Appunti del Modulo di Biologia. Prof. Livio Luzi

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1 Appunti del Modulo di Biologia Prof. Livio Luzi

2 Caratteristiche generali dei viventi Gli organismi viventi sono entità dotate di particolari strutture altamente complesse attraversate da flussi di energia e materia e in grado di auto-costruirsi, riprodursi ed evolversi La cellula è l unità elementare dei viventi

3 Complessità specificamente definita Ogni essere vivente e estremamente complesso da molti punti di vista: Morfologico Composizione chimica Struttura molecolare dei composti che lo costituiscono Funzionamento L esistenza di questa complessità indica necessariamente che nella materia vivente sia presente una grande quantità di informazione.

4 Capacità di accrescimento Aumentare la propria massa Prelievo di sostanze dall ambiente esterno Trasformazione Condizioni fisico-chimiche blande: temperatura, pressione, ph, Velocità di trasformazione compatibile con la vita

5 Capacità di riproduzione Dare origine a nuovi viventi con caratteristiche molto simili se non identiche

6 Proprietà minime possedute dalle cellule Ogni cellula è circondata da una membrana che agisce come limite fisico fra la cellula e l ambiente esterno e che permette lo scambio tra materia ed energia Ogni cellula ha un apparato metabolico per mezzo del quale può produrre l energia chimica necessaria a sostenere i processi vitali Ogni cellula contiene un grande numero di geni (genoma) che contengono informazioni per la riproduzione

7 Teoria cellulare La cellula è l unità di base della materia vivente La forma più semplice è costituita da: citoplasma, membrana plasmatica, almeno una molecola di DNA ed il corredo enzimatico Ogni cellula deriva dalla divisione di una cellula preesistente Divisione binaria: prima di dividersi ogni cellula deve duplicare il proprio genoma e possedere, quindi, i meccanismi adatti ad assicurare la corretta ripartizione del materiale nelle cellule figlie in modo che ciascuna riceva l intera informazione genetica della specie

8 Confronto Procarioti-Eucarioti Batteri e archeobatteri Da 1 a 10 µm Anaerobico o aerobico Scarsi organuli DNA circolare RNA e proteine sintetizzati nello stesso compartimento Manca citoscheletro, assenti flussi citoplasmatici, endocitosi, esocitosi Cromosomi separati mediante collegamento con la membrana plasmatica Monocellulari Protisti, piante, funghi, animali Da 10 a 100 µm Aerobico Nucleo, mitocondri DNA in lunghissime molecole lineari, con molte regioni non codificanti RNA sintetizzato nel nucleo, proteine sintetizzate nel citoplasma Presente citoscheletro etc. Cromosomi separati dall appareto del fuso del citoscheletro Pluricellulari

9 Teoria cellulare La cellula è l unità di base della materia vivente La forma più semplice è costituita da: citoplasma, membrana plasmatica, almeno una molecola di DNA ed il corredo enzimatico Ogni cellula deriva dalla divisione di una cellula preesistente Divisione binaria: prima di dividersi ogni cellula deve duplicare il proprio genoma e possedere, quindi, i meccanismi adatti ad assicurare la corretta ripartizione del materiale nelle cellule figlie in modo che ciascuna riceva l intera informazione genetica della specie

10 Confronto Procarioti-Eucarioti Batteri e archeobatteri Da 1 a 10 µm Anaerobico o aerobico Scarsi organuli DNA circolare RNA e proteine sintetizzati nello stesso compartimento Manca citoscheletro, assenti flussi citoplasmatici, endocitosi, esocitosi Cromosomi separati mediante collegamento con la membrana plasmatica Monocellulari Protisti, piante, funghi, animali Da 10 a 100 µm Aerobico Nucleo, mitocondri DNA in lunghissime molecole lineari, con molte regioni non codificanti RNA sintetizzato nel nucleo, proteine sintetizzate nel citoplasma Presente citoscheletro etc. Cromosomi separati dall appareto del fuso del citoscheletro Pluricellulari

11 Nucleo Funzione: - contiene l informazione genetica della cellula Cromatina, nucleoplasma, lamina nucleare Involucro nucleare, pori nucleari Cromosomi

12 Mitocondri Funzione: - organuli coinvolti nelle trasformazioni energetiche (sintesi di ATP) Membrana interna, creste, matrice mitocondriale Membrana esterna Origine endosimbiontica

13 Reticolo endoplasmatico e apparato di Golgi Funzione: - sintesi proteica (RER) e sintesi lipidica (SER) Reticolo endoplasmatico rugoso, ribosomi, sintesi proteica Reticolo endoplasmatico liscio Apparato di Golgi - dittiosomi, regione cis, trans, secrezione proteica

14 Lisosomi Funzione: - contengono enzimi digestivi e degradano proteine, acidi nucleici e lipidi. Fagosoma, lisosoma secondario Perossisomi, producono e degradano H2O2

15 Citoscheletro Funzione: - mantiene costante la forma cellulare, contribuisce ai movimenti cellulari Microfilamenti, filamento intermedio, microtubulo

16 Struttura e proprietà delle membrane Modello a mosaico fluido Strato bimolecolare di fosfolipidi e proteine specifiche Diversi tipi di fosfolipidi; diversi tipi di proteine Fosfolipidi: PC, PE, PS, SM Proteine: periferiche e integrali (parti idrofobiche) Ogni strato ha 2 facce: una citoplasmatica e una esterna Le 2 facce sono diverse per composizione Proteine periferiche: interagiscono con i fosfolipidi e sporgono da una sola delle 2 facce Proteine integrali: si trovano immerse nel doppio strato e sporgono da entrambi lati della membrana

17 Fluidità Una membrana biologica NON è una struttura rigida e immobile: sia le molecole proteiche che le molecole lipidiche sono in continuo movimento Questo movimento è detto diffusione laterale La fluidità dipende da: n atomi di carbonio degli acidi grassi (lunghezza della catena) n dei doppi legami degli acidi grassi n di molecole di colesterolo

18 Asimmetria La membrana plasmatica è esposta con la faccia esterna verso l ambiente circostante e con la faccia interna verso il citoplasma. Le due facce sono diverse per composizione e struttura: - la fluidità può risultare dissimile tra i due lati della membrana - La disparità di carica può comportare un diverso potenziale eletrico

19 Le giunzioni nelle cellule animali Giunzioni occludenti Desmosomi Giunzioni serrate ( gap junctions )

20 Funzioni della membrana plasmatica Passaggio di molecole di acqua Trasporto selettivo di molecole Ricezione di messaggi Espressione dell identità cellulare Connessione fisica con altre cellule

21 Sistemi di trasporto attraverso la membrana cellulare Trasporto passivo Trasporto facilitato Trasporto attivo Endocitosi-esocitosi

22 Ulteriori funzioni delle membrane Endocitosi mediata da recettori Funzioni di riconoscimento La trasduzione del segnale mediante proteine

23 DNA-RNA-Proteine DNA Nucleare Mitocondriale RNA Messaggero Ribosomiale di trasporto Proteine

24 DNA La molecola di acido deossiribonucleico o DNA è un polimero lineare a doppia elica composto di 4 subunità molecolari chiamate nucleotidi Ogni nucleotide comprende un gruppo fosfato, uno zucchero (deossiribosio) ed una di 4 basi azotate: adenina (A), guanina (G), citosina (C) e timina (T) Le due eliche sono tenute assieme da legami idrogeno deboli tra basi complementari L accoppiamento delle basi occorre secondo la regola: G- C, A-T

25 Replicazione del DNA La elica del DNA che è copiata per formare una nuova elica viene chiamata stampo Nella replicazione di un DNA a doppia elica sono copiate entrambe le eliche originali (parentali). Finita la copiatura, entrambi le nuove doppie eliche (consistente ciascuna nell elica originale più la sua copia) si separano l una dall altra (replicazione semi-conservativa)

26 Il codice genetico DNA: sequenza di 4 nucleotidi differenti Proteina: sequenza di 20 amino-acidi differenti La corrispondenza tra l alfabeto a 4 lettere del DNA e quello a 20 lettere delle proteine è specificata dal codice genetico, che correla triplette di nucleotidi, dette codoni, a specifici aminoacidi.

27 RNA RNA, o acido ribonucleico è simile al DNA ma -- RNA è a singolo filamento -- lo zucchero è ribosio invece di deossiribosio -- uracile (U) è presente al posto della timina RNA è importante per la sintesi proteica ed altre attività cellulari Esistono diversi tipi di RNA, tra cui RNA messaggero (mrna), RNA di trasporto (trna), RNA ribosomiale (rrna).

28 Proprietà delle proteine Le proteine hanno funzioni biologiche diverse: ENZIMI: catalisi enzimatica PROTEINE di TRASPORTO: emoglobina, mioglobina, lipoproteine, transferrina PROTEINE di RISERVA: ferritina, caseina PROTEINE CONTRATTILI: actina, miosina PROTEINE STRUTTURALI: collagene, cheratina PROTEINE DI DIFESA: anticorpi PROTEINE REGOLATRICI: ormoni, proteine G Tutte queste proteine con le loro proprietà e funzioni diverse sono costruite a partire dallo stesso gruppo di 20 aminoacidi.

29 Reazioni chimiche endocellulari Le reazioni esoergoniche rilasciano energia libera Le reazioni endoergoniche richiedono energia libera L ATP è una molecola ricca di energia che trasferisce l energia nelle cellule accoppiando le reazioni esoergoniche con quelle endoergoniche

30 ATP Adenina Ribosio Adenosina 1 gruppo fosfato AMP 2 gruppi fosfato ADP 3 gruppi fosfato ATP

31 Reazioni di ossido-riduzione Sono reazioni chimiche che trasferiscono elettroni ed energia NAD + ; NADH + H + FAD; FADH 2

32 La liberazione di energia dal glucosio Glicolisi Ossidazione del piruvato Ciclo dell acido citrico Catena respiratoria

33 Calorimetria indiretta (1) REE correla direttamente con VO 2 (2) RQ = VCO 2 VO 2

34 RQ = VCO 2 VO 2 Un RQ vicino a 0.8 indica una prevalente ossidazione lipidica Un RQ vicino ad 1 indica una prevalente ossidazione di carboidrati

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