Appunti di Biologia: cellule, virus e processi di trascrizione DNA/RNA

Biologia: Studio della Vita

BIOLOGIA = scienza che studia organismi viventi, le relazioni tra loro e le relazioni tra loro e l'ambiente. È, quindi, lo studio scientifico della vita in tutte le sue forme. È strutturata in sotto discipline, tra cui:

• FISIOLOGIA
• ECOLOGIA
• BIOCHIMICA

Studiano i processi vitali di cellule, tessuti e organismi nei rapporti specifici e di evoluzione.

Caratteristiche Fondamentali degli Esseri Viventi (RINGER)

RINGER = acronimo ad indicare le caratteristiche fondamentali degli esseri viventi:

• Respirazione cellulare
• Irritabilità > risposta agli stimoli
• Nutrizione > alimentazione
• Growth > crescita e sviluppo, dallo stesso stadio e poi con i relativi cambiamenti a seconda della specie, variazioni ex metamorfosi (= da larve a farfalle) + mitosi = aumento numero cellule
• E screzione > eliminazione di sostanze di scarto per non intossicare organismo
• Riproduzione > per mantenimento e proseguo della specie

La Cellula: Unità Fondamentale della Vita

Gli esseri viventi sono costituiti da cellule = piccole unità delimitate da membrana plasmatica in grado di creare copie di sé stesse, nutrirsi, eliminare sostanze di scarto e crescere. CELLULA = più piccola unità vivente, unità fondamentale della vita.

Organismi in Base al Numero di Cellule

Sulla base del numero di cellule > ORGANISMI:

• UNICELLULARI = batteri, protozoi, funghi unicellulari
• PLURICELLULARI = funghi, animali, piante

Organismi: Procarioti ed Eucarioti

ORGANISMI: virus non rientrano in queste I categorie.

• PROCARIOTI > pro-carion: non hanno nucleo ben definito, ma una zona della cellula dove si addensa il DNA, detta nucleoide, privo di membrana e non chiuso
• EUCARIOTI > eu-carion: vero nucleo, delimitato da involucro nucleare + organuli; costituiscono organismi unicellulari e pluricellulari:
  1. UNICELLULARI = protozoi, lieviti
  2. PLURICELLULARI = funghi, metafiti, metazoi

Citologia e Istologia

CITOLOGIA = studio della cellula e delle sue componenti molecolari e sopramolecolari (> ne regolano il ringer).

TESSUTI = più cellule insieme che interagiscono e cooperano.

ISTOLOGIA = studio delle caratteristiche morfologiche, spaziali e funzionali dei tessuti negli organismi pluricellulari.

Dogma Centrale della Biologia

DOGMA CENTRALE/FONDAMENTALE DELLA BIOLOGIA > p 314 e successive Rappresenta un caposaldo della bio. Esiste DNA, RNA (acido ribonucleico) e proteine. Tra di loro queste macromolecole sono legate da una relazione: il DNA è in grado di duplicare sé stesso, viene trascritto in RNA e tradotto in amminoacidi, fino a formare proteine > flusso unidirezionale (DNA>proteine, e non proteine>DNA). Esistono comunque delle eccezioni al dogma.

Tutti gli esseri viventi hanno la stessa chimica di base, cioè presentano le stesse macromolecole di interesse biologico (DNA, RNA e proteine). Sono presenti anche in qualcosa che non è cellula, ex virus = particella infettiva non cellulare che si riproduce dentro la cellula ospite.

Dimensioni di Cellule e Virus

CELLULE PROCARIOTICHE: 0.2-4.0 micron.

CELLULE EUCARIOTICHE: 5-50 micron, ma anche visibili ad occhio nudo (ex uovo di struzzo)

VIRUS INFLUENZALE: 10-450 nm, non visibili al microscopio ottico, ma elettronico

Categorie in Base alla Dimensione del Genoma

Sulla base della dimensione del genoma (DNA contenuto all'interno) della cellula è possibile dividere in categorie (dal più basso):

• VIROIDI
• VIRUS
• PRIONI

Livello Molecolare e Tasso di Mutazione

LIVELLO MOLECOLARE:

VIRUS VIROIDI PRIONI 10-2 Viroids 10-3 10-4 RNA viruses 10-5 Mutation rate 10-6 SSDNA viruses 10-7 10-8 dsDNA viruses Bacteria Higher eukaryotes 10-9 10-10 Lower eukaryotes 10-11. 102 103 104 105 106 107 108 109 1010 Genome size

Virus: Entità Biologiche Non Cellulari

VIRUS Non sono cellule. Sono:

• Entità biologiche
• Parassiti obbligati > non possiedono vita autonoma, ma devono necessariamente parassitare una cellula ospite per poter completare il proprio ciclo vitale; per farlo, esistono meccanismi diversi a seconda del tipo di virus
• Mediamente ca 100 volte più piccoli di una cellula, visibili solo al microscopio elettronico e non ottico

Possiedono un acido nucleico: o DNA (= desossiribovirus) o RNA (= ribovirus, ex covid > di solito danno più problemi). Si pensa che la vita sia iniziata come vita a RNA, fino a stabilizzarsi come vita a DNA. La singola unità virale = virione, che NON ha una struttura cellulare. Si riproduce solo per sintesi e assemblaggio delle parti (come un lego).

Possono infettare organismi appartenenti a tutti i regni biologici > esistono virus per infettare qualsiasi regno, ma di solito se uno infetta il regno animale non può infettare quello vegetale e viceversa.

Struttura del Virione

Se aprissimo un virus a metà, all'interno si troverebbero strutture fondamentali:

• GENOMA, costituito da DNA o RNA
• CAPSIDE = Involucro proteico costituito da proteine
• ENVELOPE = Rivestimento esterno costituito da lipoproteine (proteine e lipidi), fondamentale perché ha funzione di ancoraggio e antenna (= di riconoscimento > proteine spike) > riconosciute da vaccini e anticorpi

Ogni tipologia di virus può presentare strutture specifiche.

Categorie di Virus

Categorie di virus in base a caratteristiche:

• TIPO DI CELLULA PARASSITATA:
  • VIRUS BATTERICI
  • VEGETALI > ex mosaico del tabacco
  • ANIMALI
  • DEI MAMMIFERI
  • DEI FUNGHI
  • …
• TIPO DI GENOMA
  • DESOSSIRIBOVIRUS
  • RIBOVIRUS (ex HIV = virus dell'AIDS - virus della rabbia - corona virus)
• ALTRI PARAMETRI
  • DIMENSIONI
  • FORMA
    • ELICOIDALE
    • POLIEDRICA
    • SFERICA
    • COMPLESSA > ex batteriofagi
  • SIMMETRIA > virus ebola: mancante di simmetria e forma alcuna

Batteriofagi: Virus che Infettano i Batteri

BATTERIOFAGI Virus specializzati nell'infettare batteri, quindi cellule procariotiche; attuano l'infezione iniettando il proprio genoma all'interno, quindi l'intera struttura del batteriofago è costruita in modo da rendere possibile l'attacco alla cellula tramite spine/fibre + piastra, che si aggancia alla membrana esterna della cellula, dentro cui inietta il genoma virale contenuto nella testa, tramite il collo/coda, che si accorcia/piega/contrae. Il DNA viene gestito dall'impianto di sintesi della cellula batterica e viene duplicato, trascritto dall'RNA fino a creare nuovi virus al suo interno. Il virus obbliga il sistema di riproduzione della cellula ospite a lavorare per riprodurre lui stesso.

Se all'interno del virus abbiamo RNA e non DNA e si inserisce quello nella cellula ospite, I'RNA non viene immediatamente tradotto in proteine, ma c'è un passaggio inverso (eccezione al dogma) > viene prodotto DNA a partire da RNA > trascrizione inversa > retrovirus. Dopo aver prodotto DNA, ha luogo la produzione di RNA normalmente. Si trascrive DNA a partire da RNA tramite l'enzima trascrittasi inversa*, contenuto nel capside del virus.

Riproduzione dei Virus

RIPRODUZIONE VIRUS:

• DA RNA A RNA > si crea un filamento di RNA complementare al genoma del virus, usato per fare copie multiple del genoma virale
• * TRASCRIZIONE INVERSA > fanno una copia di DNA del loro genoma dopo aver infettato una cellula ospite, viene incorporata nel genoma dell'ospite e appoggiandosi ai suoi meccanismi di trascrizione producono RNA, tradotto per formare proteine vitali o incorporato come genoma in nuove particelle virali

Emergenze Globali Causate da Virus

Emergente globali causate da virus negli ultimi anni:

• COVID-19: agente causativo = SARS-COV-2 > ferite permanenti ad apparati, a qualsiasi età
  • Scoperto nel 2019
  • Virus a RNA
• Mpox: agente causativo = MPOX VIRUS (MPV) = vaiolo delle scimmie (vedi link)
  • Scoperto nel 1958
  • Virus a DNA
  • Contratto per inalazione diretta - contatto diretto con fluidi corporei - contatto con biancheria/oggetti non lavati di persona infetta - attività sessuale
  • Sintomi: febbre - irritazioni cutanee ...
  • Presenta un envelope sviluppato, con proteine che il virus del vaiolo in parte condivide, quindi erano già note in un vaccino già costituito da decenni
• EBOLA: agente causativo = MVE; specialmente in animali cacciati con scopo alimentare che sono serbatoio naturale di questo virus, per questo torna frequentemente; periodo di incubazione da pochi giorni a 21, quindi il soggetto è capace di infettare prima della dimostrazione dei sintomi; si hanno emorragie interne che provocano uscita di sangue, con contagi elevati. Tasso di decessi fino a 94% sul tot infetti, a seconda delle variabili.

Viroidi: Piccole Molecole di RNA Infettive

VIROIDE Simile a un virus, scoperto per la prima volta nel 1971. Piccola molecola di RNA circolare non rivestita da capside. Infetta solo i vegetali, trasmesso da semi, pollini e strumenti agricoli. Dimensione del genoma più piccolo (qualche 100naio di nucleotidi), ma tasso di mutazione elevato.

Prioni: Proteine Infettive e Malattie Neurologiche

PRIONI Particelle infettive proteiche responsabili di malattie neurologiche gravi e trasmissibili (encefalopatie spongiformi > il sistema nervoso centrale comincia ad assomigliare ad una spugna, con generazione di spazi laddove non sono presenti) > malattie degenerative facilmente trasmissibili (ex mucca pazza). Sono in pratica proteine infettive ripiegate male > versioni non ben ripiegate di normali proteine della cellula.

Gli stessi prioni, quando entrano in contatto con una proteina ripiegata correttamente, la inducono a ripiegarsi male > funzione di proteine chaperon: in epoca vittoriana, erano accompagnatori delle ragazze che non potevano uscire da sole. Ce ne sono diverse note, ex PrPC = proteina prionica cellulare nella sua funzione normale; nel momento in cui entra in contatto con una proteina in conformazione anormale = PrPSc viene indotta a ripiegarsi come lei.

A cambiare la funzione della proteina non è la sequenza di amminoacidi, ma il modo in cui questa occupa lo spazio; esso viene stravolto nel momento in cui la proteina incontra una proteina prione, e lei stessa diventa infettiva.

Arrivano all'encefalo passando da neurone a neurone.

Caratteristiche dei Prioni

Il prione:

• Si replica
• Esiste in ceppi diversi
• Presenta specificità per ospite
• NON è un essere vivente, perché non crea nuove forme di vita > induce solo proteine già esistenti, non le crea ex novo
• Non ha genoma

Classificazione delle Malattie da Prioni

Le malattie da prioni possono manifestarsi in qualsiasi individuo, classificate in base al tipo di prione:

• SPORADICHE: insorgono senza una ragione nota (ex mutazione spontanea)
• FAMILIARI: all'interno di sogg della stessa famiglia, con portatori di un gene che sviluppa proteine prioniche
• ACQUISITE: in seguito a infezioni da parte di un organismo infetto (ex tramite alimentazione > carne contaminate); una forma di infezione degli animali è tramite ovini infetti da scrapie; le loro carcasse, usate nei mangimi per aumentare il ritmo di crescita, vengono somministrate ai bovini, che si ammalano di malattia chiamata morbo della mucca pazza, che poi infetta l'uomo che se ne nutre > vedi link, anche se non è parte di esame

Forme Biologiche nelle Zone d'Ombra

FORME BIOLOGICHE NELLE ZONE D'OMBRA > difficile da definirle, perché creano copie di sé stesse, ma non sono vita > viroidi - virus - prioni > solo a livello molecolare, quindi molto piccole:

• MILLIMETRO = mm = 1*10-3 m
• MICROMETRO = um = 1*10-6 m
• NANOMETRO = nm = 1-10-9 m
• ANGSTROM = Å = 1-10-10 m (1/10 nm)

La maggior parte delle cellule hanno diametro di misura tra i 1 e i 100 um. ATTIVITÀ 5.1 libro

Letture Consigliate

LETTURE:

the hot zone, area di contagio > Preston

Tavola Periodica e Composizione Chimica

TAVOLA PERIODICA Le proprietà dell'atomo sono date da numero atomico e disposizione degli elettroni attorno al nucleo.

Composizione Chimica di una Cellula Batterica

COMPOSIZIONE CHIMICA DI UNA CELLULA BATTERICA È composta indicativamente per il 70% di H2O (così come quella animale, anche se cambia leggermente a seconda del tessuto); il rimanente 30% è composto da macromolecole comuni = proteine, acidi nucleici (RNA e DNA), zuccheri, lipidi e un insieme di piccole molecole di vario tipo. L'H20 è così importante per la cellula perché è una delle molecole fondamentali per la vita.

L'Acqua come Dipolo Elettrico

ACQUA È un dipolo elettrico > i 2 H presentano 2 deboli cariche + e l'O una debole carica -. Le 4 coppie di elettroni in orbita nel guscio esterno dell'atomo di O si respingono e conferiscono alla molecola una forma tetraedrica. In condizioni di energia cinetica bassa