Biologia La vita In biologia la vita la condizione propria della materia vivente, che la distingue dalla materia inanim ata. La vita caratterizzata anche da un suo ciclo vitale. Ogni organismo vivente ha il proprio ciclo vitale.Vari studiosi hanno proposto diverse caratteristiche che nel loro insieme dovrebbero essere considerate sinonimo di vita:Omeostasi: regolazione dell'ambiente interno al fine di mantenerlo costante anche a fronte di cambiamenti dell'ambiente esterno.Metabolismo: conversione di materiali chimici in energia da sfruttare, trasform azione di diverse forme di energia e sfruttamento dell'energia per il funzionamento dell'organismo o per la produzione di suoi componenti.Crescita: mantenimento di un tasso di anabolismo pi alto del catabolismo, sfruttando energia e materiali per la biosintesi e non solo accumulando.Interazione con l'ambiente: risposta appropriata agli stimoli provenienti dall'esterno.Riproduzione: l'abilit di produrre nuovi esseri simili a s stesso.Adattamento: applicato lungo le generazioni costituisce il fondamento dell'evoluzione. Secondo i modelli attualmente accettati la vita sulla terra comparsa grazie alle condizioni presenti tra 4,4 e 2,7 miliardi di anni fa, che hanno permesso lo sviluppo di macromolecole come gli amminoacidi e gli acidi nucleici.Nel brodo primordiale erano presenti molte molecole,grazie alle continue scariche elettriche dei fulmini potuto avvenire il fenomeno dellelettorlisi,in pratica le molecole si scomponevano e si ricomponevano dando origine a molecole via via pi complesse. Il passaggio dalle macromolecole alle protocellule l'aspetto pi controverso della questione in quanto non c ancora non si sa con certezza cosa sia avvenuto veram ente in quel periodo. L'esistenza della vita cos come la conosciamo necessit di particolari condizioni ambientali. I primi organismi comparsi sulla terra si sono per necessit sviluppati in base alle condizioni preesistenti, ma in seguito a volte sono stati gli organismi stessi a modificare l'ambiente, a vantaggio loro o di altri organismi. il caso della produzione di ossigeno da parte dei cianobatteri, che ha modificato profondamente l'atmosfera terrestre causando un'estinzione di massa e rendendo possibile la colonizzazione dell'ambiente terrestre.Inoltre col tempo si sono determinate sempre pi interazioni complesse tra i diversi organismi, facendo s che nella maggior parte degli ambienti la vita di determinate specie sia possibile grazie alla presenza di altri organismi che creano le condizioni necessarie (spesso si tratta di microorganismi, come nel caso dei batteri azotofissatori, che trasformano l'azoto molecolare presente nell'aria in molecole utilizzabili per le piante).

La teoria cellulare La teoria cellulare afferma che tutti gli esseri viventi sono formati da una o pi cellule. La cellula (dal latino, piccola camera) l'unit fondamentale di tutti gli organismi viventi, la pi piccola struttura ad essere classificabile come vivente. Le cellule, in base alla loro organizzazione interna, possono essere distinte in due grandi categorie: cellule procarioti e cellule eucarioti.

Procarioti Le cellule procariote (pro:prima e kryon:nucleo) sono cellule prive di un nucleo ben definito e delimitate dalla membrana cellulare, le cellule procariote rispetto a quelle eucariote non possiedono organuli e hanno una struttura interna molto semplice. Non avendo il nucleo il loro DNA sparso nel citoplasma. Le loro dimensioni sono dell'ordine di pochi micron. L'interno non suddiviso in organuli da membrane, anche se alcune funzionimetaboliche, come la respirazione e la fotosintesi, sono associate ad invaginazioni e ripiegam enti dellamembrana cellulare. Il genoma cellulare pi semplice di quello delle cellule eucariote ed costituito da una sola molecola circolare di DNA. assente la membrana nucleare. Il citoplasm a delle cellule procariote contiene:il DNA e i ribosomi organelli responsabili della sintesi delle proteine.Oltre alla membrana cellulare il batterio possiede una parete con funzione essenzialmente di supporto strutturale dovuta alla sua rigidit (la presenza della parete protegge la cellula da eventuali lisi osmotiche cio dalla rottura della membrana cellulare).Esternamente alla parete cellulare ci pu essere uno strato pi spesso e meno rigido, detto capsula.Altre strutture presenti nel batterio sono il flagello che viene utilizzato per muoversi nei mezzi acquosi e i pili usati come ancore di fissione sulle superfici.

I batteri si dividono in due grandi ceppi gram-positivi e gram-negativi .I gram-positivi hanno una spessa parete mentre nei gram-negativi la parete sottilissima. La colorazione di Gram un esame di laboratorio che d ragione della classificazione dei batteri in grampositivi e gram-negativi.Le procedure sono le seguenti: Si pone nella piastra di coltura un colorante basico e idrofilo (si lega allacqua);passati i 3 minuti si opera un lavaggio con liquido di Lugol (una soluzione di iodio e ioduro di potassio) che reagisce con il colorante basico formando un composto liposolubile, che si lascia agire per circa 1 minuto; successivam ente il materiale organico viene lavato con una soluzione decolorante (alcool etilico o simili) e infine con acqua; i batteri Gram + hanno trattenuto il colorante basico (viola), poich l'alcool non ha danneggiato a sufficienza la spessa parete cellulare (idrofila) che non permette al colorante di passare, mentre i Gram - sono grigiastri, privi di colorazione, questo perch l'alcool ha sciolto i lipidi della membrana esterna e danneggiando la sottile parete cellulare che non pi in grado di trattenere il complesso cristal violetto - ioduro (liposolubile); infine, per far risaltare meglio la differenza si colora quindi il materiale con un colorante di contrasto.I batteri gram-positivi hanno una parete molto sviluppata composta principalmente da peptidoglicano formato da zuccheri legato a corti polipeptidi,Antibiotici comela penicillina (prodotto da una muffa) ha il potere di interferire con la parete cellulare batterica portando alla morte del microorganismo.Quindi i batteri gram-negativi sono immuni allantibiotico perch presentano una ridottissima parete oppure ne sono privi.

Virus I virus (o vira, virales, virii a seconda degli schemi tassonomici ed ambiti di indagine) sono entit biologiche con caratteristiche di parassita obbligato, la cui natura di organismo vivente o struttura subcellulare discussa, cos come la trattazione tassonomica. La singola unit virale viene denominata virione.Possono essere responsabili di malattie in organismi appartenenti a tutti i regni biologici: esistono infatti virus che attaccano batteri (i batteriofagi), funghi, piante e animali, compreso l'uomo;perch esso pu aderire solamente a aspecifiche cellule.Sono mediamente circa 100 volte pi piccoli di una cellula e consistono di alcune strutture fondamentali.

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tutti posseggono un relativamente piccolo genoma costituito da DNA o RNA, che trasporta l'informazione ereditaria; solo RNA retrovirus es ads tutti posseggono, quando all'esterno della cellula ospite, una copertura proteica (capside) che protegge questi geni; deriva da una struttura che ha ospitato il virus; alcuni posseggono strutture molecolari specializzate ad iniettare il genoma virale nella cellula ospite.

Il loro comportamento parassita dovuto al fatto che non dispongono di tutte le strutture biochimiche e biosintetiche necessarie per la loro replicazione. Tali strutture vengono reperite nella cellula ospite in cui il virus penetra, utilizzandole per riprodursi in numerose copie. La riproduzione del virus spesso procede fino alla morte della cellula ospite, da cui poi dipartono le copie del virus formatesi.

Head containg DNA=testa contiene DNA Collar=collare Sheath=guaina Base plate=piastra di base Tail fibres=Code fibrose

I virus possono avere diverse forme come a bastoncello,a forma poliedrica ect ..I virus a Rna come l ads posseggono un particolare enzima la trasrittasi inversa. La trascrittasi inversa un enzima in grado di sintetizzare una molecola di DNA partendo da una di RNA.Questi virus hanno un genoma ad RNA, ma quando infettano una cellula ,essa per sintetizzare le proteine che servono al virus deve utilizzare un filam ento del DNA, perci il virus porta con se la trascrittasi inversa,trasforma il suo Rna in Dna e esso verr inglobato dalla cellula.

Ecaurioti Gli eucarioti (dal greco Eu 'perfetto' e Karyon 'nucleo') sono gli organismi viventi uni o pluricellulari costituiti da cellule dotate di nucleo, distinti dai procarioti che sono privi di nucleo. La cellula eucariote quella pi grande e complessa, la cellula che si trova negli organismi unicellulari pi grandi, i protisti, e nei pluricellulari: animali, piante, funghi. La membrana ha la funzione importantissima di regolare lo scambio dei materiali tra i due ambienti ed costituita da un doppio strato difosfolipidi nel quale sono inseriti diversi tipi di proteine. La parete delle cellule vegetali svolge il ruolo di protezione e quello importantissimo di sostegno. Nella cellula eucariote, sotto alla membrana si trova il citoplasma, una massa gelatinosa composta prevalentemente da acqua nella quale sono disciolte molte sostanze. Nel citoplasma sono immerse le strutture della cellula. Innanzi tutto esso percorso da un sistema di membrane simili a quellesterna. Questo sistema detto reticolo endoplasm atico. Esso delimita spazi al cui interno avvengono reazioni tra sostanze e vengono depositati materiali necessari allattivit della cellula. Si riconoscono due tipi di reticolo: il reticolo endoplasmatico ruvido e il reticolo endoplasmatico liscio; il primo punteggiato da ribosomi, il secondo, invece, ne privo. Nella cellula eucariote, come in quella procariote, i ribosomi sono la sede della sintesi proteica, le pi importanti sostanze della cellula. Il citoscheletro come una leggera impalcatura che occupa tutto il volume della cellula. La cellula eucariote contiene altre strutture, gli organuli, delimitate da membrane. Ciascuno di essi compie una particolare funzione essenziale alla vita della cellula. Gli organuli, insieme con i ribosomi, il citoscheletro e il reticolo endoplasmatico occupano circa la met del volum e della cellula. Il nucleo il centro direttivo della cellula ed la sede delle informazioni che determinano i caratteri che saranno trasmessi alla discendenza; qui avviene la duplicazione del Dna, nonch la trascrizione del Dna nell'Rna messaggero. I mitocondri, organuli a forma di fagiolo, dispensano energia alla cellula. Essi sono delimitati da una doppia membrana. Grazie ai mitocondri la cellula respira: lossigeno serve loro per bruciare gli zuccheri e liberare da essi lenergia contenuta, che viene immagazzinata in una sostanza detta ATP. I cloroplasti, che si trovano solo ed esclusivamente nelle parti verdi delle piante, sono la sede della fotosintesi. In essi oltre alla doppia membrana che li riveste esternamente, c una membrana interna fittamente ripiegata in modo da costituire degli strati impilati gli uni sugli altri, detti grana. I cloroplasti sono il luogo in cui viene prodotto glucosio nel quale viene accumulata lenergia catturata dal sole. Mentre nei mitocondri con la respirazione cellulare lossigeno viene consumato, nei cloroplasti con la fotosintesi lossigeno viene liberato. Nelle cellule senza clorofilla delle piante le sostanze di riserva com e l'amido vengono accumulate in altri organuli, veri e propri magazzini cellulari, detti plastidi. Lapparato del Golgi costituito da una serie di sacchetti schiacciati e impilati. Ogni sacchetto si rigonfia allestremit in vescicole che si distaccano e si allontanano. Nelle vescicole dellapparato del Golgi vengono rifinite, isolate e imballate sostanze da trasportare ad altre regioni della cellula o allesterno. Nelle cellule vegetali si trovano i vacuoli, delle cavit delimitate da membrana, in cui contenuto "il succo vacuolare", a base dacqua e altre sostanze disciolte. I lisosomi sono delimitati da una membrana impermeabile che impedisce al loro contenuto acido di rimescolarsi con il citoplasma, che in tale caso verrebbe distrutto. Le cilia, pi corte, e i flagelli, pi lunghi, determinano il movimento delle cellule che ne sono provviste. Cellula animale

Cellula vegetale

Acqua

Lacqua un composto chimico di formula molecolare H2O,in cui due atomi di idrogeno sono legati allatomo di ossigeno con un legam e covalente.Lacqua un ottimo solvente infatti molte sostanze sono solubili in questo liquido.Il 60% 70% della composizione degli organismi formata da acqua.Le molecole di acqua sono unite tra loro grazie al legam e a ponte di idrogeno,questo permette una alta tensione superficiale,inoltre le goccioline di acqua aderiscono perfettamente anche alle superfici pi lisce.Lacqua ha un alto calore specifico infatti occorre molto calore per modificare la sua temperatura ecco per quale m otivo la nostra temperatura tende a essere costante.Lacqua ha anche un alto calore di evaporazione,quando essa diventa vapore porta con se molto calore,per es quando sudiam o il sudore sulla nostra cute serve ad abbassare la temperatura corporea.Le molecole organiche che costituiscono le cellule degli organismi intereagiscono bene con lacqua.

Idrocarburi Gli idrocarburi sono composti organici, che contengono soltanto atomi di carbonio e di idrogeno.Gli atomi di carbonio (C) sono legati tra loro a formare lo scheletro della molecola, mentre gli idrogeni (H) sporgono da questo scheletro.Il carbonio l elemento su cui si basa la vita,l atomo di carbonio pu avere al massimo 4 legami.

Gruppi funzionali I gruppi funzionali si trovano nelle molecole organiche come sostituti di atomi di idrogeno legati al carbonio. Un gruppo metilico o metile un gruppo funzionale costituito da un atomo di carbonio legato a tre atomi di idrogeno e ha formula -CH3.Il gruppo ossidrilico un gruppo funzionalecomposto da un atomo di ossigeno e uno di idrogeno e ha formula -OH .Il gruppo amminico un gruppo funzionale costituito da una atomo di azoto e due atomi di idrogeno,ha formula NH2.Il gruppo carbossile un gruppo funzionale costituito da una tomo di carbonio,due atomi di ossigeno e uno di idrogeno e ha formula COOH.Il gruppo carbonile un gruppo funzionale costituito da un atomo di carbonio e uno di ossigeno,la sua formula C=O.Il gruppo fosfato un gruppo funzionale costituito da un atomo di posforo e tre di ossigeno,la sua formula PO3.

Micro e macromolecole di interesse biologico Gli zuccheri sono Sono micromolecole che formano le macromolecole dei carboidrati.Gli acidi grassi formano i fosfolipidi.Gli amminoacidi formano le proteine.I nucleotidi formano gli acidi nucleici.

Carboidrati I carboidrati, detti anche glucidi (dal greco "glucos" = dolce) sono sostanze formate da carbonio ed acqua. Hanno forma molecolare (CH2O)n e sono contenuti principalmente negli alimenti di origine vegetale. I glucidi semplici, comunemente chiamati zuccheri, comprendono i monosaccaridi, i disaccaridi e i polisaccaridi.I monosaccaridi sono zuccheri composti da una sola molecola.Il glucosio lo zucchero pi semplice,il nostro porganismo prima di assorbire gli zuccheri complessi deve scinderli in glucosio.Il glucosio presente in gra quantit nella pasta,nel pane e nella frutta.Il fruttosio un altro monosaccaride molto semplice molto presente nella frutta.Il Galattosio invece non si trova libero ion natura ma legato al glucosio per formare il galattosio, uno zucchero molto abbondante nel latte.I disaccaridi sono zuccheri formati da due molecole.Il saccarosio il comune zucchero da cucina formato da glucosio e fruttosio.Il lattosio uno zucchero formato dall unione tra glucosio e lattosioe si trova principalmente nel latte.Il maltosio costituito da due molecole di glucosio,si trova principalmente nella birra e nei cereali.I polisaccaridi sono zuccheri formati da tre o pi molecole.L amido la riserva glucidica dei vegetali si trova abbondatemente nel riso e nelle patate.Il glicogeno la riserva glucidica degli animali ed molto presente nella carne.La chitina invece uno zucchero costituente l esoscheletro di insetti e crostacei.

Proteine Le proteine sono tra i composti organici pi complessi e sono i costituenti fondamentali di tutte le cellule animali e vegetali. Dal punto di vista chimico, una proteina un polimero (e anche una macromolecola) di residui amminoacidici, uniti mediante un legame peptidico, spesso in associazione con altre molecole e/o ioni metallici (in questo caso si parla di proteina coniugata).Le proteine hanno una organizzazione tridimensionale (struttura) molto complessa a cui associata sempre una funzione biologica. Da questa considerazione deriva uno dei dogmi fondamentali della biologia: "Struttura Funzione", nel senso che ad ogni diversa organizzazione strutturale posseduta da una proteina (detta proteina nativa) associata una specifica funzione biologica.Gli amminoacidi possono essere apolari e idrofobi oppure polari e idrofili.Gli amminacidi si legano attraverso il legame peptidico. Da questo punto di vista le proteine possono essere classificate in due grandi famiglie: le proteine globulari e le proteine a struttura estesa o fibrosa. Queste due organizzazioni riflettono le due grosse separazioni funzionali che le contraddistinguono:

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Le proteine estese o fibrose svolgono funzioni generalmente biomeccaniche, esse per es. rientrano nella costituzione delle unghie, dei peli, dello strato corneo dell'epidermide, ecc., opponendo una valida difesa contro il mondo esterno.

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Al contrario, le proteine globulari sono coinvolte in specifiche e molteplici funzioni biologiche, spesso di notevole importanza per l'economia cellulare, per es. sono proteine gli enzimi, i pigmenti respiratori, molti ormoni e gli anticorpi, responsabili della difesa immunitaria.

Cibi particolarmente ricchi di proteine sono: carne, pesce, uova, formaggi e legumi.La struttura generica degli amminoacidi ordinari la seguente: R | H3N-C-COOH | H R rappresenta un gruppo specifico di ogni amminoacido. In funzione delle propriet chimiche di tale gruppo, un amminoacido viene classificato come acido, basico, idrofilo (o polare) e idrofobo (o apolare).Per formale necessaria eliminazione di una molecola di acqua (dato che l'equilibrio della reazione fortemente spostato a sinistra), il gruppo amminico di un amminoacido pu legarsi al gruppo carbossilico di un altro: H2N-CH-COOH | R + H2N-CH-COOH | R' --> H 2N-CH-CO-NH-CH-COOH | | R R' + H2O

il legame che unisce due amminoacidi, evidenziato in rosso, prende il nome di legame peptidico. Una catena di pi amminoacidi legati attraverso legami peptidici prende il nome generico di polipeptide, uno o pi polipeptidi, a volte accompagnati da altre molecole ausiliarie, costituiscono una proteina.L'ingombro dei vari gruppi R che sporgono dalla catena polipetidica, l'affinit reciproca tra gruppi polari e tra gruppi apolari, l'attrazione tra gruppi basici e gruppi acidi sono alcune delle forze che concorrono a modellare la conformazione della proteina nello spazio, conformazione dalla quale dipende in modo essenziale l'attivit biologica della proteina stessa.La proteina pu essere paragonata ad una struttura tridimensionale articolata su 4 livelli, in relazione fra di loro.

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La struttura primaria formata dalla sequenza specifica degli amminoacidi, dalla catena peptidica e dal numero stesso delle catene. La struttura secondaria consiste nella conformazione spaziale delle catene; ad esempio la conformazione a spirale (o ad alfa elica), mantenuta e consentita dai legami a idrogeno, quella planare (o a foglietto beta), quella a tre filamenti intrecciati (propria del collagene) o quelle globulari appartenenti al gruppo KEMF (cheratina, epidermina, miosina, fibrinogeno). Pu essere una combinazione di sequenze di eliche, foglietto e sequenze non ripetitive, e sono ad un livello di complessit compreso tra la struttura secondaria e quella terziaria. Il dominio un'unit globulare o fibrosa formata da catene polipeptidiche ripiegate in pi regioni compatte, costituiscono divisioni della struttura terziaria. La struttura terziaria (dal punto di vista della termodinamica la forma con la pi bassa energia libera) rappresentata dalla configurazione tridimensionale che la catena polipeptidica assume nell'ambiente in cui si trova. Viene consentita e mantenuta da diversi fattori, come i ponti disolfuro, e le forze di Van der Waals. Ma fondamentali all'aggregazione sono le chaperonine, proteine chiamate anche "dello stress" o "dello shock termico", per il loro ruolo nella rinaturazione delle proteine denaturate. Gran parte delle strutture terziarie pu essere classificato come globulare o fibrosa. La struttura quaternaria quella che deriva dall'associazione di due o pi unit polipeptidiche, unite tra loro da legami deboli (e a volte ponti disolfuro) in un modo molto specifico, come ad esempio avviene nella costituzione dell'enzima fosforilasi, costituito da quattro subunit, o dall'emoglobina, la molecola responsabile del trasporto dell'ossigeno nell'organismo.

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Lipidi I lipidi sono molecole organiche, presenti in natura, raggruppate sulla base delle loro propriet comuni di solubilit: sono insolubili in acqua (definiti per questo idrofobi), mentre sono solubili in solventi organici non polari, come l'etere dietilico o l'acetone. I lipidi hanno una densit significativamente minore di quella dell'acqua (dunque galleggiano). Dal punto di vista strutturale, sono costituiti prevalentemente da atomi di carbonio, e di idrogeno uniti tra loro con legami covalenti scarsamente polari. I lipidi rappresentano un'importante riserva energetica in quanto sono in grado di liberare una grande quantit di calorie per unit di massa, il valore calorico di un grammo di lipidi circa il doppio rispetto a zuccheri e proteine, proprio per questo sono il substrato energetico ideale per le cellule.I trigliceridi o triacilgliceroli sono i lipidi pi semplici ma anche pi abbondanti in origine naturale, e costituiscono i grassi anim ali e gli oli vegetali. Servono soprattutto come deposito per l'energia prodotta e immagazzinata a livello di tessuto adiposo (grasso sottocutaneo). Un trigliceride un lipide costituito da una molecola di glicerolo a cui sono legati 3 acidi grassi.

Il colesterolo un altro lipide molto importante.Da questo grasso vengono costruiti gli ormono steroidei. Un ormone un messaggero chimico che trasmette segnali da una cellula ad un'altra cellula,o da un gruppo di cellule ad un altro gruppo di cellule.Tale sostanza prodotta da un organismo con il compito di modularne il metabolismo e/o l'attivit di tessuti ed organi dell'organismo stesso.Minor importanza hanno i carotenoidi che fungono da pigmenti.

Acido nucelico Tutti gli organismi contengono acidi nucleici sotto forma di acido deossiribonucleico (DNA) e ribonucleico (RNA)Il DNA il depositario dell informazione genetica che viene trascritta (cio copiata) in molecole di RNA. L RNA contiene il codice per sintetizzare specifiche proteine.

DNA p RNA p PROTEINA Una molecola acido nucleico un polimero costituito da monomeri detti Ciascun nucleotide costituito da tre molecole: nucleotidi.

trascrizio ne

traduzione

PC4

C5

o

C1

B

1. 2. 3.

uno zucchero pentoso una base azotata una molecola di acido fosforico

C3

C2

Uno zucchero pentoso uno zucchero la cui molecola costituita da 5 atomi di carbonio. La base azotata legata al carbonio 1 dello zucchero pentoso, mentre l acido fosforico (H3PO4) legato al carbonio 5 che esterno all anello dello zucchero. I nucleotidi si legano tra loro medianti legami fosfodiestere che collegano il C3 del pentoso di un nucleotide al C5 del nucleotide successivo. In questo modo l acido fosforico impiega due dei suoi tre gruppi acidi nel legame fosfodiestere 3-5. il gruppo acido restante conferisce alla molecola di acido nucleico particolari caratteristiche: 1. propriet acide 2. capacit di legarsi con proteine basiche (istoni) 3. basofilia (la molecola pu essere facilmente colorata con coloranti basici) Lo zucchero pentoso il ribosio nell RNA e il deossiribosio nel DNA. La differenza tra i due che al deossiribosio manca l ossigeno legato al C2. Le basi azotate si chiamano cos perch contengono molti atomi di azoto e possono essere di due tipi: purine o pirimidine

PURINE

Formate da due anelli condensati che derivano da una molecola detta purina

PIRIMIDINE

Formate da un solo anello che deriva da una molecola detta pirimidina1. CITOSINA (DNA-RNA) 2. TIMIDINA (DNA) 3. URACILE (RNA)

Il DNA contiene adenina che si lega con la timina,citosina che si lega con la guanina.Mentre Rna contiene adenina che si lega con luracile,guanina che si lega con la citosina (si legano attraverso il legame a idrogeno).Watson e Crick furono gli scopritori della forma a doppia elica del Dna.

ATP L adenosin trifosfato (ATP) un particolare nucleotide con tre acidi fosforici, uniti tra loro con legami ad alto contenuto energetico. Infatti questa una molecola fondamentale per la cellula perch rappresenta la principale forma di accumulo di energia. Dal gene alla proteina Un CARATTERE una qualsiasi caratteristica di un organismo che sia rilevabile con un qualunque mezzo di indagine. Un carattere ereditario monofattoriale definito da un segmento di DNA codificante detto GENE. I geni stanno nei cromosomi e ogni gene nel cromosoma occupa una sua posizione detta LOCUS.Ogni uomo ha, nelle cellule diploidi, delle coppie di cromosomi omologhi. Le forme alternative di un gene sono dette ALLELI. Ogni allele occupa su cromosomi omologhi lo stesso locus. DNA, National Institute of Health, Maryland La SINTESI PROTEICA viene gestita da tre diversi tipi di RNA, acido ribonucleico: mRNA (RNA messaggero) : codifica l'informazione genetica copiata dal DNA sotto forma di una sequenza di basi che specifica una sequenza di aminoacidi. Gli aminoacidi utilizzati sono in numero di venti. tRNA (RNA di trasporto) : gli aminoacidi specificati dalla sequenza di basi dell' mRNA vengono depositati e trasportati alla estremit in accrescimento di una catena polipeptidica da specifiche molecole di tRNA rRNA (RNA ribosomiale) : insieme ad una serie di proteine forma i ribosomi, che possiedono siti di legame per tutte le possibili molecole coinvolte nella sintesi proteica. Sono il supporto della sintesi stessa. Gli acidi nucleici sono formati da quattro tipi di basi: adenina, citosina, guanina, uracile per l' RNA adenina, citosina, guanina, timina per il DNA La base azotata, insieme ad uno zucchero a cinque atomi di carbonio ed insieme a un gruppo fosfato formano il NUCLEOTIDE.Quattro tipi di nucleotidi diversi (4 basi azotate) non possono specificare 20 aminoacidi. E nemmeno coppie di nucleotidi lo possono fare perch 4 al quadrato uguale a sedici. Il codice genetico usa delle triplette per codificare gli aminoacidi. Ogni tripletta corrisponde ad un amminoacido, dunque un amminoacido pu essere codificato da pi triplette. 4 alla terza fa 64 possibili triplette, mentre gli aminoacidi da codificare sono 20 . Il codice allora "ridondante".

Il destino delle proteine Una volta prodotte le proteine hanno diverse destinazioni.Una parte arrivano al al reticolo endoplasmatico rugoso,qui le proteine vengono prodotte e passate al reticolo in contemporanea senza che le proteine vadano in contatto con il citosol.Altre proteine vengono spedite nel cucleo.Nel nucleo c il nucleolo che una regione del nucleo cellulare responsabile della sintesi dell'RNA ribosomiale (rRNA).Questa una regione particolarmente densa di materiale genetico e proteico.Sul nucleolo ci sono tanti pori che permettono solo a alcune molecole di entrare o uscire.Nel nucleo il dna presente insieme a proteine dette istoni e formano la cromatina.La cromatina simile a una collana di perle incui il dna il filo e gli istoni le perle,il dina lega gli istoni e da un gruppo di istoni allaltro c un collegamento di dna detto istone h1,questa porzione della cromatina molto importante perch fa in modo che la cromatina si addensi o meno.La cromatina forma i cromosomi formato da due filamenti detti cromatidi.Nei microsomi c una parte che ancora non stato replicato e la sua posizione

diversa da cromosoma a cromosoma.In oltre i cromosomi si diversificano dagli altri per contenuto genico e dimensioni.Attraverso un processo detto bandeggiatura possibile contare i cromosomi e vertificare possibili errori genetici. Unaltra parte delle proteine vanno ai cloroplasti se si parla di cellule vegetali.Unaltra parte passa al perossisoma un organulo che fa le veci di una sorta di stomaco,digerisce e elimina tossine.Nel perossisoma ci sono vari enzimi.Lossidasi nel degradare alcune sostanze produce acqua ossigenata questultima tossica quindi viene degradata in acqua dalla catalasi.Gli enzimi per la beta osidazione al il compito di degradare gli acidi garssi,se non ci fosse questo enzima gli acidi grassi possono provocare danni al sistema nervoso centrale portando a una malattia detta ALD.Un altro tipo di enzima del perossisoma degno di nota quello per la sintesi dei lipidi.Una aprte delle proteine prodotte passa anche ai mitocondri.I mitocondri producono atp,e sono responsabili della concentrazione di calcio nella cellula e dellapoptosi la morte programmata della cellula.Nel citoplasma il glucosio viene degradato in piruvato,quesultimo va nel mitocondrio per farlo funzionare.La produzione di atp avviene anche fuori il mitocondrio,conla gricolisi il glucosio granzie ad alcuni enzimi diventa piruvato e rilascia basse concentrazioni di atp.Viene prodotto anche NADH non di natura proteica ma serve a far funzionare degli enzimi.La riossidazione del NADH in assenza di ossigeno da luogo alla fermentazione lattica,in presenza di ossigeno alla respirazione cellulare.Nella fermetazione lattica lacido piruvico diventa acido lattico e NADH diventa NAD.Nella fermetazione alcolica lacido purivico diventa acetaldeide e poi etanolo,NADH diventa NAD.

Il codice genetico Il codice genetico il sistema per cui le informazioni genetiche codificate nel DNA arrivano a operare la sintesi di tutte le proteine necessarie alla vita degli organismi. Il suo linguaggio si basa su un "alfabeto" molecolare rappresentato dalla sequenza dei nucleotidi del DNA, che viene tradotto nella sequenza degli amminoacidi di una proteina. Il codice genetico (v. fig. 5.5) dispone di 4 "lettere" (le 4 diverse basi azotate) per specificare i 20 amminoacidi. Utilizzando gruppi di 3 nucleotidi (triplette, o codoni) si ottengono 43 = 64 combinazioni diverse. Tre di queste triplette (triplette non senso) non corrispondono a nessun amminoacido: esse servono per segnalare la fine della catena proteica. La tripletta AUG indica l'inizio della catena proteica; a essa corrisponde anche l'amminoacido metionina. Si definiscegene la sequenza di triplette che codifica una proteina.Il codice genetico ridondante, poich uno stesso amminoacido codificato da pi di una tripletta. Le triplette che codificano lo stesso amminoacido sono molto simili e generalm ente differiscono solo per l'ultima delle tre basi. Ci ha suggerito l'ipotesi che l'informazione fondamentale sia contenuta nelle prime due basi e che la terza serva a garantire una maggiore precisione. Il codice genetico universale, dal momento che identico in tutti gli esseri viventi (ogni tripletta ha lo stesso significato per tutti gli organismi).

Organuli

Nucleo Il nucleo cellulare un organulo presente nella quasi totalit delle cellule eucariote, con forma e sede molto variabili e un volume proporzionale a quello di una cellula.Nel nucleo contenuto il dna base dell informazione ereditaria. rivestito dalla membrana nucleare.La posizione dipende dal contenuto e dalla funzione della cellula, ad esempio in cellule polarizzate con una zona apicale deputata alla secrezione (cellule mucipare, cellule a secrezione apocrina), o all'assorbimento (enterociti), hanno il nucleo in posizione basale, cellule molto "piene" come gli adipociti univacuolari (grasso bianco) o i miociti dei muscoli scheletrici hanno il nucleo in posizione sublemmare (cio addossato alla membrana cellulare).Anche la forma del nucleo cambia notevolmente, generalmente seguendo la geometria della cellula, dunque cellule cilindriche come quelle vegetali avranno nuclei oblunghi, mentre cellule cubiche come quelle animali avranno nuclei sferici. Membrana cellulare La membrana cellulare, anche detta membrana plasmatica, plasmalemma o citomembrana, un sottile rivestimento, con spessore di 5nm (50 Angstrom), che delimita la cellula in tutti gli organismi viventi, la separa con l'ambiente esterno e ne regola gli scambi con questo.Formata in prevalenza da lipidi, e pi precisamente fosfolipidi (una molecola di glicerolo e 3 di acidi grassi), viene chiamata anche "doppio strato fosfolipidico". Nella componente lipidica si vanno a collocare, con importanti funzioni fisiologiche,enzimi, proteine che formano il mosaico proteico e una piccola percentuale di glucidi, in forma di glicoproteine e glicolipidi, e di molecole di colesterolo che la stabilizzano.Negli organismi procarioti ricoperta da un rivestimento protettivo chiamato parete cellulare, assente invece negli eucarioti; nelle cellule eucarioti vegetali essa presente sottoforma di una parete cellulare primaria (composta principalmente da peptina) e di una parete cellulare secondaria (composta principalmente da lignina).La membrana cellulare formata da fosfolipidi,le tese polare si affacciano all esterno e all interno ella cellula,mentre le code apolari sono all interno ella membrana.La membrana cellulare presiede all'omeostasi cellulare, grazie alla sua permeabilit selettiva.Per la sua posizione di interfaccia, la membrana plasmatica, oltre alla funzione strutturale, svolge tre funzioni essenziali: 1. la funzione di filtro selettivo, che lascia passare alcune sostanze piuttosto che altre, assicurando cos l'integrit biochimica del citoplasma;

2. 3.

la funzione di superficie di comunicazione, permettendo sia lo scambio di informazioni tra l'ambiente intra- ed extracellulare, sia l'interazione fisica con le strutture extracellulari circostanti. la funzione di superficie catalitica, dato l'abbondante numero di enzimi ad essa legati, in gran parte coinvolti nella produzione di messaggi intracellulari.

Infine, la membrana cellulare partecipa a funzioni complesse: esocitosi (secrezione), endocitosi (ingestione di sostanze esterne mediante la formazione di vescicole), adesione e movimento cellulare ameboide (es. leucociti).La struttura e le funzioni della membrana plasmatica sono comuni a quelle delle membrane intracellulari, come ad esempio la membrana nucleare.La membrana plasmatica una barriera selettivamente permeabile tra il citoplasma e l'ambiente extracellulare. Questa caratteristica conseguenza della composizione lipidica e proteica della membrana. Il doppio strato fosfolipidico permette il libero passaggio, dell'acqua, di gas (O2, CO2) e di piccole molecole liposolubili (prive di carica), come ammoniaca, urea, etanolo e glicerolo, mentre specifiche proteine di trasporto assicurano il passaggio di ioni e molecole idrosolubili (elettricamente cariche).Il passaggio attraverso la componente lipidica della membrana avviene per semplice diffusione passiva, secondo il gradiente di concentrazione tra i compartimenti intra- ed extracellulare e senza consumo di energia (ATP). Il movimento delle molecole diretto dal compartimento a pi alta concentrazione a quello a concentrazione pi bassa ed influenzato dalle dimensioni e dalla lipofilia non si lega con lacqua (idrofili si lega con lacqua,idrofoba non si lega con lacqua) della molecola. Secondo la teoria del mobile kink il passaggio delle molecole attraverso il doppio strato lipidico avverrebbe attraverso gli spazi tra le catene degli acidi grassi dei fosfolipidi. La formazione di questi spazi favorita dalla mobilit, dalla isomerizzazione trans-gauche e dalla presenza di insaturazioni, che causano una piegatura o inginocchiamento (kink) dell'acido grasso.La maggioranza delle molecole attraversa la membrana plasmatica con l'aiuto di proteine di trasporto. Oltre alle molecole idrosolubili, anche alcune molecole liposolubili, come l'urea, si avvalgono anche del trasporto mediato dalle proteine, con lo scopo di potenziarne il passaggio, qualora siano presenti particolari necessit funzionali, come si verifica nei tubuli renali. Si riconoscono diversi tipi di trasporto mediato da proteine: trasporto passivo, che avviene secondo gradiente e perci senza dispendio di energia, e trasporto attivo, che avviene contro gradiente e perci con dispendio di energia. Centrosoma produce i centromeri Organulo posizionato vicino al nucleo che

Ribosoma I ribosomi (al singolare ribosoma) sono organelli immersi nel citoplasma - o ancorati al reticolo endoplasmatico - e sono le particelle responsabili della sintesi proteica e non sono avvolti da membrana. La loro funzione quindi quella di sintetizzare le proteine leggendo le informazioni contenute in una catena di RNA messaggero (m-RNA).Furono messi in evidenza per la prima volta al microscopio elettronico nel 1953 dal biologo rumeno George Emil Palade, scoperta che gli valse il Premio Nobel. Il termine "ribosoma" fu invece proposto nel 1958 dallo scienziato Richard B. Roberts.Sono la sede della traduzione.

Lisosomi Il lisosoma (dal greco lysis, dissoluzione, e soma, corpo) una vescicola (organello) presente in numerose copie in cellule eucariotiche e rappresenta il sistema digerente della cellula in quanto responsabile della degradazione e della digestione (distruzione) di molecole estranee e macromolecole ingerite dalla cellula via endocitosi cos come di macromolecole endogene. I lisosomi si occupano del turnover degli altri organelli della cellula stessa. Attraverso questo stesso processo i globuli bianchi sono in grado di "disfarsi" di microrganismi patogeni o cellule morte precedentemente fagocitate.I lisosomi furono scoperti dal citologo belga Christian de Duve nel 1949.

Microsoma I microsomi sono vescicole simili ai lisosomi, ma pi piccole.Tra i microsomi, i pi importanti sono i perossisomi, che contengono un enzima,la catalasi, che decompone il perossido d'idrogeno (acqua ossigenata H2O2), altamente tossico, poich danneggia le membrane e le macromolecole biologiche.Essi partecipano inoltre nelle cellule del fegato alla detossificazione, cio la degradazione delle molecole tossiche come l'alcol.

Mitocondrio Un mitocondrio un organulo cellulare di forma generalmente allungata (reniforme o a forma di fagiolo), presente in tutti gli eucarioti (con alcune eccezioni). I mitocondri sono organuli presenti nel citoplasma di tutte le cellule animali a metabolismo aerobico. Mancano solo nelle cellule procariotiche, cio i batteri, dove le funzioni respiratorie vengono espletate da proteine enzimatiche contenute nella membrana cellulare e nelle sue invaginazioni, dette mesosomi. I mitocondri sono gli organelli addetti alla respirazione cellulare, costituiti da sacchette contenenti enzimi respiratori. Sono costituiti da due membrane: la membrana interna e la membrane esterna; lo spazio fra queste due membrane detto spazio intermembrana. Lo spazio delimitato dalla membrana interna detto matrice mitocondriale; la membrana interna si estende nella matrice formando delle pieghe dette creste mitocondriali, dove si concentrano gli enzimi respiratori.

C6H12O6 + O6=atp+CO2+H2O

Citoscheletro Il citoscheletro una fondamentale struttura cellulare. Il citoscheletro costituisce, per analogia macroscopica, la struttura muscolare, di movimento ed ossea, o di sostegno della cellula. Le sue funzioni di tipo strutturale sono indispensabili quindi in quelle cellule eucariotiche prive di parete, inoltre permette il movimento sia intercellulare (spostamento e modificazioni di forma di tutta la cellula) che intracellulare (spostamento interno dei costituenti la cellula).Il citoscheletro costituito fondamentalmente da tre tipi di filamenti proteici che si distinguono per funzione e composizione:

y y y

filamenti actinici o microfilamenti filamenti intermedi microtubuli

Cloroplasto Il cloroplasto un tipo di organulo presente nelle cellule delle piante e nelle alghe eucariotiche. All interno di questi organuli si svolge il processo della fotosintesi: l energia luminosa viene catturata dai pigmenti di clorofilla e viene convertita in energia chimica (ATP e NADPH). I cloroplasti si presentano generalmente come dischi piatti del diametro di 2-10 micrometri e spessi circa 1 micrometro. Il cloroplasto delimitato da due membrane; la membrana esterna permeabile per la maggior parte delle molecole, mentre quella interna decisamente pi selettiva ed attraversata da proteine di trasporto specifiche. I due doppi strati lipidici sono separati da uno spazio intermembrana.Il fluido interno al cloroplasto chiamato stroma: esso contiene molti enzimi coinvolti nel metabolismo dell organulo, granuli di amido, il DNA circolare e i ribosomi. I ribosomi del cloroplasto sono del tutto simili a quelli presenti nei batteri. La presenza di un genoma e dei ribosomi consentono all organello di sintetizzare alcune delle proteine che gli sono necessarie, ma non tutte: molte proteine del cloroplasto sono codificate da geni presenti nel nucleo della cellula, tradotte nel citoplasma e poi indirizzate al cloroplasto.All interno dello stroma si trovano le membrane tilacoidali o tilacoidi, dove avvengono le prime fasi della fotosintesi. Le membrane tilacoidali si distinguono in membrane granali, impacchettate tra loro, e membrane stromatiche, in contatto con lo stroma. Lo spazio interno ai tilacoidi si chiama lumen. CO2+H2O+luce=C6H12O6+O2 Vacuolo Orgnanello vegetale che si riempie di acqua e sostanze nutritive serve per conservare sostanze e ha dare sostegno alle piante grazie al turgore cellulare. Apparato del golgi L'apparato del Golgi (spesso detto semplicemente Golgi) un organulo di composizione lipo-proteica scoperto nel 1898 dal medico e microscopista italiano Camillo Golgi, che lo identific come una delicata struttura localizzata nella cellula in posizione paranucleare. Golgi diede all'organulo il nome di apparato reticolare interno. L'apparato del Golgi ha la funzione di rielaborare, selezionare ed esportare i prodotti cellulari. Reticolo endoplasmatico liscio e rugoso Il reticolo endoplasmatico (RE) un complesso organulo, con una struttura cellulare costituita da regioni citoplasm atiche delimitate da membrane che possono avere la forma di cisterne o tubuli. Lo spazio interno che si identifica tra le pieghe del reticolo detto lume, e vede la presenza di una serie di enzimi che catalizzano diverse reazioni chimiche. Il reticolo endoplasm atico ruvido (o rugoso, o granulare) detto anche ergastoplasma un organello della cellula eucariote sia vegetale che animale; costituito da una serie di membrane piegate una sull'altra a formare cisterne, mentre il termine rugoso (o ruvido) si riferisce al fatto che il versante citoplasmatico delle sue membrane ricco di ribosomi. Compito del ribosoma quello di sintetizzare le proteine tramite il processo della "sintesi proteica". Il reticolo endoplasmatico liscio costituito da un sistema di sacche microtubolari. il maggior responsabile della sintesi dei lipidi.

LA RESPIRAZIONE CELLULARE La respirazione cellulare linsieme di reazioni che portano alla demolizione delle molecole di glucosio per ricavare energia, che serve per ricaricare lADP in ATP.

energia dalla fotosintesi

Essa si compie in tre tappe principali:

1.

GLICOLISI: durante questo processo, costituito da nove reazioni, che si svolge nel citoplasma, il glucosio (esoso) viene scisso in due molecole composte da tre atomi di carbonio, lacido piruvico. Le prime quattro tappe sono reazioni endotermiche, cio richiedono un apporto di energia fornito dalle due trasformazioni ATP/ADP (1 e 3) nella quarta tappa la molecola a sei atomi si scinde in due composti a tre atomi di carbonio (3-fosfogliceraldeide, perch fosforilato nel 3 carbonio). Mentre le ultime cinque reazioni sono esotermiche, vengono prodotte due molecole di acido piruvico e si ha un guadagno energetico di 4 ATP e 2 NADH, il guadagno netto di 2 ATP e 2 NADH. Il carbonio non stato demolito, infatti non c anidride carbonica.

2.

CICLO DI KREBS: lacido piruvico prima di entrare nel ciclo, viene ossidato, il NAD+ si riduce a NADH, un atomo di carbonio viene rimosso e si libera CO2 ai due atomi di carbonio- acetile si lega il coenzima A (che proviene dal ciclo) = Acetil-CoA FASE DI PREPARAZIONE

Entrato nel ciclo di Krebs (nella matrice mitocondriale), perde il coenzima A che viene riciclato. I due atomi di carbonio vengono demoliti e si libera CO2 e gli atomi di idrogeno sono trasferiti ai trasportatori di elettroni NAD+ e FAD. Si forma ATP per fosforilazione a livello di substrato. La molecola di glucosio ora completamente ossidata.Il guadagno energetico dei due giri di 2 ATP, 6 NADH, 2 FADH2 .

3.

CHEMIOSMOSI: In questo processo, che avviene nelle creste mitocondriali, gli elettroni che si trovano ad un alto livello di energia sono trasferiti allossigeno, scendendo gradualmente a un livello energetico inferiore, attraverso reazioni redox. Questo reso possibile dalla catena di trasporto di elettroni, costituita da citocromi, che si contendono gli elettroni con lelettronegativit. A mano a mano che scendono liberano energia ed idrogeni, che attraverso le pompe ioniche passano nello spazio intermembranale per poi tornare nelle creste attraverso la proteina canale. La corrente elettrica, data dallATP-sintetasi che la immagazzina dal gradiente, permette allADP di ricaricarsi in ATP.

Il prodotto finale: 2 ATP + 2 NADH + 2 NADH + 2 ATP + 6 NADH + 2 FADH = + 38 ATP ricaricate 3 ATP 2 ATP

In presenza di ossigeno il glucosio viene completamente demolito e si ricavano 36 ATP, mentre quando lossigeno assente solo 2 ATP. Si forma anidride carbonica e acqua e si libera energia di cui il 40% viene utilizzato per trasformare ADP in ATP

Alto rendimento energetico

FERMENTAZIONE: Anche in assenza di ossigeno la glicolisi possibile, ma non per sempre perch viene ridotto tutto il NAD+. Alcolica: Infatti alcune sostanze, come i lieviti, trasformano lacido piruvico in CO2 ed etanolo, infatti viene ossidato un carbonio e quindi il NADH si ossida, cos rifornisce il NAD+. Lattica: il NADH si ossida e si produce acido lattico. (cellule muscolari) BISOGNA SAPERE CHE Viene liberata energia poich gli elettroni, in cui contenuta energia, cambiano disposizione ogni volta che si rompono i legami e se ne formano altri.La perdita di elettroni chiamata ossidazione, mentre lacquisto riduzione. Sono sempre abbinate.

lossigeno laccettore di elettroni Gli spostamenti di atomi H corrispondono ai trasferimenti di elettroni, essendo H costituito da un elettrone. Gli atomi di idrogeno vengono rimossi dallo scheletro carbonioso della molecola di glucosio e vengono trasferiti dai coenzimi che sono trasportatori di elettroniNella fosforilazione a livello di substrato un enzima trasferisce un gruppo fosfato da una molecola organica di substrato allADP, poich il legame tra il gruppo fosfato e il substrato meno stabile del nuovo legame con lATP.

Giunzione cellulare Una giunzione cellulare, essendo il glicocalice dotato di carica netta negativa che farebbe respingere le cellule una dall'altra, una specializzazione di una faccia di membrana che rende possibile e controlla i processi di adesione tra due cellule. Esistono due classi di contatti adesivi tra le cellule:una prima classe composta da strutture non organizzate distribuite sulla superficie cellulare; fanno parte di questa classe sistemi di adesione calcio dipendenti e calcio-indipendenti.

Le calcio-indipendenti fanno uso sia di proteine transmembrana che esterne ad essa o addirittura estrinseche, ne esistono di tipi diversi in tessuti diversi e inoltre possono essere in grado di legare anche le integrine.

Le calcio-dipendenti, invece, fanno uso di tre tipologie di proteine: "caderine, integrine, selectine". Le caderine, riscontrabili anche in giunzioni di tipo specializzato, sono una classe di proteine transmenbrana altamente glicosilate, formano legami intercellulari forti intrecciandosi con le protrusioni di caderine provenienti da altre cellule, mentre a livello della loro membrana plasmatica, dalla quale traggono origine, si ancorano al citoscheletro cellulare, in particolare a filamenti di actina e a filamenti intermedi, per mezzo di una proteina: la catenina. Le selectine sono presenti nelle cellule dotate di movimento e negli endoteli vascolari poich esse sono in grado di creare legami in grado di scorrere l'uno rispetto all'altro, spesso sono coadiuvate dalle integrine; per esempio, i leucociti che legano per l'appunto gli endoteli vascolari. Le integrine infine mediano i legami soprattutto del tipo cellula-matrice; di quest'ultime, oltre che di calcio-dipendenti, ne esistono di magnesio-dipendenti.La seconda classe, invece, composta da complessi di adesione specializzati, in cui possibile riconoscere strutture organizzate a livello funzionale. Nei vertebrati si distinguono in tre tipi:

Giunzioni occludenti (in latino zonulae occludentes, in inglese tight junctions) Giunzioni comunicanti (gap junctions) Giunzioni aderenti o di ancoraggio (zonulae adhaerentes, anchoring junctions; nel caso particolare dei desmosomi si dicono maculae adhaerentes)

(Nell'Immagine sono riportati i filamenti di actina tra i desmosomi, in realt sono filamenti del citoscheletro delle cellule adiacenti) Negli inverterbrati, esistono molti altri tipi di giunzioni cellulari. A seconda, invece, dell'estensione sulla membrana si distinguono tra:

A fascia o 'zonulae': una zonula una giunzione perimetrale che coinvolge una banda che circonda la cellula e consente l'adesione completa di tutta la superficie in cui presente

Circoscritte o 'maculae': le maculae sono dei dispositivi funzionali di forma rotonda o ovale che occupano una porzione circoscritta della superficie del plasmalemma.

Giunzioni occludenti Le giunzioni occludenti (giunzioni strette o tight; o Zonulae occludentes) impediscono il passaggio dei fluidi tra le cellule andando a formare attorno al perimetro cellulare una cintura continua detta zonula. Sono particolarmente presenti negli epiteli di rivestimento (es.pelle) e negli epiteli intestinali per far s che non filtrino sostanze tra i vari ambienti. Nelle giunzioni occludenti gli spazi interstiziali sono annullati in corrispondenza dei punti nodali: punti in cui i lembi di membrana che si affrontano sono saldamente coesi. La totalit delle membrane adiacenti percorsa da ripetute serie di tali punti, sicch i lembi di membrana appaiono anastomizzati tra loro. Due sono le principali proteine integrali di membrana coinvolte: Claudina eOccludina, che sporgono sulla faccia esterna delle membrane e sono tra loro unite da legami non covalenti. Queste due proteine formano una cintura intorno alla cellula che nemmeno le proteine di membrana possono attraversare, dividendola quindi in due o pi domini. Al microscopio elettronico quindi la zonula occludens appare come una struttura a tre binari elettrondensi: i due pi esterni sono rappresentati dagli strati fosfolipidici pi interni delle due cellule coinvolte nella giunzione, quello pi interno dato dalla fusione dei due strati fosfolipidici esterni delle due cellule. Di conseguenza la membrana cellulare nel suo insieme, a livello della giunzione occludente, assume un aspetto pentalaminare in quanto le tre bande elettrondense sono intercalate a bande elettrontrasparenti.Le Giunzioni occludenti svolgono una funzione sigillante, uniscono le due cellule adiacenti senza lasciare interstizi, in modo che le molecole idrosolubili non filtrino facilmente tra una cellula e l'altra. Sono localizzate generalmente allapice di cellule polarizzate come quelle dellepitelio intestinale e impediscono alle molecole presenti, ad esempio, nel lume dellintestino di valicare la lamina cellulare; se una molecola deve passare dal lume intestinale allinterno dellorganismo o passare da cellula a cellula deve sottostare necessariamente allazione di vaglio dei dispositivi della cellula. Giunzioni comunicanti Le giunzioni comunicanti (o serrate o nexus o gap) possiedono canali proteici detti connessoni, che si aprono in risposta a determinati segnali chimici quali modificazioni del pH o della concentrazione degli ioni calcio, consentendo il passaggio di ioni o molecole di basso peso molecolare (fino a 1 kDa) tra due cellule. I connessoni sono presenti su entrambe le facce delle membrane cellulari formando un'unica struttura con poro centrale; essi sono composti da un anello di sei monom eri di proteine integrali transmembrana, per faccia

cellulare, detteconnessine, di 7-7,5 nm di lunghezza, che si aprono e chiudono con un meccanismo simile a quello del diaframma di una macchina fotografica, in senso levogiro (antiorario). Il lume del connessone, in condizioni normali, ha un diametro di 2 nm. Lo spazio intercellulare in presenza delle giunzioni gap si riduce a circa 1-2 nm, in esso le due porzioni del connessone aderiscono tra loro formando un canale che permette anche l'accoppiamento elettrico tra due cellule. In una giunzione comunicante il numero di connessoni varia da poche decine a qualche centinaio, con disposizione regolare. Giunzioni aderenti Le giunzioni aderenti (ancoranti, di ancoraggio) interessando sia punti di ancoraggio intercellulari che tra cellula e matrice extracellulare, forniscono un supporto strutturale ai tessuti, come ad esempio i muscoli e le cellule dell'epidermide, andando a costituire nel tessuto un dispositivo tramite cui le forze applicate si scompongono secondo tante direttrici. Tale tipo di giunzione sfrutta i filamenti actinici, differenziandosi in due tipi: le Fasce di adesione (fascia adhaerens) e le zone di adesione (zonula adhaerens); le fasce d'adesione sono collegamenti che si stabiliscono tra una cellula e l'altra adiacente, grazie alle Caderine, proteine strutturali che sporgono nello spazio interstiziale delle cellule e si uniscono intersecandosi fra loro, mentre dal lato delle membrane cellulari sono legati ai filam enti actinici del citoscheletro tramite proteine transmembrana che fungono da ponte, quali le vincoline e le alfa-actine. Esse form ano zona di adesione continua immediatamente sotto alle tight junctions. La Fascia adherens simile alla zonula adherens ma meno estesa. Infine sono presenti contatti focali, giunzioni che collegano la cellula alla matrice cellulare, tramite integrine anzich caderine, collegate ai filamenti di actina tramite altre proteine transmembrana (come l'alfa-actinina, la talina, la vincolina e la filaminadi); di solito la placche di adesione focale hanno vita breve e vengono continuamente distrutte e ricreate. Nelle giunzioni aderenti i due lembi di membrana che si affrontano corrono parallelamente tra loro e lo spazio interstiziale ha uno spessore di 15-25 nm. Desmosomi I desmosomi, o maculae adhaerentes, sono le giunzioni cellulari pi conosciute perch al microscopio elettronico hanno una configurazione caratteristica. Immediatamente sotto la membrana plasmatica appare una zona marcatamente elettrondensa: essa costituita da un addensam ento di materiale proteico citoplasmatico che viene definito placca di adesione(formata dalle desmoplachine e dalle placoglobulina) cui convergono i filamenti intermedi del citoscheletro (principalmente filam enti di vimentina o cheratina negli epiteli, questi ultimi detti anche tonofilamenti), che si legano lateralmente alla placca di adesione per poi ricurvare con un andamento che pu essere paragonato a quello di un arco a tutto sesto. Nello spazio interstiziale, dello spessore di 20 nm, compare una linea mediana elettrondensa determinata da proteine calcio-dipendenti (Caderine) quali desmocollina e desmogleina che si legano alla placca di adesione e alle loro omologhe in modo analogo rispetto a quanto descritto sopra per le giunzioni aderenti. Come le giunzioni aderenti, i desmosomi assolvono prevalentmente a funzioni meccaniche: grazie al decorso dei filam enti intermedi, le forze conseguenti a insulti meccanici vengono ben scaricate nel tessuto. Emidesmosomi Gli emidesmosomi, che visti al microscopio elettronico appaiono morfologicamente simili a mezzo desmosoma, sono in realt molecolarm ente, e funzionalmente, alquanto diversi da essi. Negli emidesmosomi, come nei desmosomi, le desm oplachine si legano principalmente ai filamenti interm edi, ma le proteine di membrana coinvolte non sono caderine, bensintegrine che, mediante altre molecole-adattatore, si legano con le fibre della lamina basale ancorando e incollando il tessuto epiteliale alla lamina basale.

Citoscheletro Il citoscheletro un sistema di strutture collocate all'interno e all'esterno del citoplasma di una cellula, che nell'insieme ne costituiscono l'impalcatura. Tuttavia il citoscheletro non si limita ad essere un'intelaiatura statica ma molto dinamico e permette alle cellule di cambiare la loro forma, di muoversi attraverso strutture specializzate quali pseudopodi, ciglia o flagelli, rinforza la membrana plasmatica e quella nucleare, trasporta le vescicole nel citoplasma, permette il movimento di alcuni organelli, costituisce i sarcomeri che permettono la contrazione muscolare, costituisce il fuso mitotico essenziale per la divisione cellulare, sostiene i dendriti e gli assoni dei neuroni ed interagisce con l'ambiente extracellulare. Struttura Il citoscheletro costituito da tre tipi di filamenti proteici che si distinguono per funzione e composizione:

filamenti actinici o microfilamenti filamenti intermedi microtubuli

Ai tre tipi fondamentali di filamenti proteici vanno aggiunte centinaia di proteine accessorie che servono da mediatori per il loro attacco ad altre strutture cellulari come la membrana plasmatica o le vescicole, ma anche come componenti fondamentali nell'assemblaggio dei filamenti e come motori proteici. Caratteristiche generali I filamenti proteici del citoscheletro sono strutture sottili che possono raggiungere decine di m di lunghezza e, in alcuni casi, come negli assoni dei neuroni, perfino diversi centimetri. Ci implica che non siano costituiti ciascuno da una singola proteina ma siano polimeri proteici costituiti dalla successione di proteine che da sole sono lunghe pochi nanometri. Il fatto che i filamenti siano costituiti da subunit molto piccole permette alla cellula di riorganizzare in tempi rapidi anche vaste porzioni del suo citoscheletro e di regolarle molto pi finemente di quanto non potrebbe fare con subunit molto pi grandi, ci le permette di ottenere grande versatilit. I microtubuli e i filamenti di actina sono costituiti da subunit proteiche dalla forma globulare, mentre i filamenti intermedi sono costituiti da proteine fibrose ed allungate. Tutte le subunit proteiche dei filamenti del citoscheletro tendono a distribuirsi formando strutture elicoidali, perch sono conformazioni molto stabili che resistono alla rottura da parte dell'energia termica dell'ambiente intracellulare (cosa che non potrebbero fare le subunit si attaccassero in tandem mediante un motivo "testa-coda-testa-coda") e riducono al minimo l'energia libera. Nel contempo per, tutte le subunit che formano i filamenti del citoscheletro sono unite le une alle altre mediante legami non covalenti ed interazioni idrofobiche, il che permette loro una maggiore velocit di polimerizzazione o di depolimerizzazione. Le subunit si associano formando sovrastrutture chiamate protofilamenti, che a loro volta si associano l'uno all'altro per formare strutture elicoidali, comuni le coiled coil soprattutto nei filamenti intermedi. La polimerizzazione o depolimerizzazione all'interno di un filamento avviene sempre alle estremit poich in quelle posizioni necessario formare meno legami per associarsi o dissociarsi dal resto del filam ento, generalmente un solo legame longitudinale (con la subunit appena posteriore) e due legami laterali con quelle adiacenti, ci permette una maggiore velocit di questo processo. L'associazione di pi protofilam enti, come detto, rende ciascun filamento del citoscheletro termicamente stabile ma la sua resistenza ulteriormente implementata dal fatto che le singole subunit sono sfalsate l'una dall'altra, ci conferisce al filamento resistenza alla trazione e al ripiegamento. I filamenti del citoscheletro pi stabili e resistenti sono i filamenti intermedi che alle caratteristiche sopraelencate aggiungono una diversa struttura delle subunit proteiche (allungate e fibrose invece che globulari) e del filamento (coiled coil).

Filamenti actnici I filamenti actinici si formano per aggiunta di unit monomeriche di actina. L'actina una proteina globulare che lega ATP.Con il loro spessore di 6-7nm, sono i filamenti citoscheletrici pi sottili. Hanno una polarit strutturale, ovvero hanno un'estremit positiva chiamata "barbed end", dove avviene preferenzialmente l'aggiunta di g-actina, contribuendo quindi all'allungamento del filamento, ed un'estremit negativa chiamata "pointed end, che influisce poco sull'accrescimento e in cui prevalgono i fenomeni di depolazizzazione actinica. Dopo l'accrescimento del filamento l'ATP viene idrolizzata in ADPLa polimerizzazione inizia lentamente con 3 molecole di actina che si legano tra loro. Nella cellula la concentrazione di actina libera molto alta, quindi altre molecole di actina si legano a questo polimero neoformato ed il processo diventa man mano pi veloce fino a che non raggiunge uno stadio costante definito "steady point". Lo stato stazionario raggiunto secondo il modello del mulinello dell'actina, il cosiddetto "treadmilling", ovvero quando la velocit di aggiunta di monomeri uguale a quella di rilascio. Tale processo considerato altamente dinamico.Le proteine associate ai filamenti actinici sono numerose: ci sono proteine che inibiscono la polimerizzazione dei filamenti, altre che tagliano i filamenti (gelsolina) e altre ancora che li incappucciano (CapZ) per evitare che si accrescano; ci sono anche proteine che collegano i microfilamenti per formare un fascio, come avviene nei microvilli, ed altre proteine che conferiscono la contrattilit ai filamenti actinici rendendoli cos capaci di far cambiare forma alla cellula e di dirigere i traffici interni ad essa. La miosina una proteina presente in tutte le cellule eucariotiche. dotata di attivit ATPasica, cio in grado di idrolizzare l'ATP (adenosintrifosfato).Esistono diverse isoforme di miosina all'interno delle cellule. Nel complesso le varie isoforme funzionano da "motori proteici" per l'actina; in pratica accoppiano l'idrolisi della molecola di ATP con cambiamenti conformazionali che contribuiscono a generare la forza m eccanica per i vari tipi di motilit cellulare e sub-cellulare (contrazione cellulare, citocinesi, traffico di vescicole).La struttura della miosina consiste in due parti principali: la testa globulare, che lega la molecola di actina ed dotata di attivit ATPasica (cio in grado di idrolizzare l'ATP) e da una coda, unita alla testa, che consiste in due catene proteiche con conformazione ad elica avvolte insieme.Il complesso actina-miosina, nelle cellule muscolari scheletriche dei Vertebrati, forma una struttura caratteristica detta sarcomero, da cui dipende la contrazione delle fibre muscolari. La contrazione muscolare influenzata essenzialmente dalla concentrazione intracellulare dello ione calcio, ma anche da altre proteine, come la tropomiosina, la troponina e la nebulina. Filamenti intermedi I filamenti intermedi sono cos chiam ati per il loro spessore (circa 10nm), interm edio tra quello dei microtubuli e quello dei filamenti actinici. Le molecole che li costituiscono sono filamentose e variano a seconda del tipo di cellula, pertanto costituiscono una popolazione eterogenea. Possiedono una grande resistenza alla trazione e consentono alla cellula di sopportare stress meccanici. A differenza degli altri filamenti citoscheletrici, i filamenti intermedi non sono polarizzati e sono pi stabili.La polimerizzazione dei filamenti intermedi avviene nel seguente modo: 2 molecole di gas si aggregano formando un dimero, che va ad unirsi lateralmente ad un altro dimero formando un tetramero; infine i tetrameri si aggregano a loro volta fino a che non arrivano a formare un filamento di 32 molecole base molto simile ad una corda. I tetrameri, in particolare, si associano lateralmente a tandem, costituendo delle formazioni piane che successivam ente si ripiegano in strutture cave.Una categoria di filamenti intermedi presenti in tutte le cellule quella delle lamne, ovvero quel particolare tipo di filamenti che va a costituire la lamina nucleare. Nel processo di divisione cellulare la lamina nucleare deve scomparire, altrimenti il materiale genetico della cellula non potrebbe ripartirsi tra le due cellule figlie. necessario quindi che le proteine che costituiscono i filamenti intermedi della lamina nucleare vengano fosforilate, in modo da renderle instabili e portarle alla depolimerizzazione. I filamenti intermedi della lamina nucleare sono controllati nei loro processi di polimerizzazione e depolimerizzazione dalla proteina chinasi.I filamenti intermedi possono legare differenti tipologie proteiche, tra cui:

la desmoplacchina, che connette i filamenti intermedi ai desmosomi e agli emidesmosomi la plectrina, che connette i filamenti intermedi ai microtubuli l'ankyrina, che connette i filamenti intermedi ai microfilamenti

Microtubuli I microtubuli sono strutture proteiche cilindriche cave dal diametro esterno di 25 nm. Sono composti da eterodimeri formati da una molecola di tubulina- e una di tubulina- . Oltre a queste due isoforme esiste anche la -tubulina, che si localizza negli MTOCs. Le molecole di -tubulina hanno un ruolo importante nel processo di nucleazione dei dimeri di e -tubulina, oltre a formare un anello

collegato ai microtubuli in allungamento. Sono capaci di autodemolirsi rapidamente in una sede e ricostituirsi altrettanto velocemente in un'altra. Le loro pareti sono formate da 13 protofilam enti. Anche i microtubuli sono polari. La tubulina una proteina capace di legarsi a GTP, ma solo la tubulina- pu idrolizzare GTP a GDP.Il processo di polimerizzazione dei microtubuli inizia molto lentamente: pi eterodimeri di tubulina, tramite un processo detto di nucleazione, vanno a formare un piccolo microtubulo. Una volta formato, il

piccolo microtubulo si accresce da entrambe le parti (la velocit di accrescimento maggiore all'estremit positiva) ed il completamento rapido.In vitro si osserva che, a bassissime concentrazioni di tubulina libera, sia l'estremit positiva che quella negativa si accorciano. Man mano che la concentrazione di tubulina libera aumenta, la depolimerizzazione rallenta fino a che non si raggiunge un punto di equilibrio, detto punto critico; l'equilibrio che si raggiunge di tipo dinamico. In vitro si pu osservare il cosiddetto fenomeno a mulinello: se le concentrazioni di tubulina libera sono abbastanza elevate, i microtubuli si formano spontaneam ente.Nella cellula la concentrazione di tubulina libera non sufficiente da poter permettere la formazione spontanea dei microtubuli, i quali per formarsi hanno quindi bisogno di un punto di innesco che, nelle cellule animali dato dalla tubulina- , una molecola a forma di anello presente sul centrosom a. Mantenendo bassa la concentrazione di tubulina libera, la cellula pu controllare la formazione dei microtubuli, i quali presenteranno quindi un'instabilit dinamica, ovvero si depolimerizzerano e ripolimerizzerano di continuo a partire dal centrosoma. I microtubuli possono stabilizzarsi se alla loro estremit positiva si forma un cappuccio a GTP, che si form a se prima che la tubulinaidrolizzi il GTP si attacca al microtubulo un altro eterodim ero. Un microtubulo che nasce dal centrosom a pu non depolimerizzarsi se alla sua estremit positiva (quella pi lontana da centrosoma) si va ad attaccare una molecola o una struttura cellulare.Due microtubuli possono scorrere l'uno sull'altro grazie a speciali proteine presenti sui microtubuli che trasformano l'energia derivante dall'idrolisi di ATP in energia motrice. Al microtubulo si ancorano anche organuli e vescicole, che possono quindi scorrere per mezzo delle proteine motrici, verso l'estremit pi (chinesine) o verso l'estremit meno (dineine) del microtubulo. Ciglia e flagelli Speciali proteine dette proteine associate ai microtubuli possono stabilizzare in maniera permanente i microtubuli che vanno cos a formare ciglia e flagelli. I microtubuli, infatti, sono responsabili della locomozione di due importanti classi di protozoi: i ciliati e i flagellati.Le ciglia servono per il movimento della cellula. Esse sono particolarmente abbondanti sulla superficie libera (o apicale) di alcune cellule epiteliali. Possono creare correnti nel liquido intorno alla cellula in modo da indirizzare il cibo verso il luogo in cui verr digerito, come succede per esempio nelle spugne. La parte che emerge dal citoplasma detta assonema ed costituito da una membrana che racchiude 9 coppie di microtubuli (A e B) alla periferia pi 2 microtubuli, emergenti dalla placca basale rappresentata da un MTOC. Questa struttura detta 9+2 e si ritrova in quasi tutte le forme di ciglia e flagelli eucariotici, dai protozoi all'uom o. I microtubuli A delle 9 coppie esterne sono costituiti da due braccia di dineina, una proteina motrice alla base del movimento ciliare e flagellare. La parte infissa nel citoplasma, invece, detta corpuscolo basale o blefaroblasto. La sua struttura molto vicina a quella di un centriolo e risulta costituita da nove triplette di microtubuli.Il fenomeno della motilit ciliare reso possibile dalle braccia della dineina, che si legano al microtubulo B della coppia di microtubuli adiacenti e idrolizzano ATP. Il cosiddetto "battito ciliare", si traduce in un piegamento

laterale che regolato da un impulso, il quale una volta terminato induce il ritorno del ciglio alla posizione di partenza. Un caso particolare quello delle cellule epiteliali, in cui le ciglia sono presenti in grande quantit. Per rendere efficace il battito ciliare il movimento deve essere necessariamente coordinato, sia per una stessa fila che per le file precedenti e successive. Il movimento che ne risulta detto movimento metacronale ed coordinato dalle radichette ciliari. Funzioni Le funzioni principali del citoscheletro sono:

supporto dinamico e strutturale alla cellula determinazione della posizione degli organelli citoplasmatici determinazione della forma della cellula presidio del movimento cellulare formazione del fuso mitotico, necessario per la divisione cellulare smistamento di vescicole, organelli e molecole lungo specifiche piste

Mitosi La mitsi la riproduzione per divisione equazionale della cellula eucariote. Il termine viene molto spesso utilizzato anche per la riproduzione delle cellule procariote, un processo molto pi semplice e pi correttamente chiamatoscissione binaria o amitosi. Il termine mitosi deriva dal greco mtos, "filo"; nome dovuto all'aspetto filiforme dei cromosomi durante la metafase.La mitosi molto simile alla meiosi, si distinguono dal fatto che la mitosi forma 2 cellule diploidi invece nella meiosi si formano 4 cellule aploidi.La mitosi riguarda le cellule somatiche dell'organismo (ossia tutte le cellule fuorch quelle che hanno funzione riproduttiva: i gametociti primari, i quali vanno incontro alla meiosi) e le cellule germinali ancora indifferenziate. La mitosi nel ciclo cellulare Il ciclo cellulare si suddivide in tre fasi: l'interfase, in cui la cellula si prepara alla divisione; la mitosi, periodo di gran lunga pi breve in cui la cellula si divide, e la citocinesi (citodieresi),divisione del citoplasma della cellula per formare due cellule figlie.Il processo inizia con la condensazione della cromatina, che avviene grazie alla presenza di proteine istoniche che fungono da centri primari di organizzazione del riavvolgimento del DNA- primo ordine di spiralizzazione - e della topoisomerasi II, che, oltre alla sua funzione catalitica, agisce com e centro di organizzazione del secondo ordine di spiralizzazione. Segue un terzo ordine di cui non si conoscono le proteine implicate; forse conseguenza della tensione accumulata dalle precedenti spiralizzazioni. Questo grosso superfilamento viene prima impaccato formando delle anse che poi si riuniscono formando il cromosom a visibile. La durata media di questo meccanismo di riproduzione cellulare varia in media, negli organismi superiori, tra le 15 e le 30 ore. Eventi precedenti alla mitosi [modifica] Prima della mitosi avviene l'interfase, momento molto importante nella vita della cellula. Infatti, proprio in questa fase, gli organelli della cellula aumentano e ne permettono la duplicazione. L'interfase si suddivide in tre sottofasi: la fase G1, in cui la cellula si accresce; la fase S, nella quale la cellula duplica (sintetizza) il materiale nucleare e il DNA; la fase G2, durante la quale la cellula si prepara a dividersi.Viene sintetizzato un secondo centrosom a, ed entrambi appaiono circondati da una coltre di microtubuli: il fuso mitotico, formato da dimeri di sub-unit proteiche tubulina alfa e beta. Il ciclo si potrebbe interrompere in questo punto se alla coltura si

aggiungesse la tossina falloidina, che impedisce la formazione dei filamenti di microtubuli; ci si fa quando si vogliono visualizzare al microscopio i cromosomi per studiarne le caratteristiche. L'apparato di Golgi e il reticolo endoplasmatico in questa fase si scompongono in piccole vescicolette che si distribuiscono uniform emente in tutto il citoplasma; anche la membrana nucleare, grazie alla sua doppia struttura, si scompone similmente ai suddetti organelli. Metafase Questa fase inizia attraverso una sub-fase (chiam ata prem etafase) in cui avviene "l'improvvisa" dissoluzione della membrana nucleare, che si frammenta in tante vescicolette. Questo processo viene innescato dalla fosforilazione, attraverso delle chinasi, delle proteine delle lamine (filamenti interm edi) che costituiscono la lamina nucleare; in conseguenza della fosforilazione i filam enti si dissociano negli elem enti costitutivi.I due centrosomi si portano ai poli opposti della cellula ed agiscono come centri di organizzazione microtubulare, catalizzando l'allungamento ed assicurando il corretto orientamento dei microtubuli che andranno a breve a legarsi al centromero di uno dei due cromatidi gemelli. In questa fase si possono verificare degli errori e due microtubuli si possono agganciare allo stesso cromatidio dando poi origine una cellula figlia mutilata e non vitale.Le 23 coppie di cromatidi vengono portate nella parte mediana della cellula, formando la piastra equatoriale,in cui un piano immaginario, passante per i centromeri, divide le coppie di DNA. questo il momento pi favorevole per lo studio dei cromosomi, che sono ora al massimo della loro spiralizzazione e affiancati ordinatamente lungo la piastra equatoriale posta al centro della cellula. Anafase Durante l'anafase, i cromatidi migrano verso i due centrosomi ai poli opposti della cellula. Si riconoscono due momenti, chiamati anafase A e anafase B. Nella prima si assiste alla separazione dei due cromatidi fratelli ad opera di un enzima, chiamato separasi, con relativa migrazione degli stessi grazie a proteine motore (tipo dineine citoplasmatiche) presenti a livello del cinetocore. Nell'anafase B si assiste al reciproco scorrimento dei microtubuli polari del fuso mitotico con conseguente allontanamento dei due centrosomi verso direzioni opposte. Pertanto si ottiene il ripristino, per ogni polo, del numero originario di cromosomi. Telofase In quest'ultima fase della mitosi, i cromosomi si despiralizzano. Intorno ai due nuovi complessi cromosomici ricompaiono le membrane nucleari e gli organelli si ricompongono. La telofase si conclude con una sottofase: la citodieresi, in cui si separa il citoplasma in modo equivalente in entrambe le nuove cellule. La cellula si divide al centro formando due cellule figlie, esattamente identiche alla cellula madre ma pi piccole. Questo avviene grazie ad un anello di actina creatosi al centro della cellula madre che, contraendosi, stringe la cellula al centro. A tal punto le proteine specializzate operano la fusione e la separazione della membrana in punti specifici e le due cellule si separano.In alcune cellule si verifica una mitosi mutilata: la telofase non avviene e si accumulano all'interno di uno stesso nucleo di una stessa cellula da due ad alcune decine di corredi cromosomici. Questo tipo di cellule si chiama plasm odio. L'esempio principale sono i protozoi del genere plasmodium come il P. malariae. Anche cellule umane vanno incontro a questo processo o patologicamente, come le cellule tumorali, o fisiologicamente come nel megacariocita. Matrice extracellulare In biologia, la matrice extracellulare (abbreviata con MEC) o metaplasma costituisce ciascuna parte di un tessuto che non sia il componente di una cellula. La matrice extracellulare , in particolare, l'elemento distintivo del tessuto connettivo.

Componenti

La MEC costituita da diverse tipi di glicoproteine, proteoglicani e da acido ialuronico. Nella maggior parte degli animali il componente pi abbondante nella MEC il collagene.La MEC contiene altri componenti: proteine come la fibrina, l'elastina, la fibronectina, la laminina e l'entactina; inoltre minerali come l'idrossilapatite, nel tessuto osseo, e fluidi comeplasma e siero con antigeni liberi.In aggiunta la MEC funge da deposito di diversi fattori di crescita cellulari. Cambiamenti nella condizione fisiologica possono innescare l'attivit di proteasi che provocano il rilascio locale di questi depositi. Questo permette una rapida attivazione delle funzioni cellulari nella zona di rilascio, senza dover sintetizzare ex novo i fattori. Funzione A seconda della sua composizione la MEC pu svolgere differenti funzioni come ad esempio quello di supporto delle cellule e del loro ancoraggio e di divisione tra i diversi tessutiL'ancoraggio delle cellule avviene attraverso interazioni tra la MEC e proteine di membrana, dette glicorecettori, appartenenti alla famiglia delle integrine. Attraverso questi 'ponti' molecolari le variazioni della MEC possono trasmettere stimolazioni meccaniche ed influire sull'organizzazione del citoscheletro; allo stesso modo il citoscheletro pu indurre modificazioni nella MEC.Spesso la MEC ha un ruolo nel processo di regolazione riconoscimento intercellulare, permettendo il corretto funzionamento di recettori cellulari come le caderine e le molecole adesive dei neuroni (N-CAM). Gam etogenesi Per gametogenesi si intende quel processo che ha luogo nelle gonadi e porta alla form azione dei gameti ossia delle cellule sessuali mature, capaci quindi di fecondare o di essere fecondate. I gameti si formano alla pubert ma la loro derivazione risale alle cellule sessuali primordiali (gonociti), nelle quali durante la vita embrionale hanno luogo i primi atti del processo di gametogenesi. I gonociti originano intorno al 21 giorno di vita fetale dall'endoderma del sacco vitellino in prossimit dell'allantoide. Dopo la loro differenziazione migrano, durante la V settimana di vita fetale, nelle creste genitali che sono in fase proliferativa e formano cordoni irregolari denominati cordoni sessuali primitivi. In questo periodo la gonade maschile indistinguibile da quella femminile: per questo motivo tale fase prende il nome di gonade indifferente. Solo verso la VII settimana di vita fetale le gonadi acquistano le caratteristiche morfologiche maschili o femminili, diventando rispettivamente testicoli o ovaie (questa differenziazione dipende dal Fattore di determinazione del testicolo localizzato sul braccio corto delcromosoma Y). Spermatogenesi La spermatogenesi il processo di maturazione delle cellule germinali maschili, che avviene nella gonade maschile, ovvero nei testicoli o didimi, sotto lo stimolo di particolari ghiandoleendocrine: le Gonadotrope, quando l'individuo ha raggiunto un certo grado di sviluppo.Dalla nascita fino alla fase puberale l'individuo presenta al livello della gonade gli spermatogoni A1, i quali costituiscono una riserva di cellule seminali con corredo genetico di tipologiadiploide non mature ed incapaci di fecondare gli ovociti. Essi, in seguito a stimoli ormonali, vanno incontro a maturazione. Il processo di maturazione, degli spermatogoni A1 segue queste fasi mitotiche: Spermatogoni A1 -> Spermatogoni A2 -> Spermatogoni A3 -> Spermatogoni A4 -> Spermatogone Intermedio -> Spermatogone B -> Spermatocita Primario In linea teorica uno spermatogone di tipo A1 dovrebbe derivare da 64 cloni; in realt capita spesso che alcuni muoiano nel percorso di maturazione e quindi il numero finale inferiore rispetto al numero massimo. Inoltre alcuni Spermatogoni A4 hanno 2 diversi destini: o differenziarsi in Spermatogone Intermedio oppure regredire a Spermatogone di tipo A1 e ricominciare la mitosi.Durante l'attivit sessuale del maschio, e per tutta la vita fertile, gli spermatogoni si moltiplicano per mitosi, in modo da costituire una riserva stabile

(spermatogoni B). Gli spermatogoni Bsi dividono per mitosi, e diventano spermatociti di I ordine; gli spermatociti di I ordine entrano in meiosi diventando dopo la meiosi I spermatociti secondari (con un corredo cromosomico aploide dicromatidico), e dopo la meiosi II spermatidi, con corredo cromosomico aploide monocromatidico. Al termine della seconda divisione meiotica si formano quindi 4 cellule aploidi(gli spermatidi) per ogni spermatogono B di partenza.A questo punto avviene una serie di processi chiamata spermioistogenesi (con durata di 24 giorni, a partire dal 40 giorno nella spermatogenesi) nella quale gli spermatidi acquisiscono quei caratteri indispensabili per la fecondazione, che sono:

formazione della testa: Nucleo (Dna altamente concentrato).

Acrosoma: organo della penetrazione. Presenta un grossissimo lisosoma, formato dal Golgi, prende posto sulla testa dello spermatozoo davanti al nucleo; contiene enzimi litici.

formazione della coda o flagello: organo di movimento, costituito da asse centrale di microtubuli (detto assonema), circondato da fibre esterne dense e in piccola parte da una guaina mitocondriale.

formazione del corpo residuo: struttura che raccoglie tutte le parti del citoplasma che vengono scartate durante la spermiogenesi ed destinata ad essere fagocitato dalle cellule del Sertoli.

Sia durante la meiosi sia durante la spermiogenesi, le cellule vengono spinte lentam ente verso il lume del tubulo seminifero, sempre mantenendo stretti contatti con le cellule del Sertoli. Ovogenesi L'ovogenesi il processo di produzione delle cellule uovo femminili. Essa avviene nelle ovaie e si ripete con andamento ciclico (ciclo mestruale) per tutta la durata della fase di fertilit dellafemmina, che ha inizio con il menarca (la prima mestruazione) e termina con la menopausa. Processo Nell'ovogenesi, inizialmente, una cellula chiamata ovogonio si divide per mitosi, dando origine a un ovocita primario. Questo va incontro ad una meiosi: la meiosi I, di carattere riduzionale, genera due cellule aploidi, lovocita secondario e il globulo polare primario; la meiosi II, equazionale, divide il globulo polare prim ario in due globuli polari secondari e l'ovocita secondario in unovotidio e un terzo globulo polare secondario.Nel complesso, il processo d origine ad un ovotidio, che va in corso a maturazione, e a tre globuli polari, i quali sono pi piccoli di dimensioni rispetto all'ovotidio e hanno il solo scopo di permettere la meiosi; alla fine del processo essi vengono riassorbiti.Nel ciclo di 28 giorni (nella specie umana) avviene una sola volta l'ovogenesi, dopodich, se non viene fecondato, l'ovulo espulso con la mestruazione. Finch non avviene la fecondazione da parte dello spermatozoo, l'ovocita primario svolge solo la meiosi I; quando avviene la fecondazione, l'ovocita secondario e il corpuscolo polare svolgono la meiosi II dando vita ai tre globuli polari e all'ovotidio. Fin dalla nascita, una donna possiede circa due milioni di ovociti immaturi; a partire dalla pubert (menarca), fino alla menopausa, ogni 28 giorni avviene l'ovulazione di un ovocita "maturo" (la maturazione completa avviene solo in caso di fecondazione). Nella vita, una donna produce approssimativamente dai 400 ai 500 ovociti maturi.

Meiosi La meiosi un processo di divisione mediante il quale una cellula eucariotica con corredo cromosomicodiploide d origine a quattro cellule con corredo cromosomico aploide. Ovvero da una cellula madre si formano quattro cellule figlie, tutte diverse fra loro. Potrebbe sembrare molto simile alla mitosi ma, al contrario di questa, si ha la riduzione da corredo in doppia copia a corredo a semplice copia, e tramite il cosiddetto crossingover (incrocio esterno), si ha lo scambio e la ricombinazione genetica, che poi sta alla base dell'evoluzione.La meiosi fondamentale nella riproduzione sessuale, la ricombinazione dell'informazione genetica proveniente dalle cellule di due organismi differenti (padre e madre) produce risultati ogni volta diversi, e naturalmente diversi anche dai due genitori.Ogni genitore fornisce un corredo cromosomico "semplice" aploide (detto anche "dimezzato"), cellula uovo nella femmina e spermatozoo nel maschio; la fusione (fecondazione), dei due corredi dimezzati (materno e paterno) e "rimescolati" ricostituisce il corredo intero, e d origine ad una singola nuova cellula, detta zigote che diverr il nuovo individuo. Fasi della divisione cellulare meiotica Ad una duplicazione del materiale genetico, che avviene nella fase pre-meiotica S, corrispondono due divisioni nucleari:

1. 2.

Prima divisione meiotica o meiosi I (fase Riduzionale) Seconda divisione meiotica o meiosi II (fase Equazionale)

Fase meiotica S o interfase I Avviene la duplicazione del materiale genetico: da ogni cromosoma risultano due cromatidi fratelli identici, attaccati in corrispondenza dei centrom eri mediante molecole di coesina. Meiosi I Profase I La meiosi I si apre con la profase, un processo pi lungo e complicato della profase mitotica. Si suddivide in 5 stadi:

leptotene, in cui il materiale genetico si condensa a formare strutture bastoncellari in forma di filamenti sottili, allungati, non scissi longitudinalmente;

zigotene, durante il quale avviene la sinapsi dei cromosomi omologhi a formare una struttura denominata tetrade. L'appaiam ento dei cromosomi om ologhi avviene grazie ad una struttura submicroscopica proteica, il complesso sinaptinemale;

pachitene: precoce, in cui si completa l'appaiamento degli omologhi, avanzato, in cui i cromosomi si accorciano, si inspessiscono e avviene il crossing-over, che per ancora non si nota;

diplotene: in questo stadio i cromosomi omologhi di ciascun bivalente cominciano a separarsi (desinapsi), soprattutto a livello del centromero, per la progressiva scomparsa del complesso sinaptinemale. Tuttavia i due cromatidi di ciascuna coppia di omologhi restano in contatto grazie a connessioni chiamate chiasmi, segni visibili dell'avvenuto crossing-over;

diacinesi, nel corso del quale i cromosomi completano la loro condensazione e sono chiaram ente visibili. Ormai ben formata la tetrade o bivalente e avviene la dissoluzione della membrana nucleare e del nucleolo.

Durante la profase I, inoltre, si sviluppa il fuso, costituito da due coppie di centrioli, situate ai poli opposti della cellula, da cui fuoriescono fibre di microtubuli. Tali fibre agganciano i cromosomi mediante il cinetocore, una piastra proteica situata a livello del centromero. La profase I pu durare per giorni o anche pi a lungo e occupa il 90% del tempo richiesto per quasi tutta la divisione meiotica. Metafase I [modifica] le fibre del fuso si collegano ai cromosomi: ogni cromosoma, diviso in 2 cromatidi tenuti insieme dal centromero, legato alle fibre del fuso di un solo polo: i cromosomi omologhi sono connessi ai poli opposti. I cromosomi si fronteggiano sulla piastra metafasica. Anafase I A differenza dell'anafase mitotica, durante questa fase i cromatidi fratelli restano attaccati per mezzo dei centromeri, mentre i cromosomi omologhi si staccano e migrano ai poli opposti della cellula. In questo modo si ha un corredo cromosomico aploide proprio perch sono gli omologhi parentali a separarsi. Telofase I La telofase I pu variare a seconda della specie. In seguito alla migrazione dei cromosomi omologhi verso i poli opposti della cellula, si pu verificare la formazione della membrana nucleare e la citodieresi con la conseguente scissione cellulare, come avveniva nella mitosi; oppure vi la semplice migrazione dei cromosomi senza scissione. Interfase In alcuni casi, terminata la Meiosi I, pu avvenire l'Interfase in cui i cromosomi si despiralizzano; in molte specie si passa invece direttamente dalla Telofase I alla Profase II. Meiosi II La seconda divisione meiotica identica alla mitosi