Biologia animale

Biologia animale

La biologia è la scienza che studia la vita e gli esseri viventi.

La cultura va di pari passo con la biologia.

Effetto McClintock

Effetto McClintock, studiato da una studentessa universitaria americana.

Ha condotto uno studio riguardo al periodo del ciclo mestruale delle ragazze nell’Università che lo avevano sincronizzato.

Dovuto perché ognuno di noi comunica attraverso l’emissione di agenti biologici precisi.

La sincronizzazione del periodo mestruale in base a interazioni ben precise nella condivisione dello stesso ambiente.

L’ambiente in cui ci si trova influisce anch’esso nella biologia.

Diversi aspetti culturali possono portare a diverse influenze.

Coronavirus

Coronavirus

Una particella piccolissima di 10 nm di diametro, ha iniziato a trasmettersi da una singola località in Cina, costruita in laboratorio e poco alla volta va via scemando nel resto del continente.

Da dove parte la vita?

L’organizzazione della vita può essere vista in piani diversi.

Gli atomi si combinano tra di loro per dare vita a molecole sempre più grandi, alla formazione di macromolecole, che a loro volta si combinano tra loro per dare vita a molecole subcellulari come il mitocondrio, che si uniscono per dare vita a cellule, si combinano per formare tessuti, si combinano per dare vita a organi, quest’ultimi si uniscono tra loro per dare vita agli apparati sino al livello di individuo.

La vita inizia dalla cellula (teoria cellulare) perché per avere vita bisogna avere cellule.

Al di sotto del livello cellulare non posso avere cellule poiché quest’ultime si formano da altre cellule.

Ciò che esiste a livello subcellulare è il mitocondrio, poiché è un organello cellulare dotato di vita propria poiché contiene il DNA, ed è una cellula di origine batterica che nel corso del tempo permane come cellula.

La molecola che detta le regole è il DNA.

La biologia oggi è vista in diverse discipline, la biologia molecolare, la biotecnologia, la biologia forense ecc…

Gene miostatina

I geni che agiscono per sviluppare la massa muscolare contengono il gene miostatina per evitare l'ingrossamento della massa muscolare.

Ma se tale gene viene bloccato e viene impossibilitato a evitare lo sviluppo eccessivo della massa muscolare, finisce per ingrossarsi sempre di più.

Phineas Cage

Un binario gli ha trapassato il cervello cambiandogli completamente il suo comportamento.

Ha perso le capacità inibitorie che permettono di capire che tale comportamento è sbagliato.

Persona pericolosa poiché manca la corteccia cerebrale che è in grado di inibire certi comportamenti.

L’abuso di sostanze porta all’ampliamento degli estremi, non si ha più il controllo di se stessi -> aggressività -> depressione -> suicidio.

Tali sostanze accentuano una predisposizione biologica data dal DNA.

Quali sono gli obiettivi della vita?

1. Non essere sopraffatto da un altro animale.
2. Ottenere un certo rango sociale permette di arrivare alla riproduzione e a migliori risorse evolutive.

Con questi due aspetti, si va verso l’evoluzione culturale e non biologica.

L’evoluzione biologica ci porta ad avere una vita di un certo tipo e dobbiamo cercare di soddisfare questi due obiettivi.

C’è un'evoluzione culturale che plasma le vite e le modifica intorno a questi due aspetti.

Noi ci riproduciamo per il bene della specie in modo tale che possa andare avanti e continuare a tramandare in maniera altruistica le caratteristiche umane.

Trasmettere i propri geni alle generazioni successive perché ritengo che i miei geni siano superiori di quelli altrui.

Esistono delle differenze individuali presupponendo che certi farmaci funzionano su certe etnie ma su altre no.

I geni sono sottoposti a pressioni evolutive.

Ognuno è adattato nel contesto ambientale a cui sono state attribuite determinate caratteristiche biologiche.

Ogni individuo è adattato all’ambiente a cui è stato attribuito.

La vita

Gli organismi viventi hanno capacità viventi diverse rispetto all’ambiente.

La vita è definita come quel processo che dura fino alla morte.

La vita può essere definita secondo le proprietà emergenti della vita:

1. Ordine/organizzazione = i sistemi biologici (viventi) devono essere altamente ordinati e organizzati. Si può definire anche gerarchica poiché qualcuno deve governare.

Il sistema vivente minimo è la cellula.

Ogni deviazione dall’ordine va verso la malattia, così come nel caso della cellula che alla sua deviazione porta alla formazione di cellule modificate in cui il sistema organizzativo non funziona più, comportandosi in modo diverso rispetto al sistema biologico in cui sono inserite.

2. Crescita, sviluppo, apoptosi = i sistemi per poter progredire devono andare incontro alla morte, ad esempio nella formazione di cellule per averne di nuove, devono morire quelle vecchie come nel caso dei tessuti.
3. Riproduzione asessuata/sessuata;
4. Consumo di energia (omeostasi metabolica);
5. Risposta all’ambiente (stimoli) = ciò che ci circonda ci condiziona.
6. Adattamento evolutivo = l’adattamento evolutivo significa la capacità di adattarsi alle condizioni ambientali.

Se viene meno qualcuna di queste proprietà allora i sistemi viventi non sono in grado di mantenersi tali.

Esiste una gerarchia dell’organizzazione biologica.

Gli organismi devono interagire tra di loro in modo organizzativo.

Nel momento in cui l’organizzazione della gerarchia è strutturata, la gerarchia salta.

Allostasi ed omeostasi

Le condizioni adeguate si mantengono quando l’organismo ha le condizioni di omeostasi, ossia una stabilità del controllo dell’ambiente interno.

Ci deve essere una regolazione precisa e un mantenimento costante dell’ambiente interno di quel sistema biologico.

Si può parlare di omeostasi cellulare, tessutale, di un apparato, di un organo, di un individuo, di una popolazione.

Per mantenere una certa omeostasi devono essere mantenuti certi valori di un determinato ambiente.

L’omeostasi presuppone che l’organismo abbia la capacità di comunicare con l’ambiente esterno e l’allostasi cerca di mantenere tali caratteristiche, variando alcuni mediatori chimici legati a condizioni specifiche.

Per l’allostasi l’organismo tenta di regolare i suoi organismi interni in modo più adatto al momento in cui si trova.

L’omeostasi è mantenuta sia sulla base di esperienze passate (allostasi) sia di come l’organismo cerca di adattarsi ai costanti cambiamenti dell’ambiente, si parla di omeoresi, e quindi cerca di regolare l'omeostasi in base alle modificazioni ambientali.

L’omeoresi interviene per modificare l’omeostasi.

La temperatura corporea diventa un indicatore dello stato di omeostasi di un organismo, perché nei sistemi biologici diventa indicatore del mantenimento di certi fattori.

All’interno di un determinato range di temperatura, siamo in condizioni omeostatiche, ovvero in condizioni fisiologiche, in quanto la fisiologia studia i processi omeostatici o meglio di benessere.

Uscita dalle condizioni di omeostasi, si passa dalla fisiologia alla patologia (malattia), quindi lo studio dei processi che escono dall’omeostasi.

Esempio: temperatura 37 è una condizione omeostatica, mentre temperatura a 38 è una condizione patologica acuta poiché esce dall’omeostasi.

Nel momento in cui esco dall’omeostasi per un certo periodo, si ha una patologia acuta (reversibile), ma nel momento in cui sconfino e non riesco più ad entrare nell’omeostasi, si ha una patologia cronica (irreversibile).

Esempio = bronchite cronica -> i polmoni sono alterati poiché non riescono più ad entrare nell’omeostasi.

Quando la temperatura arriva a 40 gradi si arriva a una denaturazione delle proteine, perdono la loro forma originale, uscendo così dall’omeostasi.

La chimica della vita

Siamo tutti fatti di molecole e seguiamo un funzionamento preciso.

Il 96% della biomassa vivente (materia) è costituita da 4 specie chimiche, tipologie di atomi che si combinano tra di loro:

• Carbonio
• Ossigeno
• Idrogeno
• Azoto

Mentre il restante 4% circa, è formato da:

• Fosforo
• Zolfo
• Calcio
• Potassio

L’0,1% sono elementi in tracce: hanno un ruolo fondamentale in quanto se uno degli elementi serve per avere un sistema regolato, se lo perdo, la mia organizzazione biologica può saltare senza tale elemento.

Es: come funzionano le fibre nervose? -> grazie a potassio, sodio e cloro.

Lo iodio serve per il funzionamento della tiroide che emette ormoni importanti per il mantenimento della condizione metabolica generale del nostro organismo, e quando funziona male, si esce dalla condizione di omeostasi.

Se nell’ambiente manca iodio, la tiroide cerca di aumentare il suo numero di cellule, ma nel momento in cui aumentano rapidamente, diventano eccessive di numero e può essere che qualcuna di queste perda la sua organizzazione, e diventi una cellula tumorale.

Quindi la mancanza di iodio porta a un’iperproduzione di cellule, con il rischio di trasformazione tumorale.

Le disfunzioni della tiroide vengono trattate a base di iodio o nel caso di non controllo del sistema (uscita dall’omeostasi) è meglio togliere tiroide chirurgicamente e somministrare ormoni a livello farmacologico.

L’aumento del numero di cellule si chiama proliferazione cellulare = aumento del numero cellulare.

La trasformazione delle cellule si chiama differenziamento cellulare = cambiamento delle cellule.

Es: le cellule staminali del sangue proliferano e alcune di esse si differenziano, diventando globuli rossi, globuli bianchi o piastrine.

Le cellule della tiroide proliferano e in alcuni casi possono differenziarsi in cellule neoplastiche.

Legami chimici

Nei sistemi biologici, sono fondamentali le biomolecole o macromolecole di grandi dimensioni.

Nelle 4 forme di legame che possiamo trovare:

• Covalente;
• Ionico;
• Idrogeno;
• Van der Waals -> importante nelle macromolecole.

Legame covalente

Il legame covalente si forma ogni volta che due atomi si trovano a una distanza reciproca per far sì che gli elettroni, presenti negli orbitali esterni, vengano attratti tra di loro e vengano condivisi tra i due atomi tramite la condivisione della nuvola elettronica.

È un legame forte.

Dal punto di vista biologico, esiste un legame covalente molto forte che si forma tra due atomi di zolfo, i ponti disolfuro S-S.

Tale legame avviene quando due cisteine (amminoacidi) vicine le une alle altre, contenenti zolfo, sono in grado di creare ponti di disolfuro.

È difficile da rompere, richiede elevata energia e le cellule non la possiedono per romperlo.

Non tutti i legami covalenti sono uguali tra di loro.

• Con due atomi uguali della stessa specie chimica, come idrogeno - idrogeno, si forma un legame covalente apolare, dove si vanno a creare due orbitali con due sfere uguali e simmetriche.

Le molecole apolari non sono solubili in acqua.

• Mentre un legame tra idrogeno e ossigeno, è un legame covalente polare dove l’ossigeno tende a tenere gli elettroni dell’idrogeno a sé.

L’ossigeno tende a polarizzarsi negativamente perché ha vicino a sé l’elettrone, mentre l’idrogeno tende a polarizzarsi positivamente poiché l’elettrone è lontano.

Perciò la molecola ha due poli diversi, negativo e positivo.

Le molecole polari sono solubili in acqua.

La polarizzazione di un legame è data dal fatto che:

• Le sostanze polari siano idrosolubili;
• Mentre le sostanze apolari sono idrofobiche (non sol.).

Legame a idrogeno

L’acqua ha la possibilità di formare legami deboli, chiamati legami a idrogeno.

Si viene a formare ogni volta che un atomo di idrogeno, con debole carica positiva, si trova vicino a un atomo di ossigeno, con debole carica negativa, formando un legame debole.

Al posto dell’ossigeno, possiamo trovare anche l’azoto.

La doppia elica del DNA può aprirsi perché i legami interni sono a idrogeno e sono molto facili sia a rompere che a ricostituire.

Le molecole d’acqua vicine tra loro sono forze coesive che le tengono unite e danno la possibilità all’acqua di aderire ad altre superfici per creare legami a idrogeno.

Se si mette dell’acqua su dell’olio, l’acqua non aderisce in quanto molecola polare a differenza dell’olio che è apolare, perciò non c’è forza adesiva che si formi.

Se si mette, invece, dell’acqua su delle superfici apolari, l’acqua riesce ad aderire grazie ai legami ad idrogeno.

Sono legami deboli.

Quando la temperatura si alza, si rompono i legami a idrogeno dell’acqua, le molecole si allontanano tra loro e si passa dallo stato liquido a quello gassoso tramite l’evaporazione.

Al contrario, quando la temperatura scende sotto un certo livello, di 0 grado, i legami a idrogeno si cristallizzano e si formano i cristalli di ghiaccio.

Legame ionico

Avviene quando una delle due specie chimiche, con grande differenza di elettronegatività, strappa un elettrone all’altro atomo, non lo mette in condivisione con gli orbitali e si polarizza negativamente (es. cloruro di sodio) creando interazioni positive e negative.

È un legame abbastanza debole e polare (solubile in acqua).

Essendo polari, le molecole di acqua si posizionano attorno ad anioni e cationi presenti in soluzioni.

Se la cellula deve scindere il cloro dal sodio, deve rompere i legami tramite dei sistemi interni -> enzimi cellulari -> fanno sì che le reazioni intracellulari avvengano senza aggiunta di energia.

Forze di van der Waals

Dal punto di vista biologico, sono molto importanti.

Avvengono tra molecole apolari, che non sono in grado di creare legami per condivisione di cariche negative e positive.

Es: una goccia di olio formata da carbonio, idrogeno, carbonio, idrogeno… all’interno ci sono movimenti di elettroni che a un certo punto si spostano aggregandosi in un punto, creando una zona di cariche negative e liberando una zona di cariche positive da un’altra parte.

Se lo stesso avviene in una molecola vicina a cui si formano cariche positive e negative, ecco che si forma un legame tra le due molecole per interazioni idrofobiche -> forze di van der Waals.

Legami molto deboli e transitori perché gli elettroni non sono fermi.

Condizioni pH intracellulari

Le condizioni del pH intracellulare modificano la reattività degli elementi chimici e il loro stato di polarizzazione, ossia le caratteristiche delle loro cariche.

Il pH deve essere regolato in modo specifico intracellulare intorno a 7.2-7.4, parametro fondamentale per il mantenimento dell’omeostasi cellulare.

Partendo dal presupposto che il pH extracellulare è variabile.

Quando introduciamo una bevanda gassosa, come la Coca Cola, portiamo un elemento ad alta acidità a contatto con le cellule con un pH interno che non può variare e quindi, lo stomaco, per difendersi dall’arrivo di sostanze esterne con un pH diverso, si riveste di uno strato di muco protettivo (aumenta di spessore quando noi mangiamo).

Senza questo strato, le cellule corrodono, alterando il pH.

Per questo ognuno assume farmaci dopo un pasto, poiché vanno a lesionare lo strato di rivestimento dello stomaco e si rinforza lo strato di muco.

A stomaco vuoto, viene l’ulcera.

Macromolecole

La maggior parte delle cellule contengono il 70-95% di acqua.

Un globulo rosso contiene il 100% di acqua.

Altre cellule contengono minore quantità di acqua.

Il 96% della materia vivente è costituita da 4 specie chimiche, da tipologie di atomi che si combinano tra di loro:

• Carbonio
• Ossigeno
• Idrogeno
• Azoto

Questi 4 elementi, insieme a potassio, zolfo, calcio, fosforo, vanno a costituire 4 classi di biomolecole, essenziali per la vita:

• Carboidrati o zuccheri;
• Lipidi o grassi;
• Proteine;
• Acidi nucleici.

Il loro peso molecolare è superiore ai 5000 dalton -> 1 DALTON (D) = 1 unità di massa atomica (UMA) che sta nell’atomo, che corrisponde a un neutrone e un protone.

L’idrogeno ha due nucleoni, quindi ha 2 dalton di massa atomica, 1 protone e 1 neutrone.

Queste macromolecole si formano tramite la polimerizzazione, un processo mediante il quale le unità costituenti più piccole, nonché i monomeri, si uniscono tra loro per formare molecole più grandi.

• Il processo di polimerizzazione è una sintesi per condensazione, poiché avviene sempre con la rimozione di una molecola d’acqua.

L’ampliamento delle macromolecole per aggiunta di monomeri avviene sempre per rimozione di una molecola d’acqua, tramite un legame covalente.

La struttura della macromolecola è forte e stabile nella sua unione tra monomeri in quanto il legame covalente è un tipo di legame forte.

Può avvenire però anche il processo inverso, dove si possono rimuovere monomeri.

• Si parla quindi di idrolisi, ossia l’aggiunta di molecole d’acqua per scindere una macromolecola in monomeri più semplici.

Questi processi vengono eseguiti dagli enzimi.

1. Proteine

Sono le macromolecole tra le più importanti del nostro organismo.

Gli acidi nucleici, in particolare DNA e RNA, rappresentano il codice genetico per la formazione delle proteine.

Le proteine partono dalla loro polimerizzazione più semplice dei singoli monomeri per arrivare a proteine più complesse.

Hanno 4 strutture (possibile domanda d’esame).

I singoli