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Prof. Angelo PolettiIstituto di Endocrinologia Centro di Eccellenza sulle Malattie Neurodegenerativedell’Universita’ degli Studi di MilanoVia Balzaretti 9 – 20133 Milano

Tel 02-5031.8215 - E-mail: angelo.poletti@unimi.it

Sito web: http://users.unimi.it/poletti

Scopo del corsoFORNIRE AGLI STUDENTI ISCRITTI AL PRIMO ANNO

UN'ADEGUATA INFORMAZIONE SULLA MORFOLOGIA E FISIOLOGIA CELLULARE IN

CAMPO ANIMALE, SUI RAPPORTI INTERCELLULARI E SUI MECCANISMI CHE

CONTROLLANO L'ESPRESSIONE GENICA E LA GENETICA MOLECOLARE.

Biologia (CFU = 5)

PROGRAMMA

DALLE MOLECOLE ALLE PRIME CELLULE

DAI PROCARIOTI AGLI EUCARIOTI.

MOLECOLE E MACROMOLECOLE BIOLOGICHEZUCCHERI E LIPIDI PROTEINE : STRUTTURA E  FUNZIONI GLI ACIDI NUCLEICI

ORDINE ED ENERGIA:  GLI ENZIMI.IL FLUSSO DELL'ENERGIA NEI SISTEMI VIVENTI

METABOLISMO CELLULARE: GLICOLISI E RESPIRAZIONE I MITOCONDRI LISOSOMI E PEROSSISOMI

LE MEMBRANE BIOLOGICHE COMPOSIZIONE E ULTRASTRUTTURAI PASSAGGI DI SOSTANZE ATTRAVERSO LE MEMBRANERECETTORI DI MEMBRANA E SECONDI MESSAGGERII MICROVILLI E LE GIUNZIONI INTERCELLULARI

………… PROGRAMMA

IL SISTEMA DI MEMBRANE INTERNE: RETICOLO ENDOPLASMATICO ED APPARATO DEL GOLGIINVOLUCRO NUCLEARE ENDO ED ESOCITOSI

CITOSCHELETRO MOVIMENTI CELLULARI

IL FLUSSO INFORMAZIONALE DEI SISTEMI BIOLOGICI. I CROMOSOMI  INTERFASICI  E MITOTICI I GENI DNA: STRUTTURA E REPLICAZIONE   RNA : STRUTTURA E BIOSINTESI LA SINTESI PROTEICA ED IL CODICE GENETICO                FUNZIONE DELLE PROTEINE                REGOLAZIONE DELLA SINTESI PROTEICA

IL CICLO CELLULARE E L’APOPTOSI                DIVISIONE CELLULARE E SUA REGOLAZIONE LA RIPRODUZIONE DI ORGANISMO PLURICELLULARE E LA MITOSI

MEIOSI, GAMETOGENESI E FECONDAZIONEFATTORI DI CRESCITA ED ONCOGENI, LA CELLULA NEOPLASTICA

………… PROGRAMMA

LE LEGGI DI MENDEL DOMINANZA COMPLETA ED INCOMPLETAALLELI MULTIPLI GRUPPI DI ASSOCIAZIONE DI GENI. MAPPE CROMOSOMICHE PLEIOTROPIA. INTERAZIONI TRA GENI.EREDITA' DI CARATTERI QUANTITATIVI MUTAZIONI PUNTIFORMI E RIARRANGIAMENTI CROMOSOMICI

DALLE CELLULE AGLI ORGANISMI PLURICELLULARI

INTERAZIONI CELLULA-CELLULA E CELLULA-MATRICE

-----------------------------------------------------------------------------------------------Alcuni approfondimentidelle lezioni e 200 domande di autovalutazione sul sito

http://users.unimi.it/poletti

(menu a sinistra APPROFONDIMENTI)

BiologiaLibri di testo consigliati

LA CELLULA: Un approccio molecolareCooper GM, Hausman REIII edizione, PICCIN editore

L' ESSENZIALE DI BIOLOGIA MOLECOLARE DELLA CELLULAAlberts et al.II edizione - Zanichelli editore

BIOLOGIA CELLULARE E MOLECOLAREKarp G.III edizione; EdiSES

BIOLOGIA CELLULAREPollard TD, Earnshaw WCII Edizione – Elsevier/Masson editori

Biologia

ESAMI

ESAMI ORALI con APPELLI:

- DUE appelli nel mese di Febbraio (salto di appello)

- UN appello nella settimana successiva alle vacanze di Pasqua

- TRE appelli nei mesi di Giugno/Luglio

- UN appello a Settembre

- UN appello la prima settimana di Novembre

- UN appello la settimana successiva alle vacanze di Natale

Origine della vitaOrigine della vita

Due classi di celluleDistinte in base alla presenza

del nucleo

PROCARIOTICHE CELLULE

EUCARIOTICHE

Come si sono originate le cellule procariotiche e

quelle eucariotiche???

Come ha avuto origine la vita sulla terra

???

Origine della vitaOrigine della vita

Le cellule sono composte da

MACROMOLECOLECome si sono formate

le

MACROMOLECOLE???

Origine della vitaOrigine della vita

Esiste la possibilità di ottenere spontaneamente

delle macromolecole sottoponendo a scarica elettrica una miscela di

composti di base

Origine della vitaOrigine della vita

Scarica elettrica in una miscela di:

- Acqua (H O)- Metano (CH )- Ammoniaca (NH )

Esperimento diMiller:H + NO + CO + H O + NH + CH

2

4

3

2

2 2

3 4

Origine della vitaOrigine della vita

Nell’esperimento di Miller la scarica elettrica ha portato alla formazione di AMINOACIDI capaci di condensare a PROTEINE.

BRODO PROMORDIALE

Origine della vitaOrigine della vita

Origine della vita:

Necessità di AUTOREPLICARE le macromolecole per non perdere le strutture già ottenute

Origine della vitaOrigine della vita

Formazione acidi nucleici

Formazione proteine

Formazione dei lipidi

Formazione dei polisaccaridi

Origine della vitaOrigine della vita

Probabilmente il primo passaggio e’ stato quello della: Formazione acidi nucleici

-° - ° -

DNA: acido desossiribonucleicoRNA: acido ribonucleico

Origine della vitaOrigine della vita

Origine della vitaOrigine della vita

DNA: acido desossiribonucleicoRNA: acido ribonucleicoSono composti da nucleotidi che si possono accoppiare selettivamente tra di loro

G - C A-T(U)

Origine della vitaOrigine della vita

Acidi nucleici --> DNA ed RNA sono capaci di autoduplicarsi

Origine della vitaOrigine della vita

Acidi nucleici --> DNA ed RNA sono capaci di autoduplicarsi

Origine della vitaOrigine della vita

Prima il DNA o l’RNA ??

Probabilmente RNA !

- meno stabile ma con- funzioni catalitiche

Origine della vitaOrigine della vita

successivamente DNA Per deposito di informazioni

Doppia elica --> PIU’ stabile

anche x anni

Origine della vitaOrigine della vita

Origine della vitaOrigine della vita

Acidi nucleici --> DNA ed RNA sono capaci di autoduplicarsi

DNA --> RNA --> PROTEINE

Processo di Trascrizione/Traduzione

Origine della vitaOrigine della vita

Acidi nucleici --> DNA ed RNA sono capaci di autoduplicarsiLe PROTEINE codificate dal DNA controllanola duplicazione e latrascrizionedel DNA

Origine della vitaOrigine della vita

La formazione degli acidi nucleici consente:

La loro REPLICAZIONE

per trasmettere l’informazione

genetica

La loro TRASCRIZIONETRADUZIONE

conversione a proteine

Necessità di confinare il processo in un microambiente per non perdere le informazioni

già acquisite

Origine della vitaOrigine della vita

FOSFOLIPIDIComposti base delle membrane biologiche

MOLECOLE ANFIPATICHE

- Porzione solubilein acqua (IDROFILICA)

- Porzione NON solubilein acqua (IDROFOBICA)

Origine della vitaOrigine della vita

I FOSFOLIPIDI in acqua si aggregano spontaneamente

formando il DOPPIO STRATO FOSFOLIPIDICO

BARRIERA STABILE

FOSFOLIPIDI

Origine della vitaOrigine della vita

AUTOREPLICARE/PRODURRE le macromolecole e CONFINARLE IN UN AMBIENTE CHIUSO

per non perdere le strutture già ottenute

Origine della vitaOrigine della vita

i VIRUSsono similialle primecellule

Origine della vitaOrigine della vita

EvoluzioneEvoluzione

EvoluzioneEvoluzione

PROCARIOTI

archebatteri eubatteriRari – vivono in condizioni estreme: sorgenti solforose80°C pH 2

Sono i batteri comuni

EvoluzioneEvoluzione

PROCARIOTI i batteri hanno:

- una parete cellulare rigida e porosa composta da polisaccaridi e peptidi

- una membrana plasmatica impermeabile

- il DNA disperso nel citoplasma

- non posseggono membrana nucleare

- hanno i ribosomi dispersi nel citoplasma

EvoluzioneEvoluzione

EUCARIOTICELLULA EUCARIOTICA SEPARA I PROCESSI DI

REPLICAZIONE DI DNASINTESI DI RNA

NUCLEO

TRADUZIONE DI RNA IN PROTEINEMATURAZIONE DELLE PROTEINE

CITOPLASMA

La cellula eucarioticaLa cellula eucariotica

COMPARTIMENTI CELLULARI

. NUCLEO- nucleolo (non delimitato da membrana)

. CITOPLASMA-reticolo endoplasmatico (smistamento proteine)- complesso del Golgi (smistamento proteine)- lisosomi / perossisomi (digestione macromolecole)- citoscheletro- mitocondri (metabolismo energetico)- cloroplasti (cellule vegetali)- vacuoli

La cellula eucarioticaLa cellula eucariotica

COMPARTIMENTI CELLULARI

. NUCLEO- nucleolo (non delimitato da membrana)

. CITOPLASMA-reticolo endoplasmatico (smistamento proteine)- complesso del Golgi (smistamento proteine)- lisosomi / perossisomi (digestione macromolecole)- citoscheletro- mitocondri (metabolismo energetico)- cloroplasti (cellule vegetali)- vacuoli

La cellula eucarioticaLa cellula eucariotica

COMPARTIMENTI CELLULARI

. NUCLEO- nucleolo (non delimitato da membrana)

. CITOPLASMA-reticolo endoplasmatico (smistamento proteine)- complesso del Golgi (smistamento proteine)- lisosomi / perossisomi (digestione macromolecole)- citoscheletro- mitocondri (metabolismo energetico)- cloroplasti (cellule vegetali)- vacuoli

La cellula eucarioticaLa cellula eucarioticaRETICOLO ENDOPLASMATICO E

COMPLESSO DEL GOLGI

Il reticolo endoplasmatico è composto da membrane intracellulari che iniziano dalla membrana nucleare estendendosi nel citoplasma:

- maturazione delle proteine- trasporto delle proteine- sintesi dei lipidi

Nel reticolo le proteine vengono inserite in vescicole che passano poi all’apparato del Golgi:

- ulteriore processamento delle proteine- invio delle vescicole alla destinazione finale- sintesi dei lipidi- sintesi dei polisaccaridi

EvoluzioneEvoluzione

Acquisizione della capacita’ di migrare

La cellula eucarioticaLa cellula eucariotica

COMPARTIMENTI CELLULARI

. NUCLEO- nucleolo (non delimitato da membrana)

. CITOPLASMA-reticolo endoplasmatico (smistamento proteine)- complesso del Golgi (smistamento proteine)- lisosomi / perossisomi (digestione macromolecole)- citoscheletro- mitocondri (metabolismo energetico)- cloroplasti (cellule vegetali)- vacuoli

La cellula eucarioticaLa cellula eucarioticaCITOSCHELETRO

Composto da MICROTUBULIFIBRE DI ACTINAFILAMENTI INTERMEDI

Il citoscheletro fornisce:

IMPALCATURA STRUTTURALE DELLA CELLULA- determina la forma della cellula- è responsabile dei movimenti cellulari- è sede del trasporto mediato da proteine- è responsabile dei movimenti dei

cromosomi- ecc…….

GFP-tubulina durante laMITOSI

La cellula eucarioticaLa cellula eucariotica

COMPARTIMENTI CELLULARI

. NUCLEO- nucleolo (non delimitato da membrana)

. CITOPLASMA-reticolo endoplasmatico (smistamento proteine)- complesso del Golgi (smistamento proteine)- lisosomi / perossisomi (digestione macromolecole)- citoscheletro- mitocondri (metabolismo energetico)- cloroplasti (cellule vegetali)- vacuoli

La cellula eucarioticaLa cellula eucariotica

Per la SOPRAVVIVENZA CELLULARE vi è la

NECESSITA’ DI GENERARE ED UTILIZZAREENERGIA METABOLICA

Questa energia serve per tutti i PROCESSI BIOSINTETICI nelle cellule

Nelle cellule la FONTE DI ENERGIA METABOLICAè: l’ ADENOSINA 5’ – TRIFOSFATO

ATP

+ ENERGIA+ ENERGIA

La cellula eucarioticaLa cellula eucariotica

LIBERAZIONE DIENERGIA

SINTESI DI ATP

RICHIESTA DIENERGIA

DEGRADAZIONE DI ATP

EvoluzioneEvoluzione

ENDOSIMBIOSIMitocondriCloroplasti

Hanno dimensioni simili ai batteri

- ° - ° - ° -Il processo dell’endosimbiosi ipotizza che Cellule Eucariotiche Ancestrali si siano evolute grazie ad una associazione simbiotica con cellule di Procarioti aventi migliori capacità nell’utilizzo dei substrati metabolici

Evoluzione nelle pianteEvoluzione nelle piante

SOLE

FOTOSINTESI

Produzione di MACROMOLECOLE

E*

Degradazione di MACROMOLECOLE

E* Come ATP

EvoluzioneEvoluzione

Mitocondri e Cloroplasti- possono duplicarsi autonomamente- posseggono DNA proprio (circolare)- posseggono ribosomi- sistema distinto dal Genoma cellulare- posseggono doppia membrana- presentano dimensioni simili a quelle dei batteri

EUCARIOTI UNICELLULARIEUCARIOTI UNICELLULARI

EUCARIOTI UNICELLULARI

ad es.: i LIEVITISaccaromyces

Cerevisiae- ° - ° - ° - ° -Importanza dei lieviti in Biologia:

- modelli di studio (es Ciclo cellulare, ecc)- sistemi per esprimere proteine eterologhe- produzione di farmaci proteici ricombinanti- sistemi di screening dell’attivita’ di farmaci- ecc….

ORGANISMI MULTICELLULARIORGANISMI MULTICELLULARI

EUCARIOTI PLURICELLULARI

. Sistemi complessi in grado di interagire ed influenzarsi a vicenda

. Costituiti da cellule altamente differenziate e specializzate

. Le cellule sono organizzate in ORGANI FUNZIONALI

ORGANISMI MULTICELLULARIORGANISMI MULTICELLULARI

EUCARIOTI PLURICELLULARI

. Nell’uomo esistono piu’ di 200 tipi diversi di cellule specializzate.

TUTTE POSSEGGONO LE STESSE INFORMAZIONI

GENOMA

EvoluzioneEvoluzione

Charles Robert Darwin

(Shrewsbury, 12 febbraio 1809 – Londra, 19 aprile 1882)

è stato un naturalista, geologo e agronomo britannico, celebre per aver formulato, assieme ad Alfred Russel Wallace, la teoria dell'evoluzione delle specie animali e vegetali per selezione naturale di mutazioni casuali congenite ereditarie (origine delle specie), e per aver teorizzato la discendenza di tutti i primati (uomo compreso) da un antenato comune (origine dell'uomo).

Pubblicò la sua teoria sull'evoluzione delle specie nel libro L'origine delle specie (1859), che è rimasto il suo lavoro più noto. Raccolse molti dei dati su cui basò la sua teoria durante un viaggio intorno al mondo sulla nave HMS Beagle, e in particolare durante la sua sosta alle Isole Galápagos.

EvoluzioneEvoluzione

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