maturità Flashcards
i polimeri
i polimeri sono molecole ad alto peso molecolare, formate da più monomeri, unità semplici. se un polimero è formato da monomeri tutti uguali è chiamato omopolimero, mentre se è formato da monomeri differenti è detto eteropolimero. sono esempi di polimeri la plastica, che deriva dalla condensazione di molecole di glicole etilenico (1,2 etandiolo); oppure la pellicola, polietilene
le biomolecole
le biomolecole costituiscono il 30% del corpo umano e sono indispensabili dal punto di vista strutturale, energetico e funzionale
il legame a idrogeno
il legame a idrogeno è un legame intermolecolare che avviene tra:
l’H di una molecola di acqua
l’O di un’altra molecola d’acqua
il legame a idrogeno conferisce all’acqua le sue caratteristiche nei diversi stati di aggregazione. senza legami a idrogeno, l’acqua sarebbe allo stato aeriforme a temperatura ambiente.
le biomolecole organiche
la maggior parte delle biomolecole organiche sono polimeri, ovvero molecole ad alto peso molecolare.
i polimeri naturali si ottengono per condensazione, quindi attraverso un legame covalente tra due molecole organiche, con la liberazione di una molecola d’acqua, è una sintesi per disidratazione (?)
la reazione inversa è l’idrolisi, che permette di passare dai polimeri ai monomeri, attraverso la somministrazione di acqua che rompe il legame covalente
le proteine
le proteine sono tra le molecole organiche più importanti. svolgono diverse funzioni:
- funzione strutturale
- aumentalo la velocità delle reazioni chimiche (enzimi)
- trasporto
- difesa.
sono degli eteropolimeri, il loro monomio comune è l’amminoacido.
per formare le proteine vengono usati 20 amminoacidi differenti, combinati tra loro.
la struttura comune è formata da un atomo di carbonio C che lega un gruppo amminico (NH2), un ruppo carbossilico (COOH), un atomo di idrogeno H ed un gruppo R.
gli enzimi
gli enzimi sono proteine ad alto peso molecolare, con la funzione di regolare le funzioni chimiche del nostro organismo ed aumentare la loro velocità. l’energia di attivazione è quella necessaria perché avvenga una reazione chimica, che rompe i legami dei reagenti e consente la formazione di nuovi legami nei prodotti. i catalizzatori sono sostanze che formano un’associazione temporanea con le molecole dei reagenti, abbassando l’energia di attivazione (?)
velocizzano le reazioni abbassando l’energia di attivazione ed hanno funzione di catalizzatori. sono proteine globulari complesse, formate da catene polipeptidiche.
cos’è il metabolismo
il metabolismo è l’insieme delle reazioni che avvengono all’interno dell’organismo.
l’ATP
l’ATP è un nucleotide libero che fornisce energia nelle reazioni anaboliche e la immagazzina nelle reazioni cataboliche.
è chiamato adenosintriforfato. la base azotata è formata da due anelli ciclici (adenina), che legati al ribosio, uno zucchero aldopentoso, formano l’adenosina. l’adenosina si lega poi a tre gruppi fosfato. con un gruppo fosfato si forma l’AMP, con due gruppi l’ADP e con tre gruppi l’ATP.
reazione totale della glicolisi
C 6 H 12 O 6 + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+ ->
2 acido piruvico + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+
la fermentazione
la fermentazione è il processo che segue la glicolisi nelle cellule in assenza di ossigeno. avviene nel citoplasma ed è un processo anaerobico.
può essere lattica o alcolica
la fermentazione alcolica
la fermentazione alcolica viene mesa in atto dai lieviti, organismi unicellulari eucarioti. è il processo alla base di produzioni industraili come l’alcool, dunque è una biotecnologia. è visibile ad esempio attraverso la polvere bianca sulla buccia della frutta.
avviene attraverso due fasi:
- la decarbossilazione dell’acido piruvico, che libera diossido di carbonio e forma un acetaldeide
- l’acido piruvico viene ridotto ad etanolo grazie all’ossidazione del NADH in NAD
la fermentazione lattica
la fermentazione lattica avviene in molti batteri quando l’ossigeno è scarso o assente. l’acido piruvico viene trasformato in acido lattico con l’ossidazione del NADH.
può avvenire anche nelle cellule muscolari in assenza di ossigeno, durante l’esercizio fisico.
la fotosintesi clorofilliana
grazie alla fotosintesi, le cellule vegetali assemblano molecole di carboidrati grazie all’energia solare, all’acqua e al diossido di carbonio.
la fotosintesi si distingue in due fasi:
- la fase luminosa, o luce dipendente, dove la luce viene assorbita dalla clorofilla dei cloroplasti
- la fase oscura, dove viene usata l’energia prodotta nella fase luminosa
i cloroplasti
come i mitocondri, anche i cloroplasti sono organuli cellulari delimitati da due membrane, una interna e una esterna.
nello stroma, una soluzione densa, sono presenti i tilacoidi, membrane specializzate in cui si trova la clorofilla. i tilacoidi sono disposti uno sopra l’altro, impilati a forma di grani.
la clorofilla e gli altri pigmenti sono ammassati in unità dette fotosistemi, collettori di energia solare.
sono formati da
- i pigmenti antenna, che assorbono l’energia solare che colpisce i tilacoidi. l’energia passa tra i pigmenti fino a raggiungere il
- centro di reazione, dove si trova la clorofilla a, che usa l’energia per promuovere gli elettroni a uno stato elettrico eccitato, dove si trova l’accettore primario
fase luminosa
nella membrana del tilacoide si trovano i fotosistemi II e I.
il fotosistema II contiene clorofilla di tipo a detta P680, dalla lunghezza in nanometri dell’onda che può assorbire.
promuove un elettrone al suo acettore a livelli energetici superiori, mentre l’ossigeno dell’acqua si ossida in elettroni, ioni H+ e O2, formando un buco positivo
gli elettroni decadono e viene catturata l’energia per la sintesi di ATP nella catena di trasporto degli elettroni. il processo è detto foto fosforilazione
i due elettroni vanno a colmare il buco positivo del fotosistema I, che contiene clorofilla P700. gli elettroni sono spinti in un altro accettore primario ed infine alla molecola del coenzima NADP+, che si riduce a NADPH. la fotolisi dell’acqua fornisce gli elettroni per colmare il buco positivo del fotosistema II
fase oscura
nel processo di fissazione del carbonio, l’energia viene usata per ridurre il carbonio inorganico e sintetizzare composti organici sotto forma di zuccheri semplici.
nelle piante il CO2 raggiunge le cellule fotosintetiche attraverso gli stomi, delle aperture sulla pagina interiore della foglia.
la chiusura e apertura degli stomi è regolata dalle cellule di guardia, se queste sono turgide, le membrane si avvicinano, mentre se sono morbide, le membrane si allontanano, permettendo il passaggio di gas e vapore acqueo
il ciclo di kalvin
la riduzione del carbonio avviene nello stroma dei cloroplasti. il composto iniziale e finale è una molecola di ribulosio 1-5difosfato RuBP, uno zucchero a 5 atomi di carbonio legao a due gruppi fosfato.
il ciclo inizia quando il diossido di carbonio entrato attraverso gli stomi si lega al RuBP, crea un composto a 6 atomi di carbonio molto instabile
2 il ribulosio difosfato si scinde in due molecole a tre atomi di carbonio, il gliceraldeide di fosfato
sono necessari 6 giri completi del ciclo, con l’introduzione di 6 molecole di CO2 per produrre una molecola di carbonio.
la reazione di fissazione del glucosio è catalizzata dall’enzima rubisco. due molecole vengono usate per formare il glucosio, mentre le 10 rimanenti formano il ribulosio 1-5 difosfato
gli acidi nucleici (DNA e RNA)
il DNA e l’RNA sono le biomolecole depositarie dell’informazione genetica e della trasmissione dei caratteri ereditari. il DNA (acido desossiribonucleico) si trova nel nucleo o nel nucleotide, mentre l’RNA (acido ribonucleico) ha la funzione di tradurre le informazioni riportate sul DNA.
il DNA
il DNA ha una struttura a doppia elica, formato da due filamenti appaiati.
i filamenti sono formati da una successione di gruppi fosfato e desossiribosio .
al desossiribosio è legata una base azotata tramite legame covalente, mentre i filamenti sono tenuti insieme dai legami a idrogeno tra le basi azotate.
i filamenti di DNA si distinguono in estremità 5’, con il gruppo fosfato legato al carbonio in posizione 5’, ed estremità 3’, con un gruppo ossidrile legato al carbonio in posizione 3.
i due filamenti sono antiparalleli, dunque mentre uno si sviluppa in direzione 5’ -> 3’, l’altro di sviluppa in direzione 3’ -> 5’
la duplicazione del DNA
il DNA contiene tutte le informazioni necessarie per duplicarsi nella fase S del ciclo cellulare.
1 negli organismi procarioti la duplicazione si sviluppa a partire da un solo punto mentre negli eucarioti prende avvio dai diversi PUNTI di ORIGINE della DUPLICAZIONE.
2 nella duplicazione intervengono gli enzimi:
- GIRASI , che distende l’elica, la despiralizza formando due filamenti lineari
- ELICASI, che rompe i legami a idrogeno tra le basi azotate. per evitare che i filamenti tornino ad appaiarsi, intervengono le proteine SSBP, che si legano al singolo filamento.
si formano così le BOLLE di REPLICAZIONE, che si propaga nelle due direzioni formando le FORCELLE di REPLICAZIONE , strutture a Y che si allontanano l’una dall’altra.
- DNA POLIMERASI, che aggiunge nucleotidi, solo in direzione 5’ -> 3’.
questo viene chiamato FILAMENTO GUIDA, mentre quello in direzione 3’ -> 5’ è detto filamento in ritardo, viene moltiplicato a ritroso, sotto forma di singoli filamenti assemblati in direzione 5’ -> 3’
FRAMMENTI DI OKAZAKI
il genoma
al contrario dei batteri, dove viene espresso tutto il genoma, negli eucarioti una grande quantità di DNA è inutile, definito JUNK DNA.
solo meno del 10% del DNA degli eucarioti viene codificato, nell’uomo i geni codificanti sono circa 20 mila, meno del 2% del genoma.
- nella parte non codificante del DNA umano sono stati individuati i traposoni (o geni saltellanti). sono sequenze di DNA capaci di spostarsi nei diversi punti del genoma, associate all’insorgere di malattie e tumori.
- altri geni sono gli pseudogeni, che con l’evoluzione hanno perso la loro funzione
- gli esoni sono intervallati da sequenze non codificanti, gli introni, che regolano l’espressione dei geni
- delle sequenze di basi azotate regolano l’espressione genetica, come i promotori
i cromosomi
il patrimonio generico degli eucarioti si distingue da quello dei procarioti, che è formato da un unico cromosoma circolare che si colloca nel nucleotide.
i vari cromosomi degli eucarioi sono costituiti da un’unica molecola di DNA lineare, con due estremità distinte. ogni cellula diploide contiene 2 metri di DNA, e l’intero corpo umano 20 miliardi di kilometri.
gli eucarioti, rispetto ai procarioti:
- contengono più DNA
- sono associati con proteine con un ruolo di struttura
- numerosi segmenti ripetuti
- più complessi
l’epigenetica
l’epigenetica è lo studio delle modificazioni genetiche che non sono influenzate dalla sequenza nucleotidica, dunque che non sono dovute alla variazione delle basi azotate
ad esempio
- se agli istoni sono aggiunti gruppi metilici in un processo di METILAZIONE, aumenta la loro carica positiva, possono interagire con il DNA più strettamente favorendone la condensazione e il silenziamento genetico
- se agli istoni sono aggiunti gruppi acetilici, nel processo dell’ACETILAZIONE, interagiscono meno strettamente con il DNA e favoriscono la trascrizione
il DNA profiling e fingerprinting
la maggior parte del dna è costituito da sequenze ripetute. queste sequenze comprendono sequenze tandem, delle basi che si ripetono una di seguito all’altra, svariate volte. in base alla lunghezza di queste ripetizioni si distinguono in
- dna microsatelliti, da 3 a 5 basi azotate che si ripetono fino a 100 volte
- dna minisatellite, con sequenze più lunghe se si ripetono migliaia di volte
il dna profiling
le ripetizioni in tandem presentano una grande variabilità nella popolazione, dunque sono usate per distinguere gli individui in base alla lunghezza dei microsatelliti (polimorfismo di ripetizione).
il dna fingerprinting
la variabilità dei gameti rendono ogni individuo dotato di un genotipo specifico. questa specificità è chiamata impronta genetica.
la tecnica si basa sull’utilizzo di enzimi di restizione, che riconoscono solo sequenze specifiche di basi azotate.
per confrontare dei patrimoni genetici si esaminano 13 loci significativi, altamente variabili. sono microsatelliti che si presentano in modo polimorfico
le biotecnologie
la biotecnologia è lo studio di tutte le tecniche che utilizzano gli organismi viventi. servono per migliorare la qualità della vita della specie umana, utilizzando soprattutto virus e batteri.
si basano sulla tecnologia del DNA ricombinante. questa tecnologia consente di:
- isolare frammenti di DNA (attraverso gli enzimi di restrizione)
- inserire geni in un organismo per mezzo di vettori, (che sono capaci di trasportare il DNA)
attraverso i virus si possono veicolare frammenti di DNA all’interno dell’organismo, usando dei plasmidi o dei cromosomi artificiali.
possono quindi essere ottenuto tante copie di uno stesso gene, nel clonaggio
o
riconoscere alcune sequenze nucleotidiche e identificare i geni.
i batteri
i batteri sono dei microorganismi procarioti, dove il DNA si trova in una zona del citoplasma detta nucleotide. tra questi organismi troviamo i batteri e gli archei, questi sono in grado di vivere in ambienti estremi (come a temperature elevate o in soluzioni con alta concentrazione di sale)
i batteri possono essere patogeni, dunque provocare malattie, ma anche essere d’aiuto all’uomo (es. l’esterichia coli, che dall’intestino è in grado di sintetizzare la vitamina K utilizzando delle scorie umane)
dai batteri si può ottenere l’insulina o degli ormoni.
i plasmidi
il plasmide è un DNA extracromosomico che possono presentare i batteri. possiede pochi geni e può essere diverso da batterio a batterio
ci sono diversi tipi di plasmidi:
- i plasmidi degradativi, che contengono dei geni, che codificano le proteine e sono in grado di degradare il petrolio
- plasmidi F, che producono dei filamenti, i pili, che permettono la coniugazione, il contatto tra batteri
- plasmidi R, in grado di indurre l’antibiotico resistenza
i virus
i virus sono degli organismi motlo piccoli ed endoparassiti, dunque possono vivere sono in una cellula ospite, sono dei parassiti obblicati.
possono essere considerati non viventi in quanto non sono capaci di vita autonoma, ma sanno duplicarsi all’interno della cellula ospite
sono formati da una struttura esterna, una capside, all’interno della quale si trova il materiale genetico
il capside può essere circondato da un’altra struttura, la peri - capside, fatta di lipoproteine
il virus può contenete delle altre molecole, che sono delle glicoproteine, con la funzione di riconoscere le cellule bersaglio, ovvero le cellule che andranno ad infettare
tramite un canale e diverse strutture, riescono ad aderire alla cellula ospitec
classificazione dei virus
i virus possono essere classificati in base alla forma del capside
inoltre possono essere classificati in base al materiale genetico che possiedono:
- possono essere dei virus a RNA, a doppio o singolo filamento (come il coronavirus)
- possono essere dei virus a DNA, a doppio o a singolo filamento
alcuni virus particolari, come quello dell’AIDS, a RNA ma con una trascrittasi inversa, cioè il filamento di RNA viene copiato e diventa un DNA, il contrario di ciò che accade normalmente
l’infezione virale
i virus che ifettano i batteri vengono chiamati batteriofagi e i virus possono avere due cicli di infezione
1. ciclo litico: il virus aderisce, attraverso le fibre, alla cellula batterica. non entra, ma trasferisce all’interno del batterio il proprio materiale genetico (che può essere RNA o DNA) e il capside rimane all’esterno.
il materiale genetico è in grado di degradare il DNA batterico e di utilizzare i nucleotidi di DNA batterico per riprodurre sè stesso, quindi sintetizzare tutte le proteine che servono alla propria riproduzione
nella cellula si formano quindi tanti virus, quando questa non riesce più a contenerli si rompe e questi vanno ad infettare le cellule vicine
- ciclo lisogeno: entra il materiale genetico nel virus, e si integra con il cromosoma batterico. il virus che si è integrato prende il nome di profago.
questo materiale genetico integrato rimane nel batterio per tanto tempo, ma per alcune condizioni da un ciclo lisogeno può passare ad un ciclo litico. quando questo accade, si trasferisce del DNA adiacente al DNA virale
dna ricombinante
il dna ricombinante consente di modificare molecole di DNA e poi inserirle in altre cellule usano vettori ome i plasmidi, virus e trasposoni.
i frammenti di DNA possono essere trasferiti anche tra specie diverse, perché il codice genetico è universale
è possibile tagliare il DNA tramite degli enzimi di restrizione, che sono capaci di tagliare in siti partioclari il DNA.
si chiamano di restrizione percHé tagliano il DNA in punti specifici, anche detti forbici molecolari. questi agiscono solo sul DNA estraneo.
sono stati scoperti osservando come i batteri per difendersi dall’attacco dei virus usano vari tipi di enzimi che riconoscono il DNA virale e lo tagliano. i batteri contrassegnano il proprio DNA con dei gruppi metilici, per distinguerlo da quello virale.
il DNA può essere tagliato in maniera netta o in modo sfalsato.
il frammento di DNA che viene poi introdotto deve essere complementare alle estremità di quello tagliato, dunque interviene l’enzima ligasi ad unire i frammenti.
altrimenti, conoscendo la sequenza di un gene, si può riprodurre quel gene a partire dall’RNA mesaggero. dall’RNA messaggero si ottiene un filamento di DNA e da questo un secondo filamento, grazie alla DNA polimerasi.
si ottiene infine una sequenza di DNA a doppio filamento, che può essere inserita nel cromosoma della cellula ospite.
