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2 Sylvia S. Mader Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012 Immagini e concetti della biologia.

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2 2 Sylvia S. Mader Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012 Immagini e concetti della biologia

3 3 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012 A5 – L’attività delle cellule

4 4 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012 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. L’energia si presenta in diverse forme

5 5 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012 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. L’energia si presenta in diverse forme

6 6 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012 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. Due princìpi importanti regolano le trasformazioni dell’energia

7 7 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012 In molte reazioni biologiche importanti, una parte dell’energia viene dissipata nell’ambiente in forma di calore. Due princìpi importanti regolano le trasformazioni dell’energia

8 8 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012 L’ATP perde facilmente il terzo gruppo fosfato, poiché i prodotti della reazione di scissione sono più stabili della molecola di partenza. 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. L’energia per il lavoro cellulare è fornita dall’ATP ATP +ADP P ATP ADP IL CICLO DELL’ATP IL CICLO DELL’ATP

9 Actina Miosina 1. Quando si combina con l’ATP, la testa di miosina acquista la posizione «di riposo». 2. Quando l’ATP si scinde in ADP e P, la testa della miosina si attacca all’actina. 3. Quando l’ADP e il P vengono rilasciati, la testa di miosina «tira» il filamento di actina. 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 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). L’idrolisi dell’ATP è accoppiata con reazioni che richiedono energia

10 10 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012 Gli enzimi rendono più rapide le reazioni abbassando l’energia di attivazione (E a ) necessaria perché una reazione si inneschi. Gli enzimi velocizzano le reazioni chimiche

11 11 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012 La concentrazione del substrato; La temperatura; Il pH; I cofattori, come le vitamine e i coenzimi. L’attività enzimatica è influenzata da diversi fattori chimici e fisici

12 12 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012 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. Gli enzimi possono essere inibiti in modo competitivo o non competitivo

13 13 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012 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». La membrana plasmatica è una struttura dinamica

14 14 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012 Le proteine integrali attraversano la membrana da parte a 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. Le proteine integrate nella membrana plasmatica svolgono molte funzioni

15 15 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012 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. Le proteine integrate nella membrana plasmatica svolgono molte funzioni

16 16 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012 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. Le proteine integrate nella membrana plasmatica svolgono molte funzioni

17 17 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012 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. La membrana plasmatica regola gli scambi della cellula

18 18 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012 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. La diffusione semplice attraverso le membrane non richiede energia

19 19 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012 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.. La diffusione facilitata richiede l’intervento di una proteina di trasporto

20 20 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012 Nell’osmosi, l’acqua si muove verso la soluzione a maggiore concentrazione finché le concentrazioni ai due lati della membrana sono identiche. L’osmosi può influenzare le dimensioni e la forma delle cellule

21 21 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012 Le cellule in soluzione isotonica non perdono né assumono acqua, quelle in soluzione ipotonica assumono acqua, quelle in soluzione ipertonica perdono acqua. Gli effetti dell’osmosi nelle cellule animali e vegetali. L’osmosi può influenzare le dimensioni e la forma delle cellule

22 22 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012 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. Il trasporto attivo richiede l’intervento di energia e di una proteina di trasporto

23 23 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.

24 24 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012 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. Alcune malattie dipendono dal malfunzionamento della membrana La fibrosi cistica è dovuta a un gene difettoso, chiamato FC, e alla proteina canale FC associata.


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