Esercizio 1 sulle Macromolecole biologiche (proteine). La struttura tridimensionale di una proteina dipende da diversi fattori chimico­fisici, tra i quali il pH e la temperatura ambientali. Descrivere i meccanismi alla base di tale proprietà e in che modo l'organizzazione strutturale della proteina ne viene perturbata. ‐proteina: catena lineare di aa uniti mediante un legame peptidico; ‐gli aa si distinguono per la catena laterale R (aa acidi, basici, neutri polari o apolari); ‐struttura 3D data da legami covalenti (pochi) e non covalenti (molti) tra gli atomi; ‐legami non covalenti: legami H, ionici, forze di van der Waals, interazioni idrofobiche; ‐conformazione finale (nativa) è quella con energia libera più bassa; ‐organizzazione mediante domini modulari, ricchi in alfa‐eliche e foglietti‐beta; ‐denaturazione termica: energia fornita determina la rottura in particolare dei legami H e la perdita della conformazione nativa, quindi della funzione biologica; ‐variazione di pH: influenza lo stato di ionizzazione delle catene R degli aa acidi e basici (legami ionici) modificando la conformazione nativa. Proteine con attività enzimatica spesso hanno aa carichi nel sito attivo, la cui variazione di ionizzazione porta alla perdita di attività. Esercizio 2 sulla Biologia cellulare e la Bioenergetica. Il mitocondrio è un organello di fondamentale importanza per la produzione energetica cellulare e tale funzione è intrinsecamente associata alla sua peculiare struttura. Il candidato descriva le principali caratteristiche strutturali del mitocondrio e la loro relazione con la produzione di energia. ‐struttura: membrana esterna (permeabile <5kDa; proteine:lipidi=1:1), spazio intermembrana, membrana interna (selettiva, proteine:lipidi=3:1 [proteine della catena respiratoria, ATP sintetasi, trasportatori specifici], con introflessioni ‐ creste), matrice (enzimi [ciclo di Krebs, tranne complesso II], ribosomi, DNA mitocondriale); ‐produzione energetica: degradazione ossidativa del glucosio a CO2 con sintesi di ATP (glicolisi citosolica, ciclo di Krebs e sintesi di ATP mitocondriali); ‐glicolisi produce piruvato (e NADH): decarbossilazione del piruvato ad acetile poi coniugato con CoA; ‐ciclo di Krebs (produzione di eq. riducenti): reazione complessiva è ossalacetato + acetilCoA + 2 H2O + ADP + Pi + FAD + 3 NAD+ → ossalacetato + 2 CO2 + CoA + ATP + 3 NADH + 3 H+ + FADH2 ; ‐Fosforilazione ossidativa: NADH e FADH2 (eq riducenti) cedono elettroni a O2 (ridotto a H2O) attraverso una serie di complessi enzimatici (I, II, III, IV) avente le funzioni di catena di trasporto gli elettroni; ‐durante il trasferimento di e‐ i trasportatori subiscono dei cambiamenti conformazionali che consentono di trasferire dei protoni dalla matrice allo spazio intermembrana contro un gradiente di concentrazione; ‐i protoni vengono rifatti passare attraverso la membrana interna, tramite l'enzima ATP sintetasi, che ottiene così l'energia sufficiente per produrre molecole di ATP, trasferendo un gruppo fosfato ad ADP (teoria chemioosmotica); Esercizio 3 sulla Fisiologia a) descrivere l’anatomia macroscopica e le basi del funzionamento del sistema circolatorio nell’uomo. b) diverse condizioni patologiche hanno un effetto sul sistema circolatorio, causandone alterazione dei parametri di funzionamento (ad es. pressione, tensione di parete, dispendio energetico del cuore). Con riferimento alle proprie nozioni di meccanica dei fluidi, discutere l’effetto delle seguenti condizioni: i) l’embolia polmonare acuta, caratterizzata dall’ostruzione di un ramo dell’arteria polmonare ii) la dilatazione dei ventricoli, che avviene ad esempio dopo infarto miocardico iii) l’ipertensione arteriosa a) ‐ caratteristiche generali della circolazione: cuore, due sistemi vascolari indipendenti posti in serie (circolo polmonare e circolo sistemico). ‐ il sistema è chiuso, il cuore è formato da quattro camere (2 atri e 2 ventricoli) separate in due distretti (destro, sinistro). ‐ funzione di ossigenazione del sangue e rimozione dell’anidride carbonica del circolo polmonare, funzione di distribuzione del sangue ossigenato e ricco di nutrienti del circolo sistemico. ‐ principi di funzionamento del muscolo cardiaco (attivazione della contrazione da un segnale elettrico, automaticità). ‐ valvole fra atri e ventricoli e fra ventricoli ed arterie, con funzione di garantire flusso unidirezionale. b) – modello del sistema circolatorio come apparato formato da due sistemi di condutture idrauliche disposte in serie, alimentate da due pompe (cuore destro, cuore sinistro). ‐ la sezione totale delle condutture aumenta progressivamente dall’uscita della pompa 1 (sezione destra del cuore) simulando le diramazioni delle arterie del circolo sistemico, fino ad un massimo (capillari) per poi diminuire progressivamente (vene) fino a rientrare nella pompa 2 (sezione sinistra del cuore) , disposta in serie. Lo stesso accade nel circolo sistemico. ‐ la resistenza al flusso diminuisce all’aumentare della sezione. R= 8ηl/ πr4. la pressione diminuisce lungo la conduttura, la velocità del flusso di sangue diminuisce all’aumentare della sezione. ‐ il lavoro cardiaco aumenta all’aumentare della pressione generata dal cuore. ‐ il lavoro cardiaco aumenta all’aumentare della resistenza. ‐ se un ramo della arteria polmonare è ostruito, la resistenza al flusso aumenta, e quindi aumenta il lavoro del cuore destro. ‐ nell’ipertensione arteriosa, la pressione che deve essere generata dal cuore aumenta, aumentando il lavoro cardiaco. In entrambi i casi, c’è maggior dispendio energetico. ‐ la tensione di parete delle camere cardiache dipende dal raggio della cavità. Se il cuore viene approssimato ad una sfera, la tensione di parete (T) dipende dal raggio (r) e dalla pressione (P), secondo la relazione T=Pr/2. Una dilatazione del ventricolo ad uguale pressione determina aumento della tensione di parete, portando a distensione del muscolo e tendenza all’ulteriore dilatazione. Esercizio 4 di Genetica. Indicare il genotipo che i genitori devono possedere per originare figli ammalati, indicando anche la probabilità di questo evento e la distinzione di genere, nel caso delle seguenti patologie genetiche monofattoriali: a­ autosomica dominante (ad es. Corea di Huntington) b­ autosomica recessiva (ad es. fibrosi cistica) c­ eterosomica dominante (ad es. sindrome dell'X fragile) d­ eterosomica recessiva (ad es. emofilia A) (simbologia: A/XA: allele dominante auto/eterosomico; a/Xa: allele recessivo auto/eterosomico) ‐La distinzione di genere si applica solo all'ereditarietà eterosomica (legata ad X) ‐Vengono di seguito schematizzate le possibili combinazioni richieste: a) AUTOSOMICA DOMINANTE padre AA malato omozigote madre aa sana figli AA o Aa tutti malati padre Aa malato eterozigote madre Aa malata eterozigote figli AA o Aa 75% malati padre Aa malato eterozigote madre aa sana figli Aa 50% malati b) AUTOSOMICA RECESSIVA padre Aa portatore sano (eterozigote) madre Aa portatrice sana (eterozigote) figli aa 25% malati (se la patologia non è letale e genitori ammalati possono riprodursi): padre aa malato omozigote madre aa malata omozigote figli aa tutti malati padre Aa portatore sano madre aa malata omozigote figli aa 50% malati c) ETEROSOMICA DOMINANTE sano o malato padre XAY o XaY A
A
malata omozigote (raro) madre X X figli XAY tutti malati A
A
A
a
figlie X X o X X tutte malate padre XaY sano madre XAXa malata eterozigote figli XaY o XAY 50% malati figlie XAXa o XaXa 50% malate padre XAY malato a
a
madre X X sana figli XaY tutti sani figlie XAXa tutte malate d) ETEROSOMICA RECESSIVA padre XaY malato madre XAXA sana figli XAY tutti sani figlie XAXa tutte portatrici sane sano o malato padre XAY o XaY a
a
madre XX malata figli XaY tutti malati figlie XAXa o XaXa 50% portatrici (da padre sano); tutte malate (da padre malato) padre XAY o XaY sano o malato A
a
portatrice eterozigote madre X X figli XAY o XaY 50% malati figlie XAXa o XaXa 50% portatrici (da padre sano); 50% malate (da padre malato)
