Biologia per infermieri

Se abbiamo un legame fra una base e uno zucchero, abbiamo un nucleoside. Se a questo

aggiungiamo un gruppo fosfato, abbiamo invece un nucleotide.

I legami che costituiscono il DNA e l’RNA sono fosfodiesterici e l’informazione viene

trasmessa secondo l’appaiamento delle basi, sempre A-T o A-U e G-C.

L’ATP, un nucleotide, è la molecola energetica più importante della cellula. L’ATP rilascia,

infatti, la sua energia, cedendo un gruppo fosfato e divenendo ADP.

Funzioni delle membrane

La membrana cellulare ha una funzione principale, ossia quella di compartimentare

l’ambiente cellulare in zone isolate. Così facendo, infatti, permette alla cellula di svolgere

contemporaneamente compiti differenti, evitando che possano andare ad interferire fra loro.

Altra importantissima funzione della membrana è, però, quella di selezionare le sostanze

permeabili ed impedire ad alcune di penetrare all’interno della cellula. Inoltre, la membrana è

anche sede di recettori chimici che, combinati con particolari molecole, i ligandi, permettono

l’emissione di segnali o stimoli per inibire o avviare attività cellulari (trasduzione del

segnale). Altra importante funzione è quella di permettere alle varie cellule di interagire fra

loro, scambiarsi materiali ed informazioni. Infine, sulla membrana, per esempio quella dei

cloroplasti, viene effettuata la conversione di una forma di energia in una forma diversa

(fotosintesi).

La membrana plasmatica: Comincia con l’esterno. La sua struttura, un doppio strato

fosfolipidico, è una membrana selettiva. Questa membrana, costituita da fosfolipidi e

proteine, si chiama lipoproteica. Oltre ai fosfolipidi, sulla membrana troviamo gli

sfingolipidi, i glicolipidi e il colesterolo. Oltre ai lipidi troviamo i carboidrati, legati ai lipidi

(si formano i glicolipidi) o alle proteine di membrana (si formano le glicoproteine).

I carboidrati sono molto importanti: per esempio, i carboidrati che compongono i glicolipidi

della membrana plasmatica degli eritrociti, determinano il gruppo sanguigno.

Troviamo poi le proteine di membrana. Queste sono orientate, ossia hanno una posizione

particolare: abbiamo una asimmetria di composizione fra l’interno e l’esterno della cellula.

Le proteine, dette di transmembrana, attraversano tutta la membrana. Le proteine

periferiche, invece, sono situate completamente all’esterno o all’interno del doppio strato di

fosfolipidi.

Come già detto, la membrana ha anche la funzione di permettere lo scambio di sostanze

nutritive e molecole. I meccanismi attraverso i quali ciò è possibile sono:

1. Diffusione semplice. La direzione del trasporto è determinata dal gradiente di

concentrazione. La diffusione avviene, infatti, secondo gradiente di concentrazione.

Vale per le micromolecole, come quella dell’acqua, o anche per i gas.

2. Diffusione facilitata. Trasporto mediato da proteine di membrana. Avviene sempre

secondo gradiente di concentrazione. Vale per molecole grosse, come aminoacidi,

carboidrati, nucleotidi.

3. Trasporto attivo (dispendio di energia). Non segue il gradiente di concentrazione.

Viene svolto sempre da proteine trasportatrici specifiche, che utilizzano energia

metabolica di ATP. Vale per gli ioni. In questo caso, a volte, le proteine fungono da

veri e propri canali ionici.

4. Trasporto di massa. Processo di entrata (endocitosi) e di uscita (esocitosi) di

molecole. L’endocitosi si divide in fagocitosi, pinocitosi e endocitosi mediata da

recettori. In tutti e tre i casi si vengono a formare delle vescicole, che inglobano le

molecole. Il primo caso vale per le grandi molecole solide. Il secondo per l’acqua o

molecole semplici. Il terzo per macromolecole, come proteine, polinucleotidi,

vitamine e ormoni.

Il nucleo

La presenza del nucleo è la principale caratteristica che ci permette di distinguerei procarioti

dagli eucarioti. Nel nucleo avvengono i processi di:

1. Replicazione del DNA

2. Trascrizione del DNA

3. Sintesi di RNA

Solamente la traduzione avviene nel citoplasma, sui ribosomi.

L’involucro nucleare è costituito da una doppia membrana: una membrana esterna e una

membrana interna, permeabili solo a molecole piccole, non polari. Fra di esse c’è uno spazio

intermembranario. Sulle membrane, poi, sono presenti alcuni pori nucleari, unici canali

attraverso i quali le molecole polari possono passare. Poi abbiamo la lamina nucleare, una

rete fibrosa, che fornisce un supporto strutturale al nucleo, costituita da proteine, le lamìne.

Queste servono ad agganciare la cromatina, ossia il DNA non condensato in cromosomi.

Struttura principale del nucleo è il nucleolo, non circondato da membrana, sede della

trascrizione di rRNA e fabbrica di ribosomi.

Il DNA

Il DNA è una doppia elica con l’ossatura zucchero-fosfato all’esterno e con le basi

all’interno. Ogni volta che la cellula si divide, il materiale genetico deve essere replicato. Le

due catene della molecole dal DNA si separano e ognuna delle due funge da stampo per la

sintesi di una nuova catena complementare. Proprio perché la replicazione sfrutta metà del

DNA parentale, viene chiamata replicazione semiconservativa. L’enzima principale della



replicazione del DNA è la DNA polimerasi. La sintesi avvien sempre in direzione 5’ 3’.

Il genoma degli eucarioti è molto più grande e complesso di quello dei procarioti. Tuttavia, il

genoma di molti eucarioti non è correlato con la complessità genetica. Per esempio, il

genoma della salamandra contiene una quantità di DNA 10 volte superiore a quella del

genoma umano. Questo perché, nella salamandra, gran parte del genoma non è codificante.

Il DNA è legato a piccole proteine, dette istoni.

I cromosomi

Un cromosoma è formato da 2 cromatidi, tenuti insieme dal centromero, regione centrale che

assicura la corretta distribuzione dei cromosomi nelle cellule figlie durante la mitosi: è qui,

infatti, più precisamente nel cinetocore, che si attaccano le fibre del fuso.

I cromosomi sono presenti soltanto quando la cellula si trova in mitosi, ossia quando la

cromatina si condensa. I cromosomi sono sempre presenti in coppia ed esiste sempre un

cromosoma omologo, identico all’altro. Nella specie umana le cellule somatiche hanno 46

cromosomi, ossia 23 coppie. Il corredo completo di una cellula somatica prende il nome di

corredo diploide (2n). Si parla, invece, di cellula aploide (n), quando ci si riferisce ad una

cellula che presenta per ogni coppia di omologhi un solo cromosoma. Un esempio sono le

cellule sessuali, che infatti dovranno andare poi ad unirsi e formare, quindi, una cellula

diploide.

Poliploidia: Più di 2 cromosomi (Es.: trisomia 21 o sindrome di Down).

La lunghezza del DNA è di circa 2m. Come può allora racchiudersi in porzioni infinitesimali?

Ciò è possibile grazie agli istoni. Il DNA viene infatti impacchettato attorno ad 8 molecole di

istoni, che vengono legati fra loro, a costituire un nucleosoma. La cromatica si distingue in:

1. Eucromatina, più chiara e meno densa

2. Eterocromatina, più scura e densa, che non viene trascritta e non è quindi codificante

Il ciclo cellulare

Il ciclo cellulare si divide in:

1. G (Gap 1). Qui la cellula, che esce dalla mitosi, cresce.

1

2. S (Sintesi). E’ la fase della replicazione del DNA: si duplicano i cromosomi.

3. G (Gap 2). La cellula si prepara alla mitosi.

2

4. M (Mitosi). Si divide in profase, prometafase, metafase, anafase, telofase, citocinesi.

Le prime 3 fasi fanno parte della cosiddetta interfase. Esiste, poi, per alcune cellule (per

esempio, per le cellule del fegato, gli epatociti) una fase detta G , in cui le cellule vivono in

0

uno stato di quiescenza. Queste, però, possono essere stimolate e proliferare in qualunque

momento e rientrare, così, nel ciclo cellulare.

Durante la riproduzione cellulare, la corretta progressione del ciclo è indispensabile affinché

la divisione abbia come risultato cellule figlie con genoma intatto.

I sistemi di controllo del ciclo sono chiamati checkpoint. Ne troviamo uno in G , detto

1

restriction point, che permette solo ad alcune cellule di andare in S. Poi ce n’è uno alla fine

della G , prima dell’entrata in M. Infine, alla fine della fase M troviamo un ultimo

2

checkpoint.

I punti di controllo del ciclo cellulare hanno un altro scopo fondamentale: impongono la

dipendenza dell’inizio del ciclo cellulare dall’ambiente extracellulare; in altre parole, la

disponibilità di sostanze nutritive nel LEC o le azioni di fattori di crescita, sono tutte variabili

che, a seconda del fatto che la cellula sia più o meno pronta ad entrare nel ciclo, vengono

introdotte o eliminate, con lo scopo quindi di permettere alla cellula di entrare nel ciclo o di

arrestare l’evoluzione cellulare.

Se la proliferazione delle cellule raggiunge un livello anomalo, automaticamente alcune

cellule vengono costrette ad entrare nella fase di quiescenza G . Al contrario, se la

0

proliferazione è troppo bassa, alcune cellule in G vengono richiamate nel ciclo.

0

Il checkpoint in G riguarda la duplicazione del genoma, impedendo l’ingresso in mitosi se il

2

DNA non è completamente replicato. Se alcune cellule presentano danni troppo gravi,

vengono indotte ad andare incontro alla morte programmata o apoptosi.

Il checkpoint in M

riguarda l’integrità del

genoma. Qui viene

attuato il controllo

dell’allineamento dei

cromosomi sul fuso

mitotico, in modo da

garantire che un set

completo del genoma sia

fornito alle cellule figlie e

che, quindi, ogni cellula

figlia presenti la corretta

sequenza di DNA.

I checkpoint sono attuati

da particolari molecole.

Per esempio, l'ingresso in mitosi è consentito solo in presenza dell'MPF (fattore di

promozione della maturazione). Questo fattore è costituito da due molecole: la Ciclina B e la

Chinasi (Cdc2), un enzima. La regolazione avviene secondo alcune fasi:

1. L’enzima Chinasi è già presente nell’ambiente extracellulare. La Ciclina B viene

sintetizzata.

2. Questa si assembla con l’enzima Chinasi, formando il complesso Chinasi-Ciclina,

ancora non attivo.

3. Su alcuni punti della Chinasi vengono aggiunti alcuni gruppi fosfato (fosforilazione),

3 in tutti, dei quali due sono inibitori. Il complesso quindi ancora inattivo (2 inibitori

VS 1 attivatore).

4. Quando viene appurato la salute della cellula, i 2 gruppi fosfato che la inibivano,

vengono eliminati (defosforilazione). La cellula risulta così attiva.

5. La cellula entra in Mitosi.

La mitosi

La mitosi è la fase in cui la cellula si divide ed è esclusiva delle