Strutture molecolari della cellula: Bio-macromolecole. Prof. C. Guarino

Transcript

1 Strutture molecolari della cellula: Bio-macromolecole Prof. C. Guarino

2 INTRO Ogni cellula vivente racchiude una pluralità di molecole diverse L acqua è l elemento dominante, nelle cellule vegetali e nei funghi, per i loro spazi per i liquidi cellulari sono ancora più ricchi non solo di acqua ma anche di: 2% di ioni organici 8% di piccole molecole micromolecole (metaboliti) Molecole sottoposte ad un continuo cambiamento nel metabolismo cellulare

3 INTRO Il 20% è costituito da MACROMOLECOLE (massa superiore a 10 kda) ambiente in cui avviene tutta la vita cellulare e in cui si svolge il metabolismo RUOLI delle MACROMOLECOLE Biocatalizzatori Proteine/Enzimi Depositi e Portatori d Informazioni Acidi Nucleici DNA/RNA Riserve di Energie e Carbonio Polisaccaridi Glucani

4 INTRO Le macromolecole sono costituite da un numero elevato di ripetizioni tenute insieme da legame covalente MONOMERI (identici oppure diversi) 20 differenti aminoacidi costituiscono le proteine 4 differenti nucleotidi costituiscono gli acidi nucleici

5 INTRO Le macromolecole possono mostrare catene Ramificate Non Ramificate Alcuni Glucani Proteine Acidi Nucleici Cellulosa

6 INTRO Policondensazione Eliminazione di una molecola di acqua che porta alla formazione di bio-macromolecole Scissione delle unità monomeriche mediante idrolisi della molecola di acqua

7 INTRO Policondensazione:es. Fibre che resistono alla tensione e sono caratterizzate dalla presenza di lunghe fibre di un polisaccaride CELLULOSA Catena costituita anche da 500 residui di glucosio legati insieme tramite un legame beta-glucosidico

8 Polimerizzazione INTRO Fenomeno che non prevede la perdita di molecole di acqua ed avviene raramente nei fenomeni di biosintesi Es: Lignina, presente all interno del legno, ne conferisce la caratteristica resistenza meccanica

9 Polimerizzazione INTRO Avviene mediante un meccanismo ossidativo che comporta la formazione di radicali liberi Perossidasi: emoproteina H 2 O 2 -dipendente Laccasi;: ossidasi O 2 -dipendente LIGNIFICAZIONE Deposizione di LIGNINA nella matrice a livello delle emicellulose e delle sostanze pectiche La lignina è un polimero costituito da monomeri di varie molecole aromatiche (es. alcool coniferilico) contenenti un anello a sei atomi di carbonio, che si possono legare tra loro in vari modi

10 Bio-Macromolecole Acidi Nucleici: DNA ed RNA Proteine Carboidrati e Polisaccaridi Lipidi e loro aggregati

11 Acidi Nucleici: DNA ed RNA Sono polinucleotidi ed i monomeri che li compongono si chiamano NUCLEOTIDI DNA Doppio filamento Immagazzina e tramanda l informazione ereditaria (replicazione) Singolo filamento RNA Traduzione delle proteine

12 DNA Il DNA in tutte le cellule è in grado di iniziare la formazione di se stessa ovvero può condizionare la sintesi di altre molecole di DNA con la stessa sequenza funzione AUTOCATALITICA L informazione ereditaria può manifestarsi e i fattori ereditari detti GENI.possono diventare visibili come FENOTIPI (caratteristiche riconoscibili esternamente) Il DNA determina le sequenza dell RNA e, tramite questa, determina anche la sequenza degli aminoacidi delle molecole proteiche

13 Acidi Nucleici: DNA ed RNA NUCLEOTIDI Monomeri del DNA ed RNA Costituito da tre componenti Base eterociclica purinica o pirimidinica Molecola di zucchero Residuo di acido fosforico che va ad esterificare la molecola di zucchero

14 Acidi Nucleici: DNA ed RNA DNA= Acido Desossiribo Nucleico RNA= Acido Ribo Nucleico La differenza sta nella molecola di zucchero Desossiribosio Ribosio DNA RNA

15 Acidi Nucleici: DNA ed RNA Molecola di zucchero Base azotata NUCLEOSIDI

16 Acidi Nucleici: DNA ed RNA Nucleosidi fosfati NUCLEOTIDI

17 Acidi Nucleici: DNA ed RNA I nucleotidi, eliminando una molecola di acqua formano legami covalenti l uno con l altro mediante gruppi fosfati Legame fosfodiesterico Formazione di oligo- e poli-nucleoidi come catene lineari poliestere le molecole di zucchero ed i gruppi fosfati si ripetono lungo tutta la catena principale

18 Acidi Nucleici: DNA ed RNA Ogni oligo- o poli-nucleotide possiede un estremità 3 -(OH-) ed un estremità 5 - (fosfato-) Le sequenze vengono lette dall etremità 5 3 e questa corrisponde poi alla sintesi dei polinucleotidi

19 Struttura del DNA uguale???... Il DNA Singolo filamento (solo in alcuni fagi e nei virus) Doppio filamento (dsdna) Due molecole di DNA avvolte reciprocamente a spirale a formare la caratteristica doppia elica Le due eliche di DNA sono avvolte in una spirale destrorsa

20 Struttura del DNA Cosi che le catene principali dei residui di zucchero e di fosfato si trovino all esterno, mentre i sistemi planari degli anelli delle basi sono all interno, posti trasversalmente rispetto all asse longitudinale della doppia elica

21 Struttura del DNA

22 Replicazione del DNA Replicazione semiconservativa Capaci di legare i terminali 3 con i 5 RNA-polimerasi-DNAdipendenti (filamento di RNA) In grado di aggiungere deossiribonucleotidi dntp 5 3 Rottura della doppia elica

23 Struttura del RNA

24 PROTEINE Fanno parte di tutte le strutture cellulari Variabilità funzionali Varietà strutturale è enorme 1. Enzimi 2. Proteine strutturali biocatalizzatori che controllano il metabolismo cellulare Es. microtubuli che costituiscono il citoscheletro della cellula Capacità di unirsi e formare complessi più grandi e stabili, altamente ordinati AUTORGANIZZAZIONE

25 PROTEINE 3. Proteine di funzione Specializzate nel riconoscere e nel legare in modo specifico materiali di informazione come ormoni o strutture di riconoscimento RECETTORI PROTEICI Possono riconoscere i loro LIGANDI 4. Proteine trasportatrici Riconoscono alcune molecole e ne consentono il passaggio attraverso la membrana (cellulare o nucleare)

26 PROTEINE-Funzioni Proteine Enzimatiche (lattasi) Proteine Strutturali (cheratina, collageni, distrofina, seta) Proteine di Trasporto (emoglobina, albumina) Proteine Ormonali (insulina, paratormone) Proteine Recettoriali (recettore dell insulina) Proteine Contrattili (actina e miosina) Proteine di Difesa (anticorpi)

27 PROTEINE-Struttura Le proteine sono costituite da polipeptidi, composti da macromolecole di 20 aminoacidi (AA) MONOMERI

28 PROTEINE-Struttura I singoli AA o le catene di polipeptidi sono tenuti insieme da un legame PEPTIDICO tra il gruppo carbossilico dell aa precedente con il gruppo amminico del successivo Eliminazione = reazione di condensazione Proteine sintetizzate nei ribosomi Idrolisi: rottura del legame peptidico

29 Ecco a voi gli AA

30 La chimica degli AA

31 PROTEINE-Struttura

32 PROTEINE-Struttura Grandezza variabile Proprietà elettriche (determinata dalla quota relativa dei residui acidi o basici degli aa dei polipeptidi)(punto isoelettrico pi) Struttura differente delle proteine La struttura secondaria e terziaria dipendono dalla primaria ovvero dalla sequenza lineare degli aa Denaturazione: alterazioni prodotte artificialmente alla conformazione naturale delle proteine perdita della funzione Domini: zone globulari che si uniscono quando molecole di proteine superano un numero di residui di 200 aa Proteina in grado di rompere il legame peptidico in una catena lineare di aa

33 PROTEINE-Struttura Processi di riconoscimento: meccanismo basato sulla reciprocità delle molecole proteiche. La struttura di riconoscimento e la struttura del riconosciuto sono stericamente complementari e asimmetriche. I siti sono molto più piccoli rispetto all intera molecola (antigene-anticorpo) Cambiamenti funzionali di conformazione:le molecole proteiche non sono rigide ma flessibili nelle regioni periferiche e possono provocare movimento. Alcuni cambiamenti detti effetti allosterici, cambiamente reversibili possono agire sull attività enzimatica

34 Complessi proteici PROTEINE-Struttura Molte proteine possono esercitare la loro funzione solo nel momento in cui sono raggruppate in macromolecole con proteine uguali o differenti strutture quaternarie (PROTOMERI)(proteine strutturali)

35 PROTEINE-Dimensioni GEL di acrilammide Consente di separare le proteine sulla base delle loro dimensioni e del punto isoelettrico

36 CARBOIDRATI E POLISACCARIDI POLISACCARIDI o anche glicani sono macromolecole composte da residui di zucchero o monomeri simili MONOSACCARIDI sono poliidrossicarbonili, ovvero hanno nella molecola diversi gruppi idrossilici ed un gruppo carbonile

37 CARBOIDRATI E POLISACCARIDI POLISACCARIDI Strutturali (cellulosa, chitina,sos. pectiche) Glicani di Riserva (amido e glicogeno) RISERVE CARBONIO DI ENERGIA DI E Importanti veicoli per il trasferimento di energia nell alimentazion e umana

38 CARBOIDRATI E POLISACCARIDI (MONOSACCARIDI) n LEGAMI GLICOSIDICI Grado di polimerizzazione (numero n di monomeri) può arrivare fino a 10 4 N>30 catene chiamate polisaccaridi N<30 catene chiamate oligosaccaridi OMOGLICANI ETEROGLICANI Polisaccaridi costituiti da un solo tipo di monomero Polisaccaridi costituiti da differenti monomeri Si possono formare catene laterali

39 OMOGLICANI LIPIDI I lipidi, detti anche grassi, sono composti organici, largamente diffusi in natura, vengono identificati sulla base della loro proprietà di insolubilità in acqua (sostanze idrofobe) ma solubili in solventi organici come etere, acetone o alcoli. Costituti da atomi di carboni ed idrogeno tenuti insieme da legami covalenti Grassi Saturi & Insaturi

40 LIPIDI Trigliceridi all interno della cellula hanno funzione di riserva e per immagazzinamento temporaneo di energia e carbonio (C) organico Localizzati come goccioline di olio nel citoplasma e nei plastidi Essendo osmoticamente inattivi non sovraccaricano la cellula ne gli organuli all interno

41 LIPIDI I lipidi di membrana hanno caratteristiche strutturali e funzionali differenti dai trigliceridi: sono in grado di riunire zona idrofila con zona idrofoba Struttura molecolare tipica di Saponi e Tensioattivi Struttura Anfipolare Anfifilica Anfipatica Molecole che hanno una funzione strutturale più che di riserva

42 LIPIDI-funzione tensioattiva

43 Membrana celulare