1. Introduzione

La cellula
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Gli organismi contengono organi, gli organi sono
costituiti da tessuti, i tessuti sono composti da cellule
e le cellule sono formate da molecole
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Evoluzione molecolare
a L’evoluzione è un processo storico che detta la forma e
la struttura dell’odierno mondo vivente.
a L’evoluzione dipende da alterazioni nella struttura e
nell’organizzazione dei geni e dei prodotti genici.
a Aspetti fondamentali della vita delle cellule sono comuni
in organismi diversi e dipendono da geni correlati.
a Piccoli cambiamenti in alcuni geni permettono agli
organismi di adattarsi a nuove nicchie.
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Evoluzione molecolare (b)
a La determinazione delle sequenze di tutti i geni di una
serie di organismi ha, con sorpresa, rivelato come i geni di
specie diverse sono strettamente correlati.
a Una caratteristica dell’evoluzione è la conservazione
immutata di molti aspetti della vita cellulare.
a Durante l’evoluzione, i geni hanno subito una tale
conservazione che alcuni geni umani funzionano in una
cellula di lievito e in una cellula di mosca
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Il citoplasma di una cellula è densamente impaccato da
molecole di forma e dimensione differenti.
Figure 1-2
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Cellule procariotiche
a Organismi composti da una singola cellula
a Due tipi principali: batteri e archaea
a Struttura relativamente semplice
Figure 1-7a
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Cellule eucariotiche
a Organismi composti da una o più cellule
a Piante ed animali
a Strutturalmente più complesse: organelli, citoscheletro
Figure 1-7b
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Il ciclo vitale delle cellule
a La divisione cellulare avviene quando una cellula, dopo un
periodo di crescita, si divide e dà vita a due cellule figlie.
a La gran parte delle cellule eucariotiche segue il ciclo cellulare, un
orologio interno che determina le fasi della crescita e della
divisione cellulare
a La progressione attraverso il ciclo cellulare è controllata in
corrispondenza di punti di controllo (“checkpoints”)
a Le cellule possono uscire dal ciclo cellulare e differenziarsi per
svolgere funzioni specializzate.
a Le cellule possono andare incontro a morte cellulare
programmata (apoptosi) per poter bilanciare la crescita cellulare o
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durante
lo sviluppo.
per generare nuove strutture
Ciclo cellulare di una cellula eucariotica
Figure 1-9
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La divisione cellulare
Profase: i cromatidi identici sono
condensati e liberati nel citoplasma
quando la membrana nucleare si disgrega
Telofase:riformazione di una membrana
attorno ad ogni serie di cromosomi
citodieresi
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Il differenziamento cellulare crea nuovi tipi di cellule
Processo normale:
lo spermatozoo feconda una cellula uovo creando una singola cellula che ha la
potenzialità di formare un organismo intero
La cellula dopo la fecondazione è totipotente: la sua capacità di diventare qualsiasi
tipo di cellula è totale e tale rimane per le prime ore/divisioni
Dopo 4 giorni, queste cellule totipotenti formano una blastocisti (una sfera cava)
costituita da uno strato di cellule esterno (da cui si svilupperà la placenta) e dalle
cellule interne (che daranno origine a tutte le altre cellule del corpo umano).
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Cellule staminali embrionali
a Le cellule interne della blastocisti sono pluripotenti : esse danno origine a molti tipi
cellulari.
a Le cellule pluripotenti vanno incontro ad una ulteriore specializzazione in cellule
staminali multipotenti: (es. Una cellula multipotente del sangue può dar origine a
tutti i differenti tipi di cellule del sangue; una cellula multipotente della pelle può
produrre tutti i diversi tipi cellulari della pelle; etc)
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Il differenziamento cellulare crea la diversità dei tipi
cellulari; un esempio: le cellule del sistema immunitario
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Le cellule si associano per formare tessuti.
a Gruppi specializzati di cellule differenziate formano i
tessuti
a I tessuti sono
extracellulare
costituiti
da
a I tessuti possono formare organi
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cellule
e
matrice
Combinazioni organizzate di vari tessuti
sono necessari per creare un’arteria.
a Il sangue fluisce attraverso il
lume vasale (Lu), che è
rivestito da un sottile tappeto
di cellule endoteliali (EC) che
forma l’endotelio (Tl) e dalla
lamina basale sottostante.
a Questo tessuto aderisce allo
strato di copertura del tessuto
muscolare liscio (TM). La
contrazione
dello
strato
muscolare controlla il flusso
sanguigno.
a Uno
strato
di
tessuto
connettivo (TA) circonda il
vaso e lo connette agli altri
tessuti.
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Il piano di sviluppo corporeo
a Il piano di sviluppo corporeo embrionale è l’organizzazione dei tipi cellulari
(tessuti) e delle parti del corpo
a Il piano di sviluppo corporeo e gli abbozzi dei tessuti si formano
precocemente nello sviluppo embrionale grazie ad un profilo
dell’espressione genica definito (un programma di geni specificano I
territori dello sviluppo) ed alla capacità delle cellule di interagire tra di loro.
a Il piano di sviluppo corporeo di base è molto simile in tutti gli animali
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Animali molto diversi come il riccio di mare, la mosca, il topo
e l’uomo presentano un piano di sviluppo corporeo comune
La maggior parte degli animali presenta una simmetria assiale: la parte sinistra e quella
destra sono speculari
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Il piano di sviluppo corporeo
a I geni che determinano il piano di sviluppo corporeo (patterning genes o
geni di pattern) specificano l’organizzazione generale di un organismo, a
cominciare dagli assi principali del corpo: anteriore-posteriore, dorsaleventrale e sinistro-destro e finendo con i segmenti corporei come la testa,
il torace, l’addome e la coda.
a La conservazione della simmetria assiale, dal più semplice verme ai
mammiferi, è giustificata dalla presenza di geni di pattern conservati nel
genoma.
a I geni di pattern codificano proteine che controllano l’espressione di altri
geni, proteine che sono importanti per l’adesione cellulare o nella
comunicazione cellulare. Queste proteine permettono l’integrazione e la
coordinazione di eventi nelle diverse parti dell’embrione durante lo
sviluppo.
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I geni di pattern
Espressione dei geni Hox, che dirigono lo sviluppo di diversi
segmenti del piano di sviluppo corporeo di molti animali
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Biochimica cellulare e
metodologie per la proteomica
Corso di Laurea specialistica in
Biotecnologie per la salute e per l’ambiente
a.a. 2006/2007
Prof. Paolo V. Pedone
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Biochimica
Biologia
molecolare
Biologia
cellulare
Genetica
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Durante il corso analizzeremo come:
• le cellule si sviluppano e danno origine ad organismi
complessi
• le cellule comunicano e controllano le loro attività
• le cellule a volte degenerano
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Programma del corso.
1. Coltivazione e manipolazione di cellule.
Crescita di microorganismi in coltura. Isolamento e crescita di cellule
eucariotiche in coltura. Le colture cellulari primarie. Cellule trasformate. La
fusione di cellule animali in coltura.
2. Identificazione e studio delle molecole all’interno delle
cellule.
Frazionamento delle cellule ed analisi delle loro molecole. Metodi per introdurre
nelle cellule molecole che non possono attraversare la membrana. Analisi della
funzione delle proteine mediante l’impiego di proteine di fusione. Metodiche per lo
studio
di
interazione
proteina-proteina:
cromatografia
di
affinità,
immunoprecipitazione, sistema del doppio ibrido, metodi di phage display,
risonanza plasmatica di superficie. Metodi per lo studio dell’interazione delle
proteine con il DNA: footprinting del DNA, EMSA.
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3. Il ciclo cellulare negli eucarioti e la sua regolazione.
Studi biochimici su ovociti, uova ed embrioni precoci; studi genetici su S. pombe;
studi genetici su S. cerevisiae; Il controllo del ciclo nelle cellule dei mammiferi; i
check point.
4. La regolazione dell’espressione genica durante lo sviluppo.
.La specificazione del tipo cellulare negli animali. I geni omeotici e la
specificazione dell’asse antero-posteriore durante l’embriogenesi. Lo sviluppo
degli organi floreali nelle piante.
5. La comunicazione intercellulare: gli ormoni ed i recettori.
I recettori di superficie. Recettori accoppiati a proteine G e loro effettori. Recettori
tirosina chinasi e proteine Ras. MAP chinasi. I secondi messaggeri. Dalla membrana
plasmatica al nucleo. I sistemi sensoriali.
6. La morte cellulare programmata (apoptosi) e la sua
regolazione
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7. Il cancro
Le cellule tumorali e l’insorgenza del cancro. I proto-oncogeni e i soppressori
tumorali. Le mutazioni oncogeniche che influenzano la moltiplicazione cellulare. Le
mutazioni che causano la perdita del controllo del ciclo cellulare. Le mutazioni che
influenzano la stabilità del genoma.
Testi consigliati.
Lodish et al. “Biologia molecolare della cellula”, seconda edizione italiana, Ed.
Zanichelli.
Alberts et al. “Biologia molecolare della cellula” quarta edizione, ed. Zanichelli
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