Biologia

(CONFUTATA)

Cajal, utilizzando la colorazione di Golgi, formula invece la teoria del neurone: i neuroni sono separati, bensì

in alcuni punti (in seguito denominati sinapsi) la distanza è minima e permette la trasmissione

dell’informazione nervosa; in più diversi neuroni forniscono diverse funzioni.

STRUTTURA DEL NEURONE:

● Soma: il corpo centrale cellulare, il quale capta ed elabora le informazioni.

● Nucleo: all’interno del soma.

● Membrana

● Estroflessioni:

○ Dendriti: captano informazioni da altri neuroni; la loro punta si chiama “spina”.

○ Assone: generalmente l’unico; all’estremità presenta delle terminazioni sinaptiche.

Ci sono 3 tipi neuronali fondamentali:

● Unipolare: unica estroflessione, che si divide in 2 (uno termina in dendriti, l’altro in terminazioni

nervose).

● Bipolare: 2 due estroflessioni con poli ben precisi.

● Multipolare: gran corpo cellulare, hanno più estroflessioni.

Evoluzione del sistema nervoso

Il sistema nervoso nasce come una rete neuronale con funzione sensomotoria (presente tuttora in animali

semplici, come polipi, meduse ed idre, dei celenterati).

Esistono 2 circuiti neuronali semplici ed entrambi prevedono almeno un neurone sensomotorio, cioè un

neurone che capta le informazioni che provengono dall’ambiente e rilascia informazioni che stimolano fibre

muscolari, essendo però un'unica cellula, capterà le informazioni in un punto limitato e potrà innervare poche

cellule effettrici.

Questi circuiti sono:

● A) Formato da un neurone sensomotorio che innerva poche cellule effettrici vicine.

● B) Formato da più neuroni sensoriali, i quali si occupano di captare, e motoneuroni, che si occupano

di innervare le cellule effettrici e si trovano nel mezzo delle altre due cellule.

Negli animali a simmetria bilaterale (zona destra e sinistra, oltre a zona anteriore e posteriore) si assiste alla

comparsa di 2 evoluzioni:

● Centralizzazione dei neuroni in punti chiamati gangli.

2 ● Cefalizzazione, o ingrandimento, dei gangli encefalici (nel capo dell’animale si concentrano più

neuroni, quindi sente per prima l’ambiente).

Possiamo osservare un 3o tipo di neurone: l’interneurone, che si interpone tra lo stimolo dei neuroni

sensoriali e l’informazione condotta sui motoneuroni, ha la funzione di amplificare o ridurre la risposta alla

suddetta informazione e si basa sull’esperienza.

Noi stessi siamo formati da questi 3 tipi di neuroni: neuroni sensoriali, motoneuroni ed interneuroni.

Le cellule del sistema nervoso

Il sistema nervoso è composto da complesse strutture formate da cellule nervose (i neuroni) e cellule

accessorie, denominate glia o neuroglia, suddivise in vari tipi.

La cellula neuronale è composta da ciò di cui è composta qualsiasi cellula eucariote, ad eccezione dell’assone,

il quale è protetto da segmenti di una guaina mielinica.

Alcuni esempi di cellule gliali sono:

● Gli astrociti sono composti da molte estroflessioni e sono a forma di stella, prendono contatto

nell’assone dove formano dei manicotti e possono essere coinvolti in processi di ri-captazioni di queste

molecole;

● Gli oligodendrociti si trovano nel sistema nervoso centrale ed hanno estroflessioni che si avvolgono a

spirale attorno all’assone, formando la guaina mielinica che separa l’ambiente intracellulare da quello

extracellulare e migliora l’efficienza di conduzione dell’influsso nervoso;

● Le cellule di Schwann, si avvolgono completamente al tratto assonico e producono anche loro

mielina, però, a differenza degli oligodendrociti, la producono nel sistema nervoso periferico;

● Le microglia creano una barriera emato-encefalica che impedisce completamente il passaggio di

sostanze e soprattutto cellule.

Dalla struttura atomica della materia alle

molecole biologiche

La struttura atomica della materia

Gli elementi più abbondanti nell’universo sono i 2 più semplici, cioè idrogeno (90%) ed elio (9%).

Questo è perché il big bang ha formato inizialmente atomi semplici, infatti ciò indica che il nostro universo è

giovane.

Tuttavia sulla crosta terrestre i più presenti sono ossigeno (47%), silicio (28%) e ferro (4,5%).

Il motivo di tanta differenza con la maggior parte dell’universo è che questi elementi sono il risultato delle

3

fusioni atomiche avvenute nelle stelle più antiche e quindi composte da atomi sempre più complessi. Alla fine

della loro vita, le stelle più antiche esplodono, rilasciando le loro polveri nello spazio, le quali si aggregano e

formano i pianeti.

Mendeleev è riuscito ad organizzare la sua tabella a seconda delle caratteristiche degli atomi.

Scopre, ad esempio, che la capacità di un atomo a legarsi è data al suo guscio elettronico più esterno.

È stato inoltre osservato successivamente che ogni orbita può contenere un certo numero di elettroni:

● K: 2

● L: 8

● M: 8

● N: 18

● O: 18

● P: 32

● Q: 32

L’orbitale è la zona nella quale l’elettrone è contenuto e può contenere uno o due elettroni. Hanno più variabili:

● L’orbitale s è sferico

● L’orbitale p può essere perpendicolare all’asse x, y o z (px, py, pz)

Quando un atomo non ha il proprio orbitale completo è instabile e tende a legarsi, un buon esempio è

l’idrogeno, il quale si lega spesso con un altro atomo di idrogeno al fine di completare a vicenda il proprio

orbitale.

L’orbitale di legame è detto “sigma”.

Questa capacità di legarsi è essenziale per la creazione di molecole organiche.

Legami forti, molecole elementari e composti di carbonio

Gli atomi più abbondanti nella materia vivente sono:

1. Ossigeno (65%)

2. Carbonio (19%)

3. Idrogeno (10%)

4. Azoto (3%)

5. Calcio (1,5%)

6. Fosforo (1%)

7. Zolfo (0,3%)

Ognuno di questi atomi (tranne il calcio) formano legami covalenti forti, che danno stabilità alla materia vivente.

Questi legami sono considerati forti perché sono formati da catene di legami che coinvolgono sia i nuclei che

gli elettroni.

L’energia di legame è un parametro misurabile che consiste nell’energia sprigionata da un legame e si misura

in chilocalorie/mole di legame tramite un calorimetro; maggiore l’energia rilasciata, più vicini sono gli

atomi, più forte il legame.

4

L’ångström (Å) equivale alla lunghezza di legame, cioè alla distanza tra i due atomi.

Un legame doppio nasce quando si forma tra due orbitali. ₄

Per capire meglio come si forma un legame prendiamo come esempio il metano (CH ):

Il carbonio ha come numero atomico 6, ciò significa che ha due orbitali, quella più interna composta da 2

elettroni (su 2 spazi disponibili) e quella più esterna composta da 4 elettroni (su 8 spazi disponibili). Ciò causa

instabilità nel metano, che quindi si lega con 4 atomi di idrogeno (ciascuno contenente 1 elettrone) per

stabilizzarsi; questi atomi infine si affiancano agli elettroni già presenti, stabilendosi nello stesso orbitale

(orbitali ibridi sp3).

Questa completezza di legami per ogni orbitale impedisce al metano di legarsi con altri elementi, a differenza

di altre molecole come l’acqua, la quale ha 2 orbitali occupati da due paia di elettroni, i quali danno

caratteristiche elettriche alla molecola, la quale può stabilire attrazioni con altre.

Una caratteristica del carbonio che quindi lo rende uno degli elementi alla base della vita è la capacità di

formare il numero massimo di legami (4).

D’altro canto l’ossigeno forma l’acqua, il solvente più comune sulla terra e nella materia vivente (sia all’interno

che all’esterno delle cellule).

Le molecole organiche più semplici sono il metano, l’etano ed il propano (degli idrocarburi), tutte idrofobe a

causa della distribuzione simmetrica delle cariche elettriche.

Sia carbonio, sia azoto e sia ossigeno possono formare legami doppi, tuttavia solo il carbonio può formare

legami tripli (che però non sono presenti nella materia vivente).

Caratteristiche fisico-chimiche dell’acqua

L’acqua ha una distribuzione asimmetrica ed è perciò un dipolo elettrico, cioè una molecola polare.

Mentre da un polo si espongono gli elettroni (carica negativa), dall’altro si espongono i nuclei (carica positiva)

dell’idrogeno.

L’ossigeno attrae su di sé gli elettroni perché ha una elettronegatività maggiore rispetto all’idrogeno.

Il carbonio, invece, ha una elettronegatività simile a quella dell’idrogeno, il che causa la neutralità nella

molecola di metano

Essendo un dipolo elettrico, l’acqua può formare legami idrogeno, cioè legami elettrostatici deboli, i quali

mantengono le molecole d’acqua vicine.

Grazie a questa proprietà ed alla sua intensità l’acqua è liquida.

Anche l’ammoniaca è un dipolo elettrico e può formare legami idrogeno anche con l’acqua; questa abilità

rende possibile la loro solubilizzazione nel solvente acqua.

L’etano è apolare, il che significa che non può legarsi con l’acqua.

Il primo è un esempio di molecola idrofila ed il secondo è un esempio di molecola idrofoba.

5

Atomi all’estremità della tavola di Mendeleev hanno un numero di elettroni molto lontano dall’equilibrio, quindi,

per raggiungere la stabilità elettrica, cedono un elettrone, diventando ioni positivi (cationi);

altri atomi sono molto vicini alla stabilità elettrica ed accettano quindi l’elettrone ceduto, cosa che fa perdere

all’atomo, ora ione negativo (anione), la propria neutralità. Così si formano associazioni tra ioni positivi e

negativi chiamati sali.

A contatto con l’acqua però questa solubilizza le sostanze ioniche, avendo sia un polo negativo che positivo

infatti essa divide i due ioni formando intorno agli atomi un guscio di idratazione.

In acqua gli idrocarburi non si sciolgono essendo apolari e separano i legami idrogeno tra le varie molecole,

tuttavia le molecole di acqua circondano gli idrocarburi e, tentando di creare un legame idrogeno più grande

possibile, raggruppano gli idrocarburi in un solo punto.

I legami deboli formati tra sostanze apolari si chiamano forze di Van Der Waals.

Una molecola d’acqua può strappare un atomo di idrogeno ad un’altra molecola, rendendo le due uno ione

₃ ⁺

idronio (H O ) ed uno ione ossidrile (OH¯).

Si misura il pH in base alla concentrazione di questi ioni: introducendo un acido in acqua aumenter&