Biologia - macromolecole biologiche

Il raggiungimento della corretta conformazione delle proteine

Il raggiungimento della corretta conformazione (struttura terziaria) delle proteine è quasi sempre guidata da proteine accessorie: chaperoni e le chaperonine. Dal momento che a partire da una stessa struttura primaria ci possono essere varie alternative di conformazione terziaria, e che una sola funzioni correttamente, c'è bisogno di agenti che ne controllino il folding.

I chaperoni fin dalle prime fasi della sintesi proteica si agganciano alla sequenza di amminoacidi impedendo legami con altre molecole della cellula che potrebbero portare ad un misfolding e aiutano il peptide a ripiegarsi. Per certi peptidi agiscono solo i chaperoni, mentre per altre la loro azione non basta: quando la traduzione è terminata entrano in azione le chaperonine, che lavorano in un complesso cilindrico (TRIC) all'interno del quale va a finire la proteina inglobata, isolandola dall'ambiente citoplasmatico e all'interno della quale viene raggiunta la conformazione terziaria corretta.

finale. L'assunzione di conformazioni sbagliate, o misfolding, rendendo non funzionali le proteine, può comportare gravi danni alla cellula. Conoscendo la sequenza primaria è possibile prevedere la potenziale struttura secondaria e terziaria. Tante sono quelle possibili per una data sequenza, ma spesso solo una è funzionale: la funzione di una proteina è infatti determinata strettamente dalla sua forma. Si possono comunque fare previsioni di folding alternativi grazie a sistemi informatici. Denaturazione delle proteine Le proteine possono essere denaturate a causa di condizioni non fisiologiche come temperatura (se riscaldate) o in seguito all'azione di altri agenti denaturanti (come urea e altre molecole organiche). Questi agenti causano l'unfolding, lo svolgimento, delle proteine, che non sono più funzionali. È un processo in molti casi irreversibile: anche riportando le condizioni a1 nelle purine, più grandi e formate da due anelli. Le basi azotate sono: adenina (A), guanina (G), citosina (C), timina (T) per il DNA e uracile (U) per l'RNA. I nucleotidi si legano tra loro tramite legami fosfodiesterici tra il gruppo fosfato di un nucleotide e lo zucchero del nucleotide successivo. Questa sequenza di nucleotidi forma una catena di acido nucleico. Il DNA è una doppia elica, formata da due catene di nucleotidi avvolte insieme. Le basi azotate si appaianno tra loro in modo specifico: l'adenina si appaia sempre con la timina tramite due legami idrogeno, mentre la guanina si appaia sempre con la citosina tramite tre legami idrogeno. Questa complementarità delle basi azotate permette la replicazione del DNA e la sintesi di RNA. L'RNA è una singola catena di nucleotidi, che può essere di diversi tipi: RNA messaggero (mRNA), RNA ribosomiale (rRNA) e RNA di trasferimento (tRNA). L'RNA svolge diverse funzioni all'interno della cellula, tra cui la traduzione dell'informazione genetica contenuta nel DNA in proteine. In conclusione, le proteine e gli acidi nucleici sono componenti fondamentali per il corretto funzionamento delle cellule e svolgono una vasta gamma di funzioni all'interno degli organismi viventi.9 per le purine, più grandi e formate da due anelli. Un gruppo fosfato, grazie al quale avviene la polimerizzazione: un nucleotide si lega a quello successivo grazie a un legame tra il gruppo fosfato e C3': legame fosfodiestere. Le basi azotate: Esistono 5 basi azotate divise in: - pirimidine: formate da un anello - purine: due anelli I gruppi legati al carbonio in alto distinguono le basi, sono gruppi reattivi coinvolti nei legami quando le basi sono complementari: - NH2, gruppo amminico: citosina e adenina - 2C=O, gruppo carbonile: timina (uracile) e guanina L'uracile è la base azotata che prende il posto della timina nell'RNA, ha un gruppo CH legato al 3' carbonio che la timina non ha. La struttura del DNA: Il DNA è una doppia elica destrorsa, intuita da Watson e Crick nel 1952 grazie a studi di cristallografia in collaborazione con Wilkins e Franklin. Ha un diametro costante di 2nm, è una struttura unica, estremamente dinamica, si

Il DNA può aprire e chiudere poiché tenuta insieme da legami deboli, legami a H, che si stabiliscono tra coppie di basi. Questi legami a H sono legami obbligati: l'adenina forma 2 legami a idrogeno con la timina, la citosina forma 3 legami a idrogeno con guanina. Visto il diametro costante, abbiamo per forza legami tra purine e pirimidine. Come tutti i legami a idrogeno sono legami deboli che possono essere rotti, nel caso del DNA per aprire la doppia elica (per trascrizione o replicazione): c'è un dispendio energetico per farlo ma è relativamente contenuto.

L'esistenza dell'RNA fu scoperta qualche anno dopo la struttura del DNA, da cui differisce per alcuni particolari: come zucchero pentoso ha ribosio al posto del desossiribosio, presenta singolo filamento e la presenza di uracile al posto della timina.

Denaturazione del DNA: per il DNA la denaturazione è reversibile ed è operata da enzimi, le elicasi. Possiamo

Anche denaturare il DNA col calore (oltre che con una soluzione alcalina, che però lo si danneggia). La temperatura fornisce l'energia necessaria per la rottura dei legami H. Possiamo monitorare il processo, in basi a certi parametri possiamo infatti stabilire se tutte le molecole del DNA sono state denaturate, cioè si presentano come filamento singolo. È un processo reversibile dal momento che se noi lasciamo raffreddare la soluzione, tornando a temperatura fisiologica, spontaneamente i due singoli filamenti di DNA si riappaiano grazie alla regola della complementarità delle basi: a differenza delle proteine quindi, soprattutto se denaturiamo con temperatura, la denaturazione è reversibile.

Gli organismi modello

In Biologia la maggior parte degli studi vengono compiuti in un numero limitato di modelli sperimentali affermatisi grazie alle loro caratteristiche: molti fenomeni biologici sono conosciuti grazie a studi su lievito, drosofila o altri organismi;

dei batteri, che hanno il regno degli eubatteri, e dominio degli archaea, che hanno il regno degli archaea. I batteri sono organismi unicellulari senza nucleo ben definito, mentre gli archaea sono simili ai batteri ma hanno caratteristiche biochimiche e genetiche diverse. I batteri sono stati ampiamente studiati e il loro organismo modello più comune è Escherichia coli, che è stato utilizzato per la prima volta nella prima metà del XX secolo. Gli eucarioti semplici, come il lievito, sono organismi unicellulari con un nucleo ben definito. Sono stati utilizzati come organismi modello per studiare processi cellulari fondamentali. Le piante, come Arabidopsis thaliana, sono organismi eucarioti pluricellulari che sono stati ampiamente studiati per comprendere i meccanismi di crescita e sviluppo delle piante. I nematodi, come Caenorhabditis elegans, sono organismi eucarioti pluricellulari che sono stati utilizzati come organismi modello per studiare lo sviluppo embrionale e la regolazione genica. Gli insetti, come la drosofila, sono organismi eucarioti pluricellulari che sono stati ampiamente studiati per comprendere i meccanismi di sviluppo e comportamento degli insetti. Gli anfibi, come il rospo africano Xenopus levis, sono organismi eucarioti pluricellulari che sono stati utilizzati come organismi modello per studiare lo sviluppo embrionale e la biologia dello sviluppo. I pesci, come il pesce palla Fugu rubripes, sono organismi eucarioti pluricellulari che hanno un genoma molto compatto e sono stati utilizzati come organismi modello per studiare l'evoluzione e la regolazione genica. Il pesce zebra, Danio rerio, è un esempio di vertebrato semplice che è stato utilizzato nella biologia dello sviluppo. I topi sono mammiferi che sono stati ampiamente utilizzati come organismi modello per studiare lo sviluppo embrionale, la regolazione genica e molte altre questioni biologiche.

degli archea che hanno il regno degli archeo-batteri.

Gli archea hanno caratteristiche che fanno pensare che si siano diversificati molto in antichità dagli antenati degli attuali eubatteri. Sono anche essi procarioti, ma hanno caratteristiche particolari, per certi versi più vicini a eucarioti e a batteri. Sono comunque molto studiati perché molte specie di archeo-batteri abitano ambienti estremi e sono interessanti per applicazioni industriali.

Tre grandi gruppi:

• termofili: organismi che vivono a temperature molto elevate (superiori ai 100 gradi) i loro enzimi sono termo-resistenti, funzionano cioè ad alte temperature;
• alofili: amano il sale, vivono in acque ad alta concentrazione salina;
• metanogeni: produttori di metano; sono anaerobi, vivono dove non c'è ossigeno (sul fondo di paludi, acquitrini) e sono in grado di produrre metano a partire da CO e H. Ci sono anche metanogeni nell'intestino, molti in quello dei ruminanti.

Vivendo in simbiosi con altri organismi in nicchie anaerobe;

Gli eubatteri

Agli eubatteri appartiene la maggior parte delle specie batteriche conosciute. Prendono il nome dal loro scopritore, T. Escherich; sono spesso enterobatteri, ospiti abituale dell'intestino dei mammiferi; alcuni ceppi sono patogeni.

Possono essere divisi in base alle loro diverse forme: osservati col microscopio elettronico a scansione (le loro dimensioni variano da 0,2 a 10 micron) per vederne la struttura possiamo dividerli in batteri a:

• forma sferica: cocchi
• forma allungata: bacilli
• forma a spirale, forme varie: spirilli

La struttura

La struttura di un eubatterio è apparentemente semplice: presenta un ambiente citoplasmatico non compartimentale, un DNA molto "impaccato" sotto forma di un unica molecola circolare chiusa di acido desossiribonucleico a doppio filamento. Nel citoplasma ci sono ribosomi liberi. Lo spazio interno è delimitato dalla membrana a doppio strato fosfolipidico.

all'esterno della quale c'è un ulteriore parete batterica comune a quasi tutti i batteri, una struttura rigida che protegge il microrganismo dai cambiamenti dell'ambiente esterno. Ancora più esternamente può essere presente una "capsula"; all'esterno possono esserci delle estroflessioni, i pili, che possono permettere per esempio al batterio di aderire ad un epitelio. C'è poi un flagello che serve per la locomozione. La parete batterica è costituita da molecole che non troviamo nelle cellule eucarioti: peptidoglicani costituite da amminozuccheri e brevi peptidi (brevi sequenze amminoacidiche). Esistono due tipi di strutture: - GRAM +: più semplice, formato semplicemente da uno spesso strato di peptidoglicani sovrapposti alla membrana plasmatica. - GRAM -: sopra alla membrana plasmatica c'è un sottile strato di peptidoglicani sopra al quale è presente una seconda membrana esterna ricca di.

proteine (lipoproteine epolisaccaridi)

La diversa struttura della parete può essere messa in evidenza grazie a una colorazione ideata nel 1888 da Gram, chiamata, guarda te, Colorazione di Gram¹. I batteri sul vetrino vengon colorati col cristalvioletto². il colore viene fissato con lo ioduro di potassio: tutti si colorano di viola³. i batteri vengono decolorati, per esempio con il metanolo: certi rimangono viola, altri sono decolorati⁴. Segue un'altra colorazione con safranina, rosa pallido.

Ci sono due tipi: certi rimangono colorati di violetto: sono i Gram +; altri si decolorano con il metanolo e acquisiscono la colorazione rosa della safranina: sono Gram -.

Questi ultimi perdono il cristalvioletto perché presentano una membrana esterna che non trattiene bene il cristalvioletto, che quindi tende a essere lavato via dal metanolo. (E. coli per esempio è