Esame di Biologia. Cap. 1) Presentazione della cellula: Teoria cellulare: secondo la quale: 1) tutti i viventi sono formati da una o più cellule; 2) le cellule costituiscono le unità fondamentali di ciascun organismo; 3) tutte le cellule derivano da altre cellule. Organismi eucarioti sono provvisti di nucleo, quelli procarioti ne sono sprovvisti. Nel nucleo le molecole di DNA diventano visibili al microscopio ottico come cromosomi quando assumono una forma molto compatta, nel periodo i cui la cellula si prepara a dividersi in 2 cellule figlie. Anche nelle cellule procariotiche il DNA è depositario dell’informazione genetica, però esso non si trova confinato dentro una membrana nucleare, perciò non distinguibile. I mitocondri sono presenti in quasi tutte le cellule eucariotiche, essi sono dotati di DNA proprio e si riproducono dividendosi in 2. Essi imbrigliano l’energia derivante dall’ossidazione delle molecole alimentari, per produrre ATP. Dato che funzionando il mitocondrio consuma ossigeno e libera anidride carbonica, al processo nel suo insieme si dà il nome di respirazione cellulare. Pochi eucarioti sono incapaci di vivere in ambienti contenenti ossigeno, e allora sono privi di mitocondri e si dicono anaerobi. Presenti solo nelle cellule delle piante e delle alghe, i cloroplasti sono grandi organelli verdi che hanno una struttura ancora più complessa dei mitocondri,: oltre ad avere intorno 2 membrane ne anche di interne disposte a strati e piene di 1
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Esame di Biologia.
Cap. 1) Presentazione della cellula:
Teoria cellulare: secondo la quale: 1) tutti i viventi sono formati da una o più cellule; 2) le cellule costituiscono le unità fondamentali di ciascun organismo; 3) tutte le cellule derivano da altre cellule. Organismi eucarioti sono provvisti di nucleo, quelli procarioti ne sono sprovvisti. Nel nucleo le molecole di DNA diventano visibili al microscopio ottico come cromosomi quando assumono una forma molto compatta, nel periodo i cui la cellula si prepara a dividersi in 2 cellule figlie. Anche nelle cellule procariotiche il DNA è depositario dell’informazione genetica, però esso non si trova confinato dentro una membrana nucleare, perciò non distinguibile. I mitocondri sono presenti in quasi tutte le cellule eucariotiche, essi sono dotati di DNA proprio e si riproducono dividendosi in 2. Essi imbrigliano l’energia derivante dall’ossidazione delle molecole alimentari, per produrre ATP. Dato che funzionando il mitocondrio consuma ossigeno e libera anidride carbonica, al processo nel suo insieme si dà il nome di respirazione cellulare.
Pochi eucarioti sono incapaci di vivere in ambienti contenenti ossigeno, e allora sono privi di mitocondri e si dicono anaerobi. Presenti solo nelle cellule delle piante e delle alghe, i cloroplasti sono grandi organelli verdi che hanno una struttura ancora più complessa dei mitocondri,: oltre ad avere intorno 2 membrane ne anche di interne disposte a strati e piene di clorofilla. I cloroplasti svolgono un compito ancora più importante dei mitocondri, cioè la fotosintesi, nella quale catturano l’energia solare nelle molecole di clorofilla, incanalandola nella produzione di molecole di zuccheri altamente energetiche. Nel processo si forma ossigeno come prodotto di rifiuto. I cloroplasti generano sia le molecole alimentari che l’ossigeno utilizzato dai mitocondri. Anche i cloroplasti, contengono il proprio DNA, si riproducono dividendosi in 2 e pare che siano evoluti da batteri fotosintetici. Un labirinto di spazi delimitati da membrana, detto reticolo endoplasmatico, è il sito in cui si producono quasi tutti i componenti delle membrane cellulari. Molte serie di tasche membranose disposte in pile costituiscono l’apparato di Golgi, che riceve e spesso modifica chimicamente le molecole prodotte nel reticolo endoplasmatico. I lisosomi sono piccoli organelli di forma irregolare in cui avviene la digestione intracellulare, le sostanze nutrienti vengono estratte dalle particelle alimentari e le molecole indesiderabili demolite per essere riutilizzare o escrete. I perossisomi sono
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vescicolette rivestite di membrana dove vengono isolate reazioni in cui si produce e viene inattivata una sostanza chimica pericolosamente reattiva, il perossido di idrogeno. Nel citosol hanno sede molte reazioni chimiche fondamentali per l’esistenza della cellula, si producono le proteine… I filamenti di actina sono perenti in tutte le cellule eucariotiche ma si trovano particolarmente numerosi in quelle muscolari. I filamenti più spessi si chiamano microtubuli, nelle cellule in divisione si riorganizzano in fasci e contribuiscono a trasportare i cromosomi duplicati in direzioni opposte distribuendoli equamente tra le cellule figlie.
Cellula eucariota:
Cellula vegetale:
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In tutti gli esseri viventi le istruzioni genetiche, o geni, sono immagazzinate in molecole di DNA scritte con lo stesso codice chimico. Le subunità che vengono unite a formare le proteine sono di 20 tipi differenti, ma questi stessi tipi differenti si ritrovano in tutti gli esseri viventi. Tuttavia, variando la sequenza di queste subunità, le molecole proteiche manifestano proprietà chimiche differenti.
Cellula batterica:
Si possono distinguere 2 regni: gli eubatteri e i archebatteri. Le cellule eucariotiche, sono per definizione quelle il cui DNA è contenuto in un comparto separato, il nucleo, circondato da una membrana a doppio strato. Cellule diverse esprimo geni diversi a seconda delle indicazioni che esse stesse o le loro progenitrici hanno ricevuto dall’ambiente circostante.
Cap.2) Componenti chimici delle cellule:
Si forma un legame ionico quando un atomo dona elettroni a un altro, e un legame covalente quando 2 atomi mettono in comune una coppia di elettroni. Tutte le caratteristiche della cellula dipendono dalle molecole che contiene. Una molecola è un aggregato di atomi tenuti assieme da legami covalenti, in cui gli elettroni vengono condivisi tra gli atomi anziché trasferiti da un atomo all’altro. La formazione e la rottura dei legami chimici nelle cellule viventi vengono regolati accuratamente da appositi catalizzatori detti enzimi. A parte l’acqua, quasi tutte le molecole cellulari si basano sul carbonio. Le cellule contengono 4 famiglie di molecole organiche piccole: zuccheri, acidi grassi, gli amminoacidi e i nucleotidi. Gli zuccheri più semplici i monosaccaridi, hanno formula (CH2O)n. Il glucosio è il monosaccaride cui spetta un ruolo centrale tra le fonti di energia della cellula. Per immagazzinare energia a lungo termine le cellule si servono di polisaccaridi contenenti solo glucosio, soprattutto glicogeno negli animali e amido nelle piante. La molecola di un acido grasso presenta 2 regioni chimicamente distinte: una lunga catena idrocarburica, idrofobica e chimicamente poco reattiva, e un gruppo carbossilico, che si comporta come un acido, estremamente idrofilico e chimicamente reattivo. Nelle cellule gli acidi grassi fungono da scorte di cibo concentrato, perché dalla loro demolizione si ricava 6 volte l’energia utile
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estraibile dal glucosio. Essi vengono accumulati nel citoplasma di molte cellule sotto forma di goccioline di triacilgliceron. L’impiego più importante degli acidi grassi nella cellula è come materiale per le membrane. Esse sono formate in gran parte da fosfolipidi.
L’importanza degli amminoacidi per la cellula deriva dal loro ruolo nella formazione delle proteine. Nelle proteine si trovano 20 tipi di amminoacidi. Il nucleotide è una molecola formata da un composto con anello azotato legato a uno zucchero a 5 carboni. Questo zucchero può essere il ribosio o il deossiribosio a recare uno o più gruppi fosfato. Gli anelli azotati, vengono chiamati basi, citosina, timina e l’uracile sono chiamate pirimidine. La guanina e la l’adenina sono purine. Il ruolo più importante dei nucleotidi nella cellula consiste nell’immagazzinare e rendere disponibile l’informazione biologica. I nucleotidi sono gli elementi costitutivi degli acidi nucleici. Si conoscono 2 tipi principali di acido nucleico, che differiscono per lo zucchero che compare nel loro scheletro zucchero-fosfato. Se lo zucchero è il ribosio si hanno gli acidi ribonucleici, o RNA che contengono le basi A,G,C e U. Se lo zucchero è il deossiribosio si hanno gli acidi deossiribonucleici, o DNA che contengono le basi: A,G,C e T. L’RNA si presenta nella forma di una singola catena polinucleotidica, mentre il DNA è praticamente sempre una molecola a doppio filamento.
Cap. 5) Struttura e funzione delle proteine:
Le proteine costituiscono la maggior parte del peso secco cellulare. Nella cellula viva il ripiegamento è generalmente assistito da altre proteine dette secondatori, chaperon molecolari. Si tratta di molecole che si legano alla catena già parzialmente conformata e l’aiutano a procedere lungo il corso più favorito energicamente. Tuttavia la forma tridimensionale finale della proteina specificata dalla sequenza: gli chaperon (i secondatori) non fanno altro che rendere più affidabile il processo di ripiegamento. Due strutturazioni comuni delle proteine: elica alfa e piano beta, esse derivano da legami idrogeno tra i gruppi N-H e C--O. La sequenza amminoacidica è la struttura primaria della proteina. Tratti di catena polipeptidica che si dispongono a elica alfa e a piano beta
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costituiscono la struttura secondaria della proteina. La conformazione tridimensionale assunta, da una catena polipeptidica viene indicata talvolta come struttura terziaria; se poi la molecola proteica è un complesso di più catene polipeptidiche, dell’insieme completo si dice che ha una struttura quaternaria.
Il dominio proteico, definibile come qualunque parte di catena polipeptidica che può ripiegarsi indipendentemente in una struttura compatta e stabile. Un dominio contiene di solito 50 a 300 amminoacidi. Nella cellula, le stesse iterazioni deboli non covalenti, che fanno assumere alla catena polipeptidica la sua specifica conformazione, permettono alle proteine di legarsi tra loro e formare strutture più grandi. Ogni zona della superficie proteica che entra in rapporto con un’altra si chiama sito di legame. Quando un sito di legame riconosce la superficie di una seconda proteina, l’unione salda delle 2 catene polipeptidiche in quella zona può dare origine a una proteina più grande: ogni catena polipeptidica che faccia parte di una proteina così costruita si chiama subunità proteica. Molte strutture cospicue, come virus e i ribosomi, derivano dall’aggregazione di miscele tra proteine di vari tipi e molecole di RNA o DNA. Gran parte delle proteine considerate finora sono proteine globulari, in cui la catena polipeptidica si appallottola, volgendo all’esterno una superficie
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irregolare. Quasi tutti gli enzimi sono proteine globulari. Nel caso di altre proteine cellulari serve invece che ogni molecola copra una lunga distanza, in tal caso le proteine assumono di solito una forma tridimensionale allungata e vengono chiamate proteine fibrose. Le proteine fibrose abbondano particolarmente fuori dalla cellula, dove costituiscono la matrice extracellulare gelatinosa che fa aderire insiemi cellule in tessuti. I ponti disolfuro fungono da dispositivi di fissaggio per irrobustire la disposizione spaziale più favorevole. Avendo diversa sequenza amminoacidica, le proteine si presentano con una varietà enorme di conformazioni diverse da cui deriva la loro specificità di funzione. Le proteine si attaccano proprio ad altre molecole, cioè le legano, alla sostanza che si lega a una proteina si dà il nome di ligando.
La regione di proteina che aderisce la ligando, nota come sito legame, consiste in una cavità della superficie formata da una disposizione particolare degli amminoacidi. Gli anticorpi sono proteine prodotte dal sistema immunitario in risposta a molecole estranee (antigene).
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Gli enzimi accelerano le reazioni e agiscono quindi da catalizzatori, proprio la catalisi di una serie organizzata di reazioni chimiche mantiene la cellula e ne crea nuove, rendendo possibile la vita. Ogni enzima è strettamente specifico e catalizza un solo tipo di reazione.
Principali proprietà degli enzimi
CARATTERISTICA
SIGNIFICATO
Molecola costituita da una o più catene proteiche
Struttura tridimensionale composta da una o più subunità; negli enzimi coniugati, sono presenti anche altre molecole non proteiche (cofattori)
Azione catalitica; potere catalitico elevato
Gli enzimi agiscono accelerando la velocità di una reazione chimica, che aumentano di almeno un milione di volte
Riduzione dell’energia di attivazione
Gli enzimi riducono la quantità di energia necessaria all’innesco della reazione
Elevata specificità Ogni enzima lega specificamente un determinato tipo di composto (substrato) e interviene in modo specifico su un gruppo chimico e su un determinato tipo di legame
Sito attivo Il legame del substrato avviene esclusivamente in una particolare regione della struttura tridimensionale dell’enzima, conformata in modo da adattarsi alla struttura tridimensionale del substrato
Inibizione a opera di molecole specifiche
L’attività di un enzima può essere bloccata in modo reversibile o irreversibile da molecole (inibitori) che si legano al sito attivo al posto del substrato (inibizione competitiva) o in siti diversi (inibizione non competitiva)
Le istruzioni dell’informazione ereditaria sono immagazzinate dentro la cellula vivente sotto forma di geni. Sono le proteine le macromolecole che compiono la maggior parte delle funzioni cellulari: fungono da elementi costruttivi, da enzimi, regolano l’espressione genica e fanno muovere e comunicare le cellule tra loro. Già all’inizio del 20 secolo i biologi avevano capito che i geni erano
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veicolati sui cromosomi, allora noti come strutture filamentose del nucleo eucariotico che apparivano quando la cellula cominciava a dividersi. Successivamente si trovò che i cromosomi erano fatti di DNA e proteine. Per indicare la polarità del DNA, si chiama 3’ una delle estremità e 5’l’altra. I 2 filamenti polinucleotidici sono tenuti insieme nella doppia elica del DNA da legami idrogeno tra le basi dei 2 filamenti opposti: tutte le basi sono rivolte verso l’interno dell’elica, mentre l’ossatura zucchero-fosfato rimane all’esterno. A si accoppia sempre con T e G con C. I membri di ogni coppia riescono a trovare sistemazione dentro la doppia elica solo se i 2filamenti sono antiparalleli, cioè se la polarità di un filamento è opposta a quella dell’altro filamento. Ogni catena di DNA contiene una sequenza nucleotidica esattamente complementare alla sequenza nucleotidica della catena a cui si lega: ciò ha un importanza fondamentale per la copiatura del DNA. I geni recano informazione biologica che deve essere copiata con precisione e trasmessa quando la cellula si divide in 2 cellule figlie. Già qualche tempo prima di determinare la struttura del DNA si era capito che i geni contenevano le istruzioni per fare le proteine. Dato che ogni filamento di DNA contiene una sequenza nucleotidica esattamente complementare a quella del filamento opposto, ognuno di essi può fare da stampo per la sintesi di un altro filamento complementare. Con la replicazione del DNA si ottengono 2 doppie eliche complete dalla molecola originale, e quella nuova ha una sequenza nucleotidica identica alla doppia elica parentale. Il processo replicativo del DNA viene innescato da proteine iniziatrici che si legano al DNA e distanziano a forza le catene rompendo i legami idrogeno tra le basi.
A ogni origine di replicazione si formano 2 forcelle replicative che scorrono in direzioni opposte rispetto all’origine, aprendo man mano il DNA. Per questo motivo la replicazione batterica ed eucariotica si definisce bidirezionale. Il cuore della macchina replicatrice è un enzima chiamato DNA polimerasi, che sintetizza il nuovo DNA usando come stampo uno dei 2 filamenti originali. Questo enzima catalizza l’aggiunta di nucleotidi all’estremità 3’ di una catena di DNA in allungamento, formando legami fosfodiestere tra questa estremità e il gruppo fosfato al 5’ del nucleotidi adatto. I nucleotidi entrano inizialmente come nucleotidi trifosfati ricchi d’energia, apportando in questo modo l’energia necessaria per la reazione di polimerizzazione. La DNA polimerasi non si dissocia dal DNA ogni volta che aggiunge un altro nucleotidi alla catena, ma vi resta attaccata e vi scorre sopra, continuando a catalizzare la sintesi di un nuovo polimero. La catastrofe viene evitata perché la polimerasi è capace di correggere gli errori che fa. Quindi la DNA polimerasi possiede una attività polimerasica in direzione 5’ a 3’ e un’attività nucleasica in
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direzione 3’ a 5’. L’accuratezza della replicazione si deve alla DNA polimerasi che verifica l’appaiamento corretto dell’ultima base prima di aggiungere un altro nucleotide.
Una polimerasi così non può dare inizio ad un filamento totalmente nuovo. Per questo è necessario un altro enzima, che sia in grado di dare inizio a una catena polinucleotidica nuova semplicemente unendo 2 nucleotidi e senza richiedere un terminale a doppio filamento. Questo enzima non sintetizza DNA, ma brevi tratti di RNA, servendosi del DNA come stampo. Questi tratti di RNA, sono appaiati al filamento stampo e presentano una estremità 3’ appaiata come punto di partenza per la DNA polimerasi. Essi fanno da innesco per la sintesi del DNA e l’enzima che sintetizza questi innesti a RNA si chiama primasi. Il filamento di RNA è simile a un filamento singolo di DNA, da cui differisce solo per lo zucchero nucleotidica, il ribosio al posto del deossiribosio, e per la base uracile al posto della timina. Siccome U si appaia con A, l’innesco a RNA viene sintetizzato sul filamento di DNA per appaiamento di basi, esattamente come avviene per il DNA. Al filamento guida l’innesco serve solo per cominciare la sintesi all’origine di replicazione, quando la forcella replicativa si è stabilita, la DNA polimerasi si trova sempre di fronte una estremità 3’ appaiata man mano che procede lungo il filamento stampo. Sul filamento lento, sono continuamente necessari nuovi inneschi. Quando alla forcella replicativa si espone un nuovo tratto di basi libere, vengono sintetizzati nuovi inneschi a RNA disseminati lungo il filamento lento, la DNA polimerasi aggiunge un deossiribonucleotide all’estremità 3’ di questo innesco dando inizio a un filamento di DNA e allungandolo finché no si imbatte nell’innesco a RNA successivo. Per trasformare in un filamento di DNA continuo tutti i frammenti separati costruiti sul filamento lento intervengono altri 3 enzimi; agiscono rapidamente per eliminare gli inneschi a RNA, sostituirli con DNA e unirli: una nucleasi che degrada l’RNA, una polimerasi che sostituisce DNA all’RNA e la DNA ligasi, che unisce il fosfato terminale al 5’ di un frammento con l’ossidrile 3’ del seguente. La primasi inizia catene polinucleotidiche nuove e può farlo perché no autocorregge le sue sintesi, ma questo comporta che gli inneschi contengano frequentemente errori. Tuttavia, siccome sono fatti di RNA e non di DNA, sono riconoscibili come coppie sospette da eliminare e sostituire con DNA, a questo provvedono le polimerasi di riparazione. La cellula possiede un sistema di riserva, detto correttore di appaiamento, deputato all’eliminazione di errori. Il correttore di appaiamento, un insieme di proteine, individua le coppie mal assortite, taglia uno dei 2 filamenti di DNA che entrano nell’accoppiamento e risintetizza il pezzo mancante. Per correggere gli errori di duplicazione, il sistema di riparazione deve tagliare la catena neoformata, perché intervenendo sull’altra non farebbe che consolidare l’errore invece di eliminarlo.
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Cap. 7) Dal DNA alle proteine:Trascrizione e traduzione sono i processi tramite i quali la cellula legge, le sue istruzioni genetiche, i suoi geni. Dallo stesso gene si possono trarre molte copie identiche a RNA e ogni molecola di RNA può dirigere la sintesi di molte molecole proteiche identiche. Per la cellula il primo passo consiste nel copiare una parte opportuna della sequenza nucleotidica del DNA in un ‘altra sequenza nucleotidica di RNA. Tale processo si chiama trascrizione perché, pur cambiando la forma chimica, l’informazione rimane scritta nello stesso linguaggio, quello dei nucleotidi. Tutto l’RNA cellulare deriva da trascrizione, comincia con l’apertura e la despiralizzazione di un breve tratto della doppia elica del DNA in cui vengono esposte le basi presenti su ciascun filamento, uno dei quali poi fa da stampo per la sintesi dell’RNA. Come nella duplicazione del DNA, la sequenza nucleotidica della nuova catena di RNA viene determinata per appaiamento complementare tra le basi dei ribonucleotidi in arrivo e lo stampo di DNA. Quando l’appaiamento è soddisfacente il ribonucleotidi viene unito covalentemente alla catena in crescita tramite una reazione chimica catalizzata. La catena di RNA prodotta per trascrizione si allunga quindi di un nucleotide alla volta e la sua sequenza è esattamente complementare a quella del filamento di DNA utilizzato come stampo. La trascrizione differisce dalla duplicazione: diversamente dal nuovo filamento di DNA che rimane appaiato al DNA stampo, quello di RNA se ne distacca, spostato dall’elica del DNA che va ricostituendosi subito alle spalle della zona in cui i ribonucleotidi vengono aggiunti. Gli enzimi della trascrizione sono chiamati RNA polimerasi. Anche se la RNA polimerasi catalizza la stessa reazione della DNA polimerasi, i 2 enzimi differiscono per alcuni aspetti: la RNA polimerasi catalizza la formazione di un legame tra ribonucleotidi e non deossiribonucleotidi, poi mancano dell’attività nucleasica di autocorrezione. La grande maggioranza dei geni situati sul DNA cellulare specifica la sequenza amminoacidica delle proteine, e le molecole di RNA ricopiate da questi geni vengono indicate nel loro insieme come RNA messaggero. L’RNA ribosomico forma il centro vitale dei ribosomi, sui quali l’RNA messaggero viene tradotto in proteine, e l’RNA transfer forma gli adattatori selettivi che captano gli aminoacidi e li collocano in posizione opportuna. Per cominciare a trascrivere la RNA polimerasi deve riuscire a riconoscere l’inizio (promotore) di un gene e a legarsi saldamente al DNA in quella posizione. Il fattore sigma svolge il compito di riconoscere la sequenza promotrice sul DNA, una volta che la polimerasi si è ingranata il fattore sigma viene liberato e la polimerasi lasciata libera di proseguire. Quando si stacca incontrando il terminatore, la polimerasi si riassocia a un fattore sigma e cerca un promotore, per riprendere il processo di trascrizione. Il DNA batterico si trova esposto al citoplasma, che contiene i ribosomi, gli organelli che operano la sintesi proteica; man mano che si forma la molecola di RNA trascritto, i ribosomi si attaccano alla sua estremità 5’ e danno inizio alla sintesi proteica. Invece nelle cellule eucariotiche il DNA sta confinato nel nucleo, dove avviene la trascrizione, mentre la sintesi proteica si svolge sui ribosomi nel citoplasma. Quindi l’mRNA eucariotico va trasportato fuori dal nucleo, prima della traduzione, attraversando i pori della membrana nucleare. Nella maggior parte dei geni eucariotici la sequenza codificante è interrotta da sequenze non codificanti, dette introni. I pezzi sparsi della sequenza codificante, detti esoni, sono più corti. Per produrre l’RNA messaggero viene trascritto il gene in tutta la sua estensione, e si forma il trascritto primario. L’RNA viene poi provvisto di cappuccio e coda poliadenilica, e prima di lasciare il nucleo, si spoglia di tutte le sequenze introniche in modo che gli esoni si uniscano tra loro. Una volta completata questa fase, detta taglio, si ha una molecola di RNA messaggero funzionante che può lasciare il nucleo e venire tradotta in proteine. A rimuovere gli introni dall’RNA provvedono enzimi che hanno una composizione mista RNA-proteine. Le regole per tradurre la sequenza nucleotidica del gene, tramite la mediazione dell’RNA messaggero, in sequenza amminoacidica di una proteina amminoacidica di una proteina sono note come codice genetico. Ogni gruppo di 3 nucleotidi consecutivi nell’RNA si chiama codone e ciascuno specifica per un amminoacido. La traduzione dell’mRNA in proteina dipende da molecole adattatrici che riconoscono e legano sia il codone, sia l’amminoacido, però ad
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un altro sito. Questi adattatori sono rappresentati da una serie di piccole molecole di RNA note come RNA transfer.
Alcuni amminoacidi hanno più di un tRNA e alcuni tRNA hanno una struttura tale da richiedere un appaiamento accurato solo nelle prime 2 posizioni del codone e da tollerare un appaiamento scorretto in 3 posizione. Le cellule quindi fabbricano molti RNA diversi per leggere il codice genetico del DNA. Il riconoscimento e l’attacco è compito di enzimi chiamati amminoacil-tRNA sintetasi, che accoppiano l’amminoacido giusto alla serie sei suoi tRNA. Per ogni amminoacido c’è una amminoacil sintetasi diversa (in tutto 20). Il ribosoma scorre lungo l’mRNA traducendo la sequenza nucleotidica in sequenza amminoacidica, un codone per volta, servendosi dei tRNA come adattatori per inserire a ogni sito l’amminoacido corretto all’estremità della catena in allungamento. Quando la sintesi è terminata le 2 subunità si separano. La reazione peptidil transferasica è accompagnata da uno slittamento della subunità minore, che rimane aderente all’mRNA, rispetto alla subunità maggiore. La traduzione di un mRNA comincia con il codone AUG e richiede un tRNA particolare corrispondente. Questo tRNA iniziatore reca sempre l’amminoacido metionina, per cui tutte le proteine appena sintetizzate hanno una metionina all’estremità amminoterminale. In
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seguito la metionina sarà eliminata. Quando viene trovato il primo AUG da parte della subunità ribosomica minore, parecchi fattori di inizio si staccano per far posto alla subunità maggiore. La presenza di uno dei codoni di terminazione (UAA,UAG,UGA) segnala la fine del messaggio. L’RNA possiede tutte le proprietà attese da una molecole capace di catalizzare la propria sintesi, per cui si ritiene che alla base della formazione delle prime cellule vi sia stato questo tipo di molecole.
Cap. 8) Cromosomi e regolazione genica:
Centinaia di tipi cellulari differenti svolgono tutta una gamma di funzioni specializzate che dipendono dai geni e che vengono attivate solo in un tipo di cellula ( linfociti < anticorpi, eritrociti < emoglobina…). Nelle cellule eucariotiche molecole a doppio filamento e di lunghezza enorme vengono imballate, associandole con apposite proteine, nei cromosomi, che il nucleo accomoda facilmente e che si possono distribuire esattamente tra le 2 cellule figlie alla divisione. L’imballaggio deve avvenire ordinatamente in maniera che i geni presenti sulla molecola di DNA siano disponibili per la trascrizione o la replicazione.
Il nucleo di una cellula umana tipica misura circa 5-8 nanometri di diametro e contiene circa 2 metri di DNA. Negli eucarioti il DNA del nucleo si distribuisce in una serie di cromosomi diversi. Ogni cromosoma consiste in una molecola unica e lineare di DNA, associata a proteine su cui il sottile filamento si può avvolgere e assumere una struttura più solida. Il complesso DNA-proteine prende il nome di cromatina. Generalmente i geni dei batteri sono tutti disposti su una molecola di DNA circolare, anch’essa associata a proteine che la condensano e chiamata spesso cromosoma batterico. Le cellule umane, con l’eccezione delle cellule germinali, contengono ciascuna 2 coppie di ciascun cromosoma, un ereditata dalla madre e una dal padre: i cromosomi materno e paterno di ogni coppia si chiamano cromosomi omologhi. Esiste solo una coppia di cromosomi non omologhi, quella dei cromosomi sessuali nel maschio dove il cromosoma Y deriva dal padre e il cromosoma X dalla madre. Durante l’interfase la cellula trascrive i suoi geni e sintetizza proteine. Il DNA si replica e i cromosomi si duplicano quando la cellula è ancora in interfase e prima della divisione. Quando il
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DNA ha finito di replicarsi, la cellula può entrare in fase M, in cui avviene la mitosi. In questo stadio i cromosomi si condensano, la membrana nucleare si frammenta e si forma il fuso costituito da microtubuli e altre proteine.
Il fuso mitotico cattura i cromosomi condensati e ne trasporta una serie completa a ciascun polo della cellula. Intorno a ogni corredo cromosomico si riforma la membrana nucleare e nella citochinesi, ultima tappa della fase M, la cellula si divide in 2 cellule figlie. Lo stato di condensazione dei cromosomi varia a seconda del ciclo di crescita della cellula. I cromosomi fortemente condensati di una cellula in divisione sono noti come cromosomi mitotici, mentre ci si riferisce ai cromosomi distesi col termine di cromosomi interfasici. Ogni cromosoma opera come unità strutturale distinta, ognuno, deve essere capace di duplicarsi, separare le 2 coppie appena duplicate e distribuirle correttamente nelle 2 cellule figlie. Queste funzioni sono controllate da 3 tipi di sequenze specializzate del DNA. Un tipo di sequenza funziona da origine di replicazione, dove comincia la duplicazione del DNA. Una seconda sequenza specializzata , detta centromero, fa si che alla divisione si porti in ogni cellula figlia una coppia del cromosoma duplicato. Durante la mitosi, in corrispondenza del centromero si forma un complesso proteico detto cinetocoro: esso attacca i cromosomi al fuso, che li separa tirandoli. La terza sequenza specializzata del DNA, detta telomero, si trova alle due estremità cromosomiche. Esse sono necessarie perché: dato che il DNA polimerasi sintetizza il DNA solo in direzione 5’- 3’ e sul filamento lento può costruire solo frammenti discontinui, partendo da inneschi a RNA forniti da un altro enzima. Alla punta estrema di una molecola lineare di DNA non ci sarebbe posto per formare l’innesco a RNA e dare cosi inizio alla sintesi del doppio filamento, per cui parte del DNA potrebbe facilmente andare perduto a ogni replicazione. Gli eucarioti risolvono il problema della replicazione degli estremi con speciali sequenze nucleotidiche terminali che attraggono un enzima, detto telomerasi, capace di aggiungere copie multiple della stessa sequenza in coda al cromosoma e di fare uno stampo che consente di replicare il filamento lento fino in fondo. I telomeri svolgono anche un’altra funzione: le sequenze ripetitive telomeriche e le regioni ad esse adiacenti formano strutture che proteggono il DNA dall’attacco di enzimi degradatori, detti nucleasi, che nella cellula digeriscono i nucleotidi partendo preferenzialmente dall’estremità delle molecole. Il complesso DNA-proteine che forma un cromosoma si chiama cromatina e si trova in stati diversi nelle varie fasi del ciclo di vita cellulare.
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Quando le cellule figlie si separano definitivamente dopo la mitosi, la membrana nucleare si riforma e i cromosomi mitotici di decondensano. Nei mammiferi, uno dei cromosomi x femminili viene inattivato permanentemente, forse perché una doppia dose di certi prodotti genetici potrebbe essere letale: uno o l’altro a caso, si addensa fortemente e diventa eterocromatico in una fase precoce dello sviluppo embrionale. Alcune prove del fatto che il cromosoma interfasico alterna zone di cromatina molto addensata e zone di cromatina più distesa vengono da esperimenti in cui si alterna l’espressione di un gene spostandolo di posto sul cromosoma. Le differenze di espressione condizionate dalla collocazione di un gene nel menoma si chiamano effetti di posizione. Il nucleo è delimitato da un involucro nucleare, esso è corredato di 2 reti di filamenti proteici, una detta lamina nucleare, mentre l’altra circonda la membrana nucleare esterna. Le 2 membrane sono forate qua e la dai pori nucleari, che trasportano attivamente molecole ben precise nel citosol e dal citosol. Le cellule di un organismo non differiscono perché contengono geni diversi, ma perché li esprimono diversamente. La cellula può controllare quali proteine produrre in vari modi: controllando quando e con quale frequenza viene trascritto un gene, controllando come avviene il processo di maturazione del trascritto primario a RNA, a livello di taglio e saldatura, scegliendo quali mRNA far tradurre ai ribosomi, attivando o inattivando selettivamente proteine già prodotte. Il controllo della trascrizione si esercita generalmente nella fase di inizio della trascrizione. La regione promotrice di un gene attrae l’enzima RNA polimerasi e lo orienta correttamente, cosi può fare una copia a RNA del gene. I promotori genetici sia dei batteri sia degli eucarioti comprendono un sito di inizio, e una sequenza di circa 50 nucleotidi che si estende a monte dal sito di inizio. Questa regione contiene siti necessari alla RNA polimerasi per legarsi al promotore. Quasi tutti i geni sia batterici che eucaristici hanno, oltre al promotore, sequenze regolatrici del DNA che servono ad attivare e disattivare un gene. Le sequenze regolatrici non lavorano in modo autonomo: per funzionare devono essere riconosciute da proteine dette proteine regolatrici dei geni che si legano al DNA. Gli operoni sono comuni nei batteri ma assenti negli eucarioti, dove i geni regolazione svolgono la loro funzione. All’interno del promotore si trova una breve sequenza di DNA che viene riconosciuta da una proteina regolatrice. Quando la proteina si lega a questa sequenza nucleotidica, detta operone, blocca l’accesso della RNA polimerasi al promotore, il che impedisce la trascrizione degli enzimi nocivi (triptofano sintetici). La proteina regolatrice del gene è nota come repressore del triptofano, può legarsi al DNA solo se ha prima legato varie molecole di triptofano. Il repressore è semplicemente un dispositivo che attiva o disattiva la produzione di una serie di enzimi biosintetici a seconda della disponibilità del prodotto finale della via metabolica catalizzata da quegli enzimi. L’inizio della trascrizione eucariotica differisce da quella batterica in: 1) i batteri contengono un solo tipo di RNA polimerasi, le cellule eucariotiche ne hanno 3. 2) Le RNA polimerasi eucariotiche non sono capaci di iniziare la trascrizione senza l’aiuto di proteine aggiuntive. Esse richiedono l’intervento di un ampio gruppo di proteine dette fattori generici di trascrizione, che si devono associare con la polimerasi al sito promotore, perché l’enzima possa partire a trascrivere. 3) Le proteine regolatrici possono influenzare l’inizio della trascrizione posizionandosi molto distanti. Questo fa si che un solo promotore possa essere controllato da un numero quasi illimitato di sequenze regolatrici sparse lungo il DNA. Invece nei batteri i geni sono controllati spesso da una sola sequenza regolatrice. 4) L’inizio della trascrizione eucariotica deve tener conto di un DNA organizzato in nucleosomi ed eventualmente addensato in strutture cromatidiche più compatte. I batteri utilizzano proteine regolatrici di geni per controllare l’espressione dei loro geni. Quasi tutti i promotori eucariotici richiedono anche proteine attivatore che facilitano l’associazione tra RNA polimerasi e fattori generici di trascrizione. Nella cellula eucariotica l’inizio della trascrizione deve tener conto anche del fattore che il DNA è organizzato in cromatina. I nucleosomi è probabile che siano presenti nelle regioni promotore, quando viene attivata la trascrizione del gene, questi nucleosomi vengono spostati. La facoltà di accendere e spegnere molti geni con una sola proteina non serve solo nella regolazione della funzione cellulare: è pure uno dei mezzi attraverso cui le cellule eucariotiche si differenziano in vari tipi nel corso dello sviluppo embrionale. Il ciclo e retroazione positiva genera memoria cellulare.
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9) Variazione genetica:
Alla radice di tutta la variazione genetica stanno dei cambiamenti del DNA (mutazioni) che modificano la sua sequenza nucleotidica e quindi il suo contenuto di informazioni. Ogni grande popolazione batterica contiene, oltre al tipo genetico predominante, un repertorio di mutanti che rappresenta una nutrita scorta di varianti genetiche. I geni possono trasferirsi da un batterio ad un altro in vari modi. Uno è la coniugazione batterica, il trasferimento diretto da cellula a cellula. Si tratta di una capacità conferita dai geni presenti nei plasmidi batterici, piccole molecole di DNA circolare a doppia elica, separate dal cromosoma batterico più grande. I plasmidi contengono un origine propria che consente loro di replicarsi indipendentemente dal cromosoma. La coniugazione può avvenire solo tra un batterio che contiene un plasmide F e un o che non ce l’ha. Il trasferimento genico incrementa la variabilità genetica e quindi l’adattabilità dei batteri. La ricombinazione omologa si verifica in tutti gli organismi e può avvenire tra 2 molecole qualsiasi di DNA a doppia elica che presentino regioni similari per sequenza nucleotidica. La ricombinazione omologa inizia con una interruzione in uno dei filamenti di DNA appartenenti a una delle due doppie eliche allineate. Il filamento interrotto si svolge e invade l’altra molecola di DNA che a sua volta si despiralizza localmente in modo che il filamento in arrivo si possa appaiare con il suo complementare (crossing over). A questo punto il filamento di DNA spostato si rompe e si incrocia con l’altro per appaiarsi con il filamento suo complementare appartenente all’altra molecola di DNA. Esiste una terza via per il trasferimento genico tra batteri:i virus. Molti genomi batterici contengono tratti di DNA chiamati elementi trasponibili (o trasposoni), che si spostano da un punto all’altro del cromosoma per trasposizione e costituiscono una fonte importante di diversità genetica. I trasposoni si muovono nel DNA ospite per mezzo di particolari enzimi ricombinatori (le trasposasi), e si possono considerare come minuscoli parassiti nascosti nei cromosomi delle cellule. Alcuni trasposoni contengono geni per la resistenza ai farmaci. I trasposoni sono capaci di passare dal genoma batterico ai plasmidi, che in un secondo tempo possono trasferirsi ad altri batteri per coniugazione. La duplicazione del DNA ha portato anche a evolvere geni nuovi reiterando brevi sequenze che codificano singoli domini proteici. Negli eucarioti molte proteine sono composte da una serie si unità strutturali , simili e ripetitive, dette domini proteici. Molti trasposoni eucariotici si trasferiscono mediante un intermedio a RNA anziché a DNA. Questi vengono chiamati retrotrasposoni e popolano solo i genomi eucariotici. I trasposoni si rivelano essere una fonte non trascurabile di mutazioni, e la loro presenza rende il DNA cromosomico assai meno stabile. Benché i virus batterici e quelli eucariotici si rassomiglino molto, un tipo molto importante si trova solo nelle cellule eucariotiche : sono i retrovirus. I retrovirus presentano molte analogie con i retrotrasposoni : la caratteristica più interessante che accomuna questi elementi genetici è la capacità di sintetizzare il DNA utilizzando come stampo l’RNA. L’enzima responsabile è appunto la trascriptasi inversa, codificata dal genoma virale e di cui qualche molecola pronta si trova già incapsulata in ogni singolo virus.
11) Struttura della membrana:
La membrana cellulare non solo si comporta da barriera per impedire al contenuto cellulare di sfuggire a disperdersi nell’ambiente circostante, la membrana è anche attraversata da canali e pompe ad alta selettività, formati da molecole proteiche che consentono l’importazione e
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l’esportazione di altre. Tutte le membrane sono composte di lipidi e proteine e hanno una struttura generalmente comune. La componente lipidica consiste in molti milioni di molecole lipidiche disposte in 2 strati vicini e giustapposti, il doppio strato lipidico che fornisce la struttura di base e si comporta da barriera impermeabile. I lipidi hanno una testa idrofilica e 2 code idrocarburiche idrofobiche. I lipidi di membrana più abbondanti sono i fosfolipidi, in cui la testa idrofilica è legata al resto della molecola da un gruppo fosfato. Molecole con proprietà sia idrofiliche sia idrofobiche si dicono antipatiche. Quindi le molecole antipatiche, come i fosfolipidi, risentono di 2 forze opposte: la testa idrofilica viene attratta verso l’acqua, mentre la coda idrofobia se ne ritrae. Questo conflitto si risolve con la costituzione di un doppio strato ed è molto favorita energicamente. La membrana si comporta come un fluido bidimensionale (cioè le molecole si spostano). Nelle cellule animali la fluidità della membrana è regolata dalla presenza del colesterolo, uno sterolo assente nelle piante, nel lievito e nei batteri. Le membrane cellulari sono generalmente assimetriche, perché presentano verso l’interno della cellula o dell’organello una faccia molto diversa rispetto all’esterno. Nelle cellule eucariotiche quasi la totalità della sintesi di membrana avviene in un comparto intracellulare, il reticolo endoplasmatico. Se la cellula deve assumere sostanze nutritive ed eliminare rifiuti, bisogna che la membrana faccia passare anche ioni, zuccheri, amminoacidi e svariati metabolici, tutte molecole che attraversano i doppi strati lipidici troppo lentamente per diffusione semplice, e quindi sono necessarie proteine trasporto specializzate che facciano superare loro la barriera con efficienza (proteine di membrana). Quasi tutte le membrane cellulari sono rinforzate e sostenute da una impalcatura proteica, attaccata per mezzo di proteine transmembrana. In particolare esse si organizzano in una trama di proteine fibrose, lo strato corticale (cortex) cellulare aderente alla faccia citosolica, che determina la forma cellulare e le proprietà meccaniche della membrana plasmatica.
12) Trasporto di membrana:
Le proteine di trasporto si possono distinguere in 2 classi: le proteine vettrici, legano un soluto da una parte della membrana e lo trasferiscono dall’altra tramite un cambiamento della propria conformazione. Invece le proteine di canale formano minuscoli pori idrofilici nello spessore del doppio strato, attraverso i quali i soluti passano per diffusione. Un esempio semplice di proteina di trasporto è il vettore del glucosio, presente nella membrana plasmatica degli epatociti. Due forze si compongono nel determinare gli spostamenti di un soluto carico attraverso la membrana, una dovuta al dislivello di concentrazione e l’altra alla differenza di potenziale elettronico. Le cellule non possono far conto soltanto sul trasporto passivo. Il trasporto attivo dei soluti contro il loro gradiente elettrochimico ha una importanza estrema per mantenere la composizione ionica intracellulare e per importare soluti più concentrati dentro la cellula rispetto all’esterno. Il trasporto attivo avviene in 3 modi:
1) I trasportatori accoppiano il trasporto di un soluto contro gradiente al trasporto di un altro soluto secondo gradiente
2) Le pompe ad ATP accoppiano il trasporto contro gradiente all’idrolisi di ATP.3) Le pompe fotoalimentate accoppiano il trasporto contro gradiente all’assorbimento di
energia luminosa (batteri).
Le piante, i funghi e molti altri batteri, accumulano il gradiente protonico per mezzo di ATPasi di membrana che idrolizzano ATP per pompare H+ fuori dalla cellula, e somigliano alle pope Na+ - K+ e Ca2+ dei mammiferi.
13) Mitocondri e cloroplasti come generatori di energia
Nella cellula la moneta energetica principale è l’ATP. Nelle cellule eucariotiche si generano modeste quantità di ATP nel citosol durante la glicolisi, mentre la maggior parte viene prodotta nei mitocondri (cloroplasti). Processo per la produzione dell’ATP: 1) elettroni derivati da ossidazione vengono trasferiti attraverso una serie di vettori appositi, detta catena per il trasporto di elettroni. 2) accoppiamento chemiosmotico. Nei mitocondri viene prodotta la maggior parte dell’ATP.
I mitocondri contengono il loro DNA ed RNA e un sistema completo di trascrizione e traduzione, ribosomi compresi, possono sintetizzare alcune delle loro proteine da soli. La catena per il trasporto di elettroni responsabile della fosforilazione ossidativa è presente in molte copie nella membrana mitocondriale interna. Nota anche come catena respiratoria, contiene 40 proteine di cui 15 sono implicate nel trasporto degli elettroni. Quasi tutte sono immerse nel doppio strato lipidico e funzionano solo se la membrana è intatta. 3 complessi enzimatici: complesso della NADH deidrogenasi – il complesso del citocromo – il complesso della citocromo ossidasi. (= proteine che compongono la catena respiratoria). I complessi respiratori sono sede delle pompe protoniche e ciascuno di essi può essere immaginato come un macchinario proteico che trasferisce protoni oltre la membrana man mano che capta gli elettroni al loro passaggio. Le proteine della catena respiratoria guidano gli elettroni in modo che passino da un complesso enzimatico all’altro.
Nelle cellule eucariotiche il gradiente protonico viene utilizzato per sintetizzare ATP e per traghettare certi metabolici oltre la membrana mitocondriale.
14) Compartimenti intracellulare e trasporto:
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Una strategia utilizzata sia dalle cellule procariotiche che eucariotiche consiste nell’aggregare i vari enzimi necessari per catalizzare una certa sequenza di reazioni in un solo grande complesso proteico. Una seconda strategia sta nel confinare processi metabolici differenti, e le proteine che vi partecipano, in compartimenti diversi, delimitandoli con membrane. Le membrane cellulari, fungono da barriere a permeabilità selettiva per controllare il passaggio di quasi tutte le molecole. I ribosomi sintetizzano proteine destinate alla membrana RE o elle altre sue cavità. L’apparato di Golgi riceve proteine e lipidi dall’RE, li modifica e li smista verso altre destinazioni cellulari. I lisosomi degradano gli organelli troppo consumati . I perossisomi sono organelli delimitati da una membrana singola: contengono enzimi attivi in tutta una serie di reazioni ossidative che demoliscono i lipidi. I mitocondri e i cloroplasti sono invece circondati da una membrana doppia: ospitano la fosforilazione ossidativa e la fotosintesi e contengono entrambi membrane altamente specializzate nella produzione di ATP. La somiglianza del loro genoma, e più ancora di alcune delle loro proteine, con le corrispondenti molecole batteriche indica fortemente che i mitocondri e i cloroplasti devono derivare da batteri, fagocitati da cellule eucariotiche primitive con cui in un primo tempo si stabilì un rapporto simbiotico. Questo spiegherebbe anche perché questi organelli hanno 2 membrane. Prima di completare la sua riproduzione dividendosi in 2, la cellula eucariotica deve duplicare i suoi organelli delimitati da membrana. La cellula non può fabbricarli da materiale eterogeneo: le serve l’informazione presente nell’organello stesso. Quindi per lo più gli organelli si formano da quelli preesistenti, che crescono e si dividono. Le proteine sintetizzate nel citosol vengono spedite alle varie destinazioni cellulari in base all’indirizzo specifico indicato nella loro sequenza amminoacidica: giunta all’indirizzo (segnale di smistamento) appropriato, la proteina entra nell’organello. La sintesi di quasi tutte le proteine comincia sui ribosomi del citosol. Oltre ai pori nucleari un’altra via di passaggio per le proteine sono i traslocatori proteici situati nella membrana (la proteina deve svolgersi per penetrare a filo nella membrana). Le proteine che vanno oltre l’RE viaggiano a bordo di vescicole di trasporto. Sulle proteine il segnale di smistamento consiste in un tratto continuo di amminoacidi. La membrana nucleare interna contiene proteine che agiscono da siti di legame per i cromosomi e per la lamina nucleare. I pori nucleari trasportano proteine ripiegate nella loro conformazione nativa e trasferiscono componenti ribosomici come particelle già montate, e in questo si distinguono dai sistemi di trasporto attivi in altri organelli. Per crescere e mantenersi i mitocondri e i cloroplasti hanno bisogno di apportare alle loro membrane non solamente proteine nuove ma anche lipidi nuovi. Si ritiene che i fosfolipidi vengano importati dall’RE. Il Re serve da punto di entrata per proteine destinate ad altri organelli, oltre che a se stesso. Due sono i tipi di proteine che traslocano dal citosol all’RE: le proteine idrosubili e le proteine destinate a una collocazione transmembrana che attraversano solo parzialmente la membrana. In alcune proteine transmembrana la sequenza segnale per l’inizio del trasferimento si trova all’interno anziché all’amminoterminale e non viene rimossa. In pratica le proteine di membrana pluripassanti vengono inserite nel doppio strato lipidico durante la sintesi con un meccanismo che somiglia a quello di una macchina da cucire. Il trasporto dall’RE all’apparato di Golgi e dall’apparato di Golgi ad altri comparti del sistema di membrane intracellulare si svolge per gemmazione e fusione continua di vescicole di trasporto. Nella via secretoria, diretta all’esterno , le molecole proteiche vengono trasportate dall’RE , attraverso l’apparato di Golgi , alla membrana plasmatica o ai lisosomi. Nella via endocitica, diretta verso l’interno, le molecole extracellulari vengono inglobate in vescicole derivate dalla membrana plasmatica, recapitate agli endosomi precoci e infine ai lisosomi. I recettori del carico, vengono catturati dalle adaptine che ancorano pure le molecole di clatrina alla faccia citosolica della vescicola in gemmazione. Le molecole di dinamina formano un complesso intorno alla radice della vescicola in gemmazione. Una volta associate fanno staccare la vescicola. Il traffico vescicolare non rimane confinato dentro la cellula: si estende in entrambi i sensi fino alla membrana plasmatica. Alla superficie cellulare arrivano proteine , lipidi e carboidrati di nuova sintesi, provenienti dall’RE, via apparato di Golgi, veicolati da vescicole di trasporto che si fondono con la membrana plasmatica in un processo chiamato esocitosi. Molte proteine che entrano nel lume dell’Re o nella sua membrana si convertono in glicoproteine per lo stabilirsi di legami
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covalenti con catene lateali oligosaccaridiche. Sono gli enzimi glicosilanti, presenti nell’RE e non nel citosol a catalizzare tale processo , detto anche glicosilazione. Le proteine mal conformate si legano alle proteine secondatrici (chaperon) nella cavità dell’RE, per cui vi si trattengono, mentre le proteine normoconformate, passano all’apparato di Golgi via vescicole di trasporto. Se le proteine mal conformate non riescono ad assumere la struttura tridimensionale giusta vengono trasportate nel citosol e demolite.
In tutte le cellule eucariotiche esiste una corrente continua di vescicole che gemmano dal reticolo di Golgi trans e si diffondono con la membrana plasmatica. Questa via di esocitosi costitutiva rimane sempre in funzione e fornisce lipidi e proteine di nuova sintesi alla membrana plasmatica: per questa via la membrana viene rifornita quando deve crescere di dimensioni per poi dividersi. Per questa stessa via vengono trasportate alla superficie cellulare proteine che si devono riversare all’esterno, nel processo della secrezione. Le cellule secretici specializzate producono grandi quantità di particolari prodotti, come ormoni, che vengono immagazzinati in vescicole secretorie. Queste vescicole gemmano dal reticolo di Golgi trans e si accumulano in prossimità della membrana plasmatica, ma si fondono con essa solo quando la cellula viene stimolata da un segnale extracellulare, riversando il loro contenuto fuori. Le cellule eucariotiche si riforniscono continuamente di fluidi e anche di molecole grandi e piccole con il processo dell’endocitosi. Il materiale da ingerire viene progressivamente abbracciato da un tratto di membrana plasmatica, che comincia col gemmare verso l’interno e poi si distacca formando una vescicola endocitica intracellulare. Il materiale ingerito viene infine consegnato ai lisosomi, che lo digeriscono: i metabolici derivati dalla digestione si trasferiscono direttamente fuori dal lisosoma nel citosol, dove la cellula li utilizza. Molte particelle e molecole extracellulari ingerite dalla cellula finiscono nei lisosomi, che sono sacchi membranosi di enzimi idrolitici che provvedono alla digestione intracellulare controllata del materiale di provenienza esterna come anche gli organelli consumati dall’uso.
16) Il Citoscheletro:
Al suo interno la cellula si muove continuamente, e allora è il citoscheletro che provvede gli apparati necessari per i movimenti intracellulare, come il trasporto degli organelli da una regione ad un’altra, la distribuzione dei cromosomi alle due cellule figlie nella mitosi e la strozzatura che ne completa il distacco nella divisione cellulare degli animali. Nei procarioti il citoscheletro non esiste. Il citoscheletro si fonda su un’intelaiatura di filamenti proteici di tre tipi: filamenti intermedi, microtubuli e i filamenti actinici. I filamenti intermedi rendono la cellula più resistente ai danni meccanici. I microtubuli hanno il compito di posizionare gli organelli delimitati da membrana e di pilotare i loro spostamenti nell’ambito della cellula. Quando la cellula entra in mitosi, i microtubuli citoplasmatici di dissociano nei loro elementi, per poi riassociarsi in quella complicata struttura che è il fuso mitotico. I microtubuli sono fatti di subunità (molecole di tubulina), le subunità ti tubulina si impilano a formare le pareti della cavità del microtubuli. Le cellule possono limitare selettivamente l’instabilità dinamica dei loro microtubuli. I microtubuli influenzano anche la disposizione delle membrane cellulari eucariotiche, specie grazie alle proteine motrici che si spostano seguendone il corso. Le proteine motrici (chinesine e dineine) si legano ai filamenti di actina o ai microtubuli e utilizzano l’energia ottenuta da cicli ripetuti di idrolisi dell’ATP. Le cellule utilizzano i microtubuli stabilizzati come supporti rigidi per costruire tutta una serie di strutture dotate di polarità, tra cui cilia e flagelli. I filamenti actinici si trovano in tutte le cellule eucariotiche e sono essenziali per molti dei loro movimenti, specialmente quelli relativi alla superficie cellulare. In una cellula animale tipica l’actina è circa il 5% della proteina totale: circa la metà si trova montata in filamenti actinici, mentre l’altra metà si trova libera nel citosol in forma monomerica. Pur essendo presente dovunque nel citoplasma della cellula eucariotica, l’actina si trova concentrata in un o strato sotto la membrana plasmatica, cortex cellulare. I microtubuli e i filamenti actinici si differenziano per una caratteristica fondamentale: per questi ultimi il nucleo proteico organizzatore si trova all’estremità più, e i monomeri si aggiungono a questa stessa estremità per allungare. Tutte le proteine motrici actino-dipendenti appartengono alla famiglia delle miosine. Esse legano e idrolizzano ATP, procurandosi cosi l’energia per muoversi lungo i filamenti di actina dall’estremità meno verso quella più.
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17) La divisione cellulare:
Il ciclo della cellula eucariotica si divide in 4 fasi: mitosi, citochinesi = fase M. Poi abbiamo l’interfase e la fase S di sintesi dove la cellula replica il suo DNA nucleare. Per tutta l’interfase la cellula continua a trascrivere geni, sintetizzare proteine e crescere come massa. Le fasi G1 e G2 nel loro insieme danno altro tempo alla cellula per crescere e duplicare i suoi organelli citoplasmatici. Il primo segno visibile che una cellula sta per entrare in fase M è la condensazione progressiva dei suoi cromosomi, la condensazione cromosomica segna la fine della fase G2. La produzione di 2 cellule figlie avviene durante la mitosi e se ne occupa il fuso mitotico, composto principalmente di microtubuli, che comincia ad associarsi alla fine della fase G2. Prima che inizi la mitosi ogni cromosoma è duplicato, e consiste di 2 cromatidi identici, uniti nel senso della lunghezza da interazioni tra proteine cromatidiche di superficie. Durante la mitosi queste proteine vengono degradate, i cromatidi fratelli si separano e diventano cromosomi figli indipendenti, e il fuso mitotico li tira ai poli opposti della cellula. La mitosi si divide in 5 stadi: profase dove i cromosomi duplicati si condensano, prometafase l’involucro nucleare si frammenta facendo entrare in contatto i cromosomi, metafase il fuso mitotico raccoglie tutti i cromosomi al centro del fuso, anafase i 2 cromatidi fratelli di ogni cromosoma duplicato si allontana e il fuso li porta verso poli opposti. Durante la telofase si riassocia l’involucro nucleare intorno a ciascuno dei 2 corredi cromosomici suddivisi e si formano i 2 nuclei. Meiosi: Processo caratteristico delle cellule eucarioti, durante il quale da una cellula si formano quattro cellule figlie, aventi la metà del patrimonio genetico di quella originaria. In altri termini, la meiosi determina la ripartizione di ciascuna coppia di cromosomi omologhi (cromosomi su cui si trovano geni corrispondenti) presenti nelle cellule diploidi. La meiosi si differenzia da un altro
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processo di divisione cellulare, la mitosi, nella quale si formano cellule figlie aventi lo stesso patrimonio genetico della cellula madre.
