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Biologia umana e genetica Appunti scolastici Premium

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Esame di Biologia docente Prof. E. Barbieri

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resistenti.

2.I lipidi hanno formula molecolare CH3(CH2)nCOOH

Non sono polimeri come le altre tre classi di macromolecole, ma tendono comqunque ad aggregarsi; presentano due caratteristiche

fondamentali in comune:

-Elevato potenziale energetico

-Elevata idrofobicità

I lipidi svolgono tre funzioni biologiche fondamentali:

-Nella forma di doppi strati sono i principali costituenti delle membrane biologiche

-I lipidi contenenti catene idrocarburiche hanno funzione di riserva energetica

-Molti messaggi intra ed intra-cellulari vengono trasmessi da molecole lipidche

I lipidi si dividono in semplici e coplessi a seconda della presenza nella molecola degli acidi carbossilici(acidi grassi contenenti

lunghe catene idrocarburiche). Tra i lipidi più importanti troviamo i trigliceridi, formati da una molecola di glicerolo e da tre catene

di acidi grassi. I trigliceridi hanno un elevato potenziale energetico, infatti a parità di peso, sprigionano una quantità di energia 6 volte

superiore a quella del glicogeno muscolare e si accumulano nei tessuti adiposi sottocutanei.

I fosfolipidi, nella forma di doppio strato fosfolpidico o bilayer, sono i principali costituenti delle membrane biologiche. Un

fosfolipide è formato da una testa idrofila polare carica elettricamente e contenente un gruppo fosfato e da una coda idrocarburica

apolare idrofila non carica elettricamente.

3.Le proteine svolgono funzioni fondamentali per la vita cellulare, infatti ne distinguiamo molteplici:

-Proteine contrattili o motili

-Proteine di struttura

-Proteine di catalisi

-Proteine di difesa

-Proteine con fuzione ormonale

-Proteine di trasporto

-Proteine di deposito

L’unità strutturale di ogni proteina è l’amminoacido; gli amminoacidi delle proteine appartengono alla serie L ed hanno tutti la stessa

struttura; sono formati da un gruppo amminico(NH2) e da un gruppo carbossilico(COOH), la cui interazione tra gli amminoacidi

genera il legame peptidico, formando così la sequenza amminoacidica del polipeptide. Ogni proteina è formata da una sequenza di 20

amminoacidi.

Le variazioni di lunghezza della catena polipeptidica portano alla formazione dei 4 livelli di struttura ed organizzazione delle

proteine:

1.Struttura primaria: da questa dipendonon tutte le altre strutture; consiste nella sequenza lineare amminoacidica che costituisce il

polipeptide.

2.Struttura secondaria: consiste in un ripigamento su sé stessa della sequenza amminoacidica ed indica la disposizione spaziale degli

atomi sulla catena polipeptidica. La struttura secondaria presenta due possibili formazioni:

-Alpha-elica: struttura elicoidale destrorsa con 3,6 residui/giro e che assume una forma fortemente spiralizzata attorno ad un asse

longitudinale.

-Foglietto beta ripiegato: consisnte nell’affiancamento parallelo ed antiparallelo di tratti di polipeptidi, fino ad assumere la forma di

un foglietto pieghettato.

3.Struttura terziaria: rappresenta la conformazione tridimensionale complessiva assunta dal polipeptide nello spazio.

4.Struttura quaternaria: è data dalla cooperazione di 4 diverse subunita( catene polipeptidiche, ognuna delle quali possiede la propria

struttura terziaria). Le proteine con struttura quaternaria presentano la proprietà dell’allosterismo. Un esempio di proteina allosterica

è l’emoglobina, la cui attività di trasporto nel sangue è mediata dalle 4 subunità, a1 a2 b1 e b2.

4.Acidi nucleici: gli acidi nucleici sono dei polimeri di nucleotidi, formati a loro volta da uno zucchero pentoso, da una base azotata e

da un gruppo fosfato. Se manca quest’ultima componente si parlerà non di nucleotidi, ma di nucleosidi.

Gli acidi nucleici più importanti sono il DNA e l’RNA, aventi struttura simile, ma funzioni diverse.

Il DNA(acido desossiribonucleuco), è un polimero di desossiribonucleotidi, legati da unità di acido fosforico. Esso contiene

l’informazione genetica e codificate in linguaggio chimico, le informazioni necessarie alla sintesi proteica. Il DNA è formato da un

gruppo fosfato, dal desossiribosio(zucchero pentoso) e da una base azotata. Secondo gli studi condotti da Watson e Crick negli anni

50, il DNA è formato da un doppio filamento polinucleotidico, formando quindi una doppia elica, all’interno della quale le basi

azotate, si appaiano secondo precisi criteri; infatti l’adenina(A), si lega con la timina(T) e la citosina(C) con la guanina(G). Le

sequenze di basi azotate contengono l’informazione genetica e costituiscono i geni, nonché dei segmenti di DNA. Il DNA dirige la

propria duplicazione e trascrizione e riesce a duplicarsi in maniera tanto esatta da garantire alla generazione successiva un corredo

genetico identico; occasionalmente riesce a mutare la propria struttura per modificare le informazioni in esso contenute o per farne

uscire delle nuove; il messaggio in esso contenuto deve essere decodificato per essere utilizzato e deve essere reso accessibile ad altre

molecole di acidi nucleici, comprensibile mediante un apposito sistema di traduzione, maneggevole e conservato per lunghi periodi

di tempo. Il DNA e l’RNA hanno struttura simile ma funzioni diverse; l’RNA infatti costituisce il materiale genetico solo in alcuni

virus. A differenza del DNA, esso presenta come zucchero pentoso il ribosio e come base azotata l’uracile(U) al posto della timina(T)

e che si legherà quindi solo all’adenina(A). Distinguiamo 3 tipi di RNA:

-mRNA: RNA messaggero, corrispondono a geni che codificano le proteine

-rRNA: RNA ribosomiale,si legano a proteine per formare i ribosomi

-tRNA: RNA transfer, si associano agli amminoacidi corrispondenti e si legano a sequenze complementari di 3 nucleotidi contenuti

nell’mRNA

La biologia si occupa dello studio scientifico degli esseri viventi, ossia quegli organismi apparsi sulla terra circa 4 mld di anni fa e

derivanti da un unico antenato in comune. La vita sulla terra( che per gli studiosi ha 5 mld di anni) si è sviluppata dopo il primo

miliardo di vita del pianeta, a causa delle condizioni inospitali iniziali. Le prime forme di vita si svilupparono in acqua, soprattutto

nelle acque degli oceani, ambienti ricche di biomolecole dalle quali ricavare energia.

La cellula è la più piccola parte di un organismo, capace di espletare tutte le funzioni fisiologiche dell’organismo

stesso(motilità,riproduzione,metabolismo,adattamento all’ambiente).Secondo la teoria cellulare, la cellula è l’unità fondamentale

fisiologica e strutturale di tutti gli organismi viventi; tutti gli organismi viventi sono formati da cellule, le quali derivano tutte da

cellule preesistenti. La teoria cellulare implica 3 conseguenze fondamentali:

-L’origine della vita sulla terra è stata contrassegnata dalla comparsa della prima cellula

-Tutte le cellule derivano da rapporti e/o fusioni tra altre cellule

-I meccanismi che regolano il funzionamento di una cellula, sono simili a quelle che regolano tutte le cellule di un organismo.

Le cellule devono avere piccole dimensioni, per permettere un trasporto più rapido e facile delle sostanze al loro interno. Esse inoltre

devono essere caratterizzate da un buon rapporto tra volume e superficie. Il volume delimita l’entità di attività chimica espletata dalla

cellula per unità di tempo. La superficie invece indica la quantità di sostanza che la cellula può introdurre al suo interno per

endocitosi e di conseguenza anche la quantità totale di sostanza che può espellere al suo esterno per esocitosi. Le cellule non sono

visibili ad occhio nudo, per questo vengono utilizzate delle tecniche di microscopia, ossia microscopio ottico ed elettronico. Il primo

utilizza lenti di vetro e luce per ottenere un immagine ingrandita fino a 1000 volte rispetto all’occhio; tale microscopio ci permette di

individuare dimensioni e forma cellulare e, se trattate chimicamente con appositi coloranti, anche le strutture cellulari interne. Il

secondo invece sfrutta degli elettromagneti per focalizzare un fascio di elettroni e lenti di vetro per focalizzare un raggio di luce, per

ottenere un’immagine ingrandita fino ad 1.000.000 di volte rispetto all’occhio e permette di eseguire un’analisi accurata delle

strutture interne cellulari(citologia).

Unità di misura usate in biologia:

-Centimetro(cm)= 1/100 di m

-Millimetro(mm)= 1/1000 di m

-Micrometro= 1/1000 di mm

-Nanometro(nm)= 1/1000 di micrometro

-Angstrom(A)= 1/10000 di micrometro

Gli studiosi dividono gli organismi viventi in 3 grandi domini:

-Archea

-Bacteria

-Eukarya

Gli archei ed i batteri fanno parte dei procarioti, mentre gli aucaria degli eucarioti. In questo quadro possiamo distinguere due tipi di

organismi, quelli autotrofi e quelli eterotrofi. I primi si auto-alimentano, i secondo invece si nutrono da qualcos’altro.

Le cellule possono essere divise in 2 grandi gruppi:

-Procariote

-Eucariote, che possono essere animali o vegetali

I primi organismi che apparirono sulla terra erano molto probabilmente procarioti unicellulari. Le cellule procariote sono più piccole

e meno evolute rispetto a quelle eucariote. Le cellule procariote possiedono una membrana citoplasmatica, che regola il traffico di

materiali verso l’interno e l’esterno cellulare; non possiedono un nucleo ben definito ed il materiale genetico(DNA) è contenuto in

una regione della nucleoide; il citoplasma infine è formato dal citosol(soluzione acquosa formata da ioni e molecole solubili) e da

ribosomi( complessi di RNA e proteine, siti della sintesi proteica).

L’evoluzione procariotica, ha portato alla formazione di:

-Parete cellulare: struttura semirigida esterna alla membrana citoplasmatica, che funge da barriera contro le infezioni.

-Membrana interna: in alcuni batteri fotosintetici, la membrana citoplasmatica si ripiega verso l’interno formando un sistema di

membrane che contengono i complessi necessari per la fotosintesi. La fotosintesi è un processo che consiste nella trasformazione

dell’energia della luce solare in una forma di energia utilizzabile dalla pianta; l’energia della luce solare viene immagazzinata in

glucosio, principale prodotto della fotosintesi.

-Flagelli e pili: i flagelli sono responsabili(con le loro code) del movimento dei procarioti; i pili invece aiutano i batteri ad unirsi per

scambiarsi materiale genetico.

-Citoscheletro: struttura elicoidale filamentosa che si trova all’interno della cellula, al di sotto della membrana citoplasmatica.

Come le cellule procariote, anche quelle eucariote possiedono membrana citoplasmatica, citosol e ribosomi, ma in più, il citoplasma è

ricco di organelli cellulari. Secondo la teoria endosimbiontica, le cellule eucariote si sono sviluppate a partire da procarioti. Si pensa

infatti che dei procarioti piccoli furono inglobati per fagocitosi, ma senza essere digeriti, da dei procarioti più grandi, traendone così

vantaggi evoluzionistici.

-Nucleo: il nucleo è l’organello citoplasmatico più grande e si trova al centro della cellula. Il nucleo è circondato da due membrane

che formano l’involucro nucleare, forato a livello dei pori nucleari, che mettono in comunicazione l’interno del nucleo con il

citoplasma cellulare. Il nucleo contiene l’informazione genetica(DNA) ed è il sito della replicazione dell’informazione genetica e del

controllo dell’attività genetica cellulare.

Nel nucleo il DNA si associa a proteine per formare un complesso fibroso detto cromatina. Prima della divisione cellulare, la

cromatina si condensa per formare delle strutture più complesse dette cromosomi. La cromatina è circondata dal nucleoplasma,

all’interno del quale vi è una rete di proteine detta matrice nucleare, che organizza la cromatina.Alla periferia del nucleo, la

cromatina è collegata ad un reticolo proteico, detto lamina nucleare, formato appunto da proteine dette lamine.

-Ribosomi: i ribosomi sono dei complessi di RNA e proteine e sono i siti della sintesi proteica; essi quindi sintetizzano proteine sotto

la direzione degli acidi nucleici.

-Sistema endomembranoso: è formato dal reticolo endoplasmatico e dall’apparato di Golgi. Il reticolo endoplasmatico consiste in una

sistema di membrane interconnesse che attraversano tutto il citoplasma cellulare. Il reticolo endoplasmatico può essere rugoso(RER)

o liscio(SER). Il reticolo endoplasmatico rugoso segrega alcune proteine appena sintetizzate rispetto al citoplasma e le trasporta in

altri punti della cellula. Il reticolo endoplasmatico liscio(SER), riceve e modifica chimicamente le proteine sintetizzate nel RER. Il

SER inoltre svolge 3 funzioni:

-Idrolisi del glicogeno nelle cellule animali

-Sito di sintesi dei lipidi e degli steroidi

-Modifica chimicamente piccole molecole assunte dalla cellula come farmaci o pesticidi

L’apparato di Golgi(che deve il nome al suo scopritore Camillo Golgi) è invece formato da dittiosomi, formati a loro volta da una

serie di cisterne dette sacculi appiattiti, impilati come dei piattini. L’apparato di golgi riceve le proteine dal reticolo endoplasmatico,

ne effettua una cernita, le impacchetta e le invia a destinazione. L’apparato di Golgi è anche il sito di sintesi dei lisosomi, degli

organuli coinvolti nella digestione intracellulare o lisosomiale, in quanto trasportano enzimi digestivi necessari per idrolizzare i

nutrienti(macromolecole) assunti dalla cellula per fagocitosi. Il fagosoma quindi è un organulo che si forma in seguito alla fagocitosi.

Il fagosoma si lega ad un lisosoma primario per formare un lisosoma secondario.

-Citoscheletro: nelle cellule eucariote vi è un insieme di fibre lunghe e sottili che complessivamente prendono il nome di

citoscheletro, il quale svolge le seguenti funzioni:

-Sostiene la cellula e ne determina la forma

-Interagisce nel mantenimanto della cellula nella sua posizione

-Provvede ai vari tipi di movimento cellulare

-Alcune fibre del citoscheletro fungono da binari per le proteine motrici che trasportano gli organelli in diverse parti della cellula

Il citoscheletro è organizzato in microfilamenti, microtubuli e filamenti intermedi. I microfilamenti sono organizzati in fasci o reti e

svolgono 2 funzioni:

-Stabilizzano la struttura cellulare

-Contribuiscono ai vari tipi di movimento della cellula o di parti di essa

I microtubuli sono presenti in 50 varianti e svolgono 2 funzioni:

-Stabilizzano la struttura cellulare

-Resistono alla tensione

I filamenti intermedi invece si assemblano a partire da molecole di tubulina, un dimero, formato da alpha e beta tubulina e svolgono

due funzioni:

-Agiscono da impalcatura per le proteine motrici, lungo la quale possono muoversi per spostare i vari organelli cellulari

-In alcune cellule formano un rigido scheletro interno

Altri vari organelli:

-Perossisomi: si occupano della raccolta di perossidi tossici

-Gliossisomi: solo nei vegetali, sono i siti in cui i lipidi vengono convertiti in carboidrati ed inviati alle cellule in accrescimento

-Vacuoli: nelle piante svolgono funzioni di stoccaggio, struttura, riproduzione e digestione. Vi sono altri tipi di vacuoli, ossia quelli

alimentari e quelli contrattili, che eliminano l’acqua in eccesso nella cellula

Nelle cellule eucariote vegetali, troviamo:

-Cloroplasti: contengono il pigmento verde e sono i siti della fotosintesi

-Cromoplasti: contengono i pigmenti rossi,gialli o verdi che danno il colore ai fiori

-Leucoplasti: sono depositi di stoccaggio di amido e lipidi.

-Ciglia e flagelli: le ciglia sono più corte dei flagelli e si muovono in una direzione per poi flettersi nella direzione opposta; i flagelli

invece sono più lunghi delle ciglia e si propagano dall’estremità di un flagello all’altra. In generlae le ciglia e i flagelli sono delle

estroflessioni citoplasmatiche che con la loro attività possono esercitare una spinta o una trazione, consentendo alla cellula di

muoversi. Alla base di tutte le ciglia e flagelli vi è il corpo basale, formato d 9 doppietti di microtubuli, ad ognuno dei quali si

aggiunge un microtubulo, formando quindi 3 gruppi di 3 microtubuli ciascuno. I centioli invece sono quasi identici ai corpi basali e

sono coinvolti nella formazione del fuso mitotico, al quale si agganciano i cromoscomi durante i processi di divisione cellulare.

La parete cellulare è una struttura semirigida esterna alla membrana cellulare che funge da barriera contro le infezioni e svolge tre

funzioni importanti:

-Fornisce supporto alla cellula e ne limita il volume

-Agisce come barriera alle infezioni

-Contribusice a dare la forma alla pianta, crescendo man mano che le cellule vegetali si espandono.

Il citoplasma delle cellule adiacenti è collegato mediante dei canali detti plasmodesmi, attraverso i quali vengono diffusi ioni, acqua,

molecole ed RNA.

La matrice extracellulare è formata da proteine come collagene e proteoglicani(glicosamminoglicani + proteine della matrice

extracellulare); le sue funzioni sono le seguenti:

-Mantengono unite le cellule nei tessuti

-Contribuisce alle proprietà fisiche della cartilagine, della pelle e di altri tessuti

-Partecipa alla segnalazione chimica tra cellule

-Contribuisce ad orientare i movimenti cellulari durante lo sviluppo embrionale e la riparazione dei tessuti

-Aiuta a filtrare imateriali che passano tra i diversi tessuti

Le cellule utilizzano l’energia per sintetizzare i materiali necessari per l’attività di crescita o di movimento. Nella cellula vegetale ad

esempio, grazie ai cloroplasti, si compie la fotosintesi clorofilliana, grazie a cui l’energia solare viene immagazzinata in

glucosiso(C6H12O6). Nelle cellule animali invece, nei mitocondri, si ha la formazione di un complesso energetico detto ATP,

necessario per la liberazione di CO2 ed H2O.

I mitocondri sono degli organelli cellulari aventi forma bacillare; essi possiedono una membrana esterna con funzione protettiva,

separata da una membrana interna dallo spazio intermembrana. La membrana interna presenta delle estroflessioni dette creste

mitocondriali, che contengono la matrice mitocondriale, la quale contiene ribosomi e DNA, responsabili della sintesi di alcune

proteine enzimatiche necessarie per la respirazione cellulare.

Tutte le cellule dispongono di membrane citoplasmatiche, le quali hanno tutte le stesse caratteristiche:

-Dirigono il traffico di materiali verso l’interno e l’esterno cellulare

-Sono caratterizzate da permeabilità selettiva

-Asimmetriche

-Aspetto lamellare

-Spessore di 7-10 micrometri

-Strutture dinamiche e in movimento

-Dotate di sistemi di trasporto selettivi

L’organizzazione ed il funzionamento delle membrane biologiche dipendono da 3 classi di macromolecole, ossia lipidi, proteine e

carboidrati.

I lipidi, nella forma di doppi strati o bilayer, sono i principali costituenti delle membrane biologiche. Le teste polari idrofile dei

fosfolipidi sono rivolte verso l’ambiente acquoso, da una parte e dall’altra della membrana e le code idrofobe rivolte l’una contro

l’altra in direzioni opposte. I fosfolipidi contribuiscono a mantenere l’integrità fisica della membrana e la parte interna viene resa

dalle code idrocarburiche alquanto fluida. La fluidità di una membrana dipende dalla composizione lipidica e dalla temperatura.

Come i fosfolipidi, anche le proteine possiedono regioni idrofile ed idrofobe. Le regioni idrofile sono formate da sequenze

amminoacidiche che contengono catene laterali idrofile, che conferiscono a certe regioni una caratteristica di polarità, interagendo

con l’acqua e proiettandosi verso l’ambiente acquoso extracellulare o verso il citoplasma; le regioni idrofobe invece sono formate da

sequenze amminoacidiche a cui sono legate catene laterali idrofobe che conferiscono a certe regioni una caratteristica di non polarità

e quindi interagiscono con le catene di acidi grassi(idrofobici) all’interno del bilayer, al riparo dall’ambiente acquoso.

Distinguiamo 3 tipi di proteine di membrana:

-Proteine integrali o intrinseche: possiedono domini idrofobi e sono completamente immerse nel bilayer fosfolipidico; molte di

queste proteine sono caratterizzate da lunghe catene idrofobe che si estendono nella parte centrale del bilayer.

-Proteine periferiche o estrinseche: sono prive di domini idrofobi, infatti possiedono alcune regioni polari cariche elettricamente, che

interagiscono con regioni simili situate su parti esposte di proteine integrali di membrana, oppure con le teste polari delle molecole

fosfolipidiche.

-Proteine transmembrana: sono proteine che si trovano su entrambi i versanti della membrana citoplasmatica

Per quanto riguarda invece i carboidrati di membrana, ne distinguiamo due tipi:

-Glicolipidi: carboidrati legati covalentemente a molecole lipidiche

-Glicoproteine: carboidrati legati covalentemente a proteine di membrana

I carboidrati di membrana sono responsabili dell’adesione e del riconoscimento cellulare. In seguito al riconoscimento, una cellula si

lega specificatamente ad una cellula di un altro tipo; in seguito all’adesione invece, si instaura una connessione tra cellule, la quale è

favorita da particolari giunzioni, che sono di 3 tipi:

-Giunzioni occludenti: limitano il passaggio dal lume(compartimento interno del reticolo endoplasmatico) verso lo spazio

intercellulare e riducono la migrazione di proteine nelle membrane stesse.

-Desmosomi: costituiscono una sorta di ancoraggio tra cellule adiacenti, uniscono le membrane cellulari e tengono unite le cellule e

ferme nella loro posizione.

-Gap junctions o giunzioni serrate: facilitano la comunicazione tra cellule adiacenti e sono formate da canali costituiti da

proteine(connessori) che si estendono attraverso le membrane plasmatiche di cellule adiacenti. Esse permettono il passaggio di ioni e

piccole molecole.

Fisiologia della membrana e trasporto: le sostanze possono attraversare la membrana citoplasmatica sostanzialmente mediante due

modi:

-Trasporto passivo

-Trasporto attivo

Il trasporto passivo comprende due modalità di diffusione attraverso la membrana, ossia la diffusione semplice e facilitata. La prima

è un processo spontaneo che avviene senza la richiesta di energia (ATP), in cui piccole molecole di acqua ed anidride carbonica

riescono ad oltrepassare la membrana citoplasmatica spontaneamente, senza l’ausilio di alcuna proteina, muovendosi secondo

gradiente di concentrazione, ossia da zone a maggior concentrazione verso zone a minor concentrazione.

La diffusione facilitata invece, è un processo che come il primo non implica un dispendio di ATP,in cui molecole più grandi riescono

a diffondere attraverso la membrana plasmatica, grazie all’aiuto di proteine che fungono da canali, dette proteine canale, situate nel

bilayer. Anche nella diffusione facilitata, le molecole si muovono secondo gradiente di concentrazione, quindi da zone a maggior

contrazione verso zone a minor concentrazione.

Il trasporto attivo invece è un processo non spontaneo in cui vi è quindi un dispendio di ATP. Le molecole si muovono contro

gradiente di concentrazione, quindi da zone a minor concentrazione verso zone a maggior concentrazione e perciò hanno bisogno di

proteine specializzate che riescano a trasportare le sostanze contro gradiente di concentrazione e che assumono il nome di pompe

proteiche. + +

La pompa sodio-potassio, detta anche Na /K ATP dipendente, è un enzima che si trova nella membrana delle cellule. Questo tipo di

pompa ionica è il più chiaro esempio di trasporto attivo primario di sostanze attraverso la membrana. La pompa serve principalmente

a livello fisiologico per controllare il volume cellulare, conferire alle cellule nervose e muscolari la proprietà di eccitabilità, ed è

correlata al trasporto attivo di glucidi ed amminoacidi. Questa pompa si comporta da "antiporto", infatti, permette di trasportare

+ +

tre ioni di Na verso l'ambiente extracellulare e due ioni di K verso l'ambiente intracellulare

contro gradiente di concentrazione +

sfruttando l'energia derivante dall'idrolisi dell'adenosintrifosfato (ATP). All'inizio del processo di trasporto tre ioni di Na vanno a

legarsi ai siti specifici ad alta affinità della proteina veicolo rivolti verso l'interno della cellula. Questo legame stimola la

fosforilazione dipendente dall'ATP della pompa determinando un cambio conformazionale della proteina veicolo, la quale esporrà i

+

siti di legame per gli ioni Na verso l'ambiente extracellulare, abbassando così la propria affinità per questi ioni cosicché essi

+ +

vengano rilasciati al di fuori della cellula.Contemporaneamente alla fuoriuscita degli ioni Na , due ioni K vanno a legarsi ai siti

specifici esposti verso l'ambiente extracellulare stimolando la defosforilazione della proteina, la quale tornerà al suo stato

conformazionale di partenza e rilascerà questi ioni all'interno della cellula. Una volta completata l'operazione, la proteina sarà pronta

a ripetere il ciclo. Questo processo contribuisce ad evitare che vengano dissipati i gradienti ionici che stanno alla base della

differenza di potenziale esistente tra ambiente intracellulare ed ambiente extracellulare, pari a circa -70 mV. Tale differenza è detta

potenziale di membrana.

Quando la cellula deve far entrare materiali al suo interno, utilizza un meccanismo di trasporto mediato dalla formazione di

vescicole, ovvero la membrana cellulare si invagina e la sostanza, tramite tali vescicole, viene trasportata all’interno. Tale processo

è noto come endocitosi, divisa a sua volta in due tipologie:

-Pinocitosi: assunzione di liquidi da parte della cellula

-Fagocitosi: assunzione di particelle solide da parte della cellula con la conseguente formazione del fagosoma

Al contrario, l’esocitosi, consiste nel portare grandi quantità di materiale al di fuori della cellula, come ad esempio la secrezione

delle sostanze di scarto.

L’ATP(adenosintrifosfato) è la molecola energetica per eccellenza, è formata da uno zucchero pentoso(ribosio),una base azotata

adenina e da tre gruppi fosfato.

L’ATP viene generata nel ciclo di Krebs, precisamente nella matrice mitocondriale a partire da ADP e fosforo inorganico.

Il metabolismo è l’insieme delle reazioni chimiche che avvengono all’interno del nostro organismo. Il metabolismo è il risultato di

due processi, il catabolismo e l’anabolismo. Il catabolismo è un processo distruttivo che consiste nell’idrolisi di grosse

macromolecole in sostanze più semplici. E’ un processo fortemento esoergonico(G<0), quindi si basa sul consimo di energia.

L’anabolismo invece è un processo costruttivo, che consiste nell’utilizzo di energia per sintetizzare molecole complesse a partire da

molecole semplici utili alla cellula. Le molecole che partecipano al metabolismo cellulare vengono chiamate metaboliti. Il

metabolismo inoltre, si distingue in aerobico(basato sulla presenza di O2) ed anaerobico(O2 assente). Il processo che parte da

molecole energetiche, come il glucosio e culmina con la produzione di ATP, prende il nome di respirazione cellulare e rappresenta

la principale via metabolica aerobica. In assenza di ossigeno invece, le vie della respirazione cellulare non funzionano ed il glucosio

va incontro a fermentazione, con la formazione di alcool etilico o di acido lattico.

La respirazione cellulare è un processo fortemente esoergonico ed è caratterizzato dalla presenza di reazioni redox, ovvero di

scambio di elettroni tra i reagenti ed i prodotti. L’ossidazione corrisponde alla perdita di elettroni; mentre la riduzione corrisponde

all’acquisto di elettroni. La respirazione cellulare avviene nei mitocondri, precisamente nella matrice mitocondriale, che contiene

ribosomi e DNA, responsabili della sintesi di alcune proteine enzimatiche necessarie alla respirazione cellulare. La respirazione

cellulare è costituita da diverse fasi:

-Glicolisi

-Ciclo di Krebs o dell’acido citrico

-Trasporto finale di elettroni

La glicolisi è un processo che avviene nel citosol in aerobiosi o in anaerobiosi. Consiste nella demolizione di una molecola di glucosio

in 2 molecole a 3 atomi di carbonio, ossia il piruvato. Prima di giungere a tale formazione però, la glicolisi vede il susseguirsi di 10

reazioni, ognuna catalizzata da un enzima specifico e si dividono in reazioni che consumano energia e reazioni che richiedono

energia. Dopo le prime 5 reazioni, quindi a metà del processo glicolitico, si avrà la formazione di due molecole di uno zucchero

fosfato a 3 atomi di carbonio, la gliceraldeide trifosfato(G3P). Le 5 successive reazioni corrispondono all’altra tipologia di reazioni e

terminano con la formazione di due molecole di acido piruvico. In generale, nella glicolisi , vengono spese due molecole di ATP per

ogni molecola di glucosio che entra nel processo glicolitico. Le reazioni che spendono energia richiedono ATP. Durante le prime 5

reazioni la cellula introduce energia libera nella molecola di glucosio, piuttosto che liberarla da essa. Le reazioni che invece

richiedono energia, sfruttano l’energia derivante dall’idrolisi di due molecole di ATP per ogni molecola di glucosio. Le reazioni che

liberano energia producono 4 molecole di ATP per ogni molecola di glucosio utilizzata. In presenza di O2 si procede con le vie della

respirazione cellulare; in assenza di O2 si andrà incontro ad un processo di fermentazione lattica. L’acido piruvico dunque,

principale prodotto della glicolisi, viene ossidato ad acetile e, unendosi all’acetilCoA, mediante l’azione del complesso della piruvato

deidrogenasi, viene convertito in acetilCoa, punto di partenza del Ciclo di Krebs. Nelle reazioni che richiedono energia vengono

prodotte molecole ad elevato valore energetico, i coenzimi NAD e FAD, i quali assistono le reazioni catalizzate da determinati

enzimi e fungono da veri e propri trasportatori di elettroni durante la terza fase della respirazione cellulare, ossia il trasporto finale

di elettroni e la fosforilazione ossidativa. Il NAD ed il FAD, esistono in due forme, una ridotta ed una ossidata:

+

-Forma ridotta: NADH + H e FADH2

+ +

-Forma ossidata: NAD E FAD

Il ciclo di Krebs o dell’acido citrico è una via anfibolica, in quanto ha funzioni sia anaboliche, sia cataboliche; esso avviene nella

matrice mitocondriale ed è un complesso di 8 reazioni, durante le quali i gruppi acetilici che entrano nel ciclo, vengono ossidati a 2

+ +

molecole di Co2. L’energia liberata viene catturata dall’ATP e dai trasportatori di elettroni NAD e FAD . Inoltre l’energia viene

+

rilasciata in seguit alle ossidazioni ed immagazzinata sottoforma di ATP, FADH2 e NADH+H . Nel ciclo di Krebs quindi entrano acqua,

trasportatori di elettroni ossidati,acetilCoA ed una piccola quantità di energia. Il ciclo di Krebs, dopo 8 reazioni, fornisce

trasportatori di elettroni ridotti ed una piccola quantità di energia. Tra le principali reazioni del ciclo di Krebs, ricordiamo:

-Reazioni di decarbossilazione: consistono nella produzione di Co2 +

-Reazioni di ossidazione: consistono nella formazione di 4 trasportatori di elettroni ridotti; 3NADH+H ed 1FADH2

-Reazioni di decarbossilazione ossidativa: sono sia reazioni di decarbossilazione, sia di ossidazione e consiste nella produzione di

NADH ridotto e di Co2.

-Reazioni di trasferimento fosfato: consistono nel trasferimento del fosato all’ADP o GDP, per la sintesi di nucleosidi trifosfato(GTP

o ATP).

Per quanto riguarda la resa energetica finale del ciclo di Krebs quindi, avremo:

+

-3 molecole di NADH+H

-1 molecola di FADH2

-1 molecola di trifosfato(GTP, equivalente dell’ATP)

La terza ed ultima fase della respirazione cellulare è la fosforilazione ossidativa, il processo di sintesi di ATP, associato alla

riossidazione dei trasportatori di elettroni in presenza di O2. La fosforilazione ossidativa presenta 2 stadi:

+

-Il trasporto degli elettroni: i trasportatori di elettroni vengono nuovamente ossidati, liberando H , i quali, mediante la catena di


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DETTAGLI
Esame: Biologia
Corso di laurea: Corso di laurea in scienze motorie, sportive e della salute
SSD:
Università: Carlo Bo - Uniurb
A.A.: 2018-2019

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher Sparvierooo di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Biologia e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Carlo Bo - Uniurb o del prof Barbieri Elena.

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