Biologia animale e genetica

Biologia animale e genetica I

I anno nel CdL di Farmacia, Università degli Studi di Catanzaro "Magna Graecia".

Lezione 1: vita, la studia che scienza

Biologia → gerarchica: l'essere vivente è un'organizzazione di livelli, la cui costruzione si basa su quello precedente. Quindi avremo:

• Atomi.
• Molecole.
• Cellule.
• Tessuti.
• Organi.
• Apparati e sistemi.
• Organismo.

La cellula è l'unità fondamentale della biologia degli esseri viventi e studia le cellule, come sono fatte strutturalmente e funzionalmente.

Gli esseri viventi hanno una serie di caratteristiche:

• Reazione agli stimoli: all'individuo insieme di reazioni interne ed esterne.
• Metabolismo → estrarre energia per vivere.
• Differenziamento.
• Crescita.
• Riproduzione.
• Morte.

Teoria della generazione spontanea

Teoria secondo cui un essere vivente può essere generato dalla materia non vivente o materia non vivente. Questa teoria fu confutata nel 1600 tramite un esperimento di Francesco Redi.

Redi prese 3 barattoli: ① barattolo aperto, ② barattolo chiuso sigillato, ③ barattolo chiuso con garza. All'interno dei barattoli mise pezzi di carne.

Il barattolo aperto permetteva il passaggio di elementi viventi come le mosche e l'aria; nel barattolo 2° non arrivavano le mosche; nel barattolo 3° erano presenti le mosche, ma non nel barattolo, e non erano presenti né mosche né larve, anche per la deposizione delle uova delle mosche.

Dunque, la materia vivente può essere generata solo da materia vivente.

Pasteur riuscì anche a dimostrare questa teoria nei microrganismi tramite un esperimento. Egli infatti riempì due palloni di vetro con brodo di coltura dei batteri. Ciò che differenziava i due recipienti era il collo: infatti il primo pallone presentava collo dritto mentre l'altro presentava un collo di cigno.

Il brodo viene fatto bollire per sterilizzarlo dai microbi. Le particelle di polvere che trasportano microbi riescono a entrare nel pallone con il collo diritto, ma non in quello con il collo a cigno.

Infatti, mentre nel pallone con il collo diritto compaiono microbi e l'insieme dei microbi aumenta, il pallone con collo a cigno non diventa torbido.

Origine della vita

L'origine della Terra risale a circa 5 miliardi di anni fa e invece l'origine della vita risale a circa miliardi di anni fa.

Riguardo l'origine della vita vengono portate avanti due teorie principali:

• ① Sostengono che la vita sia stata creata in un'altra parte nello spazio e poi sia giunta sulla Terra tramite asteroidi.
• ② Quest'ultima teoria sull'origine della vita è considerata la prima ed è stata formulata nel 1922 dal russo Oparin. Egli sosteneva che l'origine biochimica della vita fosse data dalle condizioni atmosferiche della Terra: ossigeno libero assente nell'atmosfera; H, N, O presenti nell'atmosfera e acqua; scariche elettriche; energia sotto forma di calore e radiazioni solari; distesa oceanica indicata come brodo primitivo.

Miller e Urey, nel 1953, verificarono la teoria di Oparin e sostenevano che fosse corretta tramite un esperimento fatto in un sistema di palloni.

Inizialmente venivano messe sostanze chimiche semplici e una volta fatta bollire venivano prodotte sostanze come ammoniaca, metano e atmosfera di semita produrresirate sorta.

Le sostanze chimiche che richiamano una sorta di atmosfera vengono ammesse e l'acqua bollita riempie il pallone con vapore acqueo. Il pallone rappresenta il comportamento atmosferico, mentre il comportamento delle sostanze nel mare viene prodotto tramite nuova sintesi.

Zione: stimolati da scintille elettriche, i fulmini portano alla sintesi di nuovi composti di sorta. Raffredda i gas "atmosferici" in un condensatore, una tormenta successi contenente nuovi composti e pioggia.

La condensazione porta alla raccolta di un liquido in cui sono presenti composti chimici organici, tra cui amminoacidi.

Termine cellula

Questo termine fu proposto da Robert Hooke. Egli infatti osservò delle fettine di sughero con un microscopio rudimentale e vide file diverse di celle, un alveare, un convento o anche una prigione.

Diedero una denominazione inglese "cell", che traduciamo in italiano con il sostantivo "cellula".

Teoria cellulare

Iniziò a essere formulata la teoria cellulare, basata su alcuni postulati:

• ① Le cellule sono unità strutturali degli organismi viventi.
• ② Le cellule sono anche unità funzionali degli organismi.
• ③ Ogni cellula deriva da un'altra cellula preesistente.
• ④ Tutte le cellule hanno un'origine in comune.
• ⑤ Postulato alla base dell'albero della vita.

Infatti avremo 3 domini e un'origine comune: Archaea, batteri ed eucarioti.

Dunque avremo un progenitore comune da cui derivano i 3 domini: batteri, Archaea ed eucarioti. Tutti gli esseri viventi derivano: batteri, Archea, funghi, protisti, coreani, animali.

Classificazione degli organismi

Possiamo fare una classificazione metabolica degli organismi. Dunque li classifichiamo in base alle loro fonti di energia e di carbonio, e possono essere:

• Fototrofi: prendono l'energia dalla luce solare.
• Chemiotrofi: prendono l'energia dai composti chimici.
• Autotrofi: prendono il carbonio da fonti inorganiche.
• Eterotrofi: prendono il carbonio da composti organici.

Esempi: cianobatteri, eliobatteri, batteri; idrogeno; animali; maggior parte dei batteri; piante verdi; batteri mansueti; fanno fotosintesi senza produzione di ossigeno.

Oltretutto possiamo suddividere gli organismi in base al numero di cellule che li compongono, quindi avremo:

• Unicellulari: organismi costituiti da una sola cellula, esempio batteri.
• Pluricellulari: organismi costituiti da più cellule, esempio eucarioti.

Oltretutto non tutte le cellule sono uguali tra loro, infatti differiscono per:

• Forma.
• Dimensione.
• Funzione.
• Sostanze sintetizzate o usate.

Tuttavia le cellule hanno anche qualcosa in comune. Una di queste è infatti la membrana plasmatica, poiché tutte le cellule sono tali in quanto delimitate da una membrana.

Un'altra cosa che hanno in comune è la molecola di acido deossiribonucleico, ovvero il DNA, che contiene tutte le informazioni di una cellula.

Legato al DNA è molto importante un processo, dogma centrale della biologia. DNA → trascrizione → RNA → traduzione → proteina.

Questo processo è importante per l'espressione dell'informazione genica e indica la direzione del flusso di informazioni dal DNA all'RNA alle proteine.

Inoltre, il metabolismo è un'altra caratteristica mediante la quale le cellule producono energia.

Lezione 2

Archea

Gli archeo non rientrano né nei procarioti né negli eucarioti, infatti costituiscono un dominio a parte, poiché hanno caratteristiche che li accomunano sia con le cellule procarioti che con le cellule eucariotiche.

• Essi metabolizzano il metano.
• Sono detti estremofili poiché vivono in habitat con condizioni estreme.

Procarioti

Procarioti: il nome dà il significato di "falso nucleo". Sono grandi pochi mm. Non vi è la presenza di un nucleo delimitato da membrana.

Presentano anelli ora e sono costituiti da:

• Membrana plasmatica.
• Citoplasma.
• Molecola circolare di DNA.
• Ribosomi complessi considerati macromolecolari: non possono essere definiti delimitati poiché non sono da una membrana.
• Membrana plasmatica.
• Parete cellulare che circonda la cellula.

Sono unicellulari e possono avere forme diverse. Hanno rapida capacità di riprodursi. Suddividono i batteri in cellule aerobe.

Batteri si suddividono in: Gram+ e Gram-. Nel Gram+ il colorante resta intrappolato; nel Gram- il colorante non resta intrappolato.

Il corpo della parete è costituito da uno strato di peptidoglicani.

I batteri non sono necessariamente cattivi per il nostro corpo; vi sono molti batteri importanti per gli organismi.

Eucarioti

Eucarioti: dette cellule compartimentalizzate, poiché al loro interno sono costituiti numerosi organelli, come:

• Nucleo.
• RE.
• Apparato di Golgi.

Le cellule eucariotiche vengono distinte in cellula animale e cellula vegetale. La cellula vegetale presenta anche parete cellulare, cloroplasti e vacuoli.

Sono molto più grandi, 20-50 µm.

Virus

I virus non sono cellule perché non hanno membrana. Sono parassiti endocellulari obbligati. Sono incapaci di replicazione autonoma.

Sono costituiti da capside proteico detto insoluto e da materiale genetico.

Composizione della cellula

Composizione della cellula: 65% ossigeno, 18% carbonio, fosforo, zolfo, azoto, idrogeno.

I legami

Gli elettroni sono importanti e sono detti elettroni di valenza; hanno maggiore energia nella conformazione dei legami.

Legame covalente: elementi mettono in comune una coppia di elettroni. Può essere uguale o diverso:

• Apolare: O=O oppure H-H.
• Polare: diversa elettronegatività, H₂O.

Legame ionico: trasferimento di elettroni. Forma ioni persi, esempio NaCl.

Legame a idrogeno o ponte idrogeno: è un legame che si forma tra un atomo di idrogeno e un atomo fortemente elettronegativo, come ossigeno, azoto o fluoro.

Nell'acqua i legami idrogeno si rompono e si formano continuamente. Nel ghiaccio il legame idrogeno forma una struttura cristallina altamente ordinata e meno densa.

A proposito di acqua, le molecole possono essere:

• Idrofile: "amica dell'acqua".
• Idrofobe: "nemico dell'acqua", idrocarburi.

Interazioni idrofobiche: le molecole apolari tendono a interagire con altre molecole apolari.

Interazioni di Van der Waals: interazioni elettroniche tra gli atomi.

Chimica organica

Il carbonio può formare 4 legami covalenti e l'orientamento spaziale dei legami, la capacità di ruotare di ciascun legame, dipendono da poche classi di molecole contenenti carbonio e dai processi cellulari.

Gruppi funzionali:

• Ossidrilico: R-OH.
• Carbonilico: C=O.
• Aldeide: R-CHO.
• Chetonico: R-CO-R.
• Carbossilico: R-COOH.
• Amminico: R-NH₂.

Caratteristiche acide e caratteristiche basiche.

Macromolecole biologiche

Macromolecole biologiche: polimeri costituiti da più unità semplici ripetute, monomeri, unite da legami covalenti.

• Zuccheri → polisaccaridi.
• Acidi grassi → lipidi, grassi, costituenti diversi delle membrane.
• Amminoacidi → proteine.
• Nucleotidi → acidi nucleici.

Reazione di condensazione: endotermica, richiede energia. Monomero H + monomero OH → H₂O + monomero-monomero.

Reazione di idrolisi: H-OH + monomero-monomero → si inserisce una molecola di acqua; OH-monomero + H-monomero.

Lezione 3

Le macromolecole: proteine

Le proteine sono macromolecole date dall'unione di subunità ripetute. I monomeri delle proteine sono gli amminoacidi.

Ricorda: sono detti così poiché composti da un gruppo carbossilico COOH, acido carbossilico, e un gruppo amminico NH₂.

Struttura di un amminoacido

Struttura di un amminoacido: H₂N-C-H-COOH con gruppo R.

In acqua il gruppo carbossilico cede un protone mentre il gruppo amminico acquista un protone; dunque avremo come struttura: NH₃⁺-C-H-COO^- con R, amminoacido ionizzato.

Struttura scritta estesa: H, OH, C-C-N, forme e isomeri.

Tutti gli amminoacidi tranne la glicina sono isomeri, cioè due amminoacidi differenti in base alla posizione dei due gruppi. Le due forme a specchio create avranno due denominazioni: forma L e forma D.

Nella sintesi delle proteine viene riconosciuta solo la forma L delle proteine.

Gli amminoacidi possono essere divisi in:

• Amminoacidi idrofobi.
• Amminoacidi idrofili, suddivisi così in base al gruppo R.

Amminoacidi: glicina, prolina e cisteina.

Gli amminoacidi idrofili a loro volta si suddividono in:

• Polari.
• Basici.
• Acidi.

Legame peptidico

Legame peptidico: H e OH fanno parte dei gruppi che si legano.