Riassunto Biologia

RTK

) non subiscono cambiamenti conformazionali (fosforilazione) ma, una

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volta attivati da un segnale extracellulare, inducono la formazione di dimeri .

Per disattivare il sistema entrano in atto protein tirosin fosfatasi (PTP) o in certi casi i recettori attivati

vengono portati per endocitosi ai lisosomi e digeriti.

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Gli RTK possono attivare fosfatidil inositol 3-chinasi (PI K) che catalizza la fosforilazione di PI di

​ ​

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membrana.

Sono di 3 tipi:

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△ La via Ras

Gli RTK attivano la proteina Ras che lega il GTP. Una volta attivata, Ras innesca una fosforilazione a

cascata, dove una serie di protein chinasi si attivano in sequenza. Questa cascata porta il segnale dalla

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membrana plasmatica al nucleo, ed è chiamata cascata MAP (Mitogen Activated Protein)-chinasica.

​ ​

Forme mutanti di Ras portano ad una proliferazione cellulare incontrollata (

cancro

).

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△ Citochine

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Sono ormoni e mediatori locali che si legano ai recettori che attivano regolatori proteici di geni

​ ​

(segnalazione più diretta). Gli interferoni , ad esempio, sono citochine che inducono la sintesi di proteine

importanti perché la cellula resista a infezioni virali.

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△ Recettori serin treonin chinasici

​ ​

Sono proteine capaci di autofosforilazione . Quando il ligando si lega al recettore appropriato, questo si

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autofosforila, attirando una classe di proteine Smad ed attivandole. Una volta fosforilata, Smad si

dissocia dal recettore e si associa ad una co-Smad per formare un complesso. Il complesso così formato si

dirige nel nucleo dove si lega a sequenze specifiche che aiutano ad attivare o inibire alcuni geni.

​

VI.II. Re cettori collegati a proteine G (metabotropi)

Costituiscono la più grande famiglia di recettori di superficie. ​

Attivato dal ligando, il recettore interagisce con una proteina G; questa via di trasduzione regola

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l’attivazione di canali ionici (es. potassio per il rallentamento del battito cardiaco) ed enzimi .

​ ​ ​

Fra gli enzimi attivati da proteine G sono importanti l’ adenilatociclasi che catalizza la produzione di AMP

​ ​ ​ ​

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ciclico e la fosfolipasi C

, responsabile della produzione di inositol fosfato ( IP ) e diacilglicerolo (

DAG

).

​

3

Sono di 2 tipi:

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△ La via del cAMP

In risposta a stimoli extracellulari, la concentrazione di cAMP può aumentare o diminuire rapidamente.

cAMP è idrosolubile e porta il segnale a proteine del citosol o negli organelli.

Il meccanismo di azione del cAMP in genere si esplica sull’enzima protein-chinasi AMP ciclico-dipendente

​ ​

​ ​

(

PKA

): cAMP attiva la PKA , che in stato di quiescenza si trova associata ad un’altra proteina,

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determinandone un cambio conformazionale. PKA attivata fosforila un residuo di serina o di treonina di

enzimi intracellulari, modificandone l’attività.

Gli effetti della via cAMP possono essere molto rapidi o lenti.

​ ​ ​ ​

Oltre ad attivare enzimi , la via cAMP può attivare la trascrizione di geni .

​ ​

△ La via IP 3 ​

Un tipo di proteina G, rispondendo a un segnale extracellulare, attiva l’ enzima di membrana fosfolipasi

​ ​ ​ ​

C . La conseguente attivazione di IP e DAG c ausa l’apertura dei canali per il Calcio, il quale irrompe nel

​

3

citosol (data la sua scarsità all’interno di questo, normalmente) generando modificazioni di proteine

citosolitiche.

​

VI.III. Re

cettori collegati a canali ionici (ionotropici)

Sono importanti per la trasmissione rapida attraverso le sinapsi del sistema nervoso.

​ ​

Questi recettori, una volta attivati, determinano l’apertura dei canali ionici con conseguente variazione

del potenziale di membrana (causando quindi depolarizzazione o iperpolarizzazione), se il recettore è

accoppiato a canali per il sodio, o con ingresso nel citoplasma di ioni calcio (che agirà come messaggero

intracellulare).

​ ​

Gli ioni calcio sono secondi messaggeri comuni ; questi possono essere trasportati:

- contro gradiente attraverso l’uso dell’energia ottenuta dalla rottura dell’ATP (calcio ATPasi)

- sfruttando l’energia dei gradienti degli ioni sodio o idrogeno per essere pompati attraverso la

membrana.

Queste pompe fanno si che la concentrazione di calcio all’interno del citoplasma sia molto bassa, quando

​ ​

si aprono in risposta a segnali la concentrazione di calcio aumenta velocemente e in pochi secondi.

VII. I meccanismi di feedback

I due principali modi in cui una cellula regola le proprie proteine di segnalazione sono:

​

△ Feedback positivo

Un segnale in uscita favorisce la sua stessa produzione, amplificandola. In molti casi il feedback positivo

​ ​

agisce favorendo moderatamente la propria produzione , ma in certi casi l’aumenta fortemente, in un

meccanismo simile al “tutto o nulla”, tanto che l’enzima, oltre a una certa soglia, diventa

improvvisamente molto più attivo e resta moderatamente attivo anche quando il segnale è cessato. Si

​ ​

parla in tal caso di sistema instabile

.

​

△ Feedback negativo ​

Un segnale in uscita inibisce la sua stessa produzione. Il feedback negativo abbrevia e limita il livello

​

della risposta e rende il sistema di segnalazione meno esposto alle possibili perturbazioni. In alcune vie

​ ​

di segnalazione il feedback negativo agisce con un notevole ritardo determinando risposte oscillatorie

​ ​

finché è presente lo stimolo appropriato. Se invece il ritardo è breve si determinano risposte di

adattamento veloci e intense.

Quando una cellula è esposta in continuazione ad un segnale generato da una molecola che funge da

​ ​ ​ ​

stimolo, si verifica il fenomeno dell'

adattamento o della desensibilizzazione , che opera come un

feedback negativo con breve ritardo. Il recettore può ancora essere inattivato da una molecola

intracellulare che lo rende incapace di legarsi al suo normale ligando qualora la concentrazione

extracellulare sia troppo elevata, oppure può essere inattivata una proteina funzionalmente correlata al

recettore, o ancora può essere trascritta una proteina che inibisce l'interazione del recettore con le

proteine a valle. 26

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08. Metabolismo cellulare

I. Trasformazioni chimiche per l’utilizzo di energia

Il metabolismo è dato dall’insieme delle trasformazioni chimiche che avvengono nell’organismo. Due

sono i tipi di processi che il metabolismo sfrutta per utilizzare energia chimica (complementari):

​ ​ ​

- Catabolismo : processi che rilasciano energia (

esoergonici ) scindendo sostanze complesse in

composti più semplici. L’energia rilasciata viene immagazzinata dalla cellula sotto forma di ATP

(prodotto della respirazione cellulare).

​

- Anabolismo : sintesi di molecole complesse a partire da componenti più semplici. Le reazioni

​ ​

anaboliche sono generalmente endoergoniche (richiedono energia esterna).

​

L’energia chimica è conservata sotto forma di legami chimici.

​ ​

L’

energia di legame è l’energia necessaria per rompere un determinato legame chimico.

La somma di tutte le energie di legame di un sistema (es. una molecola) è essenzialmente equivalente

​ ​ ​ ​

alla sua energia potenziale totale . Questa quantità è nota come entalpia (H).

​ ​

L’

energia libera (G) è la quantità di energia disponibile a compiere un lavoro. Entropia (misura del

disordine di un sistema fisico), entalpia ed energia libera sono correlate da questa equazione:

G = H – TS

T = Temperatura assoluta del sistema.

S = Entropia

Se l’entropia fosse 0, l’energia libera sarebbe uguale all’energia potenziale (entalpia). La temperatura fa

crescere il disordine (entropia). Δ

L’energia libera totale di un sistema non può essere misurata, si può solo misurare la variazione ( ) di

energia libera: Δ Δ Δ

G = H – T S

​ ​ ​ ​

Δ

Quando l’

energia libera dei prodotti di una reazione è maggiore di quella dei reagenti , il G è positivo ,

​ ​

e la reazione è detta endoergonica . Si ha aumento dell’energia libera. Bisogna fornire energia

dall’esterno perché la reazione avvenga.

​ ​

Quando l’

energia libera dei prodotti di una reazione è minore di quella dei reagenti , la reazione è detta

​ ​ ​

Δ

esoergonica

. Il G è negativo

, si ha diminuzione dell’energia libera e la reazione avviene

spontaneamente (es. diffusione).

II. Rigenerazione e ciclo dell’ATP

​

△ Rigenerazione dell’ATP

L’ATP viene continuamente consumato ma si rigenera per addizione di un P (fosfato) ad ADP.

​

△ Ciclo dell’ATP Adenosina trifosfato (ATP) è costituito da

adenosina, ribosio e 3 gruppi fosfato.

L’energia liberata dalle reazioni endonucleari di

degradazione (cataboliche) viene utilizzata per

​

fosforilare l’ATP . L’energia depositata nell’ATP

viene utilizzata per compiere la maggior parte del

lavoro cellulare. Quindi l’ATP accoppia i processi

cellulari che liberano energia con quelli che la

​

richiedono, questo è detto bilancio energetico.

​ ​

Le reazioni esoergoniche sono reazioni

spontanee, quindi lente; pertanto hanno bisogno

di un catalizzatore.

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III. I catalizzatori (enzimi)

​ ​

Un catalizzatore è una sostanza chimica regolata dall’ambiente cellulare, che accelera la velocità di una

​ ​

reazione chimica senza essere consumato dalla reazione stessa: un enzima .

​ ​

​ ​

Una reazione chimica tra due molecole implica la rottura di legami e formazione di nuovi legami .

​ ​

L’energia iniziale necessaria per rompere i legami iniziali è chiamata energia di attivazione ; i legami si

rompono solo quando sono diventati instabili, cioè hanno assorbito energia sufficiente.

Quando le molecole si stabilizzano nei loro nuovi legami (più stabili), viene rilasciata dell’energia

nell’ambiente.

Gli enzimi hanno il compito di abbassare l’energia di attivazione di una reazione, aumentando la velocità

della reazione stessa; non cam