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La vita della cellula dipende dall’esistenza di catalizzatori efficaci e specifici: gli enzimi. Non conta

solo la spontaneità della reazione, ma i tempi con i quali essa avviene. Gli enzimi permettono che le

reazioni avvengano con tempi compatibili ai tempi di vita della cellula. Accelero quindi le reazioni

con proteine che si chiamano enzimi. Tutte le reazioni che avvengono nella cellula sono catalizzate

da enzimi. Tutti gli enzimi (salvo rarissime eccezioni) sono proteine e sfruttano quindi la reazione

proteica. Un catalizzatore è un composto chimico in grado di aumentare la velocità di una reazione

senza subire trasformazioni durante l’intero processo catalitico.

Le proprietà degli enzimi:

1) Elevato potere catalitico

2) Estrema specificità

3) Possibilità di regolazione

Ottimizzare la resa:

Da un punto di vista biochimico ottimizzare la resa significa svolgere solo le reazioni necessarie ed

impedire le reazioni indesiderate. Viene così riutilizzata più volte la macchina catalitica.

Ottimizzare la resa è sinonimo di minimizzare gli sprechi, non produrre prodotti di scarto e

soprattutto minimizzare il dispendio energetico per eliminare i prodotti di scarto.

Il potere catalitico degli enzimi è 1000-10000 volte più grande di quello dei catalizzatori chimici.

Gli enzimi operano in condizioni di reazione moderate (fisiologiche) a circa 37 gradi centigradi in

quanto la febbre denatura le proteine, a ph neutro e pressione atmosferica.

La reazione chimica avviene nel sito attivo. Le reazioni catalizzate dagli enzimi avvengono in una

piccola porzione, definita tasca, della proteina enzimatica chiamata sito attivo. La molecola che si

lega al sito attivo e su cui l’enzima agisce si chiama substrato. Il substrato si lega alle catene laterali

di specifici residui amminoacidei presenti nel sito attivo.

La specificità:

La specificità si fonda su due caratteristiche complementari tra di loro:

!

1) Geometrica la forma del substrato deve essere complementare a quella del sito attivo

2) Elettronica! i legami devono essere compatibili

L’enzima, contiene nel sito attivo, il “negativo” del substrato. Fisher paragona la complementarità

geometrica ad una chiave e ad una serratura: sussiste una chiave (rappresentata dal substrato) che

apre la serratura (rappresentata dal sito). Il fenomeno per cui substrato e sito attivo si relazionano

prende il nome di specificità.

Gli acidi nucleici:

La macromolecola essenziale è il DNA. Tutti gli organismi viventi hanno un progetto formativo-

costitutivo secondo il quale si sviluppa la struttura e l’insieme delle attività metaboliche

dell’organismo stesso. Il progetto formativo è scritto nel materiale genetico: DNA (nel 99% dei casi

l’informazione genetica è contenuta nel DNA) e RNA (retrovirus degli esseri viventi).

Genotipo! È l’insieme dei geni all’interno del nucleo delle cellule

Fenotipo! Risultante del genotipo e dell’ambiente. Si tratta di ciò che conosco e vedo, come per

esempio le caratteristiche fisiche ed emozionali.

Ambiente! come noi ci sviluppiamo (interazioni con tutto ciò che ci circonda). L’organismo si

sviluppa ed ha una sua storia.

Ciò che noi siamo e diventiamo dipende dai nostri geni. Il DNA viene per metà dal padre e per metà

dalla madre. Ogni specie possiede il suo cariotipo (l’essere umano possiede 46 cromosomi). Dal

punto di vista genetico ognuno è unico ed irripetibile.

DNA:

Oggi sappiamo che il DNA è un polimero lineare non ramificato enormemente lungo. Sino al 1940

gli scienziati rifiutavano la possibilità che il DNA potesse portare l’informazione genetica, perché

vedevano sequenze di 4 nucleotidi ripetute all’infinito, ma non ne capivano il significato. I

nucleotidi sono disposti in una sequenza irregolare ma non casuale. Ciascuna molecola di DNA è

compattata in un cromosoma. L’informazione genetica totale conservata nei cromosomi di un

organismo ne costituisce il genoma. Esempio! Il genoma del batterio E. Coli contiene 4,7X 10 6

coppie di nucleotidi presenti in un solo cromosoma circolare. Il genoma umano contiene invece 3 X

10 coppie di nucleotidi presenti in 46 cromosomi lineari. La quantità di DNA nel genoma di un

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organismo non ha una relazione sistematica con la complessità dell’organismo stesso. Per esempio

le cellule umane contengono 700 volte più DNA del batterio E.Coli.

DNA e RNA sono polimeri lineari di nucleotidi (unità funzionale del DNA). Il nucleotide è

composto da un fosfato (fosforo ed ossigeno), dallo zucchero e da una base (legato alla zucchero c’è

una base). Le basi possibili sono due: 1) purine! sono grosse (guanina ed adenina) 2) pirimidine!

sono più piccole rispetto alle purine (citosina ed uracina). Il DNA e l’RNA sono distinguibili dal

fatto che nel primo troviamo la timina, mentre nel secondo è presente l’uracina. Nel DNA un

nucleotide è legato al DNA. C’è un legamefosfo-diesterico che lega due nucleotidi. Per questo

esiste una direzionalità di legame e ciò trasmette l’ordine in cui devono anndare (5 ,3 ). Il DNA e

1 1

l’RNA sono formati da desossiribonucleotidi o ribonucleotidi fra loro con un legame fosfodieterico.

Molto importante è capire che DNA e RNA svolgono funzioni differenti. Il DNA nucleare è

costituito da 46 cromosomi, mentre il DNA mitocondriale è la centrale energetica che produce ATP.

Nei mitocondri c’è del DNA circolare che decodificano delle proteine. L’RNA citoplasmatico ü

composto da 3 RNA differenti: 1) mRNA! RNA messaggero 2) tRNA! transfer RNA 3) rRNA!

RNA ribosomale. Questi tre tipi di RNA collaborano insieme per la sintesi proteica. Il DNA è

l’informazione, mentre l’RNA è l’espressione dell’informazione. L’innformazione deve trovare la

sua espressione.

Disegno- il dogma centrale della biologia:

Il flusso dell’informazione è irreversibile e a senso unico. Oggi questa informazione deve essere

corretta. Prima della divisione della cellula essa deve duplicare il DNA (tramite mitosi o meiosi a

dipendenza del tipo di cellula). Questo processo è definito replicazione.

Le funzioni del DNA:

Trascrizione! specificare molecole di DNA che vengono tradotte in proteine

Replicazione! mitosi per le cellule somatiche; meiosi per le cellule sessuali (germinali)

Le fibre muscolari sono perenni e quindi non si rigenerano.

Sebbene il genoma umano contenga abbastanza DNA da codificare quasi 3 milioni di proteine, in

realtà è stato stimato che possono essere codificate 40000-60000 proteine. Una grossa parte del

materiale genetico non è codificante.

1) Complementarità delle basi puriniche e pirimidiniche

2) Struttura della doppia elica di DNA

3) Cromatina/cromosomi

4) Replicazione del DNA

5) Trascrizione del DNA

6) Il codice genetico

Nel DNA quando c’è una base ce n’è una complementare (corrispondente). All’adenina corrisponde

la timina e la guanina corrisponde alla citosina. Da questi “accoppiamenti” si può notare che una

base grossa sta con una base piccola. Le emieliche sono complementari e le basi si completano.

Il DNA è sempre associato a delle proteine nucleari che prendono il nome di istoni. Il DNA si

avvolge agli istoni formando una lunga “serie di perle”, che sono i nucleosomi.

Istoni:

Tutti i cromosomi hanno una struttura organizzata e compatta ottenuta grazie a proteine

specializzate: gli istoni. Essi sono proteine relativamente piccole con una percentuale molto alta di

amminoacidi carichi positivamente (lisina e arginina) che si legano molto bene con il DNA caricato

negativamente.

Gli istoni si dividono in due gruppi:

Gli istoni dei nucleosomi sono responsabili dell’avvolgimento del DNA nei neucleosomi.

H2A,H2B,H3,H4

L’istone H1 ha il compito di compattare i neuclosomi

Nell’essere umano il genoma consiste in 22 paia di cromosomi (22 dal padre e 22 dalla madre)

omologhi e 2 cromosomi sessuali (X e Y nei maschi, X e X nelle femmine).

I cromosomi sono numerati. Sono 22 coppie. I primi cromosomi sono i più lunghi e contengono

quindi più informazioni genetiche. Il DNA è molto importante per studiare le mutazioni genetiche

che portano a malattie genetiche. Le mutazioni però possono anche avere carattere positivo.

La replicazione del DNA avviene durante la fase S (sintesi) del ciclo cellulare che precede la fase di

divisione cellulare vera e propria della M (mitosi). L’organismo si forma in base alle informazioni

genetiche che si devono replicare perfettamente. Le cellule che si dividono e formano così i ciclo

cellulare.

La replicazione del DNA avviene secondo un meccanismo “semi-conservativo”, per cui ogni nuova

molecola di DNA conserva nella sua struttura uno dei due filamenti preesistenti della molecola

madre e contiene un filamento di “ neo-sintesi”. Le due emieliche si allontanano e ciascuna fa da

stampo per…

Un cromosoma umano medio è composto da un’unica molecola di DNA che contiene 150 milioni di

coppie di nucleotidi.

Le forcelle (punto dove inizia la replicazione) di replicazione permettono che il DNA si replichi

velocemente.

Fra le basi ci sono legami ad idrogeno tra le basi complementari e fan si che le 2

emielicherimangono attaccate. Delle due macromolecole di DNA che si formano alla fine una è di

tipo parentale, l’altra è la copia. Per questo si chiama semi conservativo, una si conserva l’altra è la

copia della stessa. Appena il DNA elicasi suddivide le due emieliche spezzando i legami ad

idrogeno, intervengono delle proteine che legano il DNA a filamento singolo. Il DNA elicasi divide

in due le due emieliche. Il DNA topoisomerasi taglia il DNA e poi lo ricuce perché c’è troppa

tensione ed alcune informazioni genetiche andrebbero perse. Il DNA polimerasi è quell’enzima che

polimerizza i vari nucleotidi, formando un legame fosfo-diesterico tra i due nucleotidi. La

polimerasi è un enzima intelligente poiché riconosce quando si posizionano i nucleotidi !

complementari (adenina complementari alla timina) al filamento di stampo. Ha un problema non

riesce a formare il legame fosfodiesterico tra i primi 2 nucleotidi liberi ed inoltre non riesce ad unire

2 filamenti vicini, quindi interviene la proteina ligasi che riassembla i due filamenti.

Il DNA si replica solo quando ha lo stimolo di dividersi. Il gene è una sequenza del DNA che serve

a codificare la proteina (contiene informazioni per la sintesi di una poteina). Nei cromosomi sono

contenuti tanti geni. In biologia un promotore è una regione di DNA costituita da specifiche

sequenze dette consenso, alla quale si lega la RNA polimerasi per iniziare la trascrizione di un gene,

o di più geni (operone). I livelli di espressioni dei geni vengono decisi dal promotore. AUG!

adenina ,uracina, guanina! tripletta di inizio della traduzione e codifica un amminoacido

(betiolina). Gli esoni sono sequenze di DNA e vengono tradotti in amminoacidi. Gli introni sono

sequenze di DNA che però vengono eliminate. UGA! il gene finisce e finisce anche la traduzione

della proteina.

Il passaggio dell’informazione dal nucleo al citoplasma avviene tramite molecole messaggere. Una

volta nel citoplasma viene tradotta. Per poter essere usata nella sintesi di proteine, la sequenza di

informazione di DNA è trascritta in RNA. Soltanto L’mRNA è tradotto in una sequenza proteica.

La trascrizione avviene in maniera asimmetrica. Il filamento senso è il filamento di DNA che

funziona da stampo per la trascrizione. Il filamento antisenso è il filamento di DNA che consente la

trasmissione ereditaria dell’informazione.

L’RNA del nucleo passa al citoplasma dove avviene la sintesi proteica. LA sintesi proteica avviene

sui ribosomi (rRNA e proteine) utilizzando specifici RNA transfer (tRNA).

!RNA

DNA è una sequenza di nucleotidi. La proteina è una sequenza di amminoacidi

Traduzione: traduzione da una lingua ad una diversa

Traduzione: è il meccanismo moecolare che porta alla conversione o codificazione di una proteina a

partire dall’mRNA.

Tripletta! successione di tre nucleotidi

Ogni amminoacido è codificato dalla sequenza di 3 basi, ossia un codone

Tutte le possibili situazioni, in successione, dei 4 nucleotidi, corrispondono a 64. (4 ) Ogni

3

amminoacido è codificato dalla sequenza di tre nucleotidi o codone. Il codice genetico è universale,

uguale per tutti gli organismi viventi.

I ribosomi servono per formare una base dove si appoggia l’RNA messaggero. (base dove avviene

la traduzione. La traduzione avviene nel citoplasma o sul reticolo endoplasmatico rugoso. L’RNA

transfer è composto da 50 tipi diversi.

Sull’Rna messaggero ci sono tanti nucleotidi. (AUG! primo codone dell’RNA messaggero che

deve essere tradotto). L’anti transfer porta la sequenza UAC perché solo questa (sugli altri 50) è

complementare.

Le vitamine hanno un ruolo funzionale non energetico. Parte degli alimenti ci costituiscono. Sono

nutrimenti essenziali e composti organici. Il bisogno vitaminico è quantitativamente limitato! da

qualche decina di mg a pochi microgrammi (vitamina B12) al giorno.

Idrosolubili! B1, B2, B3, B5, B6,B9,B12, C

Liposolubili! A, D, E, K

enzimi:

1) elevato potere catalitico

2) estrema specificità

3) possibilità di regolazione

Un enzima lega un substrato in una sua piccola porzione. La specificità si basa su 2

complementarietà 1) c. geometrica 2) c. elettronica ( in modo da non essere respinto quando il

substrato si avvicina all’enzima).

Fisher diceva che la struttura è preordinata geometricamente e solo in quella regione si legherà al

substrato. L?enzima riconosce molecolarmente il suo substrato.

Koshland nel 1958 disse: il substrato quando si avvicinava all’enzima cambiava di struttura. Il

substrato man mano che si avvicina all’enzima ne cambia la struttura e ciò permette un miglior

legame tra i due. Il cambiamento strutturale serve a migliorare il legame.

All’interno della cellula ci sono 5000 enzimi diversi e ne riconosciamo 2 tipi

!

Enzimi di Michaelis- Menten (95%) propagano il flusso metabolico.

!

Enzimi regolatori (5%) regolano il flusso metabolico.

Regolare l’attività di un enzima significa regolare il metabolismo in cui esso è implicato. La

mancata regolazione porta alla patologia. Gli enzimi sono il punto finale della regolazione del

metabolismo cellulare. È fondamentale per 2 motivi 1) coordinare i processi metabolici e regolarli

in risposta a stimoli interni ed esterni (mantenere l’omeostasi, stato di equilibrio metabolico anche

se il corpo è sottoposto ad uno sforzo o a stress e sono momenti in cui avvengono reazioni che

avvengono anche se noi non ce ne accorgiamo; esempio! uno che ci attraversa improvvisamente la

strada mentre stiamo guidando e dobbiamo subito frenare bruscamente).

Una cellula è definita malata quando le risposte agli stress interni od esterni sono inadeguate o

errate. Conta la capacità di adattamento che ruota attorno agli stimoli interni ed esterni.

L’attività enzimatica intracellulare può essere regolata tramite: 1) regolazione della concentrazione

(aumentare la sintesi; il numero di proteine sintetizzate) 2) regolazione dell’efficienza catalitica.

LA concentrazione di un enzima può variare in base alla 1) velocità di sintesi 2) velocità di

degradazione.

L’efficienza catalitica di un enzima può essere regolata mediante: 1) regolazione allosterica (allos =

diverso stereo =forma) 2) regolazione da modifiche covalenti reversibili

Regolazione allosterica:

Voglio trasformare il substrato da A a D Er è un enzima regolatore gli altri enzimi seguono la

velocità di flusso indicata da Er. Er ha un’alta affinità (alta efficienza catalitica! trasforma molto

molecole di A in B. questo vale anche per B e C che vengono trasformate in D). Il D in eccesso si

lega all’enzima regolatore, gli fa cambiare forma e lo porta a bassa affinità! a questo punto poche

molecole verranno trasformate da A in B da B in C e da C in D.

Regolazione da modifiche covalenti reversibili:

La chinasi (enzima che porta un altro enzima all’attivazione) che agendo su un enzima gli attacca

un gruppo fosfato ha 2 significati 1) attivazione 2) inibizione. L’enzima che lo defosforilla si

chiama fosfatasi e lo porta ad inibizione.

Bioenergetica:

La bioenergetica studia la termodinamica ed i meccanismi delle trasformazioni energetiche nei

sistemi biologici. Il corpo umano rappresenta un sistema termodinamico aperto (scambia con

l’ambiente materia ed energia). Sistema = oggetto delle osservazioni; Ambiente= parte

dell’universo che circonda il sistema Universo= sistema + ambiente.

1° principio della termodinamica! la quantità totale di energia dell’universo è costante.

2° principio della termodinamica! ogni trasformazione energetica spontanea produce un aumento

di entropia (disordine) dell’universo. Nelle reazione spontanee si può usare solo una parte di energia

l’altra si disperde sotto forma di calore. Questa parte di energia utilizzabile dipende dall’efficienza.

Nell’universo aumenta il disordine.

Quando l’energia è convertita spontaneamente da una forma all’altra, una parte dell’energia viene

dispersa nell’ambiente come calore. L’ordine nel corpo umano è regolato dall’assunzione di

energia. La morte è spontanea. La vita è contro il 2° principio della termodinamica. Nel sistema,

!

diminuirà la quantità di energia utilizzabile per compiere lavoro energia libera.L’energia persa

sotto forma di calore non è persa perché mantiene la temperatura corporea a 36°che serve per

migliorare l’efficienza degli enzimi. A 37° gli enzimi lavorano male.

Energia:

L’energia è la capacità di compiere lavoro. È espressa in kcal o kj. Le due principali forme di

energia sono 1) energia cinetica 2) energia potenziale

Energia cinetica:

è l’energia associata al movimento

Esempi: L’energia termica è associata al movimento casuale delle molecole. L’energia luminosa è

associata al movimento dei fotoni

Energia potenziale

È l’energia che la materia possiede in virtù della sua struttura e/o posizione nello spazio.

Energia chimica (disposizione degli atomi nelle molecole) Es: alimenti benzina.

Energia libera:

L’energia libera (Gibbs; si indica con G) è la massima quantità di energia che a Temperatura e

Pressione costante, è utilizzabile per compiere lavoro. Dalla variazione di energia libera si può

prevedere se una reazione può avvenire spontanemente.

La vitamina A è fondamentale ma se presa in eccesso hanno effetti tossici per il corpo umano.

Gli organismi viventi fino al 1700 non era noto come erano composti. Poi si scopre che sono

costituiti da cellule grazie ai primi microscopi ottici. Cosi inizia lo studio delle cellule.

La cellula è l’unità fondamentale di tutti gli organismi viventi (teoria cellulare). Tutti gli organismi

sono coctituiti da cellule. La cellula è l’unità fondamentale di struttura funzione e riproduzione.

Hookeosservô con il suo primitivo microscopio numerosi oggetti come le fette di sughero (parete

cellulare, non vide la cellula ma solo l’esterno! mondo vegetale c’ü la parete cellulare. Schleiden e

Schwann elaborarono una teoria generale della cellula come unità fondamentale. Virchow affermò

che tutte le cellule di un organismo derivano solo da cellule preesistenti. Fonda anche il concetto di

“patologia cellulare”. Se le cellule si ammala l’organo si ammala e quindi anche il sistema è

malato.

La cellula è la minima struttura biologica che possiede tutte le caratteristiche dei sistemi viventi.

Esistono i virus (organismi viventi non cellulari) che non hanno struttura ed organizzazione di tipo

cellulare, non sono da considerare “organismi viventi”. Non hanno le strutture per riprodursi. Il

potere risolutivo dell’occhio umano è 0,1 millimetro quindi per vedere le cellule dobbiamo

utilizzare microscopi con misure espresse a livello di micrometri, nanometri e angstrom (10 -7

millimetri).

Procariote! cellule che hanno una struttura relativamente semplice e meno organizzata rispetto a

quella della cellula eucariote. Non hanno un nucleo osservabile e definito da una membrana (il

DNA c’è comunque). Costituiscono il regno delle monere.ES! batteri ed alghe azzurre

Eucariote! Cellule che hanno una struttura piu complessa ed organizzata rispetto a quella della

cellula procariote.Formano 4 regni (protisti, funghi, piante ed animali).

I batteri hanno dimensioni che variano da poche centinaia di millimicron sino a qualche micron.

Forme della cellula batterica! cocchi, bacilli, spirilli e vibrioni. Sono unicellulari procaroti e

classificabili in base alla loro forma.

La cellula del virus è composta dalla parete cellulare, i flagelli (servono per il movimento), il

mesosoma, il nucleoide (DNA del battere che è a diretto contatto con il citoplasma). Avviene la

sintesi proteica. Ma non ci sono altri organuli. Il livello d’organizzazione e la struttura sono molto

semplici.

Nelle cellule “intere” invece compaiono sistemi reticolosi complessi. La cellula eucariote! parete

cellulare (cellule vegetali), ciglia e flagelli, membrana cellulare, nucleo, citoplasma

(mitocondri,cloroplasti, cromoplasti e leucoplasti per le cellule vegetali, reticolo endoplasmatico

rugoso, apparato di Golgi, vescicole seccrotorie, lisosomi, perossisomi,vacuoli per le cellule

vegetali, ribosomi, citoscheletro composto da centrioli, microtuboli, microfilamenti, filamenti

intermedi, inclusioni citoplasmatiche).

Dal punto di vista biochimica la membrana è costituita da lipidi, proteine e carboidrati.

I LIPIDI:

I fosfolipidi sono disposti a formare un doppio strato, con le teste (polari,idrofile) esposte alla

superficie della membrana e le code (idrofobiche) rivolte le une verso le altre nello strato più

profondo della membrana, nel quale si collocano anche le molecole di colesterolo che si ritiene

contribuiscano a stabilizzare la struttura interna della membrana ed a renderla maggiormente

plastica.

Modello a mosaico fluido! doppio strato di fosfolipidi, uniti attraverso le code idrofobiche, e con

le teste idrofile rivolte all’esterno della membrana, proteine di membrana intrinseche, proteine di

membrana estrinseche. Le proteine sono immerse nel doppio strato lipidico. La membrana ha una

certa consistenza ma non è rigida. Le proteine sono nella membrana ma continuano a spostarsi

perché sono in una struttura gelatinosa. Il colesterolo a livello di membrana è importante perché da

fluidità, assume quindi un ruolo positivo.

LE PROTEINE e CARBOIDRATI.

Nucleo-struttura:

Involucro nucleare (carioteca) costituito dalla membrana interna. Involucro nucleare (carioteca)

costituito dalla membrana esterna. Pori nucleari. Eterocromatina. Eucromatina. Nucleolo. Il DNA è

quasi sempre nel nucleo (tranne nella mitosi o nella meiosi). Nel nucleolo avviene la sintesi del

RNA ribosomale.

La carioteca è composta da una doppia membrana. Dove ci sono i pori nucleare c’è il canale

nucleare che permette l’entrata e l’uscita (dal citoplasma al nucleo) di nucleotidi (monomeri di

base),RNA ribosomali (dal nucleo al citoplasma).

Gli istoni servono solo come proteine nucleari quindi dal citoplasma emigrano al nucleo. C’è un

flusso continuo. La carioteca è la membrana nucleare.

Mitocondrio: è la centrale energetica, viene prodotta la maggior parte dell’ATP. Molecola

spendibile subito per l’apporto di energia. Co una malattia mitocondriali i muscoli soffrono

parecchio come il tessuto nervoso. Hanno una membrana interna che contiene elementi di trasporto

per acquisire gli acidi grassi, membrana interna che forma delle creste. La matrice è densa di enzimi

che servono a produrre energia. I granuli osmiofili. All’interno della membrana interna si trovano

delle invaginazione che contengono le creste. La funzione principale dei mitocondri ü quella

respiratoria: la produzione di energia.

Ciclo di Krebs! ??

I mitocondri contengono DNA (molecola circolare). Quando ci sono dei disordini le patologie sno

gravi. I mitocondri originano solo da altri mitocondri, per un processo di divisione che può avvenire

attraverso la fusione di una cresta.

Reticolo endoplasmatico:

Il reticolo endoplasmatico è unna complessa rete intrecciata di sacche, tubuli e canali che attraversa

il citoplasma, dividendolo in numerosi compartimenti, tra loro collegati, di numero e dimensioni

variabile da cellula a cellula, è presente in 2 forme diverse, chiamate Reticolo endoplasmatico

rugoso (RER) e reticolo endoplasmatico liscio (SER). Il primo ha sulle sue membrane numerosi

ribosomi. In alcuni punti è in continuità con la membrana esterna della carioteca. Spesso mostra

grosse sacche appiattite dette cisterne. Il secondo non ha ribosomi legati alle sue membrane, è

presente in notevole misura solo in alcune cellule, ad esempio quelle del fegato. I ribosomi servono

alla traduzione della cellula. Il nucleolo ha la funzione di sintesi dell’ RNA ribosomale. I mitocondri

hanno una forma ellissoidale. Si formano gli aggregati di glicogeno, dette rosette di glicogeno.

Il reticolo endoplasmatico (ER) è la sede di diversi, importanti processi metabolici che avvengono

nella cellula. RER! sui ribosomi che si trovano sulla faccia esterna del RER avviene la sintesi

delle proteine, soprattutto di quelle destinate ad essere riversate all’esterno della cellula. SER! è la

sede della produzione o modificazione metabolica di alcuni lipidi e loro derivati e della sintesi del

glicogeno e di altri carboidrati complessi. Il SER è anche coinvolto nei processi di trasformazione

dei prodotti chimici esogeni (sostanze tossiche, farmaci) che avvengono principalmente nel fegato.

Apparato di Golgi

Le proteine sintetizzate dal RER e finiscono nell’apparato di Golgi. Le proteine subiscono

modificazioni post sintesi proteica (traduzionali) necessarie. Ha la funnzione di ricevere le proteine

ed i lipidi sintetizzati nella cellula e provenienti dal reticolo endoplasmatico, di modificarli

chimicamente e di inglobarli in vescicole che li distribuiscono in altre parti della cellula e verso la

superficie cellulare. Alcune vescicole si muovono verso la membrana cellulare dove fondendosi con

essa, liberano successivamente il loro contenuto all’esterno (processo di esocitosi).

In una cellula ci sono più apparati di Golgi e sono messi in comunicazione da dei tubuli. Sono in

collegamento con il RER. Le cisterne contengono proteine.

I lisosomi primari sono delle vescicole sferoidali, delimitate da una membrana singola, che

originano dai corpi di Golgi e che contengono una varietà di enzimi idrolitici, in grado di scindere

proteine, polisaccaridi e lipidi. I lisosomi primari agiscono fondendosi con le vescicole che

contengono le sostanze o i corpi da attaccare e demolire, e costituendo unità dette lisosomi

secondari, dove ha luogo la digestione cellulare delle particelle. Il lisosoma scinde le

macromolecole in amminoacidi che vengono riportati a livello citoplasmatico, dove possono essere

risintetizzate. “Riciclano” le macromolecole e ci permettono di risparmiare così energia.

I perossisomi sono un altro tipo di vescicole a membrana singola contenenti 2 enzimi: le perossidasi

e la catalasi. L’attività degli enzimi presenti nei perossisomi produce perossido di idrogeno, una

sostanza tossica per la cellula, che viene decomposta ad acqua ed ossigeno per azione delle

perossidasi e della catalasi. I perossisomi nelle cellule del fegato svolgono una funzione

detossificante nei confronti di alcool e composti nocivi, trasferendo l’idrogeno da tali sostanze

all’ossigeno ( si forma così il perossido di idrogeno). I perossisomi contengono regioni densamente

osmiofile o anche delle piccole formazioni cristalline.

I droplets di ipidi:

Sono la riserva cellulare immediata di lipidi sotto forma di scorte all’interno degladipociti. Negli

ultimi anni si è scoperto che negli adipociti, in tutte le nostre cellule abbiamo delle riserve e non

siamo costretti a ricavarle dal tessuto adiposo. I mitocondri stanno tra un droplets e l’altro. Il

citoscheletro è costituito da microtuboli, centrioli, microfilamenti. I microtuboli sono formati da

unna proteina chiamtatubolina. 13 filamenti ti tubolina costituiscono un microtubulo.

Microtuboli + Microfilamenti:

I filamenti di actina e miosina formano le miofibrille per la contrazione muscolare.

Centrioli! servono all’organizzazione del fuso

Struttura e funzione delle membrane biologiche:

1) Le membrane all’interno della cellula non sono pareti divisorie, ma sono entità permeabili/semi-

permeabili a una serie di sostanze. Creano comunque dei compartimenti.

2) Le membrane cellulari sono dotate di specifici siti di riconoscimento, che le rendono capaci di

riconoscere segnali molecolari. La specificcità della membrana è determinata dalla componente

proteica.

3) Punto slide

Lipidi di membrana:

i principali ipidi nelle membrane biologiche sono fosfolipidi, colesterolo e glicopolidi

Componenti proteiche delle membrane:

La componente proteica presente differenzia la membrana.

Proteine di membrana:

La componente COOH è sempre intracellulare .

Trasporto di membrana:

Trasporto passivo! una sostanza diffonde attaverso la membrana. Deve esserci una differenza di

concentrazione tra un ambiente e l’altro. La velocità è superiore quando c’è molta differenza di

concentrazione. Esempi di sostannze solubili nella fase lipidica della membrana (etanolo,

cloroformio, CO , O ). Il trasporto passivo può essere di 2 tipi: Semplice! non è mediato da

2 2

nessun canale proteico. Facilitato! è mediato da una proteina che rende possibile il passaggio

attraverso la membrana. La proteina canale riconosce la sostanza destinata al passaggio e si lega ad

essa. Le due principali caratteristiche della diffusione facilitata sono la saturabilità e la specificità.

La saturabilità è la consegueza del numero limitato di proteine addette al trasporto presenti nelle

membrane. La specificità riflette il legame specifico fra substrato trasportato e “carrier”.

Trasporto attivo! avviene contro gradiente di concentrazione (non viene n maniera naturale) e

richiede un apporto di energia. L’energia viene fornita dall’idrolisi dell’ATP. Il trasporto attivo è

sempre unidirezionale e avviene sempre grazie alla mediazione (presenza) di una proteina di

membrana. Ci sono 4 fasi. 1) riconoscimento della sostanza da trasportare 2) legame di questa con

la proteina carrier 3) modificazione conformazionale della proteina carrier….. 4)…….

Una delle principali funzioni del trasporto attivo è quella di determinare….

Pompe ioniche: !

Pompe Sodio / Potassio le nostre cellule hanno bisogno di sodio e potassio. Regolano la presenza

di concentrazione intra /extra cellulare di queste 2 sostanza !

Pompe ad idrogeno presenti nella catena respiratoria localizzata nel mitocondrio. operano nel

mitocondrio a livello della catena respiratoria

Pompe calcio! si trovano nel sarcolemma. Il calcio scorre sui filamenti di actina e miosina e

permette la contrazione muscolare. Una volta avvenuta la contrazione il calcio deve essere spinto

nel sarcolemma. Ciò lo fa la pompa che richiede molta energia.

La bioenergetica si occupa di trasformazioni energetiche. Chiamiamo macchine i dispositivi in

grado di trasferire o trasformare energia. In tutte le reazioni spontanee non tutta l’energia può essere

trasferita. La quantità di energia trasformabile dipende dall’efficienza del sistema.

La prima legge della termodinamica mi dice che è possibile trasformare energia. La seconda legge

della termodinamica invece mi dice che non tutta l’energia può essere trasformata. Infatti una

quantità di energia viene dispersa sotto forma di calore. Il calore perso in realtà non è perso (non la

possiamo utilizzare per il movimento) ma lo utilizziamo per regolare la temperatura corporea,

mantenendo efficienti gli enzimi.

L’energia cinetica è l’energia associata al movimento, l’energia termica è associata al movimento

casuale delle molecole e l’energia potenziale dipende dalla struttura chimica della materia e dalla

posizione nello spazio.

Gibbs individua il parametro G che rappresenta l’energia libera, che è la massima quantità di

energia che posso utilizzare per compiere lavoro. Dalla variazione di G prima e dopo una reazione

si può prevedere se la reazione è spontanea.

! !

Reazione spontanea variazione di G < 0 avviene spontaneamente

! !

Reazione non spontanea variazione di G > 0 devo fornire energia per far avvenire la reazione

Chiamiamo macchina un dispositivo in grado di trasformare l’energia da una forma all’altra. La

cellula, come macchina termodinamica è uguale all’automobile.

I chemiotrofi:

I chemiotrofi ricavano l’energia (ATP) dall’ossidazione di composti organici (lipidi, carboidrati e

proteine). L’essere umano è chemiotrofo, utilizza l’energia chimica per produrre altra energia.

!

Trasforma l’energia degli alimenti in ATP, in seguito utilizza l’ATP per compiere lavoro 2

passaggi. L’automobile invece compie solo 1 passaggio. Attraverso l’ossidazione degli alimenti si

arriva alla moneta energetica, ovvero l’ATP. Il canabolismo ci permette di capire come dagli alienti

si arriva all’ATP. L’uomo perde energia sotto forma di lavoro e circa il 50% sotto forma di calore.

Ossidoriduzioni (redox):

Dall’ossidazione degli alimenti produco ATP. Il riducente è un donatore di elettroni. L’ossidante

invece riceve gli elettroni. Riducente ed ossidante formano una coppia redox, ciò vuol dire che non

esiste un ossidante senza un riducente e viceversa. Il riducente dona gli elettroni e si ossida, mentre

l’ossidante dona gli elettroni e si riduce. Come faccio a sapere chi cede o acquista elettroni?

Bisogna guardare il potenziale redox. Le redox possono essere descritte come la somma di due

semi-reazioni. Le coppie redox hanno una diversa affinità. Più il potenziale redox è negativo, più la

tendenza della coppia è cedere elettroni. Più il potenziale redox è positivo, più la tendenza della

coppia è acquistare elettroni.

L’ossigeno serve ad essere l’ultimo accettore di elettroni. Riesce ad acquistare elettroni ed in questo

passaggio riesco a produrre ATP. Ha un potenziale redox molto positivo. L’ossigeno acquistando

elettroni per produrre ATP elimina l’acqua. La variazione dell’energia libera è legata alla differenza

di potenziale redox. Più alta è la differenza di potenziale redox, maggiore è la quantità di ATP che

riesco a produrre.

Bioenergetica:

I lipidi a parità di peso con i glucidi producono il doppio dell’energia perché dipende dalla quantità

di elettroni che un substrato cede. I lipidi hanno a disposizione più elettroni da cedere. Il carbonio è

alla base dei lipidi e dei glucidi, ma non forma gli stessi legami. Quando due atomi mettono in

comune gli elettroni essi appartengono all’atomo più elettronegativo. I legami carbonio-ossigeno

soo svantaggiosi poiché il carbonio non può prendere gli elettroni dall’ossigeno. Il carbonio del

glucosio non ha tanti elettroni a disposizione perché appartengono all’ossigeno. I legami più

energetici sono carbonio-idrogeno perché gli elettroni vengono gestiti dal carbonio. Nel caso del

CO tutti gli elettroni del carbonio appartengono all’ossigeno, non ci sono elettroni per produrre

2

ATP.

Gli elettroni contenuti negli alimenti vengono dati a composti trasportatori mobili di elettroni (NAD

e FAD) attraverso il processo denominato catabolismo (degradazione degli alimenti). In una

seconda fase, nei mitocondri i trasformatori mobili cedono elettroni all’ossigeno e producono ATP.

Questo processo prende il nome di fosforillazione ossidativa mitocondriale.

Il catabolismo è un processo esoergonico (che produce energia). Dalla degradaione degli alimenti

ottengo ATP che utilizzo per compiere lavoro. Il lavoro cellulare (processo endoenergetico) ha

bisogno di ATP.

Lavoro cellulare:

La cellula esegue tre tipi di lavoro: 1) lavoro meccanico che richiede il 50% di ATP prodotta

(contrazione muscolare) 2) lavoro osmotico (trasporto attivo transmembrana) 3) lavoro chimico

(biosintesi macromolecole). Il metabolismo è la somma di tutte le trasformazioni chimiche che

avvengono nel corpo umano. Si tratta di un’attività cellulare coordinata e finalizzata per: 1) ottenere

energia chimica dal catabolismo degli elementi 2) convertire le macromolecole contenute negli

alimenti nei loro precursori monomerici (monosaccaridi, acidi grassi, amminoacidi) 3) sintetizzare

dai precursori monomerici le macromolecole specie- specifiche 4) sintetizzare le biomolecole

necessarie per le funzioni specializzate della cellula. Con 1) e 2) ottengo la sintesi delle

macromolecole specie-specifiche.Possiamo dividere il metabolismo in due processi: il catabolismo

e l’anabolismo. Il catabolismo produce energia e molecole semplici. L’anabolismo produce le nostre

molecole.

Con la dieta produciamo macromolecole come i polisaccaridi, proteine e trigliceridi. Con il

catabolismo e attraverso la digestione (prima fase) i polisaccardi diventano glucosio, le proteine si

trasformano in amminoacidi e i trigliceridi diventano acidi grassi. In una seconda fase glucosio,

amminoacidi ed acidi grassi convergono sull’ Acetil coenzima A. In seguito l’Acetil coenzima A

entra nel ciclo di Krebs e dà luogo alla terza fase. Il ciclo di Krebs serve a trasferire gli elettroni dal

coenzima A ai trasportatori mobili NAD e FAD carichi di elettroni che portano alla produzione di

ATP (fosforillazione ossidativa mitocondriale).

Il metabolismo è la somma di tutte le trasformazioni chimiche che avvengono in una cellula o in un

organismo. Il metabolismo è un’attività cellulare altamente coordinata e finalizzata per: 1) ottenere

energia chimica dal catabolismo degli elementi. Dal catabolismo, scissione otteniamo energia e

piccole molecole che servono per sintetizzare i nostri composti. 2) Convertire le macromolecole

contenute negli alimenti nei loro precursori monomerici (monosaccaridi) 3) Sintetizzare dai

precursori monomerici le macromolecole specie-specifiche. 4) Sintetizzare le biomolecole

necessarie per le funzioni specializzate della cellula (ormoni e neurotrasmettitori). Dal catabolismo

ottengo energia e senza energia non possobiosintetizzaremacromoolecole e fare il lavoro cellulare.

ATP! moneta energetica.

Chemiotrofi! gli elettroni ci danno energia. Dal trasporto degli elettroni produciamo ATP

ATP:

La cellula usa ATP per far avvenire la contrazione muscolare. Il ruolo biochimico dell’ATP non è

quello di riserva energetica intracellulare, ma di “moneta di scambio dell’energia”. L’ATP è

composto da tre componenti fondamentali 1) Adenina (base azotata purinica) 2) Ribosio

(monosaccaride, zucchero 5 atomi di carbonio) 3) Fosfato

!

Adenosina unione di base azotata e ribosio. Adenosinmonofosfato! aggiungo 1 legame

monofosforico. Adenosindifosfato! legame ad alta energia.

Legami ad alta energia! legame la cui idrolisi libera una quantità di energia superiore alle 5 kcal.

!

Meno di 5 kcal legame a bassa energia.

Il legame alfa non libera energia (legame fosfoestere). Il legame fosfoanidridico beta è ad alta

energia. Quando la cellula usa l’ATP e ha bisogno di energia quasi sempre rompe solo un legame,

ovvero il legame gamma. L’ ATP si rompe dove incontra l’enzima chinasi. La rottura del primo

legame (gamma) produce ADP e fosfato e libera 31 Kj per mole. Partendo dall’ADP rompo il


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DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea in scienze motorie e dello sport (Facoltà di Medicina e Chirurgia di Roma e di Scienze della Formazione di Milano) (MILANO)
SSD:

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher alevalse000 di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Biochimica generale e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Cattolica del Sacro Cuore - Milano Unicatt o del prof Mordente Alvaro.

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