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Prof. Angelo Poletti Istituto di Endocrinologia Centro di Eccellenza sulle Malattie Neurodegenerative dell’Universita’ degli Studi di Milano Via Balzaretti 9 – 20133 Milano Tel 02-5031.8215 - E-mail: angelo.poletti@unimi.it Sito web: http://users.unimi.it/poletti

FORNIRE AGLI STUDENTI ISCRITTI AL PRIMO ANNO Biologia (CFU = 5) 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.

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

………… 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 L’APOPTOSI                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

………… 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 http://users.unimi.it/poletti (menu a sinistra APPROFONDIMENTI)

Libri di testo consigliati 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

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

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

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

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

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

Origine della vita Scarica elettrica in una miscela di: - Acqua (H O) - Metano (CH ) - Ammoniaca (NH ) Esperimento di Miller: H + NO + CO + H O + NH + CH 2 4 3 2 2 2 3 4

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

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

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

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

Origine della vita

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

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

Origine della vita Prima il DNA o l’RNA ?? Probabilmente RNA ! meno stabile ma con funzioni catalitiche

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

Origine della vita

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

Origine della vita 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 La formazione degli acidi nucleici consente: La loro REPLICAZIONE per trasmettere l’informazione 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 FOSFOLIPIDI Composti base delle membrane biologiche MOLECOLE ANFIPATICHE - Porzione solubile in acqua (IDROFILICA) - Porzione NON solubile in acqua (IDROFOBICA)

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

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

Origine della vita i VIRUS sono simili alle prime cellule

Evoluzione

Evoluzione archebatteri eubatteri PROCARIOTI Rari – vivono in condizioni estreme: sorgenti solforose 80°C pH 2 Sono i batteri comuni

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

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

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

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

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

RETICOLO ENDOPLASMATICO E 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 all’apparato del Golgi: - ulteriore processamento delle proteine - invio delle vescicole alla destinazione finale - sintesi dei polisaccaridi

Evoluzione Acquisizione della capacita’ di migrare

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

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…….

GFP-tubulina durante la MITOSI

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

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

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

Evoluzione ENDOSIMBIOSI Mitocondri Cloroplasti 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 piante SOLE FOTOSINTESI E* Produzione di MACROMOLECOLE E* Come ATP Degradazione di MACROMOLECOLE

Evoluzione 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 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 dell’attivita’ di farmaci ecc….

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

TUTTE POSSEGGONO LE STESSE INFORMAZIONI ORGANISMI MULTICELLULARI EUCARIOTI PLURICELLULARI . Nell’uomo esistono piu’ di 200 tipi diversi di cellule specializzate. TUTTE POSSEGGONO LE STESSE INFORMAZIONI GENOMA

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.

Evoluzione

Corriere della sera del 07 ottobre 2008