Sali minerali

Protoplasma
1
COMPOSIZIONE CHIMICA DELLA MATERIA VIVENTE (PROTOPLASMA)
Protoplasma
2
(-)
COMPONENTI INORGANICI
OSSIGENO
(+)
IDROGENO
(+)
75-85%
ACQUA
10-20%
PROTEINE
2-3%
LIPIDI
1-1.5%
ACIDI NUCLEICI
1%
GLUCIDI
1%
SALI MINERALI
TRACCE
OLIGOELEMENTI
L’ACQUA
• Dipolo magnetico
• Elevata capacità di solvatazione
• Alto calore specifico
calore specifico: quantità di calore necessaria ad elevare di 1°C la temperatura di 1 grammo
di acqua
ACQUA DI IDRATAZIONE (30%)
basso contenuto entropico
> interazione con le macromolecole: è l’acqua strettamente necessaria al
funzionamento dei componenti molecolari della cellula
ACQUA DI RIEMPIMENTO (“bulk water”, 70%)
alto contenuto entropico
> equilibrio osmotico, diffusione, solvatazione elettroliti, …
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Protoplasma
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Sali minerali
Omeostasi ionica (equilibrio ionico, pressione osmotica, pH intra- ed extra cellulare)
Na+, K+, Cl-
Principali ioni di regolazione della permeabità di membrana (Na+, Cl- out, K+ in);
regolazione attività enzimatica
Ca
2+
, HPO4
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2-
Fosfato di calcio (ossa, denti)
Attività contrattile (muscoli) ed eccitazione delle fibre nervose
Sistema tampone
Legami ad alto livello energetico (ATP, GTP)
Fosfolipidi, proteine, nucletidi
Messaggeri chimici
Protoplasma
COMPONENTI ORGANICI
CARBOIDRATI, LIPIDI, PROTEINE, ACIDI NUCLEICI
Comprendono molecole piccole (100-200 dalton) fino a macromolecole (5 000-10 000
dalton).
Tutte le macromolecole sono polimeri, cioè formati da unità che si ripetono, i monomeri,
legate tra loro da legami covalenti.
Mg 2+
OMOPOLIMERI
> combinazione di monomeri identici (amido, glicogeno)
ETEROPOLIMERI > combinazione di monomeri di 2 o più specie molecolari
(proteine, acidi nucleici)
Fosfato di magnesio (ossa)
Sistemi enzimatici
Conformazione (acidi nucleici, clorofilla, …)
• La formazione dei polimeri si realizza attraverso una reazione di CONDENSAZIONE con
perdita di una molecola di H20 per ogni legame che si forma tra un monomero e l’altro.
SO42-
Struttura proteica (collagene, cheratina)
HCO3-
Trasporto CO2
Sistema tampone
• La reazione inversa si chiama IDROLISI e provoca il distacco del legame tra un
monomero e l’altro.
Reazioni di idrolisi
>> liberano energia
Reazioni di condensazione >> richiedono energia
Fe 2+
emoglobina, trasporto elettroni
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Protoplasma
CARBOIDRATI
•
•
•
•
•
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Protoplasma
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OLIGOSACCARIDI
Costituiti dall’unione di 2-10 monosaccaridi
C H2 O
fonti di energia (glicogeno, amido)
elementi strutturali (parete cellulare vegetale)
componenti matrice extracellulare
elementi superficiali di riconoscimento cellulare
Reazione di condensazione e legame glucosidico
MONOSACCARIDI
I più importanti:
Pentosi (5C): Ribosio e desossiribosio
SACCAROSIO
Esosi (6C):
LATTOSIO
Glucosio, fruttosio, galattosio
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Protoplasma
POLISACCARIDI
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Protoplasma
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Altri Carboidrati: mucopolisaccaridi e glicoproteine
MUCOPOLISACCARIDI
Svolgono un ruolo fondamentale nella struttura e funzione di molti tessuti, costituiscono la
sostanza intercellulare amorfa (tessuti connettivi ...)
AMIDO
Glicosaminoglicani (GAG): polisaccaridi non ramificati, composti da unità
GLICOGENO
disaccaridiche ripetute; uno dei due zuccheri è un amino-zucchero (un gruppo aminico –
NH2 sostituisce un ossidrile –OH)
- Ac. ialuronico
- Condroitin-4-solfato, Condroitin-6-solfato
- Dermatan-solfato
- Eparan-solfato, Eparina
- Cheratan-solfato
PROPRIETA’: basofili, altamente idratabili (turgore matrice extracellulare e resistenza alla
compressione), via di diffusione di molecole idrosolubili
Proteoglicani: costituiti da GAG (95%) e proteine (5%)
CELLULOSA
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Protoplasma
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LIPIDI
Componente essenziale di membrane plasmatiche e matrice extracellulare
(glicocalice).
L. NON IDROLIZZABILI: Acidi grassi
Acidi carbossilici a lunga catena (4-24C)
Antigeni di superficie
Recettori ormonali
Recettori di riconoscimento cellulare (interazione, inibizione)
Adesione cellulare (fibronectina, condronectina, laminina >m.basale)
•
•
•
•
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numero pari di atomi di C
la catena alifatica è la componente apolare (idrofobica)
il terminale carbossilico rappresenta il gruppo polare
saturi e insaturi
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Protoplasma
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C 16
Protoplasma
L. IDROLIZZABILI SEMPLICI
• Esterificazione degli acidi grassi con alcooli
• I gliceridi (glicerolo + ac. grassi) sono la classe principale
• Si suddividono in mono- di- e tri- gliceridi
Costituiscono la forma principale di deposito di materiale energetico (Elipidi > Ecarboidrati)
• intracellulare (vacuoli lipidici)
• depositi sottocutanei (es. pannicolo adiposo)
C 18
C 18
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1. Non idrolizzabili
2. Idrolizzabili (semplici e complessi)
GLICOPROTEINE
•
•
•
•
Protoplasma
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Protoplasma
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L. IDROLIZZABILI COMPLESSI > strutturali
• Molecole anfipatiche
(sono caratterizzate dalla presenza di residui idrofilici e idofobici)
• Tendono a formare spontaneamente in soluzioni acquose doppi strati lipidici
con proprietà simili alle membrane (bilayers)
Protoplasma
Sono classificabili in base alla natura del residuo idrofilico:
fosfolipidi
3°esterificato con a. fosforico
glicolipidi
3°ester. con mono- e oligosaccaridi
sfingolipidi
sfingosina al posto di glicerolo
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Altri Lipidi
STEROLI famiglia di molecole con proprietà anfipatiche (-OH)
Strutturali: Colesterolo (membrana plasmatica > fluidità)
Funzionali: Ormoni steroidei (surrene, gonadi), vitamine, ormoni vegetali (fitosteroli)
Legame estere in
posizione 3
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Protoplasma
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PROTEINE
Eteropolimeri costituiti dalla possibile combinazione di 20 diversi aminoacidi
Protoplasma
Struttura delle proteine
Il legame tra un aa e l’altro avviene attraverso una reazione di condensazione,
con perdita di H2O e viene chiamato legame peptidico
La catena di aa è chiamata catena polipeptidica
NH2-CHR1-COOH + NH 2-CHR2-COOH
NH2-CHR1-CO-NH-CHR2-COOH + H2O
Struttura generale
! il carbonio in posizione α è asimmetrico in quanto è legato a 4 gruppi diversi (ad
eccezione della glicina) > isomeri D e L
! nelle proteine naturali c’è la forma L
! sono anfoteri (-COOH acido; -NH2 basico)
! a seconda della catena laterale R possono essere:
• polari (acidi o basici)
• non polari (alifatici, aromatici)
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Protoplasma
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Classificazione generale
SEMPLICI:
Protoplasma
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costituite da soli aminoacidi
Struttura primaria:
CONIUGATE: gruppo proteico + gruppo prostetico
gruppi prostetici:
lineare;
la sequenza aminoacidica
ioni metallici
vitamine (alcuni enzimi)
oligosaccaridi (glicoproteine)
anello porfirinico (emoglobina)
Struttura secondaria:
α elica o ß-sheet;
è determinata da interazioni deboli
(ponti di H) intracatena, tra
differenti residui aminoacidici
La funzionalità di una proteina è definita dalla sua conformazione spaziale che a sua volta è
determinata dalla sua struttura primaria
Funzioni delle proteine
•
•
•
•
•
Proteine costitutive delle membrane
Proteine di movimento (ciclia, flagelli, muscoli...)
Proteine strutturali e di rivestimento (peli, unghie, zoccoli, corna, squame, tendini...)
Proteine di riserva (vegetali)
Proteine enzimatiche
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Protoplasma
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Struttura terziaria:
globulare;
dovuta ad interazioni forti
(ponti di -S-S-) intracatena,
tra differenti residui aminoacidici
della catena stessa
Protoplasma
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Acidi Nucleici
acido desossiribonucleico (DNA)
acido ribonucleico (RNA)
Unità del polimero: nucleotide
Ogni nucleotide è composto di 3 “pezzi”:
zucchero 5C + base azotata + Acido Fosforico
RNA
Struttura quaternaria:
globulare complessa;
dovuta ad interazioni forti
(ponti di -S-S-) tra più sub-unità
polipeptidiche
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DNA
Protoplasma
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Basi azotate: 2 gruppi
Pirimidiniche
Puriniche
Timina (T)
Adenina (A)
Citosina (C)
Guanina (G)
Protoplasma
Timidina
Citidina
Uridina
Adenosina
Guanosina
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Uracile (U)
RNA U = A
DNA T = A
C≡ G
C≡ G
Nucleosidi
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Protoplasma
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Protoplasma
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Doppio Filamento
Singolo Filamento
La cellula è un sistema estremamente complesso, organizzato ed ordinato, che si
mantiene tale fino a che è in grado di produrre, immagazzinare ed utilizzare
ENERGIA
ENERGIA :
la capacità di
compiere un lavoro
Appendice – energia
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Protoplasma
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Quali forme di energia?
Le principali forme di Energia sono quella CINETICA e quella POTENZIALE
CINETICA energia del movimento, come il moto di una molecola, soprattutto in forma di
energia termica.
> Negli animali superiori nel meccanismo di termoregolazione
> La cellula non è in grado di utilizzare gradienti di temperatura per compiere un LAVORO
POTENZIALE o energia immagazzinata >nei sistemi biologici e chimici (capacità di atomi
e molecole di compiere reazioni chimiche che liberano energia)
sistemi biologici:
RADIANTE : dai FOTONI di luce all’energia potenziale nei legami della molecola
di glucosio (Fotosintesi)
GRADIENTI di concentrazione: si creano quando due soluzioni a diversa
concentrazione sono separate da una membrana semi-impermeabile
Nota:
dalla chimica: richiamo ai legami covalente e ionico ed ai legami deboli (legame a idrogeno, interazioni idrofobiche e di
van der Waals).
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