TOSSICOLOGIA MICROBIOLOGIA GENETICA IMMUNOLOGIA Descrive e spiega in termini molecolari i processi chimici delle cellule viventi, determina come l’interazione tra molecole non viventi costituisce, mantiene e perpetua gli esseri viventi, e definisce i principi in base ai quali le macromolecole interagiscono per costituire la logica molecolare della vita. FISIOLOGIA NUTRIZIONE PATOLOGIA FARMACOLOGIA ATTRIBUTI FONDAMENTALI DEGLI ESSERI VIVENTI 1. Ogni essere vivente è un sistema altamente organizzato e complesso. 2. Gli esseri viventi sono capaci di costruire strutture molecolari o supramolecolari più ordinate a partire da materiali più disordinati 3. Gli esseri viventi sono capaci di assumere energia dall’ambiente trasformandola da una forma all’altra. 4. Un essere vivente è un sistema omeostatico. 5. Gli esseri viventi sono caratterizzati da irritabilità. 6. Gli esseri viventi sono capaci di ripodursi. 7. Le forme viventi sono capaci di evoluzione. 8. Gli esseri viventi sono adattati all’ambiente. 9. Gli esseri viventi si accrescono e si sviluppano. 10. L’informazione necessaria affinché una cellula o un organismo possano sintetizzare molecole, svolgere funzioni complesse, riprodursi, accrescersi, svilupparsi, mantenere costante il proprio ambiente interno …., è contenuta totalmente all’interno delle cellule stesse. LA CELLULA EUCARIOTA diametro 5-30 µm 1. 2. 3. 4. Uno o più nuclei Citoplasma Organelli vari Membrana cellulare chimicamente Molecole organiche a diversi livelli di complessità + acqua (circa 70%) + sostanze inorganiche Le macromolecole biologiche o polimeri sono molecole costituite da migliaia di unità legate tra loro per formare catene lineari o ramificate, oppure strutture reticolari. L’unità strutturale di base è detta monomero. Una molecola per fungere da monomero deve possedere due o più siti di legame (funzionalità del monomero) Idee chiave nella chimica dei polimeri: • peso molecolare • distribuzione dei pesi molecolari • proprietà in soluzione (reologia, gel) Il è una forma della materia intermedia tra liquido e solido (comportamento viscoelastico). Possiede contemporaneamente la capacità di risposta elastica tipica dei solidi e la dissipazione viscosa (anelastica) di energia presente nei liquidi. I sistemi gel possiedono una struttura continua di dimensioni macroscopiche, costituita nella maggior parte dei casi da polimeri immersi in un mezzo solvente e tenuti assieme da legami incrociati intercatena. Legami chimici Gel chimico Legami fisici Gel fisico Il liquido evita che la rete polimerica si trasformi in una massa compatta, mentre le maglie del polimero impediscono che il liquido scorra via. I carboidrati I carboidrati presenti negli alimenti sono importanti fonti di energia. L’amido, presente negli alimenti di origine vegetale come la pasta, è costituito da catene di molecole di glucosio legate. Queste catene vengono degradate a singole molecole di glucosio per l’impiego finale nella produzione di ATP e di precursori per altre molecole. I CARBOIDRATI (CH2O)n, con n≥3 La struttura dei monosaccaridi comprende un gruppo carbonilico e più gruppi ossidrilici. Es. n=6 Glucosio Il carbonio chirale C L’isomeria ottica è di eccezionale importanza per la struttura degli zuccheri semplici. La maggior parte degli zuccheri in natura ha conformazione D. IL CARBONIO ANOMERICO 6 5 1 4 3 2 Le due possibili forme chirali sono chiamate anomeri α e β. L’anomero α ha l’OH cul C1 dal lato opposto rispetto al CH2OH. L’anomero β ha l’OH dalla stessa parte rispetto al CH2OH. Come si possono scrivere le formule di struttura dei monosaccaridi? Proiezione di Haworth Conformazione a sedia Proiezione di Fischer Il tipo di gruppo carbonilico presente determina le proprietà chimiche dello zucchero. Monosaccaridi con un terminale CHO sono chimicamente delle ALDEIDI. ALDOSI gliceraldeide Monosaccaridi con un gruppo CO interno (R-CO-R’) sono chimicamente dei CHETONI. CHETOSI diidrossiacetone Una complicazione finale……….. Gli esosi possono presentare forme cicliche a sei termini o a cinque termini: FURANOSI PIRANOSI IL LEGAME GLICOSIDICO Il legame glicosidico tra due monomeri si forma per eliminazione di una molecola d’acqua. Legame glicosidico OLIGOSACCARIDI Si 1. 2. 3. 4. distinguono sulla base di: monomeri saccaridici coinvolti atomi di carbonio implicati nel legame (es. maltosio e trealosio) ordine dei monomeri (se diversi) configurazione anomerica dell’ossidrile sul C1 di ogni residuo maltosio Cellobiosio (unità ripetitiva della cellulosa) POLISACCARDIDI I polisaccaridi sono costituiti da monomeri (monosaccaridi) uniti da legami glicosidici. Omopolisaccaridi: un solo tipo di monomero Eteropolisaccaridi: più di un tipo di monomero Funzioni 1. riserva (es. amido e glicogeno) 2. struttura (es. cellulosa e chitina) 3. segnali di riconoscimento (es. parete cellulare) RISERVA AMILOSIO AMILOPECTINA α-(1→4) – Glc elicoidale α-(1→4) – Glc + α-(1→6) – Glc non elicoidale causa le numerose ramificazioni amido GLICOGENO α-(1→4) – Glc + α-(1→6) – Glc non elicoidale a causa delle numerose ramificazioni STRUTTURA Cellulosa 1. lineare 2. β-(1→4)Glc 3. non idrolizzata da enzimi animali Chitina 1. omopolimeri di N-acetil-β-D-glucosammina 2. matrice su cui avviene la mineralizzazione La chitina forma l’esoscheletro degli artropodi. Glicosamminoglicani (o mucopolisaccaridi) Ruolo essenziale nelle matrici dei tessuti per le loro proprietà lubrificanti, protettive e connettive. Sulla superficie cellulare possono contribuire - al controllo della crescita cellulare - alla comunicazione cellulare acido ialuronico (funzione strutturale, lubrificante, aumenta la viscosità eparina (anticoagulante) RICONOSCIMENTO / SEGNALE Gruppi sanguigni Glicocalice Antigeni Rappresentazione streptococco. schematica della parete cellulare dello Gli acidi teicoici (TAs) e gli acidi lipoteicoici (LTAs) (in verde) sono polisaccaridi fosfati ricchi in colina (sfere arancioni). LIPIDI La superficie di una bolla di sapone è un doppio strato formato da molecole di detergente. Le teste polari si riuniscono lasciando i gruppi idrofobici a contatto con l’aria all’interno ed all’esterno della bolla. Altre strutture a doppio strato definiscono il confine di una cellula. ACIDI GRASSI Gli acidi grassi sono composti che contengono una lunga catena idrocarburica ed un terminale carbossilico CnH2n+1COOH Tre ruoli fisiologici fondamentali: 1. componenti base di fosfolipidi e glicolipidi 2. alcuni derivati degli acidi grassi funzionano come ormoni e messaggeri intracellulari 3. riserva di energia come triacilgliceroli. Saturi Insaturi - fino a 6 doppi legami - cis Idrogenazione (saturo da insaturo) Irrancidimento (formazione di aldeidi) I LIPIDI non sono strutture polimeriche. Sono molecole piuttosto piccole che hanno la tendenza ad associarsi tra loro mediante interazioni non covalenti. I lipidi tendono a formare micelle oppure strutture laminari a doppio strato a causa della loro “schizofrenia molecolare”. Tipo di lipide Complessi (saponificabili) Trigliceridi Fosfogliceridi Sfingolipidi Cere Semplici (non saponificabili) Terpeni Steroidi Prostaglandine Scheletro Glicerolo Glicerolo-3-fosfato Sfingosina Alcooli non polari ad alto peso molecolare Struttura molecolare Nome Lauric acid: saturated C12 Myristic acid: saturated C14 Palmitic acid: saturated C16 Stearic acid: saturated C18 Oleic acid: monounsaturated C18 Linoleic acid: diunsaturated C18 γ-Linolenic acid: triunsaturated C18 Arachidonic acid: tetraunsaturated C Formazione di un trigliceride + I trigliceridi negli animali fungono da riserva di grassi per: • produrre ATP tramite ossidazione • produrre calore (grasso bruno) • isolare termicamente FOSFOLIPIDI (fosfoacilgliceroli) Acido grasso Acido grasso G l i c e r o l o Fosfato Alcool I fosfolipidi sono componenti importanti delle membrane cellulari Acido fosfatidico Fosfatidil colina Fosfatidil inositolo Fosfatidil serina Le lecitine si riscontrano in elevate concentrazioni nel cervello dei Mammiferi, nel tuorlo d'uovo, nei semi di soia. E’ il precursore di una serie di secondi messaggi (inositolfosfato e diacilglicerolo) che sono importanti nel trasferimento delle informazioni da una cellula a un'altra La fosfatidilserina è un fosfolipide localizzato in particolar modo nelle cellule cerebrali; il ruolo che le viene attribuito è quello di contribuire a un corretto metabolismo cellulare dei neuroni e alla sintesi di neurotrasmettitori. Non tutti i lipidi di membrana sono formati a partire dal glicerolo. Sfingosina: serina + acido grasso Sfingolipidi Acido grasso NH Sfingosina O Fosforilcolina Sfingosina O Zucchero Glicosfingolipidi Acido grasso NH Se l'X, ad esempio è la fosfocolina, si ha una sfingomielina componenti delle guaine mieliniche delle fibre nervose e della materia bianca del cervello. Esempio di ganglioside Molecole a struttura terpenica di importanza biologica Steroidi: COLESTEROLO ciclopentaperidrofenantrene a) Formula di struttura Membrane cellulari e mieline Precursore della vitD3 Precursore ormoni steroidei Precursore acidi biliari b) Modello a scheletro c) Modello spaziale PROSTAGLANDINE Azione sulla pressione sanguigna Modulano l’attività ormonale Intervengono nei processi infiammatori Intervengono nei processi immunitari Azione a livello della fecondazione MODELLO A MOSAICO FLUIDO DELLA MEMBRANA CELLULARE
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