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*. Prof. Angelo Poletti Istituto di Endocrinologia Centro di Eccellenza sulle Malattie Neurodegenerative dellUniversita degli Studi di Milano Via Balzaretti.

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2 Prof. Angelo Poletti Istituto di Endocrinologia Centro di Eccellenza sulle Malattie Neurodegenerative dellUniversita degli Studi di Milano Via Balzaretti 9 – Milano Tel Sito web:

3 Scopo del corso FORNIRE 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)

4 PROGRAMMA DALLE MOLECOLE ALLE PRIME CELLULE DAI PROCARIOTI AGLI EUCARIOTI. MOLECOLE E MACROMOLECOLE BIOLOGICHE ZUCCHERI 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 ULTRASTRUTTURA I PASSAGGI DI SOSTANZE ATTRAVERSO LE MEMBRANE RECETTORI DI MEMBRANA E SECONDI MESSAGGERI I MICROVILLI E LE GIUNZIONI INTERCELLULARI

5 ………… PROGRAMMA IL SISTEMA DI MEMBRANE INTERNE: RETICOLO ENDOPLASMATICO ED APPARATO DEL GOLGI INVOLUCRO 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 LAPOPTOSI DIVISIONE CELLULARE E SUA REGOLAZIONE LA RIPRODUZIONE DI ORGANISMO PLURICELLULARE E LA MITOSI MEIOSI, GAMETOGENESI E FECONDAZIONE FATTORI DI CRESCITA ED ONCOGENI, LA CELLULA NEOPLASTICA

6 ………… PROGRAMMA LE LEGGI DI MENDEL DOMINANZA COMPLETA ED INCOMPLETA ALLELI 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 (menu a sinistra APPROFONDIMENTI)

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8 Biologia Libri di testo consigliati LA CELLULA: Un approccio molecolare Cooper GM, Hausman RE III edizione, PICCIN editore L' ESSENZIALE DI BIOLOGIA MOLECOLARE DELLA CELLULA Alberts et al. II edizione - Zanichelli editore BIOLOGIA CELLULARE E MOLECOLARE Karp G. III edizione; EdiSES BIOLOGIA CELLULARE Pollard TD, Earnshaw WC II Edizione – Elsevier/Masson editori

9 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

10 Origine della vita Due classi di cellule Distinte in base alla presenza del nucleo PROCARIOTICHE CELLULE EUCARIOTICHE

11 Come si sono originate le cellule procariotiche e quelle eucariotiche ??? Come ha avuto origine la vita sulla terra ??? Origine della vita

12 Le cellule sono composte da MACROMOLECOLE Come si sono formate le MACROMOLECOLE ??? Origine della vita

13 Esiste la possibilità di ottenere spontaneamente delle macromolecole sottoponendo a scarica elettrica una miscela di composti di base Origine della vita

14 Scarica elettrica in una miscela di: - Acqua (H O) - Metano (CH ) - Ammoniaca (NH ) Esperimento di Miller: H + NO + CO + H O + NH + CH Origine della vita

15 Nellesperimento di Miller la scarica elettrica ha portato alla formazione di AMINOACIDI capaci di condensare a PROTEINE. BRODO PROMORDIALE Origine della vita

16 Origine della vita: Necessità di AUTOREPLICARE le macromolecole per non perdere le strutture già ottenute Origine della vita

17 Formazione acidi nucleici Formazione proteine Formazione dei lipidi Formazione dei polisaccaridi Origine della vita

18 Probabilmente il primo passaggio e stato quello della: Formazione acidi nucleici -° - ° - DNA: acido desossiribonucleico RNA: acido ribonucleico Origine della vita

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20 DNA: acido desossiribonucleico RNA: acido ribonucleico Sono composti da nucleotidi che si possono accoppiare selettivamente tra di loro G - C A-T(U) Origine della vita

21 Acidi nucleici --> DNA ed RNA sono capaci di autoduplicarsi Origine della vita

22 Acidi nucleici --> DNA ed RNA sono capaci di autoduplicarsi Origine della vita

23 Prima il DNA o lRNA ?? Probabilmente RNA ! - meno stabile ma con - funzioni catalitiche Origine della vita

24 successivamente DNA Per deposito di informazioni Doppia elica --> PIU stabile anche x anni Origine della vita

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26 Acidi nucleici --> DNA ed RNA sono capaci di autoduplicarsi DNA --> RNA --> PROTEINE Processo di Trascrizione/Traduzione Origine della vita

27 Acidi nucleici --> DNA ed RNA sono capaci di autoduplicarsi Le PROTEINE codificate dal DNA controllano la duplicazione e la trascrizione del DNA Origine della vita

28 La formazione degli acidi nucleici consente: La loro REPLICAZIONE per trasmettere linformazione genetica La loro TRASCRIZIONE TRADUZIONE conversione a proteine Necessità di confinare il processo in un microambiente per non perdere le informazioni già acquisite Origine della vita

29 FOSFOLIPIDI Composti base delle membrane biologiche MOLECOLE ANFIPATICHE - Porzione solubile in acqua (IDROFILICA) - Porzione NON solubile in acqua (IDROFOBICA) Origine della vita

30 I FOSFOLIPIDI in acqua si aggregano spontaneamente formando il DOPPIO STRATO FOSFOLIPIDICO BARRIERA STABILE FOSFOLIPIDI Origine della vita

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32 AUTOREPLICARE/PRODURRE le macromolecole e CONFINARLE IN UN AMBIENTE CHIUSO per non perdere le strutture già ottenute Origine della vita

33 i VIRUS sono simili alle prime cellule Origine della vita

34 Evoluzione

35 PROCARIOTI archebatterieubatteri Rari – vivono in condizioni estreme: sorgenti solforose 80°C pH 2 Sono i batteri comuni

36 Evoluzione 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

37 Evoluzione EUCARIOTI CELLULA EUCARIOTICA SEPARA I PROCESSI DI REPLICAZIONE DI DNA SINTESI DI RNA NUCLEO TRADUZIONE DI RNA IN PROTEINE MATURAZIONE DELLE PROTEINE CITOPLASMA

38 La 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

39 La 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

40 La 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

41 La cellula eucariotica RETICOLO 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 allapparato del Golgi: - ulteriore processamento delle proteine - invio delle vescicole alla destinazione finale - sintesi dei lipidi - sintesi dei polisaccaridi

42 Evoluzione Acquisizione della capacita di migrare

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44 La 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

45 La cellula eucariotica CITOSCHELETRO Composto da MICROTUBULI FIBRE DI ACTINA FILAMENTI 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…….

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51 GFP-tubulina durante la MITOSI

52 La 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

53 La cellula eucariotica Per la SOPRAVVIVENZA CELLULARE vi è la NECESSITA DI GENERARE ED UTILIZZARE ENERGIA METABOLICA Questa energia serve per tutti i PROCESSI BIOSINTETICI nelle cellule Nelle cellule la FONTE DI ENERGIA METABOLICA è: l ADENOSINA 5 – TRIFOSFATO ATP + ENERGIA

54 La cellula eucariotica LIBERAZIONE DI ENERGIA SINTESI DI ATP RICHIESTA DI ENERGIA DEGRADAZIONE DI ATP

55 Evoluzione ENDOSIMBIOSI Mitocondri Cloroplasti Hanno dimensioni simili ai batteri - ° - ° - ° - Il processo dellendosimbiosi ipotizza che Cellule Eucariotiche Ancestrali si siano evolute grazie ad una associazione simbiotica con cellule di Procarioti aventi migliori capacità nellutilizzo dei substrati metabolici

56 Evoluzione nelle piante SOLE FOTOSINTESI Produzione di MACROMOLECOLE E* Degradazione di MACROMOLECOLE Come ATP

57 Evoluzione Mitocondri e Cloroplasti - possono duplicarsi autonomamente - p- posseggono DNA proprio (circolare) - p- posseggono ribosomi - s- sistema distinto dal Genoma cellulare - p- posseggono doppia membrana - p- presentano dimensioni simili a quelle dei batteri

58 EUCARIOTI UNICELLULARI ad es.: i LIEVITI Saccaromyces 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 dellattivita di farmaci - ecc….

59 ORGANISMI 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

60 ORGANISMI MULTICELLULARI EUCARIOTI PLURICELLULARI. Nelluomo esistono piu di 200 tipi diversi di cellule specializzate. TUTTE POSSEGGONO LE STESSE INFORMAZIONI GENOMA

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63 Evoluzione 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.

64 Evoluzione

65 Corriere della sera del 07 ottobre 2008

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