Biologia

BIOLOGIA APPLICATA

Docente: Cristina Bombiari 0342/8027284

La biologia applicata studia gli esseri viventi.

CARATTERISTICHE PROPRIE ESSERI VIVENTI

• Riproduzione: formare altri individui, trasmettendo l’informazione genetica attraverso il DNA.

• Crescita e sviluppo: c’è una leggera differenza tra crescita e sviluppo. Con i termine crescita

intendiamo il diventare grandi crescere di statura per esempio, invece con il termine sviluppo

intesa l’acquisizione di nuove caratteristiche.

• Ordine

• Utilizzo energia: ogni organismo ha bisogno di energia per poter sopravvivere anche per

mantenere il proprio ordine.

• Interazione con l’ambiente: risposta agli stimoli (permette agli organismi di migliorare la loro

sopravvivenza).

• Regolazione: omeostasi è l’attitudine degli esseri viventi a conservare le proprie caratteristiche

al variare delle condizioni esterne dell’ambiente tramite meccanismi di autoregolazione.

( dispositivi omeostatici).

• Adattamenti evolutivi: tutti gli organismi si sanno e si devono adattare per sopravvivere.

Livelli di organizzazione della sostanza vivente:

• Acqua

• Molecole

• Macromolecole

• Organello

• Cellula

• Tessuto

• Organi

• Apparati/ sistemi

• Organsimo

• Popolazione

• Comunità

• Ecosistema

• Biosfera

PROPRIETÀ EMERGENTE : Supponiamo di mettere insieme dei blocchi di ferro, di legno,

chiodi e bulloni: tutti insieme presi in blocco cosi andranno a fondo una volta messi in mare, se

invece li componiamo in modo da creare una barca, gli stessi oggetti saranno in grado di galleggiare

e di trasportare oggetti . Un altro esempio possiamo farlo con le ossa e i muscoli, se ognuno di

questi svolge la loro funzione in sinergia avremmo la possibilità di vedere una persona che

cammina grazie alla funzione di sostegno dell’osso e alla funzione contrattile e di rilascio del

muscolo. Uniti si fa la forza.

Quando le componenti interagiscono tra loro dando origine ad una proprietà che, guardando

singolarmente le parti, risulta inaspettata e inspiegabile.

PROPRIETA’ DELL’ACQUA

L’acqua:

• Una MOLECOLA POLARE (la polarità e una proprietà delle molecole per cui una molecola

detta polare presenta una carica parziale positiva su una parte della molecola e una carica

parziale negativa sulla parte opposta di essa. Le molecole che non presentano il fenomeno della

polarità vengono de nite apolari.

• Formata da un atomo di idrogeno e 2 di ossigeno :H2O

• MOLECOLA PIU’ ABBONDANTE SULLA TERRA: senza acqua non ci può essere vita.

fi

L’acqua presenta delle proprietà:

• ADESIONE E COESIONE: i legami ad idrogeno ( che sono 2) tengono unite le molecole

d’acqua tra di loro e alla parete delle cellule.

• TENSIONE SUPERFICIALE: grazie ai legami ad idrogeno che mantengono saldamente unite

le molecole d’acqua tra loro.

• CAPACITA’ TERMICA: l’acqua tende a mantenere la temperatura. Infatti vicino ai corsi

d’acqua c’è’ vita, i primi villaggi sono nati vicini ai corsi d’acqua anche per la temperatura

favorevole. TENDE A MINIMIZZARE LE VARIAZIONI DI TEMPERATURA.

• BASSA DENSITÀ’ DEL GHIACCIO : il ghiaccio è un cattivo conduttore di calore ( lago

ghiacciato solo sulla parte super ciale, ma al di sotto di quello strato troviamo l’acqua ancora

allo stato liquido. Allo stato solido l’acqua ha una densità minore rispetto allo stato liquido che

presenta una densità maggiore (molecole sono più vicine).

• OTTIMO SOLVENTE: le molecole d’acqua sono polari quindi sono attratte da ioni e composti

polari rendendo questi composti solubili.

MACROMOLECOLE BIOLOGICHE

• Proteine

• Acidi nucleici (RNA e DNA)

• Carboidrati

• Lipidi ( molecole non solubili in acqua esempio i trigliceridi- colesterolo).

Proteine, carboidrati e acidi nucleici sono polimeri foranti da monomeri.

I polimeri degli acidi nucleici sono chiamati nucleotidi.

Le basi azotate sono infatti molecole con anelli aromatici.

Le basi azotate possono essere purine ( Adelina e guanina), piramidine( citosina- uracile -timida)

Differenze tra DNA e RNA:

• Zucchero: ribosio:RNA -desossiribosio: DNA

• DNA:doppia catena - RNA : singola catena

• DNA: doppio anello aromatico - RNA: singolo anello aromatico.

• Basi azotate : DNA (Adenina citosina e timina) RNA ( Adenina - guanina e uracile - citosina).

ATP : adenositrifosfato ( molecole di riserva energetica)

AMP CICLICO: deriva dall’ATP ( 2 MESSAGGERO).

TEMI FONDAMENTALI DELLA BIOLOGIA

• Teoria cellulare ( ogni organismo è fatto da almeno una cellula). La composizione chimica delle

cellule è uguale per tutte le cellule, le cellule si formano solo per divisione di una cellula

preesistente, maggior parte delle reazioni chimiche della vita sono endocellulari.

• Trasformazione dell’informazione genetica ereditaria contenuto del dna.

• Evoluzione

• Energia di vita

CELLULA EUCARIOTE E PROCARIOTE

CELLULA PROCARIOTE (più vecchia) CELLULA EUCARIOTE

SOLO UNICELLULARE UNICELLULARE E PLURICELLULARE

NUCLEO DELIMITATO DA UNA MEMBRANA PRESENTA ORGANELLI

NON PRESENTA ORGANELLI .

SOLO I RIBOSOMI( NON SONO ORGANELLI

PERCHE’ NON SONO DELIMITATI DA UNA

MEMBRANA. fi

CELLULA PROCARIOTE (più vecchia) CELLULA EUCARIOTE

DIEMSIONI PICCOLE 1-10 MICRON DIMENSIONI PIU GRANDI 10- 100 MICRON

Limite dimensione cellula limitate da rapporto tra volume e super cie aumento di dimensione si un

oggetto. V maggiore S.

Teoria endosimbiontica : le cellule eucariotiche potrebbero infatti essersi evolute quando più

cellule si sono riunite all’interno di una sola. Queste hanno cominciato a vivere in quelle che

chiamano relazioni simbiotiche.

Teoria Endosimbiontica: spiega come si sono evolute le cellule eucariote dalle procariote. Alcune

cellule “inghiottirono” altre cellule che perdendo poi la capacità di vivere autonomamente,

divennero in seguito mitocondri e cloroplasti.

DARWIN( naturalista inglese) e l’evoluzione (1808 - 1882) GALAPAGOS

Darwin ha cercato di osservare i fenomeni naturali cercando di spiegarli ed ha osservato ciò:

• Variabilita’: all’interno di una specie troviamo caratteristiche diverse ( occhi scuri o chiari,

capelli scuri o chiari…)

• Sovrapproduzione

• Lotta per l’esistenza

• Successo riproduttivo differenziale

I 4 fattori per l’evoluzione sono:

• Variabilita’

• Adattamento

• Fitness( successo riproduttivo)

• Ereditarietà ( caratteristiche)

Seleziona naturale: selezione delle caratteristiche desiderate. Esempio fringuelli delle Galapagos e

allungamento collo delle giraffe.

Fringuelli delle Galapagos vivono in ambienti diversi ( vicino al mare, all’interno del bosco, nate

dalla stessa specie ma si sono adattate al sistema per la lotta per l’esistenza, lotta alla sopravvivenza,

caratterizzando diversi aspetti del loro corpo. Cosi è nata una nuova specie.

CONCETTI DA RICORDARE:

1 Caratteristiche esseri viventi

2 Importanza evoluzione

3 Teoria cellulare

4 Proprietà dell’acqua

LIMITE DIMESIONE CELLULA

Volume = determina entità delle attività della chimica / unità di tempo.

Super cie = determina quantità di scambi di sostanze nutrienti e ri uti tra ambiente interno e

esterno.

Dimensioni della cellula sono limitate da rapporto tra volume e super cie: quando un oggetto

aumenta di dimensioni, l’aumento V è sempre > rispetto alla S disponibile per gli scambi. Distanze

maggiori da percorrere per le molecole all’interno della cellula.

Aumento dimensioni cell = > attività chimica, necessità di risorse, produzione di ri uti, distanze

interne. Tutto ciò aumenta + velocemente della super cie

Variazioni di forma: strategia per aumentare S/V (es. forme lunghe e sottili, estro essioni,

microvilli)

Dimensioni e forma cellule sono in relazione a funzione svolta.

A parte rare eccezioni (uova uccelli, neuroni; la cui parte funzionale è cmq microscopica) sono

microscopiche.

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2 LEZIONE

TEMI FONDAMENTALI DELLA BIOLOGIA

- Teoria cellulare: corollari… (Pasteur, Darwin, etc…)

Le cellule si formano solo per divisione di una cellula preesistente (Virchow, 1855) e hanno tutte un

antenato comune (Weismann, 1880)

Tutte le cellule hanno composizione chimica simile:le reazioni chimiche sono sostanzialmente le

stesse in tutti i tipi cellulari e organismi, dai più semplici ai più complessi.

Maggior parte delle reazioni chimiche della vita sono endocellulari.

Cellule scambiano materiale ed energia con l’ambiente. Tutte necessitano di una o più fonti

energetiche. L’energia non è quasi mai direttamente disponibile, ma deve essere trasformata in una

forma utilizzabile: energia chimica dell’ATP.

Informazione genetica completa viene replicata e trasmessa durante la divisione cellulare

- Trasmissione dell’informazione

- Evoluzione : informazione ereditaria variabilità : impatto positivo, impatto negativo in base

all’ambiente in cui mi trovo.

- Energia della vita

UNITA’ NELLA DIVERSITÀ

UNITA’: Tutte le forme di vita attuali manifestano un insieme di caratteristiche comune, basate

sulla evoluzione biologica.

DIVERSITÀ’: Molti organismi differenti adattati a vivere in diversi tipi di ambienti.

Tutti i mammiferi condividono il medesimo piano strutturale degli arti( numero conformazione

generale delle ossa sono molto simili), suggerendo che siano state ereditate da un antenato comune,

modi candosi nel tempo per assumere funzioni diverse.

OMOLOGIA: Similarità strutturali in organi usati in modi diversi ma con origine comune. Stessa

struttura di base del progenitore comune modi cata in modi diversi per assolvere a differenti

funzioni con l’evolversi dei discendenti.

EVOLUZIONE CONVERGENTE: Evoluzione di adattamenti simili in organismi

logeneticamente lontani, per rispondere a condizioni ambientali uguali o simili.

ANALOGIA: Strutture simili evolutesi in modo indipendente, da progenitori diversi per svolgere la

medesima funzione.

LIFE’S CALEDAR

Le specie che si trovano oggi non sono quelle presenti sulla Terra 13,7 miliardi di anni fa, perché

allora si strutturava l’universo ma non c’era ancora la Terra.

Se andiamo a ricostruire il corso del tempo, partendo da quasi 4 miliardi milioni di anni fa via via

arrivando ai giorni nostri, troviamo tracce di esseri viventi che ora non ci sono più: 4 miliardi di

anni fa sono comparse le prime forme di vita, che si sono estinte, quelle rimaste sono il prodotto di

adattamenti per mutazioni degli organismi originariamente adattati su condizioni atmosferiche e di

temperatura, gas, elementi che erano presenti 4 miliardi di anni fa quando non c’era ancora

l’ossigeno.

Circa 2,5 miliardi di anni fa l’ossigeno comincia ad accumularsi nell’atmosfera: inizia quindi il

metabolismo aerobico. Nelle diverse ere ci sono state situazioni molto studiate dagli scienziati e

studiosi, come la comparsa dei dinosauri e tutte le possibili cause della loro estinzione, per arrivare

agli organismi che sono presenti attualmente sulla terra. Questi non sono quelli sopravvissuti

dall’origine, ma quelli sopravvissuti nell’adattamento che li ha portati a cambiare per adattarsi

all’ambiente: c’è quindi una derivazione di specie animali e vegetali che ha portato ad una grande

biodiversità nel corso del tempo.

Questa biodiversità delle specie che si sono nel tempo adattate sulla terra è correlata alla loro

scomparsa: c’è una relazione tra la quantità di specie che, da 600 milioni di anni fa, è aumentata (e

fi fi fi

quindi è 12 portato poi alla scomparsa di tantissime specie.

- circa 200 milioni di anni fa

- circa 160 milioni anni fa: quella conosciuta anche come l’estinzione dei dinosauri

ORIGINE TERRA: 5 MILIARDI DI ANNI FA

ORIGINE VITA ( PRIMA CELLULA) 4 MILIARDI DI ANNI FA

FOTOSINTESI :2.5 MILIARDI DI ANNI FA

EUCARIOTI: 1.5 MILIARDI DI ANNI FA

PLURICELLULARI :1 MILIARDO

UOMO: 150 MILIONI DI ANNI

EVOLUZIONE DELLA SPECIE UMANA

Alla ne siamo quindi rimasti in pochi, talmente pochi da aver potuto veri care che anche la specie

umana nel corso del tempo (gli ominidi) si sono estinti, e alla ne siamo rimasti solo noi. A volte si

pensa che la specie umana (Homo Sapiens) sia l’unica specie rappresentativa della realtà. Non è

così. Noi siamo l’unica specie ominide sopravvissuta oggigiorno, ma in passato ce ne sono state

delle altre. Ad esempio noi abbiamo vissuto in contemporanea (come Homo Sapiens) con l’uomo di

Neanderthal. Fino a qualche tempo fa si leggeva sui libri che l’uomo di Neanderthal era il

progenitore più evoluto dell’Homo Sapiens, ma in realtà sono due percorsi paralleli distinti, e i

sopravvissuti siamo noi. Vivevamo negli stessi ambienti, ed è stato possibile rilevare tracce del

genoma del Neanderthal nel nostro genoma, perché ci sono state delle condivisioni riproduttive tra

l’Homo Sapiens e il Neanderthal. Dove sono niti i Neanderthal ora? Si sono estinti, come altre

specie di ominidi. La principale diversità tra le specie di ominidi la si evidenzia nella struttura

cranica.

LO SVIULPPO ORMONALE RICAPITOLA LO SVILUPPO EVOLUTIVO

Gli stadi iniziali degli embrioni dei vertebrati presentano caratteristiche molto simili all’interno del

subphylum. Con il progredire dello sviluppo le diverse caratteristiche delle specie diventano

manifeste

REGNO E ANTENATO COMUNE DI TUTTI GLI ORGANISMI

EVOLUZIONE:Cambiamento della popolazione nel tempo

LA CLASSIFICAZIONE GERARCHICA

Degli esseri viventi sopravvissuti, si può fare una classi cazione, ed è una classi cazione

sempli cata e molto allargata, infatti si parla di REGNI e DOMINI: animali, batteri, funghi, protisti,

piante, (virus). I virus sono fra parentesi perché non sono dei veri e propri esseri viventi, mancano

di una delle quattro proprietà fondamentali, ovvero il metabolismo: i virus si riproducono, ma con il

metabolismo della cellula ospite, infatti non hanno un metabolismo proprio.

Ogni specie viene collocata in gruppi progressivamente più piccoli, più vicini

evolutivamente.questo metodo sottolinea l’unità e la diversità di specie differenti.

ORGANISMI MODELLO

Sono organismi semplici studiati per comprendere I PROCESSI BIOLOGICI che operano negli

organismi viventi.

N.b: tutte le specie sono imparentate dal punto di vista evolutivo; condividono molecole, strutture e

processi.

CARATTERISTICHE DELLA SPECIE MODELLO

- Facili da allevare in lab. e da studiare in condizioni controllate.

- Tempi di generazioni brevi, rapido sviluppo, dimensioni relativamente ridotte.

- Presentano caratteristiche che consentono una analisi ef cace dei processi biologici.

Il pisello da orto è stato il primo organismo modello studiato.

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VIRUS: veleno

I virus non sono esseri viventi perché per riprodursi hanno bisogno di una cellula ospite. I virus non

vengono considerati nel microbiota.

Struttura:

- CORE: Ac.Nucleico (DNA o RNA)

CASPIDE (involucro esterno)- proteine

INVOLUCRO:(frammento di membrana plasmatica cellula ospite con proteine virali)esterno.

DIMENSIONI 30 nm (poliovirus) - 400 nm (mimivirus)

CLASSIFICAZIONE GENERALE DEGLI ORGANISMI

Per rimanere nell'ambito delle caratteristiche generali degli esseri viventi è opportuno ricordare

questa distinzione in base alla tipologia di metabolismo:

● Autotro : ricavano energia per mezzo dell’ adenosina trifosfato (ATP) dal sole o da sostanze

minerali es. le piante per mezzo della fotosintesi cloro lliana.

● Eterotro : ricavano energia da un insieme eterogeneo di sostanze ricavate dall’ ambiente. Noi

esseri umani ad esempio abbiamo la necessità di utilizzare come fonte primaria di energia composti

organici provenienti da altri organismi che li metabolizzano per noi. Questo è il caso dei batteri che

sono l'unico regno dei viventi in grado di metabolizzare l’ azoto; esso viene introdotto alle piante

che poi lo trasmettono a noi (l'azoto lo ritroviamo all’ interno del nostro organismo soprattutto

nelle molecole degli acidi nucleici). Nell’ ambiente biologico gli eterotro traggono numerosi

vantaggi nell’ evoluzione biologica dagli autotro . Infatti se noi eliminassimo piante e batteri

andremmo incontro necessariamente all’ estinzione.

Ogni organismo si trova in una sorta di catena di adattamento in cui ogni anello garantisce

l'esistenza degli altri circostanti.

LA CELLULA (unità operativa della vita)

C. EUCARIOTICA: eu -cariote: vero nucleo

- Altamente organizzata e complessa

- Membrana plasmatica.

- Nucleo: delicato da membrana + nucleoplasma.

- Citoplasma: Citosol + organelli+ ribosomi+ affrettati molecolari

- Presenza di sistema endomembrana + organelli specializzati permettono di raggiungere

dimensioni maggiori della procariote.

- Citoscheletro: impalcatura di sostegno, per mantenimento forma cellula e trasporto interno di

materiali.

- Vegetali e animali organuli diversi (cloroplasti, parete cellulare eterna, vacuolo

SISTEMA DI ENDOMEMBRANE E FLUSSO DELL’INFORMAZIONE GENETICA

Membrana nucleare ———- Reticolo endoteliale (liscio e rugoso) ————Apparato Golgi

MITOCONDRI

- DNA mitocondriale:E’ importante ricordare che il DNA mitocondriale viene ereditato

esclusivamente per via materna, quindi tutti i mitocondri presenti nelle nostre cellule contengono

DNA mitocondriale materno; questo avviene perché i mitocondri dello spermatozoo non

partecipano alla formazione dello zigote.

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