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Appunti di basi molecolari e cellulari della vita basati su appunti personali del publisher presi alle lezioni del prof. Brancolini dell’università degli Studi di Udine - Uniud, Interfacoltà, del Corso di laurea in scienze motorie. Scarica il file in formato PDF!

Esame di Bas molecolari e cellulari della vita docente Prof. C. Brancolini

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Molti dei processi importanti nella replicazione degli eventi biochimici vengono utilizzati nel riparo di DNA. Il DNA

subisce continui danneggiamenti. Tutto il problema legato alla duplicazione è dato dall’enzima, aggiungendo un gruppo

DNA polimerasi al gruppo ossidrilico -OH che qualcuno ha messo prima.

Il filamento originale 3’-5’ mentre il filamento che si sta creando è 5’-3’ se c’è una C prende una G, stacca due fosfati e

mi da l’energia per fare il legame covalente.

Il limite di questa azione è la direzionalità 5’-3’ questo è un problema perché sono antiparalleli.

Alla DNA polimerasi basta avere nucleotidi con il gruppo carbossilico.

La RNA polimerasi, separato il filamento, lo copia.

Meccanismo di azione DNA polimerasi si muove in direzione 5’-3’ e attaccherà nucleotidi e staccherà fosfati, e il fosfato

rimasto lo lega al gruppo –OH.

Come mai la DNA polimerasi ha un limite che RNA polimerasi non ha?

Perché quando una cellula decide di replicarsi lo da una sola volta in tutta la sua vita fino a quando non si dividerà a sua

volta. Noi abbiamo cellule che hanno ereditato DNA che è li sa anni. La molecola di DNA viene copiata UNA SOLA volta

per questo quando la copio deve essere il più fedele possibile. L’RNA invece va incontro a 1.000 replicazioni in un

minuto. Durerà pochissimo e non sarà mai eterna. Inoltre la DNA polimerasi sbaglia con una frequenza molto bassa,

molto meno dell’RNA polimerasi, quindi possiamo costruire una copia molto più stabile.

La DNA polimerasi svolge una funzione di PROOFREADING (=correttore di bozze). È capace di riconoscere l’errore che lei

stessa ha fatto mondando un nucleotide sbagliato. Questa attività permette di ridurre notevolmente il tasso d’errore

della DNA polimerasi consentendo la rimozione di eventuali nucleotidi scorretti appena incorporati. Per

attaccare/sintetizzare DNA uso la direzione 5’-3’. La DNA polimerasi mentre sintetizza il nuovo filamento, abbraccia il

nuovo filamento (il fatto che la DNA polimerasi abbracci la nuova elica è fondamentale per farle capire gli errori che

compie) per cui la doppia elica si altera immediatamente.

Nessuna DNA polimerasi comincerà a fare il filamento nuovo se non ha nessuna doppia elica da abbracciare per questo

è

è necessario il PRIMER “innesco”. un filamento di acido nucleico che serve come punto di innesco per la

replicazione del DNA. I primer sono necessari perché molte DNA polimerasi non possono iniziare la sintesi di un nuovo

filamento ex novo ma possono solo aggiungere nucleotidi ad un filamento pre-esistente.

In natura generalmente è l’RNA che viene visto come primer, perché l’RNA polimerasi sono in grado di iniziare la sintesi

di una nuova catena senza ricorrere a un innesco. Gli inneschi vengono sintetizzati da RNA polimerasi specializzate

chiamate primasi.

ATTIVITÀ ESONUCLEASICA stacca nucleotidi e la direzione è opposta (3’-5’)

L’RNA polimerasi mette un pezzo di doppia elica dopo è possibile continuare a lavorare con la DNA polimerasi

(direzione 5’-3’).

Se noi sintetizziamo in questa direzione l’energia richiesta per fare il legame mi deriva dal nucleotide. Se sbaglio mi

fermo, stacco il nucleotide e mi ritrovo in una situazione simile a quella recedente. Se vogliamo far diventare parte

integrande del DNA un pezzo dobbiamo metterlo in informazione, ci sono delle sequenze che guidano il processo di

replicazione e poi verranno trasmesse per tutta la vita.

Gli studi su modelli più semplici hanno permesso di individuare le sequenze nucleotidiche dette origini di replicazione.

Origini di replicazione: punti dove inizia la replicazione. La DNA elicasi apre la doppia elica, riconoscerà la sequenza e da

li continuerà il processo di replicazione.

Esiste una sequenza nucleotidica da cui inizia sempre il processo di replicazione del DNA? Per far diventare parte

integrante di un organismo un pezzo di DNA come un segmento che deve essere replicato se esistono quindi queste

sequenze di inizio replicazione posso inserire queste sequenze in un DNA che voglio diventi patrimonio di un organismo

e questo lo replicherà in eterno.

Escherichia coli = formato da 245 paia di basi, se mettiamo questo gene nel DNA diventa parte integrante del nostro

DNA

SV40 (sinias virus 40) = è un virus che infetta l’uomo e la scimmia, viene quindi copiato dalla DNA polimerasi umana.

Queste sequenze verranno poi riconosciute dall’uomo in un DNA del virus viene copiato dal RNA polimerasi umane.

Non esiste una sequenza nel genoma umano dal quale inizia la replicazione questo perché nel genoma umano l’inizio di

replicazione è accoppiato con lo stato di compattazione del DNA la replicazione inizia prima . dove il DNA è meno

compatto ogni cellula quindi ha dei geni che esprimono in modo diverso e parti di inizio replicazione diverse. Anche il

lievito ha sequenze di inizio replicazione (ARS) autonome sequenze di replicazione.

Esiste un periodo temporale nella vita cellulare durante il quale il DNA viene copiato. Una cellula con DNA replicato

deve dividersi. Le cellule che non si dividono non replicheranno mai DNA, non potrà stare in una cellula DNA 4n senza

dividersi.

Una cellula umana a replicarsi sta circa 24h. il tempo che intercorre da quando nasce fino alla mitosi successiva prende

il nome di ciclo cellulare. 11

Mitosi successiva: cioè quando lui non esisterà più perché avrà dato vita alle due cellule figlie

Ciclo cellulare: questo periodo di tempo dura 24h all’interno c’è una finestra di tempo dedicata alla replicazione del

DNA che dura 8h (nelle cellule umane).

MOMENTI DELLA VITA CELLULARE:

1. Mitosi

2. Fase di sintesi del DNA

a) Fase G1: accrescono la loro dimensione e ricevono le informazioni che devono stabilire se la cellula

deve dividersi o meno (se per esempio abbiamo una crescita incontrollata senza seguire le

informazioni si parla di tumore. Le cellule replicano DNA indipendentemente dalla necessità

dell’organismo)

b) Fase S: si duplica il DNA

c) Fase G2: periodo di tempo prima che la cellula si separi fisicamente nelle due cellule figlie, ricontrolla

di nuovo la qualità delle replicazioni cioè di non aver fatto errori, fa un ulteriore verifica della fedeltà

della replicazione oltre alla DNA polimerasi.

La mitosi è un processo molto rapido, dura circa 1h poi devono passare altre 24h per avere un’altra mitosi.

Replicazione estremità cromosomi (telomeri)

TELOMERI hanno implicazioni per la funzionalità dei tessuti. Piccole porzioni di DNA che si trovano alla fine dei

cromosomi, molto instabili, si degradano sono formati da sequenze nucleotidiche ripetute centinaia di migliaia di volte.

Servono a dare stabilità al cromosoma e sono dette “elementi strutturali importanti”.

L’enzima telomerasi è particolare perché fa DNA, sintetizza un filamento di DNA usando come stampo RNA.

A partire da RNA si crea/sintetizza DNA. Si parla quindi di TRASCRITTASI INVERSA. 

Scoperti nei primi anni ’70 virus che portano il tumore negli animali. Es: SARCOMA POLLO infettano una cellula

dell’animale. Esso sviluppa un tumore trasmissibile per infezione. Tutti i polli morivano per tumore al tessuto muscolare

ed è nel primo 900 si sono accorti che questo era dovuto all’infezione di un virus ed è per questo che non riuscivano a

controllare il fenomeno negli allevamenti, ma non è solo un problema del pollo: anche i topi, le scimmie hanno dei virus

ad RNA che producono il tumore anche nell’uomo.

Anche l’uomo ha un virus che provoca il tumore, ma molto raro, con genoma a RNA mentre quello con DNA, ad

esempio, è il PAPILLOMA VIRUS che è molto più frequente.

Virus a DNA:

 Papilloma

o Siccome è un virus è stato possibile creare un vaccino che lo neutralizza ed elimina quindi il tumore

o 1^ causa di morte per tumore nel terzo mondo

 Epatite

 Mononucleosi o epstein barr virus

I virus a RNA sono frequenti con genomi a RNA che possono essere a doppia elica come il virus del raffreddore. Noi

siamo abbondantemente difesi da meccanismo di difesa molto selettivi per proteggerci da questi virus perché abbiamo

nelle nostre secrezioni enzimi RNAsi proprio perché distruggono l’RNA e il nostro virus è tutto RNA.

Ci sono virus a genoma RNA a singolo filamento che, quando il virus entrava nella cellula, veniva copiato in una doppia

elica di DNA. Il virus che trasforma un filamento da RNA a DNA fa il lavoro inverso, per questo è detto TRASCRITTASI

INVERSA.

Ci sono anche nell’uomo dei RETROVIRUS PATOGENI (anche nell’uomo), come l’AIDS, che un soggetto si porta poi avanti

per tutta la vita.

AIDS

Sindrome da immunodeficienza

 Il virus non fa l’azione patogena direttamente ma infetta una sub-popolazione di linfociti (importanti per la

difesa immunitaria) che perdono azione, muoiono e quindi i soggetti si ammalano/infettano per ogni singola

cosa.

 Genoma RNA enzima trascrittasi inversa quando il virus entra dentro la cellula che ha infettato il suo enzima.

Gli copia l’RNA in DNA e il DNA si integra nel genoma della cellula infettata per cui il soggetto se lo porta avanti

per tutta la vita.

Quindi la cosa curiosa che sembrava limitata a patologie degli animali diventa un fatto patologico anche per l’uomo e

alla fine degli anni ’80 si scopre che la RETROTRASCRITTASI INVERSA, enzima che sembrava presente solo nei virus,

esiste anche nell’uomo e ha un ruolo importante nella gestione dei telomeri. Se noi abbiamo una sequenza di RNA

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complementare possiamo usarla come stampino per allungare il telomero di quanto vogliamo. La trascrittasi inversa

(telomerasi) riesce a sopperire il problema del primer perché è un multi-complesso. Insieme alle nuove unità c’è anche

una sequenza di RNA complementare al DNA telomerico che è moto semplice (6-7 nucleotidi che di ripetono sempre

per un numero elevato di volte).

Ha la trascrittasi inversa una sequenza complementare al telomero. Si posiziona sull’estremità del cromosoma e allunga

il telomero di quanto ha bisogno la cellula partendo da un segmento di RNA, e quindi questa sequenza può essere

copiata molte volte.

FIBROBLASTI: Sono delle sorta di cellule i emergenza. “tappabuchi” che si trovano sotto l’epidermide. Sono dette anche

cellule somatiche perché fanno parte del corpo del cromosoma (soma) , si possono dividere un numero limitato di

volte, circa 50.

Anche le cellule staminali adulte (per esempio la cellula che da origine ai globuli rossi che sta nel midollo osseo e poi

viene controllata dall’emopoietina e si divide più di 50 volte) avranno al loro interno il gene per la telomerasi. Se le

cellule hanno accesso all’espressione della telomerasi si dividono all’infinito e il fenomeno non si accorcia perché c’è

l’azione della telomerasi. Il telomero ha solo una informazione strutturale non scompare ma diventa sempre più corto,

quindi accorciandolo non si perdono informazioni perché non viene trascritto nessun gene. Nel corso dello sviluppo noi

perdiamo la lunghezza del telomero, nel corso della nostra crescita abbiamo perso le sequenze telomeriche.

GENE

È un segmento di nucleotidi di DNA che contiene l’informazione per svolgere una funzione. Per svolgere la sua azione

questa molecola deve essere copiata in RNA, il DNA è informazione. Un gene esplica la sua azione trascrizione, cioè

copiare segmenti di DNA in RNA. Non tutti i geni servono a un dato tipo cellulare in un dato momento, il primo

passaggio è la trasmissione.

TRASCRIZIONE = processo attraverso il quale da una coppia elica di DNA si forma un singolo filamento di RNA.

Esistono dei geni (geni non codificati) che hanno come prodotto solo RNA; perché esiste un altro gruppo di geni a cui

non basta diventare DNA, ma devono anche dare origine a un segmento di AA e quindi la proteina contiene mRNA.

m-RNA = geni che prevedono la produzione di RNA (+ proteina) e sono definiti codificanti.

Un gene viene ESPRESSO, quando esplica la sua azione ovvero il suo segmento di DNA viene trasformato in RNA. In

alcuni casi poi il segmento di RNA dovrà essere copiato in segmento di AA affinché esplichi la sua azione in certi casi

20.000 geni prevedono la costruzione di una proteina, 18.000/20.000 geni che prevedono RNA.

Nel processo di replicazione non ci sono più limiti quando parte copia tutta la sequenza nucleotidica dal primo all’ultimo

con eccezione dei telomeri. Non tutto il DNA viene trasformato in RNA, solo alcune parti di geni.

Non tutti i geni devono essere visti simultaneamente dalla cellula, per esempio una cellula muscolare non necessita di

produrre proteine per la memoria a lungo termine che è una prerogativa neuronale.

Un gene è fatto da segmenti di DNA che vengono copiati in RNA polimerasi solo dei geni che devono essere accesi a

seconda dell’esigenza della cellula. Quindi per l’RNA polimerasi si pone il problema di quali tratti deve copiare. Solo sui

geni accesi ci sarà il punto dove la RNA polimerasi potrà iniziare a copiare e un punto dove dovrà smettere. La sua

azione sarà limitata ad alcune zone.

ORGANISSAZIONE DEL DNA E COMPLESSITA’ DEL GENOMA

L’informazione nucleotidica si è espansa notevolmente nel genoma. L’espansione dei nucleotidi non è andata di pari

passo con il numero di geni. I geni sono 3.000 nell’escherichia coli noi ne abbiamo 23.000.

Non tutto il DNA è molecola informazionale, importante è anche il telomero e anche il centromero (regione del

cromosoma in cui i cromatidi sono a stretto contatto).

Tutte le sequenze di DNA che danno origine a RNA esplicati attraverso una proteina vengono chiamate sequenze

codificanti. Sono una minima parte però dei geni che le prevedono. Molte delle nostre sequenze producono dei geni

che sono RNA. Un numero molto alto di DNA di cui non sappiamo la costruzione si chiamano no coding RNA.

Molte sequenze di DNA sono regolative, regolano il processo di trascrizione, tutti i geni hanno un promotore cosa che

non serviva nei batteri (un promotore può controllare più geni) siccome il suo DNA è circolare e non può espandersi più

di tanto.

Negli eucarioti ogni tratto/gene ha un singolo promotore. Noi abbiamo per questo molte più possibilità di controllare il

processo della trascrizione rispetto a un batterio.

INTRONI: l’estensione del genoma è molto più lunga di quello che troviamo nell’RNA. I pezzi che vengono conservati

sono detti ESONI mentre gli introni sono quelli eliminati.

L’RNA polimerasi trascrive tutto all’inizio però avverrà qualcosa durante la quale verranno eliminati pezzi di questo RNA

messaggero. Quindi il gene formato da pezzi che codificano la proteina esoni e pezzi che non la codificano introni.

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Una proteina può anche essere spezzata da 70 introni diversi. Negli eucarioti più semplici ci sono dei geni discontinui

ma anche continui come nei batteri ma nell’uomo sono quasi tutti spezzettati.

A COSA SERVONO GLI INTRONI?

 Normale vita della cellula

Creare proteine diverse assemblando in modo differente gli introni. Il vantaggio di avere un gene spezzettato

mi permette di avere proteine diverse quindi non in tutte le condizioni un introne si comporta da introne e

viceversa. Quindi le proteine saranno diverse le une dalle altre e questo mi permette di avere un numero di

proteine molto più ampio rispetto al numero di geni.

L’introne invece se si comporta da tale viene degradato. È sorprendente come 23.000 geni codifichino tante

proteine.

 Nell’evoluzione

A creare nuovi geni assemblando esoni di geni diversi. È un vantaggio evolutivo la corrispondenza tra esone e

la parte di proteina che codifica è funzionale.

ORGANIZZAZIONE DEL GENOMA

HGP (the human genome project encode 2012)

Progetto di ricerca scientifica internazionale il cui obiettivo principale era quello di determinare la sequenza delle

coppie di basi azotate che formano il DNA e di identificare e mappare i geni del genoma umano trovati 20.687 geni

che producono proteine.

18.400 sequenze di RNA (geni RNA) trascritte che non verranno mai prodotte.

Larga parte del genoma viene trascritto (42%)

12% snps la differenza dei singoli nucleotidi che esistono nei diversi individui. Ogni individuo ha peculiarità in sequenze

che non condivide con nessun’altro.

SNDS = polimorfismo a singolo nucleotide. È una variazione del materiale genetico a carico di un unico nucleotide che si

colloca di solito a livello dei promotori dove ci sono i siti di legame dei fattori di trascrizione e dove ci sono siti di

controllo di cromatina aperta.

FATTORI DI TRASCRIZIONE: proteine modulari composte da segmenti che hanno funzione e struttura indipendenti l’uno

dall’altro anche se sono parte di una stessa catena polipeptidica.

CROMATINA APERTA: cioè poco compatta. È indice di una fase di trascrizione di geni cioè il più delle volte di produzione

di proteine.

Le grosse parti di differenze individuali stanno sui promotori.

DNA lungo 2m dove in un unico spazio di 50micrometri circa e quindi deve essere molto compatto. Un primo

avvolgimento è quello attorno agli ISTONI (proteine importanti che permettono l’attanagliamento del DNA attorno a se

stesso ricche dell’amminoacido lisina che contiene il gruppo amminico con carica negativa, DNA gruppo fosfato di carica

positiva.

 Primo livello di integrazione

 Fibra di cromatina che forma i nucleosomi

 Ripiegamenti asse e avvolgimenti DNA

 In particolari momenti bisogna impaccare ancora di più il DNA che è talmente compatto che c’è trascrizione

inattiva. Il cromosoma in fase mitotica a geni inattivi spenti.

GENI VS CROMOSOMI

Gene: porzione di DNA che contiene sequenze stabilite di nucleotidi nel caso degli eucarioti entro questa regione

definita geneticamente “gene” troviamo zone con proprietà di promotori, terminatori ed esoni.

I geni che si trovano su una stessa molecola di DNA con centromero e telomero viene definito cromosoma.

Acetilazione: prevede l’attacco grazie all’enzima acetiltransferasi che attacca il gruppo acetile.

L’azione di taglio tra l’ultimo nucleotide “esone” e il primo “introne” la rottura del legame è opera dell’RNA che si

comporta da enzima per questo viene detto riboenzima.

TRADUZIONE E SINTESI DELLE PROTEINE

RNA può essere esportato nel nucleo, arriverà poi nei citoplasma e si potrà decidere se usarlo o lasciarlo libero nel

citoplasma ma sempre sotto controllo.

La proteina poi si può produrre o influenzarne l’attività:

 50

l’RNA polimerasi di tipi diversi fattori di trascrizione di base gli stessi + o – in tutti i promotori

specifica controllano la trascrizione

Amminoacidi (20), nucleotidi (4) 14

Il processo di sintesi della proteina è molto conservato nell’evoluzione.

Come funziona il sistema?

Dobbiamo combinare l’informazione scritta nei 20AA.

Esiste una direzionalità 5’-3’

Se ne usiamo 1 e 1 possiamo montarne solo 4. Quindi si combina, facciamo combinazioni di 3.

Il codice genetico è universale perché le combinazioni di 3 AA sono uguali in tutte le specie. Se facciamo combinazioni di

3 nucleotidi ne creiamo 64 totali.

Sul t-RNA è attaccato un amminoacido, noi abbiamo 64 codoni ma poiché 3 vengono usati come segnale di stop e noi

consideriamo di avere 61 diversi t-RNA.

ANTICODONE: parte che dovrà legare 3 nucleotidi complementari e la parte più esposta perché li deve arrivare

l’aggancio con l’RNA messaggero.

L’incorporazione del corretto amminoacido nella proteina dipende:

 Dall’aggancio del corretto AA all’appropriato t-RNA

 Dalla specificità dell’apparato codone/anticodone

Il codice genetico vale per tutti, permette di fare proteine per tutti.

L’insulina viene fatta in questo modo, si fa l’insulina umana nel batterio perché il codice dell’insulina è universale.

Non possiamo però mettere il promotore nell’insulina umana. La combinazione codone/AA vale in tutti gli organismi

viventi.

Abbiamo 61 combinazioni:

i segnali di stop sono:

 AA

 UAG

 UGA

Ci sono amminoacidi per cui avviamo fino a 6 combinazioni e altri per cui ne abbiamo solo una.

Gli AA più frequentemente usati nelle proteine sono leucina e triptofano. L’appaiamento di basi codone/anticodone è

meno stringente, si possono fare appaiamenti tra la terza base e la prima. L’appaiamento tra le prime due è il più

importante.

Amminoacidi simili hanno codoni molto simili, questo permetterebbe di utilizzare l’AA più simile all’aspartico, per

esempio il glutammico a livello della III base ha l’anticodone a livello della I base il codone.

RIBOSOMA:

dall’unione sub-maggiore e sub-minore si crea una cavità dove stanno tre diversi t-RNA che legano i codoni dell’RNA

messaggero.

Interazione tra t-RNA e m-RNA avviene tra codone e anticodone quindi 3x3.

I ribosomi dei procarioti sono più piccoli di quelli degli eucarioti. Nel formare un legame peptidico attaccano gli

amminoacidi l’uno all’altro e l’RNA si comporta da enzima (riboenzima).

Tutte le proteine iniziano a essere trascritte da un dato codone detto codone di inizio (AUG) che codifica per l’AA

metionina.

La proteina verrà sostituita fino a quando non apparirà un codone che sarà il segnale di stop.

La parte 3’ non tradotta decide quando durerà nel citoplasma. Tutte le proteine cominciano con la metionina.

Tutti i geni hanno dove inizia la sequenza delle bandierine che ci fanno capire che quella è la zona di inizio di un gene.

Queste zone che si trovano sempre all’estremità 5’ si chiamano promotori, sono delle sequenze nucleotidiche che

promuovono il processo della traduzione. Il promotore è un elemento regolativo importantissimo senza il quale l’intera

sequenza non verrebbe copiata. L’RNA polimerasi non discrimina chi deve essere copiato e chi no, vede filamenti di

DNA e li copia in RNA, deve essere però guidata da fattori di trascrizione cioè proteine che riconoscono i promotori sui

geni. Il promotore sta sempre al lato a monte 5’, tutta la regolazione delle scelte di una cellula inizia dalla scelta di quali

geni trascrivere. Molte delle performance sportive dipendono da che sequenza uno ha che gli regolano i geni.

Parti regolative = sequenze che influenzano la parte di prodotto che verrà generata non verranno trascritte come

promotore ma sono importanti per decidere quando trascrivere un gene.

Senza un promotore un organismo non potrà venir mai creato.

Per convenzione i nucleotidi vengono numerati dal sito di inizio trascrizione (-35) più distanti siamo dal sito di

trascrizione più il numero aumenta.

Se dobbiamo copiare un filamento nucleotidico, per prima cosa dobbiamo aprire la doppia elica di DNA, ci sarà una fase

nella quale dobbiamo aprire l’elica altrimenti non abbiamo la possibilità di leggere i nucleotidi.

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Fattori di trascrizione sui promotori lo riconoscono, richiamano la DNA polimerasi che riconosce il promotore e apre la

doppia elica.

ORGANIZZAZIONE DEL GENOMA

Il filamento che si copia può avere un orientamento diverso nella doppia elica pur dirigendosi sempre in direzione 5’-3’.

 Ro dipendente.

Bisogna coinvolgere una proteina “Ro” che si attacca al filamento di RNA e scorre in direzione 5’-3’ dietro

all’RNA polimerasi che poi comincerà a rallentare finché non si stacca dalla doppia elica. Per far rallentare

l’RNA polimerasi bisogna che faccia più fatica ad aprire l’elica perché ci sono legami più forti cioè ci sono più G

e C.

 Noi trascriviamo in RNA la sequenza di terminazione.

RNA polimerasi copia il segmento che contiene la sequenza di fine trascrizione, l’RNA assume una forma strana a

forcina, che fa in modo che poi si stacchi. “stand loop”.

Dal punto di vista funzionale viene favorito questo appaiamento C-G.

C’è un gruppo di fattori di trascrizione che possono agire positivamente ma ci sono anche dall’altro lato dei fattori di

trascrizione negativi dei repressori.

Di solito su II i promotori agiscono entrambi e questo mi permette maggiore possibilità di controllo del processo.

REGOLAZIONE DELLA TRASCRIZIONE

Ormoni steroidei (aldosterone, testosterone)

Sono molecole che funzionano in maniera ridotta, hanno funzione sistemica, sono prodotti da ghiandole endocrine.

L’ormone ha la capacità di regolare l’espressione di certi ceni. L’ormone steroideo controlla direttamente la reazione.

Il processo di traduzione come tutti i processi può essere diviso in tre momenti:

 Fase inizio

 Fase allungamento

 Fase finale

Tutti questi movimenti sono controllati, accompagnati da proteine. Subunità minore si attacca e comincia a scorrere

lungo l’RNA messaggero finché il codice riconosce l’anticodone dell’RNA messaggero perché complementare.

RIBOSOMI: 

3 diversi t-RNA stanno al centro del ribosoma saranno esposti 9 nucleotidi di mRNA

anti

ANTIBIOTICI vita

Molecole che servono a impedire la crescita cellulare hanno una certa selettività possono essere prodotti naturali o

artificiali.

Nel 1920 viene scoperto il primo antibiotico “penicillina” da Flemming. Ha un’azione mirata contro una struttura

particolare del batterio (parete batterica)quindi è un antibiotico.

Antibiotici e sintesi proteica

È caratteristica di tutte le cellule non solo dei batteri (alcune caratteristiche della sintesi proteica sono diverse per i

nostri enzimi e per gli enzimi batterici) ma molti antibiotici sintetizzati in laboratorio sono molecole che hanno come

bersaglio la sintesi proteica al batterio se usiamo antibiotici con dosaggi più alti fanno la sintesi proteica batterica anche

nelle cellule umane.

Resistenza ad antibiotici = un antibiotico deve essere efficiente e deve bloccare o rallentare la crescita dei batteri. Molti

degli antibiotici più comuni agiscono sui componenti della sintesi proteica dei batteri.

I batteri acquistano resistenza per cui un utilizzo sconsiderato dell’antibiotici nella popolazione è dannoso.

La resistenza è un problema tipico in ambienti dove si fa largo uso di antibiotici come gli ospedali. Con un'influenza

virale un antibiotico non ha nessun effetto anzi, ha effetti negativi, prevale lo sviluppatore di resistenza.

MATRICE EXTRACELLULARE

Come si rapportano le cellule con quello che hanno intorno?

Nei nostri tessuti una cellula può trovarsi:

 Vicino ad un’altra cellula

 Circondata da un ambiente acquoso intorno

 In una matrice extracellulare (proteine, zuccheri complessi, ecc)

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Sono tessuti che fanno da impalcatura intorno alla cellula. La matrice è una sostanza organica e

inorganiche che riempie gli spazi tra le cellule dei tessuti, per esempio cartilagine, tessuto osseo, una

cellula intorno ad essa non una cellula ma un ambiente che chiamiamo matrice extracellulare fatta da

proteine, Sali, zuccheri.

Le cellule sono sempre immerse in un ambiente e il loro comportamento dipenderà dal tipo di

informazioni che arrivano loro da questo ambiente.

A seconda della qualità di matrice che troviamo e i diversi tessuti possiamo fare delle categorie:

 E.C.M. abbondante:

o Connettivi hanno tanta matrice cellulare infatti le cellule sono molto separate una dall’altra

 E.C.M. ridotta: 

o Epiteliali le cellule sono molto vicine perché devono creare della superficie di separazione. Es: gli

epiteli, cioè poca matrice.

o Nervosi sono molto eterogenei anche loro hanno matrice.

le

o Muscolari cellule sono talmente in contatto che si fondono. Perdono così la loro identità nel caso

del muscolo scheletrico.

NB: Tutti i tessuti hanno matrice extracellulare ma in quelli connettivi è particolarmente evidente la cosa perché le

cellule sono molto separate.

Le diverse funzioni sono soddisfatte da diverse combinazioni di proteine e carboidrati:

FUNZIONE:

 Strutturale = collageni, elastina, proteoglicani.

 Adesiva = fibronectina laminina

COLLAGENE: come è fatto dal punto di vista molecolare?

Formato da tre subunità (substrati) avvolti in una struttura elicoidale.

Il collagene viene sintetizzato nel reticolo endoplasmatico e come precursore ha il procollagene.

RETICOLO ENDOPLASMATICO: viene prodotto in una forma immatura. Procollagene che poi subisce cambiamenti una

volta rilasciato all’esterno.

3 molecole di collagene associate tra loro formano una struttura che si avvolge su se stessa formando il TRIMERO a

struttura α elica.

TRIMERO: una volta secreti nell’ambiente esterno i trimeri di collagene si associano tra loro formando la FIBRILLA. Tutte

queste fibre sono ideali per resistere alla TRAZIONE sono quindi abbondantissime nei tendini.

SITUAZIONI PATOLOGICHE PER DEFICIT COLLAGENE

 Pelle ipersensibile. Può essere di diversa origine, manca l’enzima che taglia la sequenza carbossile terminale

quindi se non vengono tagliati non si forma il codone.

 Scorbuto (situazione patologica ambientale) dovuto a fattore ambientale, mancanza di vitamina. C’è qualcosa

nella dieta che da si che i cavi di collagene non siano ottimali.

Questa patologia si verifica perché non si idrossilica la prolina (AA). Se noi abbiamo carenza di vitamina C il

ferro contenuto si ossida, le eliche non sono più beh fatte e quindi è difficile formare i cavi.

PROTEOGLICANI: hanno una funzione strutturale paragonabile al collagene ma mentre il collagene resiste alla

tradizione i proteoglicani contrastano lo stiramento, hanno la funzione di resistere alla compressione. È una classe

eterogenea di composti il più semplice è l’acido ialuronico. ( è una molecola semplice ma grande, lunga catena di

disaccaridi che si ripetono in maniera monotona.) è una molecola molto carica negativamente quindi richiama molta

acqua. Danno turgore ed è più resistente alla compressione quindi queste molecole sono particolarmente presenti nelle

articolazioni, sono anche depositi per i fattori di crescita che fanno sviluppare l’acqua e per questo agevolano il

percorso di idratazione. Un proteoglicano più complesso dell’acido ialuronico è l’aggrecano principale proteoglicano

della cartilagine articolare.

MEMBRANE E TRASPORTO

Trasporto nella membrana 17

La membrana normalmente impedisce il movimento dei soluti, l’H₂O per esempio può passare e questo crea delle

problematiche alla cellula a seconda della concentrazione acquosa che la circonda. Le a condizione ideale è che la

cellula è che abbia una concentrazione di soluti citoplasmatici identica a quella dell’ambiente esterno si dice quindi

isotonica. Se la concentrazione isotonica cioè stessa molarità dentro e fuori non c’è passaggio di acqua. Se mettiamo

invece la cellula in una soluzione ipertonica con più soluti del citoplasma interno l’H₂O tende a uscire di più dalla cellula

perché tenderebbe ad abbassare la soluzione di ioni diversa all’interno della cellula e tende a raggrinzire fino a morire.

Se mettiamo invece la cellula in una soluzione ipotonica succede l’opposto, l’H₂O tende a entrare e la cellula si gonfia

fino a scoppiare.

La cellula normalmente vive in una soluzione isotonica, dove la concentrazione dei soluti è uguale a quella del

citoplasma, il volume della cellula rimane costante perché il flusso dell’H₂O che entra è uguale a quello dell’H₂O che

esce.

COME UNA CELLULA SCAMBIA MATERIALE CON L’ESTERNO?

Trasporto (attraverso una plasmomembrana)

 Attivo o diffusione facilitata (con consumo energetico)

 Passivo (senza consumo di energia) perché l’energia è il gradiente di concentrazione

 Diffusione la molecola passa liberamente la plasmomembrana solo in base alla differenza di concentrazione

 

Gradiente di concentrazione per l’O₂: globulo rosso citoplasma mitocondrio

La cellula possiede delle proteine che permettono il trasferimento di certe sostanze dette proteine transmembrana o

PERMEASI. È una proteina che permette la permeabilità o attraversamento della plasmomembrana a una molecola che

normalmente non potrebbe attraversare la plasmomembrana.

I trasportatori sono molecole molto complesse di molti non sappiamo neanche la struttura terziaria o quaternaria. Se

facciamo allenamento il muscolo ha bisogno di più zucchero per produrre più ATP.

Tutti questi trasportatori li classifichiamo in un gruppo di proteine PERMEASI.

 Proteine trasportatrici (per tutte le altre molecole)

 Proteine canali

Ci sono delle specifiche permeasi che si chiamano proteine canale che funzionano in maniera specifica per gli

ioni in particolare

Queste proteine:

 Sono saturabili non c’è bisogno di energia agiscono seguendo il gradiente di concentrazione. La velocità

aumenta in rapporto al gradiente di concentrazione fino a un certo punto quando raggiungono la massima

capacità di lavoro non aumentano la velocità di trasporto.

 Specificità. Ognuna è dedicata al riconoscimento di una specifica molecola o ione e determina

l’attraversamento solo di questa.

Si può però fare una seria distinzione per le proteine trasportatrici su come avviene il trasporto e l’atteggiamento.

PROTEINE TRASPORTATRICI

 Uniporti (GLUT1)

 Simporti (epitelio intestinale)

 Antiporti

I microvilli devono assorbire in tutti l’organismo, il glucosio deve essere assorbito da queste cellule che hanno già tanto

glucosio ma lo devono assorbire comunque.

Doppio gradiente +nel citoplasma – nel torrente ematico

- nel citoplasma + nel torrente ematico

Il flusso continuo della cellula è mediato da due cellule diverse.

Un uniporto particolare: le proteine canale, chiamate così perché generano un canale acquoso che genera la

plasmomembrana. Le proteine canale creano dei canali selettivi nella plasmomembrana, esistono delle proteine canale

anche per l’H₂O chiamate acqua proteine (che sono dei canali dove l’H₂O passa più rapidamente con la diffusione).

L’H₂O non passa in modo efficace per la plasmomembrana. Ci sono i canali ionici che permettono il passaggio di ioni

sodio, calcio, cloro, potassi che non saranno mai aperti ma solo per delle frazioni di secondo con dei segnali chimici il

segnale si aprirà: questi canali vengono usati per la comunicazione intercellulare.

I canali controllati da voltaggio sono quelli controllati da correnti servono a far comunicare zone molto distanti della

cellula stessa. Quindi non vengono aperti e chiusi da un segnale ma dalla proteina di una corrente.

La specificità dei canali ionici l’H₂O resta intrappolata nel gruppo carbossilico.

18

Come funziona il trasporto attivo?

Nel trasporto attivo c’è bisogno di ATP perché ci si muove contro gradiente di concentrazione, le proteine/enzimi che

+

agiscono in questo contesto cono chiamate pompe. per esempio la pompa sodio potassio (Na-K). Gli ioni Na sono

+

concentrati verso l’esterno della cellula mentre quelli K sono concentrati all’interno. Anche il calcio che ha un forte

gradiente tra citoplasma e reticolo endoplasmatico. Nel RE c’è più calcio che nel citoplasma perché c’è una pompa

ATPasica che spinge il calcio in continuazione nel lume del RE.

In tutte le cellule del nostro organismo esiste sempre una diversa concentrazione di ioni, questa differenza la cellula

deve produrre in continuazione spingendo il potassio contro il gradiente di concentrazione. tutte le cellule usano

sistemi complessi per avere una concentrazione di ioni versa da quella dell’ambiente esterno. Poiché gli ioni sono

molecole cariche, questo determina la creazione di un gradiente elettrico attraverso la plasmo membrana.

Ci sono due membri importanti in campo medico di trasportatori ABC.

 MDR (multi drug resistence)

a-specifico riconosce molecole tossiche per solubilità dalla cellula e le espelle fuori dalla cellula. È positivo per

la cellula. quello che accade in casi di chemio-resistenza (resistenza alla terapia) è che le cellule pompano

fuori il farmaco con maggiore forza e quindi diventa inutile. Conferiscono resistenza non specifica a diversi

farmaci.

 CFRT

Regolatore del trasporto del cloro legato alla fibrosi cistica. Il gene che modifica questo trasportatore è mutato

per chi ha la fibrosi cistica. (malattia frequente nei caucasici, la malattia è invadente. I soggetti subiscono infatti

continue infezioni nel tratto respiratorio perché il muco è molto più denso. Prodotto dalle cellule e crea anche

problemi nel tratto gastro-intestinale. Questa è una malattia recessiva ma ha un’alta insorgenza(1/2.500)

anche se è recessiva. Una malattia così grave è invalidante , il paziente non si riesce a riprodurre, quindi in

teoria non dovrebbe essere così frequente come invece è. Se è così frequente vuol dire che nella mutazione

c’è qualche vantaggio, una cosa simile avviene anche per l’anemia falciforme, molto diffusa in particolari aree

soggette ad infezioni per malaria. Nel caso della fibrosi cistica gli eterozigoti che hanno una sola copia del gene

mutato e quindi non hanno la malattia, hanno una grossa resistenza al colera.

 

Anemia falciforme vantaggio per eterozigoti resistenza alla malaria

 

Fibrosi cistica vantaggio per eterozigoti resistenza al colera

CITOSCHELETRO

Struttura che conferisce la forma alla cellula. Formato da proteine e diversi gruppi di esse che si organizzano in diversi

gruppi.

1. Filamenti intermedi

2. Microtubuli

3. Microfilamenti

Tutte le cellule hanno il citoscheletro formato da questi 3 elementi.

CHE FUNZIONI DEVE SVOLGERE?

Le cellule hanno delle forme che devono essere diverse, e ogni forma è legata alla funzione che la cellula deve svolgere.

Il citoscheletro deve potere essere modellato dalla cellula per cambiare la forma della cellula stessa.

Deve avere una duplice funzione:

1. Formare strutture rigide, di sostegno, delle impalcature

2. Allo stesso tempo queste strutture devono poter essere ri-arrangiate in ogni momento.

La cellula ha quindi necessità di avere una struttura rigida di sostegno ma allo stesso tempo modificabile e questa

esigenza viene soddisfatta dal citoscheletro mediante la tecnica del “mattoncino lega”.

Polimerizzazione

 Filamento (mattoncini complessi)

 Monomeri (mattoncini singoli)

3 tipi diversi:

~ ACTINA (microfilamento): lo spessore è 1nm, il più sottile per questo è detta anche microfilamento.

TIBULINA (macrofilamento): quando assembla monomero a formare il filamento, assembla una

struttura con cavità all’interno chiamata microtubulo. Qualcuno lo chiama anche macrofilamento

perché è sessa 15-20 nm. 

Actina e Tibulina sono proteine molto conservate nell’evoluzione. Actina uomo/lievito formano

filamenti identici. Tibulina identiche per ogni tessuto dell’organismo.

19

Ogni tipo ha un gene diverso che codifica per una proteina diversa dei filamenti intermedi e quindi i

geni hanno tutti nomi diversi.

Per esempio: la cheratina forma i filamenti intermedi caratteristici delle cellule epiteliali. Nel tessuto

muscolare non troviamo più la cheratina ma la desmina. Se invece andiamo sotto la pelle, nel derma,

la proteina si chiamerà vimentina, che assomiglia alla cheratina ma forma dei filamenti diversi.

~ FILAMENTI INTERMEDI: ci sono tanti tipi di cheratine diverse, possono essere Hard o Soft. Sono gli

unici filamenti che prevedono l’organizzazione di una struttura all’interno del nucleo, c’è un

particolare tipo di filamento intermedio che si trova nel nucleo delle cellule e prende il nome di

LAMINA NUCLEARE ed è prodotta da un processo di polimerizzazione.

Un dominio glomerulare è presente sia all’estremità dei carbossi che ammino terminale. Sono zone di

regolazione della polimerizzazione/depolarizzazione a seguito di fosforilazioni.

Dominio centrale a bastoncino a forma di α elica. È una struttura ad EPTADE 7AA ripetuti per

caratteristiche biochimiche (es: 1 e 4 sono sempre idrofobici).

Le sequenze ripetute ad eptadi favoriscono la formazione di DIMERI.

Steps della formazione del filamento:

1. Regione ad elica del monomero

2. Dimero a spirale ritorta

3. TETRAMERO DI DUE DIMERI, fosfati e arti paralleli.

TETRAMERO l’amminoterminale di un dimero guarda il carbossiterminale

dell’altro dimero. Il filamento intermedio è apolare e non presenta diversità alle due

estremità che sono indistinguibili.

4. Due tetrameri uniti in filamento con le estremità sfasate contrapposte.

Actina, microtubuli e filamenti intermedi hanno una posizione diversa all’interno della cellula perché svolgono funzioni

diverse.

I filamenti intermedi sono molto abbondanti in cellule che richiedono notevole resistenza allo stress meccanico come

quelle della pelle. Più filamenti intermedi poi vengono messi in condivisione dalle singole cellule, sono come dei mezzi

di comunicazione attraverso i desmosomi.

Più tetrameri si collegano tra loro per formare il filamento, ci sono molti punti di contatto tra i vari amminoacidi dei

diversi tetrameri.

Qual è il ruolo della desmina per le cellule muscolari?

Rimuovendo la proteina si può capire cosa succede in assenza di essa. Sequenziando delle cellule embrionali di topo si

toglie il gene, poi le si inietta in un topo senza, creando un animale pesantemente modificato. Si è notato che il topo

così nasceva normalmente non presentando differenze alla nascita, con il topo con il gene anche se da adulto si

riscontravano alcune disfunzioni muscolari, era comunque sempre compatibile con la vita.

FILAMENTI INTERMEDI

 CITOPLASMATICI

~ Cheratine negli epiteli

~ Vimentina e vimentino-simili nel tessuto connettivo, muscolare

~ Neurofilamenti, cellule venose

 NUCLEARI

~ Lamine nucleare in tutte le cellule animali

Per esempio sindrome di Bermens

Esiste una malattia genetica molto rara che causa un invecchiamento precoce, in geni mutati rappresentati da questa

malattia invecchiano rapidamente perché il loro DNA accumula mutazioni con un tasso molto elevato

NB: questi pazienti hanno delle mutazioni nel gene per le lamine nucleari.

Ogni tipo cellulare ha un suo specifico tipo di proteina. La situazione di filamento dell’actina nel muscolo è congelata,

c’è pochissima rigidità, già nel muscolo liscio non c’è il sarcomero.

POLIMERIZZAZIONE DELL’ACTINA

Può essere studiata in laboratorio in modo molto semplice.

Il processo di polimerizzazione viene bene con l’ATP. L’actina si può considerare un enzima per certi versi infatti

idrolizza ATP anche se in maniera molto lenta. Risulta quindi poco efficiente perché la velocità di idrolisi è bassa.

La miosina per esempio ha una velocità di idrolisi molto più alta ma anche l’actina è una ATPasi, idrolizza infatti ATP

anche se con una velocità molto molto bassa. 20

I monomeri devono tutti essere disposto in un certo ordine, orientare tutte queste molecole nello stesso verso è molto

difficile perciò all’inizio richiede molto tempo, poi deve solo attaccarli e questo è molto più semplice e quindi richiede

meno tempo.

C’È UN COMPORTAMENTO DIVERSO NELLA CAPACITÀ DI ATTACCARSI AL NUCLEO?

Si, perché il filamento è diverso, è polare cioè le due estremità sono diverse. Questo fatto implica che l’incastro può

avere affinità diverse, essere più o meno efficiente. La capacità è diversa a seconda delle diverse superfici di

intersezione. Nella fase di equilibrio la lunghezza del filamento non cambia la concentrazione di monomero oltre la

quale non viene prodotto più filamento viene chiamato concentrazione critica.

CONCENTRAZIONE CRITICA = al di sotto di essa non è più possibile creare un filamento, ed è quindi quella che

polimerizza meno cioè difficilmente. La lunghezza del filamento è sempre la stessa solo che io attacco e tolgo

continuamente come un tapis roulant. l’estremità negativa perde monomeri mentre quella positiva continua ad

acquistarne. Tutte le attività delle varie proteine sono coordinate perché funzionali all’accorciamento.

TROPOMIOSINA = proteina specifica del tessuto scheletrico, non la troveremo da nessun’altra parte.

RUOLO DELL’ATP NELLA REGOLAZIONE DEL PROCESO DI POLIMERIZZAZIONE:

l’actina è come una conchiglia, nel solco tra le due vulve si idrolizza ATP. Quando l’actina idrolizza ATP le valve si

chiudono e dentro è legata la molecola di ATP. Per il processo di polimerizzazione dobbiamo avere le valve aperte e

dopo un po’ che l’actina è nel filamento continuerà ad idrolizzare ATP e nel filamento di actina ci sarà soprattutto actina

ATP, se è molto veloce.

Creiamo polimeri di actina ADT che poi se aprono le vulve diventa actina ATP. C’è la proliferina che ha il compito di

aprire le valve.

SISTEMA DELL’ACTOMIOSINA

Enzimi che come l’actina idrolizzano l’ATP e sono rapidissime, l’idrolisi dell’ATP è stimolata dall’interazione con l’actina.

Le miosine sono molto simili per la parte amminolaterale (testa), poi c’è la regione chiamata cerniera (o collo) che è

molto mobile. La coda può essere molto diversa, può essere più o meno lunga. (coda α elica permette l’interazione tra

una regione di una miosina con quella di un’altra formando dimeri).

Le catene leggere hanno una funzione regolativa per la miosina di idrolizzare ATP è reagire con l’actina.

Nel muscolo striato le catene perdono importanza perché entra in gioco un altro meccanismo che dipende dalla

proteina tropomiosina.

La miosina I (di tipo uno) serve a regolare i flussi di endocitosi, l’ultimo tratto del percorso entra in gioco l’actina quindi

tutto il movimento actina/miosina avviene per l’azione di questi due. Ci sono casi di sordità dovuti all’alterazione di

ciglia di actina e miosina. Il sito di legame dell’actina e sito legame dell’ATP sono molto vicini.

Questi enzimi definiti MECCANOENZIMI sono capaci di produrre movimento, se blocchiamo il meccanoenzima si muove

il filamento altrimenti blocchiamo il filamento e si muove il meccanoenzima. Nel muscolo il meccanoenzima è fissato e

agendo sul filamento di actina si muove perché quello fatto di miosina è immobile.

FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA = ADP diventa ATP nel mitocondrio.

Quando la miosina lega ATP non lega actina.

Tubulina: simile all’actina, lega il nucleotide. Ha un enzima che molto lentamente idrolizza il GTP. Lo stesso vale per la

polimerizzazione della tubulina. L’idrolisi è lenta quindi avviene verso l’interno del microtubulo. La tubulina con GTP

legato è molto meno efficace nel processo di polimerizzazione. Analogamente ai filamenti di actina, anche la tubulina

forma il filamento incastrando le due superfici in maniera diversa quindi l’incastro riesce di meno.

Le estremità negative e positive hanno capacità di polimerizzazione diversa. Negativa di meno e positiva di più.

La tubulina è fatta da due subunità, α e β. Solo la β ha attività enzimatica: idrolizza ATP e GTP.

Ci sono alcune strutture formare da microtubuli speciali, ciglia e flagella, servono a regolare il movimento perché sono

 

strutture che si muovono. Ciglia generalmente sono tante. Il microtubulo è incompleto. Flagelli solo uno.

CENTRIOLI: formati da triplette di microtubuli uno completo e due incompleti.

CAPACITÀ DI POLIMERIZZARE NELLE ESTREMITÀ NEGATIVE E POSITIVE ALL’INTERNO DELLA CELLULA

La polimerizzazione di actina e miosina è come una polimerizzazione tra polimero e monomero.

Actina = concentrazione all’interno della cellula = 200 µmoli

Tubulina = concentrazione all’interno della cellula = 7 moli 21

All’interno della cellula le estremità negative vengono chiuse, non entrano in gioco, c’è una proteina, la tubulina gamma

che forma come un anello e chiude le estremità negative, questa proteina sta in un punto preciso nel citoplasma in una

zona vicina al nucleo detta centro organizzatore di microtubuli solo in quella zona è presente la proteina gamma.

Non possibile formare microtubuli se non si chiude l’estremità negativa, ne deriva che le estremità negative sono tutte

la perché non si possono formare microtubuli in altre parti della cellula, tutte le zone positive sono lontane.

Abbiamo creato un ordine spaziale all’interno della cellula, abbiamo creato il sistema di viaggio della cellula, questi

microtubuli sono come delle strade, c’è un movimento interno ed uno esterno.

Per esempio:

 La vescicola sa di entrare perché si lega ai microtubuli e viene mossa verso la direzione giusta perché dall’altra

parte c’è l’estremità negativa.

 L’apparato del Golgi si trova in una posizione fissa grazie alla presenza di microtubuli che lo tirano in

continuazione in quella data posizione.

Chinesine e dienine sono come meccanoenzimi ma un po’ diverse.

MUSCOLI

SARCOMERO = unità minima del citoscheletro di actina e miosina. Le cellule del muscolo scheletrico che si accorciano e

si allungano. Tutte le cellule del nostro organismo hanno actina e miosina, però solo nel muscolo forma filamenti spessi.

Si viene a creare una struttura ordinata dei filamenti detta appunto sarcomero.

Strisce Z = linee nere = zone dove sono concentrate molte proteine.

Tropomodulina = proteina accessoria che tappa l’estremità negativa.

Nel citoplasma c’è molto meno calcio di quanto ce ne sia nel lume del reticolo. Se aumentiamo il calcio nel citoplasma

succede qualcosa perché la cellula è strutturata per averne molto poco. Il segnale chimico (acetilcolina) può diffondere,

trova un recettore, l’acetilcolina che è un canale ionico e quindi avviene un cambio di potenziale di membrana sulla

cellula muscolare.

La cellula muscolare è tutta specializzata in modo da ottimizzare la risposta allo stimolo. Una proteina sta nel tubulo T

una sul reticolo plasmatico, queste proteine si contattano. Il canale del calcio che è nel tubulo T in contatto con quello

del reticolo endoplasmatico, quando si apre, fa fuoriuscire calcio.

3 sistemi:

 Recettore dell’acetilcolina

 Canale cellula tubulo T

 Canale del calcio che sta nel reticolo endoplasmatico

L’apertura di questo fa aumenta il calcio nel citoplasma. Avviene solo dopo l’apertura degli altri due.

Il calcio permette la contrazione perché regola la

troponina. ++

L’aumento del Ca nel citoplasma è l’evento che

scatena la contrazione muscolare (ossia

l’interazione actina/miosina)

Il canale del calcio si apre a seguito dell’apertura

di un altro canale che sta nel tubulo T, si sente

un cambiamento di forma e il canale fa sentire la

contrazione. Il canale si apre perché c’è un

cambio del potenziale di membrana permesso

dall’acetilcolina (ACH), solo l’apertura dell’ultimo

canale fa avvenire la contrazione. Il calcio è

fondamentale per la contrazione del muscolo

perché permette l’interazione tra la testa della

miosina e l’actina. L’actina funge da sito di

aggancio della testa della miosina che interagisce

con l’actina a seconda che sia legata o meno con 22

AMP e ADP. Quando la testa della miosina lega l’actina è senza ATP (questo spiega il rigor mortis, rigidità dei cadaveri,

perché non c’è ATP).

Nella contrazione il calcio è l’elemento decisivo, non lo sarò mai l’ATP. Il sito di legame miosina su actina è un solco, se il

muscolo non si deve contrarre, è coperto da una proteina (tropomiosina) e si posiziona proprio nel punto dove la testa

della miosina dovrebbe entrare per legare l’actina.

C’è una subunità che è capace di legare il calcio, questo deforma lo scivolamento della tropomiosina lungo il filamento.

Il calcio lega la tropomiosina che cambia forma e si sposta.

Miosina e actina non possono interagire se non c’è il calcio perché altrimenti la superficie è occupata dalla

tropomiosina, essa impedisce alla miosina di legarsi all’actina. In assenza di calcio la miosina non può interagire. Il

tessuto muscolare è specializzato, vengono organizzate strutture che non troviamo in altri tipi cellulari, come il

sarcomero. Le cellule muscolari del nostro organismo sono di diversi tipi:

 Scheletriche

Sono simili alle cardiache ma diverse perché sono ancora più specializzate e non sono una singola cellula ma

cellule giganti che si sono fuse tra loro a partire da dei precursori, i mioblasti. Mioblasti = cellule che non hanno

ancora un’organizzazione definita in sarcomero, ma hanno già ricevuto l’informazione per fare la fusione del

sarcomero.

 Cardiache

 Lisce

Legate alla permeabilità dei vasi, alla regolazione della pressione e non presentano una struttura organizzata di

actina e miosina come nel sarcomero. Mioepiteliali = possono ancora proliferare quindi danno origine ad altre

cellule.

Quali sono i fattori di trascrizione importanti per decidere che una cellula deve diventare muscolare?

Ci sono stati molti studi su questo, già negli anni 90 sono stati scoperti i geni responsabili del programma differenziativo

muscolare. Nel processo di differenziamento prendiamo un fibroblasto, ci mettiamo un fattore di trascrizione

forzatamente e la cellula diventa muscolare.

Un tessuto muscolare adulto difficilmente può rigenerare altro tessuto muscolare. Il fegato per esempio può rigenerare,

un pezzo messo in un ricevente può rigenerare. Anche la pelle se il taglio è piccolo; mentre il muscolo ha poca capacità

di rigenerarsi, le cellule infatti sono fuse l’una all’altra e hanno quindi perso l’identità cellulare. Esisterà una cellula

staminale che dividendosi da origine a mioblasti ancora capaci di proliferare ma allo stesso tempo accendono

determinati geni. Mioblasti poi perdono a plasmomembrana, organizzano il sarcomero e prendono il nome di miotubuli.

Miogenina = fattore di trascrizione coinvolta nel passaggio da mioblasto a miotubulo.

Ci sono dei modelli di animali in cui abbiamo tolto il gene per generare animali in cui è assente il gene di cui vogliamo

studiare la funzione. Il tessuto muscolare si forma lo stesso, c’è qualche effetto.

Togliendo il gene MyoD, il topo nasce senza difetto e lo stesso vale per MyF-5 ma se li togliamo entrambi (MyoD e MyF-

5) si genera un animale che non possiede più tessuto muscolare. Se invece togliamo il fattore di trascrizione miogenina

quello che succede è che il topo nasce con i mioblasti ma le fibre muscolari hanno dei grandi difetti.

MyoD e MyF-5 servono per la determinazione del lineage muscolare.

In questo modo si crea il tessuto muscolare soprattutto nell’embrione durante la crescita nell’utero. Il muscolo però

cresce anche durante l’età adulta, durante lo sviluppo del bambino ci saranno più nuclei nelle sue fibre muscolari e

inoltre il tessuto muscolare può aumentare di dimensioni senza aumentare il numero di cellule ipertrofia.

CHI CONTROLLA IL NUMERO DELLE CELLULE MUSCOLARI E LA LORO TAGLIA?

I segnali reputati a dire quanti mioblasti devono essere presi per formare un muscolo sono segnali molto importanti per

determinare la caratteristica in termini di muscolatura di un certo individuo.

C’è una proteina miostatina che limita il numero di mioblasti quindi più è presente questa proteina meno grande sarà il

muscolo. La MIOSTATINA è un limitatore, un fattore rilasciato dalle cellule sulle membrane muscolari che limita la

capacità dei mioblasti di formare miotubuli, cioè tessuto muscolare. Nonostante l’azione sia negativa sulla crescita viene

chiamato ugualmente fattore di crescita.

Se gli adulti hanno elevati numeri di miostatina sono come legati. La capacità delle cellule satelliti è limitata, non si può

rigenerare di continuo e questo si vede nelle malattie patologiche, dopo un ciclo di rigenerazione si esaurisce.

DISTROFIA MUSCOLARE DI DEUCHENNE

Le malattie genetiche possono avere origine neuronale o muscolare, tanto che si chiamano malattie neuromuscolari.

La distrofia muscolare di Deuchenne deriva da un gene alterato trasmesso ai figli, è invalidante 1 su 350.000 noti e

colpisce prevalentemente uomini. Il gene è situato sul cromosoma X e i maschi ne hanno solo 1. E’ molto difficile che la

donna nasca malata perché deve essere una femmina con un allele mutato e un maschio malato di distrofia.

23 m

Uomo ↓ Donna → X X

m m m m

X X X XX

m

Y X Y XY

Le possibilità che colpisca una donna sono molto scarse.

Un malato di distrofia di D. in 10/15 anni è sulla sedia a rotelle, ci sono molte malattie legate al cromosoma X e quindi

molto frequenti nei maschi. La maggior parte delle mutazioni sono recessive. Questo è un gene molto mutato perché è

molto grande ed esteso nel genoma. Si estende su due milioni di paia di basi è complesso, formato da 76 esoni e la

proteina che codifica per questo gene è molto grande, la DISTROFINA. È una proteina espressa anche nel tessuto

nervoso, ci sono molte alternative per il diverso splicing. Nel tessuto muscolare svolge un ruolo insostituibile. La sua

percentuale è 0.002% delle proteine muscolari ma se prendiamo quelle della plasmomembrana 5%. Quindi è una

proteina citoplasmatica che è attaccata a complessi che stanno sulla membrana plasmatica.

Il tessuto nervoso ha un promotore diverso da quello muscolare.

C’è un’altra distrofia muscolare di Becher, meno comune che colpisce 1 su 30.000 nati, i pazienti sopravvivono per

molto più tempo e possono avere una vita molto più normale. Il gene coinvolto è sempre lo stesso della distrofina, ma

le malattie sono molto diverse.

PERCHÉ UN GENE E DUE DIVERSE MALATTIE?

Questo dipende dalle mutazioni che sono diverse, infatti una mutazione può essere puntiforme e mi toglie un pezzo di

proteina imponendomi uno “stop codon” non produco più proteina ma possono anche agire diversamente cioè

avvenire in maniera casuale.

NB mutazioni diverse o in regioni diverse della proteina possono dare origine a quadri clinici completamente diversi.

Domini = parti di proteine che svolgono funzioni diverse. Due punti di contatto tra parte interna e esterna, è come

scarico per le tensioni che si incontrano.

Se la struttura non è integra la plasmomembrana è soggetta a rotture molto più frequenti, si riforma un po’ di fibra

muscolare e c’è degenerazione. Alla fine il processo non riesce più a sostenersi e il tessuto muscolare viene sostituito da

quello fibroso che è adiposo. La distrofina mette in contatto matrice extracellulare con l’apparato contratile della

cellula muscolare stessa.

DAP è un complesso che serve a collegare citoscheletro alla membrana cellulare attraverso la distrofina che crea così un

ponte.

Quando è stato scoperto questo gene si cercava di applicare la terapia senza inserire una copia dall’esterno di distrofina

non mutata e non dare origine alla malattia ma purtroppo tutti i tentativi fatti hanno funzionato per un tempo moto

limitato dopo un po’ perdono efficacia e il tessuto muscolare non riesce più a sostenersi.

Il problema è quindi ancora irrisolto.

Rapporto cellula -> ambiente

Segnalazione paracrina = segnale sta in zone limitata quindi non si sposta più di tanto.

Segnalazione autocrina = la cellula si auto-segnala.

Le proteine segnalatrici che funzionano nel citoplasma sono enzimi che possono essere accesi se il recettore ha agito

con il segnale o spenti. Possono essere di 2 tipi:

 CHINASI

 ENZIMA CHE IDROLIZZA GTP, quando si attacca il gtp è acceso

1. CHINASI: fosforilano altre proteine, prendono un fosfato dall’STP e lo attaccano al substrato delle chinasi in

particolare su certi amminoacidi modificati dall’aggiunta del fosfato.

Le chinasi si dividono in due gruppi: … e chinasi che fosforilano le tirosine.

La chinasi prende un substrato, prende ATP e modifica il substrato.

2. FOSFATO: è grande e tende ad idratarsi molto perché è pieno di cariche negative quindi abbiamo un effetto

molto profondo sulla struttura di una proteina se non ne cambiamo la struttura; è probabile che ne cambino

anche la funzione. 24


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Assolo

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DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea in scienze motorie (Facoltà di Medicina e Chirurgia e di Scienze della Formazione) (GEMONA DEL FRIULI)
SSD:
Università: Udine - Uniud
A.A.: 2014-2015

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher Assolo di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Bas molecolari e cellulari della vita e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Udine - Uniud o del prof Brancolini Claudio.

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