Struttura e funzione degli organelli cellulari

Il Nucleo

Il nucleo è un organello fondamentale delle cellule eucariotiche, contenente il materiale genetico sotto forma di cromatina (DNA associato a proteine). Ha generalmente un diametro di circa 5 µm ed è delimitato da una doppia membrana che è in continuità con il reticolo endoplasmatico.

Involucro Nucleare e Pori Nucleari

L'involucro nucleare è una doppia membrana continua, spessa 20-40 nm. È provvisto di pori nucleari che regolano il passaggio selettivo di RNA e proteine tra il nucleo e il citoplasma.

• Complesso del poro: una struttura proteica complessa, composta da circa trenta proteine diverse, che regola l'ingresso di proteine e RNA. Soluti a basso peso molecolare possono diffondere liberamente attraverso il poro, mentre il transito di molecole più grandi come RNA e proteine è strettamente regolato.

Lamina Nucleare

L'involucro nucleare è circondato da una lamina nucleare, una rete di proteine filamentose che mantiene la forma del nucleo.

Cromatina e Cromosomi

La cromatina è il complesso di DNA e proteine (principalmente istoni) presente nel nucleo. Durante la divisione cellulare, la cromatina si condensa e si avvolge, formando strutture ben visibili e distinte chiamate cromosomi.

• I cromosomi metafasici sono altamente condensati e visibili durante la metafase della mitosi.

• Ogni cromosoma duplicato è composto da due cromatidi fratelli, uniti in un centromero.

• I cromosomi possono essere classificati in base alla posizione del centromero:

  • Metacentrico: centromero al centro.

  • Submetacentrico: centromero leggermente spostato rispetto al centro.

  • Acrocentrico: centromero molto vicino all'estremità.

  • Telocentrico: centromero all'estremità.

• Le cellule somatiche umane contengono 46 cromosomi.

Nucleolo

Il nucleolo è una struttura non delimitata da membrana, particolarmente densa al microscopio, costituita da una massa di granuli densi e materiale fibrillare associato alla cromatina.

• È coinvolto nella produzione di rRNA (RNA ribosomiale) e nell'assemblaggio dei ribosomi.

• È formato da anse di DNA contenenti i geni per gli rRNA (localizzati su cromosomi diversi) e da proteine.

• Il processo di produzione dei ribosomi inizia nel nucleolo:

  1. Le proteine ribosomali (sintetizzate nel citoplasma) vengono importate nel nucleo e iniziano l'assemblaggio sul pre-rRNA.

  2. Dopo il taglio del pre-rRNA, vengono aggiunte altre proteine ribosomali e l'rRNA 5S (sintetizzato altrove nel nucleo).

  3. Si formano le particelle pre-ribosomali.

  4. Le fasi finali di maturazione delle subunità ribosomiali (40S e 60S) avvengono nel citoplasma.

Ribosomi

I ribosomi sono complessi costituiti da rRNA e proteine, deputati alla sintesi proteica (traduzione). Le cellule con un'elevata sintesi proteica presentano un numero considerevole di ribosomi.

Struttura e Funzione

I ribosomi sono costituiti da due subunità (una maggiore e una minore) che si associano durante la sintesi proteica.

• La subunità minore si lega a una molecola di mRNA. In una cellula batterica, il sito di legame per l'mRNA riconosce una specifica sequenza nucleotidica a monte del codone di inizio. Un tRNA iniziatore con l'anticodone UAC si appaia con il codone di inizio AUG (metionina).

• L'arrivo della subunità ribosomiale maggiore completa il complesso di inizio della traduzione. Fattori di inizio e GTP sono necessari per l'assemblaggio. Il tRNA iniziale si posiziona nel sito P; il sito A è disponibile per il tRNA successivo.

Processo di Sintesi Proteica (Traduzione)

1. Riconoscimento del codone: L'anticodone di un amminoacil-tRNA in entrata si appaia con il codone complementare dell'mRNA nel sito A. L'idrolisi di GTP aumenta l'accuratezza e l'efficienza.

2. Formazione del legame peptidico: Un rRNA della subunità maggiore catalizza la formazione del legame peptidico tra il nuovo amminoacido nel sito A e l'estremità carbossilica del polipeptide crescente nel sito P. Il polipeptide si distacca dal tRNA nel sito P e si lega all'amminoacido sul tRNA nel sito A.

3. Traslocazione: Il ribosoma si sposta di un codone rispetto all'mRNA, muovendo il tRNA con il polipeptide crescente dal sito A al sito P, e il tRNA scarico dal sito P al sito E (exit).

4. Terminazione: Quando il ribosoma raggiunge un codone di stop (UAG, UAA o UGA), il sito A viene riconosciuto da un fattore di rilascio, che idrolizza il legame tra il tRNA nel sito P e l'ultimo amminoacido, liberando il polipeptide. Le due subunità ribosomiali e gli altri costituenti si dissociano.

Poliribosomi

Spesso, una singola molecola di mRNA viene tradotta simultaneamente da diversi ribosomi, formando strutture chiamate poliribosomi o polisomi.

Targeting delle Proteine

Il ribosoma sintetizza le proteine in base al messaggio dell'mRNA. Alcune proteine sono destinate a rimanere nel citosol, mentre altre sono dirette verso specifiche destinazioni (es. membrane, secrezione).

1. La sintesi del polipeptide inizia su un ribosoma libero nel citosol.

2. Se il polipeptide in crescita contiene una sequenza segnale, una particella di riconoscimento del segnale (SRP) si lega ad essa, bloccando temporaneamente la sintesi.

3. L'SRP si lega a una proteina recettore sulla membrana del reticolo endoplasmatico (RE). Questo recettore fa parte di un complesso di traslocazione che forma un poro.

4. L'SRP si distacca e la sintesi proteica riprende, con il polipeptide che attraversa simultaneamente la membrana del RE.

5. Un enzima idrolitico rimuove il peptide segnale.

6. La parte rimanente del polipeptide completato si distacca dal ribosoma e si ripiega nella sua conformazione definitiva all'interno del RE o del lume.

Reticolo Endoplasmatico (RE)

Il Reticolo Endoplasmatico è una vasta rete di strutture membranose che costituisce il sistema di membrane più esteso nella cellula. È composto da un complesso di strutture tubulari e cisterne interconnesse. È particolarmente sviluppato nelle cellule intensamente impegnate nella sintesi proteica. Esistono due tipi principali di RE: il Reticolo Endoplasmatico Rugoso (RER) e il Reticolo Endoplasmatico Liscio (REL).

Reticolo Endoplasmatico Liscio (REL)

Il REL è coinvolto in diverse funzioni metaboliche:

• Sintesi: di lipidi (fosfolipidi, steroidi, ormoni sessuali).

• Metabolismo: dei carboidrati.

• Detossificazione: Contiene enzimi che detossificano farmaci e sostanze nocive (es. etanolo nelle cellule epatiche).

• Deposito di ioni: Trasferimento di dal citosol al lume del reticolo e suo deposito.

Reticolo Endoplasmatico Rugoso (RER)

Il RER è caratterizzato dalla presenza di numerosi ribosomi adesi sul suo lato citosolico.

• È coinvolto nella sintesi di proteine di membrana o destinate alla secrezione (es. insulina).

• Le proteine di secrezione si allontanano sotto forma di vescicole di trasporto che si formano dal RE.

• È la sede di produzione di fosfolipidi e di membrane plasmatiche, attraverso l'addizione di proteine e fosfolipidi alla sua membrana.

Apparato del Golgi

L'Apparato del Golgi è un sistema di cisterne appiattite e non interconnesse, accompagnate da vescicole. Ha un ruolo cruciale nella modificazione, smistamento e imballaggio delle molecole.

Struttura

• Le cisterne delimitano uno spazio interno separato dal resto del citosol.

• Presenta una polarità strutturale e funzionale, con due facce distinte: una faccia cis e una faccia trans.

• La faccia cis è deputata alla ricezione del materiale (proveniente dal RE).

• La faccia trans è responsabile del rilascio del materiale modificato e imballato.

• Durante il passaggio delle proteine dalle cisterne cis a quelle trans, esse subiscono modificazioni strutturali (es. rimozione e sostituzione di monomeri di zuccheri - glicosilazione).

Funzione (Maturazione delle Cisterne e Traffico Vescicolare)

L'Apparato del Golgi

agisce come stazione di smistamento e veicolo per le vescicole e la loro maturazione.

1. Le vescicole si muovono dal RE al Golgi.

2. Queste vescicole si fondono, formando nuove cisterne sul versante cis del Golgi.

3. Le cisterne del Golgi maturano e si muovono in direzione cis → trans.

4. Vescicole si formano e si allontanano dal Golgi, trasportando proteine specifiche verso diverse destinazioni intracellulari o verso la membrana citoplasmatica per la secrezione.

5. Alcune vescicole possono trasportare proteine (enzimi) a cisterne più giovani, dove svolgono funzioni specifiche.

6. Altre vescicole possono ritornare al RE.

Lisosomi

I lisosomi sono vescicole delimitate da membrane che contengono enzimi idrolitici attivi a pH acido. Sono gli "stomaci" della cellula, responsabili della digestione e del riciclo.

Funzioni

• Fagocitosi: I lisosomi si fondono con i vacuoli alimentari (fagosomi) contenenti materiale esterno (es. batteri, frammenti cellulari) e gli enzimi idrolitici digeriscono tali particelle.

• Autofagia: Si fondono con vescicole contenenti organelli danneggiati o obsoleti (autofagosomi) e digeriscono i loro componenti, riciclando le molecole costituenti.

Perossisomi

I perossisomi sono organelli delimitati da una singola membrana, che non si formano dal reticolo endoplasmatico.

Funzioni

• Trasferimento di idrogeno: trasferiscono atomi di idrogeno a , con formazione di acqua ossigenata (), una sostanza tossica che viene poi decomposta da altri enzimi perossisomiali.

• Scissione dei grassi: Sono coinvolti nella beta-ossidazione degli acidi grassi a catena molto lunga.

• Detossificazione: Hanno una funzione detossificante in organi come il fegato.

• Gliossisomi: Nelle piante, sono una tipologia specializzata di perossisomi che convertono i grassi in zuccheri (importante nella germinazione dei semi).

Vacuoli

Nelle cellule vegetali i vacuoli sono vescicole circondate da membrana, molto importanti per la vita della cellula. Nelle cellule vegetali in crescita, i vacuoli piccoli si fondono per formare un vacuolo centrale di grandi dimensioni, che può occupare fino al 90% del volume cellulare.

Struttura del Vacuolo Centrale

• È rivestito da una membrana detta tonoplasto.

• Contiene una soluzione acquosa chiamata succo vacuolare.

• Il tonoplasto è una membrana asimmetrica, ricca di proteine intramembrana (carrier, pompe protoniche, canali) e glicolipidi (es. galattolipidi), con pochi fosfolipidi.

• Le pompe protoniche (H+-ATPasi e H+-PPasi) generano un gradiente protonico che acidifica il succo vacuolare (pH 4-5) e permette il trasporto selettivo di ioni e metaboliti.

Origine

Si ritiene che i vacuoli abbiano origine da una porzione del reticolo endoplasmatico in prossimità della faccia trans del Golgi, formando provacuoli nelle cellule non differenziate.

Funzioni

• Ruolo osmotico: Insieme al citoplasma e alla parete cellulare, contribuisce a mantenere la pressione di turgore.

  • Supporto meccanico: La pressione dell'acqua nel vacuolo (pressione di turgore) bilanciata dalla rigidità della parete cellulare conferisce rigidità ai tessuti non lignificati (es. foglie, giovani fusti). Impedisce la lisi cellulare in ambiente ipotonico e sostiene la cellula. La perdita di turgore porta all'appassimento (plasmolisi).

  • La pressione di turgore è la forza che guida l'accrescimento delle cellule vegetali.

• Ruolo tamponante del pH: Il pH acido del succo vacuolare (4-5) è mantenuto dalle pompe protoniche sul tonoplasto, che consentono di mantenere un pH citoplasmatico costante (6.8-6.9).

• Accumulo di ioni inorganici: Ioni non immediatamente utilizzati vengono immagazzinati nel vacuolo tramite trasporto attivo. Le piante possono accumulare elementi tossici nel vacuolo e formare cristalli di ossalato di calcio (rafidi, prismi, drusie).

• Accumulo di metaboliti organici di riserva: Amminoacidi, proteine, zuccheri (glucosio, saccaros

io) e pigmenti (flavonoidi, antociani) che colorano fiori e frutti.

• Segregazione di metaboliti secondari: Vengono riversati nel vacuolo come sostanze di rifiuto, ma possono essere riutilizzati in altre vie metaboliche.

• Funzioni litiche: Contiene idrolasi acide (peptidasi, glicosidasi, esterasi), rendendolo analogo ai lisosomi delle cellule animali.

• Altri tipi di vacuoli includono:

  • Vacuoli alimentari (nella fagocitosi).

  • Vacuoli contrattili (eliminano l'acqua in eccesso nelle cellule di alcuni protozoi, come il Paramecio, richiedendo energia).

  • Deposito di metaboliti che potrebbero danneggiare le cellule.

  • Deposito di pigmenti.

Mitocondri

I mitocondri sono organelli fondamentali, noti come le "centrali energetiche" della cellula eucariotica. Sono la sede della respirazione cellulare.

Struttura

• Sono organuli autonomi, semi-autonomi, capaci di auto-replicazione.

• Presentano due membrane:

  • Membrana esterna: liscia e liberamente permeabile alle piccole molecole.

  • Membrana interna: ripiegata in strutture chiamate creste, presenta permeabilità selettiva. Essa divide il mitocondrio in due compartimenti: lo spazio intermembrana e la matrice mitocondriale.

• La matrice mitocondriale contiene enzimi, DNA mitocondriale (circolare, 5-10 molecole per mitocondrio) e ribosomi.

• Ogni cellula può contenere da 500 a 1000 mitocondri.

Funzioni

• Sono la sede della respirazione aerobica, dove le molecole organiche (come il glucosio) vengono ossidate a e .

• L'energia ricavata viene accumulata sotto forma di ATP (adenosina trifosfato) tramite fosforilazione ossidativa.

• Il piruvato e gli acidi grassi, importati dal citosol, vengono convertiti in acetil-CoA nella matrice mitocondriale.

• L'acetil-CoA viene ossidato a nel ciclo dell'acido citrico (o ciclo di Krebs), la via centrale del metabolismo ossidativo.

• La maggior parte dell'ATP viene sintetizzata tramite la catena di trasporto degli elettroni e la chemiosmosi.

Stages della Respirazione Aerobica

1. Glicolisi: Avviene nel citosol.

2. Il piruvato entra nei mitocondri, dove viene convertito in Acetil CoA.

3. Ciclo dell'Acido Citrico (Krebs): Genera precursori per ATP e NADH/FADH2.

4. Catena di trasporto degli elettroni e chemiosmosi: Genera la maggior parte dell'ATP.

Complessivamente, la respirazione aerobica genera circa 34 molecole di ATP.

Cloroplasti

I cloroplasti sono organelli presenti nelle piante verdi e nelle alghe, responsabili della fotosintesi.

Struttura

• Hanno una forma lenticolare e contengono clorofilla ed enzimi.

• Contengono piccole quantità di DNA.

• Presentano un sistema di membrane interno e un sistema esterno:

  • Esternamente: due membrane (una esterna e una interna).

  • Internamente: un sistema di membrane interconnesse chiamate tilacoidi.

  • I tilacoidi in alcune regioni si impilano a formare strutture chiamate grana (granum al singolare).

  • I tilacoidi intergrana connettono i grana tra loro.

  • Stroma: il fluido presente al di fuori dei tilacoidi, che contiene DNA, enzimi e ribosomi. È fondamentale per la fotosintesi in quanto permette l'accumulo di intermedi e ioni.

• I cloroplasti sono organelli mobili e dinamici, che modificano forma e struttura.

• Quando fotosintetizzano rapidamente, producono un eccesso di zuccheri, che viene temporaneamente polimerizzato in granuli d'amido primario all'interno dei cloroplasti stessi.

Funzioni

• Sede del processo fotosintetico, che converte l'energia luminosa in energia chimica.

• Sintesi di composti organici a partire da e usando l'energia solare.

Tipi di Plastidi

Nelle cellule non differenziate si trovano i proplastidi, piccoli e con sistema interno di membrane poco sviluppato. Dai proplastidi si differenziano vari tipi di plastidi in base alla funzione, colore, sviluppo delle membrane interne e contenuto dello stroma:

• Cloroplasti: Svolgono la fotosintesi (verdi).

• Leucoplasti: Plastidi incolori, adibiti alla funzione di riserva (sintetizzano lipidi e altre sostanze).

  • Sono formati da due membrane esterne e uno stroma ricco di sostanze di riserva, con un sistema di membrane molto ridotto.

• Si trovano nei tessuti di riserva non esposti alla luce (es. midollo dei fusti, radici, organi sotterranei, frutti, semi).

• Amiloplasti: Accumulano amido secondario o di riserva. L'amido primario dei cloroplasti viene idrolizzato e traslocato, poi ripolimerizzato come amido secondario negli amiloplasti.

• Elaioplasti: Accumulano lipidi, spesso sotto forma di goccioline d'olio.

• Proteoplasti (proteinoplasti o aleuroplasti): Accumulano proteine sotto forma di corpi proteici, a volte cristallini.

• Cromoplasti: Plastidi colorati (giallo, arancione, rosso) per la presenza di carotenoidi e xantofille. Non sono fotosintetici.

  • Hanno un sistema esteso di membrane, ma senza grana. I pigmenti possono essere associati alle membrane o nello stroma.

  • Presenti in fiori, frutti in maturazione (es. pomodori, peperoni), foglie senescenti e radici.

  • Possono derivare direttamente dai proplastidi o dalla senescenza dei cloroplasti, dove la degradazione della clorofilla svela i colori dei carotenoidi.

• Ezioplasti: Stadio intermedio nella trasformazione dei proplastidi in cloroplasti, si formano in tessuti destinati a divenire fotosintetici che crescono in assenza di luce.

Citoscheletro

Il citoscheletro è una rete dinamica di filamenti proteici distribuita nell'intero citoplasma, connessa con la membrana plasmatica e gli organelli.

Componenti

• Microtubuli: Composti da dimeri di -tubulina e -tubulina, formano cilindri cavi con polarità (un'estremità a crescita rapida "più" e una a crescita lenta "meno").

  • Si formano da un centrosoma (nelle cellule animali), che funge da centro di organizzazione dei microtubuli.

  • Coinvolti nella segregazione dei cromosomi durante la divisione cellulare.

• Microfilamenti: Composti da actina, possono essere lineari o a reticolo.

• Filamenti intermedi: Costituiti da diverse proteine filamentose.

Funzioni

• Supporto meccanico: Mantiene la forma cellulare.

• Ancoraggio: Ancoraggio di organelli ed enzimi.

• Motilità cellulare:

  • Trasporto intracellulare: Le proteine motrici (es. chinesina, associata ai microtubuli; miosina, associata ai microfilamenti) permettono alle vescicole di "camminare" lungo i filamenti, trasportando neurotrasmettitori o altre sostanze.

  • Movimento ameboide: L'interazione tra actina e miosina spinge il citoplasma fluido in avanti.

  • Flusso citoplasmatico nelle cellule vegetali: Distribuzione dei materiali all'interno della cellula, guidato da motori di miosina che interagiscono con l'actina.

  • Ciglia e flagelli: Estensioni della membrana cellulare contenenti microtubuli.

    • Ciglia: Corti e numerosi, responsabili del movimento di organismi unicellulari, alcune cellule di organismi pluricellulari (es. spermatozoi) o dello spostamento di fluidi (epitelio respiratorio, ovidutto). Si muovono con una "fase efficace" e una "fase di recupero".

    • Flagelli: Più lunghi, si muovono con un'onda simile a un colpo di frusta.

  • Resistenza alla tensione.

  • Regolazione delle attività biochimiche in risposta a stimoli meccanici.

  Parete Cellulare Vegetale

  La parete cellulare è una struttura complessa ed esclusiva delle cellule vegetali e fungine (con alcune eccezioni). Si tratta di una matrice extracellulare che differisce dalla ECM animale per composizione e funzioni.

  Composizione e Formazione

  • I costituenti chimici (es. cellulosa, pectine, emicellulose) sono sintetizzati nel citoplasma e trasferiti all'esterno del plasmalemma, quindi la parete è un prodotto del citoplasma.

  • Le microfibrille di cellulosa vengono sintetizzate dalla cellulosa sintasi e secrete nello spazio extracellulare, dove si legano a proteine e polisaccaridi.

  • La parete cellulare si forma durante la divisione cellulare, a partire dalla piastra cellulare che si forma tra le due cellule figlie. Vescicole provenienti dall'apparato di Golgi formano un disco che si trasforma nella parete finale.

  Funzioni

  • Protettiva: Barriera difensiva contro agenti esterni (biotici e abiotici).

  • Morfogenetica: Conferisce forma e dimensioni alla cellula.

  • Strutturale: Fornisce solidità e sostegno, agendo come uno scheletro.

  • Limitazione dell'espansione cellulare e mantenimento del turgore cellulare (la pressione di parete controbilancia la pressione osmotica del vacuolo).

  • Riserva

di carboidrati.

• Permeabilità: All'acqua e ai soluti.

• Attività enzimatiche.

Strati della Parete Cellulare

La parete cellulare è un sistema dinamico e stratificato:

1. Lamella mediana:

   • Strato comune tra due cellule adiacenti, le tiene unite.

   • Composta principalmente da sostanze pectiche (carboidrati idrofilici), emicellulose e glicoproteine.

   • Presenta soluzioni di continuità (~1 µm) chiamate plasmodesmi, che permettono la comunicazione tra cellule.

   • La sua integrità è mantenuta da a pH neutro o basico.

2. Parete primaria:

   • Formata all'interno della lamella mediana. La lamella mediana composta è .

   • È elastica e permette l'accrescimento della cellula.

   • Composta da 20-30% cellulosa, 30% pectine, emicellulose (xiloglucano) e glicoproteine, 5% lipidi, enzimi e circa 40% acqua.

   • Le fibrille di cellulosa hanno una tessitura dispersa e si associano tra loro.

   • Presenta anch'essa soluzioni di continuità in corrispondenza di quelle della lamella mediana.

   • L'aumento di acidifica la parete e permette la sua distensione durante la crescita.

   • La crescita avviene tramite l'apporto di nuove fibrille di cellulosa e matrice. I precursori della matrice sono sintetizzati nel Golgi e secreti. La sintesi delle fibrille avviene tramite complessi terminali sulla membrana plasmatica; l'orientamento delle fibrille è determinato dai microtubuli.

3. Parete secondaria:

   • Si forma solo dopo che l'accrescimento cellulare è cessato, in cellule differenziate.

   • È rigida e rinforza la struttura della cellula e dell'organismo.

   • Costituita essenzialmente da cellulosa disposta in modo compatto con tessitura parallela in tre strati (, , ), con l'orientamento delle fibrille perpendicolare tra strati adiacenti (orientamento influenzato dai microtubuli).

   • Le soluzioni di continuità nella parete secondaria completano le punteggiature, formando porocanali che permettono la continuità del simplasto (sistema di protoplasti interconnessi).

   • Le punteggiature areolate, tipiche delle tracheidi delle gimnosperme, presentano un bordo anulare ispessito e una porzione centrale che funziona da valvola.

Modificazioni della Parete Cellulare

• Lignificazione: Deposito di lignina per impregnazione, dalla lamella mediana verso la parete primaria e secondaria, conferisce rigidità.

• Suberificazione: Deposito di suberina per incrostazione (soprattutto nella parete secondaria), favorisce difesa e impermeabilizzazione.

• Cutinizzazione: Deposito di cutina (per impregnazione e/o incrostazione), favorisce difesa e impermeabilizzazione.

• Cerificazione: Deposito di cere (spesso associate alla cutina), come la pruina sull'uva.

• Mineralizzazione: Deposito di silice, carbonato di calcio, ossalato di calcio o altri minerali.

• Gelificazione: Deposito per incrostazione di mucillagini e/o gomme (altamente idrofile), per adsorbimento e riserva idrica, frequente in piante di ambienti aridi e nei semi.

• Pigmentazione: Deposito di pigmenti diversi.

Plasmodesmi

I plasmodesmi sono canali che attraversano le pareti cellulari (lamella mediana, primaria e secondaria) permettendo la comunicazione diretta tra cellule adiacenti.

• Sono costituiti da un tubo di reticolo endoplasmatico rivestito dal plasmalemma.

• Le molecole fino a circa 1000 Da possono passare attraverso i plasmodesmi, in modo simile alle gap junctions animali.

Organismi Eucarioti: Caratteristiche Generali

Gli eucarioti sono organismi che si sono evoluti dopo i procarioti (circa 1.5 miliardi di anni fa) e hanno dimensioni comprese tra 10 e 100 µm. Possono essere unicellulari o pluricellulari, autotrofi o eterotrofi.

Caratteristiche Comuni a Tutte le Cellule Eucariotiche

• Membrana plasmatica: Separa la cellula dall'ambiente esterno, controlla il passaggio di sostanze. È un doppio strato di fosfolipidi con proteine, carboidrati e colesterolo.

• Citoplasma: La parte interna della cellula, composta da citosol (sostanza gelatinosa) e particelle insolubili (organelli).

• Ribosomi

: Organuli coinvolti nella sintesi proteica.

• Ciglia e flagelli: Organuli di locomozione (presenti in alcune cellule eucariotiche).

• Nucleo: Contiene il materiale genetico (DNA) organizzato in più cromosomi ed è avvolto da una doppia membrana nucleare porosa.

• Nucleolo: All'interno del nucleo, produce ribosomi.

• Reticolo endoplasmatico: Rete di sacchetti e membrane coinvolta nella sintesi di proteine (RER) e lipidi (REL).

• Mitocondri: Organuli con doppia membrana, sede della produzione di ATP (energia).

• Lisosomi e Perossisomi: Organuli che distruggono sostanze tossiche, batteri e digeriscono molecole organiche.

• Apparato del Golgi: Pila di sacchetti appiattiti che accumula e modifica le sostanze provenienti dal RE.

• Citoscheletro: Filamenti e tubuli che conferiscono forma alla cellula e sono coinvolti nel movimento cellulare.

Caratteristiche Specifiche delle Cellule Eucariotiche Vegetali

• Parete cellulare: Circonda la membrana plasmatica, è rigida, composta da cellulosa, conferisce forma e protezione.

• Cloroplasti: Organuli a doppia membrana, contengono clorofilla, sede della fotosintesi.

• Vacuoli: Cavità acquose con funzioni di demolizione, immagazzinamento di sostanze nutritive, tossiche e acqua.

• Plasmodesmi: Piccoli canali che attraversano la parete cellulare, permettendo la comunicazione tra cellule vegetali.

Caratteristiche Specifiche delle Cellule Eucariotiche Animali

(Non discusso dettagliatamente in questo contesto, ma include Centrioli e specifici tipi di giunzioni cellulari).

• Centrioli: strutture da cui si diparte il citoscheletro e coinvolti nella divisione cellulare.

• Giunzioni cellulari:

  • Giunzioni occludenti: Uniscono strettamente le cellule, impedendo il passaggio di alcune molecole.

  • Giunzioni comunicanti: Permettono il passaggio di molecole tra cellule contigue, simili ai plasmodesmi vegetali.

Membrana Plasmatica

La membrana plasmatica (o membrana cellulare) è uno strato fondamentale che racchiude la cellula, ne definisce i confini e mantiene le differenze tra l'ambiente intracellulare ed extracellulare.

Modello a Mosaico Fluido

• Le membrane sono formate da un doppio strato di fosfolipidi anfipatici e colesterolo, in continuo movimento ("mosaico fluido").

• Le proteine sono disperse e inserite in questo doppio strato lipidico.

• La disposizione dei fosfolipidi rende la membrana un "cristallo liquido", permettendo il movimento laterale delle molecole.

Modelli Storici

• 1915: Proteine e lipidi.

• 1925: Doppio strato fosfolipidico (Gorter e Grendel).

• 1935: Localizzazione delle proteine (Davson-Danielli) - Modello a "sandwich", con fosfolipidi tra due strati proteici, che si rivelò non del tutto corretto.

• 1970: Si osservò che le proteine sono disperse e inserite nel doppio strato.

• 1972: Modello a mosaico fluido (Singer e Nicolson): La membrana è un doppio strato lipidico fluido con un mosaico di proteine associate in continuo cambiamento. Questo modello garantisce l'ottimizzazione del contatto tra regioni idrofile e idrofobe, assicurando la stabilità strutturale.

Evidenze Sperimentali

• Esperimento di Frye ed Edidin (1970): Marcando proteine di membrana di cellule umane e di topo con molecole fluorescenti di diverso colore e fondendo le cellule, si osservò che le proteine si miscelavano casualmente sulla superficie della cellula ibrida in circa 40 minuti, dimostrando la mobilità laterale delle proteine nella membrana.

• Tecnica del freeze-fracture: La membrana può essere separata in due metà, rivelando la presenza di proteine ("gibbosità") immerse nel doppio strato fosfolipidico.

Composizione Chimica

Variabile a seconda del tipo di membrana e della sua funzione (proteine, lipidi, carboidrati). La distribuzione dei fosfolipidi e glicolipidi è asimmetrica nei due monostrati; il colesterolo è distribuito quasi equamente.

Fattori che determinano la Fluidità del Doppio Strato

• Temperatura: Minore temperatura = minore fluidità.

• Lunghezza delle catene aciliche: Maggiore lunghezza = minore fluidità.

• Colesterolo: Maggiore colesterolo = minore fluidità (a temperature fisiologiche), ma stabilizza la membrana e previene un'eccessiva rigidità a basse temperature.

• Insaturazione degli acidi grassi: Maggiore insaturazione = maggiore fluidità (i doppi legami creano ripiegamenti).

• Proteine: Diminuiscono la fluidità.

Proteine di Membrana

Le proteine di membrana sono cruciali per le funzioni cellulari. Possono interagire con il citoscheletro o con le fibre della matrice extracellulare per mantenere la loro posizione.

Tipi di Proteine di Membrana

• Proteine integrali (transmembrana): Attraversano il doppio strato lipidico. Possono essere a singola -elica, a più -eliche o a foglietto -ripiegato (a barilotto).

• Proteine periferiche: Non sono immerse nel doppio strato lipidico, ma sono ancorate a proteine integrali o alla superficie della membrana.

Funzioni delle Proteine di Membrana

1. Proteine canale: Formano canali idrofili per il passaggio selettivo di soluti (es. aquaporine per l'acqua).

2. Proteine carrier (trasportatrici): Trasferiscono sostanze attraverso la membrana mediante modificazioni conformazionali (es. trasporto di glucosio tramite GLUT). Alcune carrier idrolizzano ATP per trasporto attivo (es. trasportatori ABC).

3. Recettori: Legano molecole segnale, inducendo modificazioni conformazionali che trasmettono messaggi all'interno della cellula.

4. Enzimi: Le proteine presentano siti attivi esposti all'ambiente circostante per catalizzare reazioni.

5. Glicoproteine: Agiscono da marcatori riconosciuti specificamente da proteine di membrana di altre cellule (importanti per il riconoscimento cellulare).

6. Giunzioni: Le proteine di membrana di cellule adiacenti si uniscono per formare diversi tipi di giunzioni:

   • Giunzioni serrate/occludenti (Tight Junctions): Stabiliscono uno stretto contatto tra membrane adiacenti, prevenendo la fuoriuscita di liquido extracellulare.

   • Desmosomi (Giunzioni d'ancoraggio): Funzionano come rivetti, conferendo resistenza ai tessuti e ancorando i filamenti intermedi (cheratine) al citoplasma.

   • Giunzioni comunicanti (Gap Junctions): Formano canali citoplasmatici transmembrana che collegano due cellule contigue, permettendo il transito di ioni, zuccheri, amminoacidi e piccole molecole (simili ai plasmodesmi vegetali). Essenziali per la comunicazione cellulare, es. nel muscolo cardiaco.

Trasporto attraverso la Membrana Cellulare

La membrana cellulare, nonostante sia una barriera, è caratterizzata da permeabilità selettiva, scambiando costantemente molecole con l'ambiente per importare nutrienti, eliminare prodotti di rifiuto e regolare le concentrazioni ioniche.

Modalità di Trasporto

1. Diffusione passiva:

   • Movimento di una molecola o ione da un'area ad alta concentrazione (secondo gradiente) a una a bassa concentrazione. Non richiede energia.

   • Le molecole molto piccole (es. acqua, , ) possono attraversare direttamente la membrana per diffusione semplice.

   • Le molecole idrofobe si sciolgono e attraversano facilmente il doppio strato lipidico.

   • Osmosi: Diffusione semplice dell'acqua attraverso una membrana semipermeabile. L'acqua si muove dalla soluzione con minore concentrazione di soluto (ipotonica) a quella con maggiore concentrazione (ipertonica), fino all'equilibrio (isotonica). Le cellule animali vanno incontro a lisi in soluzione ipotonica e raggrinzimento in ipertonica. Le cellule vegetali (con parete cellulare) diventano turgide in ipotonica e plasmolizzate in ipertonica. Il Paramecio usa un vacuolo contrattile per l'osmoregolazione.

2. Diffusione facilitata:

   • Movimento di molecole secondo gradiente di

concentrazione, mediato da proteine di membrana (canali o carrier), senza consumo diretto di ATP.

• Proteine canale: Formano pori che consentono il passaggio selettivo di ioni (es. canali ionici, acquaporine). Il transito è regolato (es. canali controllati da ligando, meccanicamente o da voltaggio).

• Proteine carrier: Legano il soluto e cambiano conformazione per trasportarlo attraverso la membrana (es. GLUT1 per il glucosio). Il trasporto è facilitato dal gradiente di concentrazione.

• Trasporto attivo:

  • Sposta sostanze contro il loro gradiente di concentrazione (o elettrochimico), richiedendo energia (generalmente da ATP).

  • Pompe: Proteine di trasporto che idrolizzano ATP (es. pompa : espelle 3 e importa 2 per ciclo, creando un gradiente elettrochimico). Le pompe elettrogeniche (es. pompe protoniche) contribuiscono al potenziale di membrana.

  • Cotrasporto (Trasporto accoppiato): Utilizza l'energia di un gradiente ionico esistente (mantenuto dal trasporto attivo primario) per spostare un'altra molecola contro il suo gradiente.

    • Simporto: Due soluti sono trasportati nella stessa direzione (es. cotrasportatore saccarosio/, simporto glucosio/ negli enterociti).

    • Antiporto: Due soluti sono trasportati in direzioni opposte (es. pompa ).

    • Il trasporto accoppiato è essenziale, ad esempio, per l'assorbimento di glucosio nell'epitelio intestinale, anche quando la concentrazione intracellulare è maggiore.

• Trasporto in massa (coinvolge vescicole):

  • Esocitosi: Le vescicole di trasporto si fondono con la membrana plasmatica, rilasciando il loro contenuto all'esterno della cellula.

  • Endocitosi: Le molecole penetrano nella cellula all'interno di vescicole che si originano da invaginazioni della membrana.

    • Fagocitosi: Ingestione di particelle solide (es. amebe che inglobano batteri). Le pieghe della membrana circondano la particella, formando un vacuolo che si fonde con i lisosomi.

    • Pinocitosi: Ingestione di fluidi o piccole molecole. Goccioline di fluido sono intrappolate da pieghe della membrana, formando vescicole che trasferiscono il contenuto al citosol.

    • Endocitosi mediata da recettore: Processo selettivo in cui recettori specifici sulla membrana legano le molecole da internalizzare, formando vescicole rivestite.

Elementi Chimici degli Organismi Viventi

Gli organismi viventi sono composti da una varietà di elementi chimici, classificati in base alla loro abbondanza e funzione.

1. Elementi Fondamentali (96% della materia vivente):

   • Carbonio (C)

   • Idrogeno (H)

   • Ossigeno (O)

   • Azoto (N)

   • Fosforo (P)

   • Zolfo (S)

2. Elementi Essenziali (4%, presenti in quantità ridotte): Sotto forma di ossidi, sali minerali o elettroliti.

   • Sodio (Na)

   • Magnesio (Mg)

   • Cloro (Cl)

   • Potassio (K)

   • Calcio (Ca)

3. Elementi in Traccia (0.01%, necessari per reazioni biochimiche):

   • Ferro (Fe)

   • Manganese (Mn)

   • Rame (Cu)

   • Zinco (Zn)

   • Molibdeno (Mo)

   • Silicio (Si)

Ruolo dei Sali Minerali

I minerali sono cruciali per la fisiologia degli organismi:

• Componenti di enzimi.

• Formazione di ossa e sangue.

• Funzionamento cellulare (regolano pressione osmotica, idratazione delle proteine, attivazione enzimatica).

• Mantenimento del pH dei fluidi biologici.

• Sintesi di ormoni, vitamine ed enzimi.

• Materiale costruttivo per tessuti.

Classificazione dei Minerali Essenziali

• Macroelementi (fabbisogno > 100 mg/die): Calcio, Fosforo, Potassio, Sodio, Cloro, Magnesio, Zolfo.

• Oligoelementi o Microelementi (fabbisogno < 100 mg/die): Boro, Cromo, Rame, Iodio, Ferro, Manganese, Molibdeno, Selenio, Silicio, Vanadio, Zinco.

Acqua ()

È la molecola più abbondante negli organismi viventi, costituendo il 70-95% del peso corporeo.

Struttura e Propri

età

• Molecola polare: formata da due atomi di idrogeno e uno di ossigeno uniti da legami covalenti polari. L'ossigeno ha una parziale carica negativa (), l'idrogeno una parziale positiva ().

• Legami idrogeno: La polarità permette la formazione di legami a idrogeno tra molecole d'acqua, fondamentali per le sue proprietà.

Proprietà Unique dell'Acqua

• Capillarità (coesione e adesione):

  • Coesione: I legami idrogeno mantengono unite le molecole d'acqua, permettendo la formazione di una colonna liquida all'interno dei vasi (es. xilema delle piante).

  • Adesione: Le molecole d'acqua aderiscono alle pareti dei vasi, contrastando la forza di gravità.

• Densità anomala: Il ghiaccio galleggia sull'acqua (densità minore), isolando l'acqua sottostante dal congelamento. Nel ghiaccio i legami a idrogeno sono stabili, nell'acqua liquida si formano e si rompono continuamente.

• Elevato calore specifico: L'acqua assorbe o rilascia grandi quantità di calore con piccole variazioni di temperatura, stabilizzando le temperature ambientali e corporee.

• Elevato calore di evaporazione: L'evaporazione dell'acqua sottrae calore agli organismi, contribuendo al raffreddamento (es. sudorazione, traspirazione delle piante).

• Solvente universale: La sua polarità la rende un ottimo solvente per sostanze ioniche o polari (idrofiliche), permettendo la maggior parte delle reazioni biochimiche. Le sostanze apolari sono idrofobiche.

Autoprotolisi dell'Acqua e pH

L'acqua può dissociarsi in ioni ossidrile () e idronio (), o più semplicemente, ossidrile () e protone (). </p><ul class="tight" data-tight="true"><li><p style="text-align: left;">Nell'acqua pura, <span data-latex="[H^+] = [OH^-] = 10^{-7} M" data-type="inline-math"></span> (soluzione neutra).</p></li><li><p style="text-align: left;"><strong>Acido</strong>: Sostanza che cede ioni idronio in acqua (dona <span data-latex="H^+" data-type="inline-math"></span>), <span data-latex="[H^+] > [OH^-]" data-type="inline-math"></span>, <span data-latex="[H^+] > 10^{-7} M" data-type="inline-math"></span>.</p></li><li><p style="text-align: left;"><strong>Base</strong>: Sostanza che cede ioni ossidrile in acqua (accetta <span data-latex="H^+" data-type="inline-math"></span>), <span data-latex="[H^+] < [OH^-]" data-type="inline-math"></span>, <span data-latex="[H^+] < 10^{-7} M" data-type="inline-math"></span>.</p></li></ul><p style="text-align: left;">Scala del pH</p><p style="text-align: left;">Il pH è una misura dell'acidità o basicità di una soluzione: <span data-latex="pH = -\log [H_3O^+]" data-type="inline-math"></span> o <span data-latex="pH = -\log [H^+]" data-type="inline-math"></span>.</p><ul class="tight" data-tight="true"><li><p style="text-align: left;">pH = 7: Neutro.</p></li><li><p style="text-align: left;">pH &lt; 7: Acido.</p></li><li><p style="text-align: left;">pH &gt; 7: Basico.</p></li></ul><p style="text-align: left;">Valori di pH estremi sono incompatibili con la vita. I <strong>sistemi tampone</strong> nei fluidi biologici (es. sangue) rallentano le variazioni di pH.</p><h2 style="text-align: left;">Macromolecole Organiche</h2><p style="text-align: left;">Sono i mattoni che costituiscono le strutture degli organismi viventi. Contengono atomi di carbonio legati tra loro o ad altri atomi tramite legami covalenti, formando lunghe catene (scheletro carbonioso). Le diverse classi sono caratterizzate da specifici gruppi funzionali.</p><h3 style="text-align: left;">Classi di Macromolecole Organiche</h3><ol class="tight" data-tight="true"><li><p style="text-align: left;"><strong>Carboidrati (zuccheri)</strong></p></li><li><p style="text-align: left;"><strong>Lipidi</strong></p></li><li><p style="text-align: left;"><strong>Proteine</strong></p></li><li><p style="text-align: left;"><strong>Acidi nucleici</strong></p></li></ol><h3 style="text-align: left;">Gruppi Funzionali Principali</h3><table style="min-width: 100px;"><colgroup><col style="min-width: 25px;"><col style="min-width: 25px;"><col style="min-width: 25px;"><col style="min-width: 25px;"></colgroup><tbody><tr><th colspan="1" rowspan="1"><p style="text-align: left;">Gruppo funzionale</p></th><th colspan="1" rowspan="1"><p style="text-align: left;">Formula generale</p></th><th colspan="1" rowspan="1"><p style="text-align: left;">Classe di composti</p></th><th colspan="1" rowspan="1"><p style="text-align: left;">Molecole in cui si trovano</p></th></tr><tr><td colspan="1" rowspan="1"><p style="text-align: left;">Ossidrilico</p></td><td colspan="1" rowspan="1"><p style="text-align: left;">-O-H</p></td><td colspan="1" rowspan="1"><p style="text-align: left;">Alcoli</p></td><td colspan="1" rowspan="1"><p style="text-align: left;">Zuccheri, vitamine idrosolubili</p></td></tr><tr><td colspan="1" rowspan="2"><p style="text-align: left;">Carbonilico</p></td><td colspan="1" rowspan="1"><p style="text-align: left;">-C(=O)H</p></td><td colspan="1" rowspan="1"><p style="text-align: left;">Aldeidi</p></td><td colspan="1" rowspan="1"><p style="text-align: left;">Alcuni zuccheri, formaldeide</p></td></tr><tr><td colspan="1" rowspan="1"><p style="text-align: left;">-C(=O)-</p></td><td colspan="1" rowspan="1"><p style="text-align: left;">Chetoni</p></td><td colspan="1" rowspan="1"><p style="text-align: left;">Alcuni zuccheri, corpi chetonici</p></td></tr><tr><td colspan="1" rowspan="1"><p style="text-align: left;">Carbossilico</p></td><td colspan="1" rowspan="1"><p style="text-align: left;">-C(=O)OH</p></td><td colspan="1" rowspan="1"><p style="text-align: left;">Acidi carbossilici</p></td><td colspan="1" rowspan="1"><p style="text-align: left;">Amminoacidi, proteine, vitamine, acidi grassi</p></td></tr><tr><td colspan="1" rowspan="1"><p style="text-align: left;">Amminico</p></td><td colspan="1" rowspan="1"><p style="text-align: left;">-NH2</p></td><td colspan="1" rowspan="1"><p style="text-align: left;">Ammine</p></td><td colspan="1" rowspan="1"><p style="text-align: left;">Amminoacidi, proteine, urea</p></td></tr></tbody></table><h3 style="text-align: left;">Polimeri e Monomeri</h3><p style="text-align: left;">Le macromolecole sono generalmente <strong>polimeri</strong>, formati dall'unione di molecole più piccole simili o identiche, chiamate <strong>monomeri</strong>, unite da legami covalenti.</p><h2 style="text-align: left;">Carboidrati</h2><p style="text-align: left;">Composti chimici ternari (Carbonio, Idrogeno, Ossigeno) con formula minima <span data-latex="CH_2O" data-type="inline-math"></span>. Sono abbondanti in natura e</p><p style="text-align: left;">hanno un sapore dolce.</p><h3 style="text-align: left;">Funzioni dei Carboidrati</h3><ul class="tight" data-tight="true"><li><p style="text-align: left;"><strong>Strutturale</strong>: Costituiscono strutture essenziali (es. cellulosa nelle pareti vegetali).</p></li><li><p style="text-align: left;"><strong>Energetica</strong>: Forniscono energia (es. amido, glicogeno).</p></li><li><p style="text-align: left;"><strong>Protezione</strong>: Costituiscono l'esoscheletro degli invertebrati (es. chitina).</p></li></ul><h3 style="text-align: left;">Fonti</h3><ul class="tight" data-tight="true"><li><p style="text-align: left;"><strong>Organismi autotrofi</strong> (es. piante): Sintetizzano glucosio tramite fotosintesi.</p></li><li><p style="text-align: left;"><strong>Organismi eterotrofi</strong> (es. animali): Assumono zuccheri tramite l'alimentazione.</p></li><li><p style="text-align: left;">Esempi nell'alimentazione umana:</p><ul class="tight" data-tight="true"><li><p style="text-align: left;">Frutta e miele <span data-latex="\rightarrow" data-type="inline-math"></span> fruttosio, glucosio.</p></li><li><p style="text-align: left;">Barbabietola da zucchero, canna da zucchero <span data-latex="\rightarrow" data-type="inline-math"></span> saccarosio.</p></li><li><p style="text-align: left;">Latte e latticini <span data-latex="\rightarrow" data-type="inline-math"></span> lattosio.</p></li><li><p style="text-align: left;">Cereali, tuberi, legumi <span data-latex="\rightarrow" data-type="inline-math"></span> amido.</p></li><li><p style="text-align: left;">Carne e pesce <span data-latex="\rightarrow" data-type="inline-math"></span> glicogeno.</p></li></ul></li></ul><h3 style="text-align: left;">Classificazione dei Carboidrati</h3><ol class="tight" data-tight="true"><li><p style="text-align: left;"><strong>Monosaccaridi</strong>: I monomeri, principale fonte di energia. Forme lineari e ad anello.</p><ul class="tight" data-tight="true"><li><p style="text-align: left;">Pentosi (5 atomi di C):</p><ul class="tight" data-tight="true"><li><p style="text-align: left;"><strong>Ribosio</strong>: Componente dell'RNA.</p></li><li><p style="text-align: left;"><strong>Desossiribosio</strong>: Componente del DNA.</p></li></ul></li><li><p style="text-align: left;">Esosi (6 atomi di C):</p><ul class="tight" data-tight="true"><li><p style="text-align: left;"><strong>Glucosio</strong>: Principale fonte di energia.</p></li><li><p style="text-align: left;"><strong>Fruttosio</strong>: Nella frutta.</p></li><li><p style="text-align: left;"><strong>Galattosio</strong>: Nel latte.</p></li></ul></li></ul></li><li><p style="text-align: left;"><strong>Disaccaridi</strong>: Formati da due monosaccaridi uniti da un <strong>legame glicosidico</strong> (reazione di condensazione). Funzione di trasporto.</p><ul class="tight" data-tight="true"><li><p style="text-align: left;"><strong>Saccarosio</strong> (Glucosio-Fruttosio): Nella linfa elaborata delle piante.</p></li><li><p style="text-align: left;"><strong>Lattosio</strong> (Glucosio-Galattosio): Nel latte.</p></li><li><p style="text-align: left;"><strong>Trealosio</strong> (Glucosio-Glucosio): Nell'emolinfa degli insetti.</p></li><li><p style="text-align: left;"><strong>Maltosio</strong> (Glucosio-Glucosio): Deriva dalla digestione dell'amido.</p></li></ul></li><li><p style="text-align: left;"><strong>Polisaccaridi</strong>: Lunghe catene di monosaccaridi legati con legami glicosidici. Funzioni strutturali o di riserva energetica.</p><ul class="tight" data-tight="true"><li><p style="text-align: left;"><strong>Amido</strong>: Polisaccaride di riserva energetica nei vegetali (cereali, tuberi, legumi), si accumula negli amiloplasti. Composto da amilosio (<span data-latex="{\alpha(1\rightarrow4)}" data-type="inline-math"></span>) e amilopectina (<span data-latex="{\alpha(1\rightarrow6)}" data-type="inline-math"></span> ramificazioni).</p></li><li><p style="text-align: left;"><strong>Glicogeno</strong>: Polisaccaride di riserva energetica negli animali (muscoli e fegato). Altamente ramificato.</p></li><li><p style="text-align: left;"><strong>Cellulosa</strong>: Polisaccaride strutturale nelle piante, componente principale delle pareti cellulari vegetali (legami <span data-latex="{\beta(1\rightarrow4)}" data-type="inline-math"></span> glicosidici). È il composto organico più abbondante sulla Terra. Non digeribile dall'uomo (mancanza dell'enzima <span data-latex="{\beta}" data-type="inline-math"></span>-glicosidasi), ma importante per il transito intestinale. Digeribile dai ruminanti grazie a microrganismi simbionti.</p></li><li><p style="text-align: left;"><strong>Chitina</strong>: Polisaccaride strutturale, costituisce l'esoscheletro degli artropodi e le pareti cellulari dei funghi. Polimero di N-acetilglucosammina. Resistente e flessibile (usato anche in fili chirurgici).</p></li></ul></li></ol><h3 style="text-align: left;">Derivati dei Monosaccaridi</h3><ul class="tight" data-tight="true"><li><p style="text-align: left;"><strong>Zuccheri fosfato</strong> (es. Fruttosio 1,6-difosfato): Partecipano alle reazioni metaboliche che liberano energia dal glucosio.</p></li><li><p style="text-align: left;"><strong>Aminozuccheri</strong> (es. Glucosammina, Galattosammina): Monosaccaridi con un gruppo amminico al posto di un ossidrilico.</p></li></ul><h2 style="text-align: left;">Lipidi</h2><p style="text-align: left;">Gruppo eterogeneo di sostanze organiche, comunemente chiamati grassi. Sono insolubili in acqua (idrofobi) ma solubili in solventi organici apolari.</p><h3 style="text-align: left;">Funzioni dei Lipidi</h3><ul class="tight" data-tight="true"><li><p style="text-align: left;"><strong>Riserva energetica</strong>: Molecole ad alto contenuto energetico (doppia energia rispetto ai carboidrati a parità di peso), si accumulano nel tessuto adiposo.</p></li><li><p style="text-align: left;"><strong>Protezione meccanica</strong>: Per alcuni organi (cuore, fegato, reni).</p></li><li><p style="text-align: left;"><strong>Isolante termico</strong>: (Es. grasso animale sottocutaneo).</p></li><li><p style="text-align: left;"><strong>Impermeabilizzante</strong>: (Es. cere sulle penne degli uccelli).</p></li><li><p style="text-align: left;"><strong>Strutturale</strong>: Componenti essenziali delle membrane cellulari (fosfolipidi).</p></li><li><p style="text-align: left;"><strong>Precursori</strong>: Di importanti molecole biologiche (ormoni, vitamine).</p></li></ul><h3 style="text-align: left;">Classificazione dei Lipidi</h3><ol class="tight" data-tight="true"><li><p style="text-align: left;"><strong>Gliceridi (Trigliceridi)</strong>:</p><ul class="tight" data-tight="true"><li><p style="text-align: left;">Formati da una molecola di <strong>glicerolo</strong> e tre molecole di <strong>acidi grassi</strong>.</p></li><li><p style="text-align: left;">Gli acidi grassi sono acid</p></li></ul></li></ol><p style="text-align: left;"></p><p style="text-align: left;">i carbossilici con lunghe catene idrocarburiche.</p><ul class="tight" data-tight="true"><li><p style="text-align: left;"><strong>Acidi grassi saturi</strong>: Non contengono doppi legami, catene dritte, solidi a temperatura ambiente (es. burro, grasso animale).</p></li><li><p style="text-align: left;"><strong>Acidi grassi insaturi</strong>: Contengono doppi legami, catene ripiegate, liquidi a temperatura ambiente (es. olio d'oliva, oli di semi). Dati ricchi di insaturi riducono il rischio di aterosclerosi.</p></li><li><p style="text-align: left;">Si accumulano nei semi (vegetali) o nel tessuto adiposo (animali).</p></li><li><p style="text-align: left;"><strong>Cere</strong>:</p><ul class="tight" data-tight="true"><li><p style="text-align: left;">Simili ai grassi, insolubili in acqua.</p></li><li><p style="text-align: left;">Rivestimento protettivo e impermeabilizzante (es. penne di uccelli, cuticola delle foglie, pareti alveari).</p></li></ul></li><li><p style="text-align: left;"><strong>Fosfolipidi</strong>:</p><ul class="tight" data-tight="true"><li><p style="text-align: left;">Formati da una molecola di glicerolo, due acidi grassi e un <strong>gruppo fosfato</strong> (spesso legato a un altro gruppo polare).</p></li><li><p style="text-align: left;">Hanno una "testa" polare (idrofila) e due "code" idrofobiche.</p></li><li><p style="text-align: left;">Sono i componenti fondamentali delle <strong>membrane biologiche</strong>, formando un doppio strato lipidico con le teste idrofile rivolte verso l'esterno e l'interno della cellula, e le code idrofobiche verso l'interno del doppio strato.</p></li></ul></li><li><p style="text-align: left;"><strong>Steroidi</strong>:</p><ul class="tight" data-tight="true"><li><p style="text-align: left;">Derivati del <strong>colesterolo</strong>, caratterizzati da molecole con 4 anelli carboniosi.</p></li><li><p style="text-align: left;">Molti steroidi sono <strong>ormoni</strong> (molecole segnale).</p></li><li><p style="text-align: left;"><strong>Colesterolo</strong>: Componente importante delle membrane cellulari animali.</p><ul class="tight" data-tight="true"><li><p style="text-align: left;">Precursore della vitamina D e degli acidi biliari.</p></li><li><p style="text-align: left;">Costituisce gli ormoni sessuali (testosterone, estradiolo) e altri ormoni steroidei (cortisone).</p></li><li><p style="text-align: left;">Può essere sintetizzato (endogeno) o assunto con l'alimentazione (esogeno).</p></li><li><p style="text-align: left;">Eccessi nel sangue possono causare aterosclerosi; nel fegato, calcoli biliari.</p></li></ul></li></ul></li></ul><h2 style="text-align: left;">Proteine</h2><p style="text-align: left;">Sono le macromolecole biologiche più abbondanti (oltre 50% della materia vivente). Sono responsabili di quasi tutti i processi vitali.</p><h3 style="text-align: left;">Caratteristiche</h3><ul class="tight" data-tight="true"><li><p style="text-align: left;">Formate da una o più <strong>catene polipeptidiche</strong>.</p></li><li><p style="text-align: left;">Ogni catena polipeptidica è una sequenza di <strong>amminoacidi</strong>, uniti da <strong>legami peptidici</strong>.</p></li><li><p style="text-align: left;">Gli amminoacidi sono piccole molecole organiche con un gruppo amminico (<span data-latex="NH_2" data-type="inline-math"></span>) e un gruppo carbossilico (<span data-latex="COOH" data-type="inline-math"></span>).</p></li></ul><h3 style="text-align: left;">Funzioni delle Proteine</h3><ul class="tight" data-tight="true"><li><p style="text-align: left;"><strong>Catalisi</strong>: Enzimi (facilitano reazioni metaboliche, es. digestione).</p></li><li><p style="text-align: left;"><strong>Strutturale</strong>: Tubulina, actina (citoscheletro), cheratina (capelli), collagene (pelle, tendini), proteine della seta (ragnatela).</p></li><li><p style="text-align: left;"><strong>Movimento</strong>: Actina, miosina (contrazione muscolare).</p></li><li><p style="text-align: left;"><strong>Deposito e riserva</strong>: Ovalbumina (nell'uovo).</p></li><li><p style="text-align: left;"><strong>Recettoriale</strong>: Ricevono segnali dalle cellule.</p></li><li><p style="text-align: left;"><strong>Trasporto</strong>: Emoglobina (trasporta <span data-latex="O_2" data-type="inline-math"></span>), albumina (nutrienti).</p></li><li><p style="text-align: left;"><strong>Segnale di comunicazione</strong>: Ormoni, fattori di crescita.</p></li><li><p style="text-align: left;"><strong>Difesa immunitaria</strong>: Anticorpi (immunoglobuline).</p></li></ul><h3 style="text-align: left;">Amminoacidi</h3><ul class="tight" data-tight="true"><li><p style="text-align: left;">Sono le unità monomeriche delle proteine.</p></li><li><p style="text-align: left;">Tutti gli amminoacidi proteici (eccetto la glicina) sono <strong>centri di chiralità</strong> (carbonio <span data-latex="\alpha" data-type="inline-math"></span>).</p></li><li><p style="text-align: left;">Gli amminoacidi naturali hanno configurazione L.</p></li><li><p style="text-align: left;">Differiscono per la catena laterale R, che conferisce diverse proprietà (idrofile, idrofobe, cariche, polari).</p></li><li><p style="text-align: left;">In acqua, gli amminoacidi diventano <strong>zwitterioni</strong> (ioni dipolari), che agiscono sia da acidi che da basi (sostanze <strong>anfotere</strong> o <strong>anfoliti</strong>).</p></li><li><p style="text-align: left;">A pH fisiologico (7.4), il gruppo carbossilico è dissociato (<span data-latex="COO^-" data-type="inline-math"></span>) e il gruppo amminico è protonato (<span data-latex="NH_3^+" data-type="inline-math"></span>).</p></li><li><p style="text-align: left;"><strong>Punto isoelettrico (pI)</strong>: Valore di pH al quale un amminoacido ha carica netta zero.</p></li><li><p style="text-align: left;"><strong>Classificazione</strong>:</p><ul class="tight" data-tight="true"><li><p style="text-align: left;"><strong>Essenziali</strong>: Non sintetizzabili dall'organismo, richiedono assunzione con la dieta (Fenilalanina, Valina, Treonina, Triptofano, Isoleucina, Metionina, Leucina, Lisina; Istidina e Arginina sono essenziali solo in età giovanile).</p></li><li><p style="text-align: left;"><strong>Non essenziali</strong>: Sintetizzabili dall'organismo.</p></li></ul></li></ul><h3 style="text-align: left;">Legame Peptidico</h3><p style="text-align: left;">Legame covalente che unisce il gruppo carbossilico di un amminoacido al gruppo amminico di un altro, con la perdita di una molecola d'acqua (reazione di condensazione). L'ossigeno carbonilico e l'azoto amminico sono in posizione trans.</p><h3 style="text-align: left;">Livelli di Organizzazione delle Proteine</h3><p style="text-align: left;">Le proprietà e le attività delle proteine dipendono dalla loro struttura tridimensionale.</p><ol class="tight" data-tight="true"><li><p style="text-align: left;"><strong>Struttura Primaria</strong>:</p><ul class="tight" data-tight="true"><li><p style="text-align: left;">La specifica sequenza lineare di amminoacidi che forma una catena polipeptidica.</p></li><li><p style="text-align: left;">È stabilizzata da legami covalenti.</p></li><li><p style="text-align: left;">Determina tutte le strutture superiori e, di conseguenza, la funzione della proteina.</p></li></ul></li><li><p style="text-align: left;"><strong>Struttura Second</strong></p></li></ol><p style="text-align: left;"></p><p style="text-align: left;">aria:</p><ul class="tight" data-tight="true"><li><p style="text-align: left;">Conformazione locale della catena polipeptidica, stabilizzata da legami idrogeno tra l'ossigeno di un gruppo carbonilico e l'idrogeno di un gruppo ammidico del legame peptidico.</p></li><li><p style="text-align: left;">Due tipi principali:</p><ul class="tight" data-tight="true"><li><p style="text-align: left;"><span data-latex="\alpha" data-type="inline-math"></span><strong>-elica</strong>: La catena si avvolge a spirale. Legami idrogeno intracatena. Le catene laterali (R) si protendono verso l'esterno. Aminoacidi voluminosi o carichi possono interferire.</p></li><li><p style="text-align: left;"><strong>Foglietto </strong><span data-latex="\beta" data-type="inline-math"></span><strong>-ripiegato</strong>: Struttura ripiegata formata da 2 o più catene polipeptidiche (filamenti) quasi completamente distese. Legami idrogeno intercatena (tra filamenti diversi o regioni diverse ripiegate sulla stessa catena) e perpendicolari allo scheletro peptidico. Può essere parallelo o antiparallelo.</p></li></ul></li><li><p style="text-align: left;">Esempio: Le ghiandole del ragno secernono seta con foglietti <span data-latex="\beta" data-type="inline-math"></span> ripiegati.</p></li></ul><ul class="tight" data-tight="true"><li><p style="text-align: left;"><strong>Struttura Terziaria</strong>:</p><ul class="tight" data-tight="true"><li><p style="text-align: left;">Forma complessiva tridimensionale di una singola catena polipeptidica (fibrosa o globulare).</p></li><li><p style="text-align: left;">Determinata dall'interazione tra i gruppi R degli amminoacidi, anche distanti nella struttura primaria.</p></li><li><p style="text-align: left;">Stabilizzata da:</p><ul class="tight" data-tight="true"><li><p style="text-align: left;"><strong>Legami non covalenti</strong>: ponti idrogeno, interazioni idrofobiche, legami ionici.</p></li><li><p style="text-align: left;"><strong>Legami covalenti</strong>: ponti disolfuro (tra due cisteine).</p></li></ul></li><li><p style="text-align: left;">Indispensabile per l'attività biologica della proteina.</p></li></ul></li><li><p style="text-align: left;"><strong>Struttura Quaternaria</strong>:</p><ul class="tight" data-tight="true"><li><p style="text-align: left;">Associazione di due o più catene polipeptidiche (subunità) con struttura terziaria, formando un complesso macromolecolare unico.</p></li><li><p style="text-align: left;">Stabilizzata da legami deboli.</p></li><li><p style="text-align: left;">Esempio: Emoglobina (formata da quattro subunità polipeptidiche). Un difetto nella sua struttura (es. anemia falciforme) può alterare la funzione.</p></li></ul></li></ul><h3 style="text-align: left;">Denaturazione delle Proteine</h3><p style="text-align: left;">Il riscaldamento o le variazioni di pH possono causare la perdita della forma tridimensionale di una proteina (<strong>denaturazione</strong>) e di conseguenza la perdita della sua funzione.</p><h3 style="text-align: left;">Patologie Associate al Misfolding Proteico</h3><p style="text-align: left;">Alcune malattie (Alzheimer, Parkinson, encefalopatie spongiformi, diabete di tipo II) sono correlate a proteine che non raggiungono la loro struttura funzionale e formano aggregati (fibrille o forme amiloidi). Mutazioni possono causare proteine non funzionanti (es. fibrosi cistica con difetto nel canale del cloro).</p><h3 style="text-align: left;">Classificazione Morfologica delle Proteine</h3><ul class="tight" data-tight="true"><li><p style="text-align: left;"><strong>Proteine Fibrose</strong>:</p><ul class="tight" data-tight="true"><li><p style="text-align: left;">Strutture lineari semplici e regolari.</p></li><li><p style="text-align: left;">Insolubili in acqua o soluzioni saline diluite (alta concentrazione di amminoacidi idrofobici).</p></li><li><p style="text-align: left;">Spesso presentano un unico tipo di struttura secondaria.</p></li><li><p style="text-align: left;">Si associano in complessi sopramolecolari per nascondere le superfici idrofobiche al solvente.</p></li><li><p style="text-align: left;">Adatte a ruoli strutturali (es. <span data-latex="\alpha" data-type="inline-math"></span>-cheratina, collagene, sete).</p></li><li><p style="text-align: left;">Sono di origine animale.</p></li></ul></li><li><p style="text-align: left;"><strong>Proteine Globulari</strong>:</p><ul class="tight" data-tight="true"><li><p style="text-align: left;">Forma approssimativamente sferica o globulare.</p></li><li><p style="text-align: left;">Molto solubili in acqua.</p></li><li><p style="text-align: left;">Contengono più tipi di struttura secondaria.</p></li><li><p style="text-align: left;">Includono enzimi, proteine di trasporto (albumina, emoglobina, mioglobina), proteine regolative, immunoglobuline.</p></li><li><p style="text-align: left;">Hanno amminoacidi con catene polari e cariche.</p></li><li><p style="text-align: left;">Le interazioni sono dovute a ponti disolfuro, polarità dei gruppi R e capacità di formare legami a idrogeno.</p></li></ul></li></ul><h2 style="text-align: left;">Acidi Nucleici (DNA e RNA)</h2><p style="text-align: left;">Sono lunghi polimeri lineari che contengono, trasportano e decifrano l'informazione genetica. Permettono la trasmissione dei caratteri ereditari tra generazioni.</p><h3 style="text-align: left;">Ruolo Centrale del DNA</h3><p style="text-align: left;">Il DNA impartisce le direttive per la propria replicazione, dirige la sintesi dell'RNA e controlla la biosintesi delle proteine (<strong>Dogma Centrale della Biologia Molecolare</strong>: DNA <span data-latex="\rightarrow" data-type="inline-math"></span> RNA <span data-latex="\rightarrow" data-type="inline-math"></span> Proteine). Ogni cromosoma contiene una molecola di DNA con centinaia di geni.</p><h3 style="text-align: left;">Costituzione</h3><p style="text-align: left;">Gli acidi nucleici sono costituiti da un gran numero di <strong>nucleotidi</strong>, uniti da <strong>legami fosfodiesterici</strong>.</p><p style="text-align: left;">Nucleotide Monomero</p><p style="text-align: left;">Un singolo nucleotide è composto da:</p><ul class="tight" data-tight="true"><li><p style="text-align: left;">Uno <strong>zucchero a 5 atomi di Carbonio</strong>:</p><ul class="tight" data-tight="true"><li><p style="text-align: left;"><strong>Ribosio</strong> (nell'RNA, con gruppo -OH in posizione 2').</p></li><li><p style="text-align: left;"><strong>2-Desossiribosio</strong> (nel DNA, senza -OH in posizione 2').</p></li></ul></li><li><p style="text-align: left;">Un <strong>gruppo fosforico</strong>.</p></li><li><p style="text-align: left;">Una <strong>base azotata</strong> (legata allo zucchero tramite un legame N-glicosidico):</p><ul class="tight" data-tight="true"><li><p style="text-align: left;"><strong>Purine</strong> (anello doppio): Adenina (A), Guanina (G).</p></li><li><p style="text-align: left;"><strong>Pirimidine</strong> (anello singolo): Citosina (C), Uracile (U, solo RNA), Timina (T, solo DNA).</p></li></ul></li></ul><h3 style="text-align: left;">DNA (Acido Desossiribonucleico)</h3><ul class="tight" data-tight="true"><li><p style="text-align: left;">La molecola</p></li></ul><p style="text-align: left;"></p><p style="text-align: left;">di DNA ha la forma di una <strong>doppia elica</strong>.</p><ul class="tight" data-tight="true"><li><p style="text-align: left;">Le 2 catene polinucleotidiche sono <strong>complementari</strong> e <strong>antiparallele</strong> (una 5' <span data-latex="\rightarrow" data-type="inline-math"></span> 3', l'altra 3' <span data-latex="\rightarrow" data-type="inline-math"></span> 5').</p></li><li><p style="text-align: left;">L'<strong>appaiamento delle basi</strong> segue regole specifiche (regola di Chargaff): A si appaia con T (2 legami H), C si appaia con G (3 legami H).</p></li><li><p style="text-align: left;">Lo <strong>scheletro idrofilo zucchero-fosfato</strong> si trova all'esterno; le basi azotate idrofobe sono disposte all'interno.</p></li><li><p style="text-align: left;">La struttura elicoidale si ripete ogni 3.4 nm (34 Å), corrispondenti a 10 basi per giro.</p></li><li><p style="text-align: left;">Il DNA è la molecola centrale della vita su cui si basa l'ereditarietà. Durante la replicazione, ogni filamento funge da stampo per un nuovo filamento, formando due copie identiche.</p></li></ul><h3 style="text-align: left;">RNA (Acido Ribonucleico)</h3><ul class="tight" data-tight="true"><li><p style="text-align: left;">È un lungo polimero lineare di ribonucleotidi, uniti da legami fosfodiestere.</p></li><li><p style="text-align: left;">Le unità di zucchero sono costituite da <strong>ribosio</strong>.</p></li><li><p style="text-align: left;">Una delle basi pirimidiniche è l'<strong>Uracile (U)</strong> al posto della Timina (T).</p></li><li><p style="text-align: left;">È generalmente a <strong>singolo filamento</strong>.</p></li></ul><p style="text-align: left;">Tipi di RNA</p><ul class="tight" data-tight="true"><li><p style="text-align: left;"><strong>mRNA</strong> (RNA messaggero): Trasporta l'informazione genetica dal DNA ai ribosomi. Si trova nel citoplasma e nei mitocondri.</p></li><li><p style="text-align: left;"><strong>tRNA</strong> (RNA transfer): Trasporta gli amminoacidi ai ribosomi durante la sintesi proteica. Si trova nel citoplasma e nei mitocondri.</p></li><li><p style="text-align: left;"><strong>rRNA</strong> (RNA ribosomiale): Componente strutturale e catalitico dei ribosomi. Si trova nel citoplasma e nei mitocondri.</p></li><li><p style="text-align: left;"><strong>hnRNA</strong> (RNA nucleare eterogeneo): Precursore di mRNA e altri RNA nel nucleo.</p></li><li><p style="text-align: left;"><strong>snRNA</strong> (RNA nucleare piccolo): Regolatore della cromatina.</p></li></ul><h3 style="text-align: left;">Nucleotidi come Molecole Energetiche e di Segnalazione</h3><p style="text-align: left;">Oltre al loro ruolo negli acidi nucleici, i nucleotidi svolgono altre funzioni:</p><ul class="tight" data-tight="true"><li><p style="text-align: left;"><strong>ATP</strong> (Adenosina Trifosfato): Principale molecola energetica della cellula.</p></li><li><p style="text-align: left;"><strong>GTP</strong> (Guanosina Trifosfato): Molecola energetica e segnale cellulare.</p></li><li><p style="text-align: left;"><strong>cGMP</strong> (Guanosina Monofosfato ciclico): Segnale cellulare.</p></li><li><p style="text-align: left;"><strong>NADH, </strong><span data-latex="NAD^+" data-type="inline-math"></span>: Coinvolti nelle reazioni di ossidoriduzione biologiche.</p></li></ul><h2 style="text-align: left;">Organismi Cellulari</h2><p style="text-align: left;">La cellula è l'unità fondamentale di tutti gli organismi, la più piccola porzione di materia vivente dotata di tutte le caratteristiche della vita.</p><h3 style="text-align: left;">Storia</h3><ul class="tight" data-tight="true"><li><p style="text-align: left;"><strong>Robert Hooke (1665)</strong>: Osservò per la prima volta delle "celle" nel sughero.</p></li></ul><h3 style="text-align: left;">Dimensioni</h3><p style="text-align: left;">Variabili: da 1 µm (batteri) fino a 100 µm (cellule eucariotiche).</p><h3 style="text-align: left;">Organizzazione negli Organismi Pluricellulari</h3><p style="text-align: left;">Cellula <span data-latex="\rightarrow" data-type="inline-math"></span> Tessuto <span data-latex="\rightarrow" data-type="inline-math"></span> Organo <span data-latex="\rightarrow" data-type="inline-math"></span> Apparato <span data-latex="\rightarrow" data-type="inline-math"></span> Organismo.</p><h3 style="text-align: left;">Classificazione in Base alla Struttura Cellulare</h3><ul class="tight" data-tight="true"><li><p style="text-align: left;"><strong>Virus</strong>: Organizzazione di tipo molecolare, non cellulare.</p></li><li><p style="text-align: left;"><strong>Organismi cellulari</strong>:</p><ul class="tight" data-tight="true"><li><p style="text-align: left;"><strong>Unicellulari</strong>: Composti da una singola cellula.</p></li><li><p style="text-align: left;"><strong>Pluricellulari</strong>: Composti da più cellule.</p></li></ul></li></ul><h3 style="text-align: left;">Classificazione Filogenetica</h3><ul class="tight" data-tight="true"><li><p style="text-align: left;"><strong>Procarioti</strong>: Organismi unicellulari (alcuni coloniali), i più antichi (3.5 miliardi di anni fa).</p></li><li><p style="text-align: left;"><strong>Eucarioti</strong>: Organismi uni- e pluricellulari (1.5 miliardi di anni fa).</p></li></ul><h3 style="text-align: left;">Classificazione in Base alle Fonti di Carbonio e <span data-latex="O_2" data-type="inline-math"></span></h3><p style="text-align: left;">Autotrofi</p><p style="text-align: left;">Organismi capaci di sintetizzare le proprie molecole organiche da sostanze inorganiche (CO2, H2O, N2) utilizzando energia non derivante da fonti metaboliche.</p><ul class="tight" data-tight="true"><li><p style="text-align: left;"><strong>Fotoautotrofi</strong>: Utilizzano la luce come fonte di energia e <span data-latex="CO_2" data-type="inline-math"></span> come fonte di carbonio.</p><ul class="tight" data-tight="true"><li><p style="text-align: left;">Piante verdi (eucarioti)</p></li><li><p style="text-align: left;">Alghe (eucarioti)</p></li><li><p style="text-align: left;">Cianobatteri ossigenici (procarioti)</p></li><li><p style="text-align: left;">Reazione generale fotosintesi: <span data-latex="6CO_2 + 6H_2O + \text{energia luminosa} \rightarrow C_6H_{12}O_6 + 6O_2" data-type="inline-math"></span>.</p></li><li><p style="text-align: left;">Avviene nei cloroplasti, che trasformano sostanze a basso contenuto energetico in sostanze ad alto contenuto energetico.</p></li><li><p style="text-align: left;">Richiede clorofilla e pigmenti accessori (carotenoidi) per catturare l'energia luminosa.</p></li><li><p style="text-align: left;"><strong>Fasi della Fotosintesi</strong>:</p><ul class="tight" data-tight="true"><li><p style="text-align: left;"><strong>Reazioni alla luce</strong> (nelle membrane tilacoidali): Captazione dell'energia luminosa, decomposizione di <span data-latex="H_2O" data-type="inline-math"></span> (fonte di elettroni e protoni), trasferimento di elettroni al <span data-latex="NADP^+" data-type="inline-math"></span> per formare <span data-latex="NADPH" data-type="inline-math"></span>, e generazione di <span data-latex="ATP" data-type="inline-math"></span> (fos</p></li></ul></li></ul></li></ul><p style="text-align: left;"></p><p style="text-align: left;">forilazione). <span data-latex=" H_2O + NADP^+ + Pi + ADP \rightarrow \frac{1}{2}O_2 + NADPH + H^+ + ATP " data-type="inline-math">$</p><ul class="tight" data-tight="true"><li><p style="text-align: left;"><strong>Ciclo di Calvin</strong> (nello stroma): Utilizza <span data-latex="NADPH" data-type="inline-math"></span> e <span data-latex="ATP" data-type="inline-math"></span> per ridurre <span data-latex="CO_2" data-type="inline-math"></span> e sintetizzare zuccheri.</p><ol class="tight" data-tight="true"><li><p style="text-align: left;">Fissazione di <span data-latex="CO_2" data-type="inline-math"></span>.</p></li><li><p style="text-align: left;">Riduzione del carbonio in carboidrati (con elettroni da <span data-latex="NADPH" data-type="inline-math"></span>).</p></li><li><p style="text-align: left;">Utilizzo di energia chimica (<span data-latex="ATP" data-type="inline-math"></span>).</p></li></ol><p style="text-align: left;"><span data-latex="$ CO_2 + 2NADPH + 2H^+ + 3ATP \rightarrow (CH_2O) + 2NAD^+ + 3ADP + 3Pi " data-type="inline-math">$

EterotrofiOrganismi che non sono in grado di sintetizzare il proprio nutrimento autonomamente e devono assumere composti organici pre-sintetizzati da altri organismi.

• Animali, protozoi, funghi e quasi tutti i batteri.

• Le cellule animali utilizzano zuccheri, grassi e amminoacidi, ossidandoli a e nei mitocondri per produrre energia (ATP).

Fotoeterotrofi

Procarioti che usano energia luminosa per sintetizzare composti organici da altri organismi, ma non usano come fonte di carbonio.

• Alcuni cianobatteri ossigenici, batteri anossigenici non sulfurei verdi e purpurei.

Chemoeterotrofi

Procarioti ed eucarioti che usano energia da composti organici provenienti da altri organismi per reazioni di ossidoriduzione.

• Protozoi, funghi, animali, batteri.

Cellule Procariote

Sono organismi unicellulari, le forme di vita più antiche, principalmente batteri. Possono essere autotrofi o eterotrofi.

Caratteristiche

• Dimensioni ridotte (da 1 a 10 µm).

• Non presentano organuli circondati da membrana.

• Citoplasma: Liquido gelatinoso contenente i costituenti chimici cellulari, ribosomi e granuli di riserva.

• Citoscheletro: Proteine formano uno Z-ring per la divisione cellulare.

• Nucleoide: Materiale genetico (un singolo cromosoma circolare di DNA associato a poliammine ed enzimi) fluttuante nel citoplasma, senza membrana nucleare.

• Plasmidi: Piccole molecole di DNA circolare a doppio filamento, citoplasmatiche e auto-replicanti. Non essenziali per la vita del batterio, ma possono conferire vantaggi (es. resistenza agli antibiotici). Utilizzati nelle tecniche di DNA ricombinante (clonazione).

• Membrana cellulare: Si trova tra la parete e il citoplasma, simile a quella eucariotica, con doppio strato lipidico e proteine (enzimi, recettori, trasportatori). Funzioni di permeabilità selettiva, legata alla divisione cellulare, sede degli enzimi della respirazione cellulare.

• Parete cellulare: Struttura rigida che protegge dalle variazioni osmotiche, filtra macromolecole e coopera nella riproduzione. Composta da peptidoglicano (polimero di amminozuccheri e amminoacidi). Contiene porine per regolazione dell'ingresso delle sostanze e complessi di trasporto.

• Capsula: Protezione che circonda la parete cellulare (presente solo in alcuni ceppi batterici). Costituita da polimeri polisaccaridici, aumenta la patogenicità ostacolando la fagocitosi.

• Flagelli: Strutture elicoidali cave di flagellina, permettono il movimento con un motore "a protoni" che sfrutta il gradiente di concentrazione protonico.

• Pili: Filamenti proteici cavi, per il contatto tra batteri (coniugazione) e adesione alle cellule ospite.

Archei

Comprendono organismi che vivono in condizioni estreme (termofili, metanogeni, alofili).

Riproduzione

• Scissione binaria: Divisione in due cellule figlie uguali (tipica dei procarioti).

• Gemmazione: Produzione di cellule più piccole (figlie) da una cellula madre.

Morfologia

• Cocci: Sferici (

es. Diplococchi, Tetradi, Sarcine, Streptococchi, Stafilococchi).

• Bastoncelli: Bacilli (es. Diplobacilli, Streptobacilli, Coccobacilli).

• Spiralati: Spirilli, Spirochete.

Colorazione di Gram

Tecnica per classificare i batteri in base alla struttura della parete cellulare:

• Gram positivi (+): Parete ricca di peptidoglicano, trattengono il colorante violetto.

• Gram negativi (-): Parete meno ricca di peptidoglicano, trattengono il colorante rosso.

Funzioni Ecologiche e Industriali

• Fotosintesi (cianobatteri).

• Cicli biogeochimici (es. ciclo dell'azoto).

• Trasformazione dell'alcol in acido (fermentazione acida: aceto, yogurt).

• Decomposizione di molecole organiche (es. E. Coli, trattamento acque di scarico).

• Produzione di sostanze utili (es. vitamine).

• Digestione della cellulosa.

Metabolismo

Il metabolismo è l'insieme di reazioni chimiche responsabili delle trasformazioni di materia e del rilascio/immagazzinamento di energia negli organismi viventi.

Processi Metabolici Fondamentali

• Anabolismo: Sintesi di sostanze complesse a partire da molecole più semplici, con consumo di energia.

• Catabolismo: Demolizione di molecole complesse in prodotti più semplici, con liberazione di energia.

I processi anabolici e catabolici sono interconnessi; i prodotti di una via possono essere utilizzati nell'altra. Le molecole coinvolte sono dette metaboliti.

Classificazione dei Metaboliti Vegetali

• Metaboliti Primari: Sostanze sempre prodotte dall'attività metabolica (es. carboidrati, proteine, lipidi, acidi nucleici). Essenziali per la crescita e la sopravvivenza.

• Metaboliti Intermedi: Derivanti da carboidrati e aminoacidi, si trasformano in metaboliti speciali.

• Metaboliti Secondari (o Speciali): Prodotti tramite vie enzimatiche a partire da metaboliti intermedi. Caratteristici della specie/genere, non necessari per lo sviluppo della cellula ma concorrono a quello dell'organismo. Spesso svolgono funzioni di interazione con l'ambiente.

Esempi di Metaboliti Speciali (Vegetali)

1. Composti Fenolici (Glicosidi):

   • Derivano dall'unione di una sostanza organica (aglicone o genina) con un'unità saccaridica (glicone).

   • I glucosidi contengono glucosio come zucchero.

   • L'aglicone è responsabile dell'azione farmacologica; la parte zuccherina influenza intensità, solubilità e tossicità.

   • Flavonoidi: Composti con sistema triciclico, sintetizzati per condensazione di acido malonico e cumarilico.

     • Si accumulano nel vacuolo (come glucosidi) e nei plastidi, responsabili dei colori di foglie e frutti.

     • Proprietà farmacologiche: antiallergiche, antinfiammatorie, antiossidanti, antiaggreganti piastrinici, antiulcera.

     • Tipi: Flavonoli (catechina, quercetina, rutina), Antocianidine (cianidina), Calconi, Flavoni (apigenina), Isoflavoni (genisteina, daidzeina), Flavanoni (naringenina).

   • Antociani: Aglicone (antocianidina). Responsabili del colore di fiori, foglie e altre parti, disciolti nel succo vacuolare. Proprietà farmacologiche: modificazione muscolatura liscia, vasodilatatori, diuretici, antiossidanti.

   • Tannini: Reagiscono con le proteine (azione astringente). Abbondanti nei frutti immaturi, localizzati nei vacuoli e pareti cellulari. Funzione difensiva contro microrganismi. Proprietà farmacologiche: antiossidante, favoriscono la circolazione.

2. Composti Terpenoidi e Steroidi:

   • Terpenoidi: Derivano dall'unione di unità isopreniche a 5 atomi di C. Hanno attività insetticide, fungicide, erbicidi.

   • Oli essenziali o volatili: Mentolo (menta piperita), eucaliptolo (eucalipto), canfora (laurus camphora).

3. Composti Azotati (Alcaloidi):

   • Presenti in molte dicotiledoni.

   • Esempi: Atropina, nicotina, scopolamina (Solanacee); cocaina (Eritroxilacee); chinina, cinconina, caffeina (Rubiacee); morfina, papaverina (Papaveracee); fisostigmina (Leguminose); colchicina (Liliacee); stricnina (Strychnos).

Altri Metaboliti Primari e Secondari con Applicazioni Farmaceutiche

• Polisaccaridi (es. gomme): Aumentano la massa fecale (lassativi), protettivi sulla cute, lenitivi, emulsionanti.

• Proteine/Enzimi (es. bromelina dal ananas, papaina dalla papaya, ficina dal fico): Enzimi proteolitici.

• Lipidi (es. oli e burri vegetali): Di arachide, cocco, ricino, palma, jojoba, lino, mais, oliva, sesamo; burro di cacao, karitè. Cere (carnauba, candelilla, canna da zucchero).