biologia 1° anno infermieristica

- Quali sono le proprietà di un essere vivente?
1. INFORMAZIONI GENETICHE
tutti gli organismi viventi sono costituiti da unità di base, le cellule, generate dalla divisione di cellule
preesistenti.
L'informazione genetica viene immagazzinata in modo ordinato nel DNA all’interno del nucleo che è
composto da due lunghi filamenti lineari di milioni di nucleotidi appaiati tra loro in modo complementare.
2. REGOLANO I PROPRI PROCESSI METABOLICI
In tutti gli organismi viventi avvengono reazioni chimiche e trasformazioni energetiche essenziali per la
nutrizione, la crescita, la riparazione cellulare e la trasformazione dell’energia.
Le reazioni metaboliche devono essere regolate per mantenere l’omeostasi, uno stato di equilibrio interno.
Questi meccanismi omeostatici sono sistemi di controllo che si autoregolano, altamente sensibili ed
efficienti.
3. SI RIPRODUCONO
attraverso :
la riproduzione asessuata per organismi unicellulare creando una prole identica alla madre.
la riproduzione sessuata attraverso cellule uovo e spermatiche che unendosi formano un uovo fecondato,
creano varietà, importante per l'adattamento e l'evoluzione
4. SI EVOLVONO E SI ADATTANO
La capacità di evolversi e di adattarsi all’ambiente le permette di sopravvivere. Gli adattamenti sono
caratteri ereditari che migliorano la capacità di un organismo di sopravvivere in un particolare ambiente
- cos’è il genoma e il gene?
Il genoma è l’insieme di tutte le informazioni genetiche di un organismo vivente, rappresenta il DNA
completo ed è contenuto del nucleo delle cellule sotto forma di cromosomi.
Nel genoma risiedono il 2% sequenze codificanti e il resto il 98% non sono codificanti :
- sequenze che non hanno una funzione : "junk DNA"
- geni --> sequenze in cui risiede l’informazione genetica per la sintesi delle proteine, che stabiliscono le
caratteristiche di ogni individuo e sono ereditarie.
- intergeni --> regolano l'espressione genica
- gene
E’ un tratto che compone il genoma e è la base molecolare dell'ereditarietà dei caratteri. E’ costituito da
nucleotidi, è infatti una porzione di DNA, di lunghezza variabile, che contiene l’informazione per
l'espressione di un particolare carattere o funzione.
I geni sono costituiti da 3 elementi :
• Promotore : procede la sequenza codificata del gene, ne regola l’espressione;
• Esone : sequenza codificante la proteina specifica del gene
• Introne : interruzione della sequenza codificante del gene, posto tra gli esoni.
Tutti i geni hanno promotori, tutti i geni codificanti proteine hanno esoni, la maggior parte dei geni che
codificano proteine hanno introni.
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La grandezza del genoma e la complessità degli organismi non sono proporzionati, ovvero se il genoma è
grande non significa che l'organismo è più complesso. Chiamato Paradosso C
E' una complessità che non correla con le dimensioni del genoma e del numero di geni contenuti.
uomo : 20.000 geni
protozoe : 39.000
i genomi degli eucarioti variano molto le dimensioni dei genomi perchè :
le dimensioni delle sequenze intergeniche e quelle non codificanti possono variare molto tra gli esseri.
DNA è composto da elementi che codificano e altri che non codificano per proteine.
Il paradosso C si basa anche sulla quantità di DNA codificante che ce ne più se l’organismo è meno
complesso.
- divisione del genoma
- 50% genoma : sequenza di DNA ripetitive, che non codificano proteine. Queste sequenze ci permettono
l’individuazione delle persone perchè ognuno di noi cambiano le ripetizioni. Sono sequenza che derivano
dalle tracce di virus che permangono nel nostro genoma e che ci avevano infettato
- 2% : eterocromatica , codifica proteine
- introni : non sono coinvolti nella sintesi proteica ma lo aiuta. Sono delle interruzioni che non hanno effetto
sulla struttura primaria della proteina in caso di mutazioni ( sugli introni ).
- i 5 regni
E' regola precisa, introdotta da Linneo che ogni categoria sistematica venga definita possibilmente in modo
conciso.
1. Gli Animali sono organismi pluricellulari eterotrofi, formati da tessuti. Producono gameti, quello
maschile è munito di flagello ed è mobile. Le loro cellule sono prive di parete, per lo più contrattili.
2. Le Piante sono organismi pluricellulari fotosintetici formati da tessuti; sono prevalentemente terrestri.
Producono gameti; il gamete maschile nelle forme arcaiche è munito di flagelli. Le loro cellule (ma non i
gameti) sono protette da una parete cellulosica e non sono mobili.
3. I Protisti sono organismi unicellulari, mobili. Molti protisti sono capaci di fotosintesi, e vengono detti
alghe, altri sono eterotrofi e vengono detti protozoi. Producono gameti mobili. Talvolta costituiscono
comunità pluricellulari, ma mai tessuti.
4. I Funghi sono sono le Alghe rosse, capaci di fotosintesi, la loro cellula è munita di nucleo contenente
cromosomi multipli, nonché di organuli, manca di contrattilità.
5. I Procarioti o Monere sono organismi unicellulari minutissimi, visibili soltanto al microscopio, mobili
grazie a sottili filamenti, privi di nuclei distinti, e caratterizzati da un modo di riproduzione per divisione
cellulare.
Si conoscono circa 1600 specie di batteri, classificati secondo caratteristiche diverse.
In base alla forma si distinguono i cocchi (sferici), i bacilli (bastoncellari) e gli spirilli (spiraliformi). Altre
classificazioni seguono criteri quali la reazione alla colorazione di Gram, il modo di respirazione (batteri
aerobi e anaerobi) e di nutrizione (batteri autotrofi ed eterotrofi) e le caratteristiche biochimiche.
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Il materiale genetico della cellula batterica è costituito da un doppio filamento di DNA circolare. In molti
batteri sono, inoltre, presenti molecole di DNA più piccole, i plasmidi.
I batteri instaurano vari tipi di relazioni con gli altri organismi :
- saprofiti vivono su organismi animali e vegetali morti, contribuendo alla loro decomposizione negli
elementi costitutivi, che possono essere, così, riutilizzati dagli altri organismi.
- Archeobatteri sono organismi procarioti unicellulari, in grado di sopravvivere in condizioni ambientali
estreme e inospitali, definiti Estremofilisi. Distinguono in tre grandi gruppi:
1. termofili
- vivono in ambienti molto caldi come in sorgenti termali dove si arriva al punto di ebollizione e sono
particolarmente acide.
2. alofili
- vivono in ambienti molto salati (concentrazione alta di cloruro di sodio ) e sono in laghi salati..
3. metanogeni
vivono in ambienti privi di ossigeno e producono metano.Si trovano nel fango, nelle paludi e nello
stomaco dei ruminanti ( mucche )
- differenze tra cellula animale e cellula batterica
La principale differenza tra queste due cellule sta nel fatto che i procarioti presentano il materiale
genetico libero nel citoplasma, mentre negli eucarioti il materiale genetico si trova segregato
all’interno di un nucleo circondato da membrana. Questa differenza strutturale comporta anche piccole
variazioni nei processi di trascrizione e traduzione del materiale genetico. Negli eucarioti la trascrizione del
DNA in mRNA avviene nel nucleo; poi le molecole di mRNA vengono traslocate nel citoplasma, dove ha
luogo la sintesi delle proteine.
Le cellule procariote, oltre ad essere normalmente assai più piccole di quelle eucariote (con un
diametro generalmente compreso fra 1 e 5 µm), hanno una struttura interna molto più semplice rispetto alle
eucariote. Il loro DNA si trova concentrato in una regione del citoplasma, senza essere delimitato da alcuna
membrana. Sono prive di organuli, ad eccezione dei ribosomi, preposti alla sintesi delle proteine. Le
funzioni cellulari sono comunque effettuate da complessi enzimatici analoghi a quelli delle cellule eucariote.
COSTITUENTI CHIMICI DELLA MATERIA VIVENTE
tessuti viventi contengono il 70% di H2O + grandi molecole + ioni/piccole molecole.
In tutti i tessuti viventi sono presenti 4 tipi di macromolecole: proteine, acidi nucleici (RNA: ribosomiale,
messaggero e di trasferimento e DNA), carboidrati e lipidi.
LE MACROMOLECOLE BIOLOGICHE:
• Le unità monomeriche sono identiche in specie differenti, ma non le macromolecole che formano le
funzioni delle macromolecole derivano direttamente dalla struttura.
• Legame covalente + polimeri di sequenze monomeriche
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• Ogni organismo sintetizza le proprie macromolecole utilizzando gli elementi costitutivi presenti negli
alimenti
PROTEINE
Amminoacidi: sono le unità monomeriche e danno proprietà alle proteine.
Gli amminoacidi sono gli stessi in tutte le specie, cambia l'ordine in cui sono organizzati.
Gli amminoacidi sono uniti covalentemente da legami peptidici. Hanno 4 strutture diverse :
• La struttura primaria: sequenza lineare di amminoacidi.
• La struttura secondaria che può essere di 2 tipi : Alfa-elica gli amminoacidi ruotano a 360 gradi con
direzione inclinata e formano una struttura elicoidale o a foglietto-beta in cui la proteina è su un piano e
ripiegata a foglietto. Alcune proteine possono avere sia la forma ad alfa elica sia quella a foglietto beta.
• La struttura terziaria si forma in conseguenza del ripiegamento della catena polipeptidica con possibili
legami covalenti.
• La struttura quaternaria quando la proteina è composta da più catene polipeptidiche (subunità) es.
emoglobina, la sua alterazione causa malattie, es. anemia falciforme.
Le proteine possono essere denaturate e rinaturate. I cambiamenti conformazionali delle proteine
avvengono con modalità e tempi particolari. Ci sono delle proteine (chaperon molecolari o chaperonine)
che creano delle condizioni tali in cui la proteina riesce a ripiegarsi senza essere perturbata dalla
composizione chimica delle molecole circostanti. Esempi:
Malattie della conformazione proteica (PCDs): molte colpiscono il sistema nervoso centrale, vi è un
cambiamento di forma di una proteina che nella condizione normale ha una forma stabilita e nella malattia
cambia struttura o secondaria o terziaria o quaternaria. Questo cambiamento fa funzionare diversamente la
proteina o la fa smettere di funzionare.
• Encefalopatia spongiforme: mucca pazza che si trasmette tramite dei prioni. La proteina aveva assunto
una forma alterata —> primo esempio di malattia che si trasmette tramite proteine e alimentazione.
Deriva da un cambiamento di conformazione della proteina prionica che possiede 4 alfa eliche, il
cambiamento avviene poiché due alfa eliche si trasformano in 4 foglietti beta.
• Alzheimer: malattia neurologica progressiva debilitante. Alterazione della proteina amiloide, questa
dovrebbe riempire gli spazi vuoti tra gli assoni e invece si accumula su di essi formando dei coaguli che
ricopriranno la parte allungata del assone. Quando l’ assone viene coperto si perde il contatto tra neuroni
e quindi si perdono le funzionalità.
• Emoagglutinina: permette di identificare i virus ed è una proteina virale. Ce l'hanno i virus dell’influenza.
• Anemia falciforme: i globuli rossi diventano cellule deformi rispetto a quelli normali. Al loro interno hanno
le emoglobine. Nell'anemia falciforme l'emoglobina in posizione 6 degli amminoacidi anzichè avere l'acido
glutammico ha la guanina. Si verifica il cambiamento di un amminoacido in una proteina di una cellula.
Questo cambiamento viene chiamato pleiotropico ed è derivato dalla sostituzione di un nuceotide nella
sequenza del DNA che porta quindi alla diversa sequenza di amminoacidi e quindi alla diversa proteina.
Ripiegamento delle proteine (folding): può avvenire in maniera regolare nel foglietto delimitato dalla
proteina chaperon. La proteina viene isolata dalla chaperonina e protetta durante il ripiegamento. Se la
proteina non si piega correttamente non viene liberata nell'organismo ma viene degradata.
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- spiega cosa succede in caso di mutazione dell’emoglobina?
causa ANEMIA FALCIFORME
Malattia ereditaria dovuta alla mutazione missenso del cromosoma 11, la mutazione interessa una
singola base nucleotidica del gene che codifica per la subunità Beta. Questa mutazione ( Adenina
rimpiazzata per una Timina ) provoca la sostituzione di un aminoacido (l’acido glutammico GLU)
con un altro (la valina VAL).
Il risultato è una forma a falce che assume l’emoglobina chiamandola emoglobina S.
Queste emoglobine s hanno una forma spigolosa e facilmente aggregabili, favorendo la
formazione di ostruzioni nei piccoli capillari, con conseguenti danni ai tessuti.
In oltre sono più fragili e vanno facilmente incontro a emolisi, determinando una grave forma
anemica.
Le conseguenze dell’anemia falciforme sono quindi legate all’aumento della viscosità del sangue,
alla riduzione della quantità di ossigeno disponibile per i tessuti e alla comparsa di fenomeni vasoocclusivi.
- mutazioni delle proteine prioniche?
Proteine prioniche: un cambiamento della struttura secondaria di queste proteine può
portare a malattie trasmissibili con l’alimentazione.
Normalmente questa proteina presenta due catene α e altre due catene α su due piani differenti; a causa
del cambiamento si possono creare due foglietti-β che la rendono indigeribile portando
all’insorgenza di malattie come la mucca pazza (BSE) e la malattia di Cruetzfeldt-Jacob.
Gli effetti sono la formazione di vacuoli nel cervello causando la morte di cellule nervose = neuropatie
spongiformi
- mutazioni delle proteine amiloidi?
Proteina amiloide: tale proteina causa l’Alzheimer, una malattia neurologica progressiva debilitante che
porta alla perdita irreversibile di memoria e altre capacità, fino alla completa assistenza da dipendenza.
Ha un tempo di sviluppo di 8 anni circa dopo la diagnosi.
È causata dal deposito di placche amiloidi nei neuroni, soffocandoli. Normalmente queste proteine sono
disgregate nella cellula, ma a causa di una variazione della struttura si accumulano.
- mutazioni delle proteine Emoagglutinine?
Emoagglutinina: è una proteina del virus dell’influenza che gli consente l’entrata nella
cellula da infettare grazie alla sua particolare struttura che le permette di aprire un varco nella membrana
cellulare.
È composta da un dominio fibroso di α eliche prossimali e una parte distale globulare (foglietti β) creando
così una struttura a BACCHETTA DI TAMBURO.
Quindi 3 bacchette si aggregano creando la struttura quaternaria. Ogni bacchetta ha una sequenza
amminoacidi che identifica la specie di influenza.
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- sferocitosi
alterazione del globulo rosso
↳ mutazione della proteine spectrina ( proteine responsabili della resistenza e morfologia del globulo rosso
), cambia forma o non viene prodotta
↳ il globulo rosso diventa un sacchetto gonfio
↳ crea: patologia emolitica, e muore creando anemia.
CARBOIDRATI
Funzioni:
- riserva energetica (glicogeno, amido)
- strutturale (cellulosa)
Monosaccaridi: glucosio, ribosio, fruttosio, sono singoli zuccheri che noi sintetizziamo Polisaccaridi:
glicogeno, cellulosa, amido, sono formati da migliaia di zuccheri.
Tutti gli zuccheri sono composti da solo 3 atomi: carbonio, ossigeno e idrogeno.
Struttura circolare tra loro si legano con legame glicosidico.
COMPLESSI MODIFICATI:
• Glicoproteine: presenti sulla superficie esterna delle cellule (membrana)
• Chitina
• Componenti del materiale protettivo del sistema respiratorio + digerente
• Glicolipidi: riconoscimento e interazioni tra cellule
LIPIDI
Molecole apolari
Funzioni:
- Depositi di energia : non permettono di ricavare velocemente ATP
- Componenti strutturali: fosfolipidi (formano barriera cellulare, composizione: coda idrofobica e testa
idrofilica) + colesterolo (uno dei componenti della membrana biologica, si posiziona nella parte idrofobica,
serve a mantenere la fluidità)
- Ormoni: sono 4 anelli che si legano con legami chimici simili e che hanno tutti la stessa struttura di base
(steroidi).
Sono:
-Grassi e oli (riserva energetica-> immagazziniamo energia in depositi, che vengono metabolizzati in tempi
più lunghi e viene prodotta più energia (ATP), una sovrabbondanza può portare alle malattie = obesità).
VITAMINE
A, D, E, K. Sono elementi che non riusciamo a produrre con il nostro organismo ma che sono indispensabili
per noi. Sono liposolubili: le assumiamo non dove c'è acqua ma dove ci sono oli. La K la assumiamo dai
batteri presenti nell’intestino ed è essenziale per la coagulazione
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ACIDI NUCLEICI
Gli acidi nucleici trasmettono l’informazione ereditaria e determinano quali proteine debbano essere
sintetizzate dalla cellula. Nelle cellule ci sono due tipi di acidi nucleici: l’acido ribonucleico (RNA) e l’acido
desossiribonucleico (DNA).
Il DNA costituisce i geni, il materiale ereditario della cellula, e contiene le istruzioni per sintetizzare tutte le
proteine e tutto l’RNA necessari per l’organismo.
L’RNA interviene nel complesso processo in cui gli aminoacidi vengono legati tra loro per formare i
polipeptidi. Alcuni tipi di RNA, noti come ribozimi possono addirittura funzionare
come catalizzatori specifici. Come le proteine, anche gli acidi nucleici sono
molecole grandi e complesse.
Gli acidi nucleici sono polimeri di nucleotidi, unità molecolari costituite da:
(1) uno zucchero a 5 atomi di carbonio, ribosio (nell’RNA) o desossiribosio (nel
DNA);
(2) uno o più gruppi fosfato che rendono la molecola acida,
(3) una base azotata (composto eterociclico contenente azoto). La base azotata
può essere a doppio anello, come nelle purine, o a ad anello singolo, come
nelle pirimidine.
Il DNA contiene le purine adenina (A) e guanina (G), e le pirimidine citosina (C)
e timina (T), oltre allo zucchero desossiribosio e al fosfato. L’RNA contiene le
purine adenina e guanina e le pirimidine citosina e uracile (U), oltre allo zucchero ribosio e al fosfato.
Le molecole degli acidi nucleici sono costituite da catene lineari di nucleotidi uniti tra loro da un legame
fosfodiesterico. costituito da un gruppo fosfato attaccato allo zucchero che si lega covalentemente allo
zucchero del nucleotide adiacente.
L’ RNA è generalmente composto da una catena nucleotidica, il DNA è composto da due catene
nucleotidiche unite da legami a idrogeno e avvolte l’una sull’altra a formare una doppia elica.
ACQUA
• La maggior parte degli organismi è costituita soprattutto da acqua.
• Circa il 70% del nostro peso corporeo è dovuto all’acqua.
• L’acqua è anche il solvente principale nel quale avviene la maggior parte delle reazioni biologiche e
partecipa a molte reazioni chimiche sia come reagente che come prodotto.
• Le molecole d’acqua sono polari, hanno cioè un’estremità con una carica parziale positiva e l’altra con
una carica parziale negativa.
• Nello stato liquido e nello stato solido, le molecole di acqua sono tenute insieme da legami a idrogeno.
Ciascun atomo di idrogeno di ogni singola molecola d’acqua, con la sua carica parziale positiva, viene
attratto dall’atomo di ossigeno, con parziale carica negativa, di una molecola vicina. L’ossigeno dona
parzialmente la sua densità elettronica all’idrogeno, dando così luogo a un’interazione detta appunto
legame a idrogeno.
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• Forte tendenza ad attaccarsi le une alle altre, sono cioè coesive.
• Adesive, si attaccano anche a una grande quantità di altre sostanze. Queste forze di adesione spiegano
come l’acqua possa bagnare le superfici.
• Azione capillare dell’acqua, la tendenza cioè a risalire all’interno di tubi molto stretti persino contro la
forza di gravità e a penetrare nelle radici delle piante.
- elevata temperatura di ebollizione : consente agli organismi di mantenere la temperatura interna
costante
- aumento carbonio 14 anni 60
i livelli sono rimasti invariati per molti secoli finchè dagli anni 60 grazie alle sperimentazioni con le armi e
bombe nucleari i livelli sono aumentati.
Si è visto attraverso il legno degli alberi.
= causando radioattività nel C14
inizialmente assorbite dalle piante, poi mangiate e assorbite dall'uomo.
- movimenti cellulari :
a) ameboide : cellule che usano estroflessioni , cioè pseudopodi
b) ciliate e flagellate di strutture specializzate.
ciliate : cellule delle vie respiratorie
flagellate : spermatozoi , fecondare l'uovo
c) muscolare : contrazioni di miofibrille
ORGANIZZAZIONE DELLA CELLULA
- cellula
Robert Hooke notò attraverso un microscopio che il sughero e altri tessuti vegetali erano formati da piccole
cavità separate da pareti; egli chiamò queste cavità «celle».
Il termine «cellula» ha assunto il suo attuale significato, cioè «unità di base della materia vivente», soltanto
150 anni dopo la scoperta di Hooke.
- teoria cellulare
Due scienziati tedeschi, Schleiden e Schwann nel 1839 utilizzarono un ragionamento induttivo per
arrivare alla conclusione che tutte le piante e gli animali sono costituiti da cellule. Più tardi, Rudolf Virchow,
un altro scienziato tedesco, osservò la divisione cellulare e la formazione di cellule figlie. Nel 1855, Virchow
asserì che le cellule si potevano formare solo per divisione di una cellula preesistente.
Il lavoro di Schleiden, Schwann e Virchow contribuì fortemente allo sviluppo della teoria cellulare, il
concetto unificante che stabilisce che
1. le cellule rappresentano l’unità vivente fondamentale di funzione e di organizzazione di tutti gli
organismi
2. tutte le cellule derivano da altre cellule.
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3. tutte le cellule viventi hanno un antenato comune. Ciò è suggerito dalla somiglianza tra le loro strutture
e tra le molecole che le costituiscono.
- organizzazione cellulare
L’organizzazione delle cellule e le loro piccole dimensioni sono proprietà che permettono loro di mantenere
in equilibrio l’ambiente intracellulare per consentire il funzionamento corretto dei processi biochimici.
Affinché la cellula mantenga il suo equilibrio interno, i suoi contenuti devono essere separati dall’ambiente
esterno.
La membrana plasmatica è una membrana di superficie che circonda tutte le cellule. Rendendo l’interno
della cellula un compartimento chiuso, la membrana plasmatica permette che la composizione chimica
della cellula sia alquanto differente da quella dell’ambiente esterno. La membrana plasmatica ha proprietà
uniche che le consentono di svolgere la funzione di barriera selettiva tra l’ambiente cellulare interno e
quello esterno, permettendo alla cellula di scambiare le sostanze con l’ambiente esterno e di accumulare
quelle necessarie per compiere le reazioni biochimiche.
Le cellule tipicamente possiedono strutture interne, gli organuli, specializzate nello svolgere attività
metaboliche. La maggior parte degli organuli delle cellule eucariotiche (cellule che possiedono il nucleo)
sono formati da uno o più compartimenti circondati da membrana e sono in grado di regolare il proprio
ambiente interno per compiere funzioni specializzate, come la conversione di energia in forma utilizzabile,
la degradazione di nutrienti e il riciclo di strutture danneggiate o non necessarie alla cellula. Per esempio,
l’informazione genetica in tutte le cellule è immagazzinata nelle molecole del DNA che è contenuto,
duplicato e trascritto nel compartimento nucleare delle cellule eucariotiche.
Le membrane cellulari servono anche come rivestimento di superficie per organizzare l’interazione di
proteine che sono coinvolte in alcune reazioni biochimiche. Queste reazioni graduali sono più efficienti e
più rapide quando le componenti proteiche sono disposte in modo da minimizzare le distanze alle quali
devono viaggiare. Come ben vedrete in questo capitolo e nel Capitolo 8, la membrana interna dei
compartimenti mitocondriali degli eucarioti (così come la membrana pla-smatica dei procarioti) contiene
complessi proteici vicini che si scambiano rapidamente gli elettroni e i protoni, convertendo l’energia
contenuta negli alimenti in ATP che viene utilizzato in centinaia di diverse reazioni biochimiche che si
verificano in ogni momento in una cellula vivente. Queste reazioni chimiche che convertono l’energia da
una forma all’altra sono essenzialmente uguali in tutte le cellule, dalle reazioni che si realizzano nei batteri
a quelle che si verificano negli organismi multicellulari animali e vegetali. Queste fondamentali similitudini
rappresentano forti prove dei rapporti evolutivi della cellula
- nucleo
• Esperimento di Hammerling : riuscì a determinare il ruolo del nucleo.
Hammerling utilizzò principalmente due specie di acetabularia aventi una il
cappuccio a forma ramificata e l’altra a forma di disco. Per prima cosa Hammerling
tagliò il rizoide di una acetabularia dal resto della cellula originaria. Successivamente
divise le singole acetabularie in tre parti : rizoide, cappuccio e stelo. Egli combinò
questi elementi con le due alghe. Con questo esperimento Hammerling dimostrò che
il nucleo, situato nel rizoide, contiene le informazioni genetiche e controlla lo sviluppo
dell’interno organismo.
Negli esseri viventi il DNA è associato a proteine chiamate istoni, si forma una struttura a “filo di perla”
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formata da :
1.involucro nucleare
costituito da due membrane , quella esterna ha continuità con il RER, lo spazio tra le due si chiama
Perinucleare.
Separate da pori nucleari
2. pori nucleari
regolano passaggio di materiali selezionati.
Ogni proteina per attraverso il poro contiene un segnale di localizzazione nucleare (SLN) in questo modo le
delle proteine speciali chiamate importine legano la sequenza SLN, formando un complesso che può poi
essere catturato dal macchinario del poro e trasportato all’interno del nucleo.
3. lamina nucleare
riveste involucro interno, sostiene la membrana nucleare interna, favorisce l’organizzazione del contenuto
nucleare, svolge un ruolo importante nella duplicazione del DNA e nella regolazione del ciclo cellulare.
Mutazioni nei geni che codificano le proteine della lamina nucleare sono associate a malattie genetiche:
distrofie muscolari e l’invecchiamento precoce.
4. nucleolo
non è circondato da membrana e colorato in maniera diversa rispetto alla cromatina.
Contiene le istruzioni per sintetizzare i diversi tipi di RNA che costituiscono i ribosomi e le proteine
ribosomiali. Questi RNA ribosomali (rRNA) sono sintetizzati nel nucleolo.
- mutazioni della lamina nucleare
provocano mutazioni nelle proteine che portano malattie genetiche umane, come le distrofie muscolari e
l'invecchiamento precoce.
es.: Progeria
La progeria è una malattia causata da mutazione nel gene che codifica per una proteina che fornisce
l'impalcatura molecolare del nucleo cellulare.
Caratterizzata dalla comparsa di un invecchiamento precoce.
La membrana nucleare si è attorcigliata e limita la capacità della cellula di dividersi, fa accelerare la lettura
dei geni corrispondenti alle fasi avanzate dello sviluppo.
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LE MEMBRANE BIOLOGICHE
Per effettuare le numerose reazioni chimiche necessarie per la vita, la cellula deve mantenere un ambiente
interno appropriato. Tutte le cellule sono circondate da una membrana plasmatica che le separa
fisicamente dall’ambiente esterno e le rende entità distinte. Regolando il passaggio delle sostanze dentro e
fuori la cellula, la membrana plasmatica contribuisce a mantenere un ambiente interno compatibile con la
vita.
Le membrane biologiche sono strutture complesse e dinamiche, costituite da lipidi e proteine in costante
movimento. Le proprietà delle membrane permettono loro di svolgere molteplici funzioni vitali per la cellula.
Esse regolano il passaggio dei materiali, suddividono la cellula in compartimenti, fungono da superfici per
le reazioni chimiche, aderiscono e comunicano con altre cellule, trasmettono segnali tra l’ambiente esterno
e l’interno della cellula. Inoltre, le membrane sono una parte essenziale dei sistemi di trasferimento e di
immagazzinamento dell’energia.
I fosfolipidi sono i principali responsabili delle proprietà fisiche delle membrane biologiche, perché formano
strutture a doppio strato.
Un fosfolipide contiene due catene di acidi grassi unite a due dei tre atomi di carbonio di una molecola di
glicerolo. Le catene degli acidi grassi formano la porzione apolare e idrofobica del fosfolipide. Legato al
terzo carbonio del glicerolo vi è un gruppo fosfato carico negativamente e idrofilico, il quale a sua volta è
legato a un gruppo organico polare e idrofilico.
Le molecole di questo tipo, che hanno regioni idrofobiche e idrofiliche distinte, sono dette molecole
anfipatiche.
Poiché una delle estremità di ciascun fosfolipide si combina liberamente con l’acqua, mentre quella
opposta non lo fa, l’orientamento più favorevole assunto da queste molecole in acqua risulta essere una
struttura a doppio strato.
Questa disposizione permette alle teste idrofiliche dei fosfolipidi di associarsi liberamente con l’ambiente
acquoso, mentre le catene idrofobiche degli acidi grassi sono relegate all’interno della struttura, lontano
dalle molecole d’acqua. Questo “core” idrofobico del doppio strato è la barriera che impedisce a molti tipi di
piccole molecole idrofiliche (compresi ioni, aminoacidi e metaboliti organici) di passare da un lato all’altro
della membrana e permette alle cellule di mantenere un differente ambiente chimico all’interno di ogni
compartimento di membrana.
Sono un modello a mosaico fluido, le membrane sono costituite da un doppio strato fluido di molecole
fosfolipidiche nel quale le proteine sono immerse, o associate, come le tessere di un mosaico.
Questo modello a mosaico non è statico, poiché le proteine cambiano continuamente posizione e si
muovono come degli iceberg che galleggiano in un mare fluido costituito da fosfolipidi.
- proteine di membrana
Le due principali classi di proteine di membrana, quelle integrali e quelle periferiche, si distinguono in base
al modo in cui sono associate al doppio strato lipidico.
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Le proteine di membrana integrali sono strettamente legate alla membrana e possono essere rilasciate
solo in seguito a distruzione del doppio strato a opera di detergenti.
Queste proteine sono anfipatiche: le loro regioni idrofiliche si estendono fuori dalla cellula o nel
citoplasma, mentre le regioni idrofobiche interagiscono con le code dei fosfolipidi di membrana.
Alcune proteine integrali non si estendono completamente attraverso la membrana.
Molte altre, dette proteine transmembrana, si estendono completamente attraverso la membrana.
Alcune di queste proteine transmembrana attraversano la membrana solo una volta, altre invece la
attraversano più volte.
Le proteine di membrana periferiche non sono inserite nel doppio strato lipidico, ma sono localizzate sulle
superfici interna o esterna della membrana plasmatica, generalmente legate alle regioni esposte delle
proteine integrali attraverso interazioni non covalenti. Le proteine periferiche possono essere facilmente
rimosse dalla membrana senza che la struttura del doppio strato venga distrutta.
funzioni :
-
coinvolte nel trasporto di molecole attraverso la membrana.
Alcune formano canali che permettono il passaggio selettivo di determinati ioni o molecole
formano pompe che utilizzano l’ATP per trasportare attivamente i soluti attraverso la membrana
Alcune proteine di membrana sono enzimi in grado di catalizzare reazioni che avvengono in prossimità
della superficie cellulare;
- Alcune proteine di membrana sono recettori che ricevono informazioni da altre cellule sotto forma di
segnali chimici o elettrici.
- Alcune proteine di membrana possono funzionare come sistema di identificazione che viene riconosciuto
da altre cellule. Ad esempio, certe cellule riconoscono come estranee le proteine di superficie, o antigeni,
delle cellule batteriche. Gli antigeni stimolano la difesa immunitaria che distrugge i batteri
SEGNALAZIONE CELLULARE
- processi di segnalazione cellulare
1. cellula invia un segnale.
una cellula deve sintetizzare e rilasciare molecole segnale. Se le cellule bersaglio non sono nelle
immediate vicinanze, il segnale deve essere trasportato fino ad esse attraverso il sangue.
Successivamente le cellule bersaglio devono ricevere l’informazione e rispondere in modo adeguato.
2. Ricezione.
un segnale viene ricevuto dalla cellule bersaglio grazie a recettori grosse proteine e glicoproteine che
legano delle molecole segnale. Molti segnali non entrano nella cellula bersaglio, ma si legano ad un
recettore specifico presente sulla superficie della cellula bersaglio.
3. La trasduzione del segnale
cellula converte un segnale extracellulare in un segnale intracellulare e lo trasmette fuori causando
una risposta da parte della cellula.
- giustifica il perchè noi ci adattiamo al meglio alle condizione esterne.
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1. Il ligando si lega a un recettore della superficie cellulare e lo attiva grazie a un cambiamento
conformazionale della coda del ricettore che si estende nel citoplasma.
2. Il segnale può quindi essere trasmesso da una sequenza di proteine, che sono molecole di segnalazione
intracellulare (di solito sono le proteine chinasi)
3. le molecole mano a mano vengono fosforilate.
4. L'ultima proteina chinasi della catena, attiva la proteina bersaglio, fosforilandola.
5. La proteina bersaglio attivata è in grado di alterare qualche processo della cellula.
4. La risposta.
L’ultima molecole della via di segnalazione converte il segnale in una risposta che modifica qualche
processo cellulare. Dopo che un segnale ha svolto il suo compito, la sua azione deve essere interrotta
( meccanismo di terminazione del segnale )
A seconda del tipo di cellula, la riposta può alterare :
- il metabolismo cellulare
- la forma
- l'espressione genica
- la sua attività di dividersi
Per esempio, l’insulina stimola l’assunzione di glucosio ematico da parte della cellula. Questa risposta
abbassa la concentrazione di glucosio nel sangue.
- caratteristiche delle ricezioni del segnale
1. il segnale può essere ricevuto in due modi :
Una molecola segnale chiamata LIGANDO si può :
- legare a recettori specifici, solitamente a proteine che si trovano sulla superficie della membrana.
- se sono piccole o idrofobiche possono passare la membrana e legare a recettori intracellulari
2. la ricezione può essere regolata:
meccanismo utilizzato dalle cellule è regolare la ricezione attraverso l’incremento o diminuzione del
numero di ciascun tipo di recettore.
- down-regolazione : se concentrazione dell’ormone resta troppo elevata per un lungo periodo = le cellule
riducono il numero dei loro recettori.
- up-regolazione : se basse concentrazioni di ormone. Viene sintetizzato un maggior numero di recettori.
3. ha tre tipi principali di recettori presenti sulla superficie cellulare:
- i recettori accoppiati a canali ionici
- i recettori accoppiati a proteine G
- i recettori accoppiati a enzimi
- recettori :
1. recettori accoppiati a enzimi
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Sono proteine transmembrana con un sito di legame per una molecola segnale all'esterno della cellula
(alfa) ed una componente enzimatica all'interno della cellula (beta).
Quando i ligandi si legano ai due recettori fanno cambiare la conformazione dei recettori avvicinandoli.
La componente interna dopo il segnale attivano la loro attività tirosin-chinasica, ovvero ogni subsunità
beta è in grado di fosforilare tre residui di tirosina sull’altra subunità , ovvero ognuno fosforila sull’altro.
La fosforilazione induce un cambiamento conformazione creando dei siti attivi capaci di attaccare altre
proteine che continueranno la cascata trasduttiva.
2. recettori accoppiati a canali ionici
Si trovano nella membrana plasmatica e convertono segnali chimici in segnali elettrici.
Anche detti canali a controllo di ligando, significa che il canale Ionico si apre o si chiude in risposta al
legame della molecola segnale (ligando).
Il recettore risponde a determinati segnali con un cambiamento di conformazione, in modo da aprire o
chiudere la porta del canale.
es.: acetilcolina, neurotrasmettitore che si lega al suo recettore che è un canale ionico per il sodio. Fa
aprire il canale permettendo agli ioni sodio di entrare nella cellula. L’afflusso di ioni sodio depolarizzazione
l'interno e porta alla contrazione del muscolo.
3. recettori con proteine G
Recettori formati da 7 alfa-eliche che attraversano il doppio strato lipidico e sono legate a proteine G,
proteine nel versante intracellulare ancorate ai lipidi.
Una volta legato il proprio ligando, il complesso ligando-recettore si associa alla proteina G.
Questo determina il rilascio di GDP che viene sostituito da GTP.
Questa proteina va poi ad agire su molecole diverse che formano una cascata di segnali.
- molecole segnali
1. SINAPTICO
i neuroni trasmettono i segnali attraverso le sinapsi, attraverso rilascio di neurotrasmettitori.
Ci sono oltre 60 neurotrasmettitori diversi, tra cui l’acetilcolina, la noradrenalina, la dopamina, la
serotonina e vari aminoacidi e peptidi.
2. CONTATTO DIRETTO
cellule si scambiano segnali attraverso un contatto diretto o giunzioni comunicanti permettendo una
rapida risposta.
3. ENDOCRINO
ormoni prodotte dalle ghiandole endocrine vengono trasportati alle cellule bersaglio attraverso sangue
4. PARACRINO
secrezione da parte di una cellula ha effetto sulle cellule circostanti.
I regolatori locali includono: fattori di crescita, l’istamina, l’ossido nitrico e le prostaglandine.
5. AUTOCRINO
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la molecola segnale si lega ad un recettore che si trova sulla cellula stessa che l'ha prodotta.
- differenza tra regolazione paracrina ed endocrina
La regolazione endocrina e paracrina sono simili in quanto entrambe si basano sulla produzione di ormoni
secreti da ghiandole nel fluido interstiziale.
Gli ormoni paracrini agiscono localmente, diffondendo direttamente alle cellule bersaglio.
La regolazione endocrina di solito implica il trasporto di ormoni attraverso il sangue in altre parti del corpo.
VIRUS E AGENTI SUBVIRALI
Un virus è un agente infettivo molto piccolo costituito da un core di acido nucleico e dipendente per la sua
sopravvivenza da un ospite vivente.
Molti biologi considerano i virus particelle non viventi in quanto non hanno una struttura cellulare e non
possono né svolgere le attività metaboliche né replicarsi in modo autonomo. Essi non possiedono i
componenti necessari per effettuare la respirazione cellulare e per sintetizzare proteine o altre molecole.
I virus contengono acidi nucleici capaci di replicarsi una volta che hanno invaso le cellule viventi.
I virus sono parassiti intracellulari obbligati, il che significa che possono sopravvivere soltanto usando le
risorse di una cellula ospite.
I virus infettano ogni tipo di organismo inclusi batteri, archeobatteri, protisti, piante, funghi e animali. Alcuni
virus infettano perfino altri virus.
• mutano , soprattutto quelli con RNA
• sono specie-specifici per qualsiasi regno : ogni cellula ha il proprio virus ma un virus non attacca tutte le
cellule
costituiti da :
II core, costituito da un acido nucleico, è circondato da un rivestimento proteico detto capside.
• un unico acidi nucleico:
a) DNA a singolo filamento
b) DNA a doppio filamento
c) RNA a singolo filamento
d) RNA a doppio filamento
La forma di un virus è determinata dall’organizzazione delle subunità proteiche, dette capsomeri, che
costituiscono il capside.
I capsidi virali sono generalmente di forma elicoidale o poliedrica:
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• Di forma elicoidale è ad esempio mosaico del tabacco (TMV), appaiono come lunghi bastoncelli o
filamenti. Il loro capside è un cilindro cavo costituito da proteine che formano un solco, nel quale si adatta
l’RNA. Attaccano le piante di tabacco.
• I virus poliedrici, come gli adenovirus (che sono la causa di numerose malattie nell’uomo, tra cui
infezioni delle vie respiratorie), appaiono di forma sferica.
• Alcuni virus hanno componenti sia elicoidali che poliedrici. I virus che infettano i batteri sono detti
batteriofagi, (“mangiatori di batteri”) o fagi. I Fagi sono formati da una struttura proteica, un anello e un
filamento di DNA all’interno. Si utilizza per le prove in laboratorio , si mette il DNA all’interno e si guarda la
risposta.
• HSV - herpes simplex virus I, li ospitiamo nei nostri gangli nervosi, attraverso le mucose labiali
passano attraverso i neuroni e restano nei gangli e dormono, possono essere indifferenti, cioè non dare
mai manifestazione.
• HSV - herpes simplex virus II interessa le muscose genitali : diventa una malattia a trasmissione
sessuale, non curabile.
riproduzione dei virus :
Il ciclo riproduttivo di un virus comincia quando prende contatto con cellula ospite. L’acido nucleico virale
deve entrare nella cellula ospite per effettuare la sintesi dei componenti necessari alla sua riproduzione.
Quindi, i componenti virali vengono assemblati e i virus sono rilasciati dalla cellula, pronti a invadere altre
cellule.
Le due tipologie di riproduzione virale sono il ciclo litico e il ciclo lisogenico.
Un ciclo riproduttivo litico distrugge la cellula ospite. Nel ciclo litico, il virus lisa (distrugge) la cellula ospite.
Quando il virus infetta una cellula ospite sensibile, esso forza l’apparato metabolico della cellula ospite a
replicare le particelle virali. I virus caratterizzati da un ciclo litico sono detti virulenti, che significa che
causano malattie e spesso la morte.
Le cinque fasi principali di una tipica riproduzione virale litica sono:
1. Aggancio (o adesione). Il virus aderisce ai recettori posti sulla cellula ospite. Questo processo assicura
che il virus infetti solo il suo specifico ospite.
2. Penetrazione. Il virus penetra attraverso la membrana plasmatica della cellula ospite ed entra nel
citoplasma. Molti virus che infettano le cellule animali entrano intatti nella cellula ospite. Alcuni fagi
iniettano solo il loro acido nucleico nel citoplasma della cellula ospite, mentre il capside resta
all’esterno.
3. Replicazione e sintesi. Il genoma virale contiene tutte le informazioni necessarie per produrre nuovi
virus. Una volta all’interno, il virus degrada l’acido nucleico dell’ospite e usa il macchinario molecolare
della cellula ospite per replicare il proprio e produrre proteine virali. Molti farmaci antivirali interferiscono
con la replicazione dell’acido nucleico virale.
4. Assemblaggio. I componenti virali neosintetizzati vengono assemblati per formare nuovi virus.
5. Rilascio. I virus assemblati vengono liberati all’esterno. Generalmente, enzimi litici prodotti dal fago
durante gli stadi tardivi della replicazione distruggono la membrana plasmatica della cellula ospite.
Normalmente, il rilascio dei fagi avviene tutto in una volta e determina una rapida lisi cellulare, mentre i
virus animali spesso vengono rilasciati lentamente, oppure gemmano dalla membrana plasmatica.
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I nuovi virus infettano altre cellule e il processo si ripete. Il tempo richiesto per la
replicazione virale, dall’adesione al batterio alla liberazione di nuovi virus, varia da
meno di 20 minuti a più di un’ora.
- forma delle proteine
si può individuare i bersagli su cui fare agire i farmaci. In caso di mutazione conoscere la struttura aiuta a
disegnare le molecole che correggono.
- proteina Spike
proteina bersaglio si trova sulla superficie del corona virus che è responsabile dell’infezione delle cellule e
della replicazione del virus.
Una volta nota la struttura è possibile per i scienziati sintetizzare dei composti che ne bloccano la funzione.
Il meccanismo di entrata è simili a quello dell’HIV
- farmaci antivirali
inibiscono meccanismi di cambiamento conformazionale delle proteine, perchè la proteina che si attacca
alla cellula la trascina e avvicina la cellule e il virus causando un varco e si fondono
i farmaci antivirali bloccano la formazione del varco
- pericolosità di virus influenzali
dal tipo di emoagglutinine che possiede.
Si conoscono più di una dozzina diù sottotipi di emoagglutinine.
H1, H2 e H3 ..
(H è l'iniziale del nome inglese Hemagglutinin),
attaccano l'uomo perchè sono in grado di riconoscere alcuni zuccheri sulla superficie delle cellule del
nostro tratto respiratorio, è per questo che l'infezione comincia lì quando prendiamo l'influenza.
sigla N1 si riferisce al sottotipo di una proteina virale di superficie: la neuraminidasi che il virus usa per
staccarsi dalla cellula infettata e propagare l'infezione.
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BATTERI E ARCHEOBATTERI
Tali organismi abitano nel nostro pianeta da più di 3,5 miliardi di anni, a differenza degli eucarioti che sono
apparsi circa 2,2 miliardi di anni fa.
Molti microrganismi — batteri, protozoi e funghi — furono identificati come patogeni, cioè agenti in grado di
provocare malattie. Sebbene i batteri siano responsabili di molte malattie dell’uomo, tra cui le infezioni delle
vie respiratorie, la tubercolosi, il tetano e le intossicazioni alimentari, solamente una piccola minoranza di
specie è patogena (nessun archeobatterio è stato mai identificato come patogeno).
I batteri e gli archeobatteri svolgono un ruolo essenziale nella biosfera come decompositori, scindendo le
molecole organiche nei loro componenti più semplici.
I procarioti, insieme ai funghi, sono i riciclatori della natura. Senza questi microrganismi, tutto il carbonio,
l’azoto, il fosforo e lo zolfo resterebbero legati ai rifiuti e ai resti di piante e animali, e non sarebbero
disponibili per la sintesi di nuove cellule e organismi.
Alcuni procarioti sono produttori capaci di effettuare la fotosintesi. Altri trasformano l’azoto atmosferico in
ammoniaca e quindi in nitrati, la forma in cui l’azoto può essere assimilato dalle piante). La fissazione
dell’azoto consente a piante e animali (che si nutrono di piante) di fabbricare molecole essenziali
contenenti azoto, come proteine e acidi nucleici.
I procarioti hanno due forme principali:
- sferica / cocchi
- bacilli
- da cosa è composto :
• organelli non sono circondati da membrana, pertanto mancano di nucleo ma
possiede un’area nucleare, anche detta nucleoide, che contiene il DNA.
• La cellula procariotica contiene ribosomi (più piccoli di quelli eucariotici) e
granuli di riserva contenenti glicogeno, lipidi o composti fosforilati.
• La maggior parte hanno una parete cellulare che circonda la membrana plasmatica. La parete cellulare
fornisce una struttura rigida che sostiene la cellula e mantiene la forma. La parete cellulare è costituita da
peptidoglicano (assente negli archeobatteri);
• Alcuni procarioti hanno le fimbrie e i pili. Usati per attaccarsi alla superficie della cellula, incluse le
superfici delle cellule che infettano. I pili sessuali, sono importanti per permettere il trasferimento del DNA
da un batterio all’altro.
• La maggior parte dei batteri si muove grazie alla presenza di flagelli.
Nel 1888, il medico danese Christian Gram mise a punto la colorazione di Gram.
I batteri :
- Gram-positivi : colorazione violetto/nero;
- Gram-negativi : colorazione rosa/chiaro;
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La parete dei batteri Gram-positivi è molto spessa ed è formata
principalmente da peptidoglicani. La parete cellulare di una cellula batterica
Gram-negativa è costituita da due strati, una sottile parete di peptidoglicano
protetta da uno strato lipidico.
La differenza tra batteri Gram-positivi e Gram-negativi è importanza nel
trattamento di alcune malattie, soprattutto per trovare l’antibiotico corretto.
- Riproduzione:
Il materiale genetico dei procarioti non è circondato da un involucro nucleare.
Nella maggior parte è costituito da una singola molecola di DNA circolare.
Presentano in aggiunta uno o più plasmidi, piccole molecole di DNA circolari.
I plasmidi batterici spesso portano geni che codificano gli enzimi per il catabolismo, per gli scambi di
materiale genetico e per la resistenza agli antibiotici.
La loro riproduzione è molto rapidamente.
I procarioti si riproducono asessualmente per scissione binaria, un processo mediante il quale una
cellula si divide in due cellule figlie simili.
I batteri possono riprodursi anche per gemmazione. In questo caso, la cellula produce una protuberanza, o
gemma, che cresce, matura e infine si separa dalla cellula madre.
Alcuni procarioti si dividono attraverso la frammentazione. Durante questo processo le pareti cellulari si
accrescono all’interno della cellula, che viene scissa in numerose cellule di nuova costituzione.
Le conseguenze dell’infezione dipendono dalla invasività e tossigenicità:
I batteri patogeni producono una varietà di sostanze :
• Alcuni batteri producono esotossine : potenti veleni secreti dalla cellula o liberati quando la cellula viene
distrutta. La tossina è responsabile della malattia, non la presenza del battierio.
- es.: botulismo, un tipo di avvelenamento alimentare che provoca paralisi e talvolta morte, deriva
dall’ingestione di cibo in scatola mal conservato. Il botulismo è causato da un’esotossina liberata dal
Clostridium botulinum, un batterio Gram-positivo.
- sono difficili da eliminare.
• Altri producono endotossine non sono secrete dai patogeni, ma sono componenti della parete cellulare
dei batteri Gram-negativi. Questi composti colpiscono l’ospite solo quando vengono liberati in seguito alla
morte dei batteri. Le endotossine si legano ai macrofagi e li stimolano a liberare sostanze che causano la
febbre e altri sintomi dell’infezione.
- non vengono distrutte dal calore, ma sono più facili da eliminare.
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CROMOSOMI
I cromosomi portano l’informazione genetica contenuta nel nucleo cellulare.
I cromosomi sono costituiti da cromatina, un materiale composto da DNA e proteine istoniche. Quando una
cellula non è in divisione, la cromatina si trova sotto forma di lunghi e sottili filamenti aggregati che le
conferiscono all’osservazione al microscopio elettronico un aspetto granulare (eterocromatica). Al momento
della divisione cellulare, le fibre di cromatina si condensano e i cromosomi si rendono visibili come strutture
distinte (eucromatina)
Il DNA si compatta insieme a proteine chiamate Istoni per formare strutture dette nucleosomi. L’unità
fondamentale di ciascun nucleosoma consiste in una struttura simile a una perla con un tratto di DNA
avvolto intorno a un nucleo costituito da otto molecole di istoni.
I nucleosomi importanti perché impediscono al DNA di aggrovigliarsi.
↳L’avvolgimento del DNA in nucleosomi rappresenta il 1° livello di struttura dei cromosomi.
I nucleosomi raggiungono diametro di 10 nm quando un’altro tipo di istone, istone H1, si associa con il DNA
di giunzione (DNA linker), compattando tra loro nucleosomi adiacenti per formare una fibra del diametro di
30 nm.
Queste fibre formano delle grandi anse a spirale che interagendosi formano la cromatina condensata che
costituisce i cromosomi metafasici.
- cromatina
l’eucromatina, debolmente colorabile, struttura più aperta e trascrivibile,
l’eterocromatina, intensamente colorabile, maggiormente condensata e trascrizionalmente inattiva.
contengono i geni → sono strutture non regolari del genoma, non si posizionano a distanze costanti e le
grandezze variano, si sparpagliano.
cromosomi sono 22 + x, y
sono elencati in base alla grandezza, tranne il 22 che non è piccolo.
X —> è grande
Y —> piccolo , ha minor numero di geni (71)
- come sono :
sono fatti da due subunità, i cromatidi, formando insieme i cromatidi fratelli.
I cromatidi sono tenuti insieme dal centromero, dividendo i cromatidi in un braccio
lungo (q) e uno corto (p).
Ogni centromero è associato ad una struttura proteica chiamata cinetocore alla
quale si possono legare i microtubuli, fondamentali per la separazione dei
cromatidi fratelli.
Le parti finali sono i telomeri.
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Il cromosoma si può osservare durante la duplicazione, durante la METAFASE, perché ogni cromatidio è
condensato e ben distinguibile. Durante questa fase si può analizzare il cariotipo, ovvero un’analisi che va
a vedere la composizione dei cromosomi per vedere la presenza di anomalie.
- classificazione dei cromosomi
1. dalle dimensioni
si inizia dal cromosoma più lungo, fino ad arrivare al più piccolo, il 22
2. dalla forma
metacentrici : centromero a metà del cromosoma
submetacentrici : centromero spostato e si distinguono le bracce
telocentrici : centromero spostato molto all’estremità
3. dal bandeggio
con particolari tecniche i cromosomi possono formare tante bande tra il nero, grigio e bianco. Gli scienziati
hanno classificato i cromosomi e le varie porzioni a seconda del loro bandeggio.
es.:
gene CFTR : 7q31.2
7 —> cromosoma
q —> braccio lungo
3 —> terza regione
1 —> banda uno della terza regione
2 —> sottobanda
ANALISI DEL CARIOTIPO
I cromosomi umani sono visibili solamente nelle cellule in divisione che sono difficilmente ottenibili
direttamente dal corpo umano.
Normalmente si utilizza il sangue : i globuli bianchi
Nell’esecuzione, le cellule sono trattate con colchicina, che le blocca in metafase mitotica, quando i
cromosomi sono maggiormente condensati.
Successivamente, le cellule sono poste in una soluzione ipotonica che le fa rigonfiare, in modo che i
cromosomi, separandosi, possano essere facilmente osservati.
Le cellule sono poi schiacciate su un vetrino e i cromosomi sono colorati per mettere in evidenza le bande,
caratteristico per ogni coppia di omologhi.
Dopo che l’immagine microscopica è stata acquisita da un computer, le coppie di omologhi sono appaiate
elettronicamente.
Differenze rispetto al cariotipo normale, che riguardano modificazioni del numero e della struttura dei
cromosomi, sono associate con alcune malattie, come la sindrome di Down.
Un filamento di DNA complementare al DNA di uno specifico cromosoma viene marcato con un colorante
fluorescente. Per ogni cromosoma viene usato un fluoroforo differente, cosicché ciascuno presenta un
proprio colore.
21
Un cromosoma che presenti più colori indica rottura e fusione di cromosomi, un’anomalia associata ad
alcune malattie genetiche e a molti tipi di cancro
- cromatina
complesso di proteine e acidi nucleici in cui è organizzato il genoma cellulare.
Il principale componente è il DNA che è associato a proteine chiamate istoni. Sono proteine che si legano
al DNA e consentono di farlo avvolgere formare una struttura molto compatta.
La cromatina continua ad avvolgersi su se stessa, in modo tale da inserire 2metri di DNA all'interno del
cromosoma.
Le proteine contenute sono tre:
1. proteine istoniche
ogni nucleosoma ( struttura elementare della cromatina ) è formata da 8 istoni che avvolgono il DNA
2. istone H1
proteina legata ai nucleosomi che servono per bloccare il DNA e non farlo aprire e successivamente più
istoni H1 sono in grado di compattare ancora di più il nucleosoma
3. proteine regolatori
proteine regolatori sensibili segnali cellulari ormonali che provocano la separazione degli istoni e la
distensioni del filamento in determinate zone permettendo alla RNA-polimerasi di leggere e trascrivere la
sequenza di nucleotidi per la sintesi proteica.
22
MUTAZIONI
ALTERAZIONI NEL NUMERO E STRUTTURA:
• numero :
1. La poliploidia
presenza di corredi cromosomici completi multipli
Può verificarsi come risultato di una mancata separazione dei cromosomi durante la meiosi o per la
fecondazione della cellula uovo da parte di più di uno spermatozoo.
- letale
2. Le aneuploidie
Anomalie per la presenza di un unico cromosoma extra o per l’assenza di un cromosoma
- molto più comuni
monosomico : 2n - 1
disonomico : 2n normale
trisonomica : 2n + 1
Anomalie nel numero dei cromosomi sono ricorrenti nelle cellule cancerose, però non è chiaro se
l’aneuploidia è una causa del cancro, oppure ne è una conseguenza.
•
struttura:
Le anomalie cromosomiche causate da cambiamenti nella struttura di uno o più cromosomi. Sono il
risultato di errori nel corso della replicazione o della ricombinazione.
Quattro tipi di alterazioni strutturali:
1. duplicazioni : segmento cromosomico ripetuto;
2. inversioni : segmento inverte il suo orientamento;
3. delezioni : consiste in una rottura e una perdita di un segmento di cromosoma; SI verifica
all’estremità o all’interno.Grosse delezioni sono letali, mentre quelle più piccole possono essere
asintomatiche e portare malattie come la sindrome “cri-du-chat” in cui c’è la delezione di una parte
del braccio corto del cromosoma 5.
4. traslocazioni :frammento cromosomico si stacca e si attacca a un cromosoma non omologo;
INATTIVAZIONE DEL CROMOSOMA X
La X in più ( XX o XXX ) viene inattivata facendola diventare nell’interfase eterocromatina → “corpo di Barr”
( cromosoma sessuale X molto più compatta e spiralizzata e quindi la sua trascrizione è inattiva )
Questa inattivazione non avviene nello zigote ma nell’embrione precoce e si ereda.
motivo dell’inattivazione :
il cromosoma X è più grande e ha più geni rispetto al cromosoma Y.
Se fossero attivi tutte e due le X creerebbe una disuguaglianza nella quantità genetica e quindi si inattiva
un cromosoma X.
23
- spiega le mutazioni
Le mutazioni sono cambiamenti nella sequenza nucleotidica del DNA, possono essere trasmesse da una
cellula cotone organismo alla sua progenie. Negli organismi pluricellulari possono essere:
1. Mutazioni somatiche : avvengono nella cellula somatica, trasmesse alle cellule figlie durante la mitosi;
2. Mutazioni germinali : avvengono nelle cellule della linea germinale, possono essere trasmessi figli.
• Puntiformi: consiste nell’aggiunta, nella sottrazione nella sostituzione o di uno o pochi nucleotidi.
Possono essere :
• Silente: sostituzione di basi che non modificano nella sequenza di aminoacidi del polipeptide codificato.
• Missenso: sostituzione di basi che cambiano la sequenza in modo che un amminoacido ne sostituisca un
altro, causano una modifica chimica della proteina finale.
• Non senso: sostituzione di basi che producono un codone di stop in qualche punto dell’mRNA, portando
sempre una proteina più corta.
• Mutazioni frameshift: sono causate da inserzioni o delezioni di nucleotidi, che portano a un scorrimento
nella finestra di lettura del DNA.
• Cromosomiche: variazioni della struttura dei cromosomi. Possono essere :
• Mutazione di singoli cromosomi: delezione, duplicazione, inversione di un gene su un
cromosoma;
• Traslocazione: si ha traslocazione quando due cromosomi diversi si scambiano dei
geni;
• Inserzione: si ha inserzione quando un cromosoma dona un gene a un cromosoma
differente.
• Genomiche: variazione del numero di cromosomi, che possono essere superiori o inferiori.
• poliploidia
presenza di corredi cromosomici completi multipli
24
Può verificarsi come risultato di una mancata separazione dei cromosomi durante la meiosi o per la
fecondazione della cellula uovo da parte di più di uno spermatozoo.
- letale
• Aneploidia: variazione di uno o più cromosomi, ma non dell'intero corredo cariotipico, sono molto più
comuni :
monosomico : 2n - 1
disonomico : 2n normale
trisonomica : 2n + 1 —> causa più comune è fenomeno di non disgiunzione, ovvero durante l’anafase della
meiosi I, entrambi gli omologhi migrano verso lo stesso polo della cellula
Anomalie nel numero dei cromosomi sono ricorrenti nelle cellule cancerose, però non è chiaro se
l’aneuploidia è una causa del cancro, oppure ne è una conseguenza.
- modalità in laboratorio
1. in vitro
Effettuare una sperimentazione eseguita al di fuori di un organismo vivente, solitamente utilizzando tessuti,
organi o cellule isolati.
2. in vivo
sperimentazione eseguita attraverso un organismo vivente e non in provetta, esempio topi
3. in silicio
sperimentazione eseguita attraverso il computer.
Da un'immagine dinamica, e si vedono i movimento dal vivo.
importante perchè:
I) si vedono interazioni tra molecole --> prevedere le risposte
II) vedere i principi attivi farmacologici
III) studiare dinamiche di sistemi evolutivi e ecosistemi
- gruppi sanguigni
globuli rossi sono coinvolti nel riconoscimento self
si distinguono in base alle proteine che si trovano nella membrana del globulo rosso e si classificano in
base agli anticorpi prodotti dalle cellule della linea bianca del sangue che riconoscono la struttura specifica
di molecole.
Se ci sono agenti esterni, gli anticorpi sono capaci di riconoscerle.
AB0 : proteine che hanno delle brevi catene di zuccheri di cui si differenziano per una parte dello zucchero :
A → N-acetilgalattosammina
B → galattosio
0→ /
AB → tutti e due
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reazione immune : non dare un sangue sbagliato
se entra un sangue di gruppo sbagliato si formano dei agglutinati, creando trombi.
sistema Rh
è un’altro antigene
Rh+ : c’è la proteina e può ricevere sangue da uno + e Rh- : non se non c’è è Rh- e non può ricevere sangue di rh+
- quali sono le regole di chargaff?
Le regole di Chargaff derivano dagli studi condotti dal chimico austriaco Erwin Chargaff relativi
al DNA contenuto nelle cellule di diversi organismi. In particolare, le regole mostrano dei
particolari rapporti tra le quattro basi azotate del DNA (adenina, guanina, timina e citosina).
Le regole sono:
1. PRIMA REGOLA: la prima regola di Chargaff sostiene che una molecola di DNA a doppio
filamento, in tutti gli organismi viventi, mostra un'eguaglianza tra le coppie di basi tali
che numero basi A = numero basi T, e numero basi G = numero basi C.
2. SECONDA REGOLA: la seconda regola di Chargaff sostiene invece che anche sul singolo
filamento di una molecola di DNA a doppio filamento il numero A è simile al numero di
T, ed il numero di C è simile al numero di G.
Utilizzare le seguenti formule per la risoluzione degli esercizi:
- rapporti uguali da 1 delle basi azotate
- rapporti diversi da 1 delle basi azotate
26
CICLO CELLULARE
Solitamente, quando le cellule raggiungono una certa dimensione, devono arrestare l’accrescimento o
dividersi. Non tutte le cellule si dividono. Alcune cellule, come le cellule nervose, quelle del muscolo
scheletrico e gli eritrociti, una volta mature, cessano di dividersi. Altre cellule vanno incontro a sequenze di
attività richieste per la crescita e la divisione cellulare.
Gli stadi attraverso i quali una cellula passa da una divisione cellulare alla successiva costituiscono il ciclo
cellulare. La durata del ciclo cellulare varia.
Il ciclo cellulare consiste in due fasi principali, l’interfase e la fase M, ciascuna delle quali può essere
riconosciuta mediante l’utilizzo di un microscopio ottico
- proliferazione cellulare : divisione
La proliferazione cellulare sta alla base dei processi biologici che portano a formare due cellule somatiche.
Nel caso dei gameti le cellule prodotte non sono due ma diventano quattro.
E’ un bisogno biologico di accrescere l’organismo ( embrionale, fetale, alla nascita ), per rigenerare i tessuti
che si sono usurati, riproduzione per conversare caratteri per la nostra specie e per la varietà.
- ciclo cellulare
Serie di eventi ordinati che avviene nelle cellule eucariote e che porta alla crescita e alla duplicazione
cellulare.
La cellula trascorre la maggior parte della propria vita in interfase, il periodo in cui non avviene la divisione
cellulare, ed è il periodo di tempo che va da una divisione cellulare all’altra.
Una cellula è metabolicamente attiva in questo periodo, poiché sintetizza le sostanze necessarie e si
accresce. La maggior parte delle proteine, dei lipidi e degli altri materiali biologicamente importanti è
sintetizzata durante l’interfase, soprattutto c’è la replicazione del proprio DNA.
Il ciclo cellulare è suddiviso in 4 momenti :
1. gap 1 :
• cellula si accresce di dimensioni ;
• sintetizza componenti del citoplasma e organelli, mRNA, istoni e proteine necessarie alla duplicazione;
1° controllo
DNA danneggiato
ambiente extracellulare sfavorevole
contiene tutti elementi necessari
se ha fattori di crescita
2. fase S : replicazione del DNA
3. gap 2 : distribuzione dei cromosomi duplicati alle cellule figlie
4. Mitosi o Meiosi : divisione cellulare
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Il ciclo cellulare è sottoposto a checkpoints, sono tre punti durante il ciclo alla quale la cellula verifica il suo
stato, e se c’è qualcosa di errato viene mandata ad apoctosi :
1. G1 - S : controlla integrità del DNA, se non si sta crescendo troppo, se ha tutti gli elementi necessari, i
segnali esterni (fattori di crescita) importanti perché non possono le cellule riprodursi per loro iniziativa
se cosi non fosse le cellule continuerebbero a riprodursi e diventerebbe una cellula tumorale.
↳ attraverso proteine e oncosoppressori, che obbliga a fermare la cellula.
2. G2 - M : controlla la dimensione della cellula e il completamento della replicazione del DNA
3. Mitosi / Meiosi : verifica stabilità del fuso mitotico;
L’interruttore che regola l’insieme dei processi di controllo è
l’insieme di due molecole :
• ciclina
• chinasi ciclina dipendente Cdk
queste molecole sono sempre presenti durante il ciclo cellulare,
per attivandosi formano un complesso unico chiamato
Maturation promoting factor MPF : mediano tutti gli i controlli
attraverso la fosforilazione.
Nell’individuo adulto vi sono :
• CELLULE PERENNI ( es. neuroni ) che dopo essersi differenziate non compiono più il ciclo, continuano a
seguire la fase G0 per rientrare nel G1 e fare un circolo.
• CELLULE STABILI ( es. cellule epatiche) che non compiono più il ciclo ma hanno la possibilità di
riprenderlo; Solitamente vanno in fase G0 ma per bisogni, esempio dopo una seria lesione, entrano e
completano il ciclo.
• CELLULE STAMINALI che continuamente compiono il ciclo
- fattori di crescita
le cellule si dividono a seconda se c’è lo stimolo e questa è la funzioni dei fattori di crescita.
Attraverso un bisogno dell’organismo.
esempio :
- fattore di crescita — derivato dalle piastrine quando c’è una ferita o danno tessutale
- Eritropoietina (molecola segnale) — sintetizzata dai reni stimola la proliferazione delle cellule del midollo
osseo e la produzione di eritrociti che vanno nel ciclo sanguigno.
- ormoni — segnalazione endocrina, segnalano cellule anche molto distanti e possono modificare il ciclo
cellulare, il metabolismo della cellula colpita.
- apoptosi e necrosi - morte cellulare
processo di morte cellulare controllato. E’ un evento fondamentale nell’equilibrio riproduttivo dei tessuti e
nei meccanismi di sorveglianza contro lo sviluppo dei tumori.
28
Negli organismi pluricellulari alcuni tessuti, quali epiteliali come la pelle, le pareti gastrointestinali e
dell’apparato respiratorio, si rinnovano a partire da cellule madri che si dividono per mitosi, mentre le cellule
più vecchie vengono eliminate, in modo che il numero complessivo rimanga costante.
La morte delle cellule “vecchie” avviene attraverso due processi estremamente diversi tra loro: la necrosi e
l’apoptosi.
• Necrosi — morte rapida, non controllata, normalmente causa una risposta infiammatoria perché le
sostanze intracellulari vengono riversate all’esterno, e ciò rappresenta un evento traumatico dove le
cellule immunitarie lo vedono come pericolo.
• Apoptosi — processo che avviene sotto stretto controllo genetico e non da risposte infiammatorie.
- divisione cellulare : mitosi e meiosi
Si distinguono due tipi fondamentali di riproduzione: asessuata e sessuata.
Nella riproduzione asessuata, un singolo genitore, di solito attraverso un processo di scissione,
gemmazione o frammentazione, dà origine a due o più individui.
Nella maggior parte sono prodotte per mitosi, cosi i loro geni e i caratteri ereditati sono identici a quelli del
genitore.
La riproduzione asessuata permette agli organismi ben adattati al loro ambiente di produrre nuove
generazioni di individui ugualmente adattati.
La riproduzione asessuata avviene in modo rapido ed efficiente, in parte perché l’organismo non deve
spendere tempo ed energia per trovare un partner.
Al contrario, la riproduzione sessuata comporta l’unione di due cellule sessuali specializzate, i gameti, per
formare un’unica cellula chiamata zigote.
I gameti derivano da due diversi genitori : l’uovo e lo spermatozoo, e l’uovo fecondato è lo zigote.
La riproduzione sessuata genera variabilità genetica all’interno della prole. La riproduzione sessuata dà
origine a individui geneticamente non identici ai loro genitori, cosicché alcuni possono essere in grado di
sopravvivere a variazioni ambientali o ad altri stress meglio dei genitori, mentre altri che presentano una
diversa combinazione di caratteri possono essere meno adatti a sopravvivere.
I cromosomi di solito sono presenti in coppie nelle cellule somatiche degli animali.
I membri di una coppia, chiamati cromosomi omologhi, sono simili per dimensioni, forma e posizione dei
loro centromeri. Quando vengono colorati con tecniche speciali, i cromosomi spesso mostrano una
bandeggiatura caratteristica per ogni coppia.
I 46 cromosomi delle cellule dell’uomo costituiscono 23 diverse coppie.
L’aspetto più importante dei cromosomi omologhi è che portano l’informazione per il controllo degli stessi
caratteri genetici.
Se una cellula contiene due cromosomi di ogni tipo, cioè due serie di cromosomi, si dice che possiede un
corredo cromosomico diploide; se invece è presente solo un cromosoma di ogni coppia di omologhi, si dice
che il corredo è aploide.
Nell’uomo, il numero diploide di cromosomi è 46 e il numero aploide è 23.
29
Quando l’uovo e lo spermatozoo si fondono alla fecondazione, ogni gamete fornisce una serie aploide di
cromosomi. Il numero diploide viene perciò ristabilito nell’uovo fecondato.
Quando lo zigote si divide per mitosi per formare le prime due cellule dell’embrione, ogni cellula figlia riceve
un numero diploide di cromosomi e questo si ripete nelle successive divisioni mitotiche. In questo modo, le
cellule somatiche sono diploidi.
- mitosi
La mitosi è un processo legato alla divisione cellulare.
Attraverso la mitosi una cellula si divide in due cellule figlie che risultano geneticamente e
morfologicamente identiche tra loro e alla cellula madre.
La mitosi è preceduta dalla interfase durante la quale si ha la duplicazione del DNA e dei cromosomi
fratelli che da diploidi 2n (46 cromosomi) divengono quindi 4n (92 cromosomi).
1. profase : I filamenti di DNA si condensano in strutture dall’aspetto di bastoncelli, i cromosomi. Ogni
cromosoma possiede una strozzatura, che viene detta centromero. Il citoscheletro si disassembla, si
forma il fuso mitotico tra i centrioli che sono ai poli della cellula e l’involucro nucleare comincia a
scomparire.
2. metafase : le coppie di cromatidi si allineano a metà, sul piano equatoriale e vengono attaccati dai fusi
mitotici. In questa fase i cromosomi raggiungono il massimo grado di visibilità al microscopio, a causa
della loro forte spiralizzazione.
3. anafase : i due cromatidi fratelli si separano a livello dei loro centromeri e si spostano uno verso un poli
opposti. Si separano grazie a enzima “separasi”.
4. telofase : i cromatidi fratelli sono giunti ai due poli e attorno a loro cominciano a formarsi due
membrane nucleari; questo fa in modo che si formino due nuclei distinti. Dopo la formazione dei due
nuclei avviene la Citochinesi ovvero la divisione del citoplasma della cellula. Alla fine di questo
processo si ottengono due cellule distinte, le cellule figlie.
- meiosi
processo caratteristico delle cellule eucariote, essa riguarda unicamente la produzione delle cellule
sessuali o gameti degli organismi pluricellulari.
Con la meiosi, una singola cellula diploide, dopo aver replicato una sola volta il suo DNA, da origine a
quattro cellule figlie, i gameti, dotate di un patrimonio dimezzato di cromosomi e dette perciò aploidi.
La diversità è dovuta ad un evento, il crossing over, che ha luogo durante la Profase I
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Lo scopo di ottenere cellule aploidi è quello di garantire il mantenimento del numero di cromosomi tipico
della specie.
Al momento della fecondazione i due gameti maturi e aploidi, si uniranno a formare lo “Zigote”, la prima
cellula a partire dalla quale si svilupperà l’intero organismo, che sarà diploide.
funzioni :
• ridurre il numero cromosomico da diploide 46 ad aploide 23
• assicurare che ciascun gamete aploide sia provvisto di un corredo completo di cromosomi
• garantire la variabilità genetica dei gameti
Formato da 2 cicli successivi di divisione cellulare : meiosi I e meiosi II
meiosi I : si separano i cromosomi omologhi e formano due cellule aploidi.
1. profase I : la cromatina si organizza in strutture dette cromosomi; i cromosomi omologhi si appaiano e
si formano le tetradi. In questa fase, i due cromosomi omologhi sono uniti tra di loro, possono avvenire
scambi incrociati di parti più o meno lunghe di cromatidi omologhi (fenomeno di crossing-over). La
membrana che avvolge il nucleo si disgrega. Si forma un fascio mitotico che si estende da un polo
all’altro della cellula.
2. metafase I : ciascuna tetrade migra verso l’equatore della cellula; i centromeri sono agganciati alle fibre
del fuso;
3. anafase I : i due cromadi dello stesso cromosoma migrano ai poli opposti, si separano i cromosomi
omologhi;
4. telofase I : Per ogni polo che si forma si trova un solo cromosoma di ogni coppia di cromosomi e
avviene la citocinesi.
meiosi II : non è preceduta da alcuna duplicazione del DNA. I cromosomi costituiti da due cromatidi, si
portano all'equatore e si attaccano alle fibre del fuso; i due cromatidi di ciascun cromosoma si separano
migrando ai poli. Si formano così quattro cellule, ciascuna con un corredo aploide di cromosomi e con un
diverso assortimento dei cromosomi di origine materna e paterna. Durante questa separazione vi è una
distribuzione indipendente dei cromosomi paterni e materni per cui, alla fine, vi sarà un diverso
assortimento dei cromosomi nelle quattro cellule figlie.
1. profase II : La cromatina si condensa nuovamente, in modo che si possono osservare i cromosomi,
formati da due cromatidi uniti dal centromero. Si forma nuovamente il fuso di microtubuli.
2. metafase II : I cromosomi si dispongono su una linea equatoriale, trasversale rispetto alle fibre del fuso,
in modo che ciascun cromatidio sia rivolto verso uno dei due poli della cellula. I centromeri prendono
contatto con le fibre.
3. anafase II : I cromatidi migrano ciascuno verso un polo della cellula, spostandosi verso le fibre del fuso.
In tal modo, ciascun cromatidio diviene un nuovo cromosoma.
4. telofase II : Ai lati opposti si formano i nuclei. Il citoplasma della cellula si divide in due, cosi da portare
alla formazione di 4 cellule figlie aploidi
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- differenze tra meiosi e mitosi
1. La Mitosi è un processo che porta alla formazione di 2 cellule figlie identiche attraverso la divisione di
una cellula madre, mentre la meiosi ha come prodotto finale 4 cellule figlie a partire da una singola
progenitrice.
2. Le divisioni cellulare avvengono una sola volta nella mitosi, mentre durante la meiosi avvengono due
distinte divisioni cellulari.
3. Un’altra importante differenza tra mitosi e meiosi è la natura delle cellule coinvolte. La mitosi coinvolge
tutte le cellule somatiche, la meiosi è esclusivo delle cellule germinali diploidi e da cui si originano le
cellule germinali aploidi immature che maturando diventeranno gameti.
4. La tetrade è un particolare struttura della meiosi, determinata dall’appaiamento dei cromosomi
omologhi in profase I. La formazione della tetrade è fondamentale perché possa avvenire il crossing
over, quindi nella meiosi si crea una varietà perché c’è una ricombinazione genica. Nella mitosi non
avviene la ricombinazione genica e il materiale ereditato dalle cellule figlie è una copia identica di quello
della madre.
- cromosomi omologhi
cromosomi omologhi sono le due copie rispettivamente di derivazione
materna e paterna, che quando si copiano diventano cromatidi fratelli.
Non sono identici, papà non è uguale a mamma. Mentre i cromosomi
fratelli sono identici
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- GAMETOGENESI
La gametogenesi è il processo che porterà alla formazione dei gameti, deve avvenire in organi
specializzati che sono per l’ovogenesi (formazione dell'ovocita) l'ovaio, per la formazione dello
spermatozoo il testicolo.
I due sistemi sono completamente separati e portano alla formazione di strutture cellulari a corredo
aploide.
Per la formazione dei gameti le vie sono diverse ma partono tutte con le cellule germinali primordiali:
oogoni e spermatogoni, all'interno di cellule somatiche (cellule specializzate del nostro organismo, che
sono le cellule del Sertoli nel testicolo e le cellule follicolari a livello dell'ovaio) che sono in grado di
influenzare la differenziazione cellulare.
Tutte le cellule germinali primordiali hanno un'intensa fase proliferativa, che è diversa come tempistica
nell'uomo e nella donna. A questa fase proliferativa corrisponde una fase di differenziazione che porterà la
cellula a lasciare la mitosi e a entrare in meiosi: da un cariotipo diploide si avrà un cariotipo aploide, con 23
cromatidi.
La meiosi è il processo che ci porterà a dimezzare il numero di cromatidi ma anche a cambiare l'aspetto
genico di ogni singolo cromatide, attraverso quello che sarà il crossing-over.
Le due gametogenesi sono due processi completamente diversi come tempistica nella donna e nell'uomo:
mentre nella donna l'inizio della meiosi avviene quando si è un feto, nell'uomo invece la meiosi inizia dopo
la pubertà e continua per tutta la vita. Quindi i due processi meiotici sono diversi dal punto di vista
tempistico.
Le cellule germinali primordiali sono esattamente uguali nel maschio e nella femmina; alla fine del 2 mese
si differenziano in spermatogoni od ovogoni a seconda del loro patrimonio genetico.
differenze :
\
ovogenesi
spermatogenesi
tempo
processo ciclico e rallentato con
interruzione durante la vita
processo continuo
numerosità per ogni meiosi
1 perché nella meiosi si produce
un oocita secondario (n) e un
corpuscolo polare che non è
fecondabile
completa la meiosi
solo se avviene la fecondazione
4
sempre, si formano i spermatidi
diventando cellule spermatiche
- Ovogenesi.
La produzione delle cellule uovo inizia prima della nascita, accelera alla pubertà e termina con la
menopausa: tra la pubertà e la menopausa l’oogenesi si attua una volta al mese nell’ambito del ciclo
ovarico.
33
Questo processo inizia durante lo sviluppo fetale, quando le cellule staminali riproduttive femminili,
chiamate oogoni, vanno incontro alla mitosi, producendo oociti primari diploidi (2n).
Gli oociti primari rimanenti vanno incontro alla meiosi I, procedono fino alla profase I, e poi restano in
questo stato fino a quando la femmina raggiunge la pubertà.
Dalla pubertà alcuni oociti primari sono stimolati a riprendere la meiosi e completa la 1° divisone
meiotica x ogni 28 giorni.
Solo se fecondato, l’ovocita secondario completa la 2° divisione meiotica.
caratteristiche :
• processo discontinuo in cui la produzione dei gameti avviene ciclicamente e si interrompe con la
menopausa.
• Alla nascita le ovaie contengono qualche milione di ovociti primari (bloccati in profase I )
• alla pubertà il numero è ridotto a circa 200.000
• Nel periodo di vita una donna produce circa 400 ovociti
secondari
• gli ovociti invecchiano insieme alla donna, con l’età aumenta
il rischio nella meiosi
FECONDAZIONE
Le prime fasi di sviluppo dell'organismo umano sono definite:
zigote, morula, blastula e gastrula.
La cellula uovo fecondata costituisce lo zigote ( cellula
staminale totipotente solo parzialente )
- cellule staminali
Sono delle cellule indifferenziate, non specializzate, dotate della capacità di originare e diventare tipi diversi
di cellule di diversi tessuti o diversi organi del corpo attraverso un processo denominato differenziamento
cellulare. Le cellule staminali si moltiplicano in modo continuativo.
➔ La loro funzione è quella di provvedere all’accrescimento corporeo, alla sostituzione delle cellule morte o
danneggiate. Possono auto-rigenerarsi oppure differenziarsi e diventare cellule specializzate.
Le cellule staminali sono cellule non specializzate che hanno la capacità di potersi differenziare in cellule
con specifiche funzioni e hanno la capacità di rinnovarsi per lunghi periodi. In base alla loro potenzialità
possono essere suddivise in:
34
- totipotenti: la capacità di una singola cellula di dividersi e produrre tute le cellule differenziate in
un organismo, possono dare origine anche a un nuovo embrione.
Le cellule staminali totipotenti sono gli zigote fino alla morula.
- pluripotenti: si possono differenziare in tutte le linee cellulari ma non possono dare origine a un
nuovo embrione (es. cellula embrione).
A questo gruppo appartengono due tipologie cellulari: le prime prendono il nome di cellule embrionali
staminali (ES); le seconde, denominate “cellule iPS” (cellule dalla pluripotenza indotta) sono invece il
risultato di una scoperta che prevede una manipolazione in laboratorio, sono ottenute mediante
l’inserimento di cellule staminali dell’adulto dove vengono indotte alla pluripotenza.
Diversamente dallo zigote, le cellule pluripotenti non possono differenziare in un organismo completo.
Tuttavia mantengono un elevato potenziale differenziativo in quanto sono in grado di produrre i derivati dei
tre foglietti germinativi (ectoderma, mesoderma ed endoderma; da essi si originano tutti i tessuti
dell’organismo).
- multipotenti: può generare molti tipi di cellule specializzate, ma non tutti, non hanno la capacità di
rinnovarsi in modo illimitato (es. cellule nell’uomo adulto).
es.: cellula staminale ematopoietica HSCs differenzia generando 8 principali tipi cellulari che compongono il
sangue.
- unipotenti: possono differenziarsi in un unico tipo cellulare
classificazione cellule staminali attraverso 3 proprietà :
In generale, una cellula staminale è una cellula immatura che presenta due caratteristiche principali che la
distingue dalle altre cellule :
• potenziale proliferativo : inteso come la capacità di una singola cellula di riprodurre cellule nuove quante volte questa cellula potrà riprendere il ciclo cellulare ?
- embrione : tante volte
• il potenziale differenziativo : ossia la proprietà per la quale le cellule sono in grado di riprodurre se
stesse - quante tipologie diverse di cellule potrà generare?
- se è zigote può generare tutte le cellule ( totipotenti )
- se sono nel midollo osseo possono generare solo alcune cellule ( multipotenti )
• classificazione delle cellule staminali in base al tessuto d’origine e la loro funzione
Le cellule si dividono perché :
• aiutano l’accrescimento corporeo
• aiutano alla rigenerazione cellulare, basti pensare la breve durata delle cellule che rivestono la parete
dell’intestino che hanno un ciclo di vita di 5 giorni;
• sostituiscono cellule morte
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• riparano parti danneggiate
Le cellule staminali sono cellule indifferenziate, caratterizzate da divisioni asimmetriche, da cui danno
origine ad altre cellule staminali (possono auto-rigenerarsi) insieme a cellule specializzate destinate a dar
vita a cellule differenziate.
Partecipano al mantenimento e rigenerazione dei tessuti nelle fasi di sviluppo dopo lo zigote.
- descrizione dei tessuti ed organi dai foglietti embrionali della blastocisti :
- perché le cellule staminali non non generato tutto, come il cervello?
perché alcune sono importanti, e ci servono per rigenerare le mucose e i tessuti, altre devono essere
presenti per dare la vitalità al tessuto, sono segnalatori di efficacia crescita tissutale.
- patologie curabili con cellule staminali adulte
• malattie del sistema immunitario
• epidermolisi bullosa
• trapianto cellule staminali corneali
- cellule staminali dell’occhio
Il limbus corneale rappresenta la sede delle cellule staminali corneali naturali che servono come riserva per
la rigenerazione e proliferazione dell’epitelio corneale stesso. Possono beneficiare del trapianto soggetti a
cui sia stato lesionato epitelio corneale
- applicazione in medicina
Le cellule staminali ematopoietiche vengono applicate quotidianamente in clinica, in particolare per i
pazienti con mutazioni o difetti a carico del sistema ematopoietico (anemie, talassemie, difetti autoimmuni)
o pazienti con tumori (leucemie). Le staminali possono essere selezionate ed estratte dal midollo osseo e
dal sangue per poi essere trasfuse direttamente ai pazienti al fine di rigenerare tessuti quali il midollo
osseo, oppure, stimolare la loro differenziazione in cellule mature appartenenti a un particolare organo o
tessuto.
36
MOLECOLA INFOMAZIONE :
- esperimento di Frederick Griffith 1928
Scopre l’esistenza di un “principio trasformante” capace di trasferire informazioni biologiche da un
batterio all’altro.
• Esperimento suggerisce che i batteri sono in grado di trasferire informazioni genetiche attraverso un
processo noto come trasformazione. In tal modo, esso aprì la strada alla determinazione di quale fosse la
natura del materiale genetico.
• il batterio Streptococcus pneumoniae o pneumococco, uno degli agenti patogeni della polmonite
umana: lo scopo di Griffith era sviluppare un vaccino contro questa malattia. Griffith stava lavorando con
due diversi ceppi di pneumococco :
• Il ceppo S (smooth) ricoperte da una capsula polisaccaridica, queste
cellule erano protette dagli attacchi del sistema immunitario dell’ospite.
Se iniettate in topi di laboratorio, esse si riproducevano e provocavano
la polmonite (il ceppo = virulento).
• Il ceppo R (rough) erano prive di una capsula protettiva e non erano
virulente.
1. Griffith somministrò in alcuni topolini degli pneumococchi S uccisi dal calore ➔ i batteri erano incapaci
di produrre l’infezione.
2. Griffith somministrò miscela di batteri R vivi e batteri S uccisi dal calore ➔ gli animali contraevano la
polmonite e morivano.
Esaminando il sangue, Griffith lo trovò pieno di batteri vivi, molti dei quali dotati delle caratteristiche del
ceppo virulento S;
Concluse ➔
- in presenza degli pneumococchi S uccisi, alcuni degli pneumococchi R vivi si erano trasformati in
organismi del ceppo virulento S
- il DNA è l’agente trasformante ed è quindi la molecola a contenuto informazionale
- DIFFERENZA TRA TRASCRIZIONE E TRADUZIONE
Trascrizione: a livello del nucleo, le informazioni genetiche all’interno del DNA vengono trascritte nell’RNA
secondo le regole dell’appaiamento delle basi complementari. Ha inizio quando l’enzima RNA polimerasi
riconosce e si lega alla sequenza detta promotore del DNA. La trascrizione segue la direzione 5'>3'
37
attraverso un filamento stampo che percorre il filamento di DNA in direzione 3'>5'. Il filamento di RNA che
ne deriva è detto RNA messaggero.
Traduzione: processo di sintesi della proteina in cui le informazioni contenute nell’m-RNA vengono tradotte
nella sequenza corretta di aa per formare una proteina. Avviene nei ribosomi dove il t-RNA legge
correttamente i codoni dell’m-RNA e fornisce gli aa corrispondenti ai codoni letti.
- TRASCRIZIONE
Il processo è definito semiconservativo poiché le due nuove doppie eliche di DNA sono formate
entrambe da uno dei vecchi filamenti (filamento stampo) e da un nuovo filamento complementare.
Grazie alla replicazione, la cellula che si sta dividendo raddoppia il proprio materiale genetico per
trasmettere una copia ad ognuna delle cellule figlie.
La replicazione prende avvio quando, in un punto preciso di inizio [innesco grazie all’enzima primasi
5’-3’], l’enzima DNA-elicasi rompe i legami a idrogeno tra le basi azotate andando a formare la bolla
di replicazione e un breve tratto della doppia elica di DNA si despiralizza fungendo da modello per la
formazione del nuovo DNA. Vi sono più bolle replicative per ogni cromosoma.
La DNA polimerasi si sposta lungo ciascun filamento di DNA, dall’estremità 5’ a 3’ per riconoscere le
basi esposte del filamento “modello” e legare a esse i nucleotidi liberi (precedentemente sintetizzati nel
citoplasma e portati all’interno nel nucleo) con le basi complementari. La DNA-polimerasi lega anche il
gruppo fosfato di un nucleotide al desossiribosio del nucleotide seguente.
Un filamento viene copiato mano a mano che la polimerasi lavora, il filamento ritardato copia il DNA a
pezzetti (frammenti di Okazaki) legati successivamente dall’enzima legasi.
• il filamento stampo è complementare all’RNA prodotto
• il filamento senso (filamento non scritto) → identico al messaggero ( tranne la timina - uracile ) e
direzione
- qual’è il filamento senso del DNA in cui ho fatto questo RNA per trascrizione AUGCCG ?
ATGCCG a 5’ - 3’
- qual’è la composizione del filamento stampo ?
TACGGC a 3’ - 5’
- il filamento stampo è sempre lo stesso?
no, ogni gene ha una selezione specifica di un filamento stampo, definito dal promotore quale dei due
filamenti rappresenta lo stampo e senso.
Il promotore definisce quale dei due filamenti del DNA far interpretare, si posiziona sempre prima del gene
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- organizzazione dei geni nell’uomo
promotore - si trova solo nel DNA e non si trova nel mRNA,
perché regola espressione genica - no trascritta
UTR 5’ e 3’ - regioni trascritte non tradotta (UnTraslated
Region) hanno importanza strutturale, definiscono che il
DNA è completo e stabile.
Esoni - elemento codificante
Introni - verranno rimosse attraverso lo splicing (batteri non
hanno processo di splicing)
Una volta prodotto RNA (“trascritto primario”) questo subisce una elaborazione : modificazione pre-mRNA :
- aggiunta di 5’ CAP → facilita legame mRNA con ribosoma
- aggiunta di coda poli A estremità 3’ → stabilizza mRNA e facilita fuoriuscita dal nucleo
- splicing = introni vengono eliminati + produce varianti di un gene ( non è obbligato ad eliminare solo gli
introni ma anche gli esoni )
spliceosoma
Splicing alternativo: i geni con più introni possono essere soggetti al processo di rimozioni degli stessi con
modalità diverse con conseguenti combinazioni diverse (tipico delle cellule eucariotiche).
Da più geni, proteine diverse (isoforme proteiche).
- se sono 20.000 geni nel uomo, quante proteine si producono?
molte di più a causa dello splicing alternativo
- organizzazione del gene eucariotico
P-5’UTR-E-I-3’UTR
P = promotore, regione di regolazione della espressione del gene; si trova a monte del gene.
E = esone, sequenza del gene che codifica per le proteine
I = introne, interruzione della sequenza codificante del gene, non tradotta in sequenze amminoacidica
Tutti i geni espressi hanno promotore
Tutti i geni codificanti proteine hanno gli esoni
Nell'uomo maggior parte dei geni che codificano proteine hanno introni
PCR: reazione di polimerizzazione a catena. È possibile ottenere centinai di copie rispetto ad una traccia di
DNA.
[Scaldando (40-45°C) si rompono i legami, purificando la DNA polimerasi dei batteri che vivono nelle acque
termali l’enzima non si denatura.] Utilizzato anche per analisi delle mutazioni e medicina legale.
- TRADUZIONE avviene nel citoplasma a livello dei ribosomi.
➔ porta alla sintetizzazione degli amminoacidi
• Ribosomi composti da RNA e proteine ribosomiali (non è delimitato da membrana) hanno la funzione di
leggere le informazioni contenute nel RNA messaggero.
• tRNA, di trasferimento funge da lettore del messaggero portando gli aa necessari (3’)
39
• Il ribosoma posizionerà nell’ordine corretto gli aa per sintetizzare la proteine
CODONE è una sequenza specifica di tre nucleotidi lungo l’mRNA che codifica l’informazione per
l’inserimento di uno specifico aa durante la sintesi proteica.
ANTICODONE è la tripletta del tRNA con cui avviene il riconoscimento della tripletta
codone e che consente l’inserimento di uno specifico aa.
- come si descrive la traduzione - in tre fasi :
Fase di inizio:
• La subunità minore del ribosoma si lega alla sequenza di
riconoscimento sull’mRNA
• il codone di inizio nell’mRNA è AUG
• Il tRNA caricato con la metionina si lega al codone di inizio AUG
completando la formazione del complesso di inizio
• La subunità maggiore si unisce al complesso di inizio in modo che
il tRNA caricato con la metionina viene ad occupare il sito P
Fase di allungamento:
• L’anticodone di un tRNA in arrivo si lega al codone esposto nel sito A
• Formazione del legame peptidico fra il Met e quello situato nel sito A Pro
• il tRNA che portava la Metionina esce e il ribosoma scorre di un codone lungo l’mRNA
Fase di terminazione:
• Un fattore di rilascio (proteina, non è un tRNA o aa di terminazione, che rilascia tutti gli
elementi che hanno portato alla sintesi della proteina) si lega al complesso quando nel sito
A entra un codone di stop
• Rilascio del prodotto polipeptidico: il fattore di liberazione distacca il tRNA dal sito P e
libera il polipeptide
• I rimanenti componenti del complesso si separano.
Una volta che la proteina viene tradotta possono avvenire delle modifiche posttraduzionali:
- Proteolisi: rottura del polipeptide permette ai frammenti di ripiegarsi assumendo forme
differenti e quindi di attivarle.
- Glicosilazione: aggiunta di zuccheri importanti per indirizzo e riconoscimento della
proteina
- Fosforilazione: proteina accende o spegne la funzione
- CARATTERISTICHE DEL CODICE GENETICO (8° domanda fondamentale)
• 64 codoni
• 61 codificanti per aminoacidi
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• Ogni codone che specifica un aminoacido è formato da 3 nucleotidi.
• AUG Metionina → codone di inizio
• UAA–UAG–UGA → 3 codoni di stop
• Ridondante – più codoni specificano per lo stesso amminoacido es.: leucina è
rappresentata da sei codoni diversi
• È inequivocabile – ad un codone corrisponde un solo amminoacido
• È universale, tutti gli esseri viventi
MUTAZIONI
Lo schema di lettura dei codoni (reading frame) avviene in direzione 5’-3’.
La mutazione si manifesta fenotipicamente con il cambiamento improvviso di un carattere trasmesso
geneticamente > alla base di questo cambiamento c’è sempre un corrispondente cambiamento nella
sequenza di DNA che controlla tale carattere.
Quasi tutte le mutazioni non corrette sono silenti (prive di effetti rilevabili) o dannose (come quelle che
causano malattie ereditarie e cancro), alcune risultano utili. Dal momento che possono essere trasmesse
alle generazioni cellulari successive e talvolta avvenire anche in linee cellulari germinali che danno origine
ai gameti, le mutazioni sono di importanza vitale nell’evoluzione.
Le mutazioni forniscono la variabilità tra gli individui su cui agiscono le forze evolutive e sono utili nella
ricerca in quanto forniscono la diversità del materiale genetico che ci permette di studiare sia l’ereditarietà
sia gli aspetti molecolari dei geni. I ricercatori sono oggi in grado di determinare dove avvengono mutazioni
specifiche in un gene, isolando il gene stesso e determinandone la sequenza delle basi mediante l’utilizzo
delle metodiche del DNA ricombinante.
Errori nella struttura cromosomica:
- Inversioni: reinserimento di un segmento rotto in modo invertito
- Traslocazioni: avviene tra cromosomi non omologhi e si verifica quando questi si scambiano tra loro
frammenti (es. leucemia mieloide cronica)
- Duplicazioni: si verificano quando cromosomi omologhi si rompono in punti diversi e si riuniscono
scambiando i segmenti così generati (malformazioni o ritardo mentale)
- Delezioni: perdita di un segmento di un cromosoma
I meccanismi che possono cambiare il patrimonio genetico di una cellula o di un individuo sono
essenzialmente dovuti:
! Errori nella replicazione del DNA
! Errori nella riparazione al DNA
Effetto della mutazione nell’espressione genica:
- Se la mutazione avviene nel promotore > si modifica la quantità di proteina.
- Se la mutazione avviene negli esoni > mutazioni missenso, non senso, frameshift
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- Se la mutazione avviene negli introni > non avviene nulla ma è probabile assenza di splicing.
- MUTAZIONI PUNTIFORMI (9° domanda fondamentale)
è una variazione di sequenza del DNA che interessa uno o pochi nucleotidi, sono il risultato di una
inserzione, delezione, duplicazione, traslocazione.
• MISSENSO: si verificano quando all’interno di una sequenza di DNA
viene sostituita una base azotata in modo che la sequenza
amminoacidica sia modificata - cambiamento di aa
• NON SENSO / stop : si verificano quando una mutazione ad un
nucleotide di una tripletta determina la trasformazione di un codone
codificante un aminoacido in un codone di stop - dannosa e si crea un
filamento più corto.
• FRAMESHIFT: sono dovute a eliminazioni o inserimenti di un numero di
nucleotidi nel filamento di DNA e questo comporta lo spostamento di
una sequenza amminoacidi non corrispondente a quella del trascritto
originale (scivolamento cornice di lettura) - dannosa
• SILENTE: si verificano quando la sostituzione di una base azotata in una sequenza di DNA non
determina variazioni della sequenza amminoacidica della proteina interessata.
Alcune mutazioni coinvolgono segmenti mobili di DNA :
Gli elementi genetici mobili : elementi trasponibili, o trasposoni sono in grado di far saltare sequenze di
DNA all’interno di un gene, causando alterazioni della funzione di alcuni geni, in alcuni casi sono anche in
grado di attivare geni inattivi.
Mutazioni di tipo somatico – non ereditabili
• Cellule somatiche normali: le cellule figlie portano mutazioni – “mosaicismo” (cellule normali + mutate)
• Cellule cancerose: espansione clonale delle cellule mutate
Mutazioni linea germinale – ereditabili
• cellule germinali : gonadi, ovaie, testicoli, oovoni, spermatogoni
• I gameti trasmettono mutazione nello zigote - condizioni congenite ( nato con quella condizione) o ex
novo
Mutazioni :
• spontanee → conseguenza di errori nella replicazione del DNA o difetti nella segregazione dei
cromosomi durante la mitosi o la meiosi.
• indotte → mutageni fisici, chimici, biologici :
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• mutageni fisici :
- raggi ultravioletti
- raggi X
- raggi gamma
• agenti chimici : catrame, sali inorganici, sostanze vegetali, farmaci, prodotti alimentari
• Alcune reagiscono con specifiche basi del DNA modificandole con conseguenti errori nell’appaiamento
delle basi durante la replicazione.
• Altri mutageni causano inserzioni o delezioni di nucleotidi all’interno della molecola del DNA e cambiano
la normale griglia di lettura durante la replicazione.
- mutazione per Raggi UV :
L’irradiazione con i raggi ultravioletti (UV) provoca la formazione di numerose modificazioni del DNA ed è
responsabile della maggior parte dei tumori della pelle.
I raggi UV causano la formazione di dimeri di Timina, ovvero due timine si legano
covalentemente, causando una distorsione dell'elica del DNA, interferendo con i
meccanismi di copia e in generale con il funzionamento del DNA :
la DNA polimerasi durante la copiatura del DNA vedrà una Timina → mutazione frameshift
• malattia Xeroderma pigmentosum - patologia genetica autosomica recessiva causata da mancanza o
danni del sistema di riparazione del DNA → più frequenti danni causati da raggi UV - devono evitare
esposizione luminosa, più probabilità di tumore alla pelle
- Acido nitroso (nitriti) :
in una certa dose, questi possono trasformare una base nucleotide in un’altra
attraverso mutazione puntiforme.
Presente in conservanti, pericolosi soprattutto quando sono cotti ad alta
temperatura (carne rossa cotta bruciata assunta in grande quantità)
- Intercalanti :
coloranti industriali inalate in grosse quantità causano mutazione frameshift :
inalate si inserisce una base azotata tra due altre basi nel filamenti di DNA, attraverso meccanismo di
intercalazione. Quando il DNA-polimerasi incontra la base azotata inserita dall'agente intercalante non la
distingue e procede appaiandola → causando mutazione frameshift
- Benzopirene :
sostanze cancerogene e piuttosto diffuse che sono presenti anche nel fumo di
sigaretta.
Si inserisce nella doppia elica di DNA e blocca il legame H tra guanine e citosine
- mutazione frameshift
- Amianto : causa problemi ai bronchi e peritoneo
- Benzene : problemi al midollo osseo
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Perché le sostanze mutagene sono cancerogene?
Gli agenti cancerogeni e mutageni sono in grado di provocare neoplasie e/o alterazioni genetiche nei
soggetti, perché quando è presente un’alterazione genetica causate da mutazioni, le sostanze
cancerogene sono in grado di aumentare la sua frequenza e il suo numero di cellule, conferendo così alle
cellule tumorali un vantaggio replicativo rispetto a quelle normali.
i tumori sono l’accumulo di mutazioni, più una sostanza è mutagena, più mutazioni si sommano
Alcune mutazione umane causate da ripetizione di triplette :
Le malattie da espansione di triplette sono una serie di malattie, accomunate dalla stessa causa: un
aumento eccessivo di ripetizioni di triplette nucleotidiche, in genere CGG, CAG, in determinate sezioni del
DNA a causa di un errore nella sua sintesi.
Se la ripetizione è da 9-35 volte non causa patologie, ma se si ripetono da 37-100 si hanno patologie.
- Corea di Huntington : una malattia autosomica dominante, causata dall’espansione di ripetizione di
triplette CAG (37-100 ripetizioni) del gene HTT localizzato sul cromosoma 4, che esprime la proteina
huntingtina. Malattia neuro-degenerativa ereditaria in cui le funzioni psicologiche, motorie e cognitive
diminuiscono in modo graduale e irreversibile. I sintomi compaiono in genere in età adulta.
- Sindrome dell’X fragile : malattia causata dall’espansione di ripetizione di triplette CGG del cromosoma
X, quando il numero delle ripetizioni CGG supera 200 siamo in presenza della sindrome.
TEST DI AMES :
La prova di Ames, anche chiamata prova della salmonella, è un'analisi batterica usata per identificare le
sostanze che causano le mutazioni genetiche.
Determina il tasso di mutagenicità, quanto è mutageno.
Si effettua attraverso lo mescolamento degli enzimi epatici di un topolino con il batterio della salmonella, se
nella provetta c’è una sostanza mutagena se vedrà numero alto di colonie batteriche.
Tutti i prodotti industriali, alimentari e farmaci vengono effettuati al test di Ames.
EPIGENETICA : è una branca della genetica che si occupa dei cambiamenti fenotipici ereditabili da una
cellula o un organismo, in cui non si osserva una variazione del genotipo (no modifiche della sequenza
nucleotidica del DNA)
Un carattere epigenetico è un fenotipo stabile dovuto a cambiamenti nell’espressione genica, le
modificazioni epigenetiche non variano la sequenza nucleotidica ma influenzano il modo in cui si
comportano i geni.
Le esposizioni all’ambiente come i nutrienti, le tossine e il livello di stress possono influenzare i geni.
GENETICA UMANA
• Gene: tratto di DNA che codifica per una specifica proteina, è l’unità ereditaria funzionale
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• Locus: è la posizione specifica, lungo il cromosoma, occupata da un gene sul cromosoma. I geni sono in
successione lineare ma non necessariamente adiacenti. Ogni paio di cromosomi omologhi contiene gli
stessi geni non necessariamente nella forma allelica.
• Alleli: sequenze (o forme) alternative di un gene ad un dato locus.
• Per ciascun locus un individuo possiede sempre due alleli (uno su ciascuno dei due cromosomi
omologhi);
• se i due alleli sono identici l’individuo si definisce omozigote, se sono diversi si dirà eterozigote.
• Genotipo: costituzione genetica di un individuo (definisce gli alleli presenti ad un dato locus).
• Fenotipo: è quanto si osserva come risultato dell’interazione tra genotipo ed ambiente.
ESPERIMENTI di MENDEL
In seguito all’analisi statistica dei dati ottenuti Mendel giunse alla conclusione che ogni pianta di pisello
era provvista di due unità responsabili per ciascun carattere (proveniente da ciascun genitore).
Durante la formazione dei gameti soltanto una delle due unità responsabili di un dato carattere passa ad
un gamete (di conseguenza ogni gamete contiene un’unità di informazione) mentre lo zigote che si forma
in seguito alla fusione di due gameti ne contiene due.
• Dominanza: di un allele su un altro quando solo l’allele dominante si esprime
• Recessività: quello dei due caratteri che non si manifesta negli individui
eterozigoti.
Mendel prese una pianta di pisello dal seme verde ed una dal seme giallo; incrociandole, si accorse che
tutte le piante figlie del primo incrocio avevano il seme giallo, mentre il verde sembrava scomparso.
Questa osservazione fu alla base della prima legge di Mendel o del carattere dominante: poichè nelle
piante figlie c’è sempre solo un colore dominante, allora ci deve essere un fattore dominante che
determina il colore, ed uno recessivo, che rimane allo stato latente.
La seconda generazione di piante figlie; fece incrociare le piante di prima generazione e vide che quelle di
seconda generazione erano per ѕ gialle ed ј verde. Così fu enunciata la seconda legge di Mendel o della
disgiunzione: in un rapporto di 3:1, il carattere recessivo della prima generazione torna ad essere
presente nella seconda generazione, accanto al dominante.
Il terzo esperimento, con due caratteri da incrociare: oltre al colore del seme giallo (dominante) e verde
(recessivo), considera anche piante dal seme liscio (carattere dominante) e ed alcune dal seme grinzoso
(carattere recessivo).
Arrivò ad avere 16 piante di terza generazione, delle quali 9 avevano un seme giallo e liscio (due caratteri
dominanti), 3 avevano un seme verde e liscio (un carattere dominante ed uno recessivo), altri 3 l'avevano
giallo e grinzoso (un carattere dominante ed uno recessivo), ed 1 soltanto aveva il seme verde e grinzoso
(due caratteri recessivi). Da quest'ultimo esperimento la terza legge di Mendel o della indipendenza: i
caratteri sono indipendenti e possono anche presentarsi, nelle piante figlie, in associazioni diverse da
quelle riscontrate nelle piante di partenza.
LEGGE DELLA SEGREGAZIONE - seconda legge di Mendel
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E’ una legge della genetica enunciata da Mendel nel suo Esperimento sull’ibridazione delle piante. Essa
afferma che nella fecondazione degli ibridi della prima generazione, ciascuno dei due alleli che
determinano un carattere si separa dall'altro (cioè si segrega) in gameti diversi.
L’unione dei gameti della linea pura produce ibridi F1 caratterizzati dalla combinazione dei due alleli
presentando solamente una caratteristica ovvero quella dominante.
Incrociando nuovamente le piante F1, i caratteri recessivi che erano nascosti ora sono presenti nella nuova
generazione F2 in rapporto 3:1.
Ciò determinò che esistono dei caratteri recessivi che non sono sempre presenti fenotipicamente e saltano
una generazione, e caratteri dominanti che sono sempre presenti in ogni generazione.
cromosomi si dividono in :
- autosomi tutti quelli che non sono legati alla determinazione del sesso : nell’uomo sono 22 copie
- autosomica dominante
- autosomica recessiva
- cromosomi sessuali quelli legati al sesso : XX e XY
- Geni associati al cromosoma Y ( rare e escluderle nell’esame! )
- Geni associati al cromosoma X
ALBERO GENEALOGICO - ESAME
EREDITARIETÀ DOMINANTE LEGATA ALL’X
• presente in tutte le generazioni
• ugual frequenza nei maschi e nelle femmine
• malattia da un maschio affetto a tutte le figlie femmine (affette) e a nessun figlio
maschio (figli maschi ricevono dalla madre il cromosoma X e dal padre il cromosoma Y!)
EREDITARIETÀ RECESSIVA LEGATA ALL’X
• Sono colpiti tutti i maschi (sono omozigoti per i caratteri legati all’X, es. daltonismo)
• maschi trasmettono solo alle figlie che diventano portatrici
• Una femmina portatrice ha il 50% di avere figli maschi affetti
• Non c’è trasmissione da padre a figlio
Es. emofilia A (allele mutato recessivo non produce l’VIII fattore della coagulazione)
EREDITARIETÀ AUTOSOMICA DOMINANTE
• Il carattere compare in tutte le generazioni
• Maschi e femmine presentano il carattere con egual frequenza
• È possibile osservare la trasmissione tra padre e figlio maschio
• Nel caso di un carattere associato a malattia genica il rischio di ricorrenza è
del 50%
• Ogni affetto ha un genitore affetto, se i genitore sono aa i figli non saranno Aa
o AA tranne nei casi di ex novo.
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• Individui non affetti non trasmettono il carattere ai figli
Polidattilia, Syndattilia, Nanismo acondroplasico, Ipercolesterolemia familiare ( gene alterato è quello che
produce il recettore sulla membrana, non riconosce colesterolo nel sangue e il colesterolo blocca i vasi
con le placche aterosclerotiche )
EREDITARIETÀ AUTOSOMICA RECESSIVA
• Non compare in tutte le generazioni, salta generazioni.
• Maschi e femmine presentano il carattere con egual frequenza
• Se il carattere è presente in più componenti della famiglia, il carattere compare nella fratria del
probando, non nei figli o nei genitori o in altri parenti
• Entrambi i genitori dell’individuo che manifesta il carattere sono portatori dell’allele (eterozigoti)
• Nel caso di un carattere associato a malattia genica il rischio di ricorrenza per ciascun figlio/a di
portatori sani è 1 su 4 (25%)
• Tanto più è rara la malattia tanto più è probabile una consanguineità nei genitori
• Di solito le malattie sono clinicamente molto gravi (errori nel metabolismo,
malformazioni
complesse).
Albinismo, Anemia falciforme, Fibrosi Cistica, Fenilchetonuria (test di Guthrie).
GRUPPI SANGUIGNI :
Il gene che codifica per il tipo di sangue nell’uomo si presenta in tre diverse versioni: A, B, 0
A e B sono entrambi dominanti
0 è recessivo
La differenza sta nello zucchero contenuto
i gruppi sanguigni AB0:
1 locus (gene), 3 alleli diversi
3 alleli esistenti : I0, Ia, Ib
6 possibili genotipi (4 fenotipi)
centrano solo il nucleo
domanda :
mamma A papà AB può avere figlio 0? - no perché papà da solo A e B - figlio potrà essere A,B,AB
fare sempre ipotesi di genotipo eterozigote!
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esame - in base a se è autosomico recessivo / dominante saper identificare l’albero e contrario
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