Appunti corso biologia applicata, primo semestre

FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA: LA CATENA DI TRASPORTO DEGLI ELETTRONI

Vengono utilizzati sia il NADH che il FADH₂ prodotti dalla glicolisi e dal ciclo di Krebs. Attraverso un complesso multienzimatico avente le funzioni di catena di trasporto, gli elettroni vengono prelevati da NADH e, dopo una serie di passaggi intermedi, vengono ceduti all'ossigeno molecolare (O₂) che viene ridotto ad acqua.

Durante il trasferimento di elettroni le varie proteine trasportatrici subiscono dei cambiamenti conformazionali che consentono di trasferire dei protoni dalla matrice allo spazio intermembrana, contro un gradiente di concentrazione.

Successivamente i protoni vengono rifatti passare attraverso la membrana interna, in un processo di diffusione facilitata, tramite l'enzima ATP-sintetasi che ottiene così l'energia sufficiente per produrre molecole di ATP, trasferendo un gruppo fosfato all'ADP.

E' stato calcolato che una coppia di elettroni, prelevati da NADH, è in

grado dirilasciare un quantitativo d'energia sufficiente a produrre tre molecole di ATP mentre FADH con una coppia elettronica ottenuta dal se ne ottengono due.

Nel mitocondrio si possono isolare quattro complessi poliproteici responsabili del trasporto degli elettroni:

Complesso I (NADH deidrogenasi) che contiene almeno 30 diversi polipeptidi, per ogni coppia di elettroni fatta passare, vengono trasferiti tre o quattro protoni,

Complesso II (Succinato deidrogenasi) che, oltre a catalizzare una reazione del ciclo di Krebs, consente il trasferimento di elettroni al FAD ed all'ubichinone ma non permette il passaggio di protoni,

Complesso III (Citocromo c riduttasi) che contiene circa 10 polipeptidi e gruppi eme ed un centro ferro-zolfo, permette il passaggio di elettroni dall'ubichinone ridotto al citocromo c e per ogni coppia di elettroni trasferisce quattro protoni,

Complesso IV (Citocromo c ossidasi) che contiene almeno 13 polipeptidi e permette il

trasferimento di elettroni dal citocromo c all'ossigeno ed anche lo spostamento dei protoni

Sia la glicolisi che la fosforilazione ossidativa permettono di ottenere ben 38 molecole di ATP per ogni glucosio utilizzato.

Biologia lunedì 4 novembre 2019

L'origine del mitocondrio: la teoria endosimbiontica

Il mitocondrio presenta alcune caratteristiche tipiche dei batteri:

• presenza di molecole di cardiolipina ed assenza di colesterolo nella membrana interna
• presenza di un DNA circolare a doppia elica
• presenza di ribosomi propri e di una doppia membrana.

Come i batteri, i mitocondri non hanno istoni ed i loro ribosomi sono sensibili ad alcuni antibiotici. I mitocondri sono organelli semiautonomi in quanto replicano, per scissione binaria, autonomamente rispetto alla cellula.

La teoria endosimbiotica afferma che i mitocondri deriverebbero da ancestrali batteri, dotati di metabolismo ossidativo, che sarebbero stati inglobati dalle cellule eucariote con conseguente beneficio.

Successivamente i batteri avrebbero trasferito gran parte del loro materiale genetico a quello cellulare, divenendo mitocondri.

Cloroplasti

Il cloroplasto è un tipo di organulo presente nelle cellule eucariotiche vegetali e nelle alghe eucariotiche. All'interno di questi organuli si svolge il processo della fotosintesi: l'energia luminosa viene catturata dai pigmenti di clorofilla e viene convertita in energia chimica (ATP e NADPH).

Struttura dei cloroplasti

I cloroplasti si presentano generalmente come dischi piatti. Il cloroplasto è delimitato da due membrane:

• la membrana esterna = è permeabile per la maggior parte delle molecole
• la membrana interna = è più selettiva ed è attraversata da proteine di trasporto specifiche.

I due doppi strati lipidici sono separati da uno spazio intermembrana. Il fluido interno al cloroplasto è chiamato stroma: esso contiene molti enzimi coinvolti nel metabolismo dell'organulo, il DNA circolare e i ribosomi.

I ribosomi del cloroplasto sono del tutto simili a quelli presenti nei batteri. Il DNA circolare va incontro a molte trasformazioni perché non ci sono istoni. La presenza di un genoma e dei ribosomi consente all'organello di sintetizzare alcune delle proteine che gli sono necessarie, ma non tutte.

Biologia lunedì 4 novembre 2019

Struttura dei cloroplasti

All'interno dello stroma si trovano i tilacoidi, dove avvengono le prime fasi della fotosintesi. Le membrane tilacoidali si distinguono in:

• membrane granali, impacchettate tra loro
• membrane stromatiche, in contatto con lo stroma.

Lo spazio interno ai tilacoidi si chiama lumen.

I tilacoidi del cloroplasto

Tilacoidi: complesso sistema di cisterne o sacculi disposte parallelamente fra loro e orientate secondo l'asse maggiore dell'organulo nello stroma.

Composizione delle membrane tilacoidali:

Alle membrane è associata la maggior parte dei lipidi plastidiali, compresi i pigmenti fotosintetici. La frazione

alle piante e svolgono un ruolo importante nella protezione dai danni causati dalla luce solare ad alta energia. Il cloroplasto è un organulo cellulare presente nelle cellule delle piante e di altri organismi fotosintetici. È responsabile della fotosintesi, il processo attraverso il quale le piante convertono l'energia solare in energia chimica utilizzabile. La membrana lipidica del cloroplasto è composta principalmente da fosfolipidi, che formano un doppio strato chiamato doppio strato lipidico. Questa membrana è fondamentale per la funzione del cloroplasto, poiché separa l'interno del cloroplasto, chiamato stroma, dallo spazio interno delle membrane tilacoidali. Le proteine sono anche componenti importanti del cloroplasto. Sono presenti sia nelle membrane tilacoidali che nello stroma. Le proteine insolubili svolgono un ruolo strutturale o funzionale nelle membrane tilacoidali, inclusi quelli coinvolti nella catena di trasporto degli elettroni. Le proteine solubili, localizzate nello stroma, includono enzimi coinvolti nel ciclo di Calvin, nella sintesi delle clorofille, dei lipidi, dei carboidrati e degli acidi nucleici. I cloroplasti sono considerati di origine endosimbiontica, il che significa che si pensa che siano derivati da batteri fotosintetici che sono stati fagocitati da cellule eucariotiche primitive. Questa teoria è supportata dalla presenza di DNA all'interno dei cloroplasti, simile a quello dei batteri, e dalla capacità dei cloroplasti di replicarsi indipendentemente dalla cellula ospite. I pigmenti fotosintetici più importanti presenti nei cloroplasti sono le clorofille A, B, C e D, che conferiscono il colore verde alle piante. I carotenoidi sono un altro gruppo di pigmenti presenti nei cloroplasti e conferiscono colori che vanno dal giallo all'arancione. Questi pigmenti svolgono un ruolo importante nella cattura della luce solare e nella protezione dei cloroplasti dai danni causati dalla luce solare ad alta energia.

giallo-arancio• ficobiliproteine•La principale funzione del cloroplasto è la fotosintesi, cioè la riduzione del biossidodi carbonio a glucosio usando come fonte di energia la luce.CO + 2H O − > (CH O)6 + O + H O2 2 2 2

Biologia lunedì 4 novembre 2019

La fotosintesi si articola in due fasi:

1. Fase luminosa= compie la conversione dell’energia luminosa in energia chimica(sotto forma di ATP e NADPH). Ha sede nei tilacoidi e ad essa partecipanodirettamente i pigmenti fotosintetici.
2. Fase oscura (ciclo di Kalvin)= l’ATP e il NADPH sono usati per ridurre il biossidodicarbonio a glucosio. La fase oscura è catalizzata da enzimi presenti nellostroma. Non è dipendente dalla luce. Il glucosio prodotto può essere utilizzatoper produrre lipidi e amminoacidi o distrutto per la respirazione cellulare. Allafine del ciclo l’ATP e NADPH si trasformano in ADP e NADP+ (ossidato).

Il processo di fotosintesi

è il processo biochimico tramite il quale gli organismi autotrofi producono glucosio a partire da acqua e biossido di carbonio, utilizzando la luce solare come fonte di energia. La fotosintesi consente di trasformare l'energia solare in energia chimica. E' utilizzata dagli organismi che contengono clorofilla (piante) per produrre glucosio dall'acqua contenuta nel terreno e dall'anidride carbonica presente nell'atmosfera.

La fotosintesi clorofilliana si svolge in due fasi:

• la fase luminosa
• la fase oscura

Nella fase luminosa (luce-dipendente), il processo fotosintetico si svolge nei cloroplasti, all'interno dei quali si trova un sistema di membrane con molecole di clorofilla (detto fotosistema). La luce luminosa assorbita dalla clorofilla è utilizzata come fonte di energia per rompere le molecole di acqua e per sintetizzare ATP e NADPH (nicotinammide adenina dinucleotide fosfato).

Nella fase oscura (luce-indipendente) gli enzimi utilizzano

l'energia chimica contenuta nell'ATP e nel NADPH per fissare il diossido di carbonio a glucosio. Questo fase è conosciuta anche con il nome di Calvin, fase al buio. Il prodotto finale della fase oscura è la sintesi del glucosio (energia chimica) che può essere utilizzata per produrre lipidi e amminoacidi, oppure distrutto nel corso della respirazione cellulare. Alla fine del ciclo i trasportatori ATP e NADPH sono trasformati rispettivamente in ADP e NADP+ e tornano alla fase luminosa per iniziare un nuovo ciclo ed essere nuovamente trasformati, rispettivamente, in ATP e NADPH. Biologia lunedì 4 novembre 2019 A differenza delle piante, gli organismi privi del processo fotosintetico (gli animali) devono assorbire il glucosio in via alimentare, cibandosi degli organismi fotosintetici. Questo può avvenire in modo diretto o indiretto all'interno della catena alimentare. Alla base di tutto troviamo l'energia solare. Sintesi proteica Nel DNA ci

Sono le informazioni per la sintesi proteica sotto forma di codice genetico. Gli amminoacidi che costituiscono le nostre proteine sono i 20 amminoacidi essenziali; 4 basi azotate che codificano per le triplette. Esistono 64^34 combinazioni. Più triplette codificano per un amminoacido che verrà usato per la sintesi proteica. Un gene codifica solo per una proteina. La sintesi proteica è il processo che porta alla formazione delle proteine, utilizzando le informazioni contenute nel DNA. È un processo complesso in cui intervengono vari attori, ed è uguale in tutti gli organismi. Il processo comincia nel nucleo (eucarioti) e termina nel citoplasma o RER. Nel DNA si trovano le istruzioni per sintetizzare le proteine. Ogni porzione del DNA che codifica per una proteina è detta gene. Nella sintesi proteica interviene anche l’RNA, presente in tre forme ed a filamento singolo: RNA messaggero (m-RNA): fa da tramite tra nucleo e citoplasma e...

ta di RNA, chiamata RNA messaggero (m-RNA). Il m-RNA viene poi modificato e maturato prima di uscire dal nucleo e raggiungere i ribosomi. II fase: traduzione (nei ribosomi) in essa il m-RNA viene letto dai ribosomi e viene sintetizzata la proteina corrispondente. Questo avviene grazie all'aiuto del t-RNA, che trasporta gli amminoacidi corrispondenti alla sequenza di codoni presenti sul m-RNA. Gli amminoacidi vengono quindi assemblati in una catena polipeptidica, formando così la proteina. III fase: modificazione e maturazione della proteina appena sintetizzata. Questa fase può includere il taglio di parti della proteina, l'aggiunta di gruppi chimici o la sua piegatura corretta per ottenere la sua forma funzionale. La sintesi proteica è un processo fondamentale per la vita delle cellule, in quanto permette la produzione di proteine che svolgono molteplici funzioni all'interno dell'organismo.