Alcune nozioni di biologia

La materia

La materia è formata da atomi, l’atomo è formato da un nucleo in cui sono presenti i protoni dotati di carica positiva, e i neutroni privi di carica, che servono ad attutire le forze repulsive presenti tra cariche di stesso segno.
Al di fuori del nucleo sono presenti su delle zone definite gli elettroni, particelle più piccole dotate di carica negativa.
Al concetto di orbita come qualcosa di preciso e ben definito si è sostituito il concetto di “orbitale”, per cui si intende la zona dello spazio dove è massima la probabilità di trovare dislocato un elettrone o due (su ogni orbitale possiamo trovare al massimo due elettroni aventi verso di rotazione opposto)
L’atomo è statisticamente neutro; tante cariche positive sono presenti nel nucleo, quante negative ruotano intorno ad esso.
Tutti gli elementi conosciuti (naturali e artificiali) sono rappresentati con tutte le loro caratteristiche chimiche nella tabella periodica di Mendeleev, organizzata in gruppi verticali e periodi orizzontali.
Gli organismi sono formati da acqua e da molecole organiche (che contengono carbonio, idrogeno, e altri elementi).
I composti organici più importanti per gli esseri viventi si chiamano biomolecole, e sono carboidrati, lipidi, proteine ed acidi nucleici.
Proteine, acidi nucleici e alcuni carboidrati sono costituiti da piccole unità di molecole chiamate monomeri, che danno poi vita ai polimeri.

Carboidrati

Carboidrati: molecole organiche che contengono carbonio idrogeno e ossigeno.
Gli organismi viventi utilizzano i carboidrati come:
- fonte di energia immediata;
- riserve di energia (muscoli e fegato, glicogeno);
- sostegno e rivestimento delle cellule;
- segnali della purificazione cellulare;
- fonti di carbonio per la costruzione di altre molecole.

I carboidrati vengono distinti in monosaccaridi (unità monomeriche prodotte dagli organismi fotosintetici; contengono di solito da tre a sette atomi di carbonio), bisaccaridi (costituiti da due monosaccaridi legati tra loro da un legame covalente con eliminazione di una molecola d’acqua) e polisaccaridi (molecole composte da centinaia e migliaia di monosaccaridi che differiscono tra loro per la disposizione dei legami). Tra i polisaccaridi più importanti abbiamo la cellulosa, l’amido e il glicogeno.

Lipidi

I lipidi sono composti organici che non si disciolgono in acqua (idrofobi) ad alto contenuto energetico.
I lipidi non sono polimeri ma presentano a seconda della loro funzione strutture diverse. Tra i lipidi più importanti abbiamo acidi grassi, trigliceridi, fosfori, glicolipidi.
Gli organismi viventi utilizzano lipidi come:
- fonte di energia a lungo termine;
- componenti strutturali delle cellule nervose;
- isolanti termici;
- regolatori ormonali;
- messaggeri chimici;
- pigmenti;
- componenti impermeabilizzanti.
Gli acidi grassi sono biomolecole distinte in saturi (atomi di carbonio legati con un legame semplice) e insaturi (almeno un doppio legame tra gli atomi).
I tricliceridi sono distinti in saturi e insaturi

Fosfolipidi e glicolipidi

I fosfolipidi sono una classe di lipidi strutturali che costituiscono la struttura alla base delle membrane biologiche, generalmente esse si collocano all’interno della membrana; mentre i glicolipidi si collocano all’esterno.
Gli steroli sono lipidi costituiti da quattro anelli di carbonio legati tra loro e chiamati “nucleo steroideo”, questa struttura conferisce una certa rigidità alle molecole di steroidi, a cui appartengono il colesterolo, la vitamina D e il cortisone.

Proteine

nelle cellule le proteine svogliono più funzioni di ogni altro componente. Ogni proteina è costituita da monomeri chiamati aminoacidi. Sono riunite in catene; le catene con più di cento monomeri prendono il nome di polioeptidi, quelle con meno di cento glicopeptidi.
gli amminoacidi sono sintetizzati in buona parte dal nostro corpo. Le proteine presentano quattro forme diverse, dalla quale dipende la loro funzione:
• struttura;
• contrazione;
• trasporto;
• accelerazione di reazione (catalisi enzimatica).
La forma di una proteina può essere alterata da diverse condizioni ambientali, di natura fisica o chimica.

Acidi nucleici

Gli acidi nucleici (DNA/RNA) sono formati da nucleotidi. Ogni nucleotide è composto da uno zucchero a cinque atomi di carbonio, un gruppo fosfato e una base azotata. Le basi azotate sono 4, e sono nel DNA adenina, guanina, citosina e timina; nel RNA al posto della timina si trova l’uracile.
I nucleotidi svolgono anche importanti funzioni cellulari, tra cui l’ATP o il GTP (guanosina trifosfato). Entrambe sono trasportatori di energia. Un ulteriore differenza tra DNA e RNA è che nel RNA si trova il ribosio, mentre nel DNA il desossiribosio (un atomo di ossigeno in meno)

All’interno della cellula è presente il DNA, che non può uscire dal nucleo (troppo grande), l’informazione contenuta nel DNA viene trascritta nel RNA e utilizzata per dirigere la sintesi delle proteine nel processo di traduzione. Abbiamo quindi tre tipi di RNA:
• messaggero (mRNA);
• transfer (tRNA);
• ribosomiale.

Le cellule

Si definiscono cellule le più piccole parti viventi autosufficienti; esistono due tipi di cellule:
• procariote: non presentano un nucleo; sono le più antiche;
• eucariote: caratterizzate dalla presenza di un nucleo separato da una parete nucleare dal resto della cellula; si sono formate circa due miliardi di anni fa.
I biologi dividono gli esseri viventi in tre tipi:
• archei e batteri;
• procarioti;
• tutti gli altri organismi eucarioti.
i batteri sono le forme di vita più diffuse e varie sul pianeta; molti batteri vivono all’interno di altri organismi, la loro presenza provoca spesso malattie (agenti patogeni)
i batteri presentano inoltre forme diverse e spesso sono provvisti di appendici chiamate “flagelli”.

Gli archei sono probabilmente la forma più antica della terra. Per molte caratteristiche assomigliano ai batteri; i primi archei descritti erano definiti metanogeni, cioè usavano l’anidride carbonica per produrre metano. Sono inoltre in grado di sopravvivere in condizioni estreme (anche a cento gradi, o in ambienti con alta concentrazione di sale)

Le cellule procariote sono formate da una membrana plasmatica e dal citoplasma contenuto all’interno. La membrana plasmatica è un involucro che circonda la cellula, formata da un doppio strato di lipidi. Attraverso la membrana avvengono scambi con l’ambiente esterno. Il citoplasma è contenuto nella cellula ed è formato da una porzione liquida (citosol) nella quale sono immersi i ribosomi. Non esiste un nucleo, esiste una zona del citoplasma detta “nucleoide” in cui è presente un’unica molecola di DNA circolare. Spesso le cellule procariote presentano strutture esterne alla parete cellulare che servono per proteggere la cellula. Queste strutture possono essere gelatinose (capsule) o costituite da filamenti proteici detti “citoscheletro”
Inoltre, sulla superficie sono presenti delle appendici chiamate se singole “flagelle”, se sono molteplici di “pili”

Cellule eucariote

Sono fino a cento volte più grandi rispetto alle cellule procariote.
Oltre ad avere un nucleo ben distinto il loro citoplasma è suddiviso in aree dove sono presenti organuli che svolgono funzioni ben precise. Molto importante è il ruolo delle membrane cellulari in quanto sono formate da un doppio strato fosfolipidico e svolgono le seguenti funzioni:
• separano il contenuto degli organuli dal resto della cellula;
• bloccano le molecole dannose per la cellula;
• fanno risparmiare energia.

Molte delle membrane che delimitano i vari organuli cellulari fanno parte di un sistema di endomembrane composto da organuli che interagiscono tra loro.
Gli organuli del sistema di endomembrane permettono alle cellule di produrre molecole indispensabili per il funzionamento cellulare.
nucleo:
a differenza dei procarioti negli eucarioti il materiale genetico si trova in un organulo delimitato da una doppia membrana: il nucleo. Il nucleo svolge varie funzioni:
• luogo della duplicazione del materiale genetico e della sintesi dei diversi RNA;
• regola l’attività cellulare controllano l’espressione del DNA;
• promuove l’assemblaggio dei ribosomi.
Nel nucleo l’informazione contenuta nei geni che codificano per le proteine è copiata nell’RNA messaggero.
La doppia membrana che separa il nucleo dal citoplasma è detta “involucro nucleare”
Verso l’esterno l’involucro nucleare comunica con un sistema di membrane chiamato “reticolo endoplasmatico”
All’interno del nucleo si trova un’altra regione chiamata nucleolo dove si assemblano i componenti dei ribosomi.

Il reticolo endoplasmatico è in continuità con l’involucro nucleare e si sviluppa all’interno della cellula. In prossimità del nucleo la superficie della membrana è costellata di ribosomi, che sintetizzano le proteine di secrezione, destinate ad essere trasportate fuori dalla cellula o ad altri organuli.

L’RNA messaggero (mRNA) assemblato sullo stampo del DNA esce dal nucleo secondo i pori nucleari.
Una volta aggiunto nel citoplasma l’RNA messaggero si lega ad un ribosoma, dove avviene la sintesi proteica. La maggior parte dei ribosomi è libera nel citoplasma ma, molte proteine da esse prorotte devono uscire fuori dalla cellula; in questo caso l’intero processo (mRNA, ribosoma e proteina (parzialmente sintetizzata) si aggancia alla superficie del reticolo endoplasmatico, formato da un insieme di sacchetti e tubuli appiattiti)
Man mano che le proteine vengono sintetizzate si spostano verso la parte del reticolo endoplasmatico dove vengono ulteriormente modificate, il “reticolo endoplasmatico ruvido/RER” (acronimo); che si contrappone al reticolo endoplasmatico liscio/REL.
Nel liscio avviene la sintesi dei lipidi compressi, la demolizione del glicogeno a glucosio e l’immagazzinamento degli ioni di calcio.
A seconda del compito che svolge la cellula possiamo avere un REL meno o più esteso.