Sylvia S Mader Immagini e concetti della biologia
Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia 2 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012
A 5 – L’attività delle cellule 3 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012
L’energia si presenta in diverse forme L’energia è definita come la capacità di eseguire un lavoro. Le forme dell’energia si possono classificare in diversi tipi: • l’energia radiante (o solare) è prodotta dal Sole e viene emessa sotto forma di onde elettromagnetiche; • l’energia chimica è racchiusa nelle molecole organiche, in particolare nei legami chimici; • l’energia meccanica riguarda ogni tipo di movimento. Il movimento di sistemi microscopici come gli atomi, gli ioni o le molecole è associato a un tipo di energia meccanica comunemente definito calore, o energia calorica. 1 caloria (cal) = quantità di calore richiesta per innalzare la temperatura di 1 g di acqua di 1 °C. Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012 4
L’energia si presenta in diverse forme Tutti i tipi di energia sono anche inquadrabili, a seconda della loro potenzialità di produrre un’azione, in due forme: • energia potenziale – si trova in una forma immagazzinata, pronta a trasformarsi in azione; • energia cinetica – è energia già in azione. 5 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012
Due princìpi importanti regolano le trasformazioni dell’energia Primo principio della termodinamica (o principio della conservazione dell’energia) – l’energia non può essere né creata né distrutta, ma soltanto cambiare da una forma all’altra; Secondo principio della termodinamica – l’energia non può essere trasformata da una forma all’altra senza una perdita di energia utile. Una conversione di energia aumenta sempre il grado di entropia (disordine) di un sistema. 6 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012
Due princìpi importanti regolano le trasformazioni dell’energia In molte reazioni biologiche importanti, una parte dell’energia viene dissipata nell’ambiente in forma di calore. 7 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012
L’energia per il lavoro cellulare è fornita dall’ATP L’ATP perde facilmente il terzo gruppo fosfato, poiché i prodotti della reazione di scissione sono più stabili della molecola di partenza. ATP IL CICLO DELL’ATP ADP+ P Si tratta di una reazione esoergonica (che libera energia). La reazione opposta, di produzione dell’ATP a partire dall’ADP e un gruppo fosfato, è detta endoergonica e avviene soltanto con un rifornimento di energia. 8 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012
L’idrolisi dell’ATP è accoppiata con reazioni che richiedono energia Le reazioni accoppiate avvengono in identica sede e praticamente nello stesso istante, in modo che la reazione esoergonica (che rilascia energia) permetta lo svolgimento della reazione endoergonica (che consuma energia). 1. Quando si combina 2. Quando l’ATP si 3. Quando l’ADP e il P con l’ATP, la testa di miosina acquista la posizione «di riposo» . scinde in ADP e P, la testa della miosina si attacca all’actina. vengono rilasciati, la testa di miosina «tira» il filamento di actina. Actina Miosina La contrazione muscolare può avvenire solo se è associata all’idrolisi dell’ATP. 9 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012
Gli enzimi velocizzano le reazioni chimiche Gli enzimi rendono più rapide le reazioni abbassando l’energia di attivazione (Ea) necessaria perché una reazione si inneschi. 10 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012
L’attività enzimatica è influenzata da diversi fattori chimici e fisici • La concentrazione del substrato; • La temperatura; • Il p. H; • I cofattori, come le vitamine e i coenzimi. 11 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012
Gli enzimi possono essere inibiti in modo competitivo o non competitivo Le reazioni nelle cellule sono sempre parte di vie metaboliche (serie di reazioni a catena). L’inibizione degli enzimi avviene quando un inibitore si lega a un enzima e ne diminuisce l’attività. L’inibizione è non competitiva quando l’inibitore si lega al sito allosterico dell’enzima, competitiva se inibitore e substrato competono per legarsi al sito attivo dell’enzima. 12 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012
La membrana plasmatica è una struttura dinamica Si tratta di un doppio strato fosfolipidico con proteine integrate. La consistenza oleosa del doppio strato consente i movimenti laterali delle proteine lungo la membrana; per questo motivo, si parla di «modello a mosaico fluido» . 13 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012
Le proteine integrate nella membrana plasmatica svolgono molte funzioni Le proteine integrali attraversano la membrana da parte e ne determinano in larga misura le funzioni specifiche. Le proteine canale permettono alle molecole o agli ioni di attraversare la membrana; le proteine di trasporto assistono le sostanze nel passaggio. 14 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012
Le proteine integrate nella membrana plasmatica svolgono molte funzioni Le proteine di riconoscimento aiutano la cellula a riconoscere elementi estranei e a innescare le reazioni immunitarie. Le proteine recettrici sono dotate di un sito di legame che aggancia specifiche molecole segnale. 15 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012
Le proteine integrate nella membrana plasmatica svolgono molte funzioni Le proteine enzimatiche svolgono reazioni metaboliche. Le proteine di giunzione sono implicate nella formazione dei collegamenti tra cellule adiacenti, usati anche per la comunicazione intercellulare. 16 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012
La membrana plasmatica regola gli scambi della cellula Alcune piccole molecole o ioni, come il diossido di carbonio (CO 2), l’ossigeno (O 2), il glucosio (C 6 H 12 O 6) e l’acqua (H 2 O), attraversano la membrana per diffusione, un processo di trasporto passivo. La diffusione può essere di due tipi: • diffusione semplice; • diffusione facilitata. 17 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012
La diffusione semplice attraverso le membrane non richiede energia Le molecole si spostano seguendo il loro gradiente di concentrazione; si muovono quindi da dove sono più concentrate a dove lo sono meno, fino a quando si raggiunge un equilibrio, cioè lo stato in cui le concentrazioni transmembrana sono identiche. 18 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012
La diffusione facilitata richiede l’intervento di una proteina di trasporto Alcune molecole non liposolubili attraversano la membrana grazie all’intervento di una proteina di trasporto, che le aggancia e «assiste» il loro passaggio. La diffusione facilitata non richiede un dispendio di energia. . 19 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012
L’osmosi può influenzare le dimensioni e la forma delle cellule Nell’osmosi, l’acqua si muove verso la soluzione a maggiore concentrazione finché le concentrazioni ai due lati della membrana sono identiche. 20 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012
L’osmosi può influenzare le dimensioni e la forma delle cellule Gli effetti dell’osmosi nelle cellule animali e vegetali. Le cellule in soluzione isotonica non perdono né assumono acqua, quelle in soluzione ipotonica assumono acqua, quelle in soluzione ipertonica perdono acqua. 21 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012
Il trasporto attivo richiede l’intervento di energia e di una proteina di trasporto Il trasporto attivo permette il movimento di molecole contro il loro gradiente di concentrazione. Questo tipo di trasporto richiede il consumo di energia sotto forma di ATP e l’intervento di specifiche proteine di trasporto, indicate con il nome di pompe. 22 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012
Il trasporto di macromolecole implica l’intervento di vescicole Molte sostanze importanti per la vita sono macromolecole. Queste particelle sono di dimensioni troppo grosse per passare direttamente attraverso la membrana; vengono quindi inglobate nella cellula in una vescicola, con un processo definito endocitosi. Quando materiali come gli enzimi o gli ormoni vengono invece secreti dalla cellula, grazie alla formazione di vescicole che riversano il loro contenuto all’esterno, si parla di esocitosi. 23 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012
Alcune malattie dipendono dal malfunzionamento della membrana Difetti di funzionamento della membrana plasmatica possono causare malattie anche molto diffuse, come: • il diabete di tipo 2; • la cecità ai colori; • la fibrosi cistica. La fibrosi cistica è dovuta a un gene difettoso, chiamato FC, e alla proteina canale FC associata. Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012 24
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