Biologia animale, appunti completi

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BIOLOGIA disciplina che studia la vita, di conseguenza gli esseri viventi.

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VIVENTE insieme di proprietà morfologiche e di funzionamento.

Proprietà che descrivono, non de niscono, un vivente:

1. Composti da almeno una cellula;

2. Organizzazione strutturale gerarchica a più livelli;

3. Metabolismo;

4. Autoregolazione: omeostasi;

5. Capacità di acquisire, trasformare ed usare l’energia;

6. Rispondere agli stimoli;

7. Ereditarietà dei caratteri (informazione genetica);

8. Capacità di riprodursi;

9. Sviluppo e accrescimento;

10. Capacità di evolversi e adattarsi all’ambiente circostante.

i viventi sono composti da almeno una cellula

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TEORIA CELLULARE

concetto uni cante della biologia

• Tutti i viventi sono costituiti da cellule (uni/pluricellulari);

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• CELLULA unità fondamentale di funzione/organizzazione dei viventi;

• Ogni cellula si origina da un’altra cellula;

fi fi

• Le cellule contengono le informazioni ereditarie dell’organismo;

• Tutte le reazioni chimiche/biochimiche avvengono nelle cellule.

“cellula” deriva da “cellette” in quanto Robert Hooke osservando una sezione di

sughero notò la presenza di numerose cellette: unità.

Vi sono due tipologie di cellule:

• Cellula procariotica;

• Cellula eucariotica.

Aspetti organizzativi comuni:

• Membrana plasmatica;

• Citoplasma;

• Acido deossiribonucleico (portatore dell’informazione genetica).

Dimensioni biologiche:

La cellula ha dimensioni molto variabili, ma comunque sono microscopiche.

Potere di risoluzione: la minima distanza tra due oggetti perché possano essere

riconosciuti come distinti. Il potere di risoluzione dell’occhio umano: 0,1 mm.

Perché le cellule sono così piccole? Esse sono piccole per un fattore critico: il rapporto

super cie/volume. Esso è ottimale se la cellula rimane di piccole dimensioni, non sono

quasi mai sferiche e la forma dipende anche dalle funzioni svolte. Le variazioni di

forma della cellula sono una tragedia per superare il limite imposto da tale rapporto.

La membrana plasmatica deve essere abbastanza grande, rispetto al suo volume, per

permettere l’entrata di tutti i nutrienti necessari e per l’uscita tutti i prodotti di ri uto.

fi fi

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CELLULA PROCARIOTICA cellula “prima” del nucleo, presente solo negli organismi

unicellulari.

• Dimensioni molto piccole: 1-10 um;

• Parete cellulare - membrana cellulare;

• DNA localizzato nel nucleotide, non è disperso completamente in tutta la cellula;

• Assenza involucro nucleare;

• Assenza degli organelli;

• Presenza dei ribosomi.

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ORGANELLO componenti all’interno della cellula delimitati da membrana biologica.

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RIBOSOMA aggregato di proteine e rRNA, non è un organello e di conseguenza non

è delimitato da una membrana biologica.

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CELLULA EUCARIOTICA cellula con un vero nucleo, presente sia negli organismi

unicellulari che negli organismi pluricellulari.

• Membrana plasmatica;

• DNA localizzato nel nucleo;

• Organelli specializzati;

• Ribosomi;

• Citoscheletro;

• Citoplasma;

• Citosol: componente uida citoplasmatica.

fl

È presente un sistema di endomembrane sviluppato, che è utile dal punto di vista

funzionale, che divide le cellule in compartimenti, localizzazione di reazioni chimiche e

numerose attività vengono svolte contemporaneamente.

organizzazione strutturale gerarchica

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• Livelli crescendi di complessità morfo-funzionale;

• Ogni livello si origina da quello precedente;

• Ad ogni livello si acquisiscono nuove proprietà biologiche de nite emergenti;

• Ad ogni livello vi è una correlazione forma-funzione.

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TESSUTO insieme di cellule specializzate di uno stesso tipo o di più tipi diversi che

cooperano nello svolgimento di determinate funzioni.

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ORGANO costituito da di erenti tipi di tessuti che cooperano determinata funzione.

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APPARATO/SISTEMA una serie di organi correlati d coordinati tra loro dal punto di

vista funzionale.

Come diventare grandi mantenendo le cellule di piccole dimensioni?

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DIFFERENZIAMENTO CELLULARE

Pur mantenendo le funzioni base tipiche della vita si modi ca (forma, dimensioni,

funzioni e sostanze chimiche prodotte).

• Specializzazione morfo-funzionale;

• Divisione del lavoro fra le cellule;

• Formazione di tessuti, organi e sistemi. pluricellularità

Tale di erenziamento avviene nei casi di .

ff ff fi fi

1ª tappa del di erenziamento morfo-funzionale:

CELLULE SOMATICHE CELLULE PER LA RIPRODUZIONE

(nutrizione, locomozione, ..) (gameti)

Cellule del soma che contribuiscono alla Cellule utilizzate per trasmettere le informazioni

formazione di tessuti, organi e sistemi. genetiche alle generazioni successive.

acquisizione - trasformazione - uso dell’energia

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• Tutta la vita dipende dall’energia del sole;

• Tutte le attività di una cellula (e di un organismo) richiedono energia.

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FOTOSINTESI CLOROFILLIANA processo e ettuato dai cloroplasti, utilizzato per

sintetizzare il glucosio a partire dall’anidride carbonica e dall’acqua con conseguente

produzione di ossigeno. Avviene solo nelle cellule vegetali.

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RESPIRAZIONE CELLULARE processo e ettuato dai mitocondri che recuperano

l’energia immagazzinata nelle molecole organiche (il glucosio) prodotte durante la

fotosintesi in presenza di ossigeno sono utilizzati come combustibile con produzione

di ATP. Avviene sia nelle cellule vegetali sia nelle cellule animali.

Flusso di energia negli ecosistemi:

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Eterotro o consumatori organismi non in grado di sintetizzare le proprie molecole

organiche a partire da sostanze inorganiche, essi dipendono dagli organismi produttori

di energia e nutrienti ⇨

Autotro o produttori organismi in grado di sintetizzare la loro fonte energetica, le

molecole organiche, a partire da sostanze inorganiche e utilizzando l’energia derivante

dalla luce solare.

L’energia utilizzata per compiere un lavoro biologico viene in parte trasformata in

calore e disperse nell’ambiente.

Le piante attuano la respirazione cellulare 24 ore su 24.

fi fi ff ff ff

Nella cellula animale: ⇨

Mitocondrio: C H O + 6O 6CO + 12H O + ATP.

6 12 6 2 2 2

• Serve il glucosio che viene introdotto per ingestione tramite la dieta;

• Serve l’ossigeno che viene introdotto tramite gli scambi gassosi.

⇨organismo

Animale (metazoo) pluricellulare costituito da cellule eucariotiche prive

di parete cellulare e cloroplasti, eterotrofo (consumatore) che si nutre per ingestione.

metabolismo

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È l’insieme delle reazioni chimiche-biochimiche e delle trasformazioni energetiche

essenziali per nutrizione, riproduzione, crescita e tutte le attività vitali essenziali.

Vi sono due tipologie di metabolismo:

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• Catabolismo distruzione: insieme di tutte le reazioni e processi metabolici con i

quali l’organismo scinde le molecole organiche complesse in molecole più semplici.

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• Anabolismo costruzione: insieme di tutti i processi di sintesi o di formazione

delle molecole organiche più complesse dalle molecole più semplici.

capacità di rispondere agli stimoli

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Gli organismi hanno la capacità di percepire, catturare ed elaborare una risposta agli

stimoli. ⇨

Stimoli cambiamenti sici e chimici che avvengono in:

• Ambiente interno rispetto alla cellula/organismo;

• Ambiente esterno rispetto alla cellula/organismo.

Gli stimoli più frequenti sono: temperatura, pressione, suono, intensità/direzione della

luce, composizione chimica dell’acqua e del suolo.

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Termoregolazione mantenimento della temperatura corporea costante.

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• Recettore recepisce le condizioni ambientali;

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• Cervello decide il comportamento da attuare in tale situazione;

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• E ettore esegue l’ordine impartito dal cervello.

Gli organismi si suddividono in:

• OMEOTERMI - ENDOTERMI;

• ETEROTERMI - ECTOTERMI.

ff fi

Eliminazione del concetto sangue caldo e freddo, noi siamo organismi omeotermi, cioè

abbiamo la capacità di mantenere costante la temperatura corporea, e endotermi cioè

l’organismo produce i meccanismi necessari per il mantenimento della temperatura

corporea.

Produzione all’interno dell’organismo dell’energia necessaria per mantenere costante

la temperatura corporea tramite dei centri di controllo situati nell’ipotalamo.

Gli organismi eterotermi non sono in grado di mantenere la temperatura costante,

essa è fortemente in uenzata dalla temperatura esterna dell’ambiente circostante.

Sono ectotermi, cioè ricavano molto della loro temperatura dai fenomeni esterni.

meccanismi di autoregolazione: omeostasi

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Omeostasi capacità di mantenere in equilibrio in termini qualitativi e quantitativi,

l’ambiente interno (i uidi) di un organismo, anche se le continue reazioni chimiche

tendono a modi carlo. È un concetto siologico.

• Sistema di controllo altamente e ciente e sensibile;

• Garantisce il corretto funzionamento cellulare;

• Consente la sopravvivenza della cellula, quindi dell’organismo;

• Concetto dinamico: mettere in atto questo meccanismo di controllo continuamente.

Esempi:

- Regolazione bilancio idrico - salino;

- Regolazione della temperatura corporea;

- Regolazione della concentrazione di glucosio nel sangue.

riproduzione

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Riproduzione capacità di generare nuovi individui (progenie) a partire da uno o due

individui parentali, che possono essere, o non essere, la copia esatta dei genitori.

fi fl fl ffi fi

• È parte del ciclo biologico di un individuo, ma non tutti lo fanno;

• Non è vantaggiosa per l’individuo;

• È vantaggiosa per la popolazione e la specie;

• Garantisce la continuità nel tempo della popolazione/specie evitando l’estinzione.

Vi sono due tipologie di riproduzione:

• Asessuale (vegetativa);

• Sessuale.

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Diplonte corredo genetico costituito da 23 coppie di cromosomi, quindi 46 totali.

La produzione dei gameti avviene nelle femmine tramite l’ovogenesi nell’ovario e nei

maschi tramite la spermatogenesi nei testicoli. I gameti sono aploidi.

Processo sessualità: la fusione dei gameti (fecondazione). Lo spermatozoo entra nella

cellula uovo e i due nuclei si fondono tra loro, ciò comporta un meccanismo di

ricombinazione del patrimonio genetico.

Quindi la riproduzione sessuale:

• Consente ricombinazione del patrimonio genetico;

• Garantisce la variabilità genetica;

• È alla base dei processi evolutivi.

sviluppo - accrescimento

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CICLO BIOLOGICO

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• SVILUPPO cambiamenti morfo - funzionali durante la vita di un organismo;

• ACCRESCIMENTO⇨ aumento dimensioni delle singole cellule o dell’organismo.

Vi sono due tipologie di sviluppo post embrionale:

• Diretto;

• Indiretto (metamorfosi).

RIPRODUZIONE ASESSUALE

(organismi pluricellulari eucariotici eterotro )

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Alta capacità rigenerativa (cell totipotenti) proliferazione cellulare, di erenziamento

cellulare.

Problema: non c’è sessualità, i due individui sono identici geneticamente, ciò produce

delle linee clonali. fi ff

ereditarietà dei caratteri

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• Trasmissione dell’informazione genetica nelle generazioni successive;

• È codi cata nelle molecole di DNA;

• Avviene sia se avviene la riproduzione sessuale sia quella asessuale.

INFORMAZIONE GENETICA ≠ CODICE GENETICO

evoluzione biologica

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EVOLUZIONE = CAMBIAMENTO - TRASFORMAZIONE

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EVOLUZIONE cambiamento/trasformazione delle caratteristiche dei viventi per

adattarsi all’ambiente che cambia nel tempo.

Gli organismi non evolvono (cambiano) verso il meglio, ma si adattano all’ambiente

che cambia per poter sopravvivere. Di fatti l’evoluzione è un concetto relativo e non

assoluto. ⇩

Non è la specie più forte o migliore che sopravvive, né più intelligente, ma quella più

reattiva ai cambiamenti ambientali, adattandosi ad essi.

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SELEZIONE NATURALE

colei che seleziona l’idoneità di sopravvivenza.

fi BASI CHIMICHE DELLA VITA

Principi di base per comprendere la composizione chimica dei viventi:

• Elementi;

• Legami;

• Composti inorganici (acqua);

• Composti organici. H = 60% O = 25% C = 10% N = 2%

Questi costituiscono il 99% degli atomi presenti in tutti gli animali (uomo incluso).

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Ossigeno necessario per la respirazione cellulare, presente nella maggior parte dei

composti organici, componente dell’acqua.

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Carbonio costituisce lo scheletro delle molecole organiche, può formare 4 legami

con gli altri atomi.

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Idrogeno presente in tutti i composti organici, componente dell’acqua, lo ione H è

coinvolto in alcuni trasferimenti di energia.

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Azoto componente delle proteine e degli acidi nucleici, componente della cloro lla

nelle piante.

FUNZIONE DI UNA MOLECOLA BIOLOGICA DIPENDE DA:

• Tipi di atomi;

• Come si legano tra loro gli atomi: tipo di legame;

• Dimensione;

• Forma geometrica. fi

LEGAMI CHIMICI:

• Consentono la formazione dei composti chimici (molecole);

• Forze che tengono uniti due o più atomi;

• Si formano e si rompono grazie a reazioni chimiche;

• Ogni legame rappresenta una certa quantità di energia potenziale che può essere

immagazzinata o liberata a seconda del momento.

LEGAMI IMPORTANTI DAL PUNTO DI VISTA BIOLOGICO

• Legami forti:

• Legame covalente;

• Legame ionico;

• Legami deboli:

• Legame ad idrogeno;

• Interazioni di Van Der Waals.

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LEGAME COVALENTE Legame forte

Legame in cui due atomi interagiscono tra di loro poiché condividono elettroni

Due tipologie di legame covalente:

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• Legame covalente apolare gli elettroni sono condivisi in modo equivalente ed

equidistante tra i due atomi. (esempio:idrogeno molecolare);

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• Legame covalente polare gli elettroni sono condivisi in modo ineguale fra i due

atomi. Carica parziale positiva verso un polo e carica parziale negativa verso polo

opposto, originando una molecola polare. (esempio dell’acqua molecola).

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LEGAME IONICO Legame forte

• Attrazione tra ioni con carica opposta;

• Si formano tra cationi (+) e anioni (-);

• Elettroni donatori (trasferiti) da un atomo all’altro.

In assenza di acqua, in forma solida i legami ionici sono molto forti. Esempio NaCl.

LEGAMI AD IDROGENO

Un legame ad idrogeno si forma tra un atomo di idrogeno (legato in modo covalente a

ossigeno o azoto) e un atomo che ha una parziale carica negativa.

• Legame debole: soltanto 1/20 della forza di un legame covalente;

• Si formano e si rompono facilmente e rapidamente; ⇨

• Molti legami ad idrogeno presi nel loro insieme sono forti sono fondamentali per

determinare la struttura tridimensionale di grandi molecole biologiche.

INTERAZIONI DI VAN DER WAALS

• Attrazioni molto deboli;

• Agiscono su distanze brevi;

• Richiedono uno stretto contatto fra gli atomi;

• Sono temporanee.

L’ insieme di un numero elevato di interazioni di Van Der Waals può generare una forza

attrattiva considerevole.

COMPOSIZIONE CHIMICA DI UNA CELLULA:

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• Acqua 70%; ⇨

• Composti organici circa il 30% del peso di una cellula.

L’ACQUA

• Molecola molto piccola;

• I legami covalenti polari fra ossigeno e idrogeno;

• Molecola polare;

• Peculiari proprietà chimico- siche:

- Elevato calore speci co (quantità di energia termica necessaria per aumentare

di 1 °C la temperatura di una sostanza);

- Elevato calore di vaporizzazione;

- Elevato calore di fusione;

- Solvente versatile;

- Adesività: molecole di acqua tendono a legarsi ad altre molecole.

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L’acqua è coesiva le molecole di acqua tendono ad attaccarsi fra loro.

• Ogni molecola d’acqua può formare 4 legami ad idrogeno con altre 4 molecole

d’acqua;

• I legami ad idrogeno uniscono le molecole d’acqua in una rete tridimensionale;

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Conseguenza coesività L’acqua ha un elevato grado di tensione super ciale. Le

molecole in super cie si stringono fra loro formando uno strato molto resistente.

fi fi fi fi

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LE 3 FORME DELL’ACQUA: di eriscono per il grado di formazione di legami ad

idrogeno. I cambiamenti energetici che accompagnano la trasformazione dell’acqua

da solido a liquido a gas sono estremamente signi cativi per gli esseri viventi.

L’ACQUA E VITA

• Rappresenta circa il 70% del peso di una cellula;

• Origine della vita: in acqua di mare;

• La vita dipende dall’acqua;

• Isolante termico;

• Liquido refrigerante (sudorazione).

- Reazioni (bio)chimiche di un vivente: ambiente acquoso;

- Reazioni (bio)chimiche di un vivente: in un piccolo intervallo di temperatura;

- Più importante solvente polare presente nei viventi.

ACQUA COME SOLVENTE

• L’acqua è un solvente polare;

• In uenza le interazioni fra le molecole nelle cellule;

• Consente di raggruppare le molecole in base al grado di a nità con l’acqua.

1. Composti ionici;

2. Composti polari;

3. Composti apolari;

4. Composti an patici O ANFIFILICI.