Lezioni, Biologia applicata

BIOLOGIA

→ COMPONENTI MACROMOLECOLARI

ACQUA Dipolo elettrico;

solvente di elezione per tutte le reazioni (composti polari e composti ionici-idrofili; composti apolari-

idrofobici formano un emulsione)

CARBOIDRATI Base della chimica organica; composto principale dei nostri cibi.

(C H O ) Monosaccaridi (serie D): carboidrati più semplici, facilmente solubili

•

6 12 6 --> glucosio, fruttosio, mannosio, galattosio, ribosio, 2-desossiribosio

Disaccaridi [monosaccaride - legame glicosidico – monosaccaride]

• --> glucosio + glucosio = maltosio

--> galattosio + glucosio = lattosio

LEGAME GLICOSIDICO: il carbonio glicosidico che utilizza l'OH semiacetalico per formare

un acetale (glicoside) con eliminazione di una molecola di acqua, reagendo con un OH

alcolico.

Polisaccaridi [più monomeri e più legami glicosidici]

• di riserva: cellulosa

◦ di sostegno: amido e glicogeno

◦

LIPIDI Solubili in solventi apolari; funzione di riserva, di deposito e di struttura.

ACIDI GRASSI: lunga catena carboniosa, con un gruppo carbossilico COOH terminale; insolubili in

acqua:

- saturi: solo legami semplici

- insaturi: almeno un doppio legame (importante per la fluidità della membrana)

LIPIDI SEMPLICI : gliceridi (glicerolo + acidi grassi); possono essere

• solidi, se gli acidi grassi costituenti sono saturi

◦ liquidi o fluidi, se gli acidi grassi costituenti sono insaturi

◦

GLICEROLO: molecola che possiede 3 gruppi alcolici per altrettanti acidi grassi --> se

avviene l'esterificazione completa si ha un TRIGLICERIDE (+ liberazione di 3H O)

2

LIPIDI COMPLESSI : fosfogliceridi (glicerolo + acidi grassi + gruppo fosfato)

• molecole anfipatiche, in acqua formano strutture stabili

ALTRI TIPI : steroidi --> colesterolo (importante per la fluidità)

•

PROTEINE Magic 20 (20+2);

Monomeri di amminoacidi legati tra loro da legami peptidici (reazione di condensazione)

FUNZIONI:

catalizzatori biologici (enzimi)

• fattori di trascrizione per l'espressione genica

• funzioni strutturali (citoscheletro)

• trasporto di ioni (carriers, pompe e canali)

• proteine contrattili (motilità)

• ormoni e fattori della crescita

• recettori dei segnali

• trasporto di sostanze apolari

• anticorpi

• di deposito

• tossine (proteine tossiche

•

PROTEINE SEMPLICI: costituite solo da amminoacidi

PROTEINE CONIUGATE: contengono nella loro struttura molecole non proteiche, cioè dei gruppi

prostetici; la proteina senza gruppo prostetico è detta apoproteina; i gruppi prostetici possono essere

lipidi, carboidrati, acidi nucleici, gruppo eme, ioni metallici e acido fosforico.

STRUTTURA GENERALE AMMINOACIDO (serie L)

COOH = gruppo carbossilico (acido)

NH = gruppo amminico (basico)

2

R= catena laterale, unica parte variabile

LEGAME PEPTIDICO: tra il gruppo carbossilico del primo amminoacido e il gruppo amminico del

secondo amminoacido, con perdita di una molecola di acqua.

L'insieme degli amminoacidi e dei legami peptidici, forma una struttura planare rigida che è

considerata la STRUTTURA PRIMARIA della proteina.

La struttura primaria (quindi la sequenza degli amminoacidi) è memorizzata nel DNA.

→ → → → → → → → → → polarità, direzione → → → → → → → → → →

La STRUTTURA SECONDARIA è il ripiegamento su sé stessa della catena di amminoacidi (grazie

a interazioni intramolecolari e intermolecolari)

La STRUTTURA TERZIARIA è l'organizzazione complessiva tridimensionale (la proteina già

funziona)

La STRUTTURA QUATERNARIA (non obbligatoria) sono più subunità proteiche insieme, uguali

(omodimeri) o diverse (eterodimeri).

-- PROCESSO DI DENATURAZIONE: pH acido o basico, urea o guanidina, causano la perdita di

attività (perdita della struttura quaternaria, terzaria e secondaria)

ACIDI NUCLEICI ACIDO DESOSSIRIBONUCLEICO --> DNA (molecola depositaria

dell'informazione genica)

ACIDO RIBONUCLEICO --> RNA (coinvolto nell'espressione e

nella regolazione genica)

Gli acidi nucleici sono polimeri di NUCLEOTIDI.

STRUTTURA GENERALE DI UN NUCLEOTIDE

- gruppo fosfato (legato al C5 dello zucchero)

- zucchero pentoso; ribosio o desossiribosio (in C2 non ha

l'ossigeno)

- base azotata (legata al C1 dello zucchero); purine (Adenina e

Guanina) e pirimidine (Timina -sostituita da Uracile nell'RNA- e

ZUCCHERO + BASE = NUCLEOSIDE Citosina); sporgono al di fuori della catena peptidica e contengono

NUCLEOSIDE + FOSFATO = NUCLEOTIDE l'informazione genetica.

REGOLE DI CHARGAFF: A+T(U) → 2 legami -- C+G → 3 legami

LEGAME FOSFODIESTERICO: legame tra nucleotidi: tra il gruppo ossidrile OH legato al C3 del

primo nucleotide e il gruppo fosfato legato al C5 del secondo nucleotide.

1°nucleotide ha il C5 libero (P libero) → → → n° nucleotide ha il C3 libero (OH libero)

DIREZIONE del FILAMENTO 5'-3'

DNA: compattato all'interno del nucleo della cellula; doppia elica in senso destroso; due filamenti

complementari (ad una pirimidina corrisponde una purina e viceversa) e antiparalleli (le eliche

corrono in direzione opposte e mantengono la stessa polarità 5'-3'

Compattazione: DNA a doppia elica + proteine di natura basica (ISTONI) → NUCLEOSOMI

(collana di perle + DNA linker) →i nucleosomi si uniscono tra loro → formano FIBRA DI

CROMATINA (si vede nel nucleo) → al momento della replicazione, la cromatina si compatta

ulteriormente a formare il CROMOSOMA METAFASICO.

Cromatina, Dna e proteine istoniche possono essere di due tipi,

eucromatina; poco compatto e sempre attiva

• eterocromatina; molto compatta, di due ulteriori tipi

• costitutiva, che non è mai trascritta

◦ facoltativa, inattiva solo in alcuni momenti

◦

RNA: singola elica; diversi tipi (rRNA, mRNA, tRNA)

ATTENZIONE!!!

CODICE GENETICO: regole che mi permettono la traduzione

INFORMAZIONE GENETICA: sequenza di DNA che permette di avere RNA per trascrizione

GENOMA: contenuto globale di DNA di una cellula, sia quello del nucleo che quello del mitocondrio

→ CLASSIFICAZIONE ORGANISMI

Grande percorso evolutivo da un progenitore comune.

DOMINIO → REGNO → PHYLUM → CLASSE → ORDINE → FAMIGLIA → GENERE → SPECIE

Bacteria Eubacteria Nomenclatura binomia di Carlo Linneo

Archaea Archaebacteria

Eukarya Protista

Plantae

Fungi

Animalia

CELLULA Costituente di tutti gli organismi viventi.

Similitudine chimica e strutturale anche di cellule di organismi molto diversi tra loro → membrana

plasmatica (doppio strato di fosfolipidi), citoplasma, SNA e materiale genetico, utilizzo di proteine.

CELLULA PROCARIOTICA

PROCARIOTI: unicellulari (batteri, alghe blu-verdi); più piccole rispetto agli eucarioti; forme diverse

(cocchi, bacilli, spirilli)

citoplasma: non ci sono compartimenti, tutto è immerso nel citoplasma; enzimi e altri

• componenti sono liberi; il nucleo non esiste ma c'è una zona chiamata nucleoside dove si

trova la singola molecola circolare di DNA

membrana plasmatica (sopra al citoplasma)

• parete cellulare (sopra alla membrana plasmatica): protegge la cellula e mantiene la forma;

• costituita da peptidoglicano, il responsabile della colorazione Gram

capsula (strato più esterno): costituita da polisaccaridi, presenta flagelli e pili per il

• movimento

CELLULA EUCARIOTICA

EUCARIOTI: dimensione maggiori; alta compartimentalizzazion, ORGANELLI delimitati da

membrana e ognuno con funzioni specifiche.

--> Organelli: RETICOLO ENDOPLASMATICO, APPARATO DEL GOLGI, MITOCONDRI o

CLOROPLASTI, RIBOSOMI, LISOSOMI, PEROSSISOMI, VACUOLI, NUCLEO.

--> Membrane biologiche: MEMBRANA PLASMATICA formata da doppio strato fosfolipidico, con

proteine, glucidi e colesterolo (struttura a mosaico fluido)

NUCLEO Forma rotondeggiante.

Delimitato dal resto della cellula da due membrane che formano un involucro nucleare o carioteca

(divide il nucleoplasma dal citoplasma). Le due membrane formano uno spazio perinucleare, e

esse si fondono in alcuni punti formando il poro nucleare.

COMPLESSO DEL PORO NUCLEARE: struttura altamente organizzata e complessa di natura

proteica.

Lamina nucleare: sottile rete di proteine nella membrana nucleare interna, mantiene la forma del

nucleo ed è sito di attacco dei telomeri durante la meiosi.

Nucleoscheletro: simile al citoscheletro (matrice nucleare)

Sede dell'informazione genetica; contiene le molecole di DNA; sintetizza rRNA nel nucleolo; sede

della duplicazione e della trascrizione; sintetizza gli altri RNA nel nucleoplasma.

RETICOLO Sistema di membrane con organizzazione in cisterne, sacculi e canalicoli (all'interno c'è il lume).

ENDOPLASMATICO R.E. --> continuità diretta con la membrana necleare esterna.

Due tipi:

1. RER (reticolo endoplasmatico rugoso); ricoperto di ribosomi; sede della sintesi di proteine

che poi vengono rimaneggiate all'interno del lume e poi spedite fuori la cellula con le

vescicole

2. SER ("smooth", reticolo endoplasmatico liscio); privo di ribosomi; il lume contiene enzimi che

intervengono nella sintesi degli steroidi a partire da altri lipidi e carboidrati; sede della sintesi

++

di trigliceridi e fosfolipidi; compito di detossificazione da farmaci; sequestra il Ca dal citosol

nel fegato, accumula glicogeno

RIBOSOMI Sia nella cellula eucariotica che procariotica; organelli prici di membrana, formati da rRNA e proteine;

composti da due subunità, una maggiore e una minore (si associale quando si legano ad un

mRNA).

Sede della sintesi delle proteine. Possono trovarsi:

- sparsi nel citosol, per la sintesi di proteine che rimangono nel citoplasma o per i mitocondri

- attaccati al RER, per la sintesi di proteine che fanno parte delle membrane oppure secrete dalla

cellula tramite vescicole.

MITOCONDRI Nella cellula vegetale, la stessa funzione ce l'hanno i CLOROPLASTI.

Ogni cellula può avere un numero diverso di mitocondri.

Forma bastoncellare, delle dimensioni di un batterio --> TEORIA ENDOSIMBIONTICA

TEORIA ENDOSIMBIONTICA: DNA mitocondriale è a singola molecola circolare; il mitocondrio ha

un proprio sistema di trascrizione e traduzione (compresi i ribosomi); sintetizza per proteine e enzimi

utli alla fosforilazione; è dotato di parziale autonomia.

Specializzati nella produzione di energia sottoforma di ATP --> respirazione cellulare: ossidazione

di lipidi e dei carboidrati proveniente dagli alimenti.

Hanno una doppia membrana, separata da uno spazio intermembrana:

membrana interna: forma le creste mitocondriali (la matrice); costituita per il 70% da

• proteine ed è altamente selettiva, non lascia passare quasi nulla; non c'è colesterolo

membrana esterna: probbista di porine, proteine che fanno passare anche molecole di

• grandi dimensioni

COMPLESSO Costituito da pile di sacche membranose appiattite, dette cisterne (ciascuna ha uno spazio interno

DEL GOLGI detto lume; in alcune regioni possono apparire rigonfie in quanto sono piene di prodotti cellulari).

Le pile di cisterne costituisce tre aree:

1. superficie CIS; collocata vicino al nucleo con la funzione di ricevere i materiali contenuti

nelle vescicole di trasporto proveniente dal RE

2. regione mediale; contiene differenti enzimi

3. superficie TRANS; più vicina alla membrana plasmatica, impacchetta le molecole in

vescicole che sono trasportate fuori dal Golgi.

In alcune cellule animali il complesso è localizzato in posizione laterale.

Nelle cellule vegetali e in altri tipi, possono essere presenti più complessi del Golgi, formati da pile

membranose isolate e sparse nella cellula.

Le cellule che secernono grandi quantità di glicoproteine, hanno un gran numero di pile del Golgi.

• nelle cellule animali sintetizzano i lisosomi

quelli delle cellule vegetali producono polisaccaridi extracellulari (utilizzati come componenti

• della parete cellulare)

• processa, smista e modifica le proteine; se assemblate correttamente, sono trasportate dal

RE alla superficie CIS del Golgi con vescicole di trasporto che si formano dalla membrana

del RE; modificate in molti modi, le proteine danno origine a molecole biologiche più

complesse

GLICOPROTEINE: impacchettate in vescicole secretorie nella regione TRANS.

VESCICOLE DI TRASPORTO: si fondono tra loro per formare gruppi che si muovono lungo i

microtubuli verso il complesso del Golgi e dal complesso del Golgi; le vescicole si staccano dalla

membrana del Golgi, trasportanto il contenuto a precise destinazioni; le vescicole che trasportano

prodotti che devono essere esportati dalla cellula, si fondono con la membrana plasmatica (la

membrana delle vescicole diventa parte della membrana plasmatica).

LISOSOMI Organelli separati da una singola membrana.

Piccole vescicole piene di enzimi disperse nel citoplasma (enzimi idrolasi acide, che lavorano con

un pH intorno a 5: fosfatasi, solfatasi, proteasi e peptidasi, nucleasi, lipasi, glicosidasi).

LISOSOMI PRIMARI: si formano per gemmazione dal complesso del Golgi (enzimi idrolitici

sintetizzati nel RER). Quando vengono a contatto con la roba da digerire diventano LISOSOMI

SECONDARI: i componenti digeriti vengono scomposti in modo da poter essere riciclati, ciò che non

viene digerito diventa corpo residuo, che viene esportato fuori la cellula.

CELLULE SPAZZINO: lisosomi che digeriscono i batteri durante i processi immunitari.

PEROSSISOMI Organuli digestivi, simili ai lisosomi, con singola membrana, ma vi si differenziano perchè il loro

prodotto dopo la difestione è molto denso agli elettroni.

Contengono enzimi ossidativi

• per la β-ossidazione degli acidi grassi

che neutralizzano l'acqua ossigenata trasformandola in acqua e ossigeno

• con attività di detossificazione da alcol e altri prodotti tossici, nel fegato e nei reni

•

CITOSCHELETRO Determina la forma della cellula e la sua capacità di muoversi; altamente dinamico e cambia

continuamente.

È costituito da una rete di fibre proteiche, o meglio detto, da TRE TIPI di FILAMENTI:

1. MICROTUBULI: sono i filamenti più spessi del citoscheletro, costituiti da α-β tubulina,

◦ strutture cilindriche cave costituite da 13 protofilamenti e vanno dal centrosoma alla

periferia --> un microtubulo si allunga per addizione di dimeri di tubulina.

DIMERI DI TUBULINA: due gruppi di proteine associale ai microtubuli, chiamate

MAP (map strutturali ancorano l'oggetto da trasportare alle map motrici; map

motrici forniscono energia per il movimento)

coinvolti nel movimento dei cromosomi durante la divisione cellulare; mantengono la

◦ forma e danno sostegno.

2. MICROFILAMENTI (filamenti di actina); fibre flessibili e solide, ciascuna formata da due

stringhe intrecciate costituite da filamenti di actina;

responsabili del mantenimento e del cambiamento della forma delle cellule

◦ contribuiscono al movimento della cellula; coinvolti nella citocinesi (divisione in 2 di

◦ una cellula durante la divisione cellulare)

3. FILAMENTI INTERMEDI: resistenti e flessibili, forniscono sostegno meccanico e

mantengono la forma della cellula

variano per composizione proteica e dimensione nei diversi tipi di cellula

◦ connessi ad altri tipi di filamenti mediante alcune proteine; mutazione dei geni che

◦ codificano per le proteine dei filamenti intermedi rendono la cellula più fragile

→ ENZIMI E METABOLISMO: ENERGIA

MITOCONDRI Sono la centrale energetica della cellula: accumulano l'energia che si libera mediante i processi di

catabolismo sotto forma di ATP.

ATP: molecola che è in grado di conservare l'energia libera sotto forma di energia di legame.

I mitocondri sono organuli sferici o allungati, che presentano:

DNA mitocondriale; una singola molecola circolare, formato da due filamenti (uno spesso e

 uno leggero); questo consente al mitocondrio una semi-autonomia perchè riesce a

In chimica le reazioni sintetizzare ribosomi e proteine

che producono membrana interna; ricca di proteine (che non sono altro che i trasportatori degli elettroni



energia sono reazioni della catena e le pompe F -F ATP-sintetasi) che piegata a formare le creste mitocondriali

REDOX, dove un 0 1

composto (riducente) la matrice è lo spazio interno delimitato dalla membrana interna

◦

trasferisce elettroni ad membrana esterna; ricca in lipidi e in enzimi che degradano grassi e amminoacidi



un altro composto la camera esterna è lo spazio tra le due membrane (spazio intermembrana)

◦

(ossidante).

Gli elettroni si legano Gli alimenti vengono ossidati, i due cofattori NAD e FAD vengono ridotti e diventano NADH+H e

ad un certo livello 2

FADH --> questi grazie a una seire di molecole di intermedie vengono riossidati e cedono i loro

(orbitale); più questo è elettroni all'accettore finale OSSIGENO; l'energia liberata da questa reazione viene utilizzata per

maggiore (cioè +

compiere lavoro, ovvero per trasferire ioni H dalla matrice allo spazio intermembranario; si viene a

esterno) tanto minore + +

è l'affinità che il creare un gradiente protonico che pompe H -ATPasi utilizzano per riportare all'interno gli ioni H ,

composto ha per gli completando il processo di creazione di ATP.

elettroni, e viceversa. Ogni sostanza subirà delle modificazioni prima delle reazioni di ossidazione (nel citoplasma):

Un composto con carboidrati idrolizzati in monosaccaridi --> glicolisi --> formano PIRUVATO

•

bassa affinità tende a

cedere gli elettroni ad lipidi idrolizzati in acidi grassi e glicerolo --> β-ossidazione --> formano PIRUVATO

•

uno con maggiore proteine idrolizzate in amminoacidi --> deamminazione --> formano PIRUVATO

•

affinità: il trasferimento acidi nucleici idrolizzati in nucleotidi --> formano PIRUVATO

è caratterizzato da •

liberazione di energia. Il pir