Riassunto di Biologia, docente Zarrella, libro consigliato Elementi di biologia, Eldra P. Solomon

Elementi di biologia (riassunto)

Solomon Berg Martin

Sommario

• 1. L’organizzazione della vita ............................................................................................................ 4
• I 3 temi della biologia ............................................................................................................................................ 4
• Caratteristiche degli organismi viventi ................................................................................................... 4
• I livelli di organizzazione .............................................................................................................................. 4
• La trasmissione dell’informazione (DNA) ............................................................................................................. 5
• L'energia della vita ................................................................................................................................................. 5
• La classificazione degli organismi viventi ............................................................................................................... 5
• 2. La base chimica della vita ................................................................................................................ 8
• 1. Elementi e atomi ................................................................................................................................................ 8
• 2. Legami chimici ................................................................................................................................................. 10
• 3. Le reazioni chimiche ........................................................................................................................................ 11
• Mole definizione di ..................................................................................................................................... 12
• 4. pH (positive Hydrogen) .................................................................................................................................... 12
• 3. I composti organici ............................................................................................................................. 14
• Gli atomi di carbonio e le molecole organiche .................................................................................................... 14
• Molecole organiche ...................................................................................................................................... 16
• Lipidi .................................................................................................................................................................... 18
• Proteine ............................................................................................................................................................ 19
• DNA e RNA (acidi nucleici) ............................................................................................................................... 20
• 4. Organizzazione della cellula ..................................................................................................... 22
• Studio della cellula ............................................................................................................................................... 22
• Cellule procariotiche ed eucariotiche ..................................................................................................... 23
• Organuli citoplasmatici .............................................................................................................................. 24
• 5. Le membrane biologiche ................................................................................................................. 27
• Fosfolipidi ..................................................................................................................................................... 27
• Fluidi bidimensionali .................................................................................................................................. 27
• Proteine di membrana ............................................................................................................................... 27
• Trasporto passivo ...................................................................................................................................... 29
• Trasporto attivo ........................................................................................................................................ 29
• Esocitosi ed endocitosi ............................................................................................................................. 30
• Tipi di endocitosi ......................................................................................................................................... 30
• Giunzioni cellulari ..................................................................................................................................... 30
• 6. La comunicazione cellulare ........................................................................................................ 32
• Invio di segnali ................................................................................................................................................. 32
• Ricezione ............................................................................................................................................................ 32
• Trasduzione del segnale ........................................................................................................................... 32
• Interruttori molecolari ..................................................................................................................................... 32
• Recettori accoppiati a canali ionici .................................................................................................................. 32
• Recettori accoppiati a proteine G .......................................................................................................... 32
• Secondi messaggeri ......................................................................................................................................... 33
• Sintesi ed inattivazione dell’AMP ciclico (cAMP) (secondo messaggero) ........................................................ 33
• Fosfolipidi ..................................................................................................................................................... 33
• Recettori accoppiati ad enzimi ............................................................................................................... 33
• Le proteine Ras ................................................................................................................................................ 33
• Recettori intracellulari ..................................................................................................................................... 34
• Proteine di impalcatura (scaffold) ................................................................................................................... 34
• Le risposte ai segnali ...................................................................................................................................... 34
• La risposta ad un segnale è amplificata ........................................................................................................... 34
• Terminazione del segnale ................................................................................................................................ 34
• 7. Energia e metabolismo .................................................................................................................... 35
• Lavoro biologico ............................................................................................................................................ 35
• Gli organismi sono in grado di convertire energia potenziale in energia cinetica e viceversa ........................ 35
• Le leggi della termodinamica ...................................................................................................................... 35
• Energia e metabolismo ................................................................................................................................. 35
• La diffusione ................................................................................................................................................. 36
• Energia libera e reagenti .......................................................................................................................... 36
• Reazioni accoppiate .................................................................................................................................... 36
• ATP, la moneta energetica della cellula ...................................................................................................... 36
• Il trasferimento di energia nelle reazioni redox ................................................................................................... 38
• Enzimi ................................................................................................................................................................. 38
• Enzimi e cofattori ....................................................................................................................................... 39
• pH e temperatura ....................................................................................................................................... 39
• Regolazione dell’attività enzimatica ............................................................................................................ 39
• 8. (Sintesi di ATP) Le vie metaboliche che rilasciano energia ..................................... 41
• Le reazioni redox ............................................................................................................................................. 41
• Respirazione aerobica i quattro stadi della ................................................................................................... 41
• Glicolisi .......................................................................................................................................................... 41
• Il piruvato è trasformato in acetil CoA ....................................................................................................... 41
• Ciclo dell’acido citrico il ( ....................................................................................................................... 42
• Resa energetica ................................................................................................................................................ 43
• Anaerobica respirazione ............................................................................................................................... 45
• 9. Fotosintesi ................................................................................................................................................. 48
• La luce ................................................................................................................................................................ 48
• I cloroplasti ..................................................................................................................................................... 48
• Fotosintesi ....................................................................................................................................................... 49
• Diversità metabolica ...................................................................................................................................... 51
• 10. Cromosomi, mitosi e meiosi ....................................................................................................... 53
• I cromosomi eucariotici ................................................................................................................................ 53
• Mitosi ................................................................................................................................................................. 53
• Ciclo cellulare la regolazione del ............................................................................................................ 54
• Meiosi (riproduzione sessuata) .................................................................................................................... 54
• 11. Ereditarietà ............................................................................................................................................ 57
• Ereditarietà e cromosomi ............................................................................................................................ 57
• 13. L’espressione genetica ................................................................................................................... 58

1. L’organizzazione della vita

Biologia (dal greco βιολογία, composto da βίος, = "vita" e λόγος, = nel senso di "studio") è la scienza che studia tutto ciò che riguarda la vita e gli organismi viventi, tra cui la loro struttura, la funzione, la crescita, l'evoluzione, la distribuzione e la tassonomia.

I 3 temi della biologia

1. Evoluzione: il processo dell’e. determina i cambiamenti delle popolazioni nel tempo e spiega in che modo l’antenato degli organismi possa essere fatto risalire a forme di vita primordiali.
2. Trasmissione dell'informazione: le informazioni devono essere trasmesse all'interno degli organismi e tra gli organismi.
3. Trasferimento dell'energia: tutti i processi vitali, incluse e di reazioni chimiche che mantengono l'organizzazione della vita richiedono un continuo ingresso di energia, la principale fonte di questa la luce solare.

Teoria dell’evoluzione

L’e. è il processo attraverso il quale le popolazioni cambiano nel tempo in risposta alle modificazioni ambientali. La teoria dell’e. spiega in che modo si siano generati milioni di specie e ci aiuta comprendere la struttura, la funzione, il comportamento e le interazioni degli organismi.

Selezione naturale - meccanismo attraverso il quale evoluzione procede, favorisce gli organismi dotati di quei caratteri che meglio si adattano ai cambiamenti ambientali.

Teoria della selezione naturale (Charles Darwin) si basa sulle osservazioni che gli individui di una specie variano; gli organismi producono più prole di quella che riesce a sopravvivere fino alla riproduzione; gli individui che sono meglio adattati all’ambiente hanno più probabilità di sopravvivere e di riprodursi; gli organismi vincenti trasmettono i loro geni alla prole e i loro caratteri saranno più frequenti nella popolazione.

Caratteristiche degli organismi viventi

1. Sono costituiti da un’unità base che è la cellula e crescono grazie all’aumento delle dimensioni/numero delle cellule (crescita biologica). 2 tipi di cellule:
   • Procariotiche - esclusive dei batteri e di organismi microscopici chiamati archaea.
   • Eucariotiche - tutti gli altri organismi, provviste di un nucleo che contiene DNA.
2. Rispondono agli stimoli, cambiamenti fisici e chimici del loro ambiente esterno ed interno.
3. Si riproducono, adattamenti.
4. Si evolvono e si adattano all’ambiente. Gli sono caratteri ereditari che migliorano la capacità dell’organismo di sopravvivere in un particolare ambiente; possono essere di tipo strutturale, fisiologico, comportamentale oppure una combinazione tra questi.

Metabolismo - tutte le attività chimiche che avvengono in un organismo, incluse le reazioni chimiche essenziali (nutrizione, crescita, riparazione e conversione dell’energia).

Omeostasi - tendenza di un organismo a mantenere costante l’ambiente interno.

I livelli di organizzazione

Organizzazione biologica (all’interno di un organismo)

1. Livello chimico,
2. Cellulare,
3. Tissutale,
4. Organo,
5. Sistema
6. Organismo

Organizzazione ecologica

1. Organismo
2. Popolazione: organismi della stessa specie
3. Comunità: popolazioni di specie differenti che vivono nella stessa area;
4. Ecosistema: comunità e l’ambiente non vivente che la circonda;
5. Biosfera: la terra e tutte le sue comunità

Ecologia: studio di come gli organismi siano in relazione tra loro e con il loro ambiente fisico.

La trasmissione dell’informazione (DNA)

Nel 1953 Watson e Crick scoprirono la struttura dell’acido desossiribonucleico (DNA), la molecola che costituisce i geni, le molecole base del materiale ereditario.

Codice genetico: informazione codificata nelle sequenze di nucleotidi del DNA, trasmette l’informazione genetica da una generazione all’altra.

Geni: responsabili del controllo, dello sviluppo e del funzionamento di ciascun organismo; mediano la sintesi delle proteine che insieme agli ormoni sono coinvolte nella comunicazione tra le cellule.

Ormoni: messaggeri chimici che trasmettono informazioni da una parte all’altra dell’organismo; un importante tipo di segnalazione cellulare.

La maggior parte degli esseri viventi ha un sistema nervoso capace di trasmettere informazioni sia per mezzo di impulsi elettrici che di molecole chiamate neurotrasmettitori.

Flusso dell'informazione cellulare

1. DNA (nucleo)
2. RNA
3. Ribosomi
4. Sintesi proteica

Cladogrammi (alberi filogenetici)

Sono diagrammi di ipotetiche correlazioni evolutive; vengono costruiti analizzando i caratteri derivati condivisi; i rami raffigurano la storia evolutiva di ogni gruppo, ciascun punto di diramazione (nodo) rappresenta la divergenza o scissione di 2+ nuovi gruppi da un antenato comune.

Le relazioni tra unità tassonomiche sono determinate tracciando lungo i rami dal più recente antenato comune.

Individua 3 domini: Bacteria, Archaea e Eucarya.

L'energia della vita

Gli ecosistemi dipendono da un continuo apporto di energia. Un ecosistema autosufficiente è costituito da tre tipi di organismi:

1. Produttori - organismi autotrofi che producono molecole complesse partendo da CO₂ e H₂O grazie all'energia proveniente dal sole;
2. Consumatori - ricavano energia dalla degradazione delle molecole complesse fornite dai produttori liberando CO₂ e H₂O;
3. Decompositori.

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