Riassunto esame biologia e genetica, prof. Mantecca, libro consigliato Invito alla biologia, Zanichelli

G

• Recettori accoppiati ad enzimi (la maggior parte sono chinasi)

1. La molecola segnale si lega al recettore

2. Un cambiamento di conformazione del recettore trasmette il segnale al citoplasma

Il segnale attiva il dominio proteinchinasico nel citoplasma…

3. … e provoca la fosforilazione delle molecole bersaglio, innescando una cascata di

4. risposte chimiche all’interno della cellula

La trasduzione del segnale:

1. Una molecola segnale arriva alla cellula bersaglio

un recettore sulla superficie della cellula o all’interno del

2. Una molecola segnale si lega ad

citoplasma

3. Il legame del segnale modifica la forma tridimensionale del recettore e ne espone il sito

attivo

4. Il recettore attivato attiva a sua volta la via di trasduzione del segnale che porta a

cambiamenti cellulari

La trasmissione del segnale attraverso un secondo messaggero

1. La molecola segnale si lega al recettore accoppiato ad una proteina G. La proteina G attiva

l’adenilato ciclasi, che catalizza la formazione si cAMP dall’ATP

2. Il segnale è trasmesso attraverso i secondi messaggeri

La risposta consiste nell’alterazione di alcune attività cellulari

3.

Il metabolismo cellulare

Se si assumono più molecole energetiche di quelle che ci servono per costruire il nostro corpo e

l’attività fisica e cerebrale, l’energia in eccesso viene immagazzinata sotto forma di grasso

Evolutivamente è un vantaggio perché l’energia accumulata nei legami C-C e C-H del grasso può

essere utilizzata nei periodi di cibo scarso. Ma l’eccesso di grasso ha conseguenze negative.

Fonti di energia biologica:

• (racchiusa nei legami) → l’energia chimica si sprigiona durante l’idrolisi dei

Chimica

polimeri

• (separazione di cariche) → gradienti elettrici tra un lato e l’altro di una membrana

Elettrica

contribuiscono a sostenere il movimento di ioni attraverso i canali

• (gradiente di temperatura) → le reazioni chimiche possono liberare calore

Termica

• (radiazione elettromagnetica sotto forma di fotoni) → l’energia luminosa viene

Luminosa

captata dai pigmenti dell’occhio

• moto) → l’energia meccanica si sviluppa nei movimenti muscolari

Meccanica (energia del

Le leggi della termodinamica → l’energia non può essere creata ne distrutta

1. Prima legge della termodinamica → dopo una trasformazione energetica, parte

2. Seconda legge della termodinamica

non è più disponibile per compiere il lavoro

dell’energia

viventi sono complessi, donde la necessità di prelevare dall’ambiente esterno materia,

Gli organismi

per sintetizzare nuove molecole, ed energia, per compiere lavoro.

• L’energia e la materia non si creano e non si distruggono, possono solo essere trasformate

• Vi è un flusso di materia ed energia. Se questo flusso si arresta, si ha la morte (della cellula

o dell’organismo)

• I due processi di utilizzazione di materia ed energia sono correlati tra loro: gli organismi

viventi sono “macchine” che funzionano ad “energia chimica”

• Negli organismi viventi si verificano molte reazioni chimiche (metabolismo, enzimi)

La cellula necessita di energia chimica dall’ambiente sotto forma di nutrienti, che mediante reazioni

chimiche trasforma in energia utilizzabile per creare l’ordine (processi di biosintesi):

• → demolizione delle molecole nutrienti che produce energia sotto forma

Vie cataboliche

sia di calore che viene dissipato), sia di nuovi legami chimici in molecole che accumulano

energia utilizzabile dalla cellula (es. ATP)

• → sintetizzano macromolecole a partire delle unità strutturali

Vie anaboliche base quali

aminoacidi e nucleotidi, utilizzando energia prodotta dal catabolismo

Le reazioni chimiche liberano o assorbono energia:

• → perdita netta di energia libera (prodotti hanno meno energia dei

Reazione esoergonica

–

reagenti) la reazione procede spontaneamente

• → guadagno netto di energia libera (prodotti hanno più energia dei

Reazione endoergonica

–

reagenti) la reazione non procede spontaneamente

Il trasferimento di energia nelle reazioni redox

L’energia non è trasferita solo attraverso il gruppo fosfato dell’ATP, ma anche mediante il

trasferimento degli elettroni:

• →

Ossidazione processo chimico in cui

una sostanza perde elettroni

• →

Riduzione processo chimico con cui una

sostanza acquista elettroni

Una sostanza che si ossida, insieme ad elettroni

rilascia energia mentre una sostanza che si riduce,

riceve energia acquistando elettroni. Le reazioni

redox avvengono spesso in serie, ad esempio nella

respirazione cellulare. I trasportatori di elettroni

trasferiscono atomi di idrogeno. NAD+ è una delle

più comuni molecole accettrici di è- nei processi

cellulari.

Gli enzimi

Le reazioni da cui dipende la vita si svolgono

spontaneamente a velocità così ridotte che le

cellule non potrebbero sopravvivere se non

avessero il modo di accelerarle. I catalizzatori sono sostanze che aumentano la velocità di reazione;

la maggior parte dei catalizzatori biologici sono delle proteine chiamate enzimi.

La struttura molecolare determina la funzione enzimatica, il sito attivo è specifico per il substrato,

l’enzima cambia forma quando si lega al substrato. Le molecole di substrato si avvicinano tra loro

reagire più velocemente. Grazie al principio dell’adattamento

nei siti di legame e possono così

indotto, l’enzima si modifica quando il substrato si avvicina.

Alcuni enzimi richiedono altre molecole non proteiche per funzionare:

• →

Gruppi prostetici atomi o aggregati molecolari (non amminoacidici) legati in modo

permanente agli enzimi

• →

Cofattori inorganici ioni come Cu, Zn e Fe legati in modo permanente agli enzimi

• → piccole molecole organiche necessarie per l’azione di uno o più enzimi,

Coenzimi si

legano solo temporaneamente

La concentrazione del substrato influenza la velocità di reazione:

• del substrato la presenza dell’enzima fa aumentare di molto la

A basse concentrazioni

velocità della reazione

• Ad alte concentrazioni di substrato la velocità massima viene raggiunta quando tutte le

molecole di enzima sono legate a molecole di substrato

• In assenza di enzima, la velocità della reazione aumenta in misura costante ad aumentare

della concentrazione del substrato

Regolazione enzimatica delle proteine

• Concentrazione dell’enzima e del substrato

• Inibizione retroattiva (a feedback)

• Attivazione dell’enzima (il sito attivo assume una conformazione adatta al substrato per

azione di pH, ioni o aggiunta di gruppi P

• Inibizione per interazione con sito allosterico (regolatori allosterici)

Inibizione enzimatica

• Reversibile

➢ → l’inibitore compete con il normale substrato per il sito

Inibizione competitiva

attivo dell’enzima. Un inibitore competitivo occupa il sito attivo solo

temporaneamente

➢ → l’inibitore si lega con l’enzima in un sito diverso dal

Inibizione non competitiva

sito attivo, alterando la forma dell’enzima e di conseguenza inattivandolo

• → l’inibitore inattiva permanentemente o distrugge un enzima, combinandosi

Irreversibile

con un suo gruppo funzionale nel sito attivo o in un altro sito

L’estrazione dell’energia chimica

Il combustibile chimico più diffuso è il glucosio. Altri carboidrati, grassi e proteine possono fornire

energia all’organismo, ma devono prima essere convertiti in glucosio o in altri composti intermedi

del metabolismo del glucosio.

Come le cellule ottengono energia dal glucosio

dell’idrogeno all’ossigeno è

Il processo di redox che trasferisce elettroni complesso ed avviene

attraverso numerosi passaggi. L’energia libera degli elettroni è utilizzata per produrre ATP →

respirazione aerobica. In realtà la respirazione cellulare non è una singola reazione, ma una serie

di reazioni a catena che produce fino a 38 molecole di ATP per ogni molecola di glucosio. Il

coenzima NAD+ è un trasportatore di elettroni fondamentale nelle reazioni redox.

La respirazione aerobica si può suddividere in 4 fasi:

• → serie di reazioni in cui il glucosio è degradato a piruvato;

Glicolisi guadagno netto di due

molecole di ATP; gli atomi di idrogeno sono trasferiti ai trasportatori di elettroni; può

avvenire in anaerobiosi

• Formazione dell’acetil coenzima A → il piruvato è degradato e combinato

(acetil-CoA)

con il coenzima A per formare acetil-CoA; gli atomi di idrogeno sono trasferiti ai

trasportatori; è rilasciata CO2

• Ciclo dell’acido → serie di reazioni in cui il radicale acetile dell’acetil-CoA

citrico è

degradato a CO2; è sintetizzato ATP

• → catena

Trasporto degli elettroni e chemiosmosi di parecchie molecole enzimatiche per

il trasporto degli elettroni; gli elettroni sono trasferiti tra i componenti della catena; l’energia

rilasciata è utilizzata per creare un gradiente protonico; l’ATP è sintetizzato grazie alla

dei protoni; l’ossigeno è l’accettore finale degli elettroni

diffusione secondo gradiente

che avvengono in compartimenti diversi della cellula.

La glicolisi (avviene nel citosol):

Una molecola di glucosio (a sei atomi di carbonio) è trasformata in due molecole di piruvato (a tre

atomi di carbonio ciascuna). Parte dell’energia del glucosio è utilizzata per la fondazione di due tipi

di trasportatori di energia, l’ATP e il NADH2. Il NADH è una molecola ridotta che trasferisce

energia mediante il trasferimento di elettroni come parti di atomi di idrogeno.

Formazione dell’acetil coenzima A (avviene nel mitocondrio):

Ciascuna molecola di piruvato, nel mitocondrio, si ossida per dare luogo ad una molecola di acetato

l’acetil coenzima A; in

(a due atomi di carbonio), che reagisce con il coenzima A per formare

questo passaggio sono prodotti NADH e, come scarto, anidride carbonica.

Ciclo dell’acido citrico (ciclo di Krebs) (avviene nel mitocondrio):

Il gruppo acetato dell’acetil coenzima A reagisce con una molecola a quattro atomi di carbonio

(ossalacetato) per formare una molecola a sei atomi di carbonio (citrato). Attraverso il ciclo, il

citrato è riportato ad ossalacetato in una serie di reazioni che portano all’estrazione di energia per

formare ATP, alla fo