Le interazioni della vita

Presentazione sul tema: "Le interazioni della vita"— Transcript della presentazione:

1 Le interazioni della vita

2 Il metabolismo cellulare
13/11/11 Il metabolismo cellulare 2 2

3 La cellula lavora: il metabolismo
13/11/11 La cellula lavora: il metabolismo Il metabolismo cellulare è l’insieme delle reazioni che si svolgono in una cellula. Comprende reazioni di sintesi (anaboliche) e di degradazione (cataboliche). Richiede materie prime ed energia. 3 3

4 Il lavoro cellulare secondo la termodinamica
13/11/11 Il lavoro cellulare secondo la termodinamica Le cellule sono sistemi ordinati e richiedono energia per funzionare. Tutti gli organismi utilizzano l’energia potenziale chimica immagazzinata nei legami delle molecole dei nutrienti. Gli autotrofi fotosintetici sanno trasformare l’energia luminosa in energia chimica. 4 4

5 L’ATP è una piccola «pila» ricaricabile
13/11/11 L’ATP è una piccola «pila» ricaricabile L’idrolisi dell’ATP libera energia che può essere utilizzata per le reazioni del metabolismo cellulare. 5 5

6 L’ATP è una piccola «pila» ricaricabile
13/11/11 L’ATP è una piccola «pila» ricaricabile La molecola di ATP funziona come una pila ricaricabile, la cui energia viene liberata e riacquistata in modo ciclico. 6 6

7 Le membrane sono essenziali
13/11/11 Le membrane sono essenziali per il metabolismo 7 7

8 Le funzioni delle membrane biologiche
13/11/11 Le funzioni delle membrane biologiche Tutte le membrane biologiche sono filtri selettivi, sono flessibili e dinamiche, partecipano al metabolismo. 8 8

9 La membrana plasmatica è un mosaico fluido
13/11/11 La membrana plasmatica è un mosaico fluido Tutte le membrane hanno una struttura dinamica e flessibile, detta mosaico fluido, costituita da un doppio strato di fosfolipidi in cui sono immerse proteine integrali e periferiche. Sono presenti anche glicolipidi, glicoproteine e, nelle cellule animali, colesterolo. 9 9

10 La membrana plasmatica
È caratterizzata da permeabilità selettiva, meccanismo che consente il passaggio solo a determinate sostanze mentre lo impedisce ad altre.

11 La membrana plasmatica è un mosaico fluido
13/11/11 La membrana plasmatica è un mosaico fluido 11 11

12 La membrana plasmatica è un mosaico fluido
13/11/11 La membrana plasmatica è un mosaico fluido 12 12

13 Le molecole possono attraversare la membrana in molti modi diversi
13/11/11 Le molecole possono attraversare la membrana in molti modi diversi La membrana seleziona le molecole e gli ioni in base a dimensioni, carica, polarità, forma tridimensionale. Il passaggio può essere passivo (spontaneo) o attivo (richiede l’energia fornita dall’ATP). Materiali più voluminosi possono essere trasportati mediante vescicole. 13 13

14 Il trasporto passivo avviene per diffusione
13/11/11 Il trasporto passivo avviene per diffusione La diffusione semplice è il passaggio, secondo gradiente, di molecole piccole e apolari attraverso il doppio strato di fosfolipidi. La diffusione facilitata è il passaggio secondo gradiente di molecole polari o ioni attraverso proteine di trasporto specifiche. 14 14

15 La membrana plasmatica separa fisicamente l’interno della cellula dall’ambiente extracellulare, riceve informazioni sui cambiamenti nell’ambiente esterno, regola il passaggio di materiali dentro e fuori la cellula e comunica con altre cellule Le membrane biologiche formano compartimenti all’interno delle cellule eucariotiche permettendo lo svolgimento di una varietà di funzioni diverse Le membrane fungono da superfici per le reazioni biochimiche Secondo il modello a mosaico fluido, le membrane sono costituite da un doppio strato fosfolipidico nel quale sono incastrate varie proteine Le molecole fosfolipidiche sono anfipatiche: esse hanno regioni idrofobiche e idrofiliche.

16 In quasi tutte le membrane biologiche, i lipidi del doppio strato sono in uno stato fluido; ciò fa sì che le molecole possano muoversi rapidamente nel piano della membrana. Anche le proteine si muovono all’interno della membrana Le proteine di membrana integrali sono incastrate nel doppio strato in modo tale che le loro superfici idrofiliche siano a contatto con l’ambiente acquoso Le proteine transmembrana sono proteine integrali che attraversano completamente la membrana Le proteine di membrana periferiche sono associate alla superficie del doppio strato

17 Le membrane biologiche sono selettivamente permeabili, permettono cioè il passaggio di alcune sostanze e non di altre. Regolando il passaggio delle molecole che entrano ed escono dalla cellula e dai suoi compartimenti, la cellula controlla il proprio volume e la propria composizione interna di ioni e molecole Le proteine di trasporto della membrana facilitano il passaggio di ioni e molecole attraverso le membrane Le proteine carrier sono proteine di trasporto che vanno incontro ad una serie di variazioni conformazionali nel momento in cui si legano e trasportano uno specifico soluto I trasportatori ABC sono proteine carrier che utilizzano l’energia derivante dall’ATP per trasportare soluti Le proteine canale sono proteine di trasporto che formano vie di transito per l’acqua e ioni

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20 Alcune funzioni delle proteine di membrana
Ancoraggio Trasporto passivo Trasporto attivo Attività enzimatica Trasduzione del segnale Riconoscimento cellulare Giunzione intercellulare

21 La struttura della membrana plasmatica
Le funzioni della membrana dipendono dal tipo di proteina: alcune, dette recettori, riconoscono e legano una proteina specifica; alcune svolgono il ruolo di enzimi per la catalisi di reazioni intra- o extracellulari; altre rivestono una funzione di riconoscimento, identificano altre proteine o agenti estranei.

22 Il trasporto attraverso la membrana plasmatica
Gran parte del nostro organismo è costituito da fluido intracellulare: è contenuto all’interno delle cellule (citosol); fluido extracellulare: è presente negli spazi microscopici fra le cellule adiacenti e viene detto anche fluido interstiziale;

23 Il trasporto attraverso la membrana plasmatica
I fluidi cellulari sono soluzioni acquose di gas, nutrienti, ioni e altre sostanze utili alla vita. 23

24 Il trasporto attraverso la membrana plasmatica
13/11/11 Il trasporto attraverso la membrana plasmatica Le membrane cellulari si lasciano attraversare da alcune sostanze in maniera selettiva o semipermeabile. Il trasporto attraverso la membrana può essere passivo, se non richiede l’impiego di energia, e viceversa si dice attivo. Diffusione attraverso una membrana semipermeabile 24 24

25 Il trasporto attraverso la membrana plasmatica
Il gradiente di concentrazione è la differenza di concentrazione tra due aree diverse. Se i soluti si muovono da un’area ad alta concentrazione a una a bassa concentrazione si muovono secondo gradiente, se si spostano da un’area a bassa concentrazione a una ad alta si muovono contro gradiente.

26 Il trasporto attraverso la membrana plasmatica
Le sostanze attraversano le membrane cellulari tramite processi passivi: la sostanza attraversa la membrana secondo il gradiente di concentrazione, utilizzando solo la propria energia di movimento; processi attivi: l’energia cellulare, sotto forma di ATP, viene utilizzata per spingere la sostanza attraverso la membrana contro il gradiente di concentrazione. 26

27 Il trasporto attraverso la membrana plasmatica
I processi passivi possono avvenire per diffusione semplice.

28 Diffusione

29 Il trasporto attraverso la membrana plasmatica
13/11/11 Il trasporto attraverso la membrana plasmatica I processi passivi possono avvenire per diffusione facilitata. 29 29

30 La diffusione dell’acqua avviene per osmosi
13/11/11 La diffusione dell’acqua avviene per osmosi L’osmosi, cioè il passaggio di acqua attraverso una membrana semipermeabile, è una forma di diffusione. L’acqua esce dalla cellula se l’esterno è ipertonico (maggiore concentrazione di soluto), mentre entra se è ipotonico (minore concentrazione di soluto). 30 30

31 Il trasporto attraverso la membrana plasmatica
L‘osmosi è il movimento netto di molecole d’acqua attraverso una membrana a permeabilità selettiva.

32 Osmosi

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34 Il trasporto attraverso la membrana plasmatica
Nel trasporto attivo, l’energia, ottenuta con la scissione dell’ATP, fa cambiare la conformazione di una proteina di trasporto (o pompa) che fa passare una sostanza attraverso la membrana plasmatica, contro il suo gradiente di concentrazione.

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37 Il trasporto attivo avviene attraverso proteine che possono lavorare con un meccanismo di uniporto, sinporto, antiporto. 13/11/11 37 37

38 Il trasporto attraverso la membrana plasmatica
Nel trasporto con vescicole, le vescicole formatesi per gemmazione dalla membrana plasmatica raccolgono sostanze dal fluido intracellulare e lo liberano all’esterno (esocitosi) o viceversa (endocitosi).

39 13/11/11 L’endocitosi e l’esocitosi consentono il trasporto di particelle voluminose L’endocitosi consente di portare nella cellula materiali inglobandoli in vescicole generate per introflessione della membrana plasmatica. 39 39

40 13/11/11 L’endocitosi e l’esocitosi consentono il trasporto di particelle voluminose L’esocitosi è l’espulsione di materiali cellulari in vescicole che si fondono con la membrana plasmatica. 40 40

41 La comunicazione cellulare

42 Le cellule si riconoscono, aderiscono l’una all’altra, comunicano
13/11/11 Le cellule si riconoscono, aderiscono l’una all’altra, comunicano 42 42

43 La membrana plasmatica identifica la cellula
13/11/11 La membrana plasmatica identifica la cellula Ogni cellula del nostro organismo è dotata di una propria impronta digitale, determinata da specifiche molecole incastrate tra i fosfolipidi e sporgenti sulla superficie esterna della membrana plasmatica. 43 43

44 13/11/11 L’adesione tra cellule le mantiene in posizione e consente loro di comunicare Negli organismi pluricellulari, le cellule aderiscono l’una all’altra mediante giunzioni occludenti a tenuta stagna, desmosomi (ponti che saldano le cellule, senza ostacolare lo scambio di sostanze), o giunzioni serrate (canali aperti per il passaggio di molecole). Nelle piante, i plasmodesmi collegano le cellule, consentendo lo scambio di sostanze. 44 44

45 13/11/11 L’adesione tra cellule le mantiene in posizione e consente loro di comunicare 45 45

46 Le cellule comunicano attraverso la segnalazione cellulare che consiste di quattro processi principali: la sintesi, il rilascio e il trasporto delle molecole segnale la ricezione dell’informazione da parte delle cellule bersaglio la trasduzione del segnale, il processo con cui un recettore converte un segnale extracellulare in un segnale intracellulare e lo inoltra determinando una risposta cellulare la risposta da parte della cellula, per esempio, l’alterazione di qualche processo metabolico

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48 Le unità funzionali del sistema nervoso sono i neuroni.
I neuroni sono cellule eccitabili costituite da: un corpo cellulare; più dendriti; un assone. 48

49 La maggior parte delle cellule animali ha un differente potenziale elettrico ai due lati della membrana La membrana è polarizzata elettricamente intendendo che un lato o polo ha una carica differente rispetto all’altro Esiste quindi una differenza di energia potenziale tra i due lati della membrana che dà luogo ad un gradiente elettrico Il voltaggio che si misura fra i due lati della membrana è chiamato potenziale di membrana Nelle cellule eccitabili come i neuroni e le cellule muscolari il potenziale può cambiare rapidamente dando origine ai segnali cellulari

50 Due fattori determinano la variazione del potenziale di membrana: 1) le differenze nelle concentrazioni intra- ed extracellulari di specifici ioni; 2) la permeabilità selettiva della membrana a questi ioni Nei cellule neuronali, la concentrazione di K+ è circa dieci volte maggiore all’interno piuttosto che all’esterno della cellula Al contrario, la concentrazione di Na+ è circa dieci volte maggiore all’esterno piuttosto che all’interno della cellula Questa distibuzione è dovuta all’azione di pompe ioniche di canali di membrana selettivi per alcuni ioni

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54 I neuroni usano segnali elettrici per trasmettere informazioni lungo gli assoni
In un neurone a riposo, la superficie interna della membrana è carica negativamente rispetto all’esterno: la membrana è polarizzata Se uno stimolo fa sì che il potenziale di membrana diventi meno negativo la membrana diventa depolarizzata Se il potenziale di membrana diventa più negativo del potenziale di riposo, la membrana è iperpolarizzata

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56 I recettori sensoriali rispondono a stimoli di varia natura
I recettori sensoriali si possono dividere in cinque categorie: chemocettori – recettori di sostanze chimiche; 2. nocicettori – recettori del dolore; 3. fotocettori e magnetocettori – recettori dei segnali elettromagnetici; 4. termocettori – recettori della temperatura; 5. meccanocettori – recettori meccanici.

57 Abbiamo chemorecettori per cinque sapori fondamentali (dolce, salato, amaro, acido, umami)

58 Chemorecettori - recettori gustativi
La capacità di distinguere tra i gusti ha valore per la sopravvivenza I veleni sono in generi amari I cibi con elevato valore calorico hanno spesso un gusto dolce Gli organi del gusto nei mammiferi sono costituiti dalle papille gustative collocate nella bocca

59 >300 mM NaCl

60 Ogni papilla gustativa contiene circa 50 cellule recettoriali

61 Un neurone sensoriale può innervare diverse papille gustative
I recettori gustativi riconoscono le sostanze disciolte nella saliva Ad esempio, quando i recettori gustativi percepiscono la molecola del gusto dolce, viene attivato un processo di trasduzione del segnale che coinvolge una proteina G L’attività dell’adenilato-ciclasi aumenta e di conseguenza aumentano i livelli di cAMP e viene attività una proteina chinasi che chiude i canali per K+

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63 Ereditabilità del gusto
La scelta degli alimenti ha una forte componente genetica: la scelta di cibi proteici è ereditaria per il 78% mentre la scelta di frutta il 51% e quella di vegetali solo il 37%. Int J Primat, 2002, 23:

64 Frutta selvatica: base principale della dieta
Ricerca del gusto dolce Frutta selvatica: base principale della dieta Homo Sapiens Gibbone Orangotango Gorilla Scimpanzé Evoluzione

65 Preferenza del gusto dolce (Gorilla)
Int J Primat, 2002, 23:

66 Zucchero come fonte di energia
12% Termoregolazione 15% Attività fisica 73% Metabolismo basale In una corretta dieta alimentare, gli zuccheri possono contribuire fino al 10% del fabbisogno energetico!

67 Raccolta del miele da api selvatiche
Disegno risalente a anni fa

68 Raccolta del miele da api domestiche
Allevamento delle api in epoca egizia ( a.C.)

69 Il sapore dolce ci permette di individuare cibi con alto contenuto di sostanze nutritive e ricchi di energia. Il sapore umami permette il riconoscimento di aminoacidi e proteine ​​necessarie ​​per lo sviluppo e il mantenimento del nostro corpo. Gusto amaro e acido ci danno un avvertimento contro l'assunzione di sostanze potenzialmente nocive o velenose. Questa discriminazione dei gusti diventa ancora più importante durante la gravidanza.

70 I due cambiamenti più consistenti individuati in donne gravide riguardano i gusti salato e amaro.
Le donne in gravidanza mostrano bassa sensibilità al gusto salato in relazione al fabbisogno di sali del feto in accrescimento. Le donne in gravidanza mostrano anche una maggiore sensibilità al gusto amaro. Una maggiore sensibilità al gusto amaro in gravidanza previene l’assunzione da parte delle donne in gravidanza di sostanze potenzialmente nocive per il feto in accrescimento.

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72 Quando una molecola odorosa si lega con un recettore sulle ciglia di una cellula olfattiva recettoriale, inizia il processo di trasduzione del segnale Una proteina G viene attivata e porta alla sintesi di cAMP che apre i canali nella membrana I canali permettono al Na+ e ad altri cationi di entrare nella cellula causando una depolarizzazione portando alla trasmissione di potenziali d’azione nell’encefalo Il numero di molecole odorose determina l’intensità, la quale a sua volta determina l’ampiezza del potenziale recettoriale

73 Nei vertebrati terrestri, gli odori vengono percepiti a livello dell’epitelio nasale
Esso contiene circa 100 milioni di cellule olfattive con apici ciliati Le molecole recettoriali delle ciglia si legano a composti disciolti nel muco sulla superficie epiteliale della cavità nasale L’altro lato delle cellule olfattive è composto da un assone che si collega ai neuroni del bulbo olfattivo L’informazione viene trasmessa alla corteccia olfattiva che si trova nel sistema limbico. Il sistema limbico è associato anche alla sfera emotiva (gli odori sono spesso associati a sensazioni e ricordi)

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