Biologia animale - Appunti

BIOLOGIA

LA CHIMICA DEI VIVENTI

Gli ELEMENTI sono sostanze che non possono essere scisse in sostanze più semplici.

96% della massa degli organismi è costituita da OSSIGENO, IDROGENO E AZOTO

Altre sostanze come il Rame o lo IODIO sono detti elementi in tracce in quanto presenti il concentrazioni minime.

IMPORTANZA BIOLOGICA DELLE INTERAZIONI DEBOLI

Il LEGAME H, è molto importante dal punto di vista biologico, in quanto, quando l’idrogeno si combina con l’ossigeno

(relativamente elettronegativo), il suo elettrone si va a posizionare più vicino all’atomo di ossigeno. I legami a idrogeno si

rompono e si formano rapidamente. Sebbene sia un legame relativamente debole, nel loro insieme la molteplicità di legami H

può costituire una struttura forte.

RUOLO IMPORTANTE NELLA COSTITUZIONE DELLA STRUTTURA TRIDIMENSIONALE DELLE PT. O DEL DNA.

PROPIETA’ DELL’ACQUA

Circa il 70% del nostro peso corporeo è dovuto all’acqua.

Molecole polari tenute insieme da legami H.

Grazie alla loro polarità le molecole di acqua sono in grado di dissociare i composti ionici.

1. COESIONE, le molecole di H2O, grazie alla presenza di legami H, hanno la capacità di legarsi tra loro.

2. ADESIONE, si attaccano ad una grande quantità di altre sostanze.

AZIONE CAPILLARE: tendenza a risalire all’interno di tubi molto stretti.

TENSIONE SUPERFICIALE.

MOLECOLE ORGANICHE PRESENTI NEI VIVENTI E RISPETTIVE FUNZIONI

 CARBOIDRATI

(CH2O) n

Monosaccaridi, zuccheri semplici, da 3 a 7 atomi di C.

Ogni carbonio lega un gruppo ossidrilico, tranne uno che lega col doppio legame un ossigeno.

C doppio legame O = gruppo carbonilico.

Se il gruppo carbonilico si trova in posizione terminale allora il monosaccaride è un aldeide, se invece si trova all’interno

della catena, prende il nome di CHETONE.

Glucosio e Fruttosio sono ISOMERI STRUTTURALI. Glucosio(aldeide), Fruttosio (Chetone).

Glucosio e Galattosio sono ENANTIOMERI.

Il glucosio in soluzione esiste come anello a 5 atomi di carbonio ed 1 di ossigeno. In base all’orientamento del gruppo

ossidrilico esistono 2 possibili isomeri: GLUCOSIO β: quando gruppo OH e CH2OH sono dalla stessa parte dell’anello.

GLUCOSIO α: da parte opposta.

Due monosaccaridi legati da legame glucosidico formano un Disaccaride.

Ossigeno centrale legato covalentemente a 2 C.

 2 unità di α-glucosio = MALTOSIO

 Glucosio + Fruttosio = SACCAROSIO

 Glucosio + Galattosio = LATTOSIO

Un disaccaride può essere scisso grazie all’IDROLISI.

POLISACCARIDI

 AMIDO: polimero costituito da sub unità di α-glucosio. Legami α1-4.

 GLICOGENO: (amido animale) costituzione simile all’amido, ma più ramificato e più idrosolubile, si accumula nel

fegato e nelle cellule muscolari.

 CELLULOSA: polisaccaride insolubile, legami β1-4 glicosidici.

 LIPIDI

Apolari, perché poveri di ossigeno, essendo in sostanza costituiti da Carbonio e Idrogeno.

ignazio gallo 1

I più comuni sono i trigliceridi, costituiti da un alcol a 3 atomi di C, il GLICEROLO, legato a 3 catene di acidi grassi, catene

idrocarburiche.

Glicerolo e acidi grassi sono legati da legame ESTERE, reazione di condensazione tra –OH dell’alcol e gruppo carbossilico (-

COOH) della catena idrocarburica, con liberazione di una molecola di H2O.

 Fosfolipidi

Appartengono ai lipidi anfipatici, ovvero un’estremità idrofila ed una idrofoba.

 PROTEINE

Costituite da amminoacidi.

Amminoacidi, hanno un gruppo amminico (-NH2) e un gruppo carbossilico (-COOH) legati allo stesso atomo di C.

− +

Il gruppo carbossilico può rilasciare protoni (- ), mentre il gruppo amminico può acquistare protoni (-NH3 ).

Questa particolare capacità, rende gli amminoacidi dei fondamentali tamponi biologici.

Gli amminoacidi si legano per condensazione grazie al legame peptidico, andando a costituire polipeptidi.

Tra carbonio del gruppo carbossilico e azoto del gruppo amminico.

Strutture tridimensionali pt.

 STRUTTURA PRIMARIA: sequenza amminoacidica di una catena polipeptidica. A filo di perle.

 STRUTTURA SECONDARIA: caratterizzata dall’instaurazione di legami H (tra l’ossigeno del carbossilico e l’H

dell’amminico) a distanza di 4 amminoacidi.

α-elica

Β-foglietto ripiegato

 STRUTTURA TERZIARIA: interazioni tra gruppi laterali. E’ la forma complessiva assunta da ciascuna catena.

 STRUTTURA QUATERNARIA: interazioni tra le varie catene, disposizione tridimensionale della pt.

Comprende interazioni quali: legami H, Ionici, interazioni idrofobiche, ponti disolfuro.

Le chaperonine, sono particolari pt. Che aiutano altre pt. Ad assumere la corretta conformazione nello spazio. Quest’ultimo

processo prende il nome di FOLDING.

 ACIDI NUCLEICI

Trasmettono info ereditaria. RNA e DNA.

Sono polimeri di NUCLEOTIDI: 1 zucchero a 5 C, ribosio o

desossiribosio; base azotata e gruppo fosfato.

DNA: purine (A, G) pirimidine (C, T)

RNA: purine (A, G) pirimidine (C, U)

I nucleotidi sono legati da legame fosfodiesterico.

Nucleoside: base azotata + zucchero

CELLULA

Dimensioni molto piccole: il rapporto tra superficie e volume.

La superficie dev’essere abbastanza grande rispetto al volume

per permettere gli scambi adeguati con l’ambiente.

Aumentando le dimensioni, il volume aumenta maggiormente

rispetto alla superficie limitando le dimensioni della cellula.

Microscopio:

 Ottico: fino a 1000 volte

 Elettronico a trasmissione (TEM): 25.000 volte

 Elettronico a scansione (SEM)

Cellule procariotiche ed eucariotiche:

Le procariotiche, tipiche di archea e batteri sono più piccole, DNA non racchiuso nel nucleo, ma nel nucleoide.

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Molte procariotiche possiedono una parete cellulare esterna, e strutture filamentose utili alla locomozione quali ad esempio i

FLAGELLI.

Le cellule eucariotiche, invece, sono altamente organizzate, presentano organelli definiti e il DNA è contenuto in un nucleo ben

definito. Inoltre posseggono il CITOSCHELETRO.

Le membrane biologiche:

Sono strutture complesse e dinamiche costituite da lipidi e proteine in costante movimento. Regolano lo scambio di sostanze

tra cellula e ambiente circostante. Mantengono l’OMEOSTASI.

Omeostasi situazione di equilibrio osmotico.

FOSFOLIPIDI: le membrane biologiche sono costituite da un doppio strato fosfolipidico.

Glicerolo + 2 catene di acidi grassi + gruppo fosfato ( carico - , rende la testa del fosfolipide idrofila ) .

Avendo testa idrofila e coda idrofoba, il fosfolipide appartiene a quella particolare categoria che prende il nome di molecole

anfipatiche.

1972 – modello a mosaico fluido: le membrane sono costituite da un doppio strato fosfolipidico fluido, nel quale le pt. Sono

incastonate come le tessere di un mosaico.

Le code idrofobe di un singolo strato scivolano sulle code de ll’altro, così da rendere le proteine dinamiche.

COMPORTARSI COME I CRISTALLI LIQUIDI: pur essendo ordinatamente disposte, le catene idrocarburiche sono libere di ruotare

e di muoversi lateralmente in un singolo strato, conferendo al doppio strato la proprietà di Fluido bidimensionale.

E’ necessario mantenere questo stato di fluidità ottimale, se troppo fluida, struttura debole; se troppo rigida, risultano al terate

alcune funzionalità come il trasporto di alcune sostanze. Qui entra in gioco il COLESTEROLO, uno steroide che si comporta da

tampone di fluidità. Pur essendo essenzialmente idrofobo, presenta un unico gruppo –OH che lo rende leggermente anfipatico.

L’ –OH , infatti, interagisce con le teste idrofile, mentre la parte idrofoba si incastra tra le cod e idrofobe degli acidi grassi limitando

le interazioni di Van der Waals e mantenendo così lo stato fluido ottimale.

Vescicole: I doppi strati hanno difficoltà a mantenere estremità libere, così da andare a formare delle vescicole chiuse

fondamentali nelle fasi di trasporto, ecc.…

PROTEINE DI MEMBRANA:

 Integrali: strettamente legate alla membrana, possono essere separate solo in seguito a distruzione della membr.

 Transmembrana: si estendono completamente da una parte all’altra della membrana

 Periferiche: localizzate sulla superficie esterna o interna tramite legami covalenti.

Hanno diverse funzioni: ancorare cellule al substrato ( integrine ) , trasporto, canali regolatori per ioni o molecole, pompe ATP-

dipendenti, catalizzatori, recettori (trasduzione del segnale)

TRASPORTO MEDIATO DA PROTEINE

Le membrane biologiche sono selettivamente permeabili:

Alcune sostante entrano ed escono ripetutamente dalla cellula per Diffusione semplice, un processo secondo gradiente

osmotico. La diffusione si basa sul movimento casuale delle molecole. Se la temperatura aumenta, le molecole si muovono più

velocemente e la velocità di diffusione aumenta.

Generalmente tutti i nostri fluidi corporei sono isotonici rispetto alle cellule del corpo, ovvero contengono la stessa

concentrazione di acqua delle cellule. [0.9%]

Le proteine canale e le proteine carrier , influenzano la permeabilità di membrana. Le acquaporine, sono particolari proteine

canale che facilitano il trasporto di acqua all’interno della cellula, in risposta ai gradienti osmotici.

La cellula sfrutta diversi gradienti per poter svolgere diverse funzioni vitali. Tuttavia gli ioni, essendo elettricamente carichi, non

possono attraversare liberamente la membrana per diffusione semplice, ma devono poter essere trasportate da particolari

proteine dette CARRIER, pt. Integrali di membrana che formano appositi canali.

La membrana viene quindi resa permeabile a determinate sostanze e ioni da proteine carrier. Questo tipo di trasporto

‘’facilitato’’ , prende il nome di Trasporto mediato da Carrier.

La cellula spesso richiede sostanze a concentrazioni più alte rispetto a quelle esterne. Necessita quindi di un trasporto ‘’contro

gradiente’’. Queste sostanze vengono trasportate ATTIVAMENTE da pt. Carrier che pompano le particelle da una zona a bassa

concentrazione ad una a più alta concentrazione. Il trasporto attivo, richiede un dispendio di energia come l’ATP.

Es. Pompa sodio-potassio… si stabilisce un gradiente elettrochimico, dovuto alla differenza di concentrazione e di carica, che va

a costituire una forma di immagazzinamento di energia, sfruttabile dalla cellula per alcuni tipi di lavoro cellulare. ( Es.

trasmissione impulso nervoso ) .

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Trasporto passivo: il gradiente elettrochimico può essere sfruttato per

attivare il trasporto attivo di diverse sostanze, così una proteina può

trasportare ioni contro gradiente, mentre trasporta altre sostanze secondo

gradiente. Questa modalità prende il nome di Trasporto accoppiato o

cotrasporto.

TRASPORTO MEDIATO DA VESCICOLE:

Sostanze di dimensioni maggiori a ioni e molecole.

 ESOCITOSI: le cellule espellono prodotti di scarto mediante la

fusione di vescicole con la membrana plasmatica cellulare.

 ENDOCITOSI:

1. Fagocitosi

Ingresso particelle solide che fondendosi al lisosoma primario,

costituiscono il lisosoma secondario.

LISOSOMA 1° + PARTICELLE SOLIDE = LISOSOMA 2°

2. Pinocitosi ( pinos, bere) : ingresso di liquidi

3. Endocitosi mediata da recettori: le molecole si combinano con

particolari recettori di membrana della cellula.

es. colesterolo ematico e LDL (lipoproteine a bassa densità)

COME COMUNICANO LE CELLULE ?

Attraverso una serie di meccanismi sotto il nome di ‘’Segnalazione cellulare’’. Esse comunicano per mezzo di segnali chimici. Le

molecole segnale possono essere neurotrasmettitori, ormoni o altre molecole di regolazione che possono essere sintetizzate da

cellule adiacenti o da tessuti molto distanti. Queste molecole poi raggiungono la cellula bersaglio o attraverso il torrente

ematico, o attraverso i processi di diffusione. Il processo di TRASDUZIONE DEL SEGNALE, è il processo con cui le cellule

convertono un segnale extracellulare in segnale intracellulare e lo amplificano.

Il primo messaggero è il LIGANDO (es. ormone), che lega il recettore e lo attiva. Il recettore attivato cambia conformazione e

attiva un’altra proteina, ad esempio la proteina G, che traferisce il segnale dal recettore ad un enzima che catalizza un sec ondo

messaggero per il segnale intracellulare. Molto spesso il secondo messaggero è l’AMP-ciclico (c-AMP).

Ad esempio il c-AMP, è in grado di attivare una serie di chinasi.

Le giunzioni cellulari

Cellule adiacenti sviluppano delle giunzioni intercellulari specializzate. Le cellule animali sono connesse da diversi tipi di

giunzione tra cui: Giunzioni serrate, Giunzioni di ancoraggio e Giunzioni comunicanti; mentre le cellule vegetali sono connesse

dai plasmodesmi.

GIUNZIONI DI ANCORAGGIO: desmosomi-giunzioni aderenti.

I Desmosomi sono punti di attacco tra le cellule e le mantengono unite in specifici punti, proprio come bottoni.

Il risultato è che tra le membrane sono presenti degli spazi attraverso i quali possono ancora passare delle sostanze.

Le GIUNZIONI ADERENTI: cementano le cellule tra loro. Ad opera di particolari pt. dette caderine.

Utili alla trasmissione di segnali dall’ambiente esterno al citoplasma.

Giunzioni SERRATE: sono strettissime, ma distribuite in modo discontinuo. Sigillano le cavità corporee (es. endotelio intestinale).

LE GIUNZIONI COMUNICANTI, assomigliano ai desmosomi, ma oltre ad unire le membrane, contengono dei canali che

permettono lo scambio di citoplasma tra le diverse cellule. Mediante l’apertura e la chiusura di questi canali proteici costi tuiti

da conexina, le cellule possono regolare lo scambio di molecole di regolazione come il c-AMP.

PLASMODESMI: spazio tra due cellule vegetali, rivestito da un tubulo di reticolo endoplasmatico detto desmotubulo.

Sono fondamentali nei vegetali, che sprovvisti di sistema nervoso, mettono in comunicaz ione il citosol grazie ai desmotubuli

(soluzioni di continuità delle pareti adiacenti).

STRUTTURE CELLULARI E SPECIFICHE FUNZIONI

Membrana interna

Nucleo cellulare: L’involucro nucleare queste 2 membrane si fondono a formare i pori nucleari

Membrana esterna

I pori nucleari, rivestiti di proteine, regolano il passaggio di sostanze dal nucleoplasma al citoplasma.

Il nucleo contiene il DNA, il materiale genetico, che associato a delle proteine forma la cromatina, una struttura organizzata

che

condensandosi forma i cromosomi.

La maggior parte dei nuclei possiede strutture compatte dette nucleoli(NON CIRCONDATI DA MEMBRANA)

Contengono un organizzatore nucleolare, geni preposti alla sintesi degli RNA ribosomiali.

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Le proteine necessarie, sono invece prodotte nel citoplasma e vengono poi introdotte nel nucleolo dove RNA + PROTEINE =

RIBOSOMA.

Reticolo endoplasmatico: è il labirinto di membrane interne appiatti