slide lezioni infermieri
-
Upload
annacoletta15 -
Category
Documents
-
view
50 -
download
0
description
Transcript of slide lezioni infermieri
Sapienza Università di Roma
Corso di Laurea triennale in INFERMIERISTICA
Sede Policlinico Umberto I
Corso A
Insegnamento : Basi Molecolari e cellulari della vita
Modulo: Biologia applicata (biologia cellulare, generale, molecolare)
Dott. Sebastiana Angelaccio Dipartimento di Scienze Biochimiche
Sapienza Università di Roma
Sapienza
Università di Roma
Corso di Laurea triennale in INFERMIERISTICA
Sede Policlinico Umberto I
Corso A
Insegnamento: BASI MOLECOLARI E CELLULARI DELLA VITA
(I anno; I semestre) Programma del Modulo: Biologia Applicata (Biologia cellulare, generale, molecolare)
Docente: Prof.ssa Sebastiana Angelaccio
L’organizzazione della vita
Cenni generali
Struttura e funzione della cellula
•Cellule procariotiche ed eucariotiche. Virus
•Membrane cellulari: struttura e funzione
•Reticolo endoplasmatico, apparato del Golgi, lisosomi, perossisomi
•Mitocondri e cloroplasti
•Citoscheletro (microtubuli, microfilamenti, filamenti intermedi)
•Nucleo e nucleolo
•Cromosomi, mitosi e meiosi
Il flusso di informazione dal DNA alle proteine
•Struttura e replicazione del DNA
•Struttura e funzione dell’RNA
•Codice genetico
•Trascrizione e traduzione
Regolazione genica nei procarioti ed eucarioti: cenni generali
Testo consigliato: Solomon-Berg-Martin ELEMENTI DI BIOLOGIA ed. EdiSES
Testo consigliato:
Autore: Solomon - Berg - Martin
Edizione: V / 2008
Prezzo: euro 38,00 - euro 24,00 on line
I SISTEMI VIVENTI SONO ORGANIZZATI SECONDO UNA GERARCHIA OVE OGNI SINGOLO LIVELLO DELL’ORGANIZZAZIONE PRESENTA SPECIFICHE PROPRIETA’ EMERGENTI
Caratteristiche tipiche degli organismi
viventi
a) alto grado di complessità chimica e di orga-
nizzazione microscopica
b) presenza di sistemi di estrazione, trasforma
zione e utilizzo dell’energia dall’ambiente
c) capacità di autoreplicazione e autocostruzione
d) meccanismi per percepire e rispondere alle
alterazioni dell’ambiente circostante
e) capacità di evolvere
CLASSIFICAZIONE DEGLI ORGANISMI VIVENTI
Ideata dal botanico svedese Carlo Linneo nel XVIII secolo ed ancora fondamentalmente valida
L’unità di base per la classificazione è la specie, un gruppo di organismi con struttura, funzione e comportamenti simili. Una specie è costituita da una o più popolazioni i cui membri sono in grado di di accoppiarsi gli uni con gli altri, ma non con membri di altre specie. I membri di una specie hanno un pool genico comune.
Il sistema di Linneo è un sistema di nomenclatura binomiale: a ciascuna specie è assegnato un nome doppio, la prima parte del nome indica il genere, la seconda indica una particolare specie apparten- te a quel genere.
Categoria Gatto Uomo Quercia bianca
Dominio Eukarya Eukarya Eukarya
Regno Animalia Animalia Plantae
Phylum Chordata Chordata Anthophyta
Subphylum Vertebrata Vertebrata Nessuno
Classe Mammalia Mammalia Eudicotyledones
Ordine Carnivora Primates Fagales
Famiglia Felidae Hominidae Fagaceae
Genere Felis Homo Quercus
Specie Felis catus Homo sapiens Quercus alba
ALBERO DELLA VITA Albero genealogico che mostra le corre- lazioni tra gli organismi sulla base delle similarità a livello molecolare.
Proposto da Woese e coll. negli anni ’90. E’ basato sull’analisi molecolare di una molecola di rRNA da diverse fonti.
Suddivisione in tre domini e sei regni I domini Bacteria e Archaea includono organismi unicellulari (procarioti), mentre il dominio Eukarya è costituito da da organismi composti da una o più cellule molto complesse ed organizzate. -Protisti: organismi unicellulari o pluricellulari semplici -Piante: organismi caratterizzate da cellule che hanno una parete cellulare costituita da cellulosa e ricavano energia dalla fotosintesi -Funghi: possiedono pareti di chitina e ottengono energia da sostanze organiche in decomposizione -Animali: non hanno parete cellulare ed ottengono energia dalla ingestione di altri organismi
Coppie di specie di
primati
Percentuale di divergenza
in una sequenza di DNA
selezionata
Uomo-scimpanzè 1,7
Uomo-gorilla 1,8
Uomo-orango 3,3
Uomo-gibbone 4,3
Uomo-macaco 7.0
Uomo-scimmia ragno 10.8
Uomo-tarsio 24,6
Differenze nelle sequenze nucleotidiche del DNA come prova di relazioni filogenetiche
Generalmente si ritiene che le specie più affini presentino un maggior numero di sequenze di DNA in comune. Dai dati riportati in tabella, si può concludere che l’essere vivente filoge- neticamente più prossimo agli esseri umani è lo scimpanzè.
ALBERO FILOGENETICO DELLE BALENE E DEI LORO PARENTI PIU’ STRETTI
Questo diagramma ramificato (cladogramma) è basato sulle differenze tra sequenze di DNA di mammiferi selezionati. Mostra ipotetiche correlazioni evolutive
La vita sulla terra dipende dall’energia emanata
dal sole. Tutte le attività di un organismo richiedono
energia.
I processi chimici e le trasformazioni
energetiche che avvengono all’interno
delle cellule degli organismi viventi
prendono il nome di metabolismo.
Ogni volta che viene utilizzata energia per eseguire un lavoro di tipo biologico, parte di essa viene trasformata in calore.
Come i singoli individui, anche gli ecosistemi dipendono da un continuo apporto di energia.
Un ecosistema autosufficiente è costituito da:
produttori (organismi autotrofi), consumatori
(organismi eterotrofi), decompositori e da un
ambiente fisico appropriato.
Il flusso di energia è a senso unico. Gli organismi non sono in grado né di creare energia né di utilizzarla completamente.
Il termine cellula deriva dal latino e letteralmente significa “piccola cella”. Nel 1665 il fisico e naturalista inglese Robert Hooke utilizzò il termine per descrivere ciò che vide esaminando con un sistema di lenti un pezzo molto sottile di sughero struttura a cellette.
Teoria cellulare (XIX secolo)
Le cellule rappresentano le unità fondamentali, sia strutturali che funzionali, di tutti gli organismi viventi.
Gli organismi unicellulari sono costituiti da una sola cellula, quelli
pluricellulari da più cellule. La cellula è la più piccola unità vivente in grado di svolgere tutte le
attività vitali (mantenimento, crescita e divisione). Tutte le cellule si originano dalla divisione di altre cellule preesistenti.
Forma delle cellule
Morfologia molto ampia che dipende essenzialmente dalla funzione e dalla localizzazione della cellula.
Dimensioni delle cellule Non esiste una dimensione standard per le cellule
Il micrometro
Un micrometro o micron corrisponde a un milionesimo di metro
Il nanometro
Un nanometro corrisponde a un miliardesimo di metro
La gerarchia strutturale nell’organizzazione molecolare della cellula. In questa cellula di una pianta, il nucleo contiene diversi tipi di complessi sopramolecolari, tra cui i cromosomi. I cro- mosomi sono costituiti da macromolecole: DNA e differenti tipi di proteine. Ogni tipo di macro- molecola è composto da subunità più semplici: per esempio, il DNA è costituito dai deossiribo nucleotidi.
I componenti chimici delle cellule
Una cellula vivente è composta da una serie ristretta di elementi del sistema periodico.
Sei elementi [carbonio (C), idrogeno (H), ossigeno (O), azoto (N), zolfo (S) e fosforo (P)] costituiscono oltre il 95% in peso degli organismi stessi.
In quantità minime sono presenti calcio (Ca), sodio (Na), cloro (Cl), potassio (K), ferro (Fe), magnesio (Mg) e altri.
Il composto chimico più abbondante è l’acqua (H2O) che rappresenta il 70% del peso di una cellula. La maggior parte delle reazioni intracellulari avvengono in ambiente acquoso.
I composti organici
Sono quei composti in cui gli atomi di carbonio sono uniti tra loro da legami covalenti a formare lo scheletro delle molecole. Sono estremamente diversi. Identificati più di 5 milioni di composti organici. Grande varietà di forme tridimensionali. Possibilità di cambiare le proprietà di una molecola tramite l’aggiunta di gruppi contenenti altri atomi come ossigeno, azoto, fosforo e zolfo. La maggioranza dei composti organici che si trova negli organismi sono macromolecole di grandi dimensioni costruite dalle cellule a partire da subunità modulari più semplici. Sono macromolecole i carboidrati, i lipidi, le proteine, gli acidi nucleici (DNA e RNA).
STRUTTURA DELLA MOLECOLA DI ACQUA.
L’ ACQUA
L’acqua determina la struttura e la funzione delle macromolecole biologiche ed è necessaria per le normali attività metaboliche cellulari. Tutto questo è dovuto alle peculiari proprietà chimico- fisiche dell’acqua stessa, collegate alla sua straordinaria capacità di formare legami idrogeno.
La forma geometrica e l’elettronegatività
dell’atomo di ossigeno rendono la mole-
cola d’acqua polare con l’atomo di ossi-
geno carico negativamente ed i due atomi
di idrogeno carichi positivamente.
Macromolecole: molecole biologiche di grandi dimensioni. Sono polimeri formati dalla unione di composti organici più piccoli detti monomeri.
I carboidrati
Contengono C, H e O in un rapporto 1:2:1 (CH2O)n Monosaccaridi: contengono una sola unità di zucchero Disaccaridi: contengono due unità di zucchero Polisaccaridi: contengono molte unità di zucchero
I lipidi
Solubili nei solventi apolari (etere, cloroformio, etc.) e relativamente insolubili in acqua. Costituiti essenzialmente da carbonio e idrogeno, con pochi gruppi funzionali contenenti ossigeno. Trigliceridi (o triacil-gliceroli, o più comunemente grassi) Fosfolipidi Steroidi Terpeni
Le proteine
Gli acidi nucleici (DNA e RNA)
Sono polimeri composti di unità più piccole: gli aminoacidi. Non presentano una struttura uniforme e regolare; ciò è dovuto in parte al fatto che i 20 tipi di aminoacidi di cui sono costituite esibiscono proprietà chimiche e fisiche molto diverse tra loro. Sono i componenti cellulari più versatili. Svolgono funzioni catalitiche, regolatorie, di trasporto di difesa ecc… Sono, inoltre, costituenti strutturali essenziali.
Sono polimeri di nucleotidi. Sono direttamente coinvolti nei processi di immagazzinamento e decodifica- zione delle informazioni genetiche.
LE MACROMOLECOLE SONO POLIMERI
I CARBOIDRATI
• Sono le biomolecole più abbondanti sulla
terra
• Sono aldeidi o chetoni poliossidrilici
[formula empirica: (CH2O)n]
• Si dividono in: monosaccaridi,
oligosaccaridi e polisaccaridi
FUNZIONI DEI CARBOIDRATI
• Ruolo energetico: zucchero e amido sono tra i principali
alimenti dell’uomo in tutte le parti del mondo e l’ossidazione dei
carboidrati è la via di produzione dell’energia più importante nelle
cellule non fotosintetiche
• Ruolo strutturale: i polisaccaridi insolubili sono elementi
strutturali e protettivi nella parete cellulare di batteri e piante, e nel
tessuto connettivo degli animali
• Ruolo di riconoscimento: i polimeri saccaridici
complessi legati covalentemente a proteine e lipidi agiscono come
segnali che determinano la localizzazione extracellulare o il loro
destino metabolico
POLISACCARIDI CON RUOLO ENERGETICO
In alto: l’amilosio, un amido vegetale
In basso: il glicogeno
POLISACCARIDI CON RUOLO STRUTTURALE
In alto: la cellulosa, la fibra di primaria importanza nelle pareti cellulari vegetali
In basso: la chitina, una fibra di rinforzo che garantisce resistenza ed elasticità
all’esoscheletro degli artropodi e alle pareti cellulari di alcuni funghi
LIPIDI
Sono un gruppo eterogeneo di composti chimici la
cui proprietà comune più importante è l’insolubilità in
acqua. Le funzioni biologiche dei lipidi sono molto
diversificate. Per esempio, sono usati per
immagazzinare energia, ma sono anche importanti
per la struttura delle membrane e svolgono funzioni
come cofattori, pigmenti, ormoni e messaggeri
intracellulari.
Diversamente dalle altre tre classi di biomolecole (carboidrati, proteine, acidi nucleici), i lipidi non formano polimeri. Grazie alle loro proprietà chimico-fisiche sono in grado di formare grandi aggregati sovramolecolari (membrane) in ambiente acquoso.
LIPIDI
Struttura del colesterolo
LIPIDI
Derivati isoprenoidi
I NUCLEOTIDI
• I nucleotidi sono implicati in quasi tutti gli aspetti della
vita cellulare. Essi partecipano alle reazioni di
ossidoriduzione, al trasferimento di energia, alle vie di
segnalazione intracellulare e alle reazioni di biosintesi.
• I loro polimeri, gli acidi nucleici DNA e RNA, sono
direttamente coinvolti nei processi di immagazzinamento
e decodificazione delle informazioni genetiche
PROTEINE Le proteine sono macromolecole costituite da aminoacidi (subunità monomeriche)
Le proteine sono molecole estremamente eterogenee sia per quanto riguarda la forma che per le dimensioni. Hanno anche funzioni biologiche molto diverse e sono i prodotti finali delle vie dell’informazione
ISOMERI L E D DEGLI AMINOACIDI
PROTEINE
Esempi di proteine fibrose
Struttura del collageno. (c) tre eliche si arrotolano insieme con andamento destrorso. (d) rappresentazione della super- elica a tre catene del collageno vista da una delle estremità.
Struttura della seta. La fibroina è costituita da strati di foglietti b anti- paralleli ricchi di residui di Ala e di Gly
PROTEINE
Esempi di proteine globulari
Struttura terziara della mioglobina.
(a) Lo scheletro del polipeptide è
mostrato nella forma a nastro. Sono
evidenti le regioni ad alfa-elica.
(e) Un modello spaziale con tutte le
catene laterali. I residui idrofobici
sono in blu; la maggior parte non è
visibile in quanto si trova all’interno
della proteina.
Struttura quaternaria della deossiemoglobina
La proteina è costituita da quattro subunità con
struttura tridimensionale molto simile a quella
della mioglobina unite da legami non covalenti.
(a) Rappresentazione a nastro
(b) Modello spaziale
Organizzazione fondamentale delle cellule
Ogni cellula è circondata da una membrana plasmatica che
delimita il compartimento interno dall’ambiente esterno
permettendo alla cellula di mantenere l’omeostasi cellulare.
Il citoplasma (il compartimento cellulare interno) è una
soluzione acquosa contenente numerose sostanze chimiche e
strutture anche complesse.
Ogni cellula contiene DNA (acido desossirubonucleico), la
molecola in cui sono immagazzinate tutte le informazioni
necessarie per la sintesi delle proteine specifiche per la struttura
e la funzione della cellula stessa.
Tutte le cellule contengono i ribosomi dove avviene la sintesi
proteica.
COSA LIMITA LE DIMENSIONI DI UNA CELLULA?
Le cellule animali e vegetali hanno un diametro compreso tra 5 e 100 mm e molti batteri sono lunghi solo 1 o 2 mm. Il limite inferiore è probabilmente dovuto al numero minimo di ciascun tipo di biomolecola necessaria alla cellula. Il limite superiore nella dimensione della cellula è probabilmente dovuto all’indice di diffusione di molecole di soluto nei sistemi acquosi.
Per esempio una cellula batterica che dipende dalle reazioni che consumano ossigeno per la produzione di energia deve ottenere l’ossigeno molecolare dalla sua diffusione dal mezzo circostante attraverso la membrana plasmatica. Poiché la cellula è così piccola e il rapporto tra la sua area superficiale e il suo volume così grande, ogni parte del citoplasma è facilmente raggiungibile dall’O2. La dimensione di una cellula può aumentare e quindi il rapporto superficie-volume diminuire, fino a che il metabolismo non viene a consumare l’O2 più velocemente di quanto la diffusione lo possa rifornire.
Cellule procariotiche
Procariote significa “prima del nucleo” non è presente un nucleo ben distinto
Il DNA (molecola circolare) è libero nel citoplasma e situato in una regione più o meno centrale della cellula, non delimitata da membrane, detta nucleoide.
Il sistema di membrane è circoscritto alla sola membrana plasmatica esterna ed è assente un sistema membranoso interno.
Non sono presenti organuli citoplasmatici ad eccezione dei ribosomi che sono più piccoli di quelli delle cellule eucariotiche.
Le dimensioni variano
da 0.5 a 5 mm
(1mm, micron = 10-6 m)
La membrana plasmatica è circondata da
uno strato di materiale rigido, con spessore
variabile, detto parete cellulare, formata
proteine, polisaccaridi e lipidi, che
conferisce rigidità e protezione alla cellula
procariotica.
Sono gli organismi più primitivi e
comprendono circa 3000 specie di batteri
(alcuni dei quali patogeni) ed i
cianobatteri (alghe azzurre)
Nel citoplasma possono essere presenti plasmidi, molecole di DNA circolari
che si riproducono autonomamente e indipendentemente dal DNA genomico,
che sembrano conferire alla cellula resistenza agli antibiotici.
PARETI DELLA CELLULA BATTERICA
In questa figura sono paragonati i rivestimenti cellulari dei (a) batteri Gram-positivi e (b) batteri Gram-negativi.
Forme comuni di procarioti
cocchi (Micrococcus)
bacilli (Salmonella)
spirilli (Spiroplasma)
Molti tipi di batteri sono in grado di
muoversi rapidamente grazie all’azione di
un lungo flagello che si diparte dalla
superficie cellulare.
Alcuni batteri possiedono centinaia di
appendici pilifere, note come pili, che aiutano i
batteri ad aderire tra loro o a certe superfici,
come le cellule che infettano. Alcuni pili
allungati, detti pili sessuali, sono coinvolti
nello scambio di DNA tra batteri.
pili sessuali
Eucariote significa “vero nucleo” nucleo ben distinto che contiene il DNA
(molecola lineare). Oltre alla membrana plasmatica, che circonda la cellula, un complicato sistema di membrane suddivide lo spazio intracellulare in compartimenti distinti, detti organelli, caratterizzati da funzioni differenziate. Dimensioni di una cellula eucariotica: circa 10 volte maggiori di quelle di una cellula procariotica. Posseggono un’impalcatura di sostegno, il citoscheletro, importante per il mantenimento della forma della cellula e per il trasporto di materiali al suo interno. Le cellule eucariote costituiscono gli organismi dei regni: Protisti, Funghi, Piante, Animali.
Cellule eucariotiche
CONFRONTO FRA CELLULE PROCARIOTICHE ED
EUCARIOTICHE
Caratteristica Cellula procariotica Cellula eucariotica
Dimensioni In genere, piccole (1-10 mm) In genere, grandi (5-100
mm)
Genoma DNA con proteine non istoniche;
genoma nel nucleoide, non circ
ondato da membrana
DNA complessato con proteine
istoniche e non istoniche;
cromosomi nel nucleo con
involucro membranoso
Divisione cellulare Fissione o gemmazione;
assenza di mitosi
Mitosi comprendente il fuso
mitotico, e centrioli in molte
specie
Organelli circondati da
membrana
Assenti Mitocondri, cloroplasti, reticolo
endoplasmatico, lisosomi, ecc..
Nutrizione Assorbimento, qualche
fotosintesi
Assorbimento, ingestione,
fotosintesi in alcune specie
Metabolismo energetico Non vi sono mitocondri; gli
enzimi ossidativi sono legati alla
membrana plasmatica; grande
variabilità metabolica
Gli enzimi ossidativi sono nei
mitocondri; minore variabilità nel
metabolismo ossidativo
Citoscheletro Assente Complesso costituito da
microtubuli, filamenti intermedi e
filamenti di actina
Movimento intracellulare Nessuno Flussi citoplasmatici, endocitosi,
fagocitosi, mitosi e vescicole di
trasporto
Cellula animale
Cellula vegetale