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Studiare le Scienze Polari per
capire
il caso delle proteine antigelo
Polartrec 2012 - Maria Laura Beltrami 1MLB PT2012
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Esistono i pesci in Antartide ?E in Artide?
Ma come possono
sopravvivere ?
Come possono resistere a
temperature così rigide?
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ANTARTIDE
ARTIDE
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I mari
• Il mare antartico mantiene una temperatura inferiore a -1° C per tutto l’anno.
• Contiene 274 specie conosciute di pesci• 95 delle quali sono Perciformi del
subordine dei nototenioidei.
• Nel mare artico le temperature invernali possono scendere anche al di sotto di –1.8°C.
• In estate la temperature arriva fino a 7°C.
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Ambiente acquatico e temperatura
• Gli organismi viventi popolano l’ambiente acquatico con temperature comprese tra –1.9°C (temperatura di congelamento dell’acqua marina) e circa 90°C (temperatura di sorgenti termali.
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E i Pesci antartici ?
Temperatura corporea bassa (–1.7°C)
l’acqua salata congela a – 1.8°C
• Solubiltà O2 0.3%
• Basso metabolismo• Nessun pigmento respiratorio
–Risparmio di sintesi proteica
• Bassa viscosità del “sangue”–Facile da pompare–Poca spesa energetica
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Ma : Come fanno i pesci a sopravvivere?
• Per gli animali sono più pericolosi i cristalli di ghiaccio che non le temperature al di sotto del congelamento.
– Quando un animale congela i cristalli di ghiaccio crescono RAPIDAMENTE danneggiando i tessuti.
– I cristalli si formano su nuclei di accrescimento nei fluidi extra ed intracellulari
– Per evitare danni è necessario che i cristalli crescano LENTAMENTE anche a temperature al di sotto del punto di congelamento.
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Come fanno i pesci a sopravvivere?
– In alcuni invertebrati è presente una Ice Nucleting Protein (glicosilata) che permette la crescita di PICCOLI cristalli extracellulari
• LENTAMENTE aumenta la concentrazione dei soluti extracellulari• LENTAMENTE le cellule perdono acqua (shrinkage)• LENTAMENTE aumenta la concentrazione di soluti
con effetto osmotico
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Come fanno i pesci a sopravvivere?• Nel 1960 Arthur DeVries scoprì che i nototenoidi
sintetizzavano proteine antigelo• Fino ad ora sono stati scoperti cinque (sei) tipi di proteine
antigelo:
– AFGP, – AFP I, – AFP II, – AFP III, – AFP IV.– (AFPP)
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Non si gela al polo Sud
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Cerchiamo ……(chimica) Proprietà colligative delle soluzioni
• Kcr - costante crioscopica, dipende dal solvente
• i - coefficiente di van t’Hoff • m – molalità• im - osmolalità
miKT cr
Quindi l’acqua salata congela …..ad una temperatura ……. dell’acqua dolce …….
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Capacità di adattamento alla temperatura (biologia)
• Ad una data temperatura solo le molecole che possiedono una energia maggiore dell’energia di attivazione reagiscono
• Ciò è l’origine dell’effetto Q10.
E le molecole biologiche? Non ne risentono?
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Attività enzimatiche e temperatura
• Adattamento Tempi brevi: secondi ore• Acclimatazione Tempi medi: giorni mesi• Evoluzione Tempi lunghi: anni secoli.
Al variare della temperatura le attività enzimatiche possono “adattarsi” ma……
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Limiti della resistenza: fino a quando ?
• Permette il popolamento di nicchie ecologiche.• Il valore LD50 (50% di sopravvissuti di una specie ad un dato tempo) è usato per
definire la resistenza ad un particolare stress.• In alternativa si definisce il tempo si sopravvivenza per determinare la loro tolleranza
allo stress.
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biologia ….
Un esempio: Adattamento della composizione delle
membrane biologiche
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Omeoviscosità delle membrane biologiche
• Le proprietà fisiche delle membrane biologiche dipendono dalla classe di lipidi (in termini di catena laterale) e dalla loro concentrazione.
• In particolare la fluidità (proprietà dipendente dalla temperatura) può regolare molte attività enzimatiche che avvengono a livello delle membrane biologiche
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Omeoviscosità delle membrane biologiche
• A basse temperature le membrane cellulari si arricchiscono in acidi grassi insaturi
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E poi …….Esistono le proteine ANTIGELO”!!!!!
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Proteine antigelo
• Tipo I: 3-4 kDa
• Tipo II: ~14 kDa
• Tipo III: 7 kDa 14 kDa
• Tipo IV: ~15 kDa
Rif. Prof. G Sartor UNIBO 19MLB PT2012
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AFP tipo I II - III
Rif. Prof. G. Sartor UNIBO 20MLB PT2012
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Ma…..Come funzionano le proteine antigelo ?
Interferiscono con la cristallizzazione del ghiaccio nei tessuti.
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le proteine antigelo :
• Sono prodotte dal fegato e secrete nel sangue
• Le proteine circondano i piccoli cristalli di ghiaccio impedendo la crescita di altro ghiaccio.
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ma l’antigelo
• Come funziona?
ricordiamo le Proprietà colligative
e l’abbassamento crioscopico
èDiverso !!
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PROVA TU A SPIEGARE PERCHE’ ………………………………………..
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