Riassunto di Biologia, docente Zarrella, libro consigliato Elementi di biologia, Eldra P. Solomon

TRASDUZIONE DEL SEGNALE

Le molecole di regolazione trasmettono le informazioni all’interno delle cellule senza attraversare la membrana

plasmatica, avvalendosi di proteine di membrana.

Il primo componente di un sistema di trasduzione è il recettore che si lega ad un ligando all’esterno della cellula,

attivandosi grazie ad un cambiamento del citoplasma.

via di segnalazione di segnalazione).

Si attiva la (cascata

Interruttori molecolari

Ogni volta che un ligando si lega ad un recettore si accende una segnalazione. Quando il segnale viene trasmesso

fosforilata di proteine chinasi).

ad una proteina di segnalazione questa viene (cascata

proteina bersaglio

L’ultima proteina chinasi attiva la che altera il processo cellulare.

Recettori accoppiati a canali ionici

I canali ionici restano chiusi fino a quando un ligando si lega al recettore.

Es. il neurone trasmettitore acetilcolina / acido gamma amminobutirrico GABBA / recettori GABA si lega ad un

recettore colinergico il canale si apre permettendo agli ioni sodio di entrare nella cellula.

RECETTORI ACCOPPIATI A PROTEINE G

Attivano le proteine G un gruppo di proteine di regolazione importanti in molte vie di trasduzione del segnale. 32

transmembrana

Sono proteine che attraversano avanti e indietro la membrana plasmatica per sette volte. Il

recettore è costituito da sette alfa eliche transmembrana connesse da anse che si estendono nel citosol o

all’esterno della cellula. guanosina difosfato

La proteina G consiste di 3 subunità unite tra loro, 1 delle quali è legata ad una molecola di

guanosina trifosfato

(GDP). Quando un ligando si lega al recettore, il GDP viene rilasciato e sostituito da (GTP).

La subunità (GTPasi) si separa dalle altre due subunità e attiva la proteina G dando inizio alla trasduzione della

cellula. primo messaggero

La molecola segnale (ligando) funge da e l’informazione viene trasmessa attraverso la proteina

secondo messaggero,

G ad un un agente di segnalazione intracellulare.

Secondi messaggeri

Ioni che veicolano segnali all’interno della cellula diffondendosi rapidamente attraverso la cellula, amplificando il

segnale. La trasmissione avviene attivando altre proteine o raggiungendo le proteine bersaglio che regoleranno

la risposta cellulare.

Sintesi ed inattivazione dell’AMP ciclico (cAMP) (secondo messaggero)

proteina G

1. Quando la si attiva

adenilato ciclasi (AC)

2. Lega ed attiva l’enzima

3. Legame della molecola segnale al recettore accoppiato ad una proteina G

catalizza la formazione di cAMP

4. Che a partire da ATP.

5. Attivazione della proteina chinasi

6. Risposta cellulare;

7. Fosforilazione delle proteine.

fosfodiesterasi

La via di segnalazione è regolata da che converte cAMP in AMP. Il cAMP consente l’attivazione di

PKA

altre proteine a valle tipicamente che a sua volta provoca la risposta cellulare.

FOSFOLIPIDI

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Alcuni complessi molecola segnale-recettore:

proteina G

1. Attivano una che a sua volta attiva:

fosfolipasi C,

2. La un enzima che scinde un fosfolipide di membrana in:

Inositolo trisfosfato (IP3);

3. diacilglicerolo (DAG)

4. Produzione di i quali fungono da secondi messaggeri.

Fosforilazione di proteine.

5. 2+

FUNZIONI DEGLI IONI CALCIO(Ca ):

· Disassemblaggio dei microtubuli,

· Contrazione muscolare,

· Coagulazione del sangue,

· Attivazione di alcune cellule del sistema immunitario,

· Segnalazione neurale,

· Fecondazione della cellula uovo e suo sviluppo.

RECETTORI ACCOPPIATI AD ENZIMI

Sono proteine transmembrana con un sito di legame per una molecola segnale all’esterno della cellula a ed un

sito di legarne per un enzima all’interno della cellula.

fattore di crescita recettore accoppiato ad un enzima,

Quando un (ormone della crescita) si lega ad un questo

attivato fosforila proteine.

viene e l’aminoacido tirosina nelle

Le proteine Ras 33

Piccole proteine G che si attivano in risposta al legame di un fattore di crescita con un recettore trasmembrana

(quando legano il GTP). La loro attivazione è correlata a:

· Espressione genica,

· Divisione cellulare,

· Movimento delle cellule,

· Sviluppo embrionale.

Recettori intracellulari

Alcune molecole segnale idrofobiche diffondono attraverso le membrane delle cellule bersaglio e si legano a

(es. cortisolo, ormoni

recettori intracellulari. Molti ormoni sono in grado di penetrare la membrana plasmatica

tiroidei).

Solitamente i recettori intra-cellulari sono fattori di trascrizione che attivati regolano la trascrizione dei geni.

Proteine di impalcatura (scaffold)

La trasduzione del segnale è un processo rapido e preciso. Gli enzimi devono essere organizzati in modo da essere

disponibili per le vie di segnalazione.

proteine di impalcatura

Le organizzano gruppi di molecole segnale intracellulari in complessi di segnalazione,

guidano le interazioni tra le molecole e riducono l’interferenza tra vie di segnalazione differenti.

LE RISPOSTE Al SEGNALI

Le molecole segnale attivano vie di trasduzione del segnale che possono essere incluse in 3 categorie:

1. Apertura / chiusura di canali ionici;

2. Alterazione di attività enzimatica che determina cambiamenti metabolici;

3. Accensione/spegnimento dell’attività di specifici geni.

La risposta ad un segnale è amplificata

Normalmente, le molecole segnale sono presenti a concentrazioni molto basse; tuttavia, i loro effetti sulla cellula

sono spesso profondi perché il segnale viene amplificato mentre viene trasmesso attraverso la via di segnalazione.

Una singola molecola segnale può portare a cambiamenti in milioni di molecole a valle di una cascata di

segnalazione.

Terminazione del segnale

La terminazione del segnale riporta il recettore e tutti i componenti della via di trasduzione del segnale nel loro

stato inattivo. 34

7. ENERGIA E METABOLISMO

Gli esseri viventi hanno tutti bisogno di energia, le cellule a per crescere, riprodursi e mantenersi in vita. Le cellule

acquistano energia in forme diverse, ma raramente tale energia può essere utilizzata direttamente per azionare i

processi cellulari. Per questo motivo, le cellule possiedono meccanismi metabolici che convertono l’energia da

una forma ad un’altra.

Il sole è la fonte di quasi tutta l’energia che aziona la vita; gli organismi fotosintetici convertono l’energia radiante

in energia chimica contenuta nelle molecole organiche.

LAVORO BIOLOGICO materia:

L’energia può essere compresa nel contesto della tutto ciò che ha una massa ed occupa uno spazio.

ENERGIA: capacità di compiere lavoro = produrre una variazione di stato/moto della materia.

unità di lavoro (kilojoule, kj) unità di energia termica (chilocalorie, kcal).

Si esprime in oppure in

Gli organismi sono in grado di convertire energia potenziale in energia cinetica e viceversa

CINETICA:

Quando un arciere tende l’arco, l’energia di movimento, è utilizzata per compiere lavoro.

POTENZIALE:

La tensione che ne risulta sia nell’arco che nella corda rappresenta l’energia capacità di svolgere

lavoro in base alla posizione o ali allo stato di un corpo. Quando la corda viene rilasciata, questa energia potenziale

viene convertita nuovamente in energia cinetica dal movimento dell’arco che spinge la freccia.

CHIMICA:

L’energia l’energia potenziale immagazzinata nei legami chimici, (molecole di cibo) è convertita in

energia cinetica nelle cellule muscolari dell’arciere.

LE LEGGI DELLA TERMODINAMICA

TERMODINAMICA: studio dell’energia e delle sue trasformazioni.

SISTEMA: oggetto studiato (cellula, organismo, pianeta...).

sistema chiuso sistema aperto

Un non scambia energia con l’esterno, mentre un può scambiare energia con

l’esterno.

1° LEGGE DELLA TERMODINAMICA - l’energia non può essere né creata né distrutta, ma può essere trasferita e

modificata.

La somma dell’energia di ogni sistema e del suo ambiente esterno è costante. Un sistema può assorbire energia

dall’esterno o cedere energia all’esterno, ma l’energia totale di ogni sistema e del suo ambiente circostante rimane

costante.

LEGGE DELLA TERMODINAMICA

2° - quando l’energia è convertita da una forma ad un’altra, una parte di energia

utilizzabile è convertita in calore che si disperde nell’ambiente.

calore

Il è l’energia cinetica posseduta dalle particelle che si muovono in maniera casuale. Una forma di energia

meno utilizzabile è maggiormente diffusa e disorganizzata. L’ENTROPIA è una misura di questo disordine o

organizzata bassa entropia, disorganizzata,

casualità: l’energia utilizzabile ha una mentre l’energia come il calore,

entropia.

ha un’alta

ENERGIA E METABOLISMO

METABOLISMO: insieme delle trasformazioni chimiche che avvengono in un organismo vivente e gli permettono

di svolgere le sue attività; consiste di 2 processi tra loro complementari:

ANABOLISMO:

1. comprende le vie metaboliche nelle quali molecole complesse vengono sintetizzate a

(proteine a partire dagli aminoacidi);

partire da sostanze semplici (degradazione dell’amido

CATABOLISMO:

2. vie in cui molecole più grandi vengono scisse per dare molecole

per formare monosaccaridi).

Le reazioni anaboliche servono a produrre: proteine, grassi, polisaccaridi, acidi nucleici ed altre molecole

complesse per lo sviluppo e la sopravvivenza della cellula; sono endoergoniche e necessitano di ATP.

energia di legame:

Ciascun tipo di legame chimico ha una specifica quantità di energia necessaria per romperlo.

Energia totale di legame = energia potenziale del sistema = entalpia (H) 35

ENERGIA LIBERA (G): quantità di energia di un sistema disponibile a compiere lavoro nelle condizioni di una

reazione biochimica.

ENTALPIA (ENERGIA TERMICA) (H): Contenuto totale di energia potenziale di un sistema.

ENTROPIA (S): Energia non utilizzabile. H = G + TS

T = temperatura assoluta del sistema (se la temperatura sale, si ha un aumento del movimento casuale delle

molecole e ciò contribuisce al disordine, moltiplicando l’effetto dell’entropia).

All’aumentare dell’entropia vi è una diminuzione dell’energia libera:

G = H - TS

(Δ) indica ogni variazione che avviene nel sistema tra il suo stato iniziale (prima della reazione) e quello finale

(dopo la reazione), ΔG = ΔH - TΔS

L’equazione indica che la variazione di energia libera (ΔG) nel corso di una reazione chimica è uguale alla variazione

di entalpia (ΔH) meno il prodotto della temperatura assoluta (