BIOLOGIAPer prima cosa , andiamo a specificare quali sono i 3 temi fondamentali della biologia :Evoluzione : le popolazioni di organismi si sono evolute nel tempo a partire da forme di vita primordiali.Trasmissione dell'informazione : le informazioni devono essere trasmesse all'interno degli organismi e tra gli organismi.Energia necessaria per la vita : l'energia proveneinte dal sole fluisce attraverso i sistemi viventi , dai produttori ai consumatori. ATOMI E MOLECOLEI composti chimici possono essere divisi in composti organici e composti inorganici.I primi sono generalmente di grandi dimesioni, sono complessi, e contengono sempre atomi di carbonio.Gli inorganici invece, come per esempio l'acqua, sono sostanze semplici e di piccole dimensioni.Le sostanze pi semplici, che non possono essere scisse in sostanze ancora pi semplici (attraverso reazioni chimiche ordinarie) sono gli elementi (che si rapprentano con un simbolo chimico).Sono solo 4 (ossigeno, carbonio, idrogeno ed azoto) gli elementi che costituiscono pi del 96% della massa della maggior parte degli organismi.L'atomo la pi piccola porzione di un elemento che mantiene tutte le propriet chimiche di quell'elemento.I componenti degli atomi sono minuscole particelle di materia (definiamo materia tutto ci che ha una massa ed occupa spazio) note come particelle subatomiche, le pi importanti sono: i neutroni e i protoni (che costituiscono il nucleo atomico) e gli elettroni che si muovono attorno al nucleo atomico.Ogni elemento ha nel nucleo atomico un numero fisso di protoni, che costiutisce il numero atomico, e si trova in basso a sinistra del simbolo chimico.Nella tavola periodica, gli elementi sono sistemati in un ordine che dipende dal loro numero atomico.La massa di una particella subatomica estremamente piccola, e si esprime in unit di massa atomica (uma) o dalton.La massa atomica di un atomo indica approssimativamente quanta materia contenuta in esso in rapporto ad un atomo di un altro elemento; tale valore si pu calcolare sommando il numero di protoni e neutroni, esprimendo il tutto in (uma)2 o (dalton)2La maggior parte degli elementi costituita da una miscela di atomi che hanno un numero diverso di neutroni, e perci massa differente, tali atomi sono chiamati isotpi.Isotopi di uno stesso elemento, hanno uguale numero di elettroni e protoni, mentre cambia il numero di neutroni; hanno dunque le stesse caratteristiche chimiche.Alcuni tipi di isotopi, chiamati radioisotopi, tendono a rompersi o a decadere verso un isotopo pi stabile ( diventando solitamente un elemento diverso) emettendo radiazioni quando decadono.Il decadimento pu essere rilevato per mezzo di AUTORADIOGRAFIA, in cui la radiazione provoca la comparsa di granuli d'argento di colore scuro su una lastra fotografica.Gli elettroni si muovono in particolari regioni dette orbitali, e ciascuno di essi contiene al massimo due elettroni.Elettroni posti in orbitali con energie simili si dice che hanno lo stesso livello energetico principale, che costituiscono un guscio elettronico.Gli elettroni con maggiore energia (che sono sull'orbitale pi lontano del nucleo atomico), sono noti come elettroni di valenza, che occupano il guscio di valenza che costituisce il cerchio pi esterno del modello di Bohr.Il comportaento chimico di un atomo, detreminato dal numero e dalla disposizione degli elettroni di valenza.Il guscio di valenza dell'idrogeno (H) o dell'elio (HE) completo (ossia stabile) quando contiene due elettroni.Il guscio di valenza di tutti gli altri atomi completo quando contiene 8 elettroni.Quando il guscio di valenza non completo tende a cedere, acquisire o condividere elettroni per completare il guscio esterno(regola dell'ottetto).Bisogna fare ora una differenza sostanziale tra composti chimici e molecole.I composti chimici consistono di atomi di 2 o pi elementi differenti combinati in un rapporto fisso.La molecola composta da 2 o pi atomi dello stesso elemento che si combinano chimicamente.L'acqua un composto chimico molecolare , in quanto costituita da 2 atomi di H legati ad un atomo di O (ossigeno).La formula chimica il modo pi abbreviato per descrivere la composizione chimica di una sostanza.I simboli chimici identificano gli atomi presenti, mentre i numeri in pedice il rapporto tra gli atomi.In una formula semplice (o empirica) i numeri in pedice forniscono il pi piccolo rapporto tra gli atomi presenti in un composto.Nella formula molecolare i numeri in pedice indicano il numero reale di ogni tipo di atomo nella molecola.Infine nella formula di struttura, essa non mostra solo il tipo e il numero degli atomi in una molecola, ma anche la loro organizzazione reciproca.La massa molecolare di un composto la somma degli atomi che compongono ogni molecola ; la mole (mol) la quantit di composto la cui massa in grammi equivalente alla sua massa atomica o molecolare.Il numero di unit in una mole SEMPRE pari a 6,02x10^23 molecole, questo numero noto come numero di AVOGADRO.In un equazione chimica, i reagenti (le sostanze che partecipano alla reazione) vengono scritti dalla parte sinistra dell'equazione, mentre i prodotti (le sostanze che si formano in un a reazione) vengono scritti dal lato destro.La freccia indica la direzione la quale la reazione procede. All'equilibrio dinamico la velocit di reazione nei due sensi sono uguali.Gli atomi di una molecola sono tenuti insieme da forze attrattive chiamate legami chimici.Ciascun legame chimico rappresenta una certa quantit di energia chimica potenziale.L'energia di legame l'energia necessaria per rompere tale legame.I due legami pi forti sono il covalente e lo ionico.I legami covalenti comportano la condivisione degli elettroni tra gli atomi, in modo che ogni atomo abbia un guscio di valenza completo (una molecola costituita da tali legami).Quando atomi diversi sono uniti da legami covalenti, il composto che ne risulta, un composto covalente.Quando un doppietto di elettroni viene condiviso tra 2 atomi si forma un legame covalente semplice.Quando due doppietti di elettroni vengono condivisi in questo modo, si forma un doppio legame covalente.La formula geometrica di una molecola fa s che all'interno della molecola stessa si abbia tra gli atomi la distanza ottimale per controbilanciare la repulsione di doppietti elettronici.Quando un' atomo si lega covalentemente con altri atomi si pu avere un riarrangiamento degli orbiotali del guscio di valenza conosciuto come ibridazione degli orbitali, ovviamente ci detremina la formula della molecola che ne deriva.L'elettronegativit, la misura dell' attrazione di un atomo per gli elettroni all'interno dei legami chimici.Se gli atomi di una molecola hanno elettronegativit uguale, gli elettroni sono condivisi in maniera equivalente, quindi il legame covalente apolare.Il legame covalente tra atomi di elettronegativit diversa, viene chiamato legame covalente polare.Una molecola polare ha un'estremit con una carica parziale positiva, e l'altra con una parziale carica negativa.Una particella con una o pi unit di carica elettrica detta ione, cio quando un 'atomo accetta o perde elettrone diventa uno ione (se diventa positivo viene detto catione, se diventa negativo anione).Anche un gruppo di atomi legati covalentemente pu diventare uno ione (ione poliatomico).Un legame ionico si forma come conseguenza dell'attrazione tra la carica positiva di un catione e una negativa di un anione.Un composto ionico una sostanza costituita da cationi e anioni legati tra loro mediante le loro cariche di segno opposto.Quando l'idrogeno si combina con l'ossigeno (o con un altro atomo relativamente pi elettronegativ, come l'azoto) su di esso si accumula una parziale carica positiva,in quanto il suo elettrone si va a posizionare pi vicino all'atomo di ossigeno.Il legame a idrogeno si forma tra un'atomo con parziale carica negativa, ed un'atomo di idrogeno legato covalentemente all'ossigeno o all'azoto.Anche le molecole apolari , possono sviluppare una parziale carica negativ ( una regione con un eccesso temporaneo di elettroni) o positiva ( una regione con un difetto temporaneo di elettroni); questo perch gli elettroni sono in costante movimento.Molecole adiacenti che presentano queste caratteristiche , possono interagire mediante regioni con carica temporanea opposta.Tali forze sono dette forze di Van der Waals ( esse agiscono su distanze molto brevi).Molte trasformazioni energetiche coinvologno reazioni nelle quali un elettrone viene trasferito da una sostanza ad un altra, oltre al passaggio dell elettrone viene trasferito anche l'energia ad esso associata.Tale trasferimento energetico viene chiamato ossido-riduzione.Colui che si ossida cede elettroni , colui che si riduce li acquista.Questi 2 processi avvengono sempre insieme , poich l'elttrone ceduto da un composto o ione deve essere acquistato da un'altro composto / ione /molecola.L'agente ossidante colui che andr ad acquistare l'elttrone , l'agente riducente colui che lo ceder.Le molecole d'acqua sono polari ( hanno cio un estremit carica positivamente ed una carica negativamente).Le molecole d'acqua sono unite tra loro mediante legami a idrogeno , esse hanno quindi una forte tendenza ad attaccarsi le uno con le altre , esse sono cioe coesive.Le molecole d'acqua si legano per anche a molte altre sostanze e dunque sono definite anche adesive.Le forze di adesione e coesione sono la causa dell 'azione capillare dell 'acqua , ossia la tendenza di quest ultima a salire all interno di tubi molto stretti ( anche andando contro la forza di gravit).Grazie alla coesivit , l'acqua ha anche un elevato valore di tensione superficiale ( le molecole d'acqua hanno un maggiore grado di attrazione tra loro piuttosto che con le molecole d'aria, di conseguenza le molecole in superficie si stringono tra di loro formando uno strato piuttosto resistente).Il calore si riferisce alla quantit totale di energia cinetica in un campione di sostanza ; la temperatura invece una misura dell 'energia cinetica media delle particelle.Il calore di evaporazione la quantit di energia necessario a far passare 1 grammo di una sostanza dallo stato liquido a quello gassaso; esso espresso in calorie ( cal).Una caloria la quantit di energia termica necessaria per innalzare di 1 C ( grado Celsius) la temperatura di un grammo d'acqua.Nel processo chiamato raffreddamente per evaporazione le molecole d'acqua diventate gas portano con se la loro energia termica , facendo abbassare cosi la temperatura del campione.Il calore specifico la quantit di energia necessaria per aumentare la temperatura dell'acqua.La densit massima dell acqua si ha a 4C. Un acido una sostanza che in acqua si dissocia in : anioni e ioni ideogeno ( H+).Una base invece una sostanza che in acqua si dissocia producendo un catione e uno ione OH-).Il grado di acidit viene rappresentato con il simbolo pH ( ossia il logaritmo negativo in base 10), quindi pH=-log[H+].La scala per rilevare il pH varia convenzionalmente da 0 a 14 , se una soluzione ha pH=7 essa sar neutra , se avr pH>7 sar basica , se avr pH6 CO2 + 12 H2O + energia. L'acqua presente ad entrambi i lati dell'equazione globale poich essa un reagente in alcune reazioni ed un prodotto in altre. La CO2 prodotta per rimozione degli atomi di idrogeno dal glucosio , mentre l H2O si forma dal trasferimento degli atomi di idrogeno all'ossigeno. Dal momento che il trasferimento degli atomi di idrogeno equivalente al trasferimento di elettroni , questo processo una reazione di ossido-riduzione (redox) , in cui il glucosio ossidato mentre l'ossigeno ridotto.Le reazioni chimiche che fanno parte della respirazione aerobica del glucosio possono essere raggruppate in 4 stadi.Negli eucarioti il primo stadio ( la glicolisi) avviene nel citosol ; il resto avviene all'interno dei mitocondri. Nelle cellule procariotiche che utilizzano la respirazione aerobica , tutti questi processi avvengono nel citosol e sono associati alla membrana plasmatica ( dal momento che i procarioti sono privi di mitocondri). Analizziamo ora velocemente i 4 stadi che tratteremo in seguoti in maniera pi approfondita :1)Glicolisi : Una molecola di glucosio ( 6 atomi di C) trasformata in 2 molecole di piruvato ( a 3 atomi di C ciascuna).Parte dell'energia del glucosio utilizzata per la formazione di 2 tipi di trasportatori di energia : ATP e NADH2. Il NADH una molecola ridotta che trasferisce energia mediante il trasferimento di elettroni come parte di atomi di idrogeno.2) Formazione dell'acetil coenzima A : Ciascuna molecola di piruvato , nel mitocondrio , si ossida per dare luogo ad una molecola di acetato ( 2 atomi di C) , che reagisce con il coenzima A per formare l'acetil coenzima A ; in questi passaggi si formano NADH e come prodotto di scarto CO2.3) Ciclo dell'acido citrico : Il gruppo acetato dell'acetil coenzima A reagisce con una molecola a 4 atomi di carbonio (ossalacetato) , per formare una molecola a 6 atomi di carbonio ( citrato).Attraverso il ciclo , il citrato , riportato ad ossalacetato in una serie di reazioni che portano all'estrazione di energia per formare ATP , alla formazione dei composti ridotti altamente energetici NADH e FADH2 e al rilascio di CO2come prodotti di scarto.4)Catena di trasporto degli elettroni e chemiosmosi : Gli elettroni estratti dal glucosio negli stadi precedenti sono trasferiti dal NADH e dal FADH2 ad una catena di molecole accettatrici di elettroni.In ogni trasferimento di elettroni da un accettore al succesivo , una parte della loro energia utilizzata per pompare ioni H (protoni) attraverso la membrana mitocondriale interna dando origine ad un gradiente protonico.Nella chemiosmosi , l'energia del gradiente protonico infine utilizzata per produrre energia.Le reazioni coinvolte sono di 3 tipi : le deidrogenazioni sono le reazioni in cui 2 atomi di idrogeno ( 2 elettroni + 2 protoni) sono rimossi da una molecola di substrato per essere trasferiti al NAD+ o al FAD.Le decarbossilazioni , in cui parte del gruppo carbossilico (-COOH) rimossa dal substrato per formare CO2. E nell'ultimo tipo ( reazioni di preparazione) , le molecole sono riarrangiate in maniera da poter essere poi deidrogenate o decarbossiilizzate.Analizziamole ora nel dettaglio:1) Il termine glicolisi significa letteralmente (rottura dello zucchero) e significa che lo zucchero ( il glucosio) viene metabolizzato.Questo processo per avvenire non necessita di ossigeno , dunque pu avvenire sia in condizione aerobiche (disponibilit di ossigeno ) che anaerobiche ( assenza di ossigeno).Al termine della glicolisi il glucosio traformato in 2 molecole di piruvato , un composto a 3 atomi di carbonio.Durante queste processo si formano 2 molecole di ATP e 2 di NADH ; le reazioni della glicolisi avvengono nel citosol ove sono presenti in forma libera molecole di ADP e NAD+.La glicolisi pu essera divisa in 2 fasi principali , la prima comprende reazioni endoergoniche (richiedono energia, dunque ATP) , la seconda comprende reazioni esoergoniche ( rilasciano energia , sotto forma di ATP e NADH).La prima fase della glicolisi chiamata fase di investimento energetico ; il glucosio una molecola relativamente stabile e dunque non facile da rompere .In 2 distinte reazioni di fosforilazione , 2 gruppi fosfato sono trasferiti dal ATP allo zucchero.Lo zucchero fosforilato che si viene cosi a formare ( fruttosio 1-6 bifosfato) pi instabile del glucosio e pu essere scisso per via enzimatica in 2 molecole a 3 atomi di carbonio : la gliceraldeide 3-fosfato (G3P) ed il diidrossiacetone fosafato ; quest'ultimo viene a sua volta enzimaticamente convertito in G3P in modo tale che a questo punto , i prodotti della glicolisi sono 2 G3P , la reazione la seguente :Glucosio + 2ATP ---> 2G3P + 2ADPLa seconda fase della glicolisi chiamata fase di cattura dell'energia ; ciascuna molecola di G3P trasformata in piruvato.Nel primo passaggio la molecola G3P viene ossidata per rimozione di 2 elettroni (2H) i quali sono immediatamente catturati da una molecola di NAD+ :NAD++2H---> NADH + H+. Poich abbiamo 2 gliceraldeidi , avremo due NADH.In 2 delle reazioni che portano alla formazione del piruvato , si ha formazione di ATP quando un gruppo fosfato viene trasferito al ADP da un intermedio fosforilato; questo processo chiamato fosforilazione al livello del substrato. E' da notare che , nella prima fase della glicolisi vengono consumate du molecole di ATP , nella seconda ne sono prodotte 4 :2G3P+2NAD++ 4ADP ---> 2 piruvato + 2NADH+4ATP2)Nelle cellule eucariotiche , le molecole di piruvato formatesi durante le glicolisi entrano nei mitocondri , dove vengono convertite in acetil coenzima A( acetil CoA). Nelle cellule procariote tutto il processo avviene nel citosol.Il piruvato sottoposto a reazioni di decarbossilazione ossidativa.In primo luogo viene rimosso un gruppo carbossilico sotto forma di CO2 , lasciando come residuo una molecola a 2 atomi di carbonio , tale residuo poi ossidato e gli elettroni rimossi sono catturati dal NAD+, in fine il gruppo acetile reagisce con il CoA dando come prodotto l'acetil coenzima A.L'enzima che catalizza questa reazione la piruvato deidrogenasi , composta da 72 catene polipetidiche. Il CoA prodotto nella cellula a partire da una vitamina del gruppo B , l'acido pantotenico. La reazione complessiva la seguente : 2 piruvato + 2 NAD+ + 2CoA ----> 2 acetil CoA + 2NADH +2CO2.A questo della respirazione aerobica si sono formate 4 molecole di NADH ( 2 durante la glicolisi e 2 durante la formazione di acetil CoA , a partire dal piruvato).3)Il ciclo dell'acido citrico ( o ciclo di Krebs / degli acidi tricarbossilici) composto dalle seguenti reazioni.Il legame instabile che unisce l'acetile con il CoA si rompe ; il gruppo acetile si lega con l'ossalacetat per formare il citrato .Il coA liberato per ricostruire insieme ad un nuovo gruppo acetile un altra molecola di acetil CoA.Gli atomi del citrato sono riarrangiati mediante 2 reazioni di preparazione , basate sulla rimozione e seguente aggiunta in posizione diversa di una molecola di acqua , in questa reazione il citrato convertito nel suo isomero isocitrato.L'isocitrato subisce una deidrogenazione ed una decarbossilazione per produrre -chetoglutarato ( molecola a 5 atomi di C).A sua volta -chetoglutarato subisce una deidrogenazione e una decarbossilazione per produrre il Succinil CoA , un composto a 4 atomid di C. Questa reazione caratterizzata da un complesso multienzimatico simile a quello che catalizza la conversione del piruvato in acetil CoA.Il Succinil CoA convertito in succinato attraverso una fosforilazione a livello del substrato.Il ponte solfuro tra succinato e CoA instabile e la sua rottura accoppiata alla fosforilazione di una molecola di GDP per formare GTP ( composto simile all'ATP) a sua volta il GTP trasferisce il suo gruppo fosfato terminale all'ADP formando ATP.Il succinato ossidato per trasferimento di atomi di H al FAD , con formazione di FADH2, il composto residuo il fumarato.Attraverso l'aggiunta di una molecola di acqua il fumarato convertito in malato.Il malato deidrogenato con formazione di ossalacetato.I due idrogeni rimossi sono trasferiti al NAD+ ; l'ossalacetato pu accettare un nuovo gruppo acetile dell' acetil CoA per ricominciare il ciclo.4)Consideriamo ora il destino di tutti gli elettroni rimossi dalla molecola di glucosio durante le fasi della glicolisi , della formazione dell'acetil CoA e dell'acido citrico.Questi elettroni sono stati trasferiti agli eccettori primari NAD+ e FAD con formazione di NADH e FADH2.Questi composti ridotti entrano nella catena di trasporto degli elettroni.Il trasferimento di elettroni da un accettore all'altro avviene attraverso una serie di reazioni redox esoergoniche cosi che parte dell'energia degli elettroni utilizzata nel processo endoergonico di formazione dell'ATP.Poich la sintesi dell ATP accoppiata alle reazioni redox , l'intero processo noto come fosforilazione ossidativa.La catena di trasporto si trova , negli eucarioti nella membrana mitocondriale interna , nei procarioti aerobi nella membrana plasmatica.Nella catena di trasporto ciascun accettori alternativamente ridotto quando accetta elettroni ed ossidato quando li cede.I componenti della catena di trasporto degli elettroi sono : la flavoproteina flavin mononucleotide (FMN), il lipide ubichinone ( CoQ) , alcune proteine ferro-zolfo e il citocromo c ( ferro proteine) ; vi da dire che ciasun acettore ha un prorpio modo di ossidarsi e ridursi.I quattro grossi complessi proteici degli accettori che costituiscono la catena di trasporto degli elettroni sono stati isolati e purificati dalla membrana interna dei mitocondri.Il complesso I( NADH-ubichinone ossidoreduttasi) accetta elettroni dalle molecole di NADH ; il complesso II( succinato-ubichinone reduttasi) accetta elettroni dalla molecola di FADH2 , entrambi i complessi originano lo stesso prodotto : l'ubichinone ridotto che a sua volta il substrato del complesso III (ubichinone-citocromo c ossidoreduttasi).Quindi il complesso III accetta gli elettroni dall'ubichinone ridotto e li dona al citocromo c ; il complesso IV ( citocromo c ossidasi) accetta gli elettroni dal citocromo c e li utilizza per ridurre l'ossigeno molecolare formando acqua.Elettroni ed protoni si uniscono per formare idrogeno che legandosi all'ossigeno genera acqua.L'ossigeno molecolare l'accettore finale della catena di trasporto deglie elttroni e ci spiega perch in essenza di esso non vi potrebbe essere respirazione aerobica.Se non c' ossigeno ad accettare elettroni , l'ultimo citocromo della catena resta bloccato con i suoi elettroni e questo comporta che anche gli altri 3 complessi rimangono bloccati ; se ci avviene per questa via non viene pi prodotto ATP e ci comporta la morte dell'individuo in quanto il solo ATP prodotto dalla glicolisi non basta a soddisfare il fabbisogno energetico dell'individuo stesso.5) Mitchell propose che il trasporto di elettroni e la sintesi di ATP fossero accoppiati da un gradiente di protoni che si forma attraverso la membrana mitocondriale interna negli eucarioti.Il gradiente protonico si stabilisce grazie al sistema di trasporto degli elettroni ; parte dell'energia rilasciata quando gli elettroni attraversano la catena di trasporto utilizzata per pompare i protoni attraverso la memrbana; i protoni sono pompati da 3 dei 4 complessi ( I , III , IV).La diffusione dei protoni dallo spazio intermembrana ove sono molto concentrati attraverso la membrana mitocondriale interna limitato a specifici canali formati da un 5 complesso enzimatico : la proteina transmembrana ATP sintasi.Questo processo esoergonico fornisce l'energia per la sintesi di ATP , anche se l'esatto meccanismo noto solo in parte.Durante la sintesi di ATP a partire da ADP e Pi , una struttura centrale della ATP sintasi ruota , in risposta alla forza dei protoni che si muovono attraverso il complesso enzimatico . Apparentemente la rotazione altera la conformazione della subunit catalitica permettendo cosi la sintesi di ATP.La chemiosmosi consente ai processi esoergonici di ossido-riduzione di trascinare la reazione endoergonica di fosforilazione dell'ADP in ATP.Riassumiamo ora i prodotti di ciascun passaggio :1)Nella glicolisi si ha dapprima l'attivazione del glucosio per aggiunta di gruppi fosfato da 2 molecole di ATP e poi come prodotti finali si hanno : 2 piruvato + 2NADH + 4 ATP con un guadagno netto di 2 ATP2) Le 2 molecole di piruvato sono metabolizzate a 2 Acetil CoA + 2CO2 + 2NADH.3)Nel ciclo dell'acido citrico , le 2 molecole di Acetil CoA sono metabolizzate a 4 CO2 +6NADH + 2FADH2+2ATP.Poich l'ossidazione del NADH nella catena di trasporto degli elettroni porta alla produzione di un massimo di 3 molecole di ATP per ogni molecola di NADH , le 10 molecole di NADH possono fornire una resa massima di 30 ATP.Le 2 molecole di NADH prodotte nella glicolisi , producono 2 o 3 molecole di ATP ciasuna ( poich in alcuni cellule eucariotiche necessario consumare energia per trasportare il NADH all'interno della membrana mitocondriale) vediamo ora come :Nelle cellule epatiche/renali/cardiache esiste un particolare sistema navetta per traferire gli elettroni dal NADH attraverso la membrana mitocondriale interna a una molecola di NAD+ gi presnete nella matrice.Questi elettroni entrano nel sistema di trasporto degli elettroni della membrana mitcondriale interna, fornendo la massima resa di 3 ATP per ogni coppia di elettroni.Nelle cellule muscolari scheletriche/cerebrali e in altri tipi opera invece un diverso sistema navetta che richiede + energia rispetto al precedente.Per questo motivo gli elettroni trasportati al momento in cui entrano nella catena di trasporto si trovano ad un livello energetico + basso e sono catturati dall'ubichinone invece che dal NAD+ mitocondriale.La resa energetica di sole 2 molecole di ATP per ogni coppia di elettroni.L'ossidazione del FADH2 produce 2 ATP per ogni molecola , quindi per mezzo del FADH2 si producono 4 ATP.4) Sommando tutte le molecole di ATP prodotte (2 dalla glicolisi , 2 dal ciclo di Krebs e 32 o 34 dalla catena di trasporto degli elettroni e dalla chemiosmosi) si vede che il metabolismo aerobico completo di una molecola di glucosio pu dare al massimo 36 o 38 molecole di ATP.La maggior parte degli ATP si forma mediante fosforilazione ossidativa.La velocit della respirazione aerobica regolata dalle quantit di ADP e fosfato disponibili in quanto la sintesi di ATP procede fin quando la maggior parte dell'ADP stato convertito in ATP.A questo punto la fosforilazione ossidativa rallenta notevolmente e di conseguenza rallenta anche il ciclo di Krebs.La glicolisi controllata in parte dalla regolazione a feedback( regolazione in cui la formazione di un prodotto inibisce una reazione a monte ) esercitata sull'enzima fosfofruttochinasi che catalizza una delle prime reazioni della glicolisi.Il sito attivo della fosfofruttochinasi lega l'ATP e il fruttosio-6-fosfato.Tuttavia l'enzima possiede 2 siti allosterici(sito aggiuntivo distinto da quello attivo , che modifica la funzione dell'enzima stesso) : un sito inibitore al quale si lega l'ATP quando presente al livelli molto elevati , ed un sito attivatore al quale si lega l'AMP .Pertanto questo enzima inattivato quando i livelli di ATP sono elevati , ed attivato quando sono bassi; quando l'enzima viene attivato la respirazione procede generando ulteriore ATP.Cromosomi , mitosi e meiosi.Tutte le cellule si originano dalla divisione di cellule preesistenti.Anche la cellula pi semplice contiene una grande quantit di informazioni codificate nel DNA,che viene definito come il genoma di quell'organismo.I genomi sono organizzati in unit di informazaione chiamate geni che controllano l'attivit della cellula e sono trasmessi alla sua progenie.I principali portatori dell'informazione gentica negli eucarioti sono i cromosomi contenuti nel nucleo cellulare Nel 1880 Wahter Fleming osserv i cromosomi durante la divisione cellulare ; nel 1903 Sutton e Boveri notarono indipendetemtne che i cromosomi erano i poratori fisici dei geni.I cromosomi sono costituiti da cromatina , materiale complesso composto di DNA e proteine ad esso associate.Quando una cellula non in divisione la cromatina si trova sottoforma di lunghi e sottili filamenti parzialmente srotolati ; al momento della divisione cellulare le fibre di cromatina si condensano e i cromosomi si rendono visibili come strutture distinte.Il Progetto Genoma Umano contiene 25.000 geni che codificano per proteine.Fornendo l'informazione necessaria per svolgere una o pi funzioni cellulari specifiche in definitiva un gene influenza alcune caratteristiche dell'organismo.Il processo di compattazione del DNA di una cellula eucariota facilitato da proteine chiamate istoni, carichi positivamente poich posseggono un gran numero di amminoacidi con catena laterale basica.Essi si associano al DNA che carico negativamente per l'abbondanza di gruppi fosfato per formare strutture dette nucleosomi .L'unit fondamentale di ciascun nucleosoma consiste in una struttura simile ad una perla con una tratto di DNA di 146 coppie di basi avvolto intorno ad un nucleo discoidale costituito da 8 molecole di istoni.Ora quando parliamo di nucleosoma ci riferiamo ai soli 8 istoni.Le proteine si impalcatura sono proteine non istoniche che contribuiscono al mantenimento della struttura dei cromosomi.L'avvolgimento del DNA in nucleosomi rappresenta il primo livello di struttura dei cromosomi.I nucleosomi hanno un diamentro di 10 nm ; lo stato a nucleosomi impacchettati si raggiunge quando un 5 tipo di istone ( istone H1) si associa con il DNA di giunzione (DNA linker) compattando tra loro nucleosomi adiacenti per formare una fibra del diamentro di 30 nm.Nella cromatina in forma estesa , queste fibre formano delle grandi anse a spirale , tenute insieme da proteine di impalcatura.Le anse poi interagiscono per formare la cromatina condensata che costituisce i croosomi.Grazie alla condensina ( gruppo di proteine) si ha la compattazione dei cromosomi.Solitamente quando le cellule raggiungono una certa dimensione , devono arrestare l'accrescimento o dividersi ; vi sono per alcune cellule come quelle nervose , quelle del muscolo scheletrico e gli eritrociti che una volta mature , cessano di dividersi.Altre cellule vanno incontro a sequenze di attivit richieste per la crescita e la divisione cellulare ; gli stadi attraverso i quali una cellula passa da una divisione cellulare alla successiva costituiscono il ciclo cellulare.La durata del ciclo cellulare varia ma di norma compresa tra le 8 e le 20 h. Il ciclo cellulare consiste in 2 fasi principali : l'interfase e la fase M.La fase M coinvolge 2 principali processi : la mitosi e la citocinesi.La prima un processo complesso che interessa il nucleo ed assicura che ogni nuovo nucleo riceva lo stesso numero e gli stessi cromosomi presenti nel nucleo originale.La citocinesi , che inzia prima che la mitosi sia ultimata , consiste nella divisione del citoplasma della cellula per formare le 2 cellule figlie.La cellula trascorre la maggior parte della propria vita in interfase , il periodo in cui non avviene la divisione cellulare.Una cellula in grado di dividersi molto attiva in questo periodo , poich sintetizza le sostanze necessarie e si accresce ; la maggior parte delle proteine , dei lipidi e di altri materiali importanti sintetizzata durante l'interfase.Il periodo che intercorre tra la fine della mitosi e l'inizio della fase S definito fase G1 ( G sta per gap , intervallo durante il quale non c' sintesi di DNA).La crescita ed il normale metabolismo si verificano in fase G1 ( la pi lunga) , le cellule che non si dividono si arrestano in quetsa fase nota come fase G0.Verso la fine della fase G1 viene incrementata la richiesta degli enzimi per la sintesi del DNA ; ci fa si che la cellula possa entrare in fase S.Durante questa fase ( fase di sintesi) avvengono la replicazione del DNA e la sintesi degli istoni , poich la cellula deve duplicare i propri cromosomi.Una volta completata la fase S , la cellula entra in una seconda fase di intervallo nota come fase G2, nella quale avviene un aumento della sintesi proteica come stadio terminale della preparazione della cellula alla divisione.Di norma questa fase pi corto rispetto alla G1 ed alla S.La mitosi , la divisione nucleare che produce 2 nuclei identici a quello della cellula madre inizia al termine della fase G2 , la mitosi un processo continuo , divisibile in 5 stadi :1)La profase inizia con la compattazzione dei cromosomi , quando i filamenti di cromatina tramite spiralizzazione diventano contemporaneamente pi corti e spessi ; dopo questo processo parlemo non di cromatina ma di cromosomi.CIascuno stato duplicato nella fase S e consiste di una coppia di unit identiche chiamate cromatidi fratelli.Ogni cromatidio legato al fratello nella regione del centromero , si pensa che il centormero sia formato da unit di coesina ( un complesso proteico).Ad ogni centromero legata una struttura proteica chiamata cinetocore alla quale possono legarsi i microtubuli.Essi sono fondamentali per la separazione dei cromatidi fratelli.Una cellula in divisione descritta come una sfera con un equatore ( piano equatoriale) e 2 poli opposti.I microtubuli si irradiano da ciascun polo e si allungano verso i cromosomi formando una struttura complessa chiamata fuso mitotico.Sia nelle cellule animali che vegetali ciascun polo presenta il MTOC ( centro organizzatore dei micortubuli) nelle piante esso appare formato da materiale denso fibrillare quasi privo di struttura.Al contrario negli animali ai 2 poli troviamo una struttura organizzata che prende il nome di centrioli , che insieme alla fibirlle che li circondano costituisce la sostanza pericentriolare.Nella tarda profase i microtubuli si irraggiano a partire da tale sostanza che circonda i centrioli ; quesdi fasci di microtubuli sono detti aster.I due aster si muovono verso i 2 lati opposti del nucleo determinando i 2 poli del fuso mitotico.2) Durante la prometafase , l'involucro nucleare si frammenta ed sequestrato da vescicole per poter essere riutilizzato in seguito ; nel frattempo il fuso mitotico completamente assemblato.I microtubuili del fuso si allungano e si accorciano,per aggiunta o sottrazione di unit di tubulina,mentre si spostano verso il centro della cellula in un processo di ricerca e cattura .Se un microtubulo si avvicina ad un centromero viene catturato da uno dei cinetocori del cromosoma duplicato.Mentre il cromosoma ad esso legato continua a muoversi verso il piano equatoriale della cellula , il cinetocore non attaccato dal suo cromatidio fratello si connette ad un microtubulo del fuso proveniente dal polo opposto.3)Durante la metafase tutti i cromosomi della cellula si allineano lungo il piano equatoriale o piastra metafisica della cellula.Un cromatidio fratello di ciascun cromosoma si attacca tramite il cinetocore ai microtubuli di un polo ; mentro l'altro cromatidio fratello si attacca a quelli dell'opposto.I micortubuli si dividono in polari ( si estendono dai poli alla regione equatoriale ove generalmente si sovrappongono) , e i micortubuli dei cinetocori ( si estendono a partire dai poli e si attaccano ai cinetocori).In questo stadio si pu studiare il cariotipo ij quanto i cromosomi sono ben visibili e distinguibili.4)L'anafase ha inizio quando i cromatidi fratelli si separarno , riformando cosi i cromosomi , i quali migrano ai poli opposti utilizzando i microtubuli dle fuso come binari. I cinetocori , ancora attaccati ai microtubuli dei cinetocori ( tipo di micortubulo) guidano il cammino portandosi dietro i bracci dei cromosomi.L'anafase termina quando tutti i cromosomi hanno raggiunto i poli ; i microtubuli mancano di propriet elastiche e contrattili quindi per far avvenire l'allontanamento reciproco dei cromosomi vengono a seconda della richiesta tolte unit di tubulina ( la quale in caso di necessit pu anche essere aggiunta. Ps: i microtubuli sono composti da unit di tubulina).5) La telofase ( stadio finale) caratterizzata dall'arrivo dei cromosomi monocromatidici ai poli e dal ritorno ad una condizione simile a quella dell'interfase.I cromosomi si decondensano despiralizzandosi.Attorno ad ogni serie di cromosomi , si sviluppa un involucro nucleare sotituito almeno in parte da piccole vescicole e da altri componenti derivanti dal vecchio involucro nucleare.I microtubuli del fuso scompaiono mentre tornano visibile i nucleoli.La citocinesi , ossia la divisione del citoplasma per produrre 2 cellule figlie comincia durante la telofase e quindi si sovrappone alla mitosi.La citocinesi di una cellula animale o fungina inizia nel momento in cui un anello di actio-miosina contrattile circonda la cellula nella regione equatoriale perpendicolarmente al fuso.L'anello costituito da filamenti di actiona e miosina associati tra loro; la contrattilit dell'anello produce un solco di divisione che gradualmente di apporofonda e separa il citpolasma in 2 cellule figlie.Nelle piante invece la citocinesi avviene per formazione di una piastra cellulare , essa si forma dalle vescicole provienenti dal Golgi che contengono materiale per costruire sia la parete cellulare primaria di ogni cellula figlia sia la lamella mediana che cementer le pareti cellulari.I procarioti invece si riproducono asessualmente per scissione binaria , un processo nel quale una cellula si divide in 2 cellule figlie.Prima di tutto il DNA circolare si replica dando origine a 2 cromosomi identici che si dirigono verso i poli opposti della cellula in allungamento ; dunque la membrana plasmatica si introflette tra le 2 copie di DNA e si forma un nuova parete cellulare che divide le 2 cellule figlie.In condizioni ottimali alcune cellule procariote possono dividersi ogni 20 minuti ; le condizioni ottimali sono una data temperatura , un determinato pH e una specifica nutrizione.Certe molecole di regolazione che controllano il ciclo cellulare sono comuni a tutti gli eucarioti ; questi regolatori molecolari inducono una sequenza specifica di eventi nel corso del ciclo cellulare ; il non perfetto funzionamento del controllo del ciclo cellulare pu avere effetti disastrosi , per questo motivo esistono i punti di controllo del c.c. ( ciclo cellulare) , che servono ad assicurareche tutti gli eventi di una particolare fase siano stati completati prima che inizi la fase successiva.Tra le molecole chiave del controllo del c.c. troviamo le proteinchinasi; quelle coinvolte nel controllo del c.c. sono definite chinasi ciclina-dipendenti (Cdk).Esse sono attive solo quando sono complessate con proteine di regolazione note come cicline.Quando una specifica Cdk si lega ad una specifica ciclina si forma un complesso ciclina-Cdk ; capace di fosforilare enzimi ed altre proteine disattivandole o attivandole ( sempre mediante fosforilazione , un esempio la fosforilazione della proteina inibitrici p27 che se fosforilati si disattiva permettendo cosi la mitosi).Le cellule eucariotiche formano 4 principlai complessi ciclina-Cdk : G1-Cdk ; G1/S-Cdk ; S-Cdk; M-Cdk.La prima prepara la cellula a passare dalla fese G1 alla S ; la seconda prepara la cellula a iniziare la replicazione del DNA ; la terza determina l'avvio della replicazione del DNA , l'ultima promuove gli eventi della mitosi : condensazione cromosi , disgregazione dell'involucro nucleare e formazione fuso mitotico.La M-Cdk repsonsabile dell'attivazione del complesso che promuove l'anafase (APC) verso la fine della mitosi.L'APC inizia l'anafase promuovendo la degradazione delle proteine che tengono unuti i cromatidi fratelli nel corso della metafase ; di conseguenza i cromatidi fratelli si separano in 2 cromosomi distinti .A questo punto la ciclina degradata in modo che i suoi livelli diventino trascurabili e l'attivit della M-Cdk crolla permettendo al fuso mitotitco di disassemblarsi e alla cella di uscire dalla mitosi.Anche certi ormoni ( come le citochinine ) e fattori di crescita proteici possono favorire la mitosi.Esistono fondamentalmente 2 particolari tipi di riproduzione ; la sessuata e l'asessuata.Nella asessuata un singolo genitore , di solito attraverso scissione , gemmazione o frammentazione , da origini a nuovi individui.Nella maggior parte delle riproduzione asessuate il tutto avviene tramite mitosi , dunque i figli avranno gli stessi caratteri del genitore ; un tale gruppo di organismi con uguale patrimonio genetico chiamato clone.Al contrario , la riproduzione sessuata comporta l'unione di due cellule sessuali specializzate i gameti , per formare lo zigote , di norma i 2 gameti derivano da genitori diversi.La riproduzione sessuata genera variabilit genetica all'interno della prole , essa da vita a figli non geneticamente identici ai genitori.I cromosomi di solito sono presenti in coppie di cellule somatiche , i membri di una coppia sono chiamati cromosomi omologhi ( simili per forma , dimensione e posizione dei loro centromeri).Noi possediamo 46 cromosomi , ossia 23 coppie di omologhi.L'aspetto pi interessante dei cromosomi omologhi che portano l'informazione per il controllo degli stessi tipi di caratteristiche genetiche , sebbene non detto che portino la stessa identifa informazione ( alleli).Se una cellula o un nucleo contiene due cromosomi di ogni tipo , cioe 2 serie di cromosomi , si dice che possiede un corredo diploide ; se invece presente solo un cromosoma di ogni coppia di omologhi , si dice che il corredo aploide.Durante la fecondazione tra spermatozoo e cellula uovo ognuno fornisce un corredo apolide (n ; n =23) cosi che nello zigote si avr il corredo diploide ( 2n = 46) .Se una cellula presenta un corredo pari a xn dove x > 2 , si dir che l'individuo ha un corredo poliploide.Un particolare tipo di divisione cellulare che riduce il corredo cromosomico chiamato meiosi.Durante la meiosi una cellula diploide va incontro a 2 divisioni cellulari , producendo potenzialmente 4 cellule aploidi. 4 sono le differenze tra meiosi e mitosi :1)Le meiosi comporto due successive divisioni nucleari e citoplasmatiche che potenziale produzione di 4 nuove cellule.2)Nonostante le 2 successive divisioni cellulari il DNA e gli altri componenti dei cromosomi subiscono una sola duplicazione durante l'interfase che precede la prima divisione meiotica.3)Ognuna delle 4 cellule prodotte dalla meiosi contiene un numero aploide di cromosomi ( solo 1 membra per coppia di omologhi).4) Durante la meiosi , l'informazione genetica che proviene da entrambi i genitori viene mescolata cosi che ogni cellula aploide possieda un combinazione di geni potenzialmente unica.La meiosi si divide in : meiosi I e meiosi II , durante la meiosi I i membri di ogni coppia di omologhi prima si uniscono , poi si separano e vengono distribuiti in nuclei distiniti.Nella meiosi II i cromatidi fratelli che costituiscono ciascun omologo si separano e vengono distribuiti ai nuclei delle cellule figlie.Durante la fase S dell'interfase che precede la meiosi , i cromosomi vengono duplicati come nella mitosi , per cui ogni cromosoma duplicato composto da 2 cromatidi connessi dalle coesine.Durante la profase I , mentre i cromatidi sono ancora in forma di lunghi e sottiloi filamenti i cromosomi omologhi si appaiano longitudinalmente.Questo processo chiamato sinapsi ; consuetidine riferirsi a un membro di una coppia come a un omologo materno e all'altro come ad un omologo paterno. Il complesso risultante noto come tetrade ; il numero delle tetradi alla profase I identico al numero aploide di cromosomi ( nell'essere umano n=23 vi sono 4 cromatidi per cromosoma e dunque si hanno 92 cromatidi).Durante la sinapsi i cromosomi omologhi si associano strettamente ; il complesso sinatpinemale si forma tra gli omologhi appaiati.In questo momento avviene il crossing-over , un processo in cui i cromosomi omologhi appiati si scambiano materiale genetico attraverso l'azione di enzimi che tagliano e riuniscono le molecole di DNA.Il crossing over produce nuove combinazioni di geni ; ci aumenta la variabilit genetica tra i discendenti della riproduzione sessuata.Si forma il fuso mitotico , negli animali una coppia di centrioli migra ad ogni polo e si costituisce l'aster ; nella tarda profase 1 scompare l'involucro nucleare.Nella tarda profase I i cromosomi omologhi rimangono uniti solo in corrispondenza di regione particolari chiamate chiasmi ( luogo in cui avvenuto lo scambio di materiale genetico).La profase I termina quando le tetradi si allineano sul piano equatoriale ; si dice allora che la cellula si trova in metafase I. I cinetocori fratelli di un cromosoma sono connessi mediante le fibre del fuso solo ad uno dei 2 poli , mentre quelli dell'omologo sono collegati all'altro.Durante l'anafase I gli omologhi di ogni coppia si separano e migrano verso i poli opposti ; ogni polo riceve un'assortimento casuale di cromosomi materni e paterni, ma un solo rappresentante di ogni coppia di omologhi presente ad ogni polo.Durante la telofase I i cromotadi si decondensano , l'involucro nucleare si riorganizza e in genere ha luogo la citocinesi.Nella telofase I il nucleo contiene il numero aploide di cromosomi ma ciascun cromosoma duplicato ; nell'uomo ci sono 23 cromosomi dicromatidici ( quindi 46 cromatidi) ad ogni polo.Durante lo stadio successi l'intercinesi non avviene nessuna fase S ( di sintesi) dunque nessuna duplicazione cromosomica.La profase II simile alla profase mitotica ; non c' alcun accoppiamento di omologhi e nessun crossing over.Durante la metafase II i cromosomi si allineano sul piano equatoriale delle rispettive cellule ; i cromatidi sono disposti in coppie di 2.Durante l'anafase II i cromatidi attaccati alle fibre del fuso tramite i loro cinetocori , si separano e migrano ai poli opposti , prorpio come farebbero all'anafase mitotica ; da ora parleremo di cromosomi.Alla telofase II vi un componenti di ciascuna coppia di omologhi ad ogni polo e ogni omologo un cromosoma monocromatidico , le 2 divisioni successive producono potenzialmente 4 nuclei apoidi ( ciascuno con 1 cromosoma di ciascun tipo).La variabilit genetica data da 2 fattori:1) Il crossing over2) Il fatto che nella meiosi i cromosomi materni e paterni di ciascuna coppia di omologhi si separno indipendentemente e un componenti di ogni coppia viene scielto casualmente e portato ad un polo all'anafase I.Riassumendo dunque :La mitosi una singola divisione nucleare durante la quale i cromatidi fratelli si disgiungono l'uno dall'altro dando luogo alla fine a 2 cellule figlie diploidi, identiche tra loro e alla cellula madre.La meiosi consiste di 2 divisioni nucleare successi ( meiosi I e II) , essa si conclude con la formazioni di 4 cellule aploidi geneticamente differenti.La meiosi deve avvenire prima che siano prodotti i gameti, negli animali la meiosi porta direttamente alla formazioni di gameti ; le cellule somatiche di un individuo si moltiplicano per mitosi e sono diploidi , le sole cellule aploidi prodotte sono i gameti.Questi si formano quando le cellule della linea germinale entrano in meiosi.La formazioni dei gameti detta gametogenesi . La gametogenesi maschile detta spermatogenesi e porta alla formazioni di 4 spermatozoi aploidi per ciascuna cellula che va incontro a meiosi. Al contrario quella femminile detta oogenesi porta alla formazioni di una singola cellula uovo. Alla fine della prima divisione meiotica un nucleo viene mantenuto , mentre l'altro detto primo glubulo polare degenera, stessa cosa succede nella meiosi II con la perdita del secondo globulo polare. DNA : il depositario dell'informazione geneticaI mattoni che costituiscono il DNA sono i nucleotidi formati da : uno zucchero pentoso ( desossiribosio), un gruppo fosfato ed una base azotata.Nella chimica degli acidi nucleici , gli atomi di C dello zucchero e della base azotata sono numerati , distinguendo quelli dello zucchero con il simbolo ' ( primo). Cosi , la base azotata unita al C 1' dello zucchero ed il fosfato unito al C in posizione 5'.Le basi azotate comprendono purine ( A-G) e pirimidine (T-C).I nucleotidi sono legati tra loro con legami covalenti per formare uno scheletro zucchero-fosfato . Il C 3' di uno zucchero legato al gruppo fosfato in posizione 5' dello zucchero adiecente costituendo un legame 3',5' fosfodiesterico.Qualunque sia la lunghezza della catena , un estremit (estremit 5') ha un C 5' legato ad un fosfato e l'altra ( estremit 3') ha un C 3' legato a un gruppo ossidrilico.Secondo la regola di Chargaff il numero di adenine uguale al numero di timine ; mentre quello di guanine uguale a quello di citosine ; il rapporto uguale a 1.L'informazione chiave circa la struttura del DNA venne da studi di diffrazione dei raggi X su cristalli di DNA purificato eseguiti dalla britannica Rosalind Franklin.Le immagini mostravano chiaramente che il DNA ha una struttura elicoidale e presenta 3 importanti misure periodiche : 0,34nm (distanza tra le coppie di basi) , 3.4nm (giro completo dell'elica - 10 coppie di basi) e 2.0 nm (grandezza del legame tra le basi).Le 2 catene per essere conformi ai dati sperimentali devono avere direzioni opposte pertanto ciascuna estremit della doppia elica mostra un gruppo 5' fosfato livero su un filamento e un gruppo ossidrilico libero in posizione 3' sull'altro filamento.Poich le 2 eliche hanno andamento opposto sono definite antiparallele.Due aspetti del modello di Watson e Crick sono in accordo in maniera chiara ed evidente con il ruolo del DNA come materiale ereditario.Abbiamo in precedenza detto che il DNA codifica le informazioni attraverso la sua sequenza di basi; il modello proposto suggerisce anche le modalit con cui le informazioni del DNA possonoe essere fedelmente copiate , processo noto come duplicazione del DNA.Il modello suggerisce che poich le coppie di nucleotidi si appaiano in modo complementare , ciascun filamento di DNA possa servire da stampo per la sintesi del filamento opposto, infatti sufficiente rompere i legami ad idrogeno per separare le 2 emieliche , ciascuna emielica potrebbe appaiarsi per complementariet con nuovi nucleotidi e cosi ricostruire due nuove molecole a doppia elica , ciascuna identica all'originale costituite da un filamento parentale e da uno complemntare di nuova sintesi.Questo sistema di ricopiatura noto come meccanismo di replicazione semiconservativa. Vediamo ora come mai il modello esatto questo e non quello conservativo o dispersivo.Vennero fatti degli esperimenti sostituendo al 14 N (azoto normale) il 15N (azoto pesante) , che rendeva il DNA pi denso.Tramite la centrifigazione in gradiente di densit era possibile separare grosse molecole come il DNA in base alla diversa densit ottenuta con la marcatura.Ci si apsettava che le molecole di DNA neosintetizzate fossero meno dense in quanto le basi azotate iincorporate durante la fase di sintesi contenevano l'isotopo 14N. Infatti le molecole di DNA isolate dalle cellule dopo una sola generazione mostravano tutte una densit intermedia , cioe contenevano met degli atomi di azoto pesante rispetto al DNA parentale.Questo risultato sostenava il modello semiconservativo per il quel ogni doppia elica avrebbe dovuto contenere un filamento preesistente ed uno neosintetizzato leggero.Il risultato era anche in accordo con il modello dispersivo ; ma non con quello conservativo.Dopo un altro ciclo di replicaizone in terreno di coltura con 14N erano presente 2 tipi di DNA : eliche ibride , altre solo di istopo leggero .QUesto risultato era in accordo solo con il modello semiconservativo.La scoperta che il DNA poteva essere replicato con un meccanismo semiconservativo suggeri come la molecola potesse soddisfare la terza caratteristica del materiale gentico , la capacit di mutare.Era noto da molto che tempo che le mutazioni potevano insorgere nei geni e dunque essere trasmesse alle generazioni successe ( la mutazione di una singola base avrebbe portato la mutazione anche alle cellule successive).Molti degli aspetti essenziali della replicazione sono universali , tuttavia esistono numerose differenze tra i procarioti e gli eucarioti a causa della diversa organizzazione del DNA in queste cellule.Nelle cellule batteriche il DNA si trova come un'unica molecola a doppia elica circolare ; mentre ogni cromosoma eucariotico non duplicato costituito da una singola molecola a doppia elica lineare associata con proteine.La replicazione del DNA inizia a livello di siti specifici sulla molecola di DNA detti origini di replicazione , ove piccoli frammenti della doppia elica si svolgono.Le DNA elicasi sono enzimi che destabilizzano l'elica che si legano al DNA in corrispondenza dell'origine di replicazione e rompono i legami a idrogeno separando in tal modo i 2 filamenti.I 2 filamenti di DNA si replicano contemporaneamente al livello della giunzione tra i filamenti separati ( struttura a Y) detta forca di replicazione.Una volta che i 2 filamenti sono stati separati , le proteine che legano il singolo filamento (SSB) si legano ai singoli filamenti di DNA e li stabilizzano evitando in tal modo che si riformi la doppia elica finch non avvenuta la copiatura.Nel caso si superavvolgimento agiscono le topoisomerasi che tagliano uno o entrambi i filamenti ( i 2 modi di agire della topoisomerasi sono tagliano 1 o entrambi i filamenti) evitando l'eccessivo avvolgimento durante la replicazione e li risalda in una configurazione pi rilassata.Gli enzimi che catalizzano il legame tra i vari nucleotidi sono chiamata DNA polimerasi ; essi sono in grado di aggiungere nucleotidi solamente al terminale 3' di una catena polinucleotidica in corso di sintesi che deve essere perfettamente appaiata al filamento copiato.Poich la nuova catena polinucleotidica si allunga attraverso il legame tra il gruppo fosfato in posizione 5' dello zucchero del nucleotide aggiunto e il gruppo ossidrilico in posizione 3' dello zucchero presente all'estremit della catena , il nuovo filamento di DNA cresce sempre in direzione 5'--->3'.La DNA pol III capace di aggiungere circa 1.200 nucleotidi al minuto.Le DNA polimerasi possono aggiungere nucleotidi solamente all'estremit 3' di una catena polinucleotidica preesistente ; inizialmente quindi viene sintetizzato al livello del punto di inizio della replicazione un piccolo tratto di RNA , in genera costituito da 5-14 nucleotidi che funzionano da innesco ( RNA primer).L'RNA primer sintetizzato ad opera di un enzima noto come DNA primasi , capace di iniziare un nuovo filamento di RNA su un filamento di DNA.Successivamente interverr la DNA polimerasi e questo tratto di RNA sar degradato e sostituito da DNA.La replicazione inizia a livello delle origini di replicazione ed entrambi i filamenti vengono replicati contemporaneamente alla forca di replicazione.La posizione della forca cambia costantemente al procedere della replicazione.Due molecole identiche di DNA polimerasi sono responsabili della replicazione ; l'estremit 3' di uno dei nuovi filamenti si allunga verso la forca e la sua sintesi continua ( filamento leading) .Un altra DNA polimerasi aggiunge nucleotidi all'estremit 3'dell'altro filamento di nuova sintesi ; chiamato filamento in ritardo (filamento lagging) il quale si allunga sempre in direzione opposto all'avanzamento della forca di replicazione.Vengono in questo caso sintetizzati corti filamenti di 100-200 nucleotidi che prendono il nome di frammenti di Okazaki.Infine una DNA ligasi riunisce i vari frammenti ricostruendo il legame fosfodiesterico tra l'estremit 3' di uno e l'estremit 5' dell'altro.I procarioti mostrano un unica origine di replicazione , gli eucarioti invece mostrano pi forche che si andranno poi ad unire ; la sintesi el DNA quindi bidirezionale.La replicazione del DNA si verifica una volta in ogni generazione cellulare , tale processo di norma preciso ma a volte possono presentarsi degli errori che dannosi o addirittura letali.L'aggiunta errata di basi viene corretta in quanto , nel corso della replicazione le DNA polimerasi effettuano una correzione di bozze per ogni nucletide aggiunto rispetto al suo nucleotide stampo.Se trovano un errore di appaiamento tra le basi la DNA polimerasi rimuove il nucleotide errato ed inserisce quello corretto.Quando questa correzzione non va a buon fine avviene la "riparazione degli errori di appaiamento" (mismatch repari) speciali enzimi riconoscono i nucleotidi appaiati in modo errato e li rimuovono ; quindi le DNA polimerasi inseriscono i nucleotidi mancanti.Un altro tipo di riparazione del DNA noto come !riparazione per escissione nucleotidica" ed comunemente utilizzato per riparare DNA deformato : una nucleasi escinde il DNA danneggiato , una DNA polimerasi aggiunge i nucleotidi corretti e una DNA ligasi salda le rotture nello scheletro zucchero-fosfato.Dato il modo discontinuo con cui le DNA polimerasi lavorano sul filamento in ritardo , esse sono incapaci di completare la replicazione accuratamente quando raggiungo l'estremit del DNA e quindi lasciano una piccola porzione non replicata ; provocando la perdita di un piccolo segmento di DNA a ogni ciclo cellulare.La parte terminale del DNA per costituita da telomeri ; ossia regioni nucleotidiche non contenti materiale genetico ; dunque questo "difetto" della DNA polimerasi non provoca alcun danno ; in quanto possibile riaggiungere i telomeri tramite un enzima noto come telomerasi. L'espressione genicaAnche se la sequenza di basi del DNA determina la sequenza degli amminoacidi nelle proteine , l'informazione contenuta nel DNA non usata direttamente ; infatti un altro acido nucleico , l'RNA , funge da intermediario tra il DNA e le proteine.Quando un gene codificante , una proteina viene espresse e si forma prima RNA come copia dell'informazione contenuta nel DNA.E' questo RNA che fornisce l'informazione per dirigere la sintesi proteica.Ricordiamo che l'RNA formato da nucleotidi contenenti il ribosio ( zucchero a 5 atomi di carbonio) e come base azotata a posto della timina ha l'uracile ( anch'essa pirimidina e complementare all'adenina).Il processo con il quale avviene la sintesi del RNA assomiglia alla replicazione del DNA , in quanto la sequenze delle basi nel filamento di RNA determinata dall'appaiamento di basi complementari con uno dei 2 filamenti del DNA definito filamento stampo o filamento trascritto.Dato che la sintesi di RNA consiste nel copiare l'informazione dal DNA al RNA si parla di trascrizione.Sono trascritti 3 tipi specifici di RNA : l'mRNA ( messaggero) che consiste in un singolo filamento non avvolto che porto l'informazione per la sintesi di una proteina ; il tRNA ( transfer) consiste in un singolo filamento che si ripiega su se stesso per assumere una forma specifica , ognuno di essi si lega esclusivamente a uno specifico amminoacido e lo trasporta al ribosoma ( ne esistono 45 di tRNA) ; rRNA ( ribosomiale) si trova in forma globulare e rappresenta una porzione importante nella struttura dei ribosomi e presenta funzioni catalitiche essenziali nel corso della sintesi proteica.Nella seconda parte dell'espressione genica , nota come processo di traduzione , una sequenza di 3 basi consecutive chiamata codone specifica per un amminoacido.Dal momento che ogni codone richiede 3 nucleotidi , il codice chiamato codice a triplette.L'insieme dei codoni per gli amminoacidi ed per i segnali di inizio e termianzione della sintesi costituisce il codice genetico.Il tRNA funge da "adattatore" molecolare che connette gli amminoacidi e gli acidi nucleici , in quanto pu : 1) legarsi con un amminoacido specifico e 2) riconoscere sul mRNA il codone corrispondente a quel determinato amminoacido.Il riconoscimento del codone possibile poich ciascun tRNA ha una sequenza di 3 basi chiamata anticodone che si associa meidnate legami ad idrogeno al codone corrispondente sul mRNA con un meccanismo di complementariet.La traduzione richiede che : 1) gli anticodoni del tRNA siano legati al codone complementare sul mRNA e 2) gli amminoacidi portati dai tRNA siano uniti insieme nell'ordine specificato da mRNA. A ci provvedono i ribosomi , organuli complessi costituiti da 2 differenti subunit contenti ciascuna varie proteine e rRNA.Se ogni nucleotidi codificasse per un singolo amminoacido , sarebbe possibile specificare solo 4 amminoacidi e non tutti i 20 ritrovati nella maggior parte delle proteine. Si scopr che l'alfabeto era invece composto da 4 lettere e che la combinazione a 3 lettere delle 4 basi ( 43) avrebbe permesso la formazione di "64" parole., pi che sufficienti per specificare tutti gli amminoacidi. Considerato che vi sono 64 codoni possibili non soprendente che alcuni amminoacidi siano specificati da pi di un codone ; questo definito degenerazione del codice.Nella trascrizione eucariotica la maggior parte degli RNA sintetizzata da una dei 3 RNA polimerasi ; le 3 DNA polimerasi differiscono per i tipi di RNA che sintetizzano(enzimi presenti in tutte le cellule) : RNA polimerasi I catalizza la sintesi di vari tipi di molecole di RNA che sono componenti dei ribosomi ; la RNA polimerasi II catalizza la produzione degli mRNA che codificano le proteine , la RNA polimerasi III catalizza la sintesi dei tRNA e di una delle molecole di rRNA. Le RNA polimerasi richiedono il DNA come stampo e presentano molte somiglianze con le DNA polimerasi.Come le DNA polimerasi le RNA polimerasi effettuano la sintesi in direzione 5'--->3' ; cioe partono dall'estremit 5' della molecole di RNA da sintetizzare e proseguono aggiungendo nucletodi all'estremit 3' , finch la molecole non completa.Rimuovendo gruppi fosfato da molecole a 3 gruppi fosfato ( come ATP e GTP) legano covalentemente le subunit nucleotidiche all'estremit 3' del RNA ( raezione esoergonica , non richiede altra energia).Durante la trascrizione l'RNA sintetizzato in direzione 5'---> 3' e lo stampo di DNA letto in direzione 3'---> 5'. A monte significa verso l'estremit 5' della sequenza di mRNA oppure verso l'estremit 3' del filamento trascritto del DNA ; a valle e l'esatto contrario.Sia nei procarioti che negli eucarioti la sequenza di DNA alla quale la molecola di RNA polimerasi inziialmente si lega detta promotore.Poich il promotore non trascritto la RNA polimerasi per iniziare la trascrizione della regione codificante per la proteina si deve spostare oltre il promotore.Quando la RNA polimerasi ha riconosciuto il corretto promotore , srotola la doppia elica e inizia la trascrizione.Al contrario della sintesi del DNA , la sintesi del RNA non richiede un primer .Nella fase di allungamento due fosfati sono rimossi con una reazione esoergonica da ogni nucleotide successivamente incorporato al 3' , il fosfato rimasto entra a far parte dello scheletro zucchero-fosfato ; l'ultimo nucleotide incorporato mostra un'ossidrile 3' libero.L'allugamento del RNA prosegue fino a che l'RNA polimerais riconosce un seganale di terminazione , che consiste in una serie di specifiche sequenze di basi sul DNA stampo.Questo segnale determina il distacco dell'enzima sia dal DNA stampo che dal RNA neosintetizzato.Nei procarioti quando la RNA polimerasi incontra il seganle di stop rilascia subito sia il DNA stampo che l'RNA neosintetizzato ; negli eucarioti invece continua aggiungendo circa 10-35 nucleotidi a valle prima di fermarsi.Come risultato l'mRNA possiede alla sua estremit 5' una sequenza leader ( non codificante) , tale sequenza contiene segnali di riconoscimento per il legame con il ribosoma e ci consetir al ribosoma di posizonarsi correttamente per iniziare la traduzione del messaggio.La sequenza leader seguita dal codone di inzio che indica l'inizio della seuqenza codificante che contiene gli effettivi messaggi delle proteine.Alla fine di ciascuna sequenza codificante vi uno speciale codone si stop o di terminazione , le sequenze non codificante dopo i codoni di stop sono dette sequenze trailing. A differenza delle eucariotiche , nelle cellule batteriche uno o pi polipeptidi possono essere codificati da una singola molecola di mRNA.La traduzione rappresenta un ulteriore livello di complessit nel processo di trasferimento dell'informazione genetica , poich comporta la conversione di un codice a 4 basi azotate dell'acido nucleico in un alfabeto a 20 amminoacidi delle proteine. Il legame peptidico tra amminoacidi costituenti le proteine avviene tra il gruppo amminico di uno e il carbossilico dell'altro.Per allineare gli amminoacidi in forma corretta necessario un "adattatore" nella sintesi proteica ; gli adattatori proposti da Crick erano gli tRNA.Ciascun tipo di molecola di tRNA si lega ad uno specifico amminoacido.Particolari enzimi chiamati amminoacil-tRNA sintetasi legano con un legame covalente gli amminoacidi alle rispettive molecole di tRNA utilizzando l'ATP come fonte di energia.I complessi che ne risultano chiamati amminoacil-tRNA sono in grado di legarsi alle sequenze codificanti dell'mRNA cosi da allineare gli amminoacidi nel giusto ordine e formare la catena poilipetidica.Ciascuno di essi possiede un certo numero di sequenze di basi uniche insieme a sequenze comuni a tutti.Ogni tRNA deve avere le seguenti prorpiet : 1) Deve possedere un anti-codone cioe una specifica sequenza che possa legarsi al codone complementare presente sul mRNA , 2) Deve essere riconosciuta da una specifica amminoacil-tRNA sintetasi che leghi il corretto amminoacido ; 3) deve possedere una regione che funga da sito di attacco per l'amminoacido specificato dall'anti-codone ; 4) deve essere riconosciuta dai ribosomi.Il sito di legame con l'amminoacido all'estremit 3' della molecola.Il gruppo carbossilico dell'amminoacido si lega al gruppo ossidrilico al 3' del nucleotide terminale ; lasciando il gruppo amminico libero di partecipare alla formazione di un legame peptidico.La subunit maggiore contiene una depressione sulla sua superficie sulla quale si adatta la subunit minore.Le molecole di mRNA si inseriscono in una scanalatura che si forma fra le 2 superfici di contatto delle 2 subunit.Il ribosoma presneta 4 siti di legame : 1 per l'mRNA e 3 per il tRNA.Cosi la struttra del ribosoma permette di mantenere nel corretto orientamento non solo lo stampo di mRNA ma anche le molecole di amminoacil-tRNA e la catena polipetidica in corso di sintesi.Le molecole di tRNA si attaccano a 3 depressioni presenti sul ribosoma : il sito P ( sito peptidilico) cosi chiamato perch occupato dal t-RNA che porta la catena polipetidica crescente ; il sito A ( sito amminoacilico) ed ad esso si lega l'amminoacil tRNA che porta l'amminoacido successivo da inserire nella sequenza; infine il sito E (sito d'uscita) il punto in cui i tRNA che hanno fornito i loro amminoacidi alla catena polipetidica in crescita lasciano il ribosoma.L'inizio della traduzione richiede l'intervento di proteine chiamate fattori di inizio che si attaccano alla subunit ribosomale minore.Una sequenza leader a monte verso l'estremit 5' dell'AUG ( fattore d'inizio) aiuta il ribosoma ad identificare la sequenza AUG che indica l'inizio della regione codificante del mRNA.Il tRNA che porta il primo amminoacido del polipetide il tRNA iniziatore che lega l'amminoacido metionina ; di conseguenza il primo amminoacido di una nuova catena polipetidica la metionina ( spesso viene rimossa).La modificazione della metionina per aggiunta di un gruppo a un atomo di C derivato dall acido formico produce N-fermilmetionina ( fMet). Il fMet-tRNA iniziatore che presenta l'anticode 3'-UAC-5' si lega al codone d'inizio AUG rilasciando uno die fattori di inizio nel corso del processo.QUesto avviene nei procarioti , negli eucarioti il processo simili ma con queste 3 differenze : 1) la metionina legata al tRNA iniziatore non modificata ; 2) il codone d'inizio sul mRNA non viene identificato grazie ad una sequenza leader ma esso si trova all'interno di una breve sequenza che indica il sito d'inizio della traduzione.3) Il complesso d'inizio negli eucarioti che contiene presumibilmente i 10 fattori proteici complesso rispetto a quello procariotico. Nella fase di allungamento , l'appropriato amminoacil-tRNA riconosce il codone nel sito A e vi si lega tramite uno specifico appiamento di basi tra il suo anticodone ed il codone complementare sul mRNA.La fase di legame richiede diverse proteine chiamate fattori di allungamento , richiesta anche energia che in questo caso fortnita da GTP.Si crea successivamente un legame peptidico tra il gruppo amminico del nuovo amminoacido e il gruppo carbossilico dell'amminoacido precendete.Durante questo processo l'amminoacido sul sito P viene rilasciato dal suo tRNA e viene legato all'aminoacil-tRNA posto sul sito A.Questa reazione richiede un enzima chiamato peptidil-transferasi ( non una proteina ma fa parte del rRNA).Infine nella fase di traslocazione il ribosoma scorre sul mRNA che specifica per l'amminoacido successivo si trova posizionato nel sito A non pi occupato ; questo processo richiede energia che fortina dal GTP.Il tRNA non carico si sposta dal sito P al sito E ; da qui lascia il ribosoma ed entra a far parte del pool citosolico dei tRNA.La traslocaizone procede sempre da 5' a 3'.Nella terminazione , la fase finale della traduzione , la sintesi della catena polipetidica terminata dal fattore di rilascio che una proteina che riconosce il codone di stop alla fine della sequenza codificante.Quando il sito A si lega al fattore di rilascio il legame tra tRNA nel sito P e l'ultimo amminoacido della catena polipetidica si rompe.Questa reazione di idrolisi libera il polipetidie neosintetizzato e separa i componenti del complesso di traduzione.Proteine specializzate associate ai ribosomi detto chaperoni moleolari assistono le catene polipetidiche appena sintetizzate nel processo di ripiegamento nella loro conformazione tridimensionale attiva.Senza l'intervento dei chaperoni molecolari , le interazioni tra le varie regioni della catena amminoacidica potrebbero impedire la realizzazione del corretto processo di ripiegamento. Mentre gli mRNA batterici sono tradotti apppena trascritti dal DNA , lo stesso non vale per gli RNA eucariotici.Nei batteri la traduzione inizia subito dopo la trascrizione e allo stesso tempo mRNA si attacano diversi ribosomi.L'estremit della molecola di mRNA che viene sintetizzata per prima durante la trascrizione anche la prima ad essere tradotta in proteina.Le moleocle di RNA messaggero legate ai ribosomi sono definite poliribosomi.La vita delle molecole di mRNA nelle cellule batteriche di soli 2 minuti.Negli eucarioti il trascritto originale detto mRNA precursore o pre-mRNA , che deve essere modificato mentre ancora nel nucleo.Questa attivit di maturazione e modificazione post-trascrizionale necessaria per produrre un mRNA maturo idoneo ad essere trasportato e tradotto.Innanzitutto enzimi specifici ( quando l'mRNA costituito da 20-30 nucleotidi) aggiungono un cappuccio (5' cap)all'estremit 5' della catena di mRNA.Il cap costitutio dalla 7-metilguanosina che legata al trascritto di mRNA attraverso 3 gruppi fosfato.I ribosomi eucariotici non possono legarsi ad un mRNA privo del cappuccio.Si ritiene che l'aggiunta del cap protegga l'mRNA dalla degradazione da parte di alcuni enzimi.Una seconda modifica al messaggero eucariotico nota come poliadenilazione si verifica all'estremit 3' della molecola ; vicino all'estremit 3' di ciascun mRNA completo si trova una sequenza di basi che serve da seganle per l'aggiunta di una coda di molte adenine nota come codi di poli-A.Cio aiuta ad esportare l'mRNA dal nucleo e protegge alcuni mRNA dalla degradazione nel citplasma.La maggior parte dei geni eucariotici ha sequenze codificanti interrotte : le regioni non codificanti all'interno del gene sono chiamati introni ( seuquenze interposte) ; gli esoni (sequenze espresse) sono parti della sequenza codificante la proteina.Quando un gene contiene introni trascirtto, l'intero gene viene copiato in una lunga molecola di mRNA nota come mRNA-precursore o pre-mRNA che contiene sia esoni che introni.Affinche esso diventi un mRNA funzionale necessario non solo che sia minuto del cappuccio e della coda di poli-A ma anche che siano rimossi gli introni e che siano uniti insieme gli esoni , per formare un messaggio continuo che codifica la proteina ; lo splicing (unione degli esoni) pu avvenire con modalit diverse a seconda del RNA.In molti casi esso prevede l'associazione di piccoli complessi di ribonucleoproteine nucleari ( snRNP , si legge snurp) a formare una grossa particella ribonucleoproteica detta spliceosoma.Quest'ultima catalizza le reazioni che portano alla rimozione degli introni dal pre-mRNA.In altri casi l'RNA all'interno dell'introne si comporta come un ribozima , tagliando se stesso senza l'intervento di uno spliceosoma o enzimi proteici.Riassumendo :Pre-mRNA contente intorni ed esoni-->aggiunta del cap(metilguanosina)--->aggiunta della coda di poli-A all'estremit 3'---> rimozione degli introni ed unioni degli esoni tra loro--->trasporto del mRNA maturo nel citosol---> traduzione ad opera dei ribosomi.REGOLAZIONE ENDOCRINAIl sistema endocrino regola i processi fisiologici, alcuni assestamenti del metabolismo, del bilancio idrico , della crescita e della riproduzione.I tessuti e gli organi del sistema endocrino (s.e.), secernano ormoni, messaggeri chimici che inviano segnli ad altre cellule.Il s.e. costituito da un insieme eterogeneo di cellule, tessuti e organi,comprese le ghiandole endocrine, che producono e secernano ormoni,i messaggeri chimichi responsabili della regolazionee di processi fisiologici.Gli ormoni inducono o stimolano modificazioni in specifici tessuti bersaglio.Le ghiandole endocrine differiscono da quelle esocrine , le quali rilasciano i loro secreti in dotti.Le ghiandole endocrine non hanno dotti e secernano i loro ormoni nel fluido intercellulare che le circonda o nel sangue.Gli ormoni tipicamente vengono trasportati dal sangue ed inducono una risposta caratteristica solo dopo aver raggiunto le cellule bersaglio ed essersi legati a specifici recettori.Diversi tipi di ormoni possono essere implicati nella regolazione delle attivit metaboliche di un particolare tipo di cellula.Infatti molti ormoni producono un effetto sinergico in qui la presenza di un ormone aumenta gli effetti di un altro.Il sistema endocrino lavora in stretta collaborazione con il sistema nervoso per mantenere l'omeostasi ; ovvero lo stato stazionario dell'organismo.Le funzioni endocrina e nervosa si sovrappongono ancor pi se consideriamo che una stessa molecola segnale pu fungere sia da neurotrasmettitore che da ormone a seconda della fonte che la produce.Per esempio la noradrenalina secreta a livello della sinapsi dai neuroni dell'encefalo e del sistema simpatico.La noraadrenalina secreta nel sangue anche in forma di ormone dalla midollare del surrene , un organo endocrino.Le molecole ormonali vengono continuamente rimosse dalla circolazione dai tessuti bersaglio.Sono anche rimosse dal fegato che inattiva alcuni ormoni, e dai reni che provvedono alla loro escrezione.La produzione ormonale regolata dal sistema nervoso e da altre ghiandole endocrine.La maggior parte delle attivit endocrine regolata da sistemi a feedback negativo ( stato normale che viene alterato da un fattore , si produce un qualcosa che risponda a questa variazione).Le ghiandole paratiroidi site al livello del collo dei vertebrati tetrapodi forniscono un buon esempio di questo processo.Le paratiroidi regolano la concentrazione di calcio nel sangue ; quando questa concentrazione non rientra nei livelli omeostatici le paratiroidi secernono il loro ormone che riporta ai valori corretti il calcio nel sangue.Esistono 4 categorie chimiche di ormoni : 1) derivati dagli acidi grassi , 2)steroidi , 3) derivati degli amminoacidi , 4) peptidi/proteine.Le prostaglandine dono derivati degli acidi grassi , le prostaglandine sono sintetizzate a partire dall'acido arachidonico , un acido grasso a 20 atomi di C. Una prostaglandina presenta nella sua struttura molecolare un anello a 5 atomi di C. L'ormone della muta degli insetti un ormone steroideo , un altro esempio il cortisolo ( secreto dalla corteccia surrenale ) e il testosterone ( secreto dai testicoli).Dal punto di vista chimico , i pi semplici sono i derivati degli amminoacidi.Gli ormoni tiroidei ( T3 e T4) vengono sintetizzati a partire dell'amminoacido tirosina e dello iodio.Gli ormoni peptidici idrosolubili rappresentano la categoria pi ampia di ormoni.I neuropetidi sono un ampio numero di molecole di segnalazione prodotte dai neuroni. Gli ormoni trasmettono il segnale alle cellule bersaglio attraverso : la segnalazione endocrina classica , la segnalazione neuroendocrina , la segnalazione autocrina e la segnalazione paracrina.1)Nella segnalazione endocrina classica , gli ormoni sono secreti dalle ghiandole endocrine e trasportati dal sangue alle cellule bersaglio.Gli ormoni stereoidei e tiroidei sono trasportati legati a proteine del plasma ; quelli peptidici idrosolubili sono disciolti nel plasma ; gli ormoni fuoriescono dal sangue insieme al plasma e sono quindi presenti nel fluido interstiziale.2)Alcuni neuroni conosciuti come cellule neuroendocrine , rappresentano un importante collegamento tra i sistemi nervoso ed endocrino.Nella segnalazione neuroendocrina le cellule neuroendocrine producono neurormoni che vengono trasportati lungo gli assoni e rilasciati nel fluido interstiziale.Nei vertebrati l'ipotalamo produce numerosi neurormoni che collegano il sistema nervoso con un importante ghiandola endocrina , l'ipofisi.3)Un regolatore locale una molecola di segnalazione che diffonde attraverso il fluido interstiziale ed agisce sulle cellule vicine.Nelle regolazione autocrina , un ormone , o un altro regolatore agisce sulle stesse cellule che lo producono .Ad esempio l'estrogeno , l'ormone femminile che funziona come un ormone classico , pu anche esercitare un effetto autocrino che stimola un ulteriore secrezione di estrogeno.4)Gli estrogeni possono anche agire sulle cellule vicine , un tipo di regolazione locale note come regolazione paracrina , nella quale l'ormone diffonde nel fluido interstiziale ed agisce su cellule bersaglio site nelle immediate vicinanze. Altri regolatori locali sono i fattori di crescita ( circa 50 fattori di crescita stimolano la divisione cellulare) , l'istamina ( che contenuta nei mastociti ed rilasciata qualore via sia una reazione allergica o un infiammazione) , l'NO (ossido di azoto che determina il rilascio delle fibre muscolari lisce e dunque la dilatazione die vasi sanguigni), e le prostaglandine che stimolano la contrazione o il rilascio del del muscolo liscio , quelle sintetizzate nell'ipotalamo invece sono deputate alle regolazione della temperatura corporea.Specifici recettori nelle o sulle cellule bersaglio riconoscono l'ormone e lo legano.I recettori vengono continuamente sintetizzati e degradati , in base alla up-regolazione o alla down-regolazione recettoriale.Ad esempio , quando la concentrazione di un ormone troppo elevata per un periodo di tempo prolungato , i recettori di quell'ormone sono down-regolati.Se si abbassa la diminuzione del numero di recettori , si abbassa anche la la sensibilit delle cellule bersaglio nei confronti dell'ormone e quindi riduce la capacit dell'ormone si svolgere la sua funzione.La up-regolazione si verifica in risposta a basse concentrazioni ormonali.Un maggior numero di recettori sulla membrana amplifica l'effetto dell'ormone della cellula.Specifiche proteiene recettoriali nel citoplasma o nel nucleo legano l'ormone per formare un complesso recettore-ormone.Quando sono attivati dall'ormone , tali recettori attivano o reprimono la trascrizione del RNA messaggeri che codificano per specifiche proteine .Le proteine sintetizzate producono variazioni nella struttra o nell'attivit metabolica.Esistono 2 principali tipi di recettori ormonali presenti sulla superficie cellulare : i recettori associati a proteine G ed i recettori associati ad enzimi.1) I recettori associati a proteine G sono proteine transmembrana che innescano la trasduzione del segnale, ovvero convertono un segnale ormonale extracellulare in un segnale intracellulare che influenza alcuni processi della cellula.L'ormone non entra nella cellula , ma serve da primo messaggero , passando l'informazione ad un secondo messaggero o secondo segnale intracellulare ; esso a sua volta passa l'informazione alle molecole effettrici , che eseguono l'azione. Questi recettori attivano le proteine G , un gruppo di proteine integrali di regolazione.La G indica che legano il GTP .Quando il sistema inattivato , la proteina G lega la GDP che simile all ADP.Le proteine G trasmetteno il segnale dal recettore al secondo messaggero.Quando un recettore legato ad un ormone si lega ad una proteina G stimolatrice , quest'ultima rilascia il GDP sostituendolo con il GTP ; a ci segue un cambiamento conformazionale delle proteina che le permette di legare ed attivare l'adenilato ciclasi , un enzima situato sulla lato citoplasmatico della membrana plasmatica.Una volta attivato esso catalizza la conversione di ATP in cAMP.Accoppiato il complesso ormone-recettore ad un enzima che genera un segnale , le proteien G fanno si che vengano prodotte molte molecole di secondo messaggero ,e si amplifichino quindi gli effetti ormonali.Il cAMP inoltre attiva le protein chinasi enzimi che fosforilano specifiche proteine.Alcune proteine G utilizzano i fosfolipidi come secondi messaggeri ; alcuni complessi ormone-recettore attivano una proteina G che ,a sua volta , attiva l'enzima fosfolipasi C legato alla membrana .Questo enzima scinde un fosfolipide di membrana in due prodotti , l'inotisolo trisfosfato ( IP3) e il diacilglicerolo ( DAG) che agiscono da secondi messaggeri.Il DAG resta nella membrana plasmatica dove , in combinazione con gli ioni calcio , attiva una protein chiansi. L'IP3 invece apre i canali del calcio presenti sul reticolo endoplasmatico , permettendo il rilascio degli ioni calcio nel citosol.Gli ioni calcio si legano ad alcuen proteine come la calmodulina , la quale attivata attiva altre proteine.I recettori associati ad enzimi sono proteine transmembrana con un sito di legame per l'ormone esterno alla cellula ed un sito per l'enzima interno alla cellula.Questi recettori non sono legati a proteine G.Molti recettori associati ad enzimi sono recettori tirosina chinasi .Questi recettori legano i fattori di crescita ed altre molecole segnale , tra cui l'insulina.Quando viene attivato , il recettore fosforila l'amminoacido tirosina in specifiche proteine cellulari.Quando un disturbo o una malattia riguarda una ghiandola endocrina , la velocit di secrezione pu essere alterata.Nell'iposecrezione le cellule bersaglio sono private della stimolazione necessaria e si ha quindi una sottoproduzione.Quando invece si verifica l'ipersecrezione le cellule bersaglio sono stimolate eccessivamente e si ha quindi una sovrapproduzione.Alcune volte succede che gli ormoni sono in quantit corretta ma i recettori della cellula bersaglio non funzionano adeguatamente , in questo caso si ha la resistenza recettoriale.La maggior parte delle attivit endocrine regolata dall'ipotalamo , una ghiandola che collega il sistema nervoso a quello endocrino; esso connesso all'ipofisi mediante il peduncolo ipofisario , dato che le secrezioni dell'ipofisi controllano numerose altre ghiandole endocrine , essa conosicuta come la ghiandola principale dell'organismo. Il lobo posteriore dell'ipofisi ( neuroipofisi) si sviluppa dal tessuto encefalico ; questo organo neuroendocrino secerne due ormoni specifici : l'ossitocina e l'ormone antidiuretico (ADH noto anche come vasopressina).Questi ormoni sono di fatto prodotti da cellule neuroendocrine in due aree distinte dell'ipotalamo .Contenuti in vescicole sono trasportati lungo gli assoni che si estendono nel lobo posteriore dell'ipofisi.I livelli dell'ossitocina aumentano sul finire della gravidanza e stimolano le forti contrazioni dell'utero necessarie a far uscire il bambino.Il lobo anteriore dell'ipofisi si sviluppa da cellule epiteliali anziche neuronali , esso regolato dall'ipotalamo tramite ormoni di rilascio e di inibizione e produce ormoni come : la prolattina , ormoni stimolanti i melanociti , gli ormoni della crescita e gli ormoni tropici , nell'uomo i MSH ( ormoni stimolanti i melanociti) sopprimono l'appetito e sono importanti nella regolazione dell'energia e del peso corporeo.La prolattina invece stimola le cellule delle ghiandole mammarie a produrre latte nelle donne che allattano.L'ormone della crescita (GH) (somatotropina) definito come un ormone anabolizzante poich promuove la crescita dei tessuti.Il GH stimola le cellule epatiche a produrre peptidi chiamati fattori di crescita insulino simili (IGF) , questi : 1) Producono la crescita lineare dello scheletro stimolando la formazione di cartilagine in aree di crescita del tessuto osseo e 2) stimolano la crescita generale dei tessuti ed aumentano la grandezza degli organi promuovendo la sintesi proteica ed altri processi anabolici.La regolazione di GH regolata sia da un ormone di rilascio dell ormone della crescita (GHRH) che da un ormone di inibizione dell'ormone della crescita ( GHIH - somatostatina).Un alto livello di GH nel sangue segnala all'ipotalamo la secrezione dell'ormone di inibizione , al contrario viene secreto l'ormone di rilascio. Le patologie correlate alla quantit di questo ormone sono : il nanismo (produzione non sufficiente del GH) , il gigantismo ( produzione esagerata del GH) e acromegalia ( solo alcuni tratti sono pi grandi : osse delle mani , dei piedi e del volto.La ghiandola tiroide localizzata nella regione del collo , davanti alla trachea e al di sotto della laringe.Due degli ormoni Tiroidei : la tiroxina (T4) e la triiodotironina (T3) vengono sintetizzata a partire dall'acido tirosina e dallo iodio.Tiroxina ha quattro atomi di iodio legati a ciascuna molecola , la triidotironina ne ha 3 ; quest'ultima inoltre la forma pi attiva.Questi ormoni sono necessari per la crescita e lo sviluppo normali ed incrementano il tasso metabolico nella maggior parte dei tessuti.La secrezione della tiroide regolata a feedback negativo : quando la concentrazione degli ormoni tiroidei aumenta nel sangue oltre la norma , l'ipofisi anteriore secerne meno ormone stimolante la tiroide (TSH).Quando invece diminuisce la concentrazione degli ormoni tiroidei , l'ipofisi secerne maggiori quantit di TSH ; quest'ultimo agisce secondo la via del cAMP per promuovere la sintesi e la produzione di ormoni tiroidei.L'esposizione ad una temperatura molto bassa stimola l'ipotalamo ad aumentare la secrezione dell'ormone di rilascio del TSH (TRH) , questa azione produce un notevole incremento della secrezione degli ormoni tiroidei.L'ipotiroidismo estremo durante la fase neonatele e nella prima infanzia pu portare al cretinismo , una condizione di sviluppo mentale e fisico ritardato.Quando invece non vi alcune azione tiroidea , il tasso metabolico basale ridotto di almeno il 40% ed il paziente sviluppa mixedema , caratterizzato da un'attivit mentale e fisica decrescente.Quando invecece si ha l'ipertiroidismo la pi comune come causa la malattia di Grave , una malattia autoimmune ; gli anticorpi anomali si legano ai recettori del TSH attivandoli .Un aumento abnorme della tiroide si chiama gozzo e pu essere associato sia a iposecrezione che a ipersecrezione ; nella malattia di Grave questo pu succedere.Le ghiandole paratiroidi sono tipicamente immerse nel tessuto connettivo che circonda la tiroide ; queste ghiandole secernono l'ormone paratiroideo (PTH) , un polipeptide che aiuta a regolare il livello di calcio nel sangue e nel fluido interstiziale .Esso agisce attraverso un recettore associato ad una proteina G e il cAMP per stimolare il rilascio del calcio dalle ossa e per incrementarne il riassorbimento dei tubuli renali. La calcitonina , un ormone peptidico secreto dalla tiroide , lavora in antagosnimo con l'ormone paratiroideo.Quando la concentrazione di calcio aumenta oltre i livelli omeostatici , la calcitonina viene rilasciata e inibisce la rimozione del calcio dalle ossa.Il pancreas un importante ghiandola endocrina , suoi ormoni : insulina e glucagone vengono secreti dalle cellule alfa ( glucagone) e beta (insulina) delle isole di Langerhans. L'insulina un ormone anabolizzante che promuve lo stoccaggio di molecole di carburante ; essa stimole le cellule di molti tessuti ad assumere gluccosio dal sangue per diffusione facilitata.L'insulina quindi determina una diminuzione del glucosio nel sangue.Questo ormone riduce inoltre l'utilizzo di acidi grassi come carburante e al contrario stimola il loro stoccaggio nel tessuto adiposo.L'insulina promuove inoltre la traduzione e la trascrizione. Gli effetti dle glucanone sono opposti a quelli dell'insulina , infatti esso innalza la concentrazione del glucosio nel sangue e lo fa stimolando gli epatociti a convertire il glucogeno in glucosio ; inoltre inibisce la sintesi proteica. La secrezione di insulina e glucagone direttameten controllata dalla cocnentrazione di glucosio nel sangue.Se il livello del glucosio si innalza le cellule beta vengono stimolate ad aumentare la secrezione di insulina.Dato che el cellule rimuovono glucosio dal sangue , la secrezione di insulina diminuisce e si raggiunge nuovamente l'omeostasi.Quando al concentrazione scende sotto i 70 mg di glucosio per 100mL di sangue ( il valore medio dovrebbe essere 90 mg per 100 mL) , viene rilasciato glucagone che fa si che il livello del glucosio torni alal normalit rendendolo disponibile dalle riserve negli epatociti.Il diabete mellito causato da alte concentrazioni di glucosio nel sangue per :1) Distruzione delle cellule beta del pancreas da parte di anticorpi , (Diabete di tipi I) esso insulina-dipendente. 2)Resistenza all'insulina , associato all'obesit (Diabete di tipo II) , pu essere trattato con ipoglicemizzanti orali che stimolano la produzione di insulina.Gli effetti sono :1) Diminuito utilizzo del glucosio : dato che le celluele dei diabetici non possono assumere glucosio esso si accumula nel sangue causando iperglicemia.Quando la concentrazione del glucosio supera il trasporto tubulare massimo (Tm) (velocit massima a cui pu essere riassorbito), il glucosio viene escreto con l'urina.2) Incrimento della mobilizzazione dei grassi : l'organismo si rivolge per i fabisogni energetici ai grassi e alle proteine , il livello dei lipidi nel sangue pu raggiungere 5 volte il livello normale , portando allo sviluppo di arteriosclerosi , inoltre porta alal formazione di corpi chetonici(fluidi del sangue diventano troppo acidi).3) Incremento dell'utilizzo di proteine : in quanto la mancanza di insulina comporta un incremento della degradazione delle proteine rispetto alla loro sintesi , quindi il diabetico non tra