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Struttura degli amminoacidi
Gli amminoacidi sono formati da un gruppo amminico (–NH2), legato ad un carbonio centrale (carbonio –C–) e a un gruppo carbossilico (–COOH). Il terzo gruppo legato al carbonio è quello che contraddistingue gli amminoacidi.
A pH fisiologico, sia il gruppo carbossilico che quello amminico sono ionizzati. Il gruppo carbossilico di un amminoacido si lega al gruppo amminico di un secondo amminoacido attraverso un legame peptidico.
Possiamo distinguere 20 tipi di amminoacidi. Alcuni amminoacidi vengono definiti essenziali in quanto non possono essere sintetizzati da altre sostanze.
Gli amminoacidi si legano con un legame peptidico che si ottiene da una reazione di condensazione. Il gruppo amminico di un amminoacido reagisce con il gruppo carbossilico di un altro, formando un legame peptidico. Per ogni legame formato si ha l'eliminazione di una molecola d'acqua.
Questa reazione ripetuta più volte unisce molti amminoacidi in un polipeptide.
La sequenza di amminoacidi...
All'interno della catena polipeptidica definisce il primo livello dellaproteina.
ProteineLa struttura primaria delle proteine è data dalla successione degli amminoacidi che compongono laproteina.
La proteina ha, inoltre, altri tre livelli di organizzazione:
- Struttura secondaria - il filamento della struttura primaria si ripiega su se stesso andando a formare α βle -eliche e i foglietti
- Struttura terziaria - i foglietti e le eliche si uniscono andando a formare una subunità proteica(monomero)
- Struttura quaternaria - le proteine terziarie si uniscono andando a formare una molecola proteica(dimero)
Le principali proteine sono:
- Enzimi - catalizzatori che accelerano la velocità delle reazioni chimiche
- Proteine strutturali - proteine del citoscheletro, collagene, elastina, cheratina, ecc.
- Proteine canale - proteine inserite nella membrana citoplasmatica che consentono il passaggio di molecole e ioni
acascata.I prioni sono resistenti alla proteasi e, a differenza di virus e batteri, rimangono intatti anche dopo unacottura a 360 °C per oltre un'ora.
Acidi nucleiciI nucleotidi sono i principali costituenti degli acidi nucleici (DNA, RNA), sono "monete" di scambioenergetico.
Principali nucleotidi, e loro derivati, che si incontrano nella cellulaI nucleotidi sono le subunità degli acidi nucleici. Un nucleotide consiste di una base azotata, unozucchero a 5 atomi di C e uno o più gruppi fosfato.
Le basi sono composti ad anello che contengono azoto. Si dividono in purine (adenina, guanina) e inpirimidine (citosina, timina, uracile). βGli zuccheri sono pentosi, cioè formati da 5 atomi di C. Essi sono il -D-ribosio, usato nell'acidoβribonucleico, e il -D-2-desossiribosio, usato nell'acido desossiribonucleico.
Il legame fra la base e lo zucchero è un legame N-glicosilico.I fosfati sono normalmente uniti al gruppo OH in C5
del ribosio o del desossiribosio. Si dividono in:
- Monofosfato o AMP (catena di 1 fosfato)
- Difosfato o ADP (catena di 2 fosfati)
- Trifosfato o ATP (catena di 3 fosfati)
Il fosato rende un nucleotide carico negativamente.
I nucleotidi si abbreviano con tre lettere maiuscole. Qualche esempio:
- AMP = adenosina monofosfato Base Nucleoside Abbr.
- dAMP = deossiadenosina monofosfato adenina adenosina A
- UDP = uridina difosfato guanina guanosina G
- ATP = adenosina trifosfato citosina citidina C
Un nucleoside è formato da una base legata ad uno zucchero. uracile uridina Utimina timidina T
Biologia applicata
I nucleotidi sono uniti da un legame fosfodiestere fra gli atomi di C 5' e 3', formando così gli acidinucleici.
I nucleotidi, inoltre, hanno molte altre funzioni:
- Trasportano energia nei loro legami acido-anidride facilmente idrolizzabili (es. ATP)
- Si combinano con altri gruppi per formare coenzimi (es. coenzima A,
- Sono usati come molecole segnale specifiche all'interno della cellula (es. AMP ciclico, cAMP)
- Gli acidi nucleici - DNA e RNA
Il DNA costituisce il materiale genetico ed è alla base dell'ereditarietà.
L'RNA trascrive l'informazione genetica per produrre proteine e RNA di diversi tipi.
Struttura del DNA
In una molecola di DNA i due filamenti antiparalleli con sequenza nucleotidica complementare sono accoppiati in una doppia elica destrorsa con circa 10 nucleotidi per giro.
Le coppie di nucleotidi sono tenute assieme da un legame idrogeno.
Biologia applicata
Struttura dell'RNA
DNA e RNA sono entrambi polimeri lineari di nucleotidi. L'RNA differisce dal DNA in tre modi:
- Contiene ribosio invece di desossiribosio
- Contiene la base uracile (U) al posto della timina (T)
- Esiste come filamento singolo e non doppio
L'RNA è a singolo filamento, ma contiene piccole regioni locali in cui le basi si accoppiano in modo complementare.
proteina. Durante il processo di replicazione del DNA, il filamento di DNA si separa e viene sintetizzato un nuovo filamento complementare a ciascun filamento originale. Questo processo assicura che ogni cellula figlia abbia una copia identica del DNA della cellula madre. La trascrizione è il processo mediante il quale l'informazione genetica contenuta nel DNA viene copiata in un RNA messaggero (mRNA). L'mRNA viene poi tradotto in una sequenza di amminoacidi per formare una proteina specifica. Questo processo è chiamato traduzione. Le basi azotate che compongono il DNA sono adenina (A), citosina (C), guanina (G) e timina (T). Nell'mRNA, la timina viene sostituita dall'uracile (U). La sequenza delle basi azotate nel DNA determina la sequenza degli amminoacidi nella proteina. Le proteine svolgono molte funzioni all'interno della cellula, come la catalisi delle reazioni chimiche, il trasporto di molecole e la regolazione dell'espressione genica. La struttura tridimensionale di una proteina è determinata dalla sequenza degli amminoacidi che la compongono. In conclusione, il DNA contiene l'informazione genetica necessaria per costruire le proteine della cellula. Questo processo di sintesi proteica è fondamentale per il funzionamento e la sopravvivenza degli organismi viventi.proteina.La cellula
La teoria cellulare
Le cellule furono osservate per la prima volta nel 1665 da Robert Hook, che studiò con un
microscopio rudimentale sottili fettine di sughero.
Nel 1673 Antonie van Leeuwenhoek effettuò osservazioni di cellule vive, protozoi, batteri espermatozoi, con lenti di sua produzione.
Biologia applicata
Nel 1838-39 Schleiden e Schwann, un botanico ed un zoologo, per primi osservarono la similarità tra
tessuti animali e vegetali ed ipotizzarono che tutti gli organismi viventi sono costituiti da cellule. Essi
credevano tuttavia alla generazione spontanea.
Rudolph Virchow’s, nel 1858, affermò che le cellule potevano formarsi solo per divisione di una
cellula preesistente: “Omnis cellula e cellula”.
Si sviluppò così la teoria cellulare:
1. Tutti i viventi sono formati da una o più cellule
2. Le cellule costituiscono le unità fondamentali di ciascun organismo
3. Tutte le cellule derivano da altre
Le cellule di tutti gli organismi viventi hanno delle caratteristiche comuni:
- Contengono DNA
- Sono dotate di una membrana plasmatica, che separa l'ambiente interno della cellula dall'ambiente esterno
- Sono in grado di completare alcune funzioni metaboliche di base:
- sintesi e degradazione di molecole
- produzione di energia
- assunzione di materiali dall'esterno ed "eliminazione dei rifiuti"
- comunicazione
- regolazione e coordinazione delle attività
Le cellule rientrano tutte in un breve intervallo di dimensioni (all'incirca tra 1 e 100 μm). Il limite superiore delle cellule dipende da:
- Minimo rapporto tra area di superficie e volume
- Tassi di diffusione delle molecole
- Concentrazione locale di substrati ed enzimi
Il limite inferiore, invece, dipende da:
- Numero minimo di substrati ed enzimi
- Volume minimo per contenere il DNA
Il volume cellulare è correlato al metabolismo, mentre dalla superficie dipende la
quantità di sostanze che può transitare dall'esterno alla cellula e viceversa. La dimensione e la forma dipendono dalla funzione della cellula.
Biologia applicata
Esseri viventi
Evoluzione
Classificazione
Gli esseri viventi si dividono in:
- Archeobatteri
- Eubatteri
- Protisti (es. alghe, amebe)
- Piante
- Funghi
- Animali
Archeobatteri ed eubatteri
Carl Woese, in base ad analisi della sequenza delle subunità minore dell'RNA ribosomiale (rRNA16S), ha indicato l'esistenza di due domini:
- Archaea
- senza peptidoglicano
- metanogeni
- lipidi con legame etere
- insensibili alla rifamicina
- vivono in condizioni simili a quelle "della terra primitiva"
- alofili, termofili ed acidofili estremi
- Bacteria
- con parete di peptidoglicano
- sensibili alla rifamicina che blocca la trascrizione
- lipidi con legami estere
Procarioti ed eucarioti
Gli organismi procarioti sono esclusivamente unicellulari
(batteri). Gli organismi eucarioti sono sia unicellulari (amebe, lieviti) che pluricellulari.Cellula procariota
Cellula eucariota
Organismi tipici
Batteri ed archeobatteri
Protisti, funghi, piante ed animali
μ~ 5-100 m (con poche eccezioni, come gliμ
Dimensioni tipiche ~ 1-10 m spermatozoi)
Nucleo racchiuso da doppia membrana
Tipo di nucleo Nucleotide: nessun nucleo davvero definito (membrana nucleare), presenza di nucleoli
Molteplici molecole di DNA lineari nel
Genoma DNA singolo, circolare, nel citoplasma nucleo (complessate ad istoni =cromosomi); introni
Metabolismo Anaerobio o aerobio
Sintesi di RNA Sintesi dell’RNA
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