Biologia

Corso di Fisioterapia - Biologia

1. Introduzione

Per parlare di vita bisogna fare una distinzione tra organismo vivente (colui che percepisce lo stimolo e reagisce ad esso) e oggetto inanimato. Considerato che entrambi sono costituiti dalle stesse unità fondamentali (atomi e molecole), bisogna specificare che ciò che permette di distinguereli è l'organizzazione delle molecole biologiche.

Il corso di scienze biologiche affronterà lo studio di come gli organismi viventi sono composti, funzionano e sono organizzati:

• Il modulo di biochimica si occupa di atomi e molecole, le istruzioni chimiche fondamentali per l'organizzazione e l'attività della cellula
• Il modulo di microbiologia si occupa di organismi unicellulari (tra cui batteri e protozoi) e virus
• Il modulo di biologia si occupa di organismi pluricellulari

La biologia è la scienza che studia gli esseri viventi, ossia qualsiasi unità in grado di nascere, accrescersi,...

• la cellula è l'unità di base dell'organizzazione della materia vivente
• tutti gli organismi sono formati da cellule
• ogni cellula deriva da un'altra cellula

2) o•desossiribosio (H al carbonio in posizione 2) 3base azotata o•pirimidine: Citosina eTi m i n a / U ra c i l e ; opurine: Guanina eAdenina• gruppo fosfato oin sua assenza lamolecola prende il nome di nucleosideI vari acidi nucleici sono uniti tra di loro attraverso il gruppofosfato e il carbonio in posizione 3 in una lunga catena a formarei lamenti (doppio nel DNA e singolo nell’RNA). Questaformazione viene de nitascheletro del DNA/RNA obackbone. Tra le basi azotatesi instaura invece un legamea idrogeno. I lamenti delDNA, posizionati tra loro inmaniera antiparallela, e lacomplementarietà delle basiazotate rendono possibilemantenere la distanza ssadei due scheletri a 2nanometri.Il dogma centrale della biologia afferma che il ussodell’informazione genetica è monodirezionale.Le proteine sono lunghe catene di amminoacidi (ne esistonocirca una ventina, dei quali nove sono de niti essenziali per il4fi fi fi fi fi flnostro organismi) formati da

uncarbonio a cui, oltre ad un H, vienelegato:Un gruppo amminico• Un gruppo carbossilico• Una catena laterale variabile•

Le proteine si suddividono trasemplici e coniugate (tra le quali ricordiamo le metalloproteine,le fosfoproteine e le glicoproteine).

Ogni proteina è caratteristica e svolge una funzione benspeci ca:

• Enzimi: accelerano le reazioni biochimiche
• Proteine strutturali: conferiscono stabilità sica e permettono il movimento
• Proteine di difesa: riconoscono le sostanze estranee e rispondono
• Proteine di segnalazione: controllano processi siologici
• Trasportatori di membrana: regolano il passaggio di sostanze attraverso le membrane cellulari
• Proteine di accumulo: immagazzinano amminoacidi per un uso successivo
• Proteine regolatrice dei geni: determinano l’intensità di espressione di un gene nel tempo

I carboidrati sono molecole composte da carbonio, idrogeno e ossigeno e si differenziano in base al numero

diatomi di carbonio. 5fi fi fiSolitamente vengono rappresentati tramite una catenaaperta, tuttavia facendo reagire il gruppo aldeidico e l’ossidriledel carbonio in posizione 5 è possibile ottenere lacon gurazione ciclica.

A seconda dell’orientazione del gruppo aldeidico almomento della chiusuradell’anello si ottiene:

• Una alfa-molecola: OHdel Carbonio 1 sta sotto
• Una beta-molecola: OHdel Carbonio 1 sta sopra

I carboidrati si suddividonoin semplici (rappresentano unafonte di energia per la cellula) ein polisaccaridi, tra i quali vanno ricordati:

• cellulosa con legame beta-1,4 e lineare
• amido con legame alfa-1,4 e rami cato
• glicogeno con legame alfa-1,4 e molto rami cato

I carboidrati svolgono funzioni strutturali e di riserva; perquesto motivo si trovano:

• sulla membrana cellulare di tutte le cellule
• nella struttura degli acidi nucleici
• liberi all’interno delle cellule

I lipidi sono molecole caratterizzate da

Lunghe catene dicarbonio e idrogeno dette acidi grassi. Si possono identificare tre tipologie di molecole lipidiche:

• Trigliceridi (oli e grassi) formati da glicerolo e tre molecole di acido grasso
• Fosfolipidi formati da glicerolo unito a:
  • Due catene idrocarburiche (coda idrofobica)
  • Amminoacidi e gruppo fosfato (testa idrofila)
• Steroidi (colesterolo, testosterone...) formati da quattro anelli di atomi di carbonio

Ogni categoria di lipidi ha una funzione ben specifica, infatti i trigliceridi svolgono un'azione di accumulo di energia a lungo termine e isolamento termico; i fosfolipidi svolgono la funzione di formazione delle membrane cellulari e gli steroidi regolano la crescita e lo sviluppo.

Per quanto invece riguarda i sali minerali sappiamo che essi svolgono due funzioni importanti:

• Regolatrice: partecipano alle attività cellulari, enzimatica e metaboliche
• Strutturale: sono costituenti di...

tessutiEssi si trovano allo stato solido nello scheletro e in soluzionenei liquidi extracellulari e intracellulari. 7fi fi Cellula eucariotica3P er poterla vedere mi serve o un microscopioelettronico no a grandezze di 100 micrometri, o unmicroscopio ottico per grandezze tra 100 nanometri e1 mm, ma riesce a vederla anche un occhio umano nudo dagrandezze di 100 micrometri.

Si deve tenere a mente che per la maggior parte dellecellule il diametro è di 1-100 micrometri.

Esistono due microscopi importanti per i nostri studi:

• semplice: ingrandimento senza definizione
• composto: ingrandimento con alto potere di risoluzione

Il potere di risoluzione dell'occhio umano è di 0.1 mmquesto significa che l'occhio umano non può distinguere duepunti separati a meno di 0.1mm. Il potere di risoluzione delmicroscopio ottico invece arriva no a 0. 2μm.

Le cellule variano tra di loro in base alla dimensione.Solitamente le cellule hanno dimensione ridotte per

poterfavorire le interazioni conl'ambiente esterno e loscambio esterno/interno eper poter ottimizzare iltempo durante il ricavo di 8fi fi fi fienergia.All'aumentare delle dimensioni il rapporto super cie/volumediminuisce.Gli organismi viventi possono essere divisi in sei macro-gruppi: funghi, batteri, archei, protesti, animali e piante. Diquesti, archei e batteri hanno cellule procariotiche, mentre ifunghi hanno cellule eucariotiche.Le maggiori differenze tra cellule procariotiche e celluleeucariotiche sono:

Cellula procariotica Cellula eucariotica

Diametro 0,1-0,2 μm 2-200 μm

Nucleotide Non delimitato Delimitato

Molecole Una di DNA Più di DNARiproduzione Scissione binaria Mitosi e meiosiGenoma di 500-6000 geni 6000-24000 geniOrganelli Assenti SpecializzatiNelle cellule eucariotiche, dimensioni e struttura non sonocorrelate alla dimensione e alla complessità dell'organismo (apeed elefante hanno cellule uguali pur essendo molto diversi).Gli organelli

occupano uno spazio ben definito all'interno delle cellula, basato sul loro scopo circa il funzionamento cellulare. Il citoscheletro si occupa anche del loro trasporto.

La membrana plasmatica si presenta con uno spessore molto sottile (6 - 10 nm). È formata da un doppio strato di fosfolipidi arricchito da proteine alle quali si lega con legami covalenti e da carboidrati.

Questa struttura viene quindi a delineare il modello del mosaico fluido, consentendo così ai lipidi una serie di movimenti: diffusione laterale, rotazioni e flessione, movimento flip-flop o diffusione trasversale da uno strato all'altro.

Una particolarità di questa disposizione è data dal fatto che vi è asimmetria: il foglietto esterno e il foglietto interno sono diversi tra loro.

L'interazione tra le proteine e il doppio strato lipidico dipende dalle caratteristiche dei gruppi laterali degli aminoacidi. In genere si possono osservare diverse tipologie di proteine di membrana:

single-pass integral protein• multi-pass integral protein• monotropic protein• extrinsic protein

Inoltre, in base al rapporto tra proteine e lipidi, la membrana acquista particolari qualità:

• rapporto proteine/lipidi alto: membrana con funzioni specializzate
• rapporto proteine/lipidi basso: membrana in isolamento elettrico

La membrana plasmatica risulta essere una barriera al trasporto esterno/interno:

• Passiva (non richiede energia), e può essere:
• Semplice, in cui passano gas, molecole idrofobiche (benzene) e piccole molecole polari (etanolo)
• Facilitata, in cui intervengono le acqua-porine per il passaggio delle molecole d'acqua, i canali ionici e i trasportatori Carrier per le grandi molecole polari come il glucosio
• Attiva (richiede energia), essa può essere:
• Primaria: pompa trasportatrice con idrolisi di ATP; come la pompa sodio-potassio (3Na escono e 2K entrano)
• Secondaria: sfrutta il

Potenziale elettrochimico del trasporto attivo primario:

In alcuni materiali di grosse dimensioni, la cellulamediante i processi di endocitosi (fagocitosi con macrofagi egranulociti, pinocitosi, o mediata da recettori come la clatrina).