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
Complessità specificamente definita
• Ogni essere vivente e’ estremamente complesso da molti punti di vista:– Morfologico– Composizione chimica– Struttura molecolare dei composti che lo costituiscono– FunzionamentoL’esistenza di questa complessità indica necessariamente
che nella materia vivente sia presente una grande quantità di informazione.
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
Capacità di riproduzione
• Dare origine a nuovi viventi con caratteristiche molto simili se non identiche
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
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 pre-esistente
• 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
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
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 pre-esistente
• 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
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
Nucleo
• Funzione: - contiene l’informazione genetica della cellula
• Cromatina, nucleoplasma, lamina nucleare• Involucro nucleare, pori nucleari• Cromosomi
Mitocondri
• Funzione: - organuli coinvolti nelle trasformazioni energetiche (sintesi di ATP)
• Membrana interna, creste, matrice mitocondriale
• Membrana esterna• Origine endosimbiontica
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
Lisosomi
• Funzione: - contengono enzimi digestivi e degradano proteine, acidi nucleici e lipidi.
• Fagosoma, lisosoma secondario• Perossisomi, producono e degradano H2O2
Citoscheletro
• Funzione: - mantiene costante la forma cellulare, contribuisce ai movimenti cellulari
• Microfilamenti, filamento intermedio, microtubulo
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 i
lati della membrana
Fluidità
• Una membrana biologica NON è una struttura rigida e immobile: sia le molecole proteiche che le molecole lipidiche sono in continuo movimentoQuesto movimento è detto diffusione lateraleLa 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
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
Le giunzioni nelle cellule animali
• Giunzioni occludenti• Desmosomi• Giunzioni serrate (“gap junctions”)
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
Sistemi di trasporto attraverso la membrana cellulare
• Trasporto passivo• Trasporto facilitato• Trasporto attivo• Endocitosi-esocitosi
Ulteriori funzioni delle membrane
• Endocitosi mediata da recettori• Funzioni di “riconoscimento”• La trasduzione del segnale mediante
proteine
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
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)
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 delleproteine è specificata dal codice genetico, che correla triplette di nucleotidi, dettecodoni, a specifici aminoacidi.
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).
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.
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
ATP
• Adenina• Ribosio
– Adenosina– 1 gruppo fosfato AMP– 2 gruppi fosfato ADP– 3 gruppi fosfato ATP
Reazioni di ossido-riduzione
• Sono reazioni chimiche che trasferiscono elettroni ed energia
• NAD+ ; NADH + H+
• FAD; FADH2
La liberazione di energia dal glucosio
• Glicolisi• Ossidazione del piruvato• Ciclo dell’acido citrico• Catena respiratoria