Appunti di biologia generale

APPUNTI DI BIOLOGIA GENERALE

PROF. LELLO

2016/2017 SARA VERONESE

PROTEINE:

Struttura proteica:

- Struttura primaria: è la sequenza lineare specifica degli aminoacidi che compongono la

catena. La sequenza degli aminoacidi contenere la maggior parte dell'informazione

necessaria della molecola per la sua funzione.

- Struttura secondaria: descrive la conformazione, ovvero l'organizzazione spaziale, di parti

della catena polipeptidica.

Linus Pauling e Robert Corey, ipotizzarono che le catene polipeptidiche si formano con

conformazione che consente la massima possibilità di legami a idrogeno fra gli aminoacidi vicini.

Furono proposte due conformazioni: ad α-elica, con scheletro all'interno dell'elica e catene laterali

all'esterno, la forma elicoidale è permessa dai numerosi legami a idrogeno; foglietto β-pieghettato o

foglietto-β, che a differenza dello scheletro cilindrico della elica, assume una conformazione

ripiegata o ad organetto, è caratterizzato da numerosi legami a idrogeno.

- Struttura terziaria:descrive la conformazione dell'intera proteina (mentre la str. Secondaria

dipende solo dalla conformazione degli aminoacidi sulla catena polipeptidica) e ne

determina le proprietà chimico fisiche.

Le proteine possono essere classificate in base alla loro forma, alcune sono fibrose, cioè

estremamente allungate, altre sono globulari, con forma più compatta. La struttura terziaria

- Struttura quaternaria: alcune proteine possono avere una struttura quaternaria legata a delle

sub-unità, a formare un complesso proteico.

Le proteine sono diverse e con diverse funzioni:

strutturale, con funzione di sostegno

enzimatica, con funzione di catabolismo delle reazioni biologiche

di trasporto, producono movimenti cellulari

regolatrici, di attività delle altre molecole

recettori, di legame molecolare

ormoni, di regolazione

anticorpi, di difesa

accumulo, di riserva e accumulo

tossine e veleni, ostacolano altri organismi

LIPIDI:

sono un gruppo di varie molecole biologiche non polari che hanno in comune la proprietà di essere

solubili in solventi organici, ma non in acqua.

I lipidi semplici, derivano dall'esterificazione di acidi grassi e alcol ed hanno carattere apolare ed

interazioni idrofobiche.

I lipidi complessi, sono caratterizzati dalla presenza di residui idrofili che gli conferiscono carattere

anfipatico (cioè hanno zone apolari e polari nella stessa molecola). In generale, hanno carattere

apolare ed interazioni anfipatiche.

LIPIDI SEMPLICI

Gliceridi, sono la classe principale dei lipidi semplici. Si suddividono

in monogliceridi, digliceridi e trigliceridi, (tri-: formati da tre catene di

acidi grassi) questi ultimi sono la forma principale di deposito di

materiale energetico.

Gli acidi grassi, sono acidi carbossilici (-COOH) con lunghe code

idrocarburiche. Sono strutturati in una catena lineare unita da legami semplici, detti acidi saturi,

mentre se vi è la presenza di doppi legami, sono detti grassi insaturi. Questa proprietà ha diverse

conseguenze poiché maggiore è il numero di doppi legami, maggiore è la difficoltà con cui queste

lunghe catene possono stare insieme, dato che la presenza di essi irrigidisce la catena che non può

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ruotare. Ciò abbassa la temperatura di fusione dei lipidi, in generale i grassi insaturi a temperatura

ambiente sono liquidi (OLII).

I grassi saturi, sono alcani trasportati dalle lipoproteine (LDL: low density lipoproteine) formate

da una parte lipidica e una proteica.

I grassi insaturi, sono alcheni possono essere formati da più di un'insaturazione e vengono detti

polinsaturi: -diene; -triene; -tetraene.

Se considero primo quello del -

COOH:

Omega 3: l'insaturazione si trova

al terzultimo carbonio.

Omega 6: l'insaturazione si trova

al sesto carbonio dalla fine.

I trigliceridi, trigliceroli o grassi neutri (perché

dopo l'esterificazione perdono H+ e di

conseguenza il loro carattere acido), sono

molecole ottenute dall'esterificazione di 3 catene

di acidi grassi su una molecola di glicerolo

(alcol trivalente).

LIPIDI COMPLESSI:

poiché anfipatici sono in grado di interagire contemporaneamente sia con il mezzo acquoso che con

compartimenti cellulari caratteristicamente idrofobici. Presentano due lunghe catene apolari e un

gruppo fortemente idrofilico (perché presenta gruppi ionizzati con cariche e residui ricchi di

idrossili)

1)Fosfolipidi: sono componenti principali delle membrane cellulari.

Hanno una testa polare idrofila, detta colina, quindi attratta dall'acqua, e

la coda idrofobica, che quindi respinge l'acqua.

Micelle: le disposizioni di fosfolipidi immersi in acqua, le teste formano

un guscio apolare e le code sono portate all'interno.

I lipidi in acqua tendono a formare doppi strati lipidici con teste

all'esterno e code all'interno.

2)Steroidi: contengono un caratteristico scheletro carbonioso a quattro anelli, lo steroide più

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importante è il colesterolo, componente delle membrane cellulari e precursore dei numerosi ormoni

steroidei. Essi sono molto simili tra loro , ma le loro funzioni biologiche sono molto diverse.

ACIDI NUCELICI o POLINUCLEOTIDI, sono molecole più grosse in cui vengono codificate

informazioni per la costruzione di un intero organismo e per permettere la sintesi proteica.

Sono macromolecole costituite da lunghe catene di monomeri: nucleotidi.

Negli organismi viventi vi sono due tipi di acidi nucleici: DNA, acido deossiribonucleico e RNA,

acido ribonucleico.

Ogni nucleotide di un filamento di RNA o DNA è costituito da tre parti: base azotata + zucchero

pentoso (ribosio) + un gruppo fosfato. Ogni filamento contiene quattro nucleotidi che si distinguono

per la base azotata in purinici o piramidinici.

Le piramidine sono:

Timina (T) e Citosina ( C) nel DNA.

Uracile (U) e Citosina (C ) nel RNA.

Le purine sono:

Adenina (A) e Guanina (G) in entrambi.

I nucleotidi sono importanti non solo in quanto unità costitutivi degli acidi nucleici, ma anche per

alcune loro funzioni: la maggior parte dell'energia utilizzata dagli organismi viventi deriva:

dall'adenosintrifosfato (ATP) → Adenina + ribosio + 3 gruppi fosfato

dall'adenosindifosfato (ADP) → Adenina + ribosio + 2 gruppi fosfato

I nucleosidi sono costituiti da: base azotata + zucchero pentoso.

Funzioni dei nucleotidi:

Funzione energetica; portano energia chimica nei loro legami, FOSFOANIDRIDE facilmente

idrolizzabili

Composizione coenzimi: si combinano con altri gruppi a formare coenzimi

Messaggeri molecolari: usati come molecole di segnalazione specifiche nella cellula

Struttura acidi nucleici:

Struttura primaria: sequenza dei nucleotidi

Struttura secondaria: disposizione spaziale dei polinucleotidi.

RNA: -unico filamento avvolto su se stesso

-le basi azotate sono complementari e presenta Uracile invece di

Timina.

-è più piccolo del DNA

-ha vita limitata

-non si duplica

DNA:-doppio filamento avvolti ad elica, polinucleotidici, antiparalleli.

-presenta Timina al posto di Uracile.

Proprietà e funzioni:

-Complementarietà tra basi: A-T/C-G

-Ogni filamento è una sorta di stampa per la costruzione di un nuovo filamento(DNA):

Duplicazione: processo semi-conservativo. È la capacità di duplicare se stesso con l'aiuto di DNA-

polimerasi per trasmettere periodicamente alle nuove cellulare la stessa informazione genetica di

quella di partenza.

Trascrizione:passaggio di informazione da DNA a RNA.

Responsabile della trasmissione di caratteristiche ereditarie, enzimi e proteine strutturali, cioè

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proteine codificate sul DNA come sequenza nucleotidica corrispondente a quelle degli aminoacidi

delle proteine.

4 nucleotidi → 20 aminoacidi

3 nucleotidi alla volta → 64 combinazioni, più triplette codificano la stessa combinazione

Degenerazione del codice: alcune triplette determinano solo la fine di un processo e non codificano.

Codice genetico: correlazione tra ciascun aminoacido e una tripletta di nucleotidi.

Codoni: triplette di nucleotidi caratteristiche di ciascun aminoacido.

Gene strutturale: tratto di DNA che contiene l'informazione per l'intera proteina

Genoma:insieme delle sequenze di DNA in un organismo

TIPI DI RNA:

RNA polimerasi: enzima che interviene nella

trascrizione (da DNA a mRNA)

RNA messaggero (mRNA): copia dalla

sequenza di nucleotidi che nel DNA racchiude

l'informazione per la sintesi di una proteina

RNA transfert (tRNA): trasporta aminoacidi da

assemblare in proteine ai ribosomi. Contiene 3

basi complementari a uno o più codoni

specifici per l'aminoacido legato al tRNA

RNA ribosomiale (rRNA): nei ribosomi (rRNA

+ proteina). I ribosomi sono organuli s cui avviene la costruzione della proteina, sono costituiti da

due sub-unità, durante la sintesi proteica i ribosomi si allineano lungo un mRNA: polisoma o

poliribosoma.

RNA nella sintesi proteica (traduzione):

1) attuazione degli aminoacidi per opera di aminoacil-tRNA sintetasi che usa ATP per legare

aminoacidi ai rispettivi tRNA.

2) Fase di inizio: il ribosoma inizia la lettura mRNA dal codone di inizio (AUG)

3) Fase di allungamento: avviene la traslocazione, il tRNA viene rilasciato, si sposta da un sito

ad un altro, e il ribosoma avanza.

4) Fase di termine: vi è la codifica dei codoni di terminazione (UAA, UGA, UAG) che

staccano la catena polipeptidica. Il ribosoma si divide per tornare utile nel citoplasma.

Replicazione o duplicazione: capacità di produrre una copia del DNA cellulare.

Trascrizione: le informazioni del DNA vengono trascritte enzimaticamente nel RNA

complementare (DNA → RNA)

Traduzione: ovvero la sintesi proteica, è il processo attraverso il quale l'informazione genetica

contenuta nel mRNA viene convertita in proteine a seconda della funzione. Essa ha inizio su un

filamento di mRNA prodotto a partire da un gene di DNA, attraverso la trascrizione. Questo

filamento è usato come stampo per produrre una data proteina.

mRNA: è il trascritto di un gene nel linguaggio di RNA che prevede 4 basi (A-G-C-U)

ribosoma: legge le basi a triplette e le fa corrispondere all'aminoacido.

tRNA : formato da anse su cui sono posizionati gli anticodoni corrispondenti al mRNA.

Splicing: modifica che avviene durante la trascrizione nella quale gli introni sono rimossi e gli

esoni uniti.

Esoni: regioni codificanti

Introni: regioni non codificanti SARA VERONESE

Coefficiente di sedimentazione: Svedberg (S), è un numero adimensionale che misura il rapporto

tra la velocità di sedimentazione di un corpo ideale e quella del corpo in esame, a parità di

condizioni di riferimento.

Gli organismi viventi si suddividono in due livelli di organizzazione:

1)livello molecolare: organismi molto semplici, quasi inanimati, che mantengono alcune

caratteristiche ma sono incapaci di vita autonoma: Virus, Viroidi, Prioni

2)livello cellulare:

-organismi procarioti:

sono unicellulari: Archea e Batteri;

sono considerati l'anello che collega il mondo degli organismi inanimati e di quelli viventi;

hanno una struttura contenitiva e limitante, presentano membrana plasmatica con parete cellulare

che li separa dall'ambiente esterno. Presentano citoplasma all'interno, cioè la soluzione acquosa e

viscosa in cui sono disciolte le sostanze organiche. Non presentano nucleo interno e nessun

compartimento → cellule uniloculari. I ribosomi eucariotici sono formati da due sub-unità, la sub.

maggiore 50 S, la sub. minore 30 S. Il genoma è formato da sequenze funzionali: tutti i geni

codificano per proteine più i geni regolatori

-organismi eucarioti:

sono pluricellulari: cellule animali e cellule vegetali (piante)

Cellule animali Cellule vegetali

Membrana plasmatica Parete cellulare

I ribosomi sono formati da due sub unità, la sub maggiore misura 60 S, la sub. minore 40 S.

E' divisa in vari compartimenti nella quale svolge diverse funzioni metaboliche, presenta quindi

citoplasma compartimentato, grazie alla quale po' svolgere più funzioni contemporaneamente. La

cellula eucariotica presenta un nucleo rivestito da una doppia membrana.

Il genoma è formato da sequenze funzionali e non funzionali, è associato a proteine che formano la

cromatina. (splicing) SARA VERONESE

VIRUS:

Entità biologiche costituite da genoma e capside, a

struttura subcellulare, a volte con pericapside

(rivestimento esterno lipoproteico)

Caratteristiche:

Parassitismo obbligatorio: (tipico dei viventi a

organizzazione molecolare) per poter svolgere il suo

ciclo vitale deve sfruttare l'organizzazione chimica di

una cellula (batterica, animale, vegetale) per replicare i

propri componenti.

Riproduzione: per sintesi delle singole parti e assemblaggio delle molecole neosintetizzate

Genoma virale: il virus presenta DNA (deossiribovirus: batteriofagi, virus animale) o RNA

(ribovirus: vegetali o animali) come sede d'informazione genetica.

CLASSIFICAZIONE:

Tipo di cellula parassitata:

1. batteriofagi, virus batterici, fagi

2. virus vegetali SARA VERONESE

3. virus animali

Tipo di acido nucleico:

1. deossiribovirus:

➔ DNA a singolo filamento

➔ DNA circolare a singolo

filamento

➔ DNA a doppio filamento

➔ DNA circolare a doppio

filamento

2. ribovirus

➔ RNA a singolo filamento

➔ RNA a doppio filamento

Forma: Allungati, sferici, poliedrici

Simmetria dei capsomeri:

• cubica: (herpes virus)

• elicoidale: capsomeri intorno a un asse centrale a formale spire comprendenti un

determinato numero di capsomeri

• complessa: (batterio fago)

Replicazione: la particella virale non possiede sistemi sintetici ed enzimatici necessari al processo

ed ha bisogno di penetrare una cellula procariote o eucariote per sintetizzare i componenti del virus

stesso.

Penetrazione dell'intera particella virale:

1) adesione tra virus e parete (o membrana cellulare), grazie ad una proteina

2) ingesso del virus nella cellula per: endocitosi o presenza di lesioni nell'involucro esterno

3) infezione: dissoluzione del capside e comparsa nel citoplasma cellulare di alcune proteine

virali (antigeni precoci)

4) Duplicazione del genoma virale. (nel nucleo se DNA, nel citoplasma se RNA)

Nel caso dei retrovirus, poiché a catena unica, dapprima si forma una catena complementare a opera

di RNA polimerasi, e la nuova catena fa da stampo per nuovi RNA virali

→ Trascrittasi inversa: enzima caratteristico dei retrovirus (RNA come materiale genetico) che

catalizza l'attività che permettono la formazione di una catena doppia di DNA a partire d un singolo

filamento di RNA.

5.2) integrazione della copia di DNA nel citoplasma

5) Trascrizione

6) Traduzione: sintesi delle proteine del capside. (→ assemblaggio di molte nuove particelle

virali ciascuna contenente trascrittasi inversa in rivestimenti proteici.)

7) Associazione delle proteine del capside al genoma virale.

8) Fuoriuscita delle particelle virali dalle cellule: esocitosi o lisi di cellula infettata.

Penetrazione del solo genoma:

1) Il fago cattura la cellula batterica e vi si attacca grazie ai siti recettori specifici.

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2) L'acido nucleico fuoriesce attraverso la coda ed

entra l'interno della cellula con un meccanismo a

iniezione, il capside rimane fuori perché fa entrare

il genoma

3) la cellula batterica infettata fornisce la struttura

(ribosomi) e i processi biosintetici per la

replicazione virale

4) Assemblaggio dei componenti virali

neosintetizzati, ogni genoma si circonda di

involucro proteico grazie a proprietà

autoassemblanti.

5) Si formano virioni maturi

6) Lisi batterica e fuoriuscita dei fagi che infetteranno altre cellule

Ciclo litico o ciclo lisogeno:

A seconda del tipo di fago una volta che l'acido nucleico è penetrato possono accadere due cose.

attacco alla cellula ospite e iniezioni di DNA del lambda (virus lambda). Il DNA si circolarizza e

integra il DNA nel cromosoma ospite.

→ Ciclo lisogeno: Il virus partecipa alla riproduzione inserendo il proprio acido nucleico nel

genoma della cellula ospite. Il virus diventa profagio (nei batteriofagi) o provirus , ovvero un entità

infettiva che può rimanere inattiva per molti cicli di divisione cellulare. Quando la cellula si scinde

viene trasmesso anche il DNA virale alle cellule figlie formando così in breve tempo una vasta

colonia di genomi virali senza che avvenga la lisi. Il ciclo lisogeno può diventare litico in seguito

all'attivazione del profagio o provirus.

→ Ciclo litico: Il virus integra l'acido nucleico che prende il controllo dell'attività metabolica

ospite. La induce a sintetizzare nuovo acido nucleico virale e nuove proteine che andranno a

costituire nuovi virus. Il DNA si replica rapidamente e introduce virus completi, che uccidono la

cellula ospite tramite lisi e fuoriescono.

Gemmazione di un virus con involucro

(pericapside):

La formazione del pericapside avviene in seguito

alla pressione eseguita dal nucleocapside sulla

membrana plasmatica della cellula ospite.

Durante il processo di moltiplicazione all'interno

della cellula ospite alcuni virus producono una

serie di proteine che si vanno a posizionare in una

determinata zona della membrana plasmatica,

spingendo ai lati le sue proteine strutturali. Il

virione si avvicina e si aggancia alle proteine della

membrana e avviene la gemmazione, quindi il virus fuoriesce portandosi dietro un pezzo di

membrana plasmatica, che diventa il pericapside. SARA VERONESE

PROCARIOTI:

• Primi a mostrare una struttura limitante

e contenitiva, cioè che ha una

membrana che divide l'organismo

dall'ambiente.

• Organismi unicellulari, incapaci di

aggregazioni in strutture sovracellulari.

• Archebatteri, o Arc