Zoologia

Zoologia Lezione 1

Caratteristiche dei viventi

1. Sono composti da cellule: alcune forme di vita più semplici come le amebe sono unicellulari, un agnello è costituito da miliardi di cellule specializzate per lo svolgimento di funzioni specifiche. Negli organismi pluricellulari le cellule sono generalmente organizzate a formare tessuti, organi e apparati.

2. Crescono e si sviluppano: per un periodo limitato del ciclo vitale o per tutta la vita.

3. Regolano i propri processi metabolici: generalmente nei viventi le reazioni metaboliche avvengono di continuo o devono essere regolate adeguatamente per il mantenimento dell'omeostasi, ovvero lo stato di equilibrio interno.

4. Si muovono: tutte le cellule sono dotate della capacità di effettuare micro o macro movimenti. La maggior parte delle piante non presenta movimenti appariscenti. La maggior parte degli animali si muove utilizzando in vario modo la contrazione muscolare. Alcuni animali, come le spugne e i coralli, si muovono liberamente solo durante lo stadio larvale, ma perdono questa capacità allo stadio adulto.

5. Rispondono agli stimoli: ciò vale sia per i vegetali che per gli animali.

6. Si riproducono: anche se un tempo si pensava che crini di cavallo immersi in acqua generassero vermi e che i rospi nascessero dal fango, la capacità di riprodursi viene considerata l'essenza della vita; ogni essere vivente deriva solo da altri esseri viventi.

Classificazione dei viventi

Viene fatta in base a tipo cellulare, complessità strutturale, tipo e modalità di nutrizione.

• Linneo 1735: fu la prima classificazione, comprendeva 2 regni, il regno vegetale e il regno animale.
• Haeckel 1866: introduce il terzo regno, il regno dei protisti.
• Chatton 1925: fa una suddivisione in due gruppi, eucarioti e procarioti.
• Copeland 1938: crea 4 gruppi suddividendo gli eucarioti in animali, piante e protisti + i procarioti (o monera).
• Whittaker 1969: inserisce negli eucarioti il 5° regno dei miceti.
• Woese 1977: modifica in 3 domini, divide i procarioti in batteri e archei + eucarioti.
• Cavalier-Smith 1998: 2 domini e 6 regni: animali, piante, funghi, cromisti, protozoi, batteri.
• Nella classificazione definitiva abbiamo i 6 regni + il regno dei cromisti + i virus.

Si sono sviluppati prima i procarioti, esiste un progenitore comune tra batteri ed archei che poi ha dato origine a tutti gli organismi animali.

Albero filogenetico

Mostra le correlazioni tra gli organismi attuali e suggerisce che gli organismi dei 12 regni conosciuti sono derivati da un progenitore comune che ha dato dunque origine a tutti gli organismi attuali.

Animali

Sono organismi pluricellulari eterotrofi, cioè che devono mangiare altri organismi per trarne nutrimento, sono costituiti da cellule aventi caratteristiche ben distinte rispetto a quelle vegetali. Generalmente sono caratterizzati dalla presenza di sistema nervoso e muscolare, organi di senso e capacità di movimento. La biodiversità animale è sorprendente, ad oggi sono state descritte più di 20.000 specie di pesci ossei e oltre 300.000 di coleotteri e si stima che ce ne siano almeno altrettante ancora da descrivere. Al momento si conoscono più di 9500 specie attualmente viventi.

Sul pianeta attualmente ci sono circa 2 milioni di specie descritte e si stima che ce ne siano 10-100 milioni. Di questi 2 milioni il 75% sono animali, di questi il 72% sono insetti, il 3,9 sono vertebrati, dei vertebrati il 4% sono pesci, poi uccelli, rettili, anfibi e infine mammiferi.

Bauplan

Piano organizzativo di base di ogni phyla animale.

Organizzazione gerarchica dei viventi

Molecole - organulo - cellule - tessuto - organo - organismo - popolazione - comunità o ecosistema - biosfera.

Chimica dei viventi

L'acqua è essenziale per tutti i viventi, circa il 70% del nostro peso corporeo è costituito da acqua, questa percentuale può arrivare al 95% in animali come le meduse. I legami a idrogeno dell'acqua conferiscono coesione, tensione superficiale, elevato calore specifico e calore di evaporazione, inoltre l'acqua è uno dei solventi principali, il simile scioglie il simile, quindi scioglie composti polari o idrofili, soprattutto i composti ionici come NaCl.

Molecole organiche

Sono chiamate così perché un tempo si pensava potessero essere prodotte solo dagli organismi viventi, di cui sono i costituenti essenziali. Il carbonio ne è il componente principale, grazie probabilmente alla sua capacità di formare la più grande varietà di molecole rispetto agli altri elementi. Esistono più di 5 milioni di composti organici.

Le 4 classi di macromolecole organiche sono:

• Proteine
• Carboidrati
• Acidi nucleici
• Lipidi

Quelle presenti in maggior quantità sono le proteine, poi acidi nucleici, carboidrati e infine lipidi.

Proteine

Sono polimeri di amminoacidi. Il polimero si forma unendo più amminoacidi mediante legame peptidico tra il gruppo carbossilico (COOH) di un amminoacido e il gruppo amminico (NH₂) di un altro amminoacido. Inoltre, le proteine contengono un radicale variabile che ne conferisce le caratteristiche. Hanno un'organizzazione tridimensionale associata ad una precisa funzione biologica.

Dogma

Correlazione struttura-funzione.

Classificazione

• Fibrose: funzioni generalmente biomeccaniche, come il collagene e l'elastina.
• Globulari: svolgono varie funzioni, possono essere enzimi, pigmenti respiratori come l'emoglobina, gli anticorpi e gli ormoni.

Struttura

• Primaria: è la sequenza di amminoacidi.
• Secondaria: dovuta a interazioni fra amminoacidi non troppo distanti che formano legami a idrogeno dando origine ad una struttura ad α-elica o a β-foglietto.
• Terziaria: la proteina si ripiega grazie a legami diversi e può già assumere una forma definitiva di proteina globulare.
• Quaternaria: più proteine si associano tramite interazioni non covalenti.

Carboidrati, glucidi o zuccheri

• Monosaccaridi, come il glucosio.
• Disaccaridi, come il lattosio.
• Polisaccaridi, possono avere funzione di deposito di energia come l'amido e il glicogeno oppure funzione strutturale come la cellulosa.

Lipidi

Sono formati da C, O e H, forniscono più del doppio dell'energia dei carboidrati, hanno funzione strutturale e di riserva energetica. Sono idrofobi, insolubili in acqua, solubili nei solventi organici tipo l'alcol. Si classificano in:

• Lipidi neutri o trigliceridi: che si dividono a loro volta in oli (liquidi) e grassi (solidi).
• Fosfolipidi: formati dal glicerolo + 2 acidi grassi + un gruppo fosfato, sono molecole anfipatiche, ovvero hanno testa idrofila e code idrofobe, nella membrana perciò formano un doppio strato di fosfolipidi.
• Carotenoidi: come il β-carotene, è uno dei pigmenti usati dalle foglie per catturare energia luminosa nella fotosintesi. Nell'uomo il β-carotene può essere spezzato in due molecole di vitamina A.
• Steroidi: derivano dal colesterolo, anche la vitamina D₂ è uno steroide, così come il cortisolo, il testosterone e le vitamine E-K.

Acidi nucleici

Sono polimeri di nucleotidi scoperti a metà del secolo scorso. Sono formati da uno zucchero, una base azotata e un gruppo fosfato. Il DNA è un acido nucleico formato da un doppio filamento, il suo zucchero è il desossiribosio e le sue basi azotate sono l'adenina, la timina, la citosina e la guanina. L'RNA è un acido nucleico formato da un singolo filamento, il suo zucchero pentoso è il ribosio e le sue basi azotate sono le stesse del DNA a differenza della timina che viene sostituita dall'uracile. Ci sono vari tipi di RNA, l'RNA transfer, l'RNA messaggero e l'RNA ribosomiale.

Lezione 2

La cellula

È l'unità strutturale e funzionale dei viventi. Al suo interno hanno luogo tutte le reazioni chimiche necessarie per il mantenimento e la riproduzione della vita. Esistono cellule procarioti e cellule eucarioti, queste ultime possono formare sia organismi pluricellulari che unicellulari a differenza degli organismi procarioti che sono unicellulari. Abbiamo visto che le cellule possono essere suddivise in eucarioti e procarioti.

Cellula procariotica

• Sono procarioti i batteri e le alghe azzurre.
• Mancano la membrana nucleare e gli organuli ad eccezione dei ribosomi che sono liberi nel citoplasma.
• Hanno una parete cellulare e una capsula attorno che fa da struttura di attacco per i pili o flagelli.
• Possiedono il nucleoide, ovvero una regione in cui è localizzato il DNA della cellula libero costituito da un unico cromosoma.
• Pili: strutture di attacco sulla superficie di alcuni batteri.
• Ribosomi: organuli per la sintesi di proteine.
• Membrana plasmatica: membrana che contiene il citoplasma.
• Parete cellulare: struttura rigida all'esterno della membrana plasmatica.
• Capsula: rivestimento esterno gelatinoso di alcuni batteri.
• Flagelli: organi locomotori di alcuni batteri.

Cellula eucariotica

• Vi è un nucleo vero e proprio circondato da membrana nucleare.
• Il DNA è suddiviso in numerosi cromosomi.
• Possiede un nucleolo, ovvero una zona all'interno del nucleo nel quale avviene la trascrizione dell'RNA.
• Le cellule si dividono per mitosi.
• Possiede vari distretti cellulari o organuli.

Le cellule eucarioti possono essere ulteriormente distinte in cellule animali e vegetali:

Cellula animale

• Membrana plasmatica che avvolge la cellula.
• Mitocondrio: organulo in cui avviene la respirazione cellulare e viene prodotto gran parte dell'ATP.
• Lisosoma: organulo digestivo in cui vengono idrolizzate le macromolecole.
• Citoscheletro: mantiene la forma cellulare, coopera nel movimento cellulare, i suoi componenti ovvero i microfilamenti, i microtubuli e i filamenti intermedi sono costituiti da proteine.
• Microvilli: proiezioni citoplasmatiche che aumentano la superficie cellulare.
• Perossisoma: organulo con varie funzioni metaboliche specializzate, produce perossido di idrogeno.
• Centrosoma: regione in cui hanno origine i microtubuli, nella cellula animale esso contiene 2 centrioli.
• Flagello: organulo per la locomozione, è presente in alcune cellule animali.
• Reticolo endoplasmatico: intreccio di tubuli e cisterne membranose, serve per la sintesi di membrane e per altri processi metabolici. Si compone di una regione liscia e di una rugosa.
• Nucleo: comprende l'involucro nucleare ovvero una doppia membrana che avvolge il nucleo e presenta dei pori, il nucleolo, ovvero un organulo non provvisto di membrana che serve per la produzione di ribosomi, un nucleo può contenere uno o più nucleoli e infine la cromatina, ovvero materiale formato da DNA e proteine, visibile in forma di cromosomi nella cellula in fase di divisione.
• Ribosomi: organuli non membranosi adibiti alla sintesi di proteine, sono liberi nel citoplasma o legati al reticolo endoplasmatico rugoso o all'involucro nucleare.
• Apparato del Golgi: organulo attivo nella sintesi, smistamento e secrezione di prodotti cellulari.

Cellula vegetale

Le cellule vegetali a differenza di quelle animali possiedono:

• Vacuolo, è l'organo più grande nelle cellule delle piante adulte, le sue funzioni comprendono lo stoccaggio e il degrado delle scorie. L'aumento volumetrico del vacuolo è il meccanismo principale della crescita della pianta. Il vacuolo è racchiuso da una membrana chiamata tonoplasto.
• Ha i cloroplasti, organuli adibiti alla fotosintesi, convertono l'energia solare in energia chimica immagazzinandola in molecole di zucchero.
• Mitocondrio.
• Plasmodesmi: canali che attraversano la parete cellulare e mettono in comunicazione il citoplasma con le cellule limitrofe.
• Parete cellulare: strato esterno che mantiene la forma cellulare e protegge la cellula da possibili danni meccanici, è formata da cellulosa e altri polisaccaridi.
• Centrosoma.
• Non contiene lisosomi, centrioli e flagelli.

Membrana cellulare

È formata da fosfolipidi, colesterolo e proteine. È rappresentata dal modello a mosaico fluido, sia fosfolipidi che le proteine che la compongono si diffondono lateralmente, raramente si capovolgono. Il colesterolo è presente con un numero di molecole quasi uguale a quello dei fosfolipidi e diminuisce la flessibilità della membrana. Tramite permeabilità selettiva contribuisce al mantenimento dell'omeostasi. Nella membrana sono presenti delle proteine, chiamate proteine di membrana, che svolgono determinate funzioni tra cui:

• Trasporto
• Attività enzimatica
• Traduzione segnali
• Adesione intercellulare
• Riconoscimento tra cellule
• Adesione al citoscheletro e alla matrice extra-cellulare

Alcune proteine esterne determinano il gruppo sanguigno.

Reticolo endoplasmatico

In alcune zone della cisterna perinucleare, la membrana esterna si estroflette verso il citoplasma mostrando continuità con le cisterne del reticolo endoplasmatico. Il reticolo endoplasmatico è un sistema di membrane che delimitano comparti chiusi. Il reticolo endoplasmatico ruvido (RER) è costellato da ribosomi che aderiscono al versante esterno. Sui ribosomi ha luogo la sintesi proteica con rilascio di polipeptidi che possono subire dei cambiamenti chimici ed essere trasportati verso i vari distretti cellulari: il reticolo endoplasmatico liscio (REL) è costituito da tubuli privi di ribosomi. Al suo interno le proteine sintetizzate sul RER possono subire modifiche chimiche. Vi si attua inoltre l'idrolisi del glicogeno e la sintesi dei lipidi come gli steroidi.

Ribosomi

Sono organuli su cui vengono sintetizzate le proteine seguendo le istruzioni contenute negli acidi nucleici. Sono costituiti da 2 subunità di dimensioni diverse, composte da RNA ribosomiale a cui si legano più di 50 tipi diversi di proteine. Nei procarioti sono più piccoli e sempre liberi nel citoplasma. Negli eucarioti possono trovarsi nel citoplasma, sul RER, nei mitocondri e nei cloroplasti.

Apparato di Golgi

Costituito da sacculi disposti parallelamente a formare una struttura simile a una pila di piatti. Riceve le proteine provenienti dal RE e le modifica ulteriormente, per poi inviarle concentrate e impacchettate alle loro destinazioni intra ed extra cellulari.

Lisosomi

Si originano dall'apparato di Golgi, sono circondati da membrana singola e possono essere numerosi. Contengono enzimi digestivi e hanno pH inferiore rispetto al citoplasma, entrano in gioco nella fagocitosi e nell'autofagocitosi. Il motivo per cui gli enzimi contenuti non degradano lo stesso lisosoma diffondendo nel citoplasma è dovuto alla composizione particolare della sua membrana interna: le proteine di cui è costituita risultano essere complessate chimicamente in modo tale da risultare resistenti alla degradazione enzimatica. Se mai il lisosoma dovesse comunque rompersi, un fattore di protezione per la cellula è dato dalla proprietà degli enzimi digestivi di essere attivi solo a pH acido come quello presente nel lisosoma, mentre nel citoplasma il pH è neutro dunque gli enzimi qui non funzionano.

Mitocondri

Vi si realizza la conversione dell'energia chimica di legame contenuta nelle molecole di nutrienti in una forma utilizzabile dalla cellula: l'ATP (adenosina trifosfato). Sono delimitati da una doppia membrana: l'esterna è liscia e funziona come un semplice setaccio che regola la dimensione delle molecole in entrata nel mitocondrio; la membrana interna è dotata di numerose introflessioni dette creste mitocondriali che ne aumentano notevolmente la superficie. La membrana interna è selettivamente permeabile e presenta numerose proteine intrinseche coinvolte nella respirazione cellulare. Delimita lo spazio interno detto matrice mitocondriale, che contiene molti degli enzimi implicati nella respirazione cellulare.

Citoscheletro

I componenti del citoscheletro contribuiscono a mantenere costante la forma cellulare, a consolidare il citoplasma e a sostenere i movimenti cellulari. I microfilamenti sono costituiti da catene filamentose della proteina actina e spesso interagiscono con i filamenti costituiti da altre proteine. Possono presentarsi singolarmente, in fascetti o in reti tridimensionali. Sono responsabili delle variazioni della forma cellulare e determinano i movimenti cellulari. I microfilamenti di actina e quelli spessi di miosina cooperano nei processi di contrazione muscolare.

Filamenti intermedi

Sono costituiti da subunità fibrillari che si assemblano in strutture intrecciate con spiccate caratteristiche meccaniche. Queste si dispongono parallelamente per stabilizzare l'architettura e la forma della cellula. I filamenti intermedi costituiscono anche la lamina nucleare.

Microtubuli

Strutture cilindriche relativamente lunghe e cave costituite da un gran numero di molecole di tubulina, questa proteina consiste di due subunità, l'α-tubulina e la β-tubulina. I microtubuli sono in grado di aumentare e diminuire in lunghezza per l'aggiunta o l'eliminazione di dimeri di tubulina. L'accorciamento dei tubuli determina il movimento dei cromosomi.

Ciglia e flagelli

Il flagello compie movimenti ondulatori simili a quelli di un serpente, ciò fa muovere la cellula nella stessa direzione dell'asse del flagello. Il movimento di uno spermatozoo è un classico esempio di locomozione di un flagellato. Le ciglia invece battono con un movimento avanti e indietro che fa muovere la cellula in direzione perpendicolare all'asse del ciglio.

Centrioli

Si presentano in coppie con assi tra loro ortogonali.

Nucleo

Contiene quasi tutto il DNA, vi si svolgono la duplicazione e la trascrizione del materiale genetico.