Di cosa è fatta una cellula?

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1 Di cosa è fatta una cellula?

2 Composizione delle cellule - L acqua (H 2 O) rappresenta il 70% del massa della cellula - C,H,N,O rappresentano il 96% della massa della cellula - Altri component frequenti sono P e S - Elementi più rari sono Ca2+, Mg 2+, K, Zn2+

3 Confronto tra % di molecole nella crosta terrestre e nel corpo umano

4 Come interagiscono gli atomi per formare le molecole?

5 Il numero di legami tra atomi dipende dal numero di elettroni presenti nell orbitale esterno

6 Legami tra atomi

7 L acqua Due tipi di legame: uno interno alla molecola d acqua e uno tra le molecole d acqua L acqua è una molecola dipolare Le molecole di acqua formano tra di loro un legame idrogeno (un tipo di legame elettrostatico)

8 Caratteristiche dell acqua: 1) Crea un ambiente favorevole alle basse temperature Stato solido meno denso dello stato liquido (il ghiaccio galleggia) 2) Crea un ambiente che può cambiare di caratteristiche: Vi è un equilibrio tra H 2 O e le sue forme ionizzate OH - (ossidrile) = H + (ione idrogeno) => soluzione neutra (ph=7) Questo equilibrio può essere modificato da sostanze acide (che rilasciano H +, come HCl) e sostanze basiche (che legano H + =, come NaOH), portando ad una variazione del ph della soluzione (ambiente acide: ph < 7, ambiente basico: ph > 7). 3) Crea un ambiente selettivo in termini di solubilità: Sostanze idrofiliche (solubili in acqua) e idrofobiche (non solubili in acqua)

9 Carbonio: l atomo alla base della vita Una molecola organica è quella che contiene il carbonio Perché il carbonio? Ha un piccolo peso Ha 4 elettroni esterni per formare legami con altri atomi Puo formare 4 legami covalenti forti (stabili) Quindi è vantaggioso per creare molecole grandi e complesse H,N & O sono i più comuni partner del Carbonio (piccoli e capaci di formare legami covalenti forti)

10 GRUPPI CHIMICI COMUNI Metile -CH 3 R Acetile Carbossile Ammino -COOH R -NH 2 Questi gruppi sono molto frequenti nelle molecole biologiche

11 Come si passa dagli atomi alla materia vivente? Vari livelli di organizzazione Atomi Piccole Molecole Macromolecole

12 Come si ottengono le macromolecole che formano le cellule? Alla base ci sono piccole molecole organiche: molecole con un peso molecolare di circa dalton (circa 30 atomi di Carbonio) Polimeri di unità ripetute di piccole molecole danno luogo alle macromolecole: (Teoricamente non ci sono limiti alla dimensione)

13 Le cellule contengono 4 grandi famiglie di piccole molecole organiche: -Glucidi (Zuccheri) Acidi grassi Aminoacidi Nucleotidi

14 Dalle piccole molecole alle macromolecole Solitamente sono costitute da subunità ripetute di zuccheri, aminoacidi, nucleotidi e acidi grassi. La sintesi di macromolecole richiede la formazione di legami covalenti forti tra piccole molecole Le macromolecole interagiscono tra di loro in maniera non covalente per formare le strutture più grandi della cellula (es.: organelli cellulari)

15 Tipi di Macromolecole PICCOLE MOLECOLE Glucidi (Zuccheri) Acidi grassi Aminoacidi Nucleotidi MACROMOLECOLE Carboidrati Lipidi Proteine Acidi nucleici

16 spesso le macromolecole sono formate dalla combinazione di diverse piccole molecole organiche Polimeri di subunità di diversa natura Proteoglicani = carboidrati + catene proteiche laterali Glicoproteine = proteine + carboidrati Glicolipidi = lipidi + carboidrati Nucleoproteine= nucleotidi + proteine

17 Carboidrati

18 Unità base è un monosaccaride Formula generale è (CH 2 O) n dove n tra 3-8 Glucosio è C 6 H 12 O 6 Gli zuccheri contengono un numero di gruppi idrossilici + un aldeide H C=O O un chetone C=O

19 Ribosio Deossiribosio Glucosio Fruttosio Galattosio

20 Vi è un equilibrio tra la forma a catena aperta o una chiusa ad anello Le aldeidi e i chetoni possono Reagire con un gruppo OH nella stessa molecola e convertirla in un anello

21 Isomeri

22 Una volta formato l anello il carbonio puo legarsi ulteriormente ad un gruppo ossidrile su un altra molecola a formare: Disaccaridi, Oligosaccaridi o Polisaccaridi

23 Disaccaridi Saccarioso: glucosio e fruttosio Lattosio: glucosio e galattosio Maltosio: due glucosi

24 CARBOIDRATI Grandi molecole 1-2% della massa cellulare Amido Tessuti vegetali Glicogeno Tessuti animali

25 Amido (a glucosio) Glicogeno (a glucosio) Cellulosa (b glucosio)

26 Funzione degli zuccheri nelle cellule Principale risorsa di energia: Polisaccaridi semplici come il glicogeno (amido nelle c. vegetali) possono essere scissi in glucosio e poi in anidride carbonica, acqua e ATP nei mitocondri Costituenti della matrice extracellulare (ECM): Possono legarsi a proteine o lipidi per formare glicoproteine o glicolipidi

27 Funzione degli zuccheri nell ECM Zuccheri e l acqua formano strutture scivolose Muco Funzione di protezione negli ambienti difficili (intestino) Glicocalice Agiscono come recettori sulle membrane Adesione tra cellule, ormoni, virus, batteri

28 Altri tipi di carboidraiti Monosaccaridi modificati Parete batterica Chitina (Esoscheletro, Funghi) 28

29 Lipidi

30 ACIDI GRASSI Hanno due regioni distinte: Una lunga catena idrocarburica Insolubile all acqua o idrofobica Gli acidi grassi differiscono per la lunghezza della catena idrocarburica e dal numero e la posizione dei C=C Il gruppo carbossilico che può reagire con un un gruppo OH o NH 2 su una seconda molecola per formare esteri o amidi Solubile nell acqua o idrofilico C O O -

31 Acidi grassi saturi ed insaturi

32 Funzione degli acidi grassi nelle cellule Una risorsa notevole di cibo Producono 2x volte piu energia utile rispetto al glucosio Immagazzinati nel citoplasma gocce di trigliceridi 3 catene di acidi grassi uniti ad una molecola di glicerolo

33 Trigliceridi

34 Composizione delle membrane cellulari Fosfolipidi sono i componenti principali 2 catene unite ad un glicerolo Il glicerolo si lega anche ad un gruppo fosfato carico negativamente Fosfato legato a piccole composti come etanolamina, colina o serina Gruppo idrofilico fosfato glicerolo Code idrofobiche di acidi grassi

35 Fosfolipidi

36 Composizione delle membrane cellulari

37 micella

38 LIPIDI Grassi neutri Maggiore risorsa di energia di riserva Fosfolipidi Membrane cellulare Steroidi, basati sul colesterolo Molti ormoni Altre sostanze lipidiche Vitamine solubili nei grassi Prostaglandine

39 Steroidi

40 Altre sostanze lipidiche b carotene Vitamina A (rodopsina)

41 Proteine

42 AMINOACIDI Tutti contengono gruppi carbossilici e aminici legati ad un singolo atomo di carbonio Subunità delle proteine Ci sono 20 aminoacidi comuni nelle proteine, ognuno con una differente catena laterale

43 Aminoacidi comuni sono raggruppati in base alle cariche presenti nelle loro catene laterali 2 sono acidi 3 sono basici 6 sono polari non carichi 10 sono nonpolari Gruppo amminico H H 2 N-C-COOH R atomo di carbonio a Gruppo carbossilico Gruppo laterale

44 10 sono nonpolari 6 sono polari 2 sono acidi 3 sono basici

45 Legame peptidico

46 PROTEINE 50% di materiale organico nell organismo Coinvolte in quasi tutte le funzioni della cellula Ruolo strutturale (es.: citoscheletro) Ruolo funzionale (es.: enzimi)

47 Struttura delle proteine: come si organizza la catena aminoacidica nello spazio cisteine Struttura primaria sequenza di aminoacidi

48 Struttura secondaria: ripiegamenti regolari e ripetuti

49 Struttura terziaria: forma complessiva della proteina

50 Struttura quaternaria: interazioni tra varie subunità La struttura è influenzata da temperatura, forza ionica e ph dell ambiente Le proteine raggiungono la loro forma finale grazie agli chaperoni

51 Acidi nucleici

52 Espressione genica

53 NUCLEOTIDI contiene uno zucchero a 5 atomi di carbonio che lega da un lato una base azotata (struttura ad anello con azoto) e dall altro un gruppo fosfato L Anello si chiama base poiché puo accettare H + a livello dell azoto Lo zucchero a 5 carboni è il ribosio o il deossiribosio

54

55 Nomenclatura

56 Funzione dei nucleotidi Energia: ATP (adenosin trifosfato) puo rilasciare energia per formare ADP e Pi, e viceversa Segnale: AMP Ciclico è una molecola segnale all interno della cellula Reazioni enzimatiche: Puo combinarsi con altri gruppi chimici per formare coenzimi (Coenzima A) Informazione: nel materiale genetico

57 ACIDI NUCLEICI Lunghi polimeri dove subunità nucleotidiche sono legate covalentemente tramite la formazione di un estere fosfato tra il gruppo 3 OH sullo zucchero e il gruppo 5 fosfato del nucleotide successivo NH 2 O 5 N base fosfato O P O CH 2 O O O Nucleotide zucchero 3 OH OH

58 ACIDI NUCLEICI O O P O O 5 CH 2 O sugar base 3 O O 5 P O O CH 2 O sugar base 3 OH

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60 RNA-Acido ribonucleico Lo scheletro si basa sul ribosio A, U, G, C Nucleo, nucleolo, citoplasma, ribosoma, mitocondri DNA-Acido deossiribonucleico Lo scheletro si basa sul deossiribosio A, T, G, C Nucleo, mitocondrio

61 Doppia Elica di DNA: A con T (oppure U) e G con C

62 Citologia, Istologia e Anatomia microscopica Pearson Italia S.p.A. 62

63 Citologia, Istologia e Anatomia microscopica Pearson Italia S.p.A. 63

64 Ogni struttura cellulare è composta da varie macromolecole

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