Appunti di Biologia

LA CELLULA

. - Ipotizza una struttura esterna costituita da una parete cellulare e riempita da una sostanza

HOOKE

1. gelatinosa (vd pneuma)

. - Studia gli organelli all’interno della cellula mediante lo studio di tessuto vegetale

BROWN

2. – Sviluppata tra il 1838 - 1855

TEORIA CELLULARE.

3. Tutti gli organismi consistono di una o più cellule

▪ La cellula è l’unità di base della struttura di tutti gli organismi

▪ Tutte le cellule derivano da cellule preesistenti

▪ Le nostre cellule hanno avuto uno stazionamento dimensionale

È importante è il rapporto superficie/volume

Definisce le proprietà di trasporto delle cellule

o La dimensione della cellula caratterizza lo scambio con l’ambiente esterno

o

BRANCHE FONDAMENTALI BIOLOGIA

struttura cellulare

Studio della

1. CITOLOGIA. modalità con cui le informazioni vengono tramandate alle generazioni successive

Studio delle

2. GENETICA. funzioni cellulari

Studio delle

3. BIOCHIMICA.

Un raggio di elettroni viene focalizzato sul campione e lenti elettromagnetiche vengono

Microscopio elettronico. utilizzate per costruire un’immagine (ha un potere risolutivo molto maggiore di quello ottico)

trasmissione o a scansione

Può essere a

→

Viene utilizzato per separare i componenti cellulari in funzione della loro dimensione e densità

Frazionamento cellulare. e le cellule molto grandi o molto dense precipitano sul fondo della provetta formando un

pellet.

Lo strato superficiale prende invece il nome di supernatante e può essere sottoposto a

differenti centrifughe ottenendo pellet differenti

Un anticorpo è una proteina che deriva dal sistema immunitario che può legarsi con alta

Immunoprecipitazione. specificità a una piccola parte di un’altra proteina. I metodi di immunoprecipitazione utilizzano

anticorpi per isolare e purificare una proteina specifica in una miscela complessa di proteine

presenti in una frazione cellulare

CELLULE

PROCARIOTICHE EUCARIOTICHE

Batteri (organismi unicellulari) Cellule vegetali e animali (organismi uni- o

▪ ▪

No nucleo e compartimenti interni pluricellulari)

▪ Possiedono una parete cellulari Si nucleo e compartimentalizzazione interna

▪ ▪

Genoma è costituito da una molecola di DNA delle attività (≠ morfologie ≠ funzioni)

→

▪ singola e circolare dispersa Composta da vari organuli contenuti nel

▪ citoplasma

Membrana o parete cellulare

▪ Genoma contenuto nel nucleo e organizzato

▪ in cromosomi

La cellula nasce, cresce, si muove, regola i propri processi metabolici, si riproduce, si specializza,

risponde a stimoli, si adatta ai cambiamenti del suo ambiente, muore

enzimi

Esistono catalizzatori specifici ed efficienti, gli , responsabili di una data reazione In ogni

→

CRESCE.

o

organismo, si svolgono solo le reazioni per le quali essi sono in grado di produrre il corrispondente enzima.

Una buona parte dell’informazione genetica riguarda il modo in cui sintetizzare i diversi enzimi

SI RIPRODUCE.

o Replicazione del DNA

- che assicura la conservazione dell’informazione

Mitosi Meiosi

- e che assicurano la ripartizione del materiale replicato tra le cellule figlie

- Meccanismi che controllano la divisione cellulare in funzione della crescita della cellula e della replicazione del

materiale genetico. Esiste un meccanismo di evoluzione per

SI ADATTA AI CAMBIAMENTI DEL SUO AMBIENTE.

o

selezione naturale su fenotipi generati dall’insorgenza di mutazioni casuali nell’informazione genetica.

Le mutazioni possono essere favorite dall’ambiente o sfavorite: nel momento in cui la cellula va incontro a una

duplicazione e qualcosa va storto nell’ambiente esterno si creano errori nella cellula figlia che, accumulati nel

tempo, possono creare patologie (per sfavorire questo avvenimento si ha la morte cellulare)

LA CELLULA è COSTITUITA DA ATOMI

Elettroni

Atomo Protoni

Nucleo Neutroni

Gli atomi più comuni del mondo biologico sono: H, O, C, N, P, S

|

atomo che compone principalmente lo scheletro delle molecole biologiche

Elemento Funzioni Legami

O Respirazione Cellulare Compartecipazione di coppie di elettroni

Covalente.

▪

2 Attrazione tra cariche di segno opposto

C Scheletro Molecole Organiche Ionico.

▪ Condivisione di atomi di idrogeno

H Trasferimento di Energia A Idrogeno.

▪ Interazione tra nubi elettroniche

P Trasferimento di Energia Interazioni di Van der Walls.

▪

Ca Contrazione Muscolare,

Conduzione Impulso Nervoso, . Composto in cui uno o più atomi di carbonio

Composto organico

Coagulazione Sangue sono uniti tramite legame covalente ad atomi di altri elementi

K Contrazione Muscolare, (principalmente H, O, N)

Conduzione Impulso Nervoso Differiscono per l’arrangiamento

Isomeri Strutturali.

o

Na Omeostasi dei Liquidi, covalente dei loro atomi

Conduzione Impulso Nervoso,

Fotosintesi

Mg Processi Enzimatici,

Comunicazione a livello del SNC

Cl Comunicazione a livello del SNC Hanno legame covalenti identici ma

Isomeri Geometrici.

o differiscono per il modo in cui i gruppi sono disposti nello spazio

Le caratteristiche di una molecola organica possono

essere cambiate quando uno o più atomi di H legati

allo scheletro carbonioso di un idrocarburo sono Molecole che sono l’immagine speculare l’una

Enantiomeri.

o

sostituiti da altri gruppi, detti gruppi funzionali. dell’altra e non sovrapponibili + C stereocentro

Ossidrilico, Carbonilico, Carbossilico, Amminico, Fosfato, Solfidrilico

LA CELLULA è COSTITUITA DA MACROMOLECOLE

Molte molecole biologiche sono composte da migliaia di atomi e sono dette macromolecole.

Spesso sono = formati dall’unione di molecole più piccole, i

polimeri monomeri

Macromolecole costituite da

PROTEINE

1. AMMINOACIDI H

Catalizzatori

Enzimi H N C COOH

2

Rafforzano e Proteggono cellule e tessuti

Proteine Strutturali Riserva di nutrienti

Proteine di Deposito R

Trasporto di specifiche sostanze tra le

Proteine di

Trasporto cellule e attraverso le membrane cellulari Grazie alla capacità dei loro gruppi amminici e

Ormoni o fattori di crescita, controllano carbossilici di accettare e rilasciare protoni gli

Proteine Regolatorie espressione di specifici geni amminoacidi in soluzione si oppongono ai

Partecipano ai Movimenti Cellulari

Proteine di Motilità cambiamenti di PH e possono essere

Mediano comunicazione tra le cellule considerati importanti tamponi biologici.

Proteine Ormonali distanti nell’organismo

Consentono alle cellule di rispondere agli

stimoli chimici proveniente dall’ambiente

Proteine Recettoriali esterno PROTEINE

PROTEINA MONOMERICA PROTEINA MULTIMERICA

OMOMERICA ETEROMERICA

Le proteine si formano da una tra due amminoacidi in cui si ha la formazione di

REAZIONE DI CONDENSAZIONE

un e il rilascio una molecola di H O

LEGAME PEPTIDICO 2

Le catene polipeptidiche che formano una proteina sono attorcigliate o ripiegate per formare una macromolecola con

una specifica conformazione tridimensionale.

|

Correlazione conformazione-funzione di una proteina

Costituita dalla sequenza lineare degli amminoacidi legati tra di loro mediante legami

Struttura Primaria.

▪ peptidici

Comprende le strutture ad Alfa-Elica e a Beta-Foglietto, tenute insieme da legami

Struttura Secondaria.

▪ idrogeno tra i residui amminici e carbonilici

È l’unità di base strutturale delle proteine fibrose dotate di buona

Alfa-Elica.

~ elasticità + legami a idrogeno possono essere rotti transitoriamente permettendo

alle fibre di stirarsi se poste sotto tensione. I gruppi R si proiettano all’esterno

Si forma quando una catena polipeptidica si ripiega su sé stessa

Beta-Foglietto.

~ e metà dei gruppi R è proiettata al di sopra del foglietto e metà al di sotto

legami di ogni tipo

La proteina si ripiega in modo complesso e sono presenti

Struttura Terziaria.

▪ Proteine (allungate)

Fibrose

~ Il ponte disolfuro (ponte di zolfo) è un gruppo

Proteine Globulari

~ funzionale, costituito da due atomi di zolfo

legati (-S-S-), che riveste una notevole

importanza nella stabilizzazione della struttura

La struttura terziaria dipende terziaria di molte proteine.

dall’interazione tra le catene laterali La formazione dei ponti disolfuro avviene per

ossidazione dei

gruppi tiolici dell'amminoacido cisteina.

Prodotto dell’unione di due o più catene proteiche (legami non covalenti, ad eccezione

Struttura quaternaria.

▪ dei legami disolfuro) dove ogni proteina mantiene la propria identità

Emoglobina. Proteina globulare costituita da 4 catene polipeptidiche, ciascuna legata a una molecola

contenente ferro, l’eme FUNZIONI

LIPIDI

2. Componenti principali delle membrane (lipidi strutturali)

~

- Insolubili in H 0 e solubili nei solventi apolari Riserva energetica (lipidi di deposito)

2 ~

- Non polimerizzano Isolante contro le basse temperature

~ Messaggeri chimici all’interno della cellula (secondi messaggeri”) e tra

~ cellule diverse (ormoni)

Vitamine (A, D, E, K)

~

6 CLASSI PRINCIPALI DI LIPIDI

1. ACIDI GRASSI

2. TRIGLICERIDI

3. FOSFOLIPIDI

4. GLICOLIPIDI

5. STEROIDI

6. TERPENI

ACIDI GRASSI Catene non ramificate di idrocarburi con un numero pari di atomi di carbonio

▪ Testa Polare (COOH)

▪ Anfipatici

Coda Apolare (Catena Idrocarburica)

▪ Legame covalente (-C-C-)

→

SATURO

▪ Doppio legame (-C=C-)

→

INSATURO

▪ Riserva Energetica

TRIGLICERIDI

| Predominanza acidi grassi saturi →

Glicerolo + 1,2 o 3 molecole di Acido Grasso a. Grassi

| Predominanza acidi grassi insaturi →

b. Oli

Alcool a 3 atomi di C Il glicerolo si lega ai grassi

mediante legami esterei

Una molecola di triacilglicerolo è formata mediante una Reazione di condensazione tra il gruppo ossidrilico del

serie di tre reazioni di condensazione, in ognuna delle glicerolo con il gruppo carbossilico dell’acido grasso

quali si forma una molecola d’acqua

FOSFOLIPIDI

FOSFOGLICERIDI SFINGOLIPIDI

Presenti in maggior quantità - Presenti in numero inferiore

- ≠ fosfogliceridi: sfingosina al posto del glicerolo

Fondamentali per la struttura e la fluidità della membrana.

Quando i fosfolipidi interagiscono con l’acqua si forma un doppio

strato fosfolipidico in cui le teste idrofiliche interagiscono con l’acqua

e le code idrofobiche si trovano all’interno del doppio strato

4 anelli condensati a cui sono legate catene laterali e gruppi funzionali, idrofobici

STEROIDI Si trovano solo nelle cellule eucariote

Ormoni Sessuali Molecola Anfipatica

Colesterolo ▪ Importante costituente delle membrane (si inserisce nella porzione apolare del

▪ doppio strato fosfolipidico interferendo nell’impacchettamento delle code dei

lipidi aumentando così la fluidità

Si trova anche nel plasma complessato con proteine di trasporto

▪ Precursore degli ormoni steroidei, che comprendono gli ormoni sessuali maschili

▪ e femminili

I Sali biliari emulsionano i grassi presenti nell’intestino in modo da favorirne

Acidi Biliari l’idrolisi per via enzimatica

Ormone secreto dalla ghiandola surrenale e sintetizzato a partire da

Cortisolo.

progesterone, a sua volta sintetizzato dal colesterolo

Appartiene alla categoria dei glucocorticoidi, stimola la gluconeogenesi, ha un’azione

antiinfiammatoria e regola altri importanti aspetti metabolici

3. ZUCCHERI Monosaccaridi. 1 monomero

Disaccaridi. 2 monomeri

Oligosaccaridi. Da 3 a 10 monomeri

FUNZIONI Polisaccaridi. Oltre 10 monomeri

Fonte di energia per la cellula

▪ I monosaccaridi contengono generalmente da 3 a 7 atomi di carbonio,

Riserva Energetica

▪ ciascuno dei quali è legato ad un gruppo ossidrilico tranne uno che è

Materiale di partenza per la sintesi di

▪ legato tramite un doppio legame ad un atomo di ossigeno a formare un

altri costituenti capillari gruppo carbonilico (se questo è in posizione centrale è un’aldeide,

altrimenti si ha un chetone)

Segnali di identificazione delle cellule

▪ Sostegno

▪ Numero Atomi di C Zucchero

3 Triosi

4 Tetrosi

Formula Chimica: Pentosi

5

2 Esosi

6 Eptosi

7

GLUCOSIO –

Singola unità di ripetizione del glicogeno, della cellulosa e dell’amido

Durante la respirazione cellulare le cellule ossidano le molecole di glucosio, rilasciando

l’energia immagazzinata che può essere usata per il lavoro cellulare. Il glucosio può

essere utilizzato anche per la sintesi di altri composti, come gli amminoacidi e gli acidi

grassi

La [ ] di glucosio nel sangue è soggetta ad una stretta regolazione ed è mantenuta “relativamente” costante

Se disciolto in acqua il glucosio subisce un riarrangiamento degli atomi, dando

origine ad una struttura ad anello ( e mediante

− − )

la formazione di un legame covalente tra il carbonio in posizione 1 e l’ossigeno

legato al carbonio in posizione 5

DISACCARIDI

Saccarosio = Glucosio + Fruttosio

▪ Reazione di condensazione che porta alla formazione di un

legame glicosidico tra il C1 di uno zucchero e il C4 dell’altro.

Lattosio = Glucosio + Galattosio

▪ Questo legame può essere poi idrolizzato mediante un enzima

Maltosio = Glucosio + Glucosio

▪ Macromolecole composte da unità ripetute di zuccheri semplici, generalmente il glucosio

POLISACCARIDI

|

Hanno una catena lineare o ramificata Dato che sono costituiti da ≠ isomeri e poiché le loro unità sono

organizzate in maniera differente, i polisaccaridi hanno proprietà molto

diverse fra loro

|

Quelli che possono essere più facilmente scindibili nelle loro subunità sono i

Glicogeno ▪

Molecola altamente ramificata più adatti a immagazzinare energia

che costituisce il polisaccaride L’architettura tridimensionale macromolecolare degli altri li rende

▪

di riserva delle cellule animali. particolarmente adatti a formare strutture stabili

Viene immagazzinato nel

fegato e nei muscoli FUNZIONI

RISERVA SOSTEGNO

|

Componenti della matrice extracellulare delle cellule

Struttura Secondaria. Analogamente a proteine e acidi nucleici, anche i polisaccaridi hanno una struttura ad elica

Amido

Il tipico carboidrato di riserva dei vegetali ed è un polimero composto da subunità di alfa-glucosio unite da legami

glicosidici che può presentarsi sotto due forme

Amilosio. La forma più semplice, non ramificata

• Amilopectina. La forma più comun, costituita da circa mille unità che formano una catena ramificata

•

Cellulosa

È un polisaccaride insolubile costituito da molte molecole di beta-glucosio legate fra loro mediante legami che resistono

all’azione idrolitica degli enzimi che agiscono sull’amido Costituiti da

NUCLEOTIDI

4. |

Zucchero a cinque atomi di carbonio (ribosio nel RNA, desossiribosio

▪ nel DNA)

Uno o più Gruppi Fosfato che rendono la molecola acida

▪ Una Base Azotata (molecola eterociclica contenente azoto)

▪

ATP (adenosinatrifosfato)

Molecola costituita da adenina, ribosio e tra gruppi fosfato sintetizzata mediante una reazione di fosforilazione

▪ energeticamente sfavorevole in cui viene aggiunto un gruppo fosfato all’adeninadifosfato (ADP)

È un grande deposito di energia utile per molte reazioni chimiche

▪ che avvengono nelle cellule: quando necessario l’ATP cede il suo

pacchetto di energia ad ADP (disponibile per essere usato in un

altro ciclo della reazione di fosforilazione dell’ATP) e fosfato

inorganico.

La reazione energeticamente favorevole dell’idrolisi dell’ATP

(conversone di un legame fosfoanidridico in un legame

fosfoesterico) è accoppiata a molte razioni altrimenti non favorevoli

tramite le quali sono sintetizzate altre molecole, molte delle quali

comportano il trasferimento del fosfato terminale dell’ATP a

un’altra molecola Le molecole degli acidi nucleici sono costituite da

ACIDI NUCLEICI (DNA e RNA)

Costituiscono gli catene lineari di nucleotidi uniti tra loro da un legame

fosfodiesterico, costituito da un gruppo fosfato

attaccato allo zucchero (che si lega covalentemente

allo zucchero del nucleotide adiacente) mediante una

reazione di condensazione

|

I nucleotidi possono essere legati fra loro in qualunque

sequenza ma l’informazione specifica dell’acido

nucleico è racchiusa nella sequenza peculiare dei

nucleotidi presenti nella catena, che costituisce un

codice

DNA Acqua + Zucchero (desossiribosio) + Fosfato + Basi Azotate (A,T,G,C)

▪ Il DNA è una molecola stabile presente in tutte le cellule di un dato

▪

organismo in quantità costante e la sua struttura gli consente di

contenere una grande quantità di informazioni e di essere duplicato con

facilità

I nucleotidi sono legati fra loro a formare uno scheletro zucchero-

▪

fosfato: Il carbonio 3’ di uno zucchero è legato al gruppo fosfato in

posizione 5’ dello zucchero adiacente costituiendo un legame 3’,5’

fosfodiesterico + al carbonio 1’ di ogni zucchero è legata una base azotata.

Qualunque sia la lunghezza della catena, l’estremità 5’ ha un carbonio 5’

legato a un fosfato e l’estremità 3’ ha un carbonio 3’ legato a un gruppo

ossidirlico

I nucleotidi possono essere trasformati in forme alternative da specifici enzimi

Es. ATP pu&o