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Respirazione cellulare: Glicolisi, decarbossilazione del piruvato, ciclo di Krebs, fosforilazione ossidativa

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Respirazione cellulare: Glicolisi, decarbossilazione del piruvato, ciclo di Krebs, fosforilazione ossidativa

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Glicolisi: via metabolica, si serve del catabolismo del glucosio per produrre energia ed è la prima fase della respirazione cellulare.
L'intera glicolisi si svolge nel citosol, serie di 10 reazioni con cui il glucosio (monosaccaride a 6 atomi di carbonio) viene ossidato a 2 molecole di privato (a 3 atomi di carbonio) ricavando energia (ATP).
Prime 5 fasi di investimento: molecola di glucosio scissa in 2 molecole di gliceraldeide-3-fosfato e consumate 2 ATP per trasferire i gruppi fosfato sugli intermedi.
Ultime 5 reazioni di rendimento: ossidano le molecole di gliceraldeide a piruvato, con la produzione di 4 ATP.
Quindi il guadagno finale è di 2 ATP per molecola di glucosio ossidata.

Inoltre vengono prodotte 2 NADH che potranno produrre più energia nella catena respiratoria.

In condizioni anaerobiche i cofattori NADH vengono riossidati a NAD⁺ tramite fermentazione per poter essere riutilizzati nella glicolisi.
In condizioni aerobiche NADH confluiscono nell'ultima tappa della respirazione cellulare (fosforilazione ossidativa) dove renderanno altre 6 ATP (3 a testa).

Decarbossilazione del piruvato: viene rimosso un atomo di carbonio dal piruvato.
Il privato è trasportato nel mitocondrio, dove l'enzima piruvato-deidrogenasi gli rimuove un atomo di carbonio sotto forma di CO₂ e contemporaneamente forma una molecola di NADH ridotto.
Quindi alla fine abbiamo una molecola con 2 atomi di carbonio che forma gruppo acetile, il quale viene legato dal coenzima A per formare acetil-CoA.

Ciclo di Krebs: si svolge interamente nella matrice mitocondriale, le Acetil-CoA vengono completamente ossidate ad anidride carbonica (CO₂) con la riduzione dei cofattori NADH e FADH₂.
Inizia col trasferimento del gruppo acetile dell'Acetil-CoA su una molecola di Ossalacetato.
Durante il ciclo viene prodotta 1 ATP per fosforilazione a livello del substrato, 3 cofattori ridotti NADH e 1 cofattore FADH₂.
L'anidride carbonica prodotta dall'ossidazione viene espulsa dalla cellula e immessa nel circolo sanguigno, dove attraverso i polmoni viene emessa nell'aria tramite l'espirazione, mentre l'ossigeno inspirato verrà utilizzato nel mitocondrio come accettore finale di elettroni durante la fosforilazione ossidativa.

Fosforilazione ossidativa: l'Acetil-CoA è già stato ossidato ad anidride carbonica, rimangono solo i coenzimi ridotti NADH e FADH₂.
Il processo si divide in 2:
1. gli elettroni presenti sui coenzimi NADH e FADH2 vengono ceduti alla catena di trasporto degli elettroni presenti sulla membrana interna del mitocondrio.
L'energia degli elettroni è sfruttata dai complessi respiratori per pompare protoni contro gradiente dalla matrice mitocondriale allo spazio intermembrana.

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Legami: i legami idrogeno tra le molecole di acqua costituiscono forza di coesione che rende acqua un liquido a temperatura ambiente e un cristallo a bassa temperatura (ghiaccio) con disposizione delle molecole altamente ordinata.
Le biomolecole polari si dissolvono facilmente in acqua perché possono tramutare interazioni acqua/acqua con acqua/soluto (ancora più favorevoli).
Le molecole non polari scarsamente solubili in acqua, interferiscono con interazioni acqua/acqua e non riescono a formare interazioni acqua/soluto.
Acqua ha un punto di fusione, di ebollizione e calore di evaporazione più elevati per l'elevata coesione interna dell'acqua allo stato liquido, dovuta all'attrazione tra molecole vicine.

Ogni atomo di idrogeno di 1 molecola d'acqua condivide coppia di elettroni con atomo centrale di ossigeno. H=O=H
Gli orbitali elettronici esterni dell'ossigeno descrivono un tetraedro.

Il nucleo dell'ossigeno è più elettronegativo, perché attrae gli elettroni in modo più forte del nucleo dell'idrogeno.
Disposizione degli elettroni in compartecipazione tra H e O non è simmetrica, perché essi si trovano nelle vicinanze dell'ossigeno. Questo crea due dipoli elettrici uno lungo ciascuno dei legami H-O.
Ogni atomo di idrogeno ha parziale carica positiva e atomo di ossigeno ha parziale carica negativa, uguale alla somma di due cariche parziali positive.

Si forma così attrazione elettrostatica tra l'atomo di ossigeno di una molecola d'acqua e l'atomo d'idrogeno di un'altra, ed è detta legame idrogeno.

Legami idrogeno: sono deboli e nell'acqua allo stato liquido hanno energia di dissociazione (necessaria per rompere un legame) di 23 kJ/mol. Legame idrogeno è per 10% covalente (per sovrapposizione orbitali di legame) e 90% elettrostatico.
Quando si rompe un legame ad idrogeno se ne forma subito uno nuovo, con la stessa molecola o con nuova, entro 0,1 ps. I gruppi di molecole di acqua unite da legami idrogeno sono dette flickering clusers, ma il loro elevato numero conferisce grande coesione interna all'acqua. Reticoli di molecole d'acqua legati con legami ad idrogeno formano ponti trasversali con i soluti e permettono a molecole più grandi di interagire tra loro anche senza toccarsi.
1 molecola di ossigeno può formare legami idrogeno con altre 4 molecole vicine.
L'acqua allo stato liquido e temperatura ambiente e pressione atmosferica, ha molecole in stato disordinato e in continuo movimento.
Nel ghiaccio invece ogni molecola d'acqua è bloccata e forma struttura a reticolo ordinata.

Legami ad idrogeno si formano con qualsiasi atomo elettronegativo (accettore di idrogeno) e atomo di idrogeno legato covalentemente a altro atomo elettronegativo (donatore di idrogeno).
Biomolecole non cariche ma polari (es. zuccheri) si sciolgono facilmente in acqua per l'effetto stabilizzante dei legami idrogeno che si formano tra i gruppi ossidrilici e gli atomi di ossigeno carbonilici dello zucchero e le molecole polari dell'acqua.

Legami idrogeno sono più forti quando le molecole legate sono orientate in modo da rendere massima l'interazione elettrostatica, e ciò avviene quando l'atomo di idrogeno e gli altri due atomi del legame sono su una linea retta, cioè l'atomo accettore è in linea con il legame covalente tra l'atomo donatore e H, quindi la carica positiva dello ione idrogeno è posta tra due cariche parzialmente negative.

Acqua è un solvente polare. I composti che si sciolgono in acqua sono detti idrofilici, mentre quelli non polari solubilizzano solo in parte le biomolecole polari, mentre sono indicati maggiormente per le molecole idrofobiche, cioè non polari.
L'acqua è efficace nel rompere le interazioni elettrostatiche nelle molecole disciolte, perché la sua costante dielettrica è particolarmente elevata.
La forza di queste interazioni ioniche in una soluzione dipende dall'entità delle cariche (Q), dalla distanza fra i gruppi carichi (r) e dalla costante dielettrica (ε) del solvente in cui avviene interazione. F = Q₁Q₂/εr2

Soluzione di sali: quando sale tipo NaCl si scioglie, ioni Na⁺ e Cl⁻ che lasciano reticolo cristallino acquistano una maggiore libertà di movimento. Questo aumenta l'entropia (disordine) nel sistema e facilita la dissoluzione dei sali come NaCl.
Con la formazione della soluzione si ha variazione di energia libera favorevole.

Gas biologicamente importanti CO₂, O₂, N₂ non sono polari. In O₂ e N₂ gli elettroni sono equamente distribuiti tra i due atomi, nella CO₂ il legame C=O è polare, ma i due dipoli generati dai 2 atomi di ossigeno sono in direzioni opposte e si annullano reciprocamente.
Il loro passaggio da stato gassoso disordinato a soluzione acquosa limita il loro movimento e porta a diminuzione dell'entropia e riduzione della loro solubilità in acqua.
Alcuni organismi hanno proteine trasportatrici solubili in acqua (es. emoglobina) che facilitano trasporto dell'O₂.
Diossido di carbonio (anidride carbonica) trasportato nelle soluzioni acquose come ione HCO⁻₃ (bicarbonato).
Altri 3 gas, NH₃, NO e H₂S sono polari e si sciolgono in acqua.

Composti non polari (es. benzene) sono idrofobici. Tutte le molecole o ioni in soluzione acquosa interferiscono con formazione dei legami idrogeno tra molecole d'acqua che si trovano vicine, ma i soluti polari o carichi (es. NaCl) compensano la rottura dei legami ad idrogeno tra molecole d'acqua formando nuove interazioni tra acqua e soluto.
I soluti idrofobici che non hanno questo meccanismo di compensazione provocano rottura dei legami idrogeno tra le molecole d'acqua. L'energia viene sottratta al sistema e recuperata dall'ambiente.

Aggiunta di composti idrofobici all'acqua produce diminuzione dell'entropia perché le molecole d'acqua sono costrette a formare struttura che circonda ciascuna molecola di soluto. L'entità della diminuzione dell'entropia è proporzionale all'area della superficie del soluto idrofobico.
L'energia libera necessaria per sciogliere soluto non polare in acqua è sfavorevole.

I composti anfipatici contengono regioni polari (cariche) e regioni non polari.
Effetto idrofobico: Quando composto anfipatico è mescolato all'acqua regione polare idrofilica interagisce favorevolmente e tende a dissolversi, regione non polare idrofobica evita il contratto con l'acqua. Quindi regioni non polari si raggruppano per esporre meno superficie possibile e regioni polari in modo da rendere ottimali interazioni con l'acqua.
Composti anfipatici in acqua assumono strutture stabili dette micelle.
Le regioni non polari delle molecole sono unite da interazioni idrofobiche.

Forze di Van der Waals: quando due atomi privi di carica sono portati vicini uno all'altro, le loro nuvole elettroniche si influenzano. Le variazioni casuali della posizione degli elettroni intorno ad un nucleo possono creare dipolo elettrico transitorio ma opposto nell'altro atomo. I due dipoli si attraggono debolmente, avvicinando i 2 nuclei, ma avvicinandosi le loro nuvole elettroniche cominciano a respingersi.
Nel punto di massima attrazione si dice contatto di van Der Waals.
Ogni atomo ha suo raggio di van Der Waals, che è la misura di quanto l'atomo permette a un altro atomo di avvicinarsi.

Legami idrogeno, ionici, interazioni idrofobiche, di van Der Waals sono legami deboli, ma nonostante questo l'effetto cumulativo di esse può essere significativo.
La formazione di interazioni deboli conferisce stabilità molecolare.
Es. macromolecole (es.proteine, DNA, RNA) contengono tantissimi siti per la formazione di potenziali legami idrogeno e interazioni idrofobiche o di van Der Waals, che l'effetto è enorme. Per le macromolecole la struttura più stabile è quella dove il numero di interazioni deboli è più elevato.

Proprietà colligative: tutti i tipi di soluti alterano alcune proprietà fisiche dell'acqua (tensione di vapore, punto di ebollizione, punto di fusione e pressione osmotica). L'effetto dei soluti sulle 4 proprietà dipende dalla concentrazione di acqua libera.
L'effetto sulle proprietà colligative non dipende da proprietà chimiche del soluto ma dal numero di particelle di soluto presenti nell'acqua.

Quando due soluzioni acquose separate da membrana semipermeabile (permette passaggio di acqua ma non di molecole di soluto) molecole d'acqua diffondono dalla regione a più alta concentrazione a quella con più bassa concentrazione d'acqua, determinando pressione osmotica.

Pressione osmotica: forza necessaria per opporsi allo spostamento dell'acqua. è descritta dalla equazione di van't Hoff: II (pressione osmotica) = i (fattore di c R (costante dei gas) T (temperatura assoluta)

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I principali portatori dell'informazione genetica negli eucarioti sono i cromosomi.
Essi sono costituiti da cromatina, composta da DNA e proteine ad esso associate.
Quando cellula non è in divisione, la cromatina è sotto forma di lunghi e sottili filamenti parzialmente srotolati che, aggregandosi, le conferiscono un aspetto granulare.
Quando avviene la divisione cellulare, le fibre di cromatina si condensano e i cromosomi sono visibili come strutture distinte.
Un organismo può avere centinaia o migliaia di geni.
Il gene è un'unità informazionale che influenza alcune caratteristiche dell'organismo.

La molecola del DNA è avvolta e ripiegata grazie a delle proteine, per poter entrare nel nucleo.
Il processo di compattazione del DNA nei cromosomi nelle cellule eucariotiche è aiutato dagli istoni (proteine) che sono carichi positivamente (perché posseggono un gran numero di aminoacidi con catena laterale basica).
Essi si associano con il DNA che è carico negativamente (perché ricco di gruppi fosfato) e formano i nucleosomi.
Unità fondamentale di ciascun nucleosoma consiste in una struttura a perla con tratto di DNA di 146 coppie di basi avvolto intorno a nucleo discoidale formato da 8 molecole di istoni.
I nucleosomi funzionano come dei rocchetti che impediscono al DNA di aggrovigliarsi.

Lo stato a nucleosomi impacchettati si raggiunge quando l'istone H1 si associa con il DNA di giunzione, compattando tra loro nucleosomi adiacenti per formare una fibra 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 cromosomi metafasici.

Condensina= gruppo di proteine necessario per la compattazione cromosomica. Essa si lega al DNA e lo avvolge in anse raggomitolate.

Ogni individuo di una data specie possiede un caratteristico numero di cromosomi nel nucleo delle cellule somatiche.
Ma ciò che rende ogni specie unica non è il numero dei cromosomi, bensì l'informazione specificata dai singoli geni nei cromosomi.

Il numero di cromosomi posseduti da una specie non è indice della complessità di quella specie.

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Cambiamenti nella sequenza nucleotidica del DNA. Il DNA però raramente si danneggia, ciò grazie ai sistemi enzimatici in grado di riparare alcune alterazioni del DNA.
Le mutazioni non corrette possono essere silenti (prive di effetti), dannose (es.malattie ereditarie) ma altre possono essere vantaggiose, vitali addirittura nell'evoluzione.
Tipi di mutazione:
-per sostituzione di base:
-mutazione silente (sostituzione nucleotidica che non porta a conseguenza funzionale)
-mutazione di senso (sostituzione di un aminoacido con un altro)
-mutazione non senso (puntiforme, può modificare un codone che codifica per un aminoacido trasformandolo in codone di terminazione)
-mutazione frameshift (o per slittamento), dove una o più coppie di nucleotidi sono inseriti o eliminati in una molecola di DNA, così causando un'alterazione della griglia di lettura.
-causate da transposoni, sequenze di DNA che saltano all'interno di un gene, alterando la funzione di alcuni geni o attivando geni altrimenti inattivi. Nell'uomo quasi metà genoma è costituito da transposoni.
Tipi:
-transposoni a DNA: spostano materiale genetico da un sito ad un altro attraverso "taglia e incolla"
-retrotransposoni: si replicano attraverso un intermedio a RNA, e la transcrittasi inversa li converte nella loro sequenza di DNA di origine.
-causate da mutageni (raggi x, gamma, ultravioletti), (agenti chimici, alcuni dei quali reagiscono con specifiche basi di DNA modificandolo, portando così successivi errori nell'appaiamento)

Esiste una stretta correlazione tra mutazioni somatiche e cancro

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Trascrizione: processo mediante il quale le informazioni contenute nel DNA vengono trascritte enzimaticamente in una molecola complementare di RNA. Quindi si tratta del trasferimento dell'informazione genetica dal DNA all'RNA.Possiede un meccanismo di controllo della fedeltà.
La trascrizione procede in direzione 5' → 3'.
Più precisamente, il filamento lungo il quale il DNA viene scandito, detto filamento stampo, è percorso dall'enzima in direzione 3' → 5'.
La trascrizione avviene attraverso degli enzimi che si chiamano RNA polimerasi. Essi utilizzano nucleosidi trifosfati (ovvero nucleosidi con tre gruppi fosfato) per formare l'RNA.
Durante il processo, dai nucleosidi trifosfati vengono rimossi due gruppi fosfato per formare un legame covalente tra un nucleotide e quello successivo.
La RNA polimerasi si lega al DNA solo presso i promotori, sequenze che non vengono trascritte.
Dal promotore iniziano a inserirsi i nucleotidi trifosfato per formare una sequenza di nucleotidi che sarà complementare al filamento di DNA in via di trascrizione.
Dopo l'individuazione del promotore, la RNA polimerasi rende il DNA adatto alla trascrizione.
Il filamento di RNA inizia quindi ad allungarsi, attraverso l'aggiunta di un nucleotide per volta. Il primo nucleotide del neofilamento di RNA trattiene i tre gruppi fosfato mentre quelli successivi vengono privati di due gruppi fosfato attraverso una reazione esoergonica.

Quando, durante la trascrizione nel DNA, si incontrano particolari sequenze di basi (di solito alla fine di ogni gene), la trascrizione termina.

Traduzione: o sintesi proteica, converte l'informazione genetica presente nel mRNA in proteine che svolgono varie funzioni.
Inizia da un filamento di mRNA, che è stato precedentemente prodotto a partire da un gene sul DNA. Il filamento è usato come stampo nel ribosoma per la produzione di una specifica proteina.

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Sono cellule indifferenziate che si possono dividere per dare origine a discendenti differenziati, ma conservano la capacità di dividersi per riprodurre se stesse.
Le cellule staminali più versatili sono gli zigoti, definiti totipotenti, ovvero capaci di dare origine a tutti i tessuti del corpo.
Le cellule staminali possono essere ottenute da embrioni o cellule adulte (es. cordone ombelicale, lattanti, bambini, adulti) e queste sono dette multipotenti, perché possono dare origine a molti (non a tutti) tipi cellulari.
Le cellule staminali embrionali che si formano durante il processo di segmentazione dello zigote sono più versatili di quelle adulte. Sono pluripotenti, hanno la capacità di trasformarsi in qualsiasi tipo di cellula del corpo, TRANNE della placenta, per questo non sono totipotenti.
Le cellule staminali adulte sono nell'uomo dentro al cervello, retina, cuore, midollo osseo, polpa dentale, intestino, etc..
Le cellule staminali sono fonti potenziali di cellule da trapiantare in pazienti con patologie degenerative serie.

Per ora le uniche fonti conosciute di cellule staminali totipotenti sono gli embrioni umani precoci avanzati dalle procedure di fecondazione in vitro.

è stata di recente scoperta la possibilità di produrre cellule staminali pluripotenti indotte introducendo dei fattori trascrizionali in cellule mature. Ciò permette di riprogrammare una cellula differenziata in una cellula staminale pluripotente, attraverso la riattivazione di migliaia di geni che erano stati inattivati durante lo sviluppo attraverso metilazione del DNA, modificazione degli istoni e produzione di micro RNA con funzione inibitoria.

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Ciclo cellulare: diviso tra Interfase e fase M.

Interfase: La maggior parte della vita della cellula avviene in interfase (periodo dove non avviene divisione cellulare). In questa fase la cellula è metabolicamente attiva, sintetizza le sostanze necessarie e si accresce.
è suddivisa in: fase G1, fase S, fase G2
G1= la fase tra la fine della mitosi e l'inizio della fase S, è il momento dove non c'è la sintesi del DNA. è la fase più lunga, e qui di solito avvengono la crescita e il normale metabolismo della cellula.
Alla fine di G1 si incrementa l'attività degli enzimi richiesti per la sintesi del DNA e delle proteine, che permettono di passare in fase S.
S: fase di sintesi, avviene la replicazione del DNA e la sintesi degli istoni.
G2: seconda fase di intervallo. Si verifica un aumento della sintesi proteica in preparazione alla divisione.

Fase M: si divide in Mitosi e Citocinesi.

Mitosi: Profase, prometafase, metafase, anafase, telofase
Profase: inizia con la compattazione dei cromosomi, ovvero quando i lunghi filamenti di cromatina iniziano un processo di spiralizzazione che li rende più corti e spessi (così non si aggroviglia).
Durante la fase S ogni cromosoma è stato duplicato e consiste in una coppia di cromatidi fratelli. Ogni cromatidio contiene zona detta centromero, punto in cui essi sono uniti. questo perché ci sono precise sequenze di DNA legate a specifiche proteine, per esempio la coesina, complesso proteico ad anello che li tiene uniti e che si estende in tutta la lunghezza dei loro bracci, concentrandosi a livello del centromero.
Ogni centromero presenta un cinetocore, struttura proteica alla quale possono legarsi i microtubuli, fondamentali per la separazione dei cromatidi fratelli.
I microtubuli si irradiano da ciascun polo e si allungano verso i cromosomi, formando il fuso mitotico.
Il fuso mitotico è responsabile della separazione dei cromosomi durante l'anafase.
Ciascun polo contiene una regione detta centro organizzatore dei microtubuli, dal quale si irradiano i microtubuli.
Nelle piante il centro organizzatore dei microtubuli, appare formato da materiale denso fibrillare quasi privo di struttura.
Nelle cellule animali si trova all'interno del centro organizzatore una coppia di centrioli, circondata da fibrille che costituiscono la sostanza pericentriolare. I microtubuli del fuso terminano nella sostanza pericentriolare, senza mai entrare in contatto diretto con i centrioli.
Ogni centriolo nella fase S dell'interfase si duplica, dando origine a due coppie di centrioli.
Verso la fine della profase i microtubuli si irraggiano a partire dalla sostanza pericentriolare, questi microtubuli sono detti aster. I due aster si muovono quindi verso i lati opposti del nucleo.

Prometafase: l'involucro nucleare si frammenta, e i microtubuli del fuso entrano in contatto con i cromosomi.
Alcuni frammenti dell'involucro nucleare vengono "inglobati" da vescicole così da poter essere riutilizzate per formare gli involucri nucleari delle cellule figlie.
Il nucleolo raggrinzisce e sparisce.
Il fuso mitotico è totalmente assembleato.
I cromosomi duplicati sono sparsi in tutta la regione nucleare, mentre i microtubuli si allungano ed accorciano spostandosi verso il centro della cellula cercando di "catturare" i cromosomi attaccandosi ai loro cinetocori. Mentre un cromosoma viene agganciato e spinto verso il piano equatoriale della cellula, il cinetocore non attaccato del suo cromatidio fratello si connette ad un microtubulo che proviene dal lato opposto.
Nei movimenti dei cromosomi, i microtubuli lunghi si accorciano per la rimozione di subunità di tubulina, mentre i microtubuli corti si allungano per l'aggiunta di subunità di tubulina. L'accorciamento/allungamento avviene all'estremità del microtubulo vicina al cinetocore.
A questo punto le coesine si dissociano dai bracci dei cromatidi fratelli, liberandoli.

Metafase: tutti i cromosomi si allineano lungo il piano equatoriale o piastra metafasica. Un cromatidio fratello di ciascun cromosoma si attacca tramite cinetocore ai microtubuli di un polo, mentre l'altro cromatidio fratello si attacca ai microtubuli dell'altro polo.
Il fuso mitotico è composto da 3 tipi di microtubuli: polari, dei cinetocori, dell'aster.
I microtubuli polari si estendono dai poli alla regione equatoriale, e si sovrappongono e interagiscono con i microtubuli polari del polo opposto.
I microtubuli dei cinetocori si estendono dai poli e si attaccano ai cromosomi a livello dei loro cinetocori.
I microtubuli dell'aster sono corti e formati dall'aster a livello di ciascun polo.

In questa fase ogni cromatidio è condensato e ben distinguibile. Essendo quindi i singoli cromosomi visibili in maniera più distinta, è in questa fase che si analizza il cariotipo (composizione cromosomica).

Alla fine le proteine coesine che erano rimaste legate ai cromatidi fratelli a livello del centromero si dissociano.

Anafase: comincia quando i cromatidi fratelli si separano. Quando i cromatidi non sono più attaccati, ogni cromatidio è considerato un cromosoma.
I cromosomi disgiunti migrano ai poli opposti utilizzando i microtubuli.
I cinetocori che sono ancora attaccati ai microtubuli dei cinetocori si portano dietro i bracci dei cromosomi.
L'anafase finisce quando tutti i cromosomi hanno raggiunto i poli.

I microtubuli non hanno proprietà elastiche o contrattili, ma sono strutture dinamiche, in cui le subunità di tubulina vengono continuamente rimosse e aggiunte alle estremità.
Durante l'anafase i microtubuli del cinetocore si accorciano o depolimerizzano a livello dell'estremità più. Questo meccanismo trascina i cromosomi verso i poli.
Inoltre l'intero fuso si allunga perché i microtubuli polari che hanno origine ai poli opposti sono associati con dei motori che li fanno scivolare uno sull'altro all'equatore.

Telofase: i cromosomi arrivano ai poli, poi si decondensano despiralizzandosi. Attorno ad ogni serie di cromosomi si sviluppa un involucro nucleare costituito in parte da vescicole e da altri componenti derivanti dal vecchio involucro nucleare.
I microtubuli del fuso scompaiono.

Citocinesi: cioè divisione del citoplasma per produrre due cellule figlie, si sovrappone di solito alla telofase.
Comincia nel momento in cui un anello di auto-miosina contrattile si forma e viene associato alla membrana plasmatica. L'anello contrattile circonda la cellula nella regione equatoriale.
L'anello è costituito da filamenti di actina e miosina associati tra loro, è quindi l'attività motrice della miosina che muove i filamenti di attiva causando costrizione.
La contrazione dell'anello produce un solco di divisione che diventa sempre più profondo e separa il citoplasma in due cellule figlie, ciascuna con un nucleo completo. Una volta terminato l'anello viene disassemblato.

Nelle cellule vegetali la citocinesi avviene con la formazione di una piastra cellulare, un setto costruito nella regione equatoriale del fuso che cresce verso la parete della cellula.
Essa si forma da vescicole che si originano dal complesso del Golgi e contengono materiale per costruire sia la parete cellulare primaria  delle cellule figlie che la lamella mediana che cementerà le pareti cellulari. Le membrane delle vescicole si fondono per formare le membrane plasmatiche delle cellule figlie.
Le cellule multinucleate si formano quando la mitosi non è seguita dalla citocinesi.

Conclusioni: La divisione cellulare assicura che ognuno dei nuclei figli abbia esattamente lo stesso numero e tipo di cromosomi che possedeva la madre.

Procarioti: si riproducono in modo asessuato, di solito per scissione binaria, la cellula si divide quindi in due cellule figlie.
La molecola di DNA circolare si replica, originando due cromosomi identici. La replicazione del DNA inizia dal punto detto "origine di replicazione".
Terminata, i cromosomi si separano e muovono verso le estremità opposte della cellula che si sta allungando.
La citocinesi tra i due cromosomi è controllata dall'anello Z, una struttura proteica che assembla 10 proteine a livello del piano mediale della cellula. Qui la membrana plasmatica si introflette tra le due copie di DNA dividendo a metà il citoplasma e viene infine sintetizzata una nuova parete cellulare trasversale tra le due cellule.

Riproduzione sessuata: unione di due cellule sessuali specializzate (gameti) per formare un'unica cellula (zigote), di solito i gameti provengono da genitori diversi.
Essa genera variabilità genetica nelle cellule figlie, esse non sono quindi identiche ai genitori.
I cromosomi di solito sono presenti in coppie, i membri di una coppia sono detti cromosomi omologhi e sono simili per dimensione, forma e posizione dei centromeri.
I 46 cromosomi dell'uomo costituiscono 23 coppie diverse.
I cromosomi omologhi portano l'informazione per il controllo degli stessi caratteri genetici (anche se non per forza la stessa informazione).
Un assetto di cromosomi contiene un membro di ciascun paio di omologhi.
Se una cellula contiene due cromosomi di ogni tipo (due serie di cromosomi) si dice diploide. (46 cromosomi)
Se è presente un solo cromosoma di ogni coppia di omologhi si dice aploide. (23 cromosomi)
Per abbreviazione si usa n=23 nell'uomo e 2n=46
Quando l'uovo e lo spermatozoo si fondono alla fecondazione, ogni gamete fornisce una serie aploide di cromosomi, ristabilendo quindi il corredo diploide nello zigote.

Un individuo che presenta nel suo corredo tre o più serie di cromosomi è poliploide. (comune soprattutto nelle piante)

Meiosi: divisione cellulare che riduce il numero di cromosomi (li dimezza).
Qui una cellula diploide incontra due divisioni cellulari producendo quattro cellule aploidi.
Fasi: Interfase, Meiosi I (Profase I, Metafase I, Anafase I, Telofase I), Intercinesi, Meiosi II (Profase II, Metafase II, Anafase II, Telofase II).

Interfase: durante la fase S i cromosomi vengono duplicati, quindi ogni cromosoma duplicato è composto da due cromatidi connessi dalle coesine.

Profase I: i cromatidi sono ancora sotto forma di lunghi e sottili filamenti. I cromosomi omologhi si appaiano longitudinalmente e questo processo di unione è detto sinapsi.
In una coppia di omologhi si identifica l'omologo materno e l'omologo paterno.
Visto che ogni cromosoma si è duplicato durante l'interfase, la sinapsi consiste nell'associazione di quattro cromatidi, il complesso che ne risulta è detto tetrade.
Nella Profase I ci sono 23 tetradi (92 cromatidi in tot).
Durante la sinapsi i cromosomi omologhi sono strettamente associati e vanno a formare una struttura detta complesso sinaptinemale e gioca un ruolo importante nel crossing over.
Nel crossing over i cromosomi omologhi appaiati si scambiano materiale genetico attraverso l'azione di enzimi che tagliano e riuniscono le molecole di DNA. Esso produce  nuove combinazioni di geni. La ricombinazione genetica aumenta notevolmente la variabilità genetica.
Si forma il fuso costituito da microtubuli, una coppia di centrioli migra ad ogni polo e si costituisce l'aster.
Verso la fine della profase I scompare l'involucro nucleare.
I cromatidi fratelli sono strettamente associati lungo il loro asse maggiore, mentre i centromeri dei cromosomi omologhi si separano l'uno dall'altro, alla fine i cromosomi omologhi rimangono uniti solo in corrispondenza dei chiasmi (zona dove i cromatidi omologhi in seguito alla rottura e al crossing over si sono ricongiunti e hanno configurazione a X). Alla loro altezza le coesine tengono uniti i cromosomi omologhi. Successivamente si dissociano dai chiasmi, liberando i bracci dei cromosomi omologhi.
Metafase I: quando le tetradi si allineano sul piano equatoriale. I cinetocori fratelli di un cromosoma sono connessi grazie alle fibre del fuso solo a uno dei due poli, mentre quelli del cromosoma omologo sono collegati all'altro polo.
Anafase I: i cromosomi omologhi di ogni coppia si separano e migrano verso i poli opposti. Ogni polo riceve assortimento casuale di cromosomi materni e paterni. I cromatidi fratelli sono ancora uniti in regione centromerica.
Telofase I: i cromatidi si decondensano, l'involucro nucleare si riorganizza e avviene la citocinesi.
In questa fase il nucleo ha un numero aploide di cromosomi, ma ogni cromosoma è duplicato (46 cromatidi ad ogni polo).

Intercinesi: è breve, è simile all'interfase anche se non c'è nessuna ulteriore duplicazione cromosomica.

Profase II: i cromosomi di solito rimangono parzialmente condensati tra le due fasi.
Non avviene nessun accoppiamento di cromosomi omologhi e nessun crossing over.
Metafase II: i cromosomi si allineano sul piano equatoriale in gruppi di due.
Anafase II: i cromatidi, attaccati alle fibre del fuso tramite i loro cinetocori, si separano e migrano ai poli opposti. Da questo momento ogni cromatidio viene chiamato cromosoma.
Telofase II: c'è un componente di ciascuna coppia di omologhi a ogni polo. L'involucro nucleare si ricostituisce, i cromosomi si despiralizzano per formare filamenti di cromatina e si verifica la citocinesi.

Le due divisioni producono quattro nuclei apolidi, ognuno contenente un solo cromosoma di ogni tipo. Ciascuna cellula aploide possiede una diversa combinazione di geni.

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i geni sono costituiti da 3 elementi:
promotore: precede la sequenza codificante del gene. Costituisce l'interruttore di regolazione del gene.
esone: sequenza codificante la proteina specificata dal gene.
introne: sequenza che interrompe la sequenza codificante del gene

La sequenza codificante è quella che verrà trascritta negli mRNA (del nucleo) e successivamente tradotta in sequenze di aa delle proteine sintetizzate (nel citoplasma) nei ribosomi per consentire la sintesi delle proteine.

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4. Come si interpretano le regole di Chargaff

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4. Come si interpretano le regole di Chargaff

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Chargaff sostiene che una molecola di DNA a doppio filamento (in qualsiasi organismo vivente) presenta un egual numero di coppie di basi azotate, quindi le Adenine saranno uguali alle Timine, le Guanine saranno lo stesso numero delle Citosine.

Quindi: A=T, G=C

Rapporti pari a 1 nelle varie basi azotate: A/T, G/C, A+C/G+T
Rapporti diversi da 1 nelle varie basi azotate: A /= G, T /= C, A+T/G+C

Come si interpretano le regole di Chargaff?
Nelle molecole di DNA a doppio filamento il numero di purine è uguale al numero di pirimidine, il numero di adenine è uguale al numero di timine e il numero di guanine è uguale al numero di citosine.

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La proteina prionica è una glicoproteina di membrana conservata nei mammiferi ed espressa abbondantemente nei neuroni. è codificata dal gene PRNP situato nel braccio corto del cromosoma 20 (uomo).

Le sue funzioni non sono ancora chiare, ma le ipotesi sono che si occupi:

-dell'omeostasi del rame
-dell'interazione con laminina
-adesione cellulare
-regolazione del flusso di ioni Ca⁺⁺
-Trasduzione del segnale nervoso
- Azione anti – ossidante
-Regolazione del ritmo circadiano

Quando diventa patologica:
A seguito di un processo di cambiamento conformazionale, la proteina si converte nell’isoforma patologica PrPSc
che costituisce il prione, l’agente eziologico delle encefalopatie spongiformi trasmissibili (EST) che sono fatali.

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Geni: sono l'unità funzionale di base del codice genetico degli organismi viventi.
Rappresentano delle porzioni nel filamento di DNA, con una posizione fissa nella catena, che contengono l’informazione per la codifica di una molecola precisa. Sono dotate anche di regioni che garantiscono il corretto aggancio delle proteine di trascrizione al filamento, denominate promotori, e delle regioni, gli introni, con una funzione di controllo.
La parte effettivamente trascritta viene definita esone ed è la parte che codifica per la proteina corrispondente al gene.

Genoma: la totalità del patrimonio genetico di una determinata cellula: è composto da tutti i geni e le sequenze ad essi correlate e da una grande quantità di DNA non codificante che, negli esseri umani, rappresenta quasi il 70% del totale.

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-Organizzazione: tutti gli esseri viventi sono formati dall'unità base della cellula.
Le forme di vita più semplici (es.protozoi) sono unicellulari, mentre gli organismi più complessi sono pluricellulari. In questi organismi i processi vitali dipendono dalle funzioni coordinate delle cellule, che possono essere organizzate a formare tessuti, organi, apparati.
Ogni cellula è formata da membrana plasmatica protettiva che la separa dall'ambiente circostante, ed inoltre regola il passaggio di materiale tra i due.
Le cellule posseggono molecole specializzate che contengono l'informazione genetica, e nella maggior parte dei casi essa è codificata nell'acido desossiribonucleico (DNA).
Cellule sono fornite di strutture interne chiamate organelli, specializzate per compiere funzioni specifiche.
Cellule possono essere: Procariotiche e Eucariotiche.
Procariotiche: esclusive dei batteri e di organismi microscopici (archeobatteri).
Eucariotiche: tutti gli altri organismi. contengono una varietà di organelli circondati da membrana, tra cui il nucleo che contiene il DNA.

Crescita e sviluppo:
crescita biologica consiste nell'aumento della dimensione delle cellule e/o nell'aumento del numero delle cellule.
Crescita di un organismo può essere uniforme o maggiore in alcune parti.
Nel processo di crescita ogni parte dell'organismo continua a funzionare mentre cresce.
Sviluppo: oltre a crescere gli esseri viventi si sviluppano. Lo sviluppo comprende tutti i cambiamenti che avvengono durante la vita di un organismo.
L'essere umano inizia vita come uovo fecondato, in seguito cresce e si sviluppa.

Metabolismo: insieme di reazioni chimiche e trasformazioni energetiche dell'organismo essenziali per la nutrizione, crescita, riparazione cellulare, trasformazione dell'energia in forme utilizzabili.
Reazioni metaboliche devono essere regolate per mantenere l'omeostasi, ovvero uno stato di equilibrio interno.
Quando prodotto cellulare è in sufficiente quantità, sua produzione deve diminuire/arrestarsi.
Quando necessaria una sostanza, processi cellulari che la producono devono attivarsi.
Meccanismi omeostatici si autoregolano.
es. negli animali superiori la regolazione della concentrazione di glucosio nel sangue. Cellule richiedono apporto costante di glucosio, che viene demolito per ottenere energia.
Quando concentrazione di glucosio nel sangue sale sopra livelli normali viene immagazzinato nel fegato e nelle cellule muscolari.
Quando scende le riserve sono convertite in glucosio.
Quando glucosio è consumato, i centri superiori ci segnalano di mangiare e il cibo ingerito viene trasformato in glucosio.

Risposta agli stimoli: tutti esseri viventi rispondono agli stimoli, che sono cambiamenti fisici o chimici che avvengono nel loro ambiente esterno o interno.
es. di stimoli: cambiamenti di colore, intensità, direzione della luce; di temperatura, pressione, suono; composizione chimica terreno, aria, acqua.
Risposta agli stimoli determina il movimento.
Negli esseri semplici l'intero organismo risponde agli stimoli (es.movimento organismi unicellulari grazie a movimento ameboide, o grazie a oscillazione di piccole ciglia o di flagelli.)
Maggior parte degli animali si muove contraendo i muscoli.
Alcuni animali (es.spugne, coralli, etc..) hanno stadi larvali dove si possono muovere liberamente, mentre quando diventano adulti perdono capacità di movimento.
Questi organismi adulti sono sessili e rimanendo attaccati alla superficie, possono agitare ritmicamente ciglia o flagelli, muovendo l'acqua e avvicinando ossigeno e nutrimento.
Negli animali complessi alcune cellule del corpo sono altamente specializzate a rispondere a stimoli specifici.
Anche i vegetali rispondono alla luce, alla gravità, all'acqua, al tatto, etc..

Riproduzione: ciascun essere vivente deriva solo da organismi viventi preesistenti.
Asessuata: negli organismi semplici, quando ameba raggiunge una certa dimensione, si riproduce copiando il proprio materiale ereditario (geni), dividendosi in due parti e dividendolo equamente tra le due cellule.
Ciascuna ameba nuova è identica alla madre ad eccezione delle dimensioni.
Il verificarsi di mutazioni genetiche fa si che vi siano variazioni fra gli organismi asessuati.
Sessuata: nella maggior parte dei vegetali e animali. avviene con la produzione di cellule specializzate (uova e cellule spermatiche) che si uniscono e formano un uovo fecondato.
La prole è il prodotto dell'interazione di diversi geni forniti da madre e padre.
La variabilità genetica è alla base dei processi vitali dell'evoluzione e adattamento.

Adattamento ai cambiamenti ambientali: capacità di una popolazione di evolversi (cambiare nel tempo) e adattarsi all'ambiente le permette di sopravvivere nel mondo che cambia.
Adattamenti: caratteri ereditari che migliorano la capacità di un organismo di sopravvivere in un particolare ambiente.
Gli adattamenti possono essere strutturali, fisiologici, comportamentali o una combinazione di essi.