Didattica delle Scienze Naturali e Biologia

Struttura e proprietà dei peptidi e delle proteine

R,• Un gruppo che è variabile e rappresenta il resto della molecola. Si parla di peptidi se la catena contiene fino a 70 amminoacidi. Si parla di proteine invece se la catena contiene più di 70 amminoacidi. Le proprietà fisiche, chimiche e biologiche della catena dipendono dal tipo, dal numero e dalla sequenza di amminoacidi. Sono solubili quelle che devono potersi spostare nella cellula o nel liquido organico (es. enzimi), invece sono insolubili quelle con funzione strutturale (es. collagene).

Acidi Nucleici

Gli acidi nucleici DNA e RNA sono molecole di polimeri di nucleotidi specializzati nella trasmissione dell'informazione genetica. Un nucleotide è formato da: • un fosfato • uno zucchero pentoso • una base azotata (guanina, adenina, citosina, timina o uracile) DNA (acido desossiribonucleico) l'informazione genetica. Il DNA si trova all'interno del nucleo e contiene doppia elica. È un doppio filamento e ha una struttura azucchero pentoso del DNA è il desossiribosio e le basi azotate presenti nel DNA sono la guanina, l'adenina, la citosina e la timina. RNA (acido ribonucleico) convoglia le informazioni. L'RNA codificato nei geni dal DNA ai ribosomi per la sintesi uniproteica. I nucleotidi dell'RNA sono allineati lungo un filamento. Lo zucchero pentoso dell'RNA è il ribosio e le basi azotate presenti nell'RNA sono la guanina, l'adenina, la citosina e l'uracile. CELLULA è la struttura funzionale di base di ogni essere vivente. Le cellule furono osservate per la prima volta nel 1665 da Robert Hooke, che studiò con un microscopio delle fettine di sughero e ha visto piccole "stanze": cellule. Nel 1838-39 Schleiden e Schwann, un botanico ed uno zoologo, per primi osservarono la similarità tra tessuti animali e vegetali ed ipotizzarono che tutti gli organismi viventi sono costituiti da cellule. Lo strumento che ci permette di osservarele cellule è il microscopio. • Alcune cellule possono essere visibili ad occhio nudo (es. polpa arance dei mandarini e altri agrumi) • Le cellule più grandi sono le uova degli uccelli • Le cellule più piccole sono i batteri Le cellule possono avere forme e dimensioni diverse, ma tutte svolgono importanti funzioni: Protezione Nutrizione Riproduzione Esistono due diversi modelli di cellule: Procariote ed Eucariote Procarioti Sono più piccole rispetto a quelle eucariote Si trovano nei monocellulari Sono prive di organelli (solo ribosomi) Non è presente un nucleo, ma il DNA è disperso nel citoplasma e consiste in una molecola circolare La riproduzione avviene tramite scissione binaria I procarioti sono classificati in due domini: Archei e Batteri Eucarioti Il dominio degli eucarioti comprende: - Animali e Piante - Protisti che comprendono: i protozoi e le alghe All'interno della membrana plasmatica, che

protegge e separa l'ambiente interno da quello esterno, vi è il citoplasma che comprende il citosol (soluzione acquosa) e gli organuli.

Cromosomi Portatori dell'informazione genetica

Reticolo endoplasmatico Non presenta i ribosomi e sintetizza i lipidi di vario tipo liscio

Reticolo endoplasmatico È contraddistinto dalla presenza di ribosomi e sintetizza le ruvido proteine

Mitocondri Sede della respirazione cellule

Lisosomi Si occupano di degradare le sostanze ingerite e quelle di rifiuto

Ribosomi Sede della sintesi proteica

Apparato di Golgi Sede di modificazione e confezione delle proteine

Il Citoscheletro, che significa "scheletro della cellula", mantiene la forma della cellula, contribuisce alla formazione delle giunzioni tra cellule e permette il movimento sia della cellula stessa sia dei suoi organuli.

Cellule AUTOTROFE e ETEROTROFE

Gli organismi Autotrofi sono quelli capaci di sintetizzare il proprio nutrimento autonomamente (piante). Gli organismi invece

eterotrofi

Si nutrono di sostanze organiche prodotte dagli organismi autotrofi (tutti gli animali, i protozoi, i funghi e quasi tutti i batteri).

Differenze tra le cellule animali e quelle vegetali:

Al pari delle cellule animali, quelle vegetali presentano tutti i vari organuli e quelli caratteristici della cellula vegetale sono il vacuolo centrale e i cloroplasti.

vacuolo centrale

Il vacuolo centrale ha la forma di un sacchetto e svolge numerose funzioni:

1. Agisce come un lisosoma delle cellule animali
2. Immagazzina acqua contribuendo a far aumentare le dimensioni della cellula
3. Immagazzina sia sostanze chimiche essenziali sia prodotti di rifiuto del metabolismo cellulare

cloroplasto

Il cloroplasto è un tipo di organulo presente nelle cellule delle piante e nelle alghe eucariotiche. Al suo interno è suddiviso da alcune membrane dove quelle più interne formano una serie di dischi "impilati" (chiamati tilacoidi), mentre è chiamato "stroma" il fluido che si trova.

All'interno. All'interno di questi organuli si svolge il processo della FOTOSINTESI: l'energia luminosa viene catturata dai pigmenti di clorofilla e viene convertita in energia chimica (Da sostanze inorganiche a organiche)

6CO + 6H O C H O + 6O2 2 6 12 6 2

La fotosintesi è suddivisa in :

• Fase luminosa -> conversione dell'energia solare in energia chimica dove vengono prodotte molecole di ATP e coenzimi di NADPH producendo ossigeno come rifiuto
• Fase indipendente dalla luce -> viene prodotto glucosio

Le trasformazioni dell'energia che si verificano all'interno delle cellule sono collegate a delle reazioni chimiche. In generale esistono due tipi di reazioni chimiche:

reazioni endoergoniche, le che per procedere richiedono un apporto di energia

reazioni esoergoniche, le che al contrario liberano energia

Ogni cellula compie migliaia di reazioni, esoergoniche ed endoergoniche. L'insieme di queste reazioni costituisce il metabolismo

cellulare.ATPL’ è il trasportatore di energia delle cellule, è un nucleotide composto da tre parti: la base adenina, lo zucchero pentoso ribosio e tre gruppi fosfato legati tra loro da legami covalenti.

Tutte le reazioni che si verificano nelle cellule vengono facilitate dalla presenza di particolari molecole proteiche chiamate enzimi, che svolgono la funzione di catalizzatori, cioè accelerano le reazioni.

Aerobica -> Respirazione cellulare

Fotosintesi -> Glucosio -> Glicolisi -> Piruvato (molecola a 3 atomi di carbonio)

Anaerobica -> Fermentazione

RESPIRAZIONE CELLULARE

Dalla respirazione cellulare abbiamo:

• Produzione energia
• Consumo di ossigeno
• Produzione di anidride carbonica (CO2) e acqua come scarto

Ed è composta da 3 fasi:

1. Glicolisi -> Avviene nel citoplasma. Una molecola di glucosio si trasforma in due molecole di acido piruvico, liberando una certa quantità di energia chimica, sotto forma di ATP e NADH, una sostanza che servirà in seguito per...

produrre altra energia

2. Ciclo di Krebs -> Avviene nei mitocondri. Si producono altre due molecole di ATP, altro NADH e anidride carbonica.

3. Fosforilazione ossidativa -> Passa attraverso una catena di trasporto degli elettroni e viene prodotta la massima quantità di ATP (Catena di trasporto degli elettroni: Gli elettroni si spostano lungo una serie di complessi proteici della membrana mitocondriale interna). Il trasporto degli elettroni è possibile grazie all'energia fornita dal NADH che deriva dalle fasi precedenti. Tale trasporto, che consuma ossigeno e produce acqua, avviene tramite proteine inserite nella membrana interna dei mitocondri. La respirazione cellulare può avvenire quindi soltanto in presenza di ossigeno.

La cellula vegetale produce zucchero che serve alle cellule eterotrofe per far partire la respirazione cellulare. Il trasporto nelle cellule avviene senza consumo di energia (trasporto passivo) o con consumo di energia (trasporto attivo).

Attraverso il doppio

concentrazione di soluto è maggiore, attraverso il canale delle proteine di trasporto. Il trasporto attraverso la membrana può essere ATTIVO e abbiamo: - Trasporto attivo primario: avviene grazie all'energia fornita dall'idrolisi dell'ATP. Un esempio è la pompa sodio-potassio che sposta ioni sodio all'esterno della cellula e ioni potassio all'interno. - Trasporto attivo secondario: avviene grazie all'energia fornita da un gradiente di concentrazione creato da un trasporto attivo primario. Un esempio è il cotrasporto di glucosio e sodio. Inoltre, la membrana cellulare può svolgere altre funzioni come l'endocitosi (inglobamento di particelle o liquidi all'interno della cellula) e l'esocitosi (rilascio di sostanze all'esterno della cellula). In conclusione, la membrana cellulare è una struttura fondamentale per la sopravvivenza e il corretto funzionamento delle cellule, regolando il passaggio delle sostanze e svolgendo diverse funzioni vitali.concentrazione di soluto è maggiore. TRASPORTO ATTIVO Quando una sostanza si sposta contro il suo gradiente di concentrazione, il trasporto richiede il consumo di energia. È possibile distinguere:

• l'endocitosi - porzioni di membrana inglobano particelle (solide -> fagocitosi / liquide -> pinocitosi)
• l'esocitosi - vescicole interne confluiscono nella membrana e liberano all'esterno il loro contenuto

Le cellule animali comunicano tra loro attraverso le giunzioni che possono essere:

• Giunzioni di ancoraggio
• Giunzioni occludenti
• Giunzioni comunicanti
• plasmodesmi

Invece le cellule vegetali sono connesse tra loro tramite sottili canali, che consentono lo scambio di materiali tra cellule. DIVISIONE CELLULARE Processo grazie al quale una cellula genera un'altra cellula.

• Negli organismi unicellulari procariotici ed eucariotici, la divisione cellulare coincide con la riproduzione dell'intero organismo.
• Negli organismi pluricellulari,

invece, la divisione cellulare avviene in processi diversi: serve per la crescita e per il rinnovamento dei tessuti e inoltre è indispensabile per la riproduzione dell'organismo. riproduzione asessuata Nella riproduzione asessuata, ciascuna cellula figlia riceve una copia del DNA della cellula madre. Le nuove cellule sono quindi geneticamente identiche alla cellula madre. riproduzione sessuata Nella riproduzione sessuata, invece, due gameti (cellula uovo e spermatozoo) si uniscono e la prole riceve una combinazione del DNA dei genitori ottenendo quindi una composizione genetica unica. mitosi La mitosi è il processo di divisione cellulare che avviene per la crescita e il rinnovamento dei tessuti. Durante la mitosi, una cellula madre si divide in due cellule figlie identiche geneticamente. meiosi La meiosi è il processo di divisione cellulare che avviene nella riproduzione sessuata. Durante la meiosi, le cellule si dividono due volte, producendo quattro cellule figlie con una composizione genetica diversa.