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BIO-BIOLOGIA CELLULARE CAP. 1 (solo le cose che non ricordo mai o…
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- citoplasma dove avvengono tante funzioni cellulari --> nelle cellule + evolute queste funzioni sono svolte da strutture specializzate: gli organelli citoplasmatici
cellula procariotica --> parete cellulare esterna alla membrana cellulare fatta di peptidoglicani (polisaccaridi). Unicellulare, no nucleo e no organelli citoplasmatici. Una singola molecola di DNA nel nucleoide. Nel citoplasma --> ribosomi. Non essendoci gli organelli le funzioni si svolgono spesso nei mesosomi = invaginazioni nelle membrana. cellula eucariotica --> nel citoplasma organelli che svolgono funzioni cellulari. Nel nucleo cromosomi ognuno costituito da una molecola di DNA lineare. Unicellulari o pluricellulari.
Membrana cellulare (si proc. e si euc.):
- costituita da fosfolipidi e proteine
- circondato dalla membrana nucleare, costellata di pori nucleari.
- contiene il DNA che è complessato con proteine strutturali --> gli ISTONI che costruiscono la cromatina. Quando la cellula non è in divisione, i filamenti di DNA che costituiscono i cromosomi formano un ammasso indistinto. Appena prima della divisione cellulare la cromatina si addensa e i vari cromosomi assumono l'aspetto compatto con cui sono visibili al microscopio.
- contiene i nucleoli --> strutture in cui vengono sintetizzati gli RNA ribosomiali (rRNA) e i ribosomi.
Gli organelli citoplasmatici:
- RIBOSOMI (si proc. e si euc.) -->
- avviene la sintesi proteica
- assemblati nel nucleolo
- due subunità con RNA ribosomiale e proteine
- quelli degli eucarioti più grandi
- RETICOLO ENDOPLASMATICO (no proc. e si euc.) -->
- sistema di membrane
- liscio (REL) o rugoso (RER) a seconda che sia privo o rivestito di ribosomi
- coinvolto nel trasporto dei materiali attraverso la cellula
- APPARATO DI GOLGI (no proc. e si euc.) -->
- pila di vescicole appiattite chiamate cisterne
- è un centro di raccolta, rielaborazione e smistamento dei prodotti del RE --> li indirizza ai diversi compartimenti cellulari
- parte dell'apparato rivolta verso l'interno = cis, parte dell'apparato rivolta verso la membrana = trans.
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CELLULA VEGETALE
- in più rispetto alle cellule animali hanno parete cellulare (come procarioti), plastidi e vacuoli.
- plastidi = cromoplasti, contenenti sostanze colorate (pigmenti), leucoplasti, incolori e contenenti sostanze di riserva, e i cloroplasti, contenenti pigmenti verdi (le clorofille).
- cloroplasti --> contengono un sistema di vescicole membranose appiattite, i tilacoidi. Sono sede della fotosintesi clorofilliana.
- vacuoli --> vescicola contenente acqua che diventa sempre più grande via via che la cellula invecchia, fino a occupare quasi tutto il suo volume. è un deposito per sostanze di riserva e di rifiuto.
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METABOLISMO CELLULARE --> complesso di reazioni chimiche di sintesi (anabolismo) e di degradazione (catabolismo), che si svolgono in ogni organismo vivente e che ne determinano l'accrescimento, il rinnovamento, il mantenimento.
- le reazioni cataboliche sono esoergoniche
- le reazioni anaboliche richiedono energia (endoergoniche) che è fornita loro dalle reazioni cataboliche attraverso l'ATP.
La 1 fase della demolizione del glucosio è la glicolisi dove il glucosio viene demolito in piruvato (o acido piruvico).
- è presente in tutte le cellule, poi a seconda dell'organismo e dell'ambiente il piruvato può seguire due percorsi: anaerobiosi (in assenza di ossigeno) tramite la fermentazione, aerobiosi (in presenza di ossigeno) tramite la respirazione cellulare.
1. GLICOLISI (dettagliata)
- sono nove reazioni biochimiche
- una molecola di glucosio (a 6 atomi di carbonio) viene trasformata in due molecole di piruvato (C3H4O3 --> a 3 atomi di carbonio) liberando energia. Questa energia viene sfruttata per produrre due molecole di ATP e due di NADH
IMG_6626 (equazione globale della glicolisi)
2. RESP. CELLULARE
- aerobiosi --> il piruvato viene ossidato in CO2 e H2O nella respirazione cellulare (seconda fase della demolizione del glucosio).
- avviene nei mitocondri
- è divisa in tre fasi: decarbossilazione ossidativa del piruvato, ciclo di Krebs e catena respiratoria.
1. decarbossilazione ossidativa del piruvato -->
il piruvato perde una molecola di CO2 e il resto del piruvato si trasforma in un gruppo acetile (a 2 atomi di C) legato al coenzima A (CoA) = acetil-coenzima A e una molecola di NADH.
- ciclo di Krebs -->
- l'acetil-coenzima A si lega all'acido ossalacetico (a 4 C) formando acido citrico (a 6 C).
- l'acido citrico si ossida molte volte fino a formare CO2 e ATP
- inoltre porta alla riduzione di tre molecole di NAD+ a NADH e una molecole di FAD a FADH2 (perché sono due trasportatori di elettroni che acquistano gli elettroni dell'acido citrico che appunto si ossida).
- catena respiratoria -->
- la terza fase della respirazione è la catena respiratoria che necessita di ossigeno
- i due coenzimi NADH e FADH2 si ossidano cedendo elettroni alla catena respiratoria costituita da una serie di proteine trasportatrici nella membrana delle creste mitocondriali
- l'energia che gli elettroni perdono passando da una proteina all'altra viene sfruttata per produrre ATP --> NADH = tre molecole di ATP, FADH2 = due molecole di ATP
- l'accettore finale degli elettroni è l'ossigeno che poi diventa H2O
- questo processo è detto fosforilazione ossidativa
2. FERMENTAZIONE
- anaerobiosi --> il piruvato viene ridotto dal NADH a NAD+ e convertito in sostanze diverse a seconda del tipo di fermentazione:
ferm. lattica --> acido lattico
ferm. alcolica --> alcol etilico e CO2
- non porta ad altra produzione di ATP oltre alla glicolisi come nella resp. cellulare ma permette solo riossidare NADH prodotto nella glicolisi.
Fermentazione lattica
- batteri del latte che trasforomano il lattosio in acido lattico
- per yogurt o latticini o nei muscoli quando non c'è abbastanza ossigeno (quando facciamo fatica) per produrre ATP con la resp. cellulare.
Fermentazione alcolica
- lievito utilizzato: Saccharomyces cerevisiae per la panificazione e altri,...
Alcuni procarioti anaerobi sono in grado di ricavare energia mediante demolizione ossidativa della sostanza organica, simile alla respirazione
la cellula ricava energia tramite l'ossidazione di sostanze organiche --> la principale fonte di energia per le cellule è la demolizione del glucosio.
dall'ossidazione completa di una molecola di glucosio si ottengono 38 molecole di ATP (2 dalla glicolisi e 36 dalla resp. cell.) --> questa è però una stima
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FOTOSINTESI CLOROFILLIANA
- processo compiuto dai vegetali
- cattura energia solare e la trasforma in energia chimica sotto forma di glucosio.
- sintesi di glucosio a partire da CO2
- i vegetali assorbono dall'ambiente CO2 e H2O per produrre C6H12O6 e O2
- negli eucarioti avviene nei cloroplasti dove l'energia è catturata dai pigmenti (clorofille e carotenoidi) nei tilacoidi
2 FASI:
Fase luminosa
- la luce catturata dalla clorofilla nei tilacoidi si trasforma in energia chimica sotto forma di ATP e NADPH
Fase oscura
- serie ciclica di reazioni --> ciclo di Calvin
- avviene nello stroma (parte del cloroplasto)
- l'energia dell'ATP e il potere riducente del NADPH sono utilizzati per ridurre la CO2 e produrre glucosio.
fosfolipidi --> testa polare idrofila (gruppo fosfato) e due code idrofobe (catene idrocarburiche apolari dei due acidi grassi)
Molti dei fosfolipidi che formano il lato esterno della membrana sono legati a una componente glucidica --> in questo caso sono detti glicolipidi. Anche le proteine si legano a componenti glucidiche formando le glicoproteine.
ENZIMI
- sono catalizzatori biologici = aumentano la velocità delle reazioni
- le sostanze che reagiscono legandosi ad un enzima vengono chiamate substrati che si legano all'enzima nel sito attivo.
- enzimi --> altamente specifici
- richiedono condizioni di temperatura e ph ben precise
- richiedono anche determinati cofattori come i coenzimi (solitamente vitamine)
- terminano in -asi
ENZIMI ALLOSTERICI
- c'è una coordinazione tra le singole attività perché i composti organici vengono continuamente scomposti e ricomposti senza generare mai caos
- questo avviene grazie agli enzimi allosterici che oltre a legare il proprio substrato nel sito attivo legano anche altre molecole in siti diversi dal sito attivo che fungono da attivatori o inibitori.
- grazie a queste molecole l'enzima in questione subirà una diminuzione o un aumento della sua affinità per il substrato.
- ES: molti medicinali
- 9 amminoacidi essenziali
- peptidi --> polimeri degli amminoacidi ma un po' più semplici delle proteine perchè ne contengono meno
- proteine globulari (enzimi, ormoni, proteine di trasporto) --> forma rotondeggiante generata dal ripiegamento della struttura secondaria (α-elico o β-foglietto)
- proteine fibrose (cheratina, collagene) --> forma allungata, conferiscono resistenza ed elasticità, comprendono un unico tipo di struttura secondaria.
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- insolubili in acqua
- sono componenti strutturali (fosfolipidi) o riserva energetica (trigliceridi) o messaggeri chimici (steroidi)
Microscopia
- non siamo in grado di percepire come distinti due punti posti a distanza inferiore a 0,1 mm
(1 mm = 1.000 µm = 1.000.000 nm)
- microscopio ottico: obiettivo + oculare
- microscopio elettronico --> invece che un fascio di luce se ne utilizza uno di elettroni.
elettronico a trasmissione
elettronico a scansione
Teoria cellulare
- termine cellula --> Robert Hooke 1665
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Le proteine di membrana possono attraversare parzialmente o totalmente il doppio strato lipidico, sporgendo nel citoplasma.
funzioni membrana cellulare:
- strutturale
- funzionale --> regola gli scambi tra ambiente interno e esterno
- comunicazione --> le glicoproteine hanno funzione di recettori. Hanno un ruolo importante nel riconoscimento e adesione tra cellule. ES: le glicoproteine nei globuli rossi che permettono, durante la trasfusione di sangue, che il gruppo sanguigno sia quello giusto in base alle glicoproteine del sangue trasfuso. La glicoproteina consente quindi di classificare i diversi gruppi sanguigni.
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- LISOSOMI (no proc. e si euc.) -->
- vescicole
- stomaco cellulare --> contengono enzimi digestivi e ph molto acido per demolire, come nei globuli bianchi, batteri e virus.
- autolisi = una cellula che si suicida rompendo la membrana dei lisosomi e riversando quindi gli enzimi digestivi nel citoplasma.
- MICROSOMI (no proc. e si euc.) -->
- simili ai lisosomi solo più piccoli
- importanti i perossisomi per la produzione del perossido di idrogeno
- funzione di demolire le sostanze tossiche
- MITOCONDRI (no proc. e si euc.) -->
- organelli semiautonomi che possiedono un proprio DNA
- sono le centrali energetiche delle cellule: sede della respirazione cellulare
- CITOSCHELETRO (no proc. e si euc.) -->
- intreccio di filamenti proteici che irrobustiscono la cellula
- 3 tipi di filamenti: microtubuli, filamenti intermedi = fatti di cheratina conferiscono alla cellula resistenza meccanica, microfilamenti = permettono gli spostamenti nella cellula
- centrioli (centrosoma) --> importanti per il montaggio dei microtubuli
- flagelli e ciglia --> appendici cellulari utilizzati dalle cellule per muoversi mentre se le cellule sono fisse li utilizzano per spostare materiale. ES: trachea e bronchi per eliminare il muco.
NB: parete cellulare presente nei procarioti con i peptidoglicani, mentre negli eucarioti con cellulosa nelle piante e chitina nei funghi.
- trasporto passivo o trasporto attivo
--> il primo avviene secondo gradiente di concentrazione = una sostanza si sposta da una zona in cui la sua concentrazione è maggiore ad una dove è minore. è quindi spontaneo e non serve energia.
Il secondo avviene contro gradiente di concentrazione = viceversa di sopra. Serve energia.
TRASPORTO PASSIVO
- il trasporto passivo di un composto privo di carica dipende dal gradiente di concentrazione fra i due lati della membrana, mentre quello di un composto ionico dipende dal gradiente elettrochimico (risultato della somma del grad. di concent. e del potenziale elettrico)
- Un esempio di trasporto passivo è la DIFFUSIONE SEMPLICE (classica)
- un caso particolare di diffusione è l'OSMOSI con la pressione osmotica (già fatto vedi schemi chimica)
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IMPORTANTE!!! --> le cellule vegetali possono vivere a contatto con soluzioni molto diluite, senza scoppiare. In una soluzione ipertonica subiscono la plasmolisi = distacco della membrana cellulare dalla parete dovuta alla fuoriuscita di acqua.
TRASPORTO MEDIANTE PROTEINE DI MEMBRANA
- ioni e zuccheri non riescono ad attraversare la membrana per diffusione semplice, ma lo fanno grazie a delle proteine di trasporto (o di membrana) che operano secondo due meccanismi:
- diffusione facilitata = trasporto secondo gradiente di concentrazione mediante una proteina di trasporto. è quindi processo passivo.
- trasporto attivo = attraverso proteine di trasporto (pompe) spostando la sostanza contro gradiente di concentrazione, utilizzando quindi energia.
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TRASPORTO MEDIANTE VESCICOLE
- macromolecole o particelle enormi che non attraversano la membrana ne per diffusione semplice ne per proteine trasportatrici, lo fanno mediante vescicole: endocitosi (introdurre) e esocitosi (espellere).
ENDOCITOSI --> invaginazioni esterne nella membrana che prendono la sostanza e poi si chiudono verso l'interno. Fagocitosi = trasporto particelle solide e pinocitosi = trasporto liquide. Esiste anche endocitosi mediata da recettore.
ES: amebe si nutrono per fagocitosi.
ESOCITOSI --> le vescicole contenenti le particelle si spostano verso la membrana fino a fondersi con essa ed aprirsi verso l'esterno.
Potenziale di membrana --> in tutte le cellule c'è una diversa concentrazione di ioni ai due lati della membrana --> si ha quindi una differenza di potenziale elettrico pari a -70 mV (millivolt) dove l'interno è negativo rispetto all'esterno. Tale differenza è detta potenziale di membrana. Questa è il risultato di diverse proteine di trasporto: le pompe proteiche.
ES: la pompa Na+/K+ fa sì che lo ione sodio (Na+) sia più concentrato all'esterno della cellula e lo ione potassio (K+) sia più concentrato all'interno.
Le pompe proteiche permettono quindi di bilanciare la pressione osmotica e bilanciare le cariche elettriche tra interno ed esterno.
COMUNICAZIONE TRA LE CELLULE
- tra cellule distanti --> messaggeri chimici trasportati dal sangue che arrivano alla cellula e si introducono tramite endocitosi mediata da recettore.
- tra cellule a stretto contatto --> comunicano direttamente attraverso giunzioni di vario tipo
- per le cellule vegetali ci sono i plasmodesmi mentre per le cellule animali ci sono tre tipi:
- desmosomi --> c'è una placca densa localizzata sul lato della membrana che guarda il citoplasma, unita a questo tramite filamenti di cheratina. Legate alla placca ci sono delle proteine per l'adesione cellulare che si estendono, attraverso la membrana cellulare, fino alla placca densa della seconda cellula.
- giunzioni occludenti --> ci sono delle file di proteine di membrana che permettono l'adesione delle due cellule adiacenti formando una "cintura".
- giunzioni comunicanti --> ci sono dei complessi proteici che hanno dei canali che passano per le membrane delle due cellule adiacenti permettendo il passaggio di ioni,...
L'ATP è il trasportatore dell'energia cellulare
- è formato da un nucleoside, l'adenosina e tre gruppi fosfato
- è sintetizzato attraverso una reazione di condensazione a partire da ADP (adenosindifosfato) e Pi (fosfato inorganico) --> una reazione anabolica e quindi endoergonica.
- mediante la sintesi o l'idrolisi di ATP la cellula può velocemente accumulare o rendere disponibile energia.
- Durante le reazioni chimiche il trasferimento di energia che avviene comporta il passaggio di elettroni da una sostanza a un'altra, un cambiamento dello stato di ossidazione (reazioni di ossidoriduzione).
- Quando una sostanza si ossida nella sua molecola entra ossigeno, mentre quando una sostanza si riduce oltre all'elettrone acquista anche uno ione H+, entrano quindi atomi di idrogeno.
- Ci sono dei trasportatori di elettroni (di potere riducente), tra questi ricordiamo:
NAD --> accetta un protone e due elettroni, riducendosi NADH
FAD --> accetta due protoni e due elettroni, riducendosi a FADH2
NADP --> accetta un protone e due elettroni, riducendosi a NADPH
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L'ATP che deriva dalla glicolisi nasce grazie ad un processo di fosfolirazione (un composto fosfolirato, che contiene un gruppo fosfato, cede il proprio fosfato a una molecola di ADP trasformandola così in ATP).
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Fonti alternative di energia
- cellula può ottenere energia anche da molecole diverse dal glucosio: carboidrati, lipidi e proteine.
- polisaccaridi e disaccaridi sono trasformati in monosaccaridi e poi in glucosio
- lipidi scomposti in glicerolo e acidi grassi --> glicerolo diventa poi fosfogliceraldeide che è un intermedio della glicolisi e acidi grassi diventano acetil-coenzima A che entra nel ciclo di Krebs.
- proteine scomposte in amminoacidi e convertite poi in piruvato ,acetil-coenzima A, o altri,...
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AUTOTROFI
- in grado di prodursi il nutrimento da sostanza inorganiche
- si dividono in:
- fotoautotrofi --> usano la luce solare per organicare il carbonio. Le piante superiori usano H2O come composto riducente
- chemioautotrofi --> usano invece l'energia liberata da reazioni di ossidoriduzione
ETEROTROFI
- non sono in grado di sintetizzare autonomamente sostanze organiche
- le prelevano quindi dall'ambiente cibandosi di autotrofi, altri eterotrofi,...
- entità viventi ma non costituite da cellule
- hanno una molecola di DNA o RNA (uno dolo dei due) racchiusa nella capside
- non sanno sintetizzare le proteine di cui sono formati
- per riprodursi devono infettare cellule ospiti (sono quindi parassiti endocellulari obbligati)
- sono specifici
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