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• L'interno della membrana è idrofoba e le sostanze idrofile tendono ad evitarlo

Osmosi: processo tramite il quale le molecole d'acqua si spostano lungo la membrana, dipende dal

numero di particelle di soluto presenti ma non dal loro tipo. La differenza della concentrazione dei

soluti fra la cellula e l'ambiente determina se l'acqua si sposta dall'esterno all'interno della cellula o

viceversa (foglia di insalata appassita nell'acqua)

Per confrontare la concentrazione di soluti di due soluzioni separate da una membrana si

utilizzano 3 termini:

• Isotonica: uguale concentrazione di soluti

• Ipertonica: in una soluzione quando una concentrazione di soluto è superiore rispetto

all'altra

• Ipotonica: in una soluzione quando una concentrazione di soluto è minore dell'altra

L'acqua si sposta attraverso una membrana da una soluzione ipotonica a una ipertonica

Pressione di turgore: impedisce un ulteriore ingresso di acqua nelle cellule con pareti spesse, essa

mantiene verticali le piante erbacee, se l'acqua fuoriesce in quantità eccessiva la pressione cala e

la pianta appassisce

CANALI PROTEICI

Attraverso la diffusione facilitata le sostanze polari, zuccheri,sostanze cariche elettricamente,

possono attraversare la membrana in due modi:

• Attraverso dei canali formati da proteine integrali di membrana

• Legandosi a proteine di trasporto

Le proteine canali hanno una cavità interna (poro) formata da acqua e amminoacidi polari, mentre

all'esterno hanno amminoacidi non polari. Se stimolato il poro centrale la proteina si apre per

consentire il passaggio di sostanze polari idrofile.

CANALI IONICI E POTENZIALE DI MEMBRANA

Sono presenti a centinaia ognuno è specifico per uno ione, ma hanno tutti la stessa struttura di

base. Alcuni di essi detti regolati si aprono o si chiudono in base a un certo segnale

chimico(ligando dipendenti) o una carica elettrica(voltaggio dipendenti).

Il passaggio di ioni avviene per due fattori:

• Il Gradiente di concentrazione dello ione tra interno ed esterno della cellula: gli ioni si

spostano da una concentrazione più alta ad una più bassa

• Il Gradiente elettrochimico: le cariche presenti tra l'interno e l'esterno della cellula devono

rimanere equilibrate, quindi si forma quando si verifica quando c'è uno squilibrio di cariche

Potenziale di membrana: squilibrio di cariche della membrana plasmatica dovuta alla attrazione di

cariche elettriche che portano ioni K+ all'interno della cellula, quindi si ha una maggiore

concentrazione di ioni nel versante interno rispetto al versante esterno.

Equazione di nernst: Ek=58 log K0/Ki (potenziale di membrana)

Acquaporine: sono proteine canale che consentono il passaggio dell'acqua al loro interno.

PROTEINE CARRIER

In arte proteine di trasporto e proteine di membrana, fanno parte della diffusione facilitata,

trasportano molecole polari (amminoacidi carboidrati..)

Il glucosio è l'energia principale per le cellule mammifere e le membrane di queste cellule

dispongono di diverse proteine carrier che ne permettono la diffusione in modo più rapido. Nella

diffusione facilitata si raggiunge una situazione, che all'aumento del gradiente non corrisponde un

aumento del tasso di diffusione, detta stato di saturazione a questo punto la velocità di diffusione

del glucosio è massima.

TRASPORTO ATTIVO

Il movimento di una sostanza attraverso una membrana biologica contro il gradiente di

concentrazione cioè con trasporto attivo richiede l'utilizzo di energia chimica.

Esistono 3 tipi di proteine di membrana coinvolte:

• Uniporto: sposta una singola sostanza in una certa direzione

• Simporto: sposta due sostanze contemporaneamente in una direzione

• Antiporto: sposta due diverse sostanze in direzioni opposte

Esistono 2 tipi di trasporto attivo:

• Trasporto attivo primario: richiede la presenza di molecole ATP ad alto contenuto

energetico

• Trasporto attivo secondario: non richiede la presenza di molecole di ATP ma l'energia gli

viene fornita da un gradiente di concentrazione ionica formatasi da un trasporto attivo

primario

Pompa sodio-potassio: è presente in tutte le cellule animali, sono proteine di membrana e fa

entrare 2 ioni K+ e uscire 3 ioni Na+ contro il loro gradiente di concentrazione, questa pompa crea

un meccanismo antiporto.

Le macromolecole sono troppo grandi per passare attraverso le membrane biologiche, per cui

possono passare grazie a delle vescicole che si attaccano alla membrana plasmatica per

penetrare nella cellula (endocitosi) oppure si fondono con la membrana per poi rilasciare il

contenuto all'esterno (esocitosi).

Endocitosi: processo con cui piccole e grandi molecole possono entrare nelle cellule eucariotiche.

In questo caso la membrana plasmatica si flette verso l'interno (invagina) come una tasca,

accogliendo il materiale esterno, formando una vescicola la quale staccandosi migra all'interno

della cellula.

3 forme diverse di endocitosi:

• Fagocitosi: meccanismo per assumere cibo, o per eliminare sostanze estranee

dall'organismo, si forma un fagosoma (contenente la sostanza) che si fonde con un

lisosoma che digerisce il contenuto.

• Pinocitosi: meccanismo analogo alla fagocitosi ma per il liquidi e piccole sostanze disciolte

nei liquidi, essa si svolge a livello dell'endotelio (strato che separa il lume del capillare

sanguigno dai tessuti circostanti) permette l'assunzione dei liquidi presenti nel sangue

molto rapidamente

• Endocitosi mediata da recettori: sono reazioni specifiche che avvengono sulla superficie

cellulare per assumere determinate sostanze e utilizzano le proteine recettoriali.

Proteine recettoriali: sono proteine di membrana che si legano con determinate macromolecole

presenti nell'ambiente. Sono localizzate in punti specifici chiamati fossette rivestite (piccole

depressioni sulla membrana) sono ricoperte sul lato citoplasmatico da proteine chiamate clatrina.

Esse conferiscono maggior resistenza e stabilità alle vescicole, una volta che la vescicola si trova

all'interno della cellula, essa perde il rivestimento di clatrina e si può fondere con il lisosoma per

poi rilasciare la sostanza nel citoplasma. Questo tipo di endocitosi mediata rappresenta un metodo

rapido per assumere le sostanze presenti in quantità minore all'interno della cellula (colesterolo)

LDL: lipoproteine a bassa densità (colesterolo, trigliceridi, vengono organizzati in LDL per essere

facilmente rilasciate nel circolo sanguigno) che liberano molecole lipidiche nei tessuti

dell'organismo.

Esocitosi: processo con il quale le sostanze presenti nelle vescicole vengono rilasciate dalla

cellula quando la membrana che le delimita si fonde con quella plasmatica.

ALTRE FUNZIONI DELLE MEMBRANE

• Mantiene separate le varie sostanze

Alcune membrane sono elettricamente eccitabili come quelle dei neuroni che conducono l'impulso

elettrico da una parte all'altra della cellula.

Altre attività biologiche:

• Le membrane di alcuni organuli contribuiscono a trasformare energia

• Alcune proteine di membrane organizzano le reazioni chimiche

• Alcune proteine di membrana elaborano informazioni

ENERGIA

È la capacità di produrre un cambiamento, essa può essere trasformata da una forma in un altra

dalle cellule.

2 tipi di energia:

• Energia potenziale: è l'energia immagazzinata

• Energia cinetica: è il tipo di energia che compie un lavoro

Metabolismo: è la somma totale delle reazioni chimiche che avvengono in un organismo.

2 tipi di reazioni:

• Reazioni anaboliche: da molecole semplici formano molecole complesse, per farlo hanno

bisogno di energia, queste reazioni sono anche chiamate endoergoniche

• Reazioni cataboliche: da molecole complesse formano molecole semplici, liberano energia

immagazzinata dai legami chimici, queste reazioni sono anche chiamate reazioni

esoergoniche

ATP

Adenosintrifosfato, è prodotto dalle cellule in diversi modi e viene utilizzato in diverse occasioni. È

un nucleotide che può essere convertito in una unità strutturale per la cellula.

Ha 2 caratteristiche fondamentali:

• Quando viene idrolizzato l'ATP libera una quantità elevata di energia

• È in grado di fosforilare quindi donare un gruppo fosfato a molti tipi diversi di molecole

IDROLISI DELL'ATP

L'ATP rilascia energia libera e forma ADP (adenosindifosfato) e uno ione di fosfato inorganico.

2 caratteristiche:

• L'energia libera del legame P-O è maggiore del legame H-O

• I gruppi fosfato sono carichi negativamente e si respingono l'un l'altro, perciò ci vuole piu

energia per avvicinare gli ioni fosfato e arrivare ad avere un legame covalente

L'ATP accoppia sostanzialmente reazioni esoergoniche e endoergoniche.

Enzimi: catalizzatori di reazioni cioè rendono una reazione più veloce, infatti per far si che

avvengano le reazioni si deve superare una barriera di energia e questi enzimi con il loro

intervento aumentano l'energia base di un sistema fornendogli l'energia necessaria per avviare la

reazione.

IL GLUCOSIO COME ENERGIA PER LA CELLULA

3 processi metabolici per ricavare energia dal glucosio:

• Glicolisi: avvia il metabolismo del glucosio in tutte le cellule e produce 2 molecole del

prodotto e 3 atomi di carbonio detto piruvato

• Respirazione cellulare: è una reazione aerobica(utilizza l'ossigeno dell'ambiente

circostante) converte completamente ogni molecola di piruvato in 3 molecole di CO2,

durante questo processo si libera una gran quantità di energia che è destinata all'ADP per

trasformarla in ATP

• Fermentazione: è una reazione anabolica(non utilizza ossigeno) essa infatti converte il

piruvato in acido lattico o alcol etilico e questa reazione libera meno energia della

respirazione cellulare

4 tappe per la respirazione cellulare:

• Glicolisi

• Ossidazione del piruvato

• Ciclo di krebs

• Catena di trasporto degli elettroni(catena respiratoria)

Un altro modo per trasferire energia è quello di trasferire gli elettroni con un processo chiamato

ossidoriduzione, queste reazioni avvengono insieme.

• Riduzione: acquisto di uno o più elettroni

• Ossidazione: perdita di uno o più elettroni

Colui che si riduce è detto ossidante, colui che si ossida è detto riducente

Nelle ossidoriduzioni troviamo un coenzima trasportatore di elettroni chiamato NAD

(nicotinammide adenindinucleotide) ha due forme:

• Forma ossidata: NAD+

• Forma ridotta: NADH+H+

Un altro trasportatore il FAD (flavin adenindinucleotide) trasferisce elettroni durante il metabolismo

del glucosio

GLICOLISI (avviene in presenza di ossigeno)

Avviene nel citosol delle cellule, dopo 10 reazioni catalizzate da enzimi converte il glucosio in

piruvato, genera una piccola quantità di energia e non genera CO2. Le prime 5 reazioni sono

endoergoniche quindi introduce energia nella molecola di glucosio.

Reazione 1

Utilizzato l'enzima esochinasi, qui un gruppo fosfato dell'ATP viene legato alla molecola a sei atomi

di carbonio del glucosio formando il glucosio 6-fosfato

Reazione 2

Qui il glucosio 6-fosfato viene riarrangiato (cambia struttura) per dare l'anello a cinque atomi del

fruttosio

Reazione 3

L'enzima fosfofruttocinasi aggiunge un secondo gruppo fosfato (preso da una molecola di ATP)

all'anello del fruttosio, formando uno zucchero a sei atomi di carbonio

Reazione 4

Apre l'anello a sei atomi di carbonio dello zucchero lo rompe generando due diversi zuccheri fosfati

a tre atomi di carbonio il diidrossiacetone fosfato e la gliceraldeide 3-fosfato

Reazione 5

Il diidrossiacetone viene convertito in una molecola di gliceraldeide 3-fosfato

Alla fine di queste 5 fasi è successo che:

• Sono state spese due molecole di ATP

• La molecola di glucosio a sei atomi è stata convertita in 2 molecole di gliceraldeide 3-

fosfato (G3P)

Dalla 6 alla 10 reazione le reazioni sono doppie perchè abbiamo 2 molecole di G3P

Reazione 6 (produzione di NADH + H+)

È una reazione di ossidazione, qui si perde una gran quantità di energia. Per non perdere l'energia

liberata viene immagazzinata come energia chimica riducendo due molecole di NAD+ in due

molecole di NADH+H+, senza esso la glicolisi non avviene. viene creato un estere fosforico

chiamato l'1,3-bisfosfoglicerato (BPG)

Reazione 7-10 (produzione di ATP)

Qui i due gruppi fosfati del BPG vengono trasferiti uno alla volta alle molecole di ADP. Alla fine si

ottengono due moli di piruvato per ogni mole di BPG che reagisce.

Per trasferire i gruppi fosfati agiscono degli enzimi catalizzatori questo processo di aggiungere un

gruppo fosfato all'ADP per ottenere ATP viene chiamato fosforilazione a livello del substrato

In conclusione possiamo dire:

• Le reazioni della glicolisi che richiedono energia sfruttano quella proveniente dall'idrolisi

dell'ATP

• Le reazioni della glicolisi che liberano energia producono 4 molecole di ATP per ogni

molecola di glucosio utilizzata

OSSIDAZIONE DEL PIRUVATO

In questa reazione il piruvato viene ossidato diventando acetato, poi convertito in acetil CoA. Il

coenzima A è una molecola complessa responsabile del legame con l'acetato. Il piruvato si

diffonde nei mitocondri e li avvengono alcune reazioni:

• Viene ossidato il piruvato diventando acetato

• Parte dell'energia prodotta dall'ossidazione viene catturata con la riduzione dell'NAD+

• Parte dell'energia rimasta viene immagazzinata legando il gruppo acetile al coenzima A

dando origine all'acetil CoA

CICLO DI KREBS

È un ciclo composto da 8 reazioni e alla fine ossida completamente i gruppi acetile facendone due

molecole di biossido di carbonio.

Reazione 1

L'energia contenuta nel CoA favorisce la formazione del citrato, usando il gruppo acetile insieme

all'ossalacetato, qui la molecola di coenzima A viene rimossa in modo da poter essere riutilizzata

Reazione 2

La molecola di citrato si riarrangia per dare isocitrato

Reazione3

Una molecola di CO2 e due atomi di idrogeno vengono rimossi dando vita a α-chetoglutarato, cosi

facendo si libera parecchia energia e una parte viene immagazzinata con la riduzione del NAD+

Reazione 4

Qui l' α-chetoglutarato viene ossidato originando succinil CoA

Reazione 5

Parte di energia contenuta nel succinil CoA viene utilizzata per produrre GTP (guanosintrifosfato)

che poi produrrà ATP. Si rilascia il coenzima A diventando succinato.

Reazione 6

Il succinato viene ossidato diventando fumarato

Reazione 7

Il fumarato reagisce con l'acqua formando malato

Reazione 8

Il malato viene ossidato a ossalacetato, e perdendo altra energia è necessario ridurre un altra

molecola di NAD+, ora l'ossalacetato può ricominciare il ciclo reagendo con il coenzima A.

In sintesi:

• Nel ciclo di krebs entrano: acetato,acqua,FAD,NAD

• Nel ciclo di krebs escono: biossido di carbonio,NADH+H+,FADH2, piccola quantità di ATP

FERMENTAZIONE

Avviene nel citosol in assenza di ossigeno. Ci sono 2 tipi di fermentazione:

• Fermentazione lattica: si verifica in molto microorganismi, si verifica anche in cellule

muscolari, i muscoli passano alla fermentazione lattica quando non riescono più a fornire

una quantità sufficiente di ossigeno, dando origine all'acido lattico

• Fermentazione alcolica: avviene nei lieviti, questo processo richiede due enzimi per

metabolizzare il piruvato, dando origine all'alcol etilico

FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA

è un processo della sintesi dell'ATP associata alla riossidazione dei trasportatori di elettroni in

presenza di ossigeno. Ci sono 2 stadi del processo:

• La catena di trasporto degli elettroni, gli elettroni del NADH e del FADH2 passano

attraverso una serie di trasportatori associati alla membrana, il flusso di elettroni lungo

questa catena determina il trasporto attivo dei protoni attraverso la membrana

mitocondriale interna di fuori della matrice e creando un gradiente di concentrazione di

protoni

• La chemiosmosi, i protoni diffondono di nuovo nella matrice mitocondriale attraverso un

canale protonico che accoppia questa diffusione alla sintesi dell'ATP

CATENA DI TRASPORTO DEGLI ELETTRONI

Contiene grandi proteine integrali, proteine piu piccole mobili e una piccola molecola lipidica

• Ci sono quattro grandi proteine che contengono i trasportatori di elettroni e gli enzimi

associati sono proteine integrali della membrana mitocondriale, tre di queste quattro

proteine sono transmembrana

• Il citocromo C una piccola proteina periferica legata alla membrana mitocondriale interna

• Ubichinone (Q) piccola molecola non polare libera di muoversi nello spazio idrofobico del

bilayer

Il NAD trasferisce gli elettroni nel primo complesso proteico e li trasferisce a Q, il secondo

complesso trasferisce sempre a Q attraverso il FAD, il terzo complesso riceve gli elettroni di Q e li

da al citocromo, il quarto complesso rimuove gli elettroni dal citocromo e li trasferisce all'ossigeno,

acquistando cosi due ioni idrogeno per formare acqua.

Le proteine transmembrana dei complessi proteici fungono da pompe protoniche, infatti esse

creano una differenza di carica elettrica tra i lati della membrana rendendo la parte interna più

acida della membrana rispetto alla membrana stessa.

Forza protono-motrice: tende a trascinare i protoni indietro attraverso la membrana, ed è l'insieme

della concentrazione di protoni e la differenza di carica.

ATP sintasi: canale di diffusione protonico specifico per i protoni perchè se no non possono essere

diffusi dalla membrana

Chemiosmosi: processo che accoppia la sintesi dell'ATP con il movimento di protoni usando l'ATP

sintasi. è composto da 3 parti:

• Il flusso di elettroni nella catena di trasporto degli elettroni è costituito da una serie di

reazioni esoergoniche che avvengono nella membrana mitocondriale interna

• Queste funzioni esoergoniche stabiliscono e mantengono un gradiente di ioni H+

• L'energia potenziale della forza protono-motrice è imbrigliata dall'ATP sintasi che ha due

funzioni:

È un canale quindi permette agli ioni H+ di diffondersi di nuovo nella matrice

o Usa l'energia di questa diffusione per sintetizzare l'ATP

o

Si ottiene molta più energia attraverso la respirazione cellulare che utilizzando la fermentazione

perchè, la glicolisi seguita dall'ossidazione del piruvato e dal ciclo di krebs e dalla catena di

trasporto degli elettroni ricava circa 32 molecole di ATP per ogni molecola di glucosio

CICLO CELLULARE

Per fa r si che una cellula si divida si devono verificare 4 eventi:

• Deve verificarsi un segnale riproduttivo, può provenire all'interno o dall'esterno della

cellula

• Deve avvenire la duplicazione del DNA e delle altre parti fondamentali della cellula in

modo da costituire due cellule identiche

• Il DNA viene distribuito alle due cellule figlie e questo processo è chiamato segregazione

• Del nuovo materiale viene aggiunto alla membrana cellulare in modo tale da separare le

due cellule figlie durante il processo chiamato citodieresi

DIVISIONE CELLULARE NEI PROCARIOTI

Nei procarioti la cellula aumenta le sue dimensioni, duplica il suo DNA e si divide in due nuove

cellule in un processo chiamato scissione.

Come segnale riproduttivo i procarioti utilizzano molto i segnali esterni come le condizioni

ambientali e la concentrazione dei nutrienti per iniziare la divisione cellulare

Una molecola di DNA contenente informazioni genetiche è chiamata cromosoma, quando una

cellula si divide tutto il DNA dei suoi cromosomi deve esser già replicato e le due parti chiamate

cromatidi devono raggiungere una delle due cellule figlie. La maggior parte dei procarioti sono

formati da un solo cromosoma chiamato cromosoma circolare(non è tondo però). Questo

cromosoma è formato da 2 parti:

• Ori: è l'origine della replicazione del cromosoma

• Ter: è il termine della replicazione

Quando il DNA viene replicato si trova al centro della cellula e appena inizia la replicazione le due

regioni ori si muovono ai lati opposti della cellula, per muoversi il DNA utilizza il citoscheletro che

funga da binario

La citodieresi inizia subito dopo la replicazione del DNA, avviene una strozzatura della membrana

plasmatica, formando un anello, durante la strozzatura viene prodotto altro materiale della parete

cellulare che prevede a separare le due cellule figlie.

DIVISIONE CELLULARE NEGLI EUCARIOTI

Gli organismi eucarioti si originano a partire da una singola cellula cioè la cellula uovo fecondata, a

sua volta essa deriva dall'unione di due cellule sessuali chiamate gameti. Questa formazione di

un organismo pluricellulare dalla cellula uovo viene chiamato sviluppo e coinvolge sia la

riproduzione cellulare sia la specializzazione cellulare.

I segnali per la divisione cellulare non sono correlati con l'ambiente esterno ma con i fabbisogni

dell'intero organismo

Rispetto ai procarioti gli eucarioti possiedono 46 cromosomi, quelli appena duplicati sono formati

da due elementi strettamente associati fra loro. utilizzano un metodo diverso per segregare i

cromatidi all'interno dei due nuovi nuclei chiamato mitosi.

Negli eucarioti la citodieresi e la divisione del materiale genetico avvengono in due momenti

separati , questo perchè gli eucarioti hanno un nucleo da dividere in due cellule figlie mentre i

procarioti no.

La citodieresi presenta alcune differenze nelle cellule vegetali che hanno una parete cellulare e

nelle cellule animali che non hanno parete cellulare.

C'è un secondo meccanismo di divisione nucleare la meiosi, che si verifica soltanto nelle cellule

germinali durante la produzione dei gameti per la riproduzione sessuale.

CICLO CELLULARE DELLE CELLULE EUCARIOTE

Per gran parte delle cellule il ciclo prevede due fasi:

• Mitosi

• Interfase: al suo interno troviamo altre 3 sottofasi:

G1: è il periodo compreso tra la fine della mitosi e la fase S, qui ogni cromosoma è

o ancora una singola struttura non duplicata

S: dove avviene la replicazione del DNA, qui sia attende la separazioni dei cromatidi

o fratelli ai lati della cellula

G2: fase di transizione dalla S alla mitosi, qui la cellula si prepara per la mitosi

o

Le fasi di transizione dipendono dall'attivazione di un enzima catalizzatore chiamato chinasi

ciclina-dipendente, che è un componente fondamentale per la fosforilazione.

La ciclina è una proteina che agisce nella fase G1 è quella che fa superare alla cellula il punto di

restrizione oltre il quale può avvenire il ciclo cellulare.

Un'altra proteina che è fondamentale per il superamento del punto di restrizione è la RB (proteina

retinoblastoma), essa di solito è un inibitore del ciclo cellulare ma quando viene fosforilata da una

proteina chinasi essa si inibisce e non agisce.

DURANTE LA MITOSI

Il DNA durante la mitosi viene segregato nelle due cellule figlie. Il cromosoma è formato da due

macromolecole di DNA alla quale sono associate numerose proteine che formano un denso

materiale chiamato cromatina.

Durante la fase S si generano due molecole di DNA chiamate cromatidi fratelli, che risultano uniti

per la maggior parte della loro lunghezza da una proteina chiamata coesina. I cromatidi

rimangono uniti fino alla mitosi cioè fin quando la coesina non si è dissolta del tutto a parte in una

zona che è chiamata centromero. Dopo la replicazione del DNA agisce un secondo tipo di

proteine chiamate condensine che rivestono le molecole di DNA rendendole più compatte.

Istoni: proteine contenute nei cromosomi con carica positiva, viene suddiviso in cinque grandi

classi

Nucleosomi: sono delle unità simili a perle di collana e hanno le seguenti caratteristiche:

• Contiene 8 molecole di istoni che unite insieme formano il nucleo del nucleosoma

• Contiene 146 coppie di basi di DNA

• L'istone H1 è posto sulla superficie esterna del DNA che provvede ad unire il DNA al nucleo

di istoni

FASI DELLA MITOSI

• Profase

• Prometafase

• Metafase

• Anafase

• Telofase

Nella fase S il DNA si è replicato e insieme a lui anche il centrosoma, in alcuni organismi il

centrosoma è formato da una coppia di centrioli, che sono una struttura cilindrica cava formata da

nove triplette di microtubuli. Attorno ad essi c'è una grande concentrazione di tubulina che

comincerà subito a formare i microtubuli che permettono i movimenti dei cromosomi. Cosi facendo

si va incontro a una struttura fusiforme chiamata fuso mitotico.

PROFASE

È il primo stadio della mitosi, qui la coesina si dissolve rendendo visibili i cromatidi, che sono

ancora uniti da poca coesina nel centromero. Alla fine di questa fase nella regione del centromero

si sviluppano delle strutture particolari stratificate chiamate cinetocori. Ogni centrosoma funge da

centro mitotico e tra esso e il cromosoma si formano dei microtubuli, tutti insieme noti come fuso.

Ci sono due tipi di microtubuli:

• Microtubuli polari: hanno gran quantità di tubulina e formano la trama del fuso

• Microtubuli del cinetocore: si formano dopo e si attaccano ai cinetocori dei cromosomi

PROMETAFASE

Qui scompare l'involucro nucleare e l'involucro dei nucleoli. I cromosomi iniziano a muoversi verso

i poli opposti della cellula ma si oppongono due fattori la movimento:

• Una forza repulsiva spinge i cromosomi verso la parte centrale della cellula (piastra

equatoriale)

• I cromatidi sono uniti dalla coesina a livello del centromero

METAFASE

Qui tutti i centromeri sono disposti sulla piastra equatoriale della cellula, i cromatidi sono collegati a

uno dei poli attraverso i microtubuli, al termine della fase tutte le coppie di cromatidi si separano

contemporaneamente

ANAFASE

Ha inizio quando i cromatidi si separano, qui i cromatidi migrano ai poli opposti del fuso. Ogni

cromatidio contiene una sola molecola di DNA a doppio filamento definito cromosoma figlio

TELOFASE

Avviene quando i cromosomi smettono di muoversi, ed è la parte finale della mitosi. Qui i due

filamenti di DNA si trovano ai poli opposti del fuso che inizia a frantumarsi. I cromosomi tornano

alla loro forma originaria e anche i nucleoli tornano nella loro struttura primaria. A questo punto la

mitosi è terminata per completare la formazione della cellula figli c'è bisogno della citodieresi cioè

la divisione del citoplasma.

CITODIERESI

È la divisione del citoplasma che avviene in modi differenti:

• Nella cellula animale il citoplasma si divide grazie all'utilizzo di due proteine la miosina e

l'actina, che formano un anello contrattile.

• Nella cellula vegetale il citoplasma si divide in modo diverso poiché è presente una parete

cellulare, infatti a metà fra i due nuclei figli compaiono vescicole formate dall'apparato del

golgi, esse si muovono lungo dei microtubuli e si uniscono per formare una piastra cellulare

cioè la base di una nuova parete cellulare.

RIPRODUZIONE ASESSUATA

Si basa sulla divisione mitotica del nucleo, quindi la prole è rappresentata da dei cloni di un singolo

organismo parentale cioè i figli sono uguali al genitore

RIPRODUZIONE SESSUATA

Essa si basa sulla produzione di gameti attraverso la meiosi. Quindi la meiosi determina la

variabilità genetica. Negli organismi pluricellulari le cellule somatiche contengono sempre due

ordini di cromosomi disposti in coppie cioè un cromosoma di ogni coppia è di ordine paterno e

l'altro è di ordine materno.

• I membri della coppia di omologhi hanno dimensioni e forma uguali, e hanno informazioni

genetiche corrispondenti ma non completamente identiche.

• Il numero di cromosomi viene indicato con la lettera n e la cellula viene definita aploide(un

solo corredo cromosomico)

• Due aploidi insieme formano uno zigote con un processo definito fecondazione

• Lo zigote ora ha al suo interno due corredi cromosomici e viene definito diploide

Caratteristiche comuni per i cicli sessuali:

• Necessaria la presenza di due genitori, perchè ognuno dona un cromosoma

• Ogni gamete è aploide

• I due gameti si fondono per originare lo zigote che contiene due corredi cromosomici

Dopo lo zigote ci sono diversi tipi di ciclo sessuale:

• Negli organismi aplonti: lo zigote subisce la meiosi e produce cellule aploidi chiamate spore

che danno origine a loro volta ad altri organismi

• Negli organismo diplonti: qui i gameti si producono attraverso la meiosi e si uniscono

formando zigote diploide che attraverso diverse mitosi forma l'organismo adulto

Cariotipo: comprende coppie di cromosomi omologhi nella nostra specie 23 coppie per un totale di

46 cromosomi

SVANTAGGI DELLA MEIOSI

La meiosi fa due divisioni del nucleo consecutive che riducono il numero di cromosomi ad aploide

per prepararsi alla riproduzione sessuata, anche se il nucleo viene diviso due volte il DNA viene

replicato soltanto una volta

Funzioni principali della meiosi:

• Ridurre il numero cromosomico da diploide a aploide

• Assicurare che ogni gamete aploide abbia un corredo completo di cromosomi

• Garantire la variabilità genetica dei gameti

MEIOSI 1

Dopo l'interfase la cromatina comincia a condensarsi e si entra nella profase 1 molto lunga, qui i

cromosomi si appaiano per tutta la loro lunghezza con un processo chiamato sinapsi che procede

fino alla metafase1.

Viene a formarsi una tetrade cioè 4 cromatidi 2 appartenenti a ciascun cromosoma omologo. Per

tutta la profase 1 e la metafase 1 la cromatina agisce e i cromosomi diventano via via più spessi.

Essi tendono ad allontanarsi ma rimangono uniti in una zona detta chiasma a forma di X che

corrisponde a uno scambio di materiale genetico fra i due cromatidi non fratelli questo scambio di

materiale è definito crossing-over, che incrementa la variabilità genetica fra le cellule che

derivano dalla meiosi.

Nella prometafse 1 scompare l'involucro del nucleo e i nucleoli e nel frattempo di formano il fuso

meiotico e i microtubuli che prendono contatto con i cinetocori dei cromosomi.

Nella metafase1 le coppie di omologhi si allineano sul piane della piastra equatoriale, nella

anafase1 i cromosomi omologhi si allontano verso i poli opposti della cellula, nella telofase1 i

cromosomi segregano all'interno dei nuclei in modo da non poter uscire formando così le due

cellule figlie

MEIOSI 2

Nella profase2 dopo una piccola interfase chiamata intercinesi il DNA non si è replicato e i

cromosomi si condensano di nuovo, metafase 2 i centromeri delle coppie di cromatidi si allineano

sul piano equatoriale di ciascuna cellula,nella anafase2 i cromatidi si separano e diventano

cromosomi a tutti gli effetti migrando verso i poli opposti, grazie al crossing-over ogni nuove cellula

ha un patrimonio genetico differente, nella telofase2 i cromosomi segregano dentro i nuclei e le

cellule si separano, alla fine della meiosi 2 abbiamo 4 cellule figlie con un corredo aploide di

cromosomi.

MORTE CELLULARE

Può avvenire in due modi

• Necrosi: cioè quando la cellula viene danneggiata da sostanze tossiche

• Apoptosi: cioè quando la cellula finisce il suo ciclo di vita e quindi muore naturalmente

MENDEL

Iniziò i suoi studi esaminando accuratamente le diverse varietà di piante di pisello alla ricerca di:

• Carattere: proprietà fisica visibile (colore del fiore)

• Tratto: particolare aspetto di un carattere

• Tratto ereditario: proprietà che si trasmette da genitori ai figli

Tutti questi fattori dovevano provenire da linee pure

Mendel agì nel seguente modo:

• Prelevò polline da una certa pianta e lo trasferì su un altra pianta da linee pure (P)

• La pianta fece i semi furono piantati nel terreno i primi semi e piante si chiamarono prima

generazione filiale (F1)

• Ad alcune F1 fu permesso di auto fecondarsi dando origine così a una seconda

generazione filiale (F2)

Ibrido: termine per definire la prole ottenuta dall'incrocio fra individui diversi per uno o più tratti

PRIMO ESPERIMENTO

Mise insieme una pianta di linea pura di piselli lisci e una pianta di linea pura di piselli rugosi, alla

fase F1con impollinazione manuale ottenne solo piselli lisci mentre lasciando fare

all'impollinazione naturale ottenne quindi nella fase F2 un 3/4 di piselli lisci e 1/4 di piselli rugosi e

giunse alla conclusione che il tratto liscio era dominante rispetto al rugoso che viene definito

recessivo.

Così mendel smentì la teoria del mescolamento cioè cha la prole dovesse avere un carattere

simile alla media dei genitori (fiori rossi + fiori blu = fiori viola)

Confermò invece la teoria delle unità ereditarie distinte cioè che le unità responsabili

dell'informazione genetica sono in grado di mantenere la propria integrità anche in presenza di

altre unità, infatti ipotizzò che durante la formazione dei gameti soltanto una delle due unità

ereditarie venga segregata in un gamete, quindi identificò il gene, l'insieme di tutti i geni

dell'organismo si chiama genoma

Alleli: sono le forme alternative del gene, infatti una linea pura ha due alleli uguali al suo interno da

qui otteniamo:

• Omozigoti: cioè hanno due copie dello stesso allele (ss)

• Eterozigoti. Cioè hanno due alleli diversi (Ss)

Genotipo: è la costituzione genetica del organismo

Fenotipo: è l'aspetto esteriore dell'organismo

PRIMA LEGGE DI MENDEL

O legge della segregazione degli alleli, da ciascun genitore della generazione P ogni individuo

della F1 eredita una copia del gene e il suo genotipo è eterozigote. La combinazione degli alleli è

data dal quadrato di Punnet cosi rappresentato:

in modo tale da ottener le 4 possibili combinazioni con 2 alleli.

Deduzioni:

• Se un individuo è omozigote dominante (SS) la discendenza avrà genotipo Ss e fenotipo

dominante liscio

• Se un individuo è eterozigote (Ss) la discendenza sarà metà eterozigote e sarà (Ss) 'altra

metà sarà omozigote recessivo (ss)

SECONDA LEGGE DI MENDEL

O legge dell'assortimento indipendente, qua vengono presi in considerazione oltre al carattere

liscio e rugoso dei piselli anche il colore del pisello. Quindi alleli appartenenti a geni diversi si

assortiscono in modo indipendente l'uno dall'altro durante la formazione di gameti. Quindi si ha la

creazione di un diibrido (eterozigoti doppi) in questo modo abbiamo 16 possibili combinazioni

sempre utilizzando il quadrato di Punnet.

I cromosomi segregano indipendentemente durante la formazione dei gameti e lo stesso fanno

due geni collocati su coppie differenti di cromosomi omologhi

EREDITARIETA DI CARATTERI SEMPLICI

I caratteri e le malattie ereditarie semplici sono legati alla trasmissione di un singolo gene

sottoposto a mutazione. La trasmissione può avvenire in 3 modi:

• Autosomica dominante: il colore degli occhi ad esempio se uno ha gli occhi chiari (bb) e

l'altro gli occhi scuri (BB) tutti e due omozigoti l'allele predominante è scuro quindi ci sono

poche possibilità che il figlio abbia occhi chiari

• Autosomica recessiva: il colore dei capelli tipo una coppi castana ma eterozigote(Rr) c'è un

25% che il figlio sia con i capelli rossi perchè seno predomina sempre il castano

• Legata al sesso: può colpire o il cromosoma X o il cromosoma Y

X: i maschi hanno un solo cromosoma X sono emizigoti e quindi sono piu portati a

o contrarre una malattia del cromosoma X

Y: colpisce solo i maschi , infatti chi è affetto ha anche il padre affetto, e tutti i figli

o maschi dell'affetto saranno affetti

DOMINANZA INCOMPLETA E CODOMINANZA

Codominanti: quando sono espressi entrambi gli alleli nella eterozigote

Ad esempio nel nostro gruppo sanguigno AB0

Id

Il gruppo AB è chiamato anche ricevente universale, perchè può ricevere sangue in trasfusione da

tutti, mentre il gruppo 0 è chiamato donatore universale, perchè può donare il sangue a chi vuole

perchè non produce anticorpi.

C'è un fattore chiamato RH che può far si che in una donna incinta produce degli anticorpi per il

sangue del figlio e questo fenomeno è chiamato eritroblastosi fetale

REPLICAZIONE DNA

È un processo semiconservativo, durante questo processo ogni catena parentale funge da stampo

perl a formazione di una catena complementare.

Processo di replicazione:

• Rottura dei legami idrogeno che tengono unita la doppia elica e il progressivo svolgimento

del DNA grazie all'enzima elicasi

• L'enzima DNA polimerasi accelera la sintesi dei nuovi filamenti di DNA, utilizzando come

precursori nucleotidici i quattro deossinucleosiditrifosfato (dATP,dCTP,dGTP,dTTP )

• Deve essere disponibile una fonte di energia chimica per permetter questa reazione di

sintesi molto endoergonica

Nella replicazione i nucleotidi vengono sempre aggiunti alla medesima estremità della catena

polinucleotidica in via di sintesi cioè l'estremità 3' -OH del desossiribosio terminale, l'OH reagisce

con il 5' gruppo fosfato della catena stampo accrescendo così la lunghezza della catena in

formazione.

La replicazione del DNA inizia in punti specifici detti origine di replicazione in cui gli enzimi elicasi

accelerano lo svolgimento della doppia elica spendendo ATP. Alcune proteine chiamate SSB

agiscono legandosi ai singoli filamenti per far si che una volta svolto il DNA non si riavvolga più

tornando insieme.

Nei batteri la replicazione avviene in un unica origine e procede in entrambi i versi, mentre I

cromosomi degli eucarioti hanno origini multiple di replicazione e i nuovi filamenti vengono

sintetizzati nelle forcelle di replicazione

La DNA polimerasi accelera l'allungamento di un filamento di DNA a due condizioni:

• Presenza di un filamento di DNA stampo

• Presenza di un filamento breve (primer) di DNA o RNA che funge da innesco su cui

aggiungere nucleotidi

I filamenti del DNA parentale sono antiparalleli ma agiscono come stampi individuali e quindi i figli

cresceranno in direzioni opposte.

Sopra la catena stampo si mettono diversi RNA primer seguiti dai frammenti di okazaki in modo da

avere piu filamenti sopra lo stampo. Con la forcella di replicazione si catalizza la formazione della

catena figlia aggiungendo nucleotidi ai frammenti di okazaki in corrispondenza dell'estremità 3' e

continua finchè non incontra un altro RNA primer di un altro frammento di okazaki precedente. A

quel punto la forcella sparisce e prende il suo posto la DNA polimerasi 1 che idrolizza il primer

sostituendolo con il DNA. Fatto ciò prende il suo posto il DNA ligasi che catalizza la formazione di

un legame fosfodiesterico che unisce i due frammenti di okazaki adiacenti formando una catena di

DNA figlio

Ci sono 2 tipi di enzimi che modificano l'estensione e l'avvolgimento del DNA e sono:

• Topoisomerasi: rimuovono nodi o grovigli dalle catene di DNA

• Girasi: creano superavvolgimenti negativi dell'elica in DNA circolare

TRASCRIZIONE

È la sintesi del RNA, l'unità di trascrizione è chiamata gene, essa contiene l'informazione genetica

per la sintesi di una proteina o di un RNA.

Un gene è costituito da una regione codificante e da sequenze di DNA necessarie per un

particolare trascritto di RNA.

Nella fase G1 i geni trascrivono vari tipi di RNA alcuni dei quali dopo specifiche modifiche passano

nel citoplasma per la sintesi proteica

Mezzi per sintesi dell'RNA:

• Enzima RNA polimerasi

• DNA come stampo

• ATP, CTP, GTP, UTP come precursori dell'RNA

La trascrizione produce 3 tipi di RNA:

• mRNA: RNA messaggero, porta l'informazione genetica per la sintesi proteica nel

citoplasma

• tRNA: RNA transfer, decodifica l'informazione trasferendo ogni singolo amminoacido alla

catena polipeptidica crescente durante la sintesi proteica

• rRNA: RNA ribosomiale, costituisce una parte del ribosoma che è la struttura molecolare

dove avviene la sintesi proteica

La trascrizione si può dividere in 3 fasi:

• Inizio: le RNA polimerasi si legano a punti specifici del DNA e iniziano la lettura di uno solo

dei due filamenti

• Allungamento : utilizzano nucleosidi trifosfati presenti nel nucleo, le RNA polimerasi

costruiscono catene di nucleotidi complementari a quelli del DNA (U la posto di T)

• Terminazione: particolari sequenze sul DNA danno il segnale di terminazione di lettura con

il distacco della polimerasi dallo stampo

TRADUZIONE

Per codificare un amminoacido servono alcuni nucleotidi:

• Una sequenza di 3 basi (tripletta o codone) codifica un amminoacido

• Tre codoni (TAA,TAG,TGA) codificano lo stop della sintesi proteica

• ATG codifica la metionina e indica l'inizio della regione codificante della proteina

• La sequenza amminoacida di una proteina è definita da una sequenza lineare di triplette

codificanti contigue

CODICE GENETICO

L'mRNA trasferisce le informazioni dal DNA utilizzando un codice genetico a tre lettere chiamato

codice a triplette, in cui gruppi di tre nucleotidi vengono letti a partire da uno specifico punto di

inizio.

Ogni tripletta forma un codone (64 combinazioni), delle 64 combinazioni 61 specificano

amminoacidi e 3 specificano l'arresto

Il 1° codone determina il modulo di lettura reading frame

Ad un singolo amminoacido corrispondono più codoni solo la metionina e triptofano hanno un solo

codone.

La differenza tra i vari codoni riguarda la terza base, infatti solo le prime due lettere sono le

determinanti della specificità

Crick disse che la terza base è libera di legarsi e quindi oscilla.

Per ciascuno dei 20 amminoacidi esiste una specifica molecola di tRNA

Per far si che il tRNA si leghi al giusto amminoacido entrano in gioco degli enzimi attivanti chiamati

aminoacil-tRNA sintetasi, che utilizzando ATP catalizzano il trasferimento dell'amminoacido

dall'AMP al nucleotide 3 del RNA transfer.

I ribosomi sono il banco di lavoro della traduzione, essi si legano alla molecole di RNA che deve

tradurre, e contiene due siti di legame per tRNA:


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ciocchi

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DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea in scienze biologiche
SSD:
Università: Carlo Bo - Uniurb
A.A.: 2013-2014

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher ciocchi di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Biologia umana 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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