Riassunto esame "Biologia applicata", prof. Calautti, libro consigliato "Principi di biologia" di Campbell e Reece

TRASPORTI PASSIVI:

gradiente di concentrazione: si diffondono dalle zone in cui la sostanza è più concentrata alla zona in cui

• è meno concentrata;

diffusione semplice: le molecole di distribuiscono in modo omogeneo nello spazio;

• diffusione facilitata: richiede proteine di trasporto e necessita dell’energia potenziale di un gradiente di

• concentrazione (trasporto passivo!!!);

osmosi = particolare tipo di diffusione che comporta il movimento netto dell’acqua attraverso una

• membrana semipermeabile da una regione con concentrazione maggiore ad una regione con

concentrazione minore.;

TONICITA’: la risposta della cellula alla tonicità dipende anche se la cellula in esame è animale o vegetale.

ipertonica = fluidi circostanti hanno più soluto rispetto ai fluidi interni della cellula ipotonica = quando la

cellula ha più soluto nel fluido rispetto all’esterno isotonica = uguale concentrazione di soluto nel fluido

esterno e in quello cellulare; Cosa succede nelle diverse soluzioni ad una cellula animale? in soluzione

isotonica non succede niente; in soluzione ipertonica l’acqua esce dalla cellula, la cellula animale si sgonfia,

in quella vegetale c’è la plasmolisi (pianta si affloscia); in soluzione ipotonica, l’acqua entra, nella cellula

animale vi è la lisi, quella vegetale si gonfia.

TRASPORTO ATTIVO = contro gradiente di concentrazione, con apporto energetico, fa uso delle proteine

carrier.

POMPA Na-K (pompa elettrogenica o ATPasica):

- è una proteina carrier che necessita per ogni ciclo dell’energia di un ATP, con cui si portano fuori 3 ioni

Na(+) e si portano dentro 2 ioni K(+).

Poiché questo gradiente di concentrazione è costituito da ioni, si stabilisce un potenziale elettrico

- (separazione di cariche) attraverso la membrana. Gli ioni Na(+) e K(+) sono positivi, ma essendoci meno

ioni K all’interno della cellula rispetto agli Na esterni, l’interno della cellula è carico negativamente.

Questa distribuzione ineguale di ioni stabilisce un gradiente elettrico che guida gli ioni attraverso la

- membrana plasmatica.

- L’attività della pompa Na-K mantiene le cariche separate attraverso la membrana e ciò viene definito

potenziale di membrana (-50 e -200 mV).

Poiché ai due lati della membrana c’è una differenza sia di concentrazione che elettrica il gradiente di

- definisce gradiente elettrochimico.

- nelle cellule normali usa 1/3 dell’energia totale, in quelle nervose 2/3 (fondamentale per trasmissione

impulso lungo assone)

In particolare:

3 Na(+) si legano a proteina di trasporto

1.

2. dall’ATP un P si mette sulla proteina di trasporto

con la fosforilazione si ha un cambiamento della forma della proteina che rilascia i 3 Na

3. si legano 2 K(+) alla proteina di trasporto

4.

5. viene rilasciato il P

lasciato il P la proteina torna alla sua conformazione normale e i 2 K sono rilasciati all’interno della

6. cellula

uniporto = spostamento di 1 sostanza in 1 direzione; simporto = spostamento 2 sostanze in 1 direzione;

• antiporto = spostamento 2 sostanze in 2 direzioni opposte

cotrasporto = trasporto attivo indiretto; il movimento di un soluto secondo il suo gradiente di

• concentrazione fornisce energia per il trasporto di un altro soluto contro gradiente di concentrazione (è

necessario comunque 1 ATP per il primo trasporto). Esempio: pompa Na-K, cotrasporto glucosio (Na entra

secondo gradiente, la proteina carrier cattura energia rilasciata da questo processo per il trasporto del

glucosio nella cellula)

esocitosi = vescicola si fonde con la membrana plasmatica e il suo contenuto è rilasciato all’esterno

• cellula.

fagocitosi = la cellula racchiude una particella solida all’interno di un vacuolo per mezzo di pseudopodi

• pinocitosi = cellule ingeriscono liquido attraverso piccole vescicole

• endocitosi mediata da recettori = recettori legano sostanze specifiche (ligandi), ciò da origine ad una

• vescicola contenente molecole ligando che penentra nella cellula.

4. LA COMUNICAZIONE CELLULARE

La comunicazione cellulare è importante per lo sviluppo embrionale, il differenziamento dei tessuti, la

risposta ai danni e alle infezioni.

Tipi di segnalazione:

endocrina = ormone che agisce per lunghe distanze su 1 molecola (lenta)

-

- paracrina = regolatore locale (istamina per lesioni, prostagladine per metabolismo) agisce a brevissima

distanza su + molecole e la risposta può arrivare in secondi o ore (dipende se si tratta di un cambio forma

della proteina o di una questione sulla trascrizione)

- neuronica = neuroni usano potenziali d’azione che decorrono sugli assoni fino alle sinapsi, le quali usano

vescicole con neutrotrasmettitori, i quali si legano a recettori scatenando risposte, poi degradati da enzimi

contatto-dipendente

-

TRASDUZIONE = processo che converte un segnale extracellulare in uno intracellulare che produce una

risposta; in particolare: il ligando si lega al SUO recettore (proteina) che cambia forma slegandosi da altre

proteine che lo inattivano. Il segnale viene ritrasmesso da secondi messaggeri, che raggiungono la molecola

effettore o target provocando l’effetto desiderato (crescita, apoptosi, trascrizione).

!!! molte vie di segnalazione agiscono con la FOSFORILAZIONE (aggiunta di un gruppo P da un ATP ad

una proteina-recettore che cambia forma attivandosi); questa reazione è catalizzata dagli enzimi CHINASI,

che si contrappongono agli enzimi FOSFATASI (staccano gruppo P).

Recettori:

INTRACELLULARI = sta nel citosol ed è attivato da ormoni lipidici steroidei o tiroidei; coinvolti nella

- trascrizione (espressione genica)

- DI SUPERFICIE = proteine di transmembrana; Si occupano di attivare anche risposte a breve termine oltre

che dell’espressione genica. Si dividono in:

* Recettori in prossimità di canali ionici (canale a controllo del ligando con risposta cellulare che dipende

da concentrazione ioni - es: acetilcolina si lega a recettore colinergico che è un canale per ioni Na)

* Recettori accoppiati a proteine G: il recettore è una proteina con una struttura ad alfa-elica che attraversa

la membrana 7 volte ed è associata ad una proteina G che sta nel citoplasma vicino al recettore, che è una

GTPasi (cioè sa trasformare GTP in GDP) ed è etero-trimerica (cioè composta da 3 sub-unità, alfa, beta,

gamma). A cosa servono? reagiscono con diverse molecole segnale come ormoni, fattori di crescita ecc, ed

hanno diverse funzioni come la ricezione sensoriale + alcuni batteri portano malattia con l’attacco al loro

funzionamento (colera).

Come funzionano?

proteina G è attiva con GTP e spenta con GDP

1.

2. il GLUCAGONE (molecola segnale) si lega al recettore che cambia forma

la parte del recettore nel citoplasma lega una proteina G che si attiva rilasciando GDP sostituito da GTP

3. la sub-unità alfa si stacca dal complesso beta-gamma e si attacca all’enzima ADENILATO-CICLASI

4. attivandolo

5. la proteina g si autospegne perché è GTPasica e alfa torna al complesso beta-gamma

intervengono secondi messaggeri per amplificare il segnale

6.

Enzima ADENILATO CICLASI catalizza: ATP - 2P = cAMP (AMP ciclico - adenosina monofosfato ciclico)

che attiva la PKA (proteina chinasi A, composta da 4 sub-unità, attaccate inibizione) che:

agisce su enzima chinasi che fosforila un enzima che degrada il glicogeno in glucosio

-

- fosforila l’enzima glicogeno sintetasi rendendolo inattivo

- fosforila CREB, proteine coinvolte nella trascrizione

!! ci sono altre proteine G: ad esempio una è responsabile dell’attivazione del PLC (enzima fosfolipasi C)

che agisce su un fosfolipide della membrana scindendolo in: inositolo trifosfato (controlla concentrazione

ioni Ca che è tossico se troppo nella cellula) e diacilglicerolo (attiva la chinasi C PKC)

* Recettori legati ad enzimi (o essi stessi enzimi): sono recettori che lavorano con enzimi soprattutto

chinasi.

Es(1): RAS è una onco-proteina monomerica (1 sub-unità che causa tumori se mutata o iper-attivata: la

mutazione le impedisce di idrolizzare GTP, quindi non si spegne!) La proteina Grb-2 prepara il recettore,

mentre la SOS attiva la Ras. Si innesca una via di segnalazione che coinvolge enzimi chinasi della famiglia

MAP-chinasi: RAS, RAF, MEK, ERK. ERK coinvolto nell’espressione genica. Ras è GTPasica quindi si

spegne da sola.

Es(2): RTK recettori tirosin-chinasi: questa attività enzimatica è in grado di trasferire un P dall’ATP all’AA

tirosina di una proteina. Come funziona? molecola segnale - DIMERIZZAZIONE (associazione di due

recettori in un dimero attivo) - attivazione in ciascun polipeptide della regione dotata di attività tirosin-

chinasica - AUTOFOSFORILAZIONE (ogni polipeptide porta un gruppo P sulla coda del terminale

dell’altro polipeptide dove è presente tirosina: completa attivazione): FOSFOTIROSINA (sul recettore) +

PI3 CHINASI (molecola) = fosforila il fosfa-tidil-inositolo (lipide di membrana che attiva AKT coinvolta

nel’aumento di gluscosio della cellula e inibizione apoptosi)

Altre modalità di arresto segnalazione:

inattivazione diretta recettore

- endocitosi (cellula ingloba recettore e lo distrugge con lisosomi)

-

- inattivazione prima molecola segnale

inibizione retro-attiva (il prodotto della segnalazione ferma l’attivazione recettore)

- si attacca una proteina inibitoria al recettore (arrestina)

-

!! La risposta cellulare ad un segnale dipende dal tipo di segnale (morte, crescita), da quando viene

rilasciato e da dove viene rilasciato. Inoltre dipende dallo stato della cellula ricevente. I recettori agiscono in

base al contesto e le cellule devono anche integrare tutti i segnali che ricevono.

Segnalazioni contatto-dipendenti:

segnalazione Delta-Notch = Notch è una proteina transmembrana toccata da Delta (proteina su membrana

altra cellula) che porta taglio coda di Notch che va nel nucleo e attiva trascrizione geni con una proteina

attivata da Notch: coinvolta nel differenziamento non neuronale cellula.

segnalazione Wnt - betacatenina = Wnt (ligando) + Frizzled (recettore) insieme inibiscono la distruzione

della proteina beta catenina che aumenta la quantità e va nel nucleo a interagire con la trascrizione.

5. LAVORO ENZIMATICO

Una cellula compie 3 tipi di lavoro: meccanico, di trasporto, chimico. Le cellule sono sistemi aperti:

scambiano con l’esterno energia (capacità di compiere lavoro J - 1kcal = 4,186 kJ).

Leggi termodinamica:

- Prima legge: energia totale dell’universo è costante, nulla si crea nulla si distrugge.

Seconda legge: in ogni lavoro compiuto un po’ di energia viene dissipata sotto forma di calore + ogni

- trasformazione di energia porta ad un aumento dell’entr