anticorpo legato a niente e poi compro un

secondo anticorpo legato al primo e ad una molecola uorescente.

Al microscopio accendo una lampada e si attiva la molecola

uorescente legata all’anticorpo primario o secondario e vedo colorato

a seconda della luce che emette la molecola.

—> 2 tipi: microscopia a uorescenza tradizionale e quella confocale che

ha un’immagine più nitida perché la uorescenza è focalizzata su un

singolo piano —> come se facessi singole foto del campione su piani diversi, poi alla

ne sommo tutte le foto insieme (nella tradizionale vedo solo uno spessore dall’alto). A

volte non è comunque suf ciente per vedere cosa c’è dentro le cellule.

• Microscopia elettronica a trasmissione (più usato per la biologia cellulare): permette

di vedere a livello subcellulare, le membrane appaiono come lini scuri.

• Microscopia elettronica a scansione: vedo la super cie non l’interno, ed è

tridimensionale. I procarioti

-Esistono due tipi di cellule: procariotica (dominio bacteria e archaea), ed

eucariotica (dominio eukarya).

-I procarioti si dividono in:

• Eubatteri (bacteria) es E.coli = tutti i batteri e le alghe azzurre (cianobatteri);

• Archeobatteri (archaea) = dal POV cellulare simile agli eubatteri, ma a livello molecolare agli

eucarioti nelle sequenze di rDNA, processi di replicazione, trascrizione, traduzione.

-Gli ARCHEI hanno caratteristiche non presenti in batteri e eucarioti (nella struttura di membrana

e parete) e sono in grado di vivere in ambienti con condizioni estreme —> de niti organismi

estremo li: sotto kaiser, o zone con pH = 2, in zalo li con tanto sale (cellule normalmente muoiono

per osmosi) o ghiacciai dell’Antartide.

-Gli EUBATTERI sono la forma di vita dominante nella biosfera e la loro massa biologica

complessiva supera di 10 volte la massa di tutti gli eucarioti messi assieme, ma non tutti i batteri

sono patogeni.

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La cellula batterica

-Le forme più comuni sono: cellule sferiche (streptococco), forma

bastoncellari es E.coli che vive nell’intestino, forma spirali/elicoidale.

Tendono ad aggregarsi tra loro per formare le colonie

(vantaggio per batterio).

-Dimensioni: 1-10 micrometri. Contiene strutture fondamentali

(dall’esterno: parete cellulare e membrana) e strutture accessorie

(capsula, pili e agelli).

La parete cellulare

-È lo strato più esterno, ha la funzione di conferire una forma alla

cellula, e protegge il batterio dal POV sico (rivestimento) e dalla

morte per lisi osmotica = senza parete l’acqua entra all’interno, il

batterio si gon a e muore.

-Composta da peptidoglicano (gli Archaea non lo hanno) = polimero di

zuccheri modi cati associati a brevi catene peptidiche che variano da una specie all’altra.

• Il monomero del peptidoglicano è dato da l’unione di 2 monomeri: la NAG

N-acetil glucosammina e NAM N-acetil muramico (uniti da legame

glicosidico).

• Si formano le di monomeri NAG+NAM associate ad altre molecole tramite

brevi catene peptidiche dette amminozuccheri = zuccheri con

porzione peptidica a formare ognuno un tetrapeptide legato al

NAM (legame ammidico).

-La parete si forma all’interno del batterio:

1. Nel citoplasma viene formato il monomero NAM+NAG, e con un

trasportatore detto bactoprenolo o bactofrenolo viene portato

all’esterno della membrana;

2. Goi enzimi rompono i legami tra le catene (tra zuccheri e

tetrapeptidi), viene inserito il dimero preformato, poi gli enzimi

transpeptidasi ricatalizzano i legami glicosidici e tra peptidi.

-Molti antibiotici agiscono a questo livello:

• Bacitracina = impedisce la defosforilazione del bactoprenolo

interferendo con il trasporto dei monomeri;

• Penicillina = impedisce la formazione dei legami peptidici e attiva

l’autolisina che rompe la parete.

-I batteri vengono classi cati secondo la parete in Gram positivi e

negativi —> in base alla loro risposta alla colorazione di Gram:

1. I batteri vengono ssati (per preservare la morfologia), colorati con

il cristal violetto;

2. Azione mordenzante per stabilizzare il colore con lo iodio;

3. Avviene una decolorazione in alcol etilico;

4. Aggiunta della Safranina = un colorante di contrasto;

5. Al microscopio i Gram + risultano colorati di viola, mentre i Gram -

di rosa (colore safranina) es E.coli.

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—> Ciò è dovuto alla loro parete diversa:

• Gram positivi: tanti strati di peptidoglicano (90%);

• Gram negativi (che non si colorano): hanno il peptidoglicano presente

nel 10/15% e all’esterno di esso una membrana che insieme al

polisaccaride costituisce la parete.

Questi non si colorano perché il colorante è sciolto in acqua e non può

attraversare la membrana esterna, rimane lì e quando decoloro porto

via tutto il violetto, rimane il rosa aggiunto successivamente. Non tolgo

il colorante inserito tra le molecole del peptidoglicano nei Gram +

La membrana plasmatica (sotto la parete)

-Ha un doppio strato fosfolipidico come gli eucarioti.

-Funzioni:

- Regola il usso dei nutrienti;

- È sede di processi biosintetici;

- Produzione di energia perché contiene ATP sintasi e catena di trasporto degli e-;

- Sito di ancoraggio per strutture accessorie;

- Nei batteri fotosintetici contiene i pigmenti che permettono la fotosintesi.

-Presenta proteine di trasporto che modulano il passaggio di ioni attraverso la membrana.

Strutture accessorie (non ce l’hanno tutti i batteri)

-La capsula è ancora più esterna della parete, formata generalmente da polisaccaridi; con le

funzioni di aderenza, virulenza (capacità di infettare), resistenza all’essiccamento (strato esterno

protegge) e riserva nutrizionale (fatta di zuccheri).

-Appendici proteiche associate alla super cie del batterio, lamentose con funzione nell’adesione

cellula-cellula (per le colonie):

• Fimbrie = corte e numerose;

• Pili = pochi, lunghi e robusti, che funzionano da organi di

ancoraggio, alcuni sono i pili sessuali per la coniugazione;

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-Flagello batterico = appendice proteica che si estende dal batterio (possono essere uno o

molteplici) ≠ dal agello eucariotico del spermatozoo = fatto di microtubuli, mentre questo

batterico dalla proteina agellina.

—> Struttura complessa: anello di proteine immerso nella

membrana che sfrutta il passaggio di protoni dal citoplasma

all’esterno per indurre un cambiamento di conformazione

nelle proteine dell’anello, determinando una rotazione che,

tramite proteine di collegamento, si trasmette all’uncino e al

agello, così il batterio si muove.

-Sono capaci del movimento detto chemiotassi = movimento

verso uno stimolo (es ossigeno, alimenti), grazie a recettori.

Chemiotassi positiva = vado verso lo stimolo, negativa

= mi allontano dallo stimolo.

—> Esperimento: inserisco i batteri in una bacinella

d’acqua, immergo una bacchetta aperta: se dentro

aggiungo zucchero i batteri entrano dentro, con una sostanza repellete si allontanano.

Organizzazione cellulare e genomica dei batteri

-No involucro nucleare: il nucleoide è

la zona con acido nucleico ma senza

membrana.

-Genoma piccolo con 1 unica molecola

di DNA circolare.

-Presenza dei plasmidi = molecole di

DNA circolare libere nel citoplasma,

possiedono alcuni geni che possono

fornire un vantaggio al batterio es

resistenza agli antibiotici.

—> Sono extracromosomiche = non fanno parte del cromosoma batterico e hanno una propria

origine di replicazione (si replicano autonomamente).

-Mancanza di compartimentazione mediante membrane interne (no organulo = spazio delimitato

da membrana per compartimentalizzare funzioni), ma nei batteri fotosintetici posso esistere

membrane specializzate che derivano da invaginazioni della membrana (ripiegamenti interni).

La membrana si ripiega per aumentare la super cie disponibile, essa contiene per esempio gli

enzimi per fotosintesi e per averne di più si ripiega aumentando la super cie.

La riproduzione dei batteri

-Si riproducono per scissione binaria (altri per gemmazione e frammentazione):

1. Il batterio si accresce: allunga membrana plasmatica e parete, mentre il cromosoma

batterico, l’unica molecola di DNA che rappresenta il genoma batterico, si duplica;

2. Si forma un setto divisorio per un restringimento nella parte interna, e il batterio

si divide in due cellule —> all’inizio si allunga per essere sicuri che 1 molecola di DNA

vada in una cellula e 1 nell’altra.

NO c’è il citoscheletro ma proteine omologhe a quelle del citoscheletro, coinvolte

nella formazione dell’anello contrattile e nel movimento del cromosoma.

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- Omologia di sequenza: confrontando una sequenza amminoacidica della proteina dell’uomo e

quella del batterio ci sono tanti amminoacidi identici o diversi ma chimicamente compatibili.

- Identità di sequenza = perfettamente identici.

—> Nell’evoluzione si ha quindi una conservazione della proteina (dei amminoacidi domini

chiave) tramite omologia e identità di sequenza.

-Nei procarioti non si veri