Esame terza lezione Scuola di Scienze naturopatiche-Elementi di biochimica- Dr.ssa Silvia Beccacini- Uni.Psi
Università Popolare di Scienze della Salute Psicologiche e Sociali (Uni.Psi)
Scuola Triennale in Scienze naturopatiche
Esame terza lezione
Data 19/01/12 Allievo/a Silvia Beccacini
1. Descrivere, in sintesi, le caratteristiche che accomunano, metaforicamente, il funzionamento della cellula e il comportamento umano secondo Lewin.
Alla base della metafora vi è l’intuizione secondo cui le singole parti di un sistema devono essere studiate nella loro interazione con le altre: così anche il terapeuta deve essere attento non tanto ai singoli elementi che compongono un sistema, ma alla loro relazione e influenza reciproca. E’ un’impostazione fondamentale per l’attribuzione di significati, soprattutto per la salute umana, quella di saper tenere al contempo presenti l’insieme e le parti.
Il sistema cognitivo, come la membrana cellulare, lavora come un “filtro” selezionando le informazioni in ingresso cercando di proteggere il sistema globale. Inoltre, nel sistema cognitivo, tutto ciò è condizionato anche dalla sfera inconscia. L’accesso delle informazioni è un processo estremamente delicato che coinvolge, oltre alla sfera cognitiva, anche quella emotiva, affettiva e relazionale. Per questo si tende a rifiutare “istintivamente” le informazioni in contrasto con l’organizzazione cognitiva esistente nell’individuo, che lo turberebbero e lo porterebbero ad un enorme dispendio di energie per assimilare il significato delle nuove informazioni. Sulla base di questi concetti l’approccio olistico e di conseguenza il lavoro del consulente della salute non sarà quello di forzare il cliente tramite la somministrazione di rimedi e di informazioni, ma permettergli di valutare elaborare ed assimilare queste ultime, al fine di produrre una ristrutturazione globale del sistema. Processo questo tutt’altro che semplice dal momento che l’uomo per soddisfare il proprio bisogno di sicurezza (rif. Maslow) tende ad abbandonare con fatica gli schemi prefissati e conosciuti per mettersi in discussione o attuare dei cambiamenti.
Le analogie tra cellula e comportamento umano non finiscono ancora: come la cellula vive, riconosce, comunica con le altre cellule attraverso i legami chimici, così l’uomo è in relazione con gli altri attraverso i legami sociali. Se una cellula non stabilisse legami, non si adattasse all’ambiente circostante reagendo continuamente agli stimoli interni ed esterni non sopravvivrebbe, così l’essere umano non può isolarsi o rimanere rigido di fronte ai cambiamenti che avvengono al di fuori della “frontiera”, ma deve adattarsi di volta in volta agli stimoli ambientali, attuando continui cambiamenti. Questo meccanismo si fonda su uno schema di base che funziona per associazioni, fondamentale ai fini dell’adattamento alla realtà e all’ambiente, che nell’uomo si complessifica e si arricchisce grazie alla sfera inconscia, a quella affettiva ed emotiva. Ancora, rimanendo nel campo della metafora, come il metabolismo della cellula nei processi di anabolismo e catabolismo con i quali si genera e si scambia energia costruendo e trasformando molecole, così l’uomo costruisce legami sociali e affettivi a partire da individualità (le molecole “più semplici”) che “unendosi” diventano qualche cosa di più dell’insieme dei singoli componenti (molecole complesse), in relazione con l’ambiente circostante.
2. Indicare le caratteristiche principali e distintive di carboidrati, lipidi e proteine sotto il profilo strettamente biochimico.
CARBOIDRATI: sono composti da carbonio, idrogeno e ossigeno. Per ogni atomo di carbonio ci sono due atomi di idrogeno e uno di ossigeno. Vengono classificati in: monosaccaridi , disaccaridi, oligosaccaridi e polisaccaridi.
I monosaccaridi, o zuccheri semplici, sono le unità di base che costituiscono gli altri carboidrati. I monosaccaridi sono molecole costituite da un numero variabile di atomi di carbonio compreso tra tre e sette, visualizzabili attraverso le formule di struttura unitamente ai loro legami chimici.
I monosaccaridi si dividono in due ulteriori categorie, gli aldosi e i chetosi, e differiscono per la posizione del doppio legame con l’ossigeno, che negli aldosi avviene col primo atomo di carbonio, mentre nei chetosi con il secondo.
I disaccaridi sono carboidrati composti dall’unione chimica di due zuccheri semplici; quando avviene il legame chimico, che si chiama legame glicosidico, si ha la perdita di una molecola d’acqua (H2O).
I principali disaccaridi sono il maltosio, il saccarosio (il comune zucchero da cucina) e il lattosio (lo zucchero contenuto nel latte).
I polisaccaridi (come l’amido, il glicogeno, la cellulosa) sono i glucidi più rappresentati in natura, in particolare nei vegetali, dove svolgono funzioni di riserva, di sostegno e di protezione. Sono formati dall’unione di numerose molecole di monosaccaridi, sono poco solubili in acqua, privi di sapore dolce e vengono idrolizzati nei corrispondenti oligo- e monosaccaridi per azione di enzimi e acidi.
La loro importanza biologica riguarda la loro azione nel metabolismo e nella costituzione dell’organismo.
I carboidrati a più elevato potere nutritivo sono quelli complessi. Gli zuccheri semplici sono utili nei casi in cui l’organismo necessiti in tempi rapidi di molta energia, come durante l’attività fisica; essi determinano nel sangue un picco del valore della glicemia poco dopo la loro ingestione, ma anche un’altrettanto rapida diminuzione di tale valore dopo che essi sono stati utilizzati dall’organismo. I carboidrati complessi, invece vengono assimilati più lentamente e garantiscono un valore di glicemia costante nel sangue.
LIPIDI: I lipidi, più comunemente chiamati grassi, sono molecole organiche insolubili in acqua e solubili nei solventi apolari. I lipidi sono una classe di molecole dalla grande valenza biologica. Essi servono sia come molecole di riserva sia come costituenti essenziali delle membrane cellulari le quali sono formate da un doppio strato fosfolipidico. Dal punto di vista strutturale, sono costituiti prevalentemente da atomi di carbonio e idrogeno. Una prima suddivisione può essere fatta tra lipidi semplici, costituiti solo da atomi di carbonio, idrogeno e ossigeno, e tra lipidi complessi che possono contenere anche atomi di azoto e fosforo. I lipidi complessi possono contenere, oltre a carbonio, idrogeno ed ossigeno solo azoto o solo fosforo. Un’altra suddivisione riguarda la presenza o meno di insaturazioni, cioè di doppi legami tra gli atomi di carbonio, negli acidi grassi che fanno parte della molecola lipidica. Le membrane biologiche hanno due classi di lipidi: i fosfolipidi e gli sfingolipidi. I primi presentano un gruppo sostituente fosfato nel senso che nella prima catena è legato un gruppo fosfato nel quale è, a sua volta, legato un residuo. I secondi sono derivati della sfingosina, un aminoalcol. Gli steroli sono dei lipidi presenti perlopiù nella membrana cellulare e, nella forma di steroidi, sono dei segnalatori ormonali molto importanti. Gli ormoni sessuali, ad esempio, sono dei derivati sterolici e servono a regolare alcune attività intrinseche all’apparato riproduttore. Il colesterolo è uno sterolo presente nella membrana cellulare e la sua funzione è quella di renderla più solida. L’organismo ha un ottimo sistema di sintesi del colesterolo, tuttavia tale molecola può essere assunta dall’esterno. In questo caso c’è una oggettiva difficoltà a smaltirla e, in casi di valori elevati, può diventare motivo di patologia. Gli acidi grassi sono la fonte primaria (in termini quantitativi) di energia per il nostro organismo e sono presenti soprattutto sotto forma di trigliceridi. Il tessuto adiposo è localizzato nel sottocute e intorno agli organi interni. I fosfogliceridi insieme al colesterolo, sono i costituenti delle membrane cellulari. I lipidi sono presenti in minor quota dei carboidrati negli alimenti, ma il loro valore calorico è molto più elevato dei carboidrati. A differenza di questi ultimi, inoltre, sono utilizzati principalmente come energia di riserva.
PROTEINE: Le proteine sono delle macromolecole biologiche costituite dall’unione chimica di molecole semplici chiamate amminoacidi, legati l’uno all’altro da un legame chiamato legame peptidico. In natura esistono 20 amminoacidi differenti, con i quali possono essere costruite migliaia e migliaia di proteine di dimensioni differenti e con funzioni specifiche differenti. Le più piccole proteine contengono almeno una cinquantina di amminoacidi, ma generalmente esse contengono centinaia di amminoacidi. Gli amminoacidi sono costituiti da carbonio, idrogeno, ossigeno, azoto e alcuni contengono anche zolfo e sono caratterizzati dalla presenza di un gruppo amminico e di un gruppo acido. Ogni proteina ha una funzione specifica, e per essere svolta è indispensabile che gli amminoacidi si susseguono secondo una precisa sequenza. Inoltre hanno specifiche strutture (primaria, secondaria, terziaria, quaternaria). Le proteine rappresentano la principale fonte di azoto dell’organismo, componente fondamentale per l’equilibrio idro-salino intra ed extracellulare. Esse sono importanti costituenti delle membrane cellulari, e costituiscono gli enzimi (necessari nelle reazioni metaboliche) ed alcuni ormoni (come l’insulina), che regolano importanti processi dell’organismo
3. Descrivere, in sintesi, struttura e funzionamento della membrana cellulare
La membrana cellulare (chiamata anche membrana plasmatica) è sottilissima ed è possibile vederla solo al microscopio elettronico. E’ formata principalmente da un doppio strato di fosfolipidi e da molecole proteiche (che ne determinano la forma caratterizzata da estroflessioni, dato che alcune sono poste sulla membrana esterna ed altre invece sono immerse nella membrana stessa) . Il fosfolipide invece è un grasso formato da: un gruppo fosfato (molecola che contiene fosforo), glicerolo (composto organico), acidi grassi (monomeri dei grassi).
Il fosfolipide è formato da 1 testa (costituita da gruppo fosfato e glicerolo) idrofila e le code (costituite dagli acidi grassi) idrofobe. Per tali motivi di “affinità con l’acqua”, la membrana plasmatica è formata da un doppio strato di fosfolipidi con le code rivolte all’interno e le teste all’esterno perchè l’ambiente intracellulare ed extracellulare è acquoso.
Questo doppio strato lipidico, assicura quindi la struttura fondamentale della membrana e funge da barriera, relativamente impermeabile nei confronti del flusso della maggior parte delle molecole idrosolubili. Le molecole proteiniche sono “disciolte” nel doppio strato lipidico e vi svolgono le diverse funzioni della membrana; altre ancora fungono da collegamento strutturale fra il citoscheletro della cellula e la matrice extracellulare, ovvero agiscono da recettori per captare e trasdurre i segnali chimici provenienti dall’ambiente esterno.
La membrana ha il compito di separare la cellula dall’ambiente esterno, delimitandone i contorni e di regolare gli scambi di entrata delle sostanze utili e di uscita di quelle di rifiuto. Fornisce anche i dispositivi per la comunicazione e il riconoscimento cellula-cellula.
4. Indicare i diversi tipi di “trasporto” cellulare.
I meccanismi di trasporto cellulare sono essenzialmente di due tipi: passivo e attivo.
Nel trasporto passivo le sostanze “passano” spontaneamente a seconda del gradiente di concentrazione, attraversando la membrana senza spesa di energia da parte della cellula. Il trasporto passivo può avvenire per diffusione semplice , cioè senza ausilio di nessun sistema proteico: le molecole idrofobe e, seppur più lentamente, quelle polari (come l’acqua) di dimensioni molto piccole diffondono attraverso il doppio strato lipidico.
Il trasporto passivo può avvenire anche per diffusione facilitata, cioè attraverso l’ausilio di proteine canale/proteine di trasporto, le quali facilitano e velocizzano, appunto, il passaggio.
Nel trasporto attivo (primario e secondario) invece i soluti passano contro il gradiente di concentrazione. A tal fine è necessario l’ausilio di proteine di trasporto che richiedono l’utilizzo di energia biochimica (ATP)
5. Dare una definizione di: ATP, enzimi, respirazione cellulare, recettori, replicazione del DNA, divisione cellulare.
ATP = L’ adenosina trifosfato è una molecola presente in tutti gli organismi viventi, per i quali rappresenta la principale fonte di accumulo di energia immediatamente disponibile. E’ costituita da una molecola di adenina e una di ribosio (zucchero a 5 atomi di carbonio) a cui sono legati tre gruppi fosforici, mediante due legami ad alta energia. L’energia immagazzinata nell’ATP deriva dalla degradazione di composti denominati carboidrati, proteine e lipidi, attraverso reazioni metaboliche che avvengono in assenza o in presenza di energia. Quasi tutte le reazioni cellulari e i processi dell’organismo che richiedono energia vengono alimentati dalla conversione di ATP in ADP; tra di esse vi sono, ad esempio, la trasmissione degli impulsi nervosi, la contrazione muscolare, i trasporti attivi attraverso le membrane plasmatiche, la sintesi delle proteine e la divisione cellulare.
ENZIMI = E’ un catalizzatore (acceleratore) di reazioni biologiche. Un catalizzatore è una sostanza che è in grado di accelerare lo svolgimento di una reazione chimica diminuendo l’energia richiesta per farla iniziare (energia si attivazione) aumentando, in ultima analisi, la velocità della reazione in oggetto. Il catalizzatore partecipa alla reazione, ma non venendo “consumato”, ne esce inalterato e quindi può essere riutilizzato. Possiedono specificità di substrato (sito attivo) e sono localizzati in specifiche aree della cellula a seconda della loro funzione.
RESPIRAZIONE CELLULARE =la respirazione cellulare avviene nei mitocondri ed è un processo attraverso il quale si libera energia. Una cellula, attraverso gli enzimi degrada sostanze complesse cariche di energia in sostanze di rifiuto. L’energia viene immagazzinata sottoforma di ATP e calore. Essa si compie in tre stadi principali: la glicolisi che si svolge nel citoplasma dove il glucosio è degradato ed ossidato ad acido piruvico. Questo poi entra nei mitocondri dove subisce una decarbossilazione ossidativa formando Acetil-CoA. Nel secondo stadio l’Acetil-CoA viene ossidato a Co2 attraverso il Ciclo di Krebs (una serie di reazioni che avvengono nei mitocondri). Nell’ultimo stadio chiamato fosforilazione ossidativa si genera un flusso di elettroni e una parte dell’energia liberata viene recuperata come energia chimica sottoforma di ATP la cui produzione è proprio lo scopo principale della respirazione cellulare.
Con l’ossidazione completa di una molecola di glucosio per formare CO2 e H2O, la respirazione cellulare produce ben 32 molecole di ATP. La glicolisi anaerobica, o fermentazione omolattica, produce solo 2 molecole di ATP per ogni molecola di glucosio degradata e quindi è circa 16 volte meno efficiente della respirazione cellulare, ma è circa 200 volte più veloce, essendo un processo molto più semplice. La glicolisi anaerobica, quindi, produce una quantità circa 13 volte maggiore di ATP nell’unità di tempo. Per questo il muscolo scheletrico sotto sforzo intenso lavora in condizioni anaerobiche, in questo modo sviluppa più potenza, ma al prezzo di consumare più glucosio e soprattutto di accumulare acido lattico. Dopo uno sforzo violento il muscolo deve riposare per eliminare l’acido lattico prodotto. Questo, col flusso sanguigno, va nel fegato per essere trasformato ancora in glucosio.
RECETTORI = Il recettore è una proteina che si trova o a livello della membrana plasmatica (recettore di membrana) o a livello del citosol della cellula, quindi all’interno della cellula stessa (recettore di transmembrana). La maggior parte dei recettori si situano a livello della membrana, gli altri sono recettori intracellulari. Il recettore ha il compito di riconoscere una sostanza esogena (es. farmaco) o endogena e provocare, dopo il riconoscimento, una risposta biologica all’interno della cellula. Questi recettori sono già presenti naturalmente nelle cellule del nostro organismo e sono il target di molte sostanze endogene, come fattori di crescita, neurotrasmettitori, ormoni e altre sostanze di origine endogena. Molti farmaci vengono sviluppati per andare ad interagire su questi recettori, dando una risposta biologica. Se per caso questa risposta biologica fosse anomala (patologia) l’uso del farmaco diviene quasi indispensabile, perché limita l’interazione tra il recettore e la sostanza endogena che causa la patologia.
Il recettore non è né un enzima né un canale ionico, ma è una proteina in grado di modulare l’attività del canale ionico (apre o chiude il passaggio ad alcune sostanze) o l’attività di un enzima. Per modulare l’attività del canale ionico o di un particolare enzima di membrana, il recettore si deve per forza trovare in prossimità di quest’ultimi. Il recettore non possiede attività enzimatiche ma può modificare l’attività enzimatica o l’attività di canali ionici vicini. Ogni cellula possiede nel proprio corredo genetico le informazioni necessarie per sintetizzare determinati recettori di membrana. Quindi si può dire che il recettore è determinato geneticamente. Inoltre il recettore è idoneo al legame con un agonista (legame reversibile, quindi legame molto debole. Se il legame fosse forte il recettore avrebbe una continua stimolazione fino ad arrivare ad una mancata azione –desensibilizzazione). Il recettore è anche idoneo al legame con un antagonista. Questo legame è reversibile, ma anche irreversibile. Il tipo di legame tra recettore e antagonista determina la durata di attivazione del recettore. Se il legame è irreversibile l’attività del recettore sarà inibita per lungo tempo, viceversa se il legame è reversibile. Inoltre l’antagonista che va legarsi con il recettore non provoca nessuna risposta e impedisce all’agonista di legarsi al recettore.
REPLICAZIONE DEL DNA = La replicazione del DNA è semiconservativa e avviene grazie all’azione di un complesso di enzimi che prende il nome di DNA polimerasi.
La replicazione avviene in tre fasi: inizio, allungamento della catena (DNA polimerasi), fine (ligasi). L’informazione codificata nella sequenza delle basi del DNA viene trasferita nelle molecole di RNA che poi passa nelle proteine. Questo processo richiede due passaggi: trascrizione e traduzione
Un enzima separa i due filamenti della doppia elica (elica leading ed elica lagging), un altro enzima vi salda i nucleotidi secondo la complementarietà delle basi azotate. Un altro ancora unisce fra loro i nucleotidi nella costruzione di un nuovo filamento. La complementarietà dei legami fra le basi azotate fa si che le due nuove molecole di DNA siano uguali alla molecola originaria. Essendo i filamenti di DNA antiparalleli e dato che DNA polimerasi è in grado di funzionare solo secondo una precisa direzione, la copiatura avviene in senso opposto sui due filamenti. Così, mentre su uno dei due filamenti il processo è continuo, nell’altro il DNA viene copiato un frammento per volta e solo successivamente i vari frammenti, chiamati frammenti di Okazaki vengono saldati fra loro.
DIVISIONE CELLULARE = la divisione cellulare differisce tra i procarioti e gli eucarioti. Nei primi la divisione cellulare avviene per scissione ed è più semplice dal momento che questi organismi posseggono un unico cromosoma formato da una molecola di DNA di forma circolare. E’ indispensabile che ci sia un segnale di tipo riproduttivo e il DNA deve essere duplicato (questo avviene prima della divisione). La cellula durante il processo di segregazione deve distribuire il DNA duplicato ad ognuna delle cellule figlie. I cromosomi figli si attaccano ad un punto diverso della parete interna della membrana cellulare e man mano che la membrana si allunga i due filamenti vengono trascinati l’uno lontano dall’altro. Una volta separati i due cromosomi, la membrana cellulare si introflette in due punti prospicienti fino ad unirsi per separare le due cellule figlie durante la citodieresi.
Le cellule degli eucarioti si dividono o per meiosi (produzione delle cellule sessuali o gameti) o per mitosi (divisione di una cellula in due cellule figlie morfologicamente identica tra loro e alla cellula madre), processi decisamente più sofisticati e che riflettono la maggiore complessità di questi organismi. L’insieme delle operazioni per la divisione cellulare comprende diverse fasi ognuna delle quali è caratterizzata da processi complessi (interfase, profase, metafase, anafase, telofase, citodieresi) . Profase, metafase, anafase e telofase costituiscono la meiosi, il centro dell’intero processo. La mitosi è l’insieme di avvenimenti che porta alla duplicazione del nucleo della cellula ed è il processo chiave. Durante la mitosi il DNA appare in una forma estremamente spiralizzata ed accorciata, assemblato in una struttura detta cromosoma. I cromosomi degli organismi eucarioti sono in numero variabile da specie a specie. Ogni specie ha un suo definito e determinato numero di cromosomi. Ogni cromosoma porta con sé determinate informazioni genetiche e, quindi, determinati geni. Nella mitosi la divisione cellulare è equazionale (il numero di cromosomi non varia), nella meiosi la divisione è riduzionale (il numero dei cromosomi viene dimezzato).
6. Differenze tra DNA e RNA
Le molecole di RNA sono molto simili a quelle del DNA, ma vi sono alcune differenze strutturali: nell’RNA lo zucchero è ribosio invece di desossiribosio, nell’RNA non troviamo la timina (T) invece è presente l’uracile (U), che lega con l’adenina come fa la timina. Inoltre l’RNA non forma una doppia elica ma ha la struttura di una catena semplice. La struttura tridimensionale dell’RNA è di gran lunga più svariata di quella del DNA.
Un’altra differenza tra DNA e RNA è che mentre il DNA esegue essenzialmente una funzione (quella di contenere l’informazione), ci sono specie differenti di RNA nella cellula, che eseguono funzioni differenti.
L’RNA è presente in diverse forme, ognuna specializzata in una determinata funzione: RNA messaggero (mRNA), RNA di trascrizione (tRNA), RNA ribosomiale (rRNA).
L’RNA non è in grado di replicarsi da solo, ovvero di produrre copie di se stesso, come il DNA.
7. Esprimere il proprio punto di vista sul ruolo della biochimica nell’attività di cura della salute.
La biochimica, oltre ad essere almeno nei suoi principi, importante base che dovrebbe essere acquisita da tutti, diventa cultura professionale indispensabile nell’attività di consulenza. Senza tali conoscenze rispetto al funzionamento dell’organismo è impensabile infatti potersi occupare di salute. La conoscenza implica anche in parte la possibilità di un “controllo” sui meccanismi biochimici.
Inoltre le analogie descritte nella risposta alla prima domanda tra funzionamento cellulare e comportamento umano consente di trarne importanti indicazioni ad esempio sull’importanza di conoscere i singoli aspetti, ma di saperli anche al contempo leggere in chiave olistica attribuendo loro i significati costruiti e condivisi con il cliente stesso.
La biochimica consente di partire da una base di conoscenze comuni a livello microscopico: essa è il punto di partenza per l’esplorazione di quell’universo unico ed irripetibile che appartiene alla sfera inconscia, emotiva e relazionale dell’uomo. E’ la partenza dal dato di realtà a livello molecolare per il viaggio misterioso e affascinante della conoscenza dell’altro. Le regole della biochimica pertanto devono poi essere modulate e adattate all’unicità degli individui rispetto alle loro abitudini, agli stili di vita ed ai vissuti emotivi.
Anche la biochimica dell’amore consente di chiarire come i meccanismi ormonali agiscano sul desiderio sessuale e le fantasie erotiche, facendo aumentare ad esempio nelle donne la libido durante il periodo ovulatorio; ma queste spiegazioni, seppur affascinanti ed indispensabili sono solo la base, il punto di partenza per poi accedere all’universo dei sentimenti e delle relazioni, dell’educazione e dei comportamenti.