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Prof. Angelo PolettiIstituto di Endocrinologia Centro di Eccellenza sulle Malattie Neurodegenerativedell’Universita’ degli Studi di MilanoVia Balzaretti 9 – 20133 Milano
Tel 02-5031.8215 - E-mail: angelo.poletti@unimi.it
Sito web: http://users.unimi.it/poletti
Scopo del corsoFORNIRE AGLI STUDENTI ISCRITTI AL PRIMO ANNO
UN'ADEGUATA INFORMAZIONE SULLA MORFOLOGIA E FISIOLOGIA CELLULARE IN
CAMPO ANIMALE, SUI RAPPORTI INTERCELLULARI E SUI MECCANISMI CHE
CONTROLLANO L'ESPRESSIONE GENICA E LA GENETICA MOLECOLARE.
Biologia (CFU = 5)
PROGRAMMA
DALLE MOLECOLE ALLE PRIME CELLULE
DAI PROCARIOTI AGLI EUCARIOTI.
MOLECOLE E MACROMOLECOLE BIOLOGICHEZUCCHERI E LIPIDI PROTEINE : STRUTTURA E FUNZIONI GLI ACIDI NUCLEICI
ORDINE ED ENERGIA: GLI ENZIMI.IL FLUSSO DELL'ENERGIA NEI SISTEMI VIVENTI
METABOLISMO CELLULARE: GLICOLISI E RESPIRAZIONE I MITOCONDRI LISOSOMI E PEROSSISOMI
LE MEMBRANE BIOLOGICHE COMPOSIZIONE E ULTRASTRUTTURAI PASSAGGI DI SOSTANZE ATTRAVERSO LE MEMBRANERECETTORI DI MEMBRANA E SECONDI MESSAGGERII MICROVILLI E LE GIUNZIONI INTERCELLULARI
………… PROGRAMMA
IL SISTEMA DI MEMBRANE INTERNE: RETICOLO ENDOPLASMATICO ED APPARATO DEL GOLGIINVOLUCRO NUCLEARE ENDO ED ESOCITOSI
CITOSCHELETRO MOVIMENTI CELLULARI
IL FLUSSO INFORMAZIONALE DEI SISTEMI BIOLOGICI. I CROMOSOMI INTERFASICI E MITOTICI I GENI DNA: STRUTTURA E REPLICAZIONE RNA : STRUTTURA E BIOSINTESI LA SINTESI PROTEICA ED IL CODICE GENETICO FUNZIONE DELLE PROTEINE REGOLAZIONE DELLA SINTESI PROTEICA
IL CICLO CELLULARE E L’APOPTOSI DIVISIONE CELLULARE E SUA REGOLAZIONE LA RIPRODUZIONE DI ORGANISMO PLURICELLULARE E LA MITOSI
MEIOSI, GAMETOGENESI E FECONDAZIONEFATTORI DI CRESCITA ED ONCOGENI, LA CELLULA NEOPLASTICA
………… PROGRAMMA
LE LEGGI DI MENDEL DOMINANZA COMPLETA ED INCOMPLETAALLELI MULTIPLI GRUPPI DI ASSOCIAZIONE DI GENI. MAPPE CROMOSOMICHE PLEIOTROPIA. INTERAZIONI TRA GENI.EREDITA' DI CARATTERI QUANTITATIVI MUTAZIONI PUNTIFORMI E RIARRANGIAMENTI CROMOSOMICI
DALLE CELLULE AGLI ORGANISMI PLURICELLULARI
INTERAZIONI CELLULA-CELLULA E CELLULA-MATRICE
-----------------------------------------------------------------------------------------------Alcuni approfondimentidelle lezioni e 200 domande di autovalutazione sul sito
http://users.unimi.it/poletti
(menu a sinistra APPROFONDIMENTI)
BiologiaLibri di testo consigliati
LA CELLULA: Un approccio molecolareCooper GM, Hausman REIII edizione, PICCIN editore
L' ESSENZIALE DI BIOLOGIA MOLECOLARE DELLA CELLULAAlberts et al.II edizione - Zanichelli editore
BIOLOGIA CELLULARE E MOLECOLAREKarp G.III edizione; EdiSES
BIOLOGIA CELLULAREPollard TD, Earnshaw WCII Edizione – Elsevier/Masson editori
Biologia
ESAMI
ESAMI ORALI con APPELLI:
- DUE appelli nel mese di Febbraio (salto di appello)
- UN appello nella settimana successiva alle vacanze di Pasqua
- TRE appelli nei mesi di Giugno/Luglio
- UN appello a Settembre
- UN appello la prima settimana di Novembre
- UN appello la settimana successiva alle vacanze di Natale
Origine della vitaOrigine della vita
Due classi di celluleDistinte in base alla presenza
del nucleo
PROCARIOTICHE CELLULE
EUCARIOTICHE
Come si sono originate le cellule procariotiche e
quelle eucariotiche???
Come ha avuto origine la vita sulla terra
???
Origine della vitaOrigine della vita
Le cellule sono composte da
MACROMOLECOLECome si sono formate
le
MACROMOLECOLE???
Origine della vitaOrigine della vita
Esiste la possibilità di ottenere spontaneamente
delle macromolecole sottoponendo a scarica elettrica una miscela di
composti di base
Origine della vitaOrigine della vita
Scarica elettrica in una miscela di:
- Acqua (H O)- Metano (CH )- Ammoniaca (NH )
Esperimento diMiller:H + NO + CO + H O + NH + CH
2
4
3
2
2 2
3 4
Origine della vitaOrigine della vita
Nell’esperimento di Miller la scarica elettrica ha portato alla formazione di AMINOACIDI capaci di condensare a PROTEINE.
BRODO PROMORDIALE
Origine della vitaOrigine della vita
Origine della vita:
Necessità di AUTOREPLICARE le macromolecole per non perdere le strutture già ottenute
Origine della vitaOrigine della vita
Formazione acidi nucleici
Formazione proteine
Formazione dei lipidi
Formazione dei polisaccaridi
Origine della vitaOrigine della vita
Probabilmente il primo passaggio e’ stato quello della: Formazione acidi nucleici
-° - ° -
DNA: acido desossiribonucleicoRNA: acido ribonucleico
Origine della vitaOrigine della vita
Origine della vitaOrigine della vita
DNA: acido desossiribonucleicoRNA: acido ribonucleicoSono composti da nucleotidi che si possono accoppiare selettivamente tra di loro
G - C A-T(U)
Origine della vitaOrigine della vita
Acidi nucleici --> DNA ed RNA sono capaci di autoduplicarsi
Origine della vitaOrigine della vita
Acidi nucleici --> DNA ed RNA sono capaci di autoduplicarsi
Origine della vitaOrigine della vita
Prima il DNA o l’RNA ??
Probabilmente RNA !
- meno stabile ma con- funzioni catalitiche
Origine della vitaOrigine della vita
successivamente DNA Per deposito di informazioni
Doppia elica --> PIU’ stabile
anche x anni
Origine della vitaOrigine della vita
Origine della vitaOrigine della vita
Acidi nucleici --> DNA ed RNA sono capaci di autoduplicarsi
DNA --> RNA --> PROTEINE
Processo di Trascrizione/Traduzione
Origine della vitaOrigine della vita
Acidi nucleici --> DNA ed RNA sono capaci di autoduplicarsiLe PROTEINE codificate dal DNA controllanola duplicazione e latrascrizionedel DNA
Origine della vitaOrigine della vita
La formazione degli acidi nucleici consente:
La loro REPLICAZIONE
per trasmettere l’informazione
genetica
La loro TRASCRIZIONETRADUZIONE
conversione a proteine
Necessità di confinare il processo in un microambiente per non perdere le informazioni
già acquisite
Origine della vitaOrigine della vita
FOSFOLIPIDIComposti base delle membrane biologiche
MOLECOLE ANFIPATICHE
- Porzione solubilein acqua (IDROFILICA)
- Porzione NON solubilein acqua (IDROFOBICA)
Origine della vitaOrigine della vita
I FOSFOLIPIDI in acqua si aggregano spontaneamente
formando il DOPPIO STRATO FOSFOLIPIDICO
BARRIERA STABILE
FOSFOLIPIDI
Origine della vitaOrigine della vita
AUTOREPLICARE/PRODURRE le macromolecole e CONFINARLE IN UN AMBIENTE CHIUSO
per non perdere le strutture già ottenute
Origine della vitaOrigine della vita
i VIRUSsono similialle primecellule
Origine della vitaOrigine della vita
EvoluzioneEvoluzione
EvoluzioneEvoluzione
PROCARIOTI
archebatteri eubatteriRari – vivono in condizioni estreme: sorgenti solforose80°C pH 2
Sono i batteri comuni
EvoluzioneEvoluzione
PROCARIOTI i batteri hanno:
- una parete cellulare rigida e porosa composta da polisaccaridi e peptidi
- una membrana plasmatica impermeabile
- il DNA disperso nel citoplasma
- non posseggono membrana nucleare
- hanno i ribosomi dispersi nel citoplasma
EvoluzioneEvoluzione
EUCARIOTICELLULA EUCARIOTICA SEPARA I PROCESSI DI
REPLICAZIONE DI DNASINTESI DI RNA
NUCLEO
TRADUZIONE DI RNA IN PROTEINEMATURAZIONE DELLE PROTEINE
CITOPLASMA
La cellula eucarioticaLa cellula eucariotica
COMPARTIMENTI CELLULARI
. NUCLEO- nucleolo (non delimitato da membrana)
. CITOPLASMA-reticolo endoplasmatico (smistamento proteine)- complesso del Golgi (smistamento proteine)- lisosomi / perossisomi (digestione macromolecole)- citoscheletro- mitocondri (metabolismo energetico)- cloroplasti (cellule vegetali)- vacuoli
La cellula eucarioticaLa cellula eucariotica
COMPARTIMENTI CELLULARI
. NUCLEO- nucleolo (non delimitato da membrana)
. CITOPLASMA-reticolo endoplasmatico (smistamento proteine)- complesso del Golgi (smistamento proteine)- lisosomi / perossisomi (digestione macromolecole)- citoscheletro- mitocondri (metabolismo energetico)- cloroplasti (cellule vegetali)- vacuoli
La cellula eucarioticaLa cellula eucariotica
COMPARTIMENTI CELLULARI
. NUCLEO- nucleolo (non delimitato da membrana)
. CITOPLASMA-reticolo endoplasmatico (smistamento proteine)- complesso del Golgi (smistamento proteine)- lisosomi / perossisomi (digestione macromolecole)- citoscheletro- mitocondri (metabolismo energetico)- cloroplasti (cellule vegetali)- vacuoli
La cellula eucarioticaLa cellula eucarioticaRETICOLO ENDOPLASMATICO E
COMPLESSO DEL GOLGI
Il reticolo endoplasmatico è composto da membrane intracellulari che iniziano dalla membrana nucleare estendendosi nel citoplasma:
- maturazione delle proteine- trasporto delle proteine- sintesi dei lipidi
Nel reticolo le proteine vengono inserite in vescicole che passano poi all’apparato del Golgi:
- ulteriore processamento delle proteine- invio delle vescicole alla destinazione finale- sintesi dei lipidi- sintesi dei polisaccaridi
EvoluzioneEvoluzione
Acquisizione della capacita’ di migrare
La cellula eucarioticaLa cellula eucariotica
COMPARTIMENTI CELLULARI
. NUCLEO- nucleolo (non delimitato da membrana)
. CITOPLASMA-reticolo endoplasmatico (smistamento proteine)- complesso del Golgi (smistamento proteine)- lisosomi / perossisomi (digestione macromolecole)- citoscheletro- mitocondri (metabolismo energetico)- cloroplasti (cellule vegetali)- vacuoli
La cellula eucarioticaLa cellula eucarioticaCITOSCHELETRO
Composto da MICROTUBULIFIBRE DI ACTINAFILAMENTI INTERMEDI
Il citoscheletro fornisce:
IMPALCATURA STRUTTURALE DELLA CELLULA- determina la forma della cellula- è responsabile dei movimenti cellulari- è sede del trasporto mediato da proteine- è responsabile dei movimenti dei
cromosomi- ecc…….
GFP-tubulina durante laMITOSI
La cellula eucarioticaLa cellula eucariotica
COMPARTIMENTI CELLULARI
. NUCLEO- nucleolo (non delimitato da membrana)
. CITOPLASMA-reticolo endoplasmatico (smistamento proteine)- complesso del Golgi (smistamento proteine)- lisosomi / perossisomi (digestione macromolecole)- citoscheletro- mitocondri (metabolismo energetico)- cloroplasti (cellule vegetali)- vacuoli
La cellula eucarioticaLa cellula eucariotica
Per la SOPRAVVIVENZA CELLULARE vi è la
NECESSITA’ DI GENERARE ED UTILIZZAREENERGIA METABOLICA
Questa energia serve per tutti i PROCESSI BIOSINTETICI nelle cellule
Nelle cellule la FONTE DI ENERGIA METABOLICAè: l’ ADENOSINA 5’ – TRIFOSFATO
ATP
+ ENERGIA+ ENERGIA
La cellula eucarioticaLa cellula eucariotica
LIBERAZIONE DIENERGIA
SINTESI DI ATP
RICHIESTA DIENERGIA
DEGRADAZIONE DI ATP
EvoluzioneEvoluzione
ENDOSIMBIOSIMitocondriCloroplasti
Hanno dimensioni simili ai batteri
- ° - ° - ° -Il processo dell’endosimbiosi ipotizza che Cellule Eucariotiche Ancestrali si siano evolute grazie ad una associazione simbiotica con cellule di Procarioti aventi migliori capacità nell’utilizzo dei substrati metabolici
Evoluzione nelle pianteEvoluzione nelle piante
SOLE
FOTOSINTESI
Produzione di MACROMOLECOLE
E*
Degradazione di MACROMOLECOLE
E* Come ATP
EvoluzioneEvoluzione
Mitocondri e Cloroplasti- possono duplicarsi autonomamente- posseggono DNA proprio (circolare)- posseggono ribosomi- sistema distinto dal Genoma cellulare- posseggono doppia membrana- presentano dimensioni simili a quelle dei batteri
EUCARIOTI UNICELLULARIEUCARIOTI UNICELLULARI
EUCARIOTI UNICELLULARI
ad es.: i LIEVITISaccaromyces
Cerevisiae- ° - ° - ° - ° -Importanza dei lieviti in Biologia:
- modelli di studio (es Ciclo cellulare, ecc)- sistemi per esprimere proteine eterologhe- produzione di farmaci proteici ricombinanti- sistemi di screening dell’attivita’ di farmaci- ecc….
ORGANISMI MULTICELLULARIORGANISMI MULTICELLULARI
EUCARIOTI PLURICELLULARI
. Sistemi complessi in grado di interagire ed influenzarsi a vicenda
. Costituiti da cellule altamente differenziate e specializzate
. Le cellule sono organizzate in ORGANI FUNZIONALI
ORGANISMI MULTICELLULARIORGANISMI MULTICELLULARI
EUCARIOTI PLURICELLULARI
. Nell’uomo esistono piu’ di 200 tipi diversi di cellule specializzate.
TUTTE POSSEGGONO LE STESSE INFORMAZIONI
GENOMA
EvoluzioneEvoluzione
Charles Robert Darwin
(Shrewsbury, 12 febbraio 1809 – Londra, 19 aprile 1882)
è stato un naturalista, geologo e agronomo britannico, celebre per aver formulato, assieme ad Alfred Russel Wallace, la teoria dell'evoluzione delle specie animali e vegetali per selezione naturale di mutazioni casuali congenite ereditarie (origine delle specie), e per aver teorizzato la discendenza di tutti i primati (uomo compreso) da un antenato comune (origine dell'uomo).
Pubblicò la sua teoria sull'evoluzione delle specie nel libro L'origine delle specie (1859), che è rimasto il suo lavoro più noto. Raccolse molti dei dati su cui basò la sua teoria durante un viaggio intorno al mondo sulla nave HMS Beagle, e in particolare durante la sua sosta alle Isole Galápagos.
EvoluzioneEvoluzione
Cor
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