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Indice
1
Introduzione allo studio della biologia
cellulare e molecolare
1
1.1
Scoperta delle cellule
2
1.2
Proprietà fondamentali delle cellule
3
Le cellule sono notevolmente complesse ed organizzate
3
Le cellule possiedono un programma genetico e i mezzi per
utilizzarlo
5
Le cellule sono capaci di riprodursi
5
Le cellule acquisiscono energia e la utilizzano
5
Le cellule svolgono una varietà di reazioni chimiche
5
Le cellule sono impegnate in numerose attività meccaniche
6
Le cellule sono capaci di rispondere agli stimoli
6
Le cellule sono capaci di auto-regolazione
6
Le cellule evolvono
7
1.3
Due classi di cellule fondamentalmente diverse
7
Le caratteristiche che distinguono le cellule procariotiche da
quelle eucariotiche
8
I tipi di cellule procariotiche
14
I tipi di cellule eucariotiche: la specializzazione cellulare
15
Le dimensioni delle cellule e delle loro componenti
17
La biologia di sintesi
17
l
PROSPETTIVE PER L’UOMO:
La prospettiva della
terapia di sostituzione cellulare
20
1.4
Virus
23
I viroidi
26
l
ITINERARI SPERIMENTALI:
L’origine delle cellule
eucariotiche
26
2
Basi chimiche della vita
32
2.1
Legami covalenti
33
Le molecole polari e non polari
34
La ionizzazione
34
2.2
Legami non covalenti
34
l
PROSPETTIVE PER L’UOMO:
I radicali liberi come cau-
sa dell’invecchiamento
35
I legami ionici: attrazioni fra atomi provvisti di carica
35
I legami idrogeno
36
Le interazioni idrofobiche e le forze di van der Waals
36
Le proprietà dell’acqua sono essenziali per la vita
37
2.3
Acidi, basi e tamponi
39
2.4
Natura delle molecole biologiche
40
I gruppi funzionali
41
Una classificazione delle molecole biologiche in base alla
funzione
41
2.5
Quattro famiglie di molecole biologiche
42
I carboidrati
43
I lipidi
47
Le proteine
50
l
PROSPETTIVE PER L’UOMO:
Un ripiegamento non cor-
retto delle proteine può avere conseguenze mortali 66
Gli acidi nucleici
77
2.6
Formazione di strutture macromolecolari
complesse
79
L’assemblaggio del virus del mosaico del tabacco e delle
subunità ribosomali
79
l
ITINERARI SPERIMENTALI:
Gli chaperoni: proteine che
aiutano altre proteine a ripiegarsi in maniera corretta 80
3
Bioenergetica, enzimi e metabolismo
86
3.1
Bioenergetica
87
Le leggi della termodinamica e il concetto di entropia
87
L’energia libera
89
3.2
Enzimi come catalizzatori biologici
94
Le proprietà degli enzimi 95
Il superamento della barriera dell’energia di attivazione 96
Il sito attivo 97
I meccanismi della catalisi enzimatica 99
La cinetica enzimatica 102
l
PROSPETTIVE PER L’UOMO:
Il crescente problema
della resistenza agli antibiotici 106
3.3
Metabolismo
108
Una visione d’insieme del metabolismo
108
L’ossidazione e la riduzione: una questione di elettroni
109
La cattura e l’utilizzazione dell’energia
110
La regolazione metabolica
115
4
Struttura e funzione della membrana
plasmatica
120
4.1
Panoramica delle funzioni della membrana
121
4.2
Breve storia degli studi sulla struttura della
membrana plasmatica
123
4.3
Composizione chimica delle membrane
125
I lipidi di membrana
125
L’asimmetria dei lipidi di membrana
128
I carboidrati di membrana
129
4.4
Struttura e funzioni delle proteine di
membrana
130
Le proteine integrali di membrana 130
Lo studio della struttura e delle proprietà delle proteine
integrali di membrana 132
Le proteine periferiche di membrana 137
Le proteine di membrana ancorate ai lipidi 137
4.5
Lipidi e fluidità della membrana
138
L’importanza della fluidità della membrana 139
Il mantenimento della fluidità della membrana 139
Le zattere (raft) lipidiche 139
4.6
Natura dinamica della membrana plasmatica
140
La diffusione delle proteine di membrana dopo fusione
cellulare 141
Le restrizioni alla mobilità delle proteine e dei lipidi 142
Il globulo rosso: un esempio di struttura della membrana
plasmatica 145