Di cosa è fatta una cellula?

Di cosa è fatta una cellula?

Composizione delle cellule - L acqua (H 2 O) rappresenta il 70% del massa della cellula - C,H,N,O,P,S rappresentano il 99% della massa della cellula - Altri elementi più rari sono calcio (Ca2+), magnesio (Mg 2+ ), potassio (K), zinco (Zn2+)

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

Come interagiscono gli atomi per formare le molecole?

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

Legami tra atomi

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)

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 (soluzione acida: ph < 7, soluzione basica: ph > 7). 3) Crea un ambiente selettivo in termini di solubilità: Sostanze idrofiliche (solubili in acqua) e idrofobiche (non solubili in acqua)

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)

GRUPPI CHIMICI COMUNI Metilico R -CH 3 Carbossilico Amminico -COOH R -NH 2 Questi gruppi sono molto frequenti nelle molecole biologiche

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

Come si ottengono le macromolecole che formano le cellule? Alla base ci sono piccole molecole organiche: molecole con un peso molecolare di circa 100-1000 dalton (circa 30 atomi di Carbonio) Polimeri di unità ripetute di piccole molecole danno luogo alle macromolecole: (Teoricamente non ci sono limiti alla dimensione)

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

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)

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

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

Carboidrati

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

Ribosio Deossiribosio Glucosio Fruttosio Galattosio

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

Isomeri

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

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

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

Amido (α glucosio) Glicogeno (α glucosio) Cellulosa (β glucosio)

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

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

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

Lipidi

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 -

Acidi grassi saturi ed insaturi

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

Trigliceridi

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

Fosfolipidi

Composizione delle membrane cellulari

micella

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

Altre sostanze lipidiche β carotene Vitamina A (rodopsina)

Steroidi

Proteine

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

Struttura degli aminoacidi

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

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

Legame peptidico

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

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

Struttura secondaria: ripiegamenti regolari e ripetuti

Struttura terziaria: forma complessiva della proteina 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

Proteine Strutturali Solitamente Proteine Fibrose Strutture semplici allungate Possono essere molto lunghe Filamenti Intermedi, cheratine All interno della cellula Collagene Fuori della cellula Proteina esposte all ambiente extracellulare sono stabilizzate da legami disolfuro Legami covalenti sulfuro-sulfuro (S-S)

Proteine Funzionali Solitamente Proteine Globulari Catena polipeptidica aggrovigliata in una struttura rotondeggiante con una superficie irregolare Mobili Svolgono gran parte del lavoro delle cellule Catalizzatrici/enzimi (-asi) Virtualmente ogni reazione biochimica del corpo Comunicazione esterna: Es. Ormoni Trasporto e movimento Es: Miosina Funzioni specializzate: Es. Anticorpi

Acidi nucleici

Espressione genica

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

Nomenclatura

Funzione dei nucleotidi ATP (adenosin trifosfato) puo rilasciare energia per formare ADP e Pi, e viceversa AMP Ciclico è una molecola segnale all interno della cellula Puo combinarsi con altri gruppi chimici per formare coenzimi (Coenzima A) Formare il materiale genetico

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

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

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 A con T (oppure U) e G con C

Citologia, Istologia e Anatomia microscopica Pearson Italia S.p.A. 65

Citologia, Istologia e Anatomia microscopica Pearson Italia S.p.A. 66

Ogni struttura cellulare è composta da varie macromolecole