Biologia e biologia molecolare, unità 1 semestre filtro

BIOLOGIA: Unità 1

Le basi dell'organizzazione biologica e molecolare della vita

La biologia si occupa dello studio degli esseri viventi, tutti gli esseri viventi sono formati da elementi chimici

comuni (carbonio, ossigeno, idrogeno…), hanno una unitarietà biochimica cioè i composti si riuniscono in

macromolecole che sono simili tra gli esseri viventi. Si basano su entità molto specifiche e funzionali ovvero le

cellule.

Gli esseri viventi hanno un'origine comune. Si ipotizza che l’origine della vita sia chimica circa 4 miliardi di anni

fa. La terra si stava raffreddando con molte eruzioni che mettevano nell’aria anidride carbonica, vapore acqueo,

idrogeno, azoto, ammoniaca, idrogeno solforato e metano. Vi era però l'assenza di ossigeno, l'ossigeno ossida

cioè rompe le molecole e la sua assenza ha permesso che gli elementi chimici potessero interagire tra di loro per

creare qualcosa di un po’ più grande. La vita è stata favorita anche da fonti energetiche (tempeste di scariche

elettriche) e da un tempo sufficientemente lungo. Tutto ciò era un'ipotesi, ma Miller ha voluto dare una

dimostrazione creando l’atmosfera primordiale. Ha composto una soluzione formata dagli elementi chimici

elencati sopra e l’ha scaldata creando un vapore. Successivamente ha dato energia attraverso fulmini e raggi

ultravioletti. Successivamente ha raffreddato questo gas facendolo gocciolare. Analizzò quindi la soluzione finale

e notò la presenza di piccole forme di vita ovvero i monomeri. In questa soluzione si producevano gli

amminoacidi. Cambiando poi i componenti di questa soluzione Miller è riuscito a comporre le 4 basi azotate, gli

zuccheri semplici e gli acidi nucleici. Queste molecole hanno iniziato ad accumularsi nell’acqua e negli oceani ma

anche in piccole lagune che hanno permesso ai singoli monomeri di interagire tra di loro (questa è la

polimerizzazione). Si pensa che le argille abbiano aiutato la polimerizzazione (queste reazioni avvengono in

milioni di anni).

Si sono formate quindi le prime importanti macromolecole come dna, rna e proteine. La realizzazione di queste

non è avvenuta in simultanea, ma avvengono in tempi diversi, la creazione di uno ha aiutato la creazione degli

altri.

Il primo a crearsi è stato l’RNA che è molto complesso perchè ha due funzioni perchè è un trasformatore, ma

funziona anche come ribozima. Si pensa che si sia evoluta una molecola di rna che aveva la capacità di

associarsi con altri rna e questo ha creato la trascrizione formando le proteine che hanno aiutato le molecole di

rna a stare unite tra di loro e a creare la struttura a doppia elica del dna. Il dna, a differenza dell'rna, è più stabile

che è diventato il depositario dell'info genetica.

Nel brodo primordiale non ci sono solo rna, dna e proteine, ma anche zuccheri e acidi grassi, quest’ultimi hanno

una testa polare e una coda apolare che in acqua si dispone a forma di sfera con le code all'esterno e le teste

all’interno rinchiudendo al loro interno zuccheri, dna etc…, assumendo la forma di una membrana. Si era creata

dunque la prima cellula.

I primi organismi ad essere nati 3,5 miliardi di anni fa che all'inizio erano anaerobi cioè che non utilizzano

l'ossigeno ed eterotrofi cioè che per il loro sostentamento devono andare a cercare materiale nell’ambiente

esterno.. 2,5 miliardi di anni fa alcuni organismi hanno sviluppato la fotosintesi che sfruttava una componente

abbondante a quel tempo ovvero la luce solare per produrre zuccheri necessari per il loro sostentamento. Questi

batteri fotosintetici hanno iniziato a colonizzare l’ambiente. Questa fotosintesi produce come scarto l’ossigeno

che inizia a essere abbondante e inizia a essere tossico per alcuni organismi procarioti, ma altri organismi si

evolvono e si adattano a questo cambiamento ambientale che sviluppano il metabolismo aerobico che è un

processo importante per ricavare energia dagli zuccheri grazie all’ossigeno. C’è la teoria della simbiotica o delle

endosimbiotica cioè tanti grandi procarioti hanno iniziato a fagocitare altri organismi aerobici e quindi colui che

fagocita capisce che il metabolismo aerobico è fondamentale e lo utilizza per respirare. Questo dimostra come

sono nati i mitocondri. Il mitocondrio è l’unico organulo con un dna e con una membrana. La membrana dei

procarioti poi si invagina e forma dei comparti intracellulari e si forma una membrana nucleare intorno al dna e si

forma quindi il nucleo e successivamente si formano altri organuli. Si sono formati gli organismi eucarioti in cui i

vari processi avvengono in precisi comparti senza che i prodotti delle varie reazioni vengano in contatto e

interagiscono nocivamente.

Per le cellule vegetali avviene un ulteriore fenomeno di endosimbiosi andando a fagocitare per fare fotosintesi.

Alcune cellule iniziano a rimanere attaccate tra loro e iniziano a formare colonie che hanno fornito ulteriori

caratteristiche formando quindi i vari organi. L’atmosfera in questo periodo cambia e si forma lo strato ozono che

protegge dalle radiazioni ultraviolette e ciò permette alle cellule di colonizzare anche le terre.

L’uomo è comparso circa 500mila anni fa.

Colui che ha capito quali sono le basi della nascita dei viventi è Darwin che ha scritto l'origine della specie e ha

capito anche l’evoluzione. A quel tempo vi era anche Lamarck che affermava che l’evoluzione avveniva grazie ai

caratteri acquisiti, mentre Darwin dimostrò il contrario dicendo che le nuove caratteristiche sono casuali.

L’evoluzione si basa su due fattori:

●​ il cambiamento dei caratteri preesistenti

●​ le forze della natura (selezione naturale): solo gli organismi adatti sopravvivono e si riproducono

Darwin dice che gli organismi devono competere tra di loro per sopravvivere.

L’albero della vita è un albero genealogico degli esseri viventi che hanno un progenitore comune che genera i

procarioti e gli eucarioti. I procarioti si dividono in bacteria e archaea mentre gli eucarioti si chiamano eukarya. Da

qui si generano 6 regni. Dai bacteria si generano gli eubacteria, dagli archaea si generano gli archaea bacteria

che sono coloro che vivono nelle profondità marine o nei vulcani, Dagli eukaria si formano i protisti cioè coloro

che sono a base unicellulare ma eucariote, poi c’è il regno delle piante che fanno fotosintesi, c’è il regno dei

funghi che sono piante ma non fanno fotosintesi (sono eterotrofi) ed infine gli sono gli animali (estremamente

variegato). I regni si dividono poi in sottocategorie cioè phylum, classe, ordine, famiglia, genere e specie.

Un essere vivente è caratterizzato:

●​ composizione chimica CHNOPS e la cellula come elemento costitutivo

●​ metabolismo (omeostasi)

●​ risposta agli stimoli

●​ presenza di un codice genetico universale

●​ capacità di riproduzione

●​ crescita e sviluppo

●​ capacità di evolversi attraverso le mutazioni

La vita di un essere vivente è già scritta nella molecola di DNA e nelle proteine che mediano le funzioni chimiche

e metaboliche all’interno della cellula che è una sorta di bioreattore, ogni organismo vivente ha un proprio

progetto biologico.

Possiamo studiare le cellule attraverso il micron che è 10 alla meno sei metri, se voglio entrare all'interno della

cellula allora devo usare il nano.Utilizzo quindi un microscopio

●​ ottico: riesco a guardare bene i tessuti, grazie a delle lenti induce un ingrandimento

●​ elettronici: permettono una visione più approfondita. Ci sono anche quelli a scansione che mi

permettono di realizzare delle copie in 3d

Lo studio degli esseri viventi si chiama Hooke che ha osservato un preparato biologico con un suo microscopio

(un tubetto di cartone con due lenti). Ha intuito che gli organismi pluricellulare erano formati da cellette che si

ripetevano, le cellule. Schwann e Schleiden hanno affermato che l’essere è formato da cellule che sono un’entità

morfologica e come unità funzionale ( tutte le funzioni avvengono nella cellula).

Virchow ha detto che le cellule derivano da una cellula precedente e non si generano spontaneamente.

Cellule procariotiche ed eucariotiche

la cellula procariotica è più semplice perchè e priva di compartimentazione interna ma entrambe le cellule sono

delimitate da una membrana plasmatica (doppio strati di fosfolipidi) che delimita uno spazio interno chiamato

citoplasma ovvero una struttura semifluida in cui sono presenti i diversi organuli. Entrambe le cellule hanno un

luogo in cui si deposita il materiale genetico. Nella cellula procariotica si trova nel nucleotide e il genoma prende

il nome di cromosoma batterico. Nella cellula eucariotica invece si trova nel nucleo.

Cellula procariotica

all’interno del citoplasma si trova il cromosoma batterico che è una molecola di DNA superavvolto, cioè ripiegato

su se stesso. Si trovano i ribosomi cioè le strutture in cui avviene la sintesi delle proteine. All'esterno della

membrana abbiamo la parete cellulare batterica cioè uno strato di zuccheri modificati con dei peptidi, questa

sostanza si chiama peptidoglicano che va a proteggere il batterio dall’ambiente esterno. In altre classi di batteri si

trova la membrana esterna che è una struttura che si trova oltre la parete cellulare e questa struttura permette di

dividere i batteri in gram positivi o gram negativi, i gram positivi non hanno questa membrana mentre i gram

negati