Appunti Lezione Biologia

Biologia: componenti macromolecolari

Acqua

Dipolo elettrico; solvente di elezione per tutte le reazioni (composti polari e composti ionici-idrofili; composti apolari-idrofobici formano un emulsione).

Carboidrati

Base della chimica organica; composto principale dei nostri cibi.

• (C H O ) Monosaccaridi (serie D): carboidrati più semplici, facilmente solubili C₆H₁₂O₆ → glucosio, fruttosio, mannosio, galattosio, ribosio, 2-desossiribosio
• Disaccaridi [monosaccaride - legame glicosidico – monosaccaride] → glucosio + glucosio = maltosio → galattosio + glucosio = lattosio

Legame glicosidico: il carbonio glicosidico che utilizza l'OH semiacetalico per formare un acetale (glicoside) con eliminazione di una molecola di acqua, reagendo con un OH alcolico.

• Polisaccaridi [più monomeri e più legami glicosidici]
  • Di riserva: cellulosa
  • Di sostegno: amido e glicogeno

Lipidi

Solubili in solventi apolari; funzione di riserva, di deposito e di struttura.

Acidi grassi: lunga catena carboniosa, con un gruppo carbossilico COOH terminale; insolubili in acqua:

• Saturi: solo legami semplici
• Insaturi: almeno un doppio legame (importante per la fluidità della membrana)

• Lipidi semplici: gliceridi (glicerolo + acidi grassi); possono essere
  • Solidi, se gli acidi grassi costituenti sono saturi
  • Liquidi o fluidi, se gli acidi grassi costituenti sono insaturi

Glicerolo: molecola che possiede 3 gruppi alcolici per altrettanti acidi grassi → se avviene l'esterificazione completa si ha un trigliceride (+ liberazione di 3H₂O).

• Lipidi complessi: fosfogliceridi (glicerolo + acidi grassi + gruppo fosfato) molecole anfipatiche, in acqua formano strutture stabili
• Altri tipi: steroidi → colesterolo (importante per la fluidità)

Proteine

Magic 20 (20+2); monomeri di amminoacidi legati tra loro da legami peptidici (reazione di condensazione).

Funzioni:

• Catalizzatori biologici (enzimi)
• Fattori di trascrizione per l'espressione genica
• Funzioni strutturali (citoscheletro)
• Trasporto di ioni (carriers, pompe e canali)
• Proteine contrattili (motilità)
• Ormoni e fattori della crescita
• Recettori dei segnali
• Trasporto di sostanze apolari
• Anticorpi
• Di deposito
• Tossine (proteine tossiche)

Proteine semplici: costituite solo da amminoacidi

Proteine coniugate: contengono nella loro struttura molecole non proteiche, cioè dei gruppi prostetici; la proteina senza gruppo prostetico è detta apoproteina; i gruppi prostetici possono essere lipidi, carboidrati, acidi nucleici, gruppo eme, ioni metallici e acido fosforico.

Struttura generale amminoacido (serie L): COOH = gruppo carbossilico (acido), NH₂ = gruppo amminico (basico), R = catena laterale, unica parte variabile.

Legame peptidico: tra il gruppo carbossilico del primo amminoacido e il gruppo amminico del secondo amminoacido, con perdita di una molecola di acqua. L'insieme degli amminoacidi e dei legami peptidici, forma una struttura planare rigida che è considerata la struttura primaria della proteina. La struttura primaria (quindi la sequenza degli amminoacidi) è memorizzata nel DNA.

La struttura secondaria è il ripiegamento su sé stessa della catena di amminoacidi (grazie a interazioni intramolecolari e intermolecolari).

La struttura terziaria è l'organizzazione complessiva tridimensionale (la proteina già funziona).

La struttura quaternaria (non obbligatoria) sono più subunità proteiche insieme, uguali (omodimeri) o diverse (eterodimeri).

Processo di denaturazione: pH acido o basico, urea o guanidina, causano la perdita di attività (perdita della struttura quaternaria, terzaria e secondaria).

Acidi nucleici

Acido desossiribonucleico → DNA (molecola depositaria dell'informazione genica).

Nucleoside + fosfato = nucleotide

Acido ribonucleico → RNA (coinvolto nell'espressione e nella regolazione genica). Gli acidi nucleici sono polimeri di nucleotidi.

Struttura generale di un nucleotide:

• Gruppo fosfato (legato al C5 dello zucchero)
• Zucchero pentoso; ribosio o desossiribosio (in C2 non ha l'ossigeno)
• Base azotata (legata al C1 dello zucchero); purine (Adenina e Guanina) e pirimidine (Timina - sostituita da Uracile nell'RNA - e Citosina); sporgono al di fuori della catena peptidica e contengono l'informazione genetica.

Regole di Chargaff: A+T(U) → 2 legami -- C+G → 3 legami

Legame fosfodiesterico: legame tra nucleotidi: tra il gruppo ossidrile OH legato al C3 del primo nucleotide e il gruppo fosfato legato al C5 del secondo nucleotide.

1° nucleotide ha il C5 libero (P libero) → n° nucleotide ha il C3 libero (OH libero). Direzione del filamento 5'-3'

DNA: compattato all'interno del nucleo della cellula; doppia elica in senso destroso; due filamenti complementari (ad una pirimidina corrisponde una purina e viceversa) e antiparalleli (le eliche corrono in direzione opposte e mantengono la stessa polarità 5'-3'

Compattazione: DNA a doppia elica + proteine di natura basica (ISTONI) → nucleosomi (collana di perle + DNA linker) → i nucleosomi si uniscono tra loro → formano fibra di cromatina (si vede nel nucleo) → al momento della replicazione, la cromatina si compatta ulteriormente a formare il cromosoma metafasico.

Cromatina, DNA e proteine istoniche possono essere di due tipi,

• Eucromatina; poco compatto e sempre attiva
• Eterocromatina; molto compatta, di due ulteriori tipi
  • Costitutiva, che non è mai trascritta
  • Facoltativa, inattiva solo in alcuni momenti

RNA

Singola elica; diversi tipi (rRNA, mRNA, tRNA).

Attenzione!!! Codice genetico: regole che permettono la traduzione dell'informazione genetica: sequenza di DNA che permette di avere RNA per trascrizione.

Genoma: contenuto globale di DNA di una cellula, sia quello del nucleo che quello del mitocondrio.

Classificazione organismi

Grande percorso evolutivo da un progenitore comune.

• Dominio
• Regno
• Phylum
• Classe
• Ordine
• Famiglia
• Genere
• Specie

Bacteria Eubacteria Nomenclatura binomia di Carlo Linneo

Archaea Archaebacteria

Eukarya Protista Plantae Fungi Animalia

Cellula

Costituente di tutti gli organismi viventi. Similitudine chimica e strutturale anche di cellule di organismi molto diversi tra loro → membrana plasmatica (doppio strato di fosfolipidi), citoplasma, SNA e materiale genetico, utilizzo di proteine.

Cellula procariotica

Procarioti: unicellulari (batteri, alghe blu-verdi); più piccole rispetto agli eucarioti; forme diverse (cocchi, bacilli, spirilli).

• Citoplasma: non ci sono compartimenti, tutto è immerso nel citoplasma; enzimi e altri componenti sono liberi; il nucleo non esiste ma c'è una zona chiamata nucleoside dove si trova la singola molecola circolare di DNA
• Membrana plasmatica (sopra al citoplasma)
• Parete cellulare (sopra alla membrana plasmatica): protegge la cellula e mantiene la forma; costituita da peptidoglicano, il responsabile della colorazione Gram
• Capsula (strato più esterno): costituita da polisaccaridi, presenta flagelli e pili per il movimento

Cellula eucariotica

Eucarioti: dimensione maggiori; alta compartimentalizzazione, organelli delimitati da membrana e ognuno con funzioni specifiche.

• Organelli: Reticolo endoplasmatico, apparato del Golgi, mitocondri o cloroplasti, ribosomi, lisosomi, perossisomi, vacuoli, nucleo.
• Membrane biologiche: membrana plasmatica formata da doppio strato fosfolipidico, con proteine, glucidi e colesterolo (struttura a mosaico fluido).

Nucleo

Forma rotondeggiante. Delimitato dal resto della cellula da due membrane che formano un involucro nucleare o carioteca (divide il nucleoplasma dal citoplasma). Le due membrane formano uno spazio perinucleare, e esse si fondono in alcuni punti formando il poro nucleare.

Complesso del poro nucleare: struttura altamente organizzata e complessa di natura proteica.

Lamina nucleare: sottile rete di proteine nella membrana nucleare interna, mantiene la forma del nucleo ed è sito di attacco dei telomeri durante la meiosi.

Nucleoscheletro: simile al citoscheletro (matrice nucleare)

Sede dell'informazione genetica; contiene le molecole di DNA; sintetizza rRNA nel nucleolo; sede della duplicazione e della trascrizione; sintetizza gli altri RNA nel nucleoplasma.

Reticolo endoplasmatico

Sistema di membrane con organizzazione in cisterne, sacculi e canalicoli (all'interno c'è il lume).

• R.E. → continuità diretta con la membrana nucleare esterna.
• Due tipi:
  • RER (reticolo endoplasmatico rugoso); ricoperto di ribosomi; sede della sintesi di proteine che poi vengono rimaneggiate all'interno del lume e poi spedite fuori la cellula con le vescicole.
  • SER ("smooth", reticolo endoplasmatico liscio); privo di ribosomi; il lume contiene enzimi che intervengono nella sintesi degli steroidi a partire da altri lipidi e carboidrati; sede della sintesi di trigliceridi e fosfolipidi; compito di detossificazione da farmaci; sequestra il Ca dal citosol nel fegato, accumula glicogeno.

Ribosomi

Sia nella cellula eucariotica che procariotica; organelli privi di membrana, formati da rRNA e proteine; composti da due subunità, una maggiore e una minore (si associano quando si legano ad un mRNA). Sede della sintesi delle proteine. Possono trovarsi:

• Sparsi nel citosol, per la sintesi di proteine che rimangono nel citoplasma o per i mitocondri
• Attaccati al RER, per la sintesi di proteine che fanno parte delle membrane oppure secrete dalla cellula tramite vescicole.

Mitocondri

Nella cellula vegetale, la stessa funzione ce l'hanno i cloroplasti. Ogni cellula può avere un numero diverso di mitocondri. Forma bastoncellare, delle dimensioni di un batterio → teoria endosimbiontica.

Teoria endosimbiontica: DNA mitocondriale è a singola molecola circolare; il mitocondrio ha un proprio sistema di trascrizione e traduzione (compresi i ribosomi); sintetizza proteine e enzimi utili alla fosforilazione; è dotato di parziale autonomia. Specializzati nella produzione di energia sotto forma di ATP → respirazione cellulare: ossidazione di lipidi e dei carboidrati proveniente dagli alimenti. Hanno una doppia membrana, separata da uno spazio intermembrana:

• Membrana interna: forma le creste mitocondriali (la matrice); costituita per il 70% da proteine ed è altamente selettiva, non lascia passare quasi nulla; non c'è colesterolo
• Membrana esterna: provvista di porine, proteine che fanno passare anche molecole di grandi dimensioni

Complesso del Golgi

Costituito da pile di sacche membranose appiattite, dette cisterne (ciascuna ha uno spazio interno detto lume; in alcune regioni possono apparire rigonfie in quanto sono piene di prodotti cellulari). Le pile di cisterne costituiscono tre aree:

• Superficie CIS; collocata vicino al nucleo con la funzione di ricevere i materiali contenuti nelle vescicole di trasporto provenienti dal RE
• Regione mediale; contiene differenti enzimi
• Superficie TRANS; più vicina alla membrana plasmatica, impacchetta le molecole in vescicole che sono trasportate fuori dal Golgi.

In alcune cellule animali il complesso è localizzato in posizione laterale. Nelle cellule vegetali e in altri tipi, possono essere presenti più complessi del Golgi, formati da pile membranose isolate e sparse nella cellula. Le cellule che secernono grandi quantità di glicoproteine, hanno un gran numero di pile del Golgi.

• Nelle cellule animali sintetizzano i lisosomi
• Quelli delle cellule vegetali producono polisaccaridi extracellulari (utilizzati come componenti della parete cellulare)
• Processa, smista e modifica le proteine; se assemblate correttamente, sono trasportate dal RE alla superficie CIS del Golgi con vescicole di trasporto che si formano dalla membrana del RE; modificate in molti modi, le proteine danno origine a molecole biologiche più complesse

Glicoproteine: impacchettate in vescicole secretorie nella regione TRANS.

Vescicole di trasporto: si fondono tra loro per formare gruppi che si muovono lungo i microtubuli verso il complesso del Golgi e dal complesso del Golgi; le vescicole si staccano dalla membrana del Golgi, trasportando il contenuto a precise destinazioni; le vescicole che trasportano prodotti che devono essere esportati dalla cellula, si fondono con la membrana plasmatica (la membrana delle vescicole diventa parte della membrana plasmatica).

Lisosomi

Organelli separati da una singola membrana. Piccole vescicole piene di enzimi disperse nel citoplasma (enzimi idrolasi acide, che lavorano con un pH intorno a 5: fosfatasi, solfatasi, proteasi e peptidasi, nucleasi, lipasi, glicosidasi).

Lisosomi primari: si formano per gemmazione dal complesso del Golgi (enzimi idrolitici sintetizzati nel RER). Quando vengono a contatto con la roba da digerire diventano lisosomi secondari: i componenti digeriti vengono scomposti in modo da poter essere riciclati, ciò che non viene digerito diventa corpo residuo, che viene esportato fuori la cellula.

Cellule spazzino: lisosomi che digeriscono i batteri durante i processi immunitari.

Perossisomi

Organuli digestivi, simili ai lisosomi, con singola membrana, ma si differenziano perché il loro prodotto dopo la digestione è molto denso agli elettroni. Contengono enzimi ossidativi:

• Per la β-ossidazione degli acidi grassi
• Che neutralizzano l'acqua ossigenata trasformandola in acqua e ossigeno
• Con attività di detossificazione da alcol e altri prodotti tossici, nel fegato e nei reni

Citoscheletro

Determina la forma della cellula e la sua capacità di muoversi; altamente dinamico e cambia continuamente. È costituito da una rete di fibre proteiche, o meglio detto, da tre tipi di filamenti:

• Microtubuli: sono i filamenti più spessi del citoscheletro, costituiti da α-β tubulina,
  • Strutture cilindriche cave costituite da 13 protofilamenti e vanno dal centrosoma alla periferia → un microtubulo si allunga per addizione di dimeri di tubulina.
  • Dimeri di tubulina: due gruppi di proteine associate ai microtubuli, chiamate MAP (MAP strutturali ancorano l'oggetto da trasportare alle MAP motrici; MAP motrici forniscono energia per il movimento)
  • Coinvolti nel movimento dei cromosomi durante la divisione cellulare; mantengono la forma e danno sostegno.
• Microfilamenti (filamenti di actina); fibre flessibili e solide, ciascuna formata da due stringhe intrecciate costituite da filamenti di actina;
  • Responsabili del mantenimento e del cambiamento della forma delle cellule
  • Contribuiscono al movimento della cellula; coinvolti nella citocinesi (divisione in 2 di una cellula durante la divisione cellulare)
• Filamenti intermedi: resistenti e flessibili, forniscono sostegno meccanico e mantengono la forma della cellula
  • Variano per composizione proteica e dimensione nei diversi tipi di cellula
  • Connessi ad altri tipi di filamenti mediante alcune proteine; mutazione dei geni che codificano per le proteine dei filamenti intermedi rendono la cellula più fragile

Mitocondri: energia e metabolismo

Sono la centrale energetica della cellula: accumulano l'energia che si libera mediante i processi di catabolismo sotto forma di ATP. ATP: molecola che è in grado di conservare l'energia libera sotto forma di energia di legame. I mitocondri sono organuli sferici o allungati, che presentano:

• DNA mitocondriale; una singola molecola circolare, formato da due filamenti (uno spesso e uno leggero); questo consente al mitocondrio una semi-autonomia perché riesce a sintetizzare ribosomi e proteine.
• Membrana interna; ricca di proteine (che non sono altro che i trasportatori degli elettroni della catena e le pompe F₀-F₁ ATP-sintetasi) che piegata a formare le creste mitocondriali
  • La matrice è lo spazio interno delimitato dalla membrana interna
• Membrana esterna; ricca in lipidi e in enzimi che degradano grassi e amminoacidi
  • La camera esterna è lo spazio tra le due membrane (spazio intermembrana)

Gli alimenti vengono ossidati, i due cofattori NAD e FAD vengono ridotti e diventano NADH+H⁺ e FADH₂ → questi grazie a una serie di molecole intermedie vengono riossidati e cedono i loro elettroni all'accettore finale ossigeno; l'energia liberata da questa reazione viene utilizzata per compiere lavoro, ovvero per trasferire ioni H⁺ dalla matrice allo spazio intermembranario; si viene a creare un gradiente protonico che pompe H⁺-ATPasi utilizzano per riportare all'interno gli ioni H⁺, completando il processo di creazione di ATP.

Ogni sostanza subirà delle modificazioni prima delle reazioni di ossidazione (nel citoplasma):

• Carboidrati idrolizzati in monosaccaridi → glicolisi → formano piruvato
• Lipidi idrolizzati in acidi grassi e glicerolo → β-ossidazione → formano piruvato
• Proteine idrolizzate in amminoacidi → deamminazione → formano piruvato
• Acidi nucleici idrolizzati in nucleotidi → formano piruvato

Il piruvato formato entra nel ciclo di Krebs nella matrice mitocondriale.

Glicolisi → Processo di ossidazione di un monosaccaride con formazione di 2 molecole di piruvato.