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La cellula eucariotica
Ribosomi
Nucleo Nucleolo Mitocondri
Citoscheletro
Apparato
del
Golgi
Reticolo
endoplasmatico
rugoso
Reticolo
endoplasmatico
liscio
Centrioli
Perossisomi
Membrana
citoplasmatica
I componenti chimici di una cellula
organismi
crosta terrestre
H C O N Ca Na P Si altri
e e
Mg K
percentuale di abbondanza relativa
Una cellula vivente è composta da una
serie ristretta di elementi, quattro dei
quali (C, H, N e O) corrispondono al
99% del suo peso.
La sostanza più abbondante delle cellule viventi
è l’ACQUA; essa rappresenta il 70% del peso
di una cellula e la maggior parte delle reazioni
intracellulari avvengono in un ambiente acquoso.
Composizione chimica approssimativa di una cellula batterica
_______________________________________________________
% del peso N° di tipi di
cellulare totale ciascuna molecola
_______________________________________________________
**- Acqua 70 1
- Ioni inorganici 1 20
- Zuccheri e precursori 1 250
- Aminoacidi e precursori 0,4 100
- Nucleotidi e precursori 0,4 100
- Acidi grassi e precursori 1 50
- Altre piccole molecole 0,2** ∼ **300
- Macromolecole 26** ∼ 3000
(proteine, acidi nucleici e
polisaccaridi)
Se lasciamo da parte l’H 2 O, quasi
tutte le molecole di una cellula sono
composti del carbonio, che
costituiscono la materia della
chimica organica.
UN PROFILO DEI TIPI PRINCIPALI DI NUCLEOTIDI E DEI LORO DERIVATI CHE SI INCONTRANO NELLA CELLULA
NUCLEOTIDI
FOSFATO
Le subunità degli acidi nucleici. Un nucleotide consiste di una base contenente azoto, uno zucchero a 5 atomi di C e uno o più gruppi fosfato
ZUCCHERO
BASE
BASI
uracile
citosina
timina PIRIMIDINE PURINE
adenina
guanina
Le basi sono composti ad anello che contengono azoto, o purine o pirimidine
FOSFATI
Sono normalmente uniti al gruppo OH in C5 de ribosio o desossiribosio. monofosfato o AMP
difosfato o ADP
trifosfato o ATP
Il fosfato rende un nucleotide carico -
LEGAME FRA BASE E
ZUCCHERO
legame N -glicosilico
La base è legata allo stesso atomo di C (C1) usato nei legami zucchero-zucchero
ZUCCHERI
PENTOSO
uno zucchero a 5 atomi di C
Ciascun C numerato dello zucchero di un nucleotide è seguito da un segno primo (‘); si parla quindi di “C 5 primo” ecc.
se ne usano due tipi
β- D -RIBOSIO usato nell’acido ribonucleico
β- D -2-DEOSSIRIBOSIO usato nell’acido deossiribonucleico
UN PROFILO DEI TIPI PRINCIPALI DI NUCLEOTIDI E DEI LORO DERIVATI CHE SI INCONTRANO NELLA CELLULA
NOMENCLATURA
adenina adenosina A
guanina guanosina G
citosina citidina C
uracile uridina U
timina timidina T
BASE NUCLEOSIDE ABBR.
I nucleotidi si abbreviano con tre lettere maiuscole. Qualche esempio: AMP = adenosina monofosfato dAMP = deossiadenosina monofosfato UDP = uridina difosfato ATP = adenosina trifosfato
BASE + ZUCCHERO =
NUCLEOSIDE
BASE + ZUCCHERO + FOSFATO =
NUCLEOTIDE
zucchero
ACIDI NUCLEICI
zucchero (^) zucchero
zucchero
zucchero
I nucleotidi sono uniti da un legame fosfodiestere fra gli atomi di C 5’ e 3’, formando acidi nucleici.
estremità 5’ della catena
estremità 3’ della catena
legame fosfodiestere
esempio: DNA
Si combinano con altri gruppi per formare coenzimi.
esempio: coenzima A (CoA)
Trasportano energia nei loro legami acido-anidride facilmente idrolizzabili
esempio: ATP (o ATP)
I NUCLEOTIDI HANNO MOLTE ALTRE FUNZIONI
Sono usati come molecole segnale specifiche all’interno della cellula.
esempio: AMP ciclico (cAMP)
GLI ACIDI NUCLEICI – STRUTTURA DELL’RNA
SINGOLO FILAMENTO DI RNA
L’RNA è a singolo filamento, ma contiene piccole regioni locali in cui le basi si accoppiano in modo complementare per un processo di ripiegamento casuale. Le regioni in cui le basi sono accoppiate si possono vedere al microscopio elettronico come ramificazioni della catena.
legame idrogeno
basi
ossatura di zuccheri fosfati
FOTOGRAFIA AL MICROSCOPIO ELETTRONICO DELL’RNA
GLI ACIDI NUCLEICI – STRUTTURA DEL DNA
OSSATURA DI ZUCCHERI FOSFATI DEL DNA
estremità 5’
base
deossiribosio
attacco al 3’ attacco al 5’
legame fosfodiestere
estremità 3’
IL DNA AL MICROSCOPIO ELETTRONICO
singolo filamento
doppio filamento
LE QUATTRO BASI DEL DNA ACCOPPIATE
zucchero fosfato
legame estremità 3’idrogeno
guanina
timina citosina
adenina
GLI ACIDI NUCLEICI – STRUTTURA DEL DNA
LA DOPPIA ELICA
DEL DNA
In una molecola di DNA
due filamenti
antiparalleli con
sequenza nucleotidica
complementare sono
accoppiati in una doppia
elica destrogira con
circa 10 nucleotidi per
giro.
Modello a spazio
pieno del DNA.
base
ossatura di zuccheri
fosfati
legami
idrogeno
un giro dell’elica = 3,4 nm
fessura principale fessura secondaria
Le proprietà fisiche del DNA
A 100°C tutti i legami idrogeno si rompono e il DNA diventa singolo a filamento.
calore
OH -
Se il DNA è lasciato a raffreddare
lentamente le due emieliche si
riappaiano di nuovo correttamente.
DENATURAZIONE RINATURAZIONE
STATO NATIVO STATO DENATURATO STATO RINATURATO
Struttura degli aminoacidi
Gruppo
amminico
Gruppo
carbossilico
Catena laterale
A pH fisiologico, sia il
gruppo carbossilico che
quello amminico sono
ionizzati
Legame peptidico
Il gruppo carbossilico di un
aminoacido si lega al gruppo
amminico di un secondo
aminoacido
Amminoacidi che devono essere introdotti con la dieta nell’uomo
______________________________________________
Essenziali Non essenziali
______________________________________________
Istidina Alanina
Isoleucina Arginina a
Leucina Asparagina
Lisina Aspartato
Metionina Cisteina
Fenilalanina Glutammato
Treonina Glutammina
Triptofano Glicina
Valina Prolina
Serina
Tirosina
______________________________________________
Gli a.a. essenziali devono essere introdotti con la dieta, gli a.a. non essenziali
possono essere sintetizzati dalle cellule umane.
a Sebbene l’arginina sia classificata come a.a. non essenziale, i bambini in
crescita devono assumere ulteriore arginina con la dieta.
I 20 AMMINOACIDI COINVOLTI NELLA SINTESI DELLE PROTEINE
CATENE LATERALI ACIDE
acido aspartico
acido glutammico
(Asp, o D)
(Glu, o E)
Gli a.a. con catene laterali polari prive di carica sono relativamente idrofiliche e sono in genere all’esterno delle proteine, mentre le catene laterali di a.a. non polari tendono a raggrupparsi insieme all’interno. Gli a.a. con catene laterali basiche o acide sono molto polari e sono quasi sempre all’esterno delle molecole proteiche.
CATENE LATERALI POLARI PRIVE DI CARICA
asparagina (^) glutammina (Asn, o N) (^) (Gln, o Q)
Sebbene l’N ammidico non sia carico a pH neutro, è polare asparagina (Ser, o S)
treonina (Thr, o T)
tirosina (Tyr, o Y)
Il gruppo –OH è polare
CATENE LATERALI NON POLARI
glicina alanina valina (Gly, o G) (Ala, o A) (Val, o V)
leucina isoleucina prolina (Leu, o L) (^) (Ileu, o I) (^) (Pro, o P)
fenilalanina metionina triptofano (Phe, o F) (Met, o M) (^) (Trp, o W)
cisteina (Cys, o C)
(in realtà un imminoacido)
Cisteine appaiate permettono la formazione di legami disolfuro nelle proteine.
LA FORMA DI UNA PROTEINA E’ DETERMINATA DALLA SEQUENZA DEGLI AMMINOACIDI
Proteine fibrose:
di forma
generalmente
allungata,
insolubili o poco
solubili.
Uno dei fattori più importanti che governa il ripiegamento di una proteina è la distribuzione delle catene laterali polari e non polari
il nucleo idrofobico contiene catene laterali non polari
le catene laterali polari presenti sull’esterno della molecola possono formare legami idrogeno
catene laterali non polari
catene laterali polari
Proteine globulari:
di forma grosso modo
rotondeggiante,
facilmente solubili.
La struttura secondaria delle proteine
interazioni regolari a idrogeno fra tratti contigui della catena
polipeptidica danno origine ad α eliche e a foglietti β che
costituiscono la struttura secondaria della proteina
Legami
idrogeno
Struttura α elica
(A) La molecola trasportatrice di
ossigeno mioglobina (153 a.a.), con
una regione ad α elica colorata.
(B) Un’α elica perfetta (C) ogni legame peptidico di
un’α elica forma legami H con
un legame peptidico adiacente.
La struttura secondaria delle proteine
interazioni regolari a idrogeno fra tratti contigui della catena polipeptidica
danno origine ad α eliche e a foglietti β che costituiscono la struttura
secondaria della proteina
catena amminoacidica
laterale
N C
legame H^ O
peptidico
legame idrogeno
Struttura foglietto β
La struttura delle proteine
I TRE LIVELLI DI ORGANIZZAZIONE DI UNA PROTEINA
α-elica
foglietto β
dominio
subunità proteica (monomero) molecola proteica (dimero)
proteina CAP
struttura secondaria struttura terziaria struttura quaternaria
MOTIVI
COMUNI
NELLE PROTEINE
motivo a forcina beta motivo beta-alfa-beta
DOMINIO PROTEICO:
è l’unità strutturale base di una proteina. Il nucleo di ciascun dominio è composto in gran parte da una serie di foglietti β o a eliche o da un misto delle due a strutture.
