Argomenti e risposte modulo 1 e 2 biologia e biologia molecolare

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Modulo 1-2

1. Batteri (ricombinazione – trasduzione – trasformazione – coniugazione)

(Discorso generale) I batteri sono cellule procariote, quindi senza nucleo e senza

organuli delimitati da membrana al loro interno; presentano una sola membrana formato

da uno strato (o sottile o più spesso) di proteoglicano (polimero formato da proteine e

unità polisaccaridiche) il quale influenza il tipo di batterio: gram positivi se all’esterno

della membrana plasmatica lo strato di proteoglicano è più spesso, per cui riesce a

trattenere un colorante a fluorescenza, al contrario i gram negativi presentano uno

strato più sottile ricoperto da un’altra membrana lipoproteica che rende difficile la

penetrazione da parte del colorante. Il cromosoma batterico si trova libero nel

citoplasma a formare un nucleoide, ovvero un'unica molecola di DNA circolare avvolto a

proteine associate in quanto risulterebbe più lungo del batterio stesso (quindi per essere

contenuto si superavvolge). Presenta, inoltre, ribosomi per la sintesi proteica e i flagelli:

lunghi filamenti proteici (solitamente è uno singolo) formati dalla proteina flagellina, i

quali permettono il movimento della cellula batterica.

(Classificazione) I batteri si classificano in base alla forma, al tipo di ambiente e

temperatura in cui vivono, come la presenza o meno di ossigeno; per quanto riguarda la

forma troveremo:

- I bacilli, a bastoncino

- I cocchi, a sfera

- I diplococchi, ovvero due cocchi uniti

- Gli streptococchi, disposti a catena

- Gli stafilococchi, disposti, invece, a grappolo

- Gli spirilli, a spirali

- I vibrioni, a virgola

- Le spirochete, che presentano più curve.

Mentre per il tipo di ambiente in cui vivono troviamo:

- Gli alofili, che vivono ad alte concentrazioni saline

- Gli acidofili, in condizioni acide

- Gli alcalofili, in condizioni basiche.

In base alla temperatura:

- I criofili, che vivono a basse temperature

- I mesofili, come la salmonellosi, vivono intorno ai 37°C

- I termofili, invece, che vivono a 70°C e oltre.

Inoltre, in basse alla presenza o meno di ossigeno troveremo:

- Quelli anaerobi, che vivono in assenza di ossigeno

- Quelli aerobi, invece, che vivono in condizioni con presenza di ossigeno

- E quelli aerobi/anaerobi facoltativi, ovvero che, a seconda dell’ambiente

favorevole o meno i cui si trovano, scelgono per adattarsi se essere aerobi o

meno.

Per quanto riguarda ka genetica batterica, essi, si moltiplicano per scissione binaria, ma

vi sono diversi metodi con il quale i batteri moltiplicano il proprio genoma:

- La trasformazione, la quale prevede che il DNA batterico già presente

nell’ambiente (perché deriva dalla morte di altri batteri adiacenti) entri nella

cellula batterica e si inserisca nella sequenza analoga, correggendo un eventuale

errore.

La coniugazione, la quale avviene tra 2 batteri vicini, il qual 1 dei 2 possiede il

- fattore F+ (attivo), ovvero un plasmide (Molecola di DNA circolare a doppio

filamento, presente nel citoplasma dei batteri e capace di replicarsi

indipendentemente dal cromosoma; i plasmidi contengono le informazioni

genetiche per alcune caratteristiche specifiche, come la resistenza dei batteri agli

antibiotici, e trovano largo impiego nella biologia molecolare per riprodurre

indefinitamente frammenti di DNA e per inserire in un batterio uno o più geni

estranei) con funzione coniugativa. Questo batterio con il fattore F+ crea una

sorte di ponte, dei fili di DNA (pili), i quali lo trasferiscono all’altro batterio

adiacente, quindi da una cellula all’altra.

- La trasduzione, invece, si ha in seguito ad un’infezione da parte di un batteriofago

(virus) il quale inserisce il DNA batterico, e quindi complementare, anziché quello

virale, andando quindi a correggere un eventuale errore.

- La ricombinazione deriva da meccanismi di trasferimento genetico: ovvero un

batterio donatore trasferisce delle sequenze nucleotidiche al batterio ricevente il

quale le integra nel proprio genoma.

2. Citoscheletro

Il citoscheletro è lo scheletro della cellula (infatti cito = cellula) il quale le conferisce la

struttura, in quanto costituito da una complessa rete di tubuli proteici che donano

supporto meccanico e determinano i movimenti della cellula stessa. Le sue funzioni sono

molteplici: è imputato all’ancoraggio degli organuli e delle macromolecole all’interno

della cellula, ed è responsabile della formazione delle fibre del fuso mitotico durante la

divisione cellulare. È formato da 3 componenti:

- I microtubuli

- I microfilamenti

- I filamenti intermedi

I microtubuli sono costituiti da una proteina, la tubulina, un eterodimero (avente una

struttura quaternaria) la quale è suddivisa in 2 subunità: la a-tubulina e la b-tubulina;

questa suddivisione fa sì che il microtubulo acquisisca una sua polarità: l’estremità b, o

polo +, è la parte alla quale vengono aggiunte le molecole di tubulina, mentre

all’estremità a, o polo -, vengono sottratte, in quanto il microtubulo, così come i

microfilamenti di actina, sono strutture molto dinamiche, che vengono scomposte e

composte continuamente. Le pareti del microtubulo sono, inoltre, formato da 13

protofilamenti organizzati in modo tale che la tubulina a e la b siano alternate in senso

longitudinale ed assiale (formando quindi le 2 estremità differenti). La loro funzione è

principalmente legata all’impalcatura della cellula, in quanto sono strutture

incomprimibili, determinandone la forma, si occupano del movimento e formano le fibre

del fuso durante la mitosi. All'interno dei microtubuli troviamo delle proteine associate, le

MAPs (Microtubuliar Associated Proteins) come la chinesina e la dineina, le quali sono

proteine motrici che si occupano del trasporto di vescicole lungo il microtubulo e, inoltre,

presentano struttura analoga. La chinesina, ad esempio, è formata da 2 catene pesanti

che si associano a spirale tra loro a formare un’unica elica che prende il nome di “piede

della proteina motrice”, e 2 catene leggere che, invece, si ancorano alla

vescicola/molecola da trasportare lungo il microtubulo, imitando un movimento a

“camminata” su di esso. I microtubuli svolgono diverse funzioni, come quelle di

determinare le posizioni degli organelli e dirigere il trasporto intracellulare, come la

formazione del fuso mitotico, di ciglia e di flagelli. Inoltre, i microtubuli costituiscono

anche i centrioli: strutture cilindriche contenenti 9 fibrille regolarmente spaziate, ognuna

delle quali formata da 3 microtubuli (9x3: triplette di microtubuli); essi sono gli organelli

da cui si originano, in seguito alla divisione cellulare (mitosi e meiosi), le fibre del fuso

mitotico, e i quali, duplicandosi, si disporranno ai lati della cellula per dividere i

cromosomi (inizialmente, però, si trovano nel centro della cellula in un’area chiamata

centrosoma, situata vicino al nucleo). Il centrosoma è una struttura complessa

contenente 2 centrioli circondati da materiale pericentriolare amorfo (elettrondenso) in

cui si ha la nucleazione dei microtubuli: processo che consiste nella formazione di

eterodimeri (ovvero le coppie di a/b tubulina).

I microfilamenti sono formati da molecole di actina globulare, le quali si associano tra

loro per formare una doppia elica di actina filamentosa; essi determinano la forma della

superficie cellulare e sono necessari per la locomozione dell’intera cellula costituendo i

lamellipodi e i fillopodi. Le proteine associate sono di diverso tipo, a seconda della

funzione che devono svolgere:

- Le proteine di nucleazione si occupano di associare 2-3 monomeri di actina in

modo tale che la polimerizzazione del filamento continui

- Quelle che sequestrano i monomeri, invece, impediscono la polimerizzazione,

regolando quindi l’equilibrio monomero-polimero

- Le proteine di incappucciamento vanno a legarsi ad una delle 2 estremità

regolando la lunghezza di ogni filamento

- Vi sono, inoltre, anche quelle di polimerizzazione di monomeri che formano

filamenti e, in senso opposto, quelle di depolimerizzazione, che permettono

ridurre/degradare i filamenti

- Le proteine che formano legami crociati, i quali alterano l’organizzazione

tridimensionale dei filamenti

- Quelle che tagliano i filamenti, come la cofilina, e quelli che, invece, che legano la

membrana permettendone il movimento.

I filamenti intermedi, invece, sono strutture simili a corde che forniscono forza

meccanica e resistenza agli stress; essi sono contengono monomeri di proteine e sono

costituiti da un’estremità C- terminale e N-terminale con forma globulare. 2 di questi

monomeri si associano a formare un dimero, i quali 2 di questi dimeri si associano per

formare un tetramero, il quale successivamente forma un protofilamento e il filamento

stesso. I filamenti intermedi si suddividono in filamenti citoplasmatici e nucleari; quelli

citoplasmatici sono le cheratine, negli epiteli, la vimentina nei tessuti connettivi,

muscolare e neurogliale, e i neurofilamenti nelle cellule nervose; quelli nucleari, invece,

come le lamine nucleari, si trovano nelle cellule animali.

3. Cloroplasti

Sono organelli presenti nelle cellule vegetali responsabili della fotosintesi clorofilliana,

dalla quale le piante sintetizzano il glucosio (C6H12O6) con sviluppo di ossigeno, a

partire da acqua e anidride carbonica. La fotosintesi clorofilliana è costituita da 2 fasi:

quella luminosa, in cui assorbita e immagazzinata/conservata l’energia sotto forma di

ATP e il cofattore NADPH con sviluppo di ossigeno, e la fase oscura in cui vengono

utilizzati quest’ultimi per produrre anidride carbonica e formare il glucosio e altri prodotti

organici.

I cloroplasti presentano 2 membrane, una interna impermeabile e una esterna; quella

interna, inoltre, contiene strutture ordinate chiamate tilacoidi, a loro volta disposti in pile

definite “grana”, mentre lo spazio interno ai tilacoidi prende il nome di “lume”. Lo spazio

interno ai cloroplasti, lo stroma, contiene gli enzimi per la sintesi dei carboidrati; inoltre,

essi, contengono un DNA batterico residuo in quanto l’origine di questi organelli (così

come quella dei mitocondri) è comune ad un batterio (primordiale) il quale una volta

entrato nella cellula ha portato alla formazione delle cellule sia eucariote che procariote.

4. Complesso del Golgi

Il complesso del Golgi fa parte delle endomembrane (quindi tutte quelle strutture che

delimitano gli organelli della cellula eucariote, come il RE sia rugoso che liscio, i lisosomi

e i perossisomi, i vacuoli ma nella cellula vegetale) ed è costituito da cisterne discoidali

nelle quali avvengono le modificazioni post-traduzionali delle proteine. Queste cisterne

hanno forma appiattita e discoidale, simili a curve disposte in pile ordinate e

interconnesse da microtubuli che aiutano lo spostamento di vescicole grazie alle loro

proteine motrici associate (chinesina e dineina). Le cisterne sono di 3 tipi:

- CIS quelle rivolte verso il reticolo endoplasmatico

- Mediali

- Trans quelle rivolte verso la membrana plasmatica

Il movimento delle proteine lungo l’apparato del Golgi avviene sempre dalla parte CIS

verso quella TRANS. Le funzioni di questo organello sono imputate sia alle modificazioni

chimiche delle proteine, come la rimozione di porzioni di sequenze amminoacidiche, o

l’aggiunta di gruppi funzionali o ancora di unità lipidiche o glucidiche; e anche alla

regolazione del movimento di tali proteine (proteine di secrezione, di membrana e quelle

destinate ad altri organuli, come lisosomi per il loro “smaltimento”).

Ma come avviene il trasporto di una proteina all’interno della cellula?

Inizialmente i neopolpeptidi, nonché le proteine nuove appena sintetizzate, entrano nel

reticolo endoplasmatico rugoso, nel quale vengono aggiunti carboidrati per formare

glicoproteine. Dopodich&e