Set Domande Paniere Risposte Aperte Fondamenti di Biologia e Chimica

FONDAMENTI DI BIOLOGIA E

CHIMICA

(Risposte Aperte)

1. Descrivi la struttura dell'atomo: L’atomo è costituito dal nucleo, formato da due tipi di particelle, i protoni e

i neutroni, intorno ai quali ruotano gli elettroni. Il protone ha carica elettrica positiva e si abbrevia con il

simbolo p+; il neutrone ha carica elettrica neutra e il suo simbolo è n. L’atomo è sostanzialmente vuoto , gli

elettroni si muovono nello spazio disponibile intorno al nucleo con una certa energia adatta a vincere le

forze attrattive del nucleo, carico positivamente. L’atomo risulta elettricamente neutro dato che il numero

dei protoni e quello degli elettroni è lo stesso. In natura gli atomi si differenziano tra loro per il numero dei

protoni.

2. Cosa vuol dire che l'acqua tende a dissociarsi? Cos'è il pH? La dissociazione in chimica è la scissione parziale

o completa di una molecola. A seconda delle modalità e condizioni in cui avviene la scissione, la

dissociazione di una sostanza è in grado di produrre specie ioniche radicaliche oppure molecole neutre a più

basso peso molecolare. Quando dei composti ionici vengono posti in acqua gli ioni tendono a dissociarsi

perché l’acqua è un ottimo solvente in particolare per le sostanze polari. La dissociazione può avvenire per

effetto dell’azione di un solvente, per effetto di un trattamento termico o per altri effetti chimico-fisici. Il PH

indica il grado di acidità di una soluzione.

3. Descrivi le diverse tipologie di legame chimico: Con il termine legame chimico si indicano globalmente le

interazioni tra atomi che portano alla formazione di molecole o anche alla formazione di cristalli ionici o di

cristalli di tipo metallico. I legami chimici possono essere di tipo covalente quando si forma attraverso la

condivisione di elettroni tra atomi e la formazione di orbitali molecolari; doppio legame covalente quando 2

doppietti di elettroni vengono condivisi tra 2 atomi o di triplo legame covalente quando vengono condivise

tre coppie di elettroni. Infine i legami covalenti possono essere di tipo omopolare quando il legame si forma

tra due atomi uguali o eteropolare quando il legame si forma tra due atomi diversi.

4. Descrivi le caratteristiche delle particelle subatomiche: Le caratteristiche delle particelle subatomiche: I

protoni: sono particelle cariche positivamente con una massa di 1,66 x 10 -24 g; I neutroni sono particelle

neutre (senza carica) con la stessa massa dei protoni; Gli elettroni hanno una carica elettrica negativa

(uguale ed opposta a quella dei protoni) ed una massa circa 2000 più piccola.

5. Descrivi il fenomeno dell'osmosi: L'osmosi è il passaggio spontaneo di un solvente (che nei sistemi biologici

di solito è l'acqua), dalla soluzione in cui i soluti sono più diluiti a quella in cui sono più concentrati; questo

movimento - che avviene attraverso una membrana semipermeabile - continua fino al raggiungimento di

una situazione di equilibrio, in cui entrambe le soluzioni guadagnano e mantengono la stessa

concentrazione.

6. Cosa si intende per polarità e apolarità? Fai degli esempi: la polarità è una proprietà delle molecole per cui

una molecola (detta polare) presenta una carica parziale positiva su una parte della molecola e una carica

parziale negativa sulla parte opposta di essa. Le molecole che non presentano il fenomeno della polarità

sono dette apolari. Un esempio di molecola polare è la molecola dell'acqua (H2O), in cui una carica parziale

negativa è presente in prossimità dell'atomo di ossigeno (O) e una carica parziale positiva è presente in

prossimità dei due atomi di idrogeno (H). un esempio di molecola apolare è l’anidride carbonica.

7. Cosa succede se metto una cellula in una soluzione ipertonica? E in una ipotonica? Se la soluzione è

ipertonica rispetto alla cellula vegetale perde acqua e raggrinzisce e la membrana si stacca dalla parete

cellulare mediante un fenomeno detto plasmolisi. - Se la soluzione è ipotonica rispetto alla cellula vegetale,

la cellula è turgida.

8. Descrivi il legame covalente. Inoltre cosa si intende per legame covalente polare e apolare? Il legame

covalente si forma attraverso la condivisione di elettroni tra atomi e la formazione di orbitali molecolari.

Quando 2 doppietti di elettroni vengono condivisi tra 2 atomi si forma un doppio legame covalente. Allo

stesso modo il triplo legame covalente si forma quando vengono condivise 3 coppie di elettroni. Se due

atomi di una molecola hanno elettronegatività simile si parlerà di legame covalente apolare. Il legame

covalente polare si avrà invece tra atomi con elettronegatività diversa.

9. Il nostro corpo ha sempre lo stesso pH? Il valore del pH nel nostro organismo non è sempre uguale. Infatti in

base a quale parte dell’organismo consideriamo il valore del pH sarà differente. Ad esempio il succo gastrico

che sta nello stomaco è il fluido con il pH minore (molto acido); il succo pancreatico ha il pH maggiore di tutti

gli altri (basico).

10. Descrivi il legame ad idrogeno. Perchè è importante nelle molecole biologiche? Fai degli esempi: il legame

ad idrogeno è molto importante dal punto di vista biologico. L’idrogeno quando si combina con l’ossigeno o

con l’azoto per effetto della diversa elettronegatività determina un accumulo della carica positiva sull’H ed

una negativa sull’O o sul N. Per effetto dell’elettronegatività le due cariche si attraggono e le molecole si

dispongono nello spazio creando legami ad idrogeno. Ogni singolo legame ad idrogeno è relativamente

debole ma il fatto che si formino in gran numero li rende complessivamente forti.

11. Cosa si intende per sostanze idrofiliche? Fai degli esempi: Per sostanze idrofiliche s’intende quelle sostanze

dette anche polari che interagiscono facilmente con l’acqua; ad esempio gli zuccheri, il sale da cucina e

l’alcol. Quelle che invece non interagiscono con l’acqua sono dette idrofobiche ovvero le sostanze apolari.

12. Che cos'è una molecola? Fai degli esempi: La molecola è la più piccola unità chimica di una sostanza che,

conservando le caratteristiche chimiche della sostanza stessa è capace di esistere indipendente. Ogni

molecola è rappresentata da una formula chimica che specifica la tipologia e il numero di atomi che

compongono la molecola. Le molecole delle sostanze semplice sono formate da due o più atomi legati tra

loro ad esempio O2 è formata da due atomi di ossigeno e quindi una; molecola biatomica; le molecole delle

sostanze composte sono formate da due o più atomi di elementi diversi legati tra loro. Ad esempio CO2 è

formata da un atomo di carbonio e da due atomi di ossigeno.

13. Cosa si intende per sostanze idrofobiche? Fai degli esempi: sono sostanzialmente le sostanze apolari ovvero

quelle sostanze che non interagiscono con l’acqua ma tendono a raggrupparsi tra loro ad esempio olio

d’oliva, il burro ed i grassi.

14. Descrivi le principali differenze tra legami chimici di tipo covalente e non covalente. Spiega se una o

entrambe le tipologie di legame chimico sono presenti a livello biologico ed eventualmente fornisci alcuni

esempi: Il legame covalente è dovuto alla condivisione di elettroni di legame tra due atomi tra i quali non vi

è un’alta differenza di elettronegatività e per rompere tale tipo di legame sono necessarie energie

relativamente alte. Il legame, detto ionico, è dovuto all’attrazione elettrostatica tra particelle cariche di

segno opposto. Il legame ionico è un legame tra due atomi con elevata differenza di elettronegatività dovuto

all’attrazione elettrostatica di uno ione positivo e uno ione negativo mentre il legame covalente è un legame

tra due atomi con bassa differenza di elettronegatività dovuto alla condivisione di elettroni di legame. Alcuni

esempi sono legami ad idrogeno, legami ionici e le interazioni di Van der Waals.

15. Cosa sono le purine e le pirimidine? Che tipo di struttura hanno? Le basi puriniche e pirimidiniche sono

costituenti dei nucleotidi. Nella cellula, i nucleotidi hanno funzioni importanti: energetiche, formano parte

della molecola dei coenzimi NAD e FAD e sono le unità costitutive degli acidi nucleici (DNA e RNA). Le basi

puriniche sono formate da 2 anelli condensati, mentre le pirimidiniche hanno un solo anello.

16. Perchè il carbonio è l'elemento ideale per formare molecole complesse? Soltanto il carbonio, con quattro

elettroni per atomo disponibili per formare quattro legami covalenti, può costruire l'impalcatura necessaria

alla costruzione di molecole stabili, di grandi e diverse dimensioni e forme, con una grande varietà di gruppi

funzionali. Queste proprietà caratteristiche hanno la loro origine nella posizione centrale del carbonio nel

sistema periodico.

17. Cosa vuol dire che una molecola è anfipatica? Una molecola è detta anfifilica quando contiene sia un

gruppo idrofilo sia uno idrofobo. Queste caratteristiche molecolari fanno sì che molecole anfipatiche,

immerse in un liquido acquoso, tendono a formare spontaneamente un doppio strato, nel quale le teste

idrofile sono rivolte verso l'esterno e le code idrofobe verso l'interno.

18. Cosa sono i polimeri? Come si formano e come si degradano? Con il termine polimeri ci si riferisce a

macromolecole di elevato peso molecolare, formate da catene di molecole di dimensioni inferiori, chiamate

monomeri, che ne rappresentano pertanto le unità strutturali. I polimeri si formano mediante il processo di

condensazione in cui i monomeri si legano tra loro di loro per mezzo di uno o più legami di tipo covalente

rilasciando in fine una molecola d’acqua. I polimeri possono essere degradati mediante reazioni di idrolisi.

Entrambi i processi per avvenire necessitano di enzimi specifici.

19. Com' è fatto un nucleotide? I nucleotidi sono le unità che compongono una molecola di DNA. Ogni

nucleotide è composto da una molecola di acido fosforico, una di desossiribosio (uno zucchero) e una base

azotata; le basi azotate sono quattro: adenina (A), timina, (T), guanina (G) e citosina (C).

20. Descrivi le molecole che compongono la doppia elica di DNA (se ti è utile puoi disegnarla in maniera

stilizzata): Il DNA è costituito da due filamenti che formano una struttura definita "a doppia elica". Una

molecola di DNA ha la forma di una scala a pioli elicoidale, in cui i montanti sono costituiti da zuccheri e

fosfati, e i pioli da coppie di quattro diverse basi azotate: adenina, timina, citosina e guanina. Le coppie di

basi sono planari e al centro della molecola sono stabilizzate da interazioni idrofobiche, che contribuiscono

alla stabilità complessiva della doppia elica.

21. Descrivi il meccanismo di replicazione del DNA: la replicazione del DNA è un processo molto complesso che

richiede l’azione di molti enzimi e proteine. La duplicazione inizia con le proteine che si attaccano al DNA e

ne separano i filamenti i quali si dividono a mano a mano che i nuovi filamenti si allungano sui i lati di

ciascuna bolla. La duplicazione del DNA è semiconservativa: la doppia elica si svolge e si apre, i due filamenti

separati vengono usati dagli enzimi di DNA-polimerasi come stampo per formare due nuove catene di

polinucleotidi. Una delle due nuove catene è sintetizzata in modo continuo, mentre l’altra è sintetizzata in

brevi segmenti consecutivi; un altro enzima, chiamato DNA-ligasi unisce questi segmenti. Dopo di ciò, le

proteine avvolgono lo stampo e i filamenti di nuova sintesi per formare la doppia elica di DNA.

22. In che modo durante la replicazione del DNA possono insorgere mutazioni? Queste mutazioni sono

sempre dannose? Nella cellula sono presenti molti meccanismi enzimatici per la correzione degli errori di

replicazione ma non tutti vengono corretti. Gli errori di replica, le mutazioni possono causare dei danni alle

cellule ed essere causa di malattie, in altri casi invece possono dimostrarsi utili dal punto di vista evolutivo.

Un esempio di mutazione favorevole è la tolleranza al lattosio, che permette la digeribilità del latte e degli

alimenti che lo contengono.

23. Perché ad ogni ciclo cellulare si "perdono" delle piccole porzioni di DNA? Cosa sono i telomeri? Perché

quando la replicazione di un intero cromosoma arriva alla fine il filamento sintetizzato in frammenti non

riesce a replicarlo completamente fino all’ultimo nucleotide e per questo si perdono delle piccole porzioni di

DNA. I telomeri sono una specie di cappucci terminali presenti sui cromosomi che contengono delle

sequenze di nucleotidi ripetute molte volte e che non codificano per nessuna proteina.

24. Cosa sono e che funzione hanno i microRNA? I microRNA (miRNA) sono piccole molecole endogene di RNA

non codificante a singolo filamento capaci di legarsi all’mRNA dei geni bersaglio e di inibire la traduzione. Si

tratta di polimeri codificati dal DNA nucleare eucariotico lunghi circa 20-25 nucleotidi e principalmente attivi

nella regolazione dell'espressione genica a livello trascrizionale e post-trascrizionale. I microRNA oggi

vengono utilizzati per diversi farmaci per modificare i meccanismi patologici delle malattie umane.

25. Descrivi la struttura di un ribosoma: I ribosomi sono complessi macromolecolari, immersi nel citoplasma o

ancorati al reticolo endoplasmatico responsabili della sintesi proteica. La loro funzione è quella di leggere le

informazioni contenute nella catena di RNA messaggero (m-RNA). Sono formati da 2 subunità, una piccola e

una più grande, entrambe costituite da un complesso di RNA e proteine.

26. Disegna una molecola di tRNA e descrivine le diverse regioni: è una piccola catena di RNA che trasferisce un

amminoacido specifico di una catena polipeptidica in crescita al sito ribosomiale della sintesi proteica

durante la traduzione. Il tRNA ha un sito di attacco per l'amminoacido ed una regione con tre basi

(nucleotidi), chiamata anticodone, che riconosce il corrispondente codone a tre basi dell'mRNA attraverso

l'appaiamento di basi complementari.Ogni tipo di molecola di tRNA può legarsi ad un solo tipo di

amminoacido, ma essendo presenti nel DNA tipi diversi di codoni che specificano uno stesso amminoacido,

molti tipi di tRNA con anticodoni differenti possono portare lo stesso amminoacido.

27. Descrivi le diverse tipologie di RNA e le funzioni che svolgono: Vi sono tre tipi di RNA comuni a tutti gli

organismi cellulari: mRNA (RNA messaggero) che porta informazioni durante la trascrizione dal DNA ai siti

della sintesi proteica, per essere sottoposto alla traduzione; rRNA (RNA ribosomiale), che non codifica

direttamente le proteine, ma è il componente essenziale (circa i due terzi) dei ribosomi, macchine catalitiche

che provvedono all'assemblaggio delle proteine, presenti in tutte le cellule viventi.; tRNA (RNA di trasporto)

che trasferisce un amminoacido specifico di una catena polipeptidica in crescita al sito ribosomiale della

sintesi proteica durante la traduzione.

28. Cosa sono gli chaperoni molecolari? E i proteasomi? Gli chaperoni molecolari sono una classe funzionale di

famiglie proteiche, la cui funzione predominante è la prevenzione di associazioni non corrette e

aggregazione di catene polipeptidiche non ripiegate, sia in condizioni fisiologiche che in condizioni di stress. I

proteasomi separano dal citoplasma le proteine che si ripiegano male degradandole.

29. Dove si trova e che funzioni ha il nucleolo? Il nucleolo è una regione presente nel nucleo cellulare. È

composto da una parte fibrosa e una parte granulare. Nel nucleolo avviene la sintesi e l’assemblaggio delle

subunità ribosomiali. Il nucleolo contiene le istruzioni per sintetizzare i ribosomi.

30. In cosa differiscono il DNA e l'RNA? DNA (acido desossiribonucleico) e RNA (acido ribonucleico) sono acidi

nucleici formati da sub-unità conosciute come nucleotidi. Il DNA è formato da due catene avvolte a doppia

elica, presenta lo zucchero desossiribosio, è il depositario dell’informazione genetica e infine è contenuto nel

nucleo di tutte le cellule. L’RNA invece è composto da una singola catena, presenta lo zucchero ribosio,

partecipa alla sintesi delle proteine e alla trasmissione delle informazioni contenute nel DNA e infine è

presente sia nel nucleo che nel citoplasma.

31. Descrivi i processi di maturazione dell'mRNA: La maturazione dell'mRNA una serie di processi chimici che

trasformano una molecola di pre-mRNA in mRNA. Il capping è una delle tappe di maturazione del pre-mRNA

a mRNA che consiste nell'aggiunta di un "cappuccio" di 7-metil guanosina al residuo 5-terminale della catena

con un insolito legame 5,5' trifosfato poco dopo l'inizio della sintesi del trascritto primario che diventerà poi

mRNA. Questa modificazione è importante per il riconoscimento e l'aggancio appropriato dell'mRNA al

ribosoma. La poliadenilazione è un processo che contribuisce alla maturazione del pre-mRNA e consiste

nell'aggiunta di coda poliadenilica di 100-250 nucleotidi all'estremità 3'-OH del pre-mRNA, tramite legame

covalente per esportare l’mRNA dal nucleo al citoplasma, favorendo il legame con i ribosomi evitando la

degradazione dell’mRNA da parte di alcuni enzimi del citoplasma.

32. Descrivi la sequenza di eventi che avvengono durante la trascrizione: le fasi della sintesi proteica sono 5:

attivazione degli amminoacidi, inizio, allungamento, terminazione e rilascio, ripiegamento e modificazione

post-traduzionali. Nella prima fase gli amminoacidi vengono attivati da una aminoacil-tRNA sintetasi. La

precisione della sintesi proteica dipende dalla precisione di questa reazione. Nella seconda fase la sintesi

proteica delle proteine coinvolge la formazione di un complesso fra la subunità ribosomiale 30s, l’mRNA, il

GTP, il fMET-tRNA, i fattori di inizio e la subunità 50s. nella terza fase l’allungamento avviene in 3 tappe e per

avvenire ha bisogno del GTP e dei fattori di allungamento per il legame dell’aminoacil-tRNA. Ne