Riassunto esame Biologia applicata, Prof. Romani Rita, libro consigliato Zanichelli biologia e genetica , David sadava.

Giovedì 6 ottobre 2022 - Biologia: Scienza che studia tutto ciò che riguarda la vita

La cellula

La cellula è alla base della vita, è l'unità strutturale e funzionale degli organismi viventi vegetali e animali. È la struttura più semplice dell'organulo, ma è capace di svolgere tutte le funzioni vitali.

Tipi di organismi

• Organismi pluricellulari: sono composti da più cellule tra loro vincolate, si coordinano.
• Organismi unicellulari: composti da una sola cellula.

Tutte le cellule ricavano energia dall'ambiente. Gli autotrofi fotosintetici sfruttano l'energia solare per produrre acqua, zuccheri e tutti i nutrienti necessari. Gli eterotrofi sfruttano i prodotti di altri organismi.

Adattamento e metabolismo

I viventi rispondono ai cambiamenti: ogni cellula è capace di adattarsi ai cambiamenti dell'ambiente esterno, grazie a reazioni chimiche che modificano il suo ambiente interno. Il complesso di queste reazioni chimiche viene chiamato metabolismo. L'ambiente interno della cellula, determinato dal suo metabolismo, è regolato dall'omeostasi cellulare (come il Ph della cellula, concentrazioni di ioni H⁺).

Interazione tra esseri viventi

Gli esseri viventi interagiscono tra loro: gli organismi della stessa specie, che vivono nella stessa zona geografica, formano una popolazione. Più popolazioni che interagiscono formano una comunità, le comunità che interagiscono in un determinato ambiente esterno formano un ecosistema.

Evoluzione

Tutti i viventi sono frutto dell'evoluzione, insieme di cambiamenti nel tempo, ereditabili. Ad esempio: l'uomo camminava a quattro zampe, ora a due, e le mani hanno funzione pensile. Gli abitanti sono per selezione naturale, l'uomo è un esempio. In questi ultimi anni, la Terra sta cercando di eliminarci con il cambiamento climatico (selezione naturale), ma l'uomo, non riuscendo ad adattarsi, cerca di cambiare il clima e il territorio.

Struttura della cellula

Una cellula è costituita da altre strutture, strutture intracellulari:

1. Organelli: nucleo, mitocondri, cloroplasti ecc., sono limitati da membrana.
2. Complessi sovramolecolari: tante molecole, enzimi, ribosomi.
3. Macromolecole: acidi nucleici, proteine, polisaccaridi, lipidi.
4. Molecole fondamentali.

Cellula procariote ed eucariote

Procarioti → struttura semplice, parete cellulare, membrana citoplasmatica, flagello, pili, capsula, ribosomi, citoplasma, DNA, enzimi; esempio: spirilli, cocchi e bacilli (batteri). Si riproducono per scissione binaria, elevato tasso di riproduzione, capacità di adattarsi agli antibiotici con le mutazioni.

Cellula eucariote → più complessa, membrana, citoplasma, nucleo, reticolo endoplasmatico, mitocondri, ribosomi. Ha una suddivisione degli spazi, ha tutti gli organelli delimitati da membrana, suddividono le funzioni cellulari, il Golgi è delimitato da membrana, delimita le zone, nei mitocondri concentro le azioni metaboliche, nel nucleo il DNA, suddivisione dei lavori.

Biomolecole

Hanno la caratteristica di essere molecole costituite da polimeri (insieme di monomeri), i polimeri possono essere zuccheri complessi, la combinazione di lipidi, il DNA è un polimero di nucleotidi; questi polimeri costituiscono gli esseri viventi, assumiamo cibo dall'esterno e viene scomposto in monomeri e assorbiti come tali, l'amido che è uno zucchero complesso viene scomposto in zuccheri più semplici, richiede più tempo e più energia per scomporre una cosa in una più semplice, è l'energia che fa il catabolismo ovvero grandi molecole in piccole molecole, poi i monomeri li devo rielaborare in molecole biologiche MIE, il processo inverso si chiama anabolismo, piccole molecole elaborate in grandi molecole, le proteine vengono elaborate in amminoacidi (monomeri delle proteine) poi le ricostituisco per ricreare le MIE proteine in base alla mia informazione genetica; la maggior parte delle macromolecole ha una vita bassa all'interno della cellula, la maggior parte vengono degradate velocemente, turn-over continuo tranne quella del DNA che non viene eliminata; Questi monomeri quando si uniscono fanno un processo chiamato condensazione, se devo unire due monomeri il processo (polimerizzazione) prevede una forma di condensazione, perdita di una molecola d'acqua; mentre l'idrolisi è in qualche modo il processo inverso, la rottura di un legame mediante l'aggiunta di una molecola d'acqua.

Lipidi

Sono un gruppo eterogeneo di molecole caratterizzate dalla insolubilità in acqua e dalla affinità per i solventi apolari e per gli altri lipidi. Trigliceridi: si possono trovare nel sangue con un accumulo dovuto all'alimentazione. Sono importanti perché forniscono energia, si trovano negli olii (insaturi) e nei grassi (saturi) si accumulano sotto forma di grasso come riserve energetiche, il tessuto adiposo isola e protegge. I trigliceridi sono costituiti da tre molecole di acidi grassi legate ad una molecola di glicerolo (è una piccola molecola a tre atomi di carbonio, gli acidi grassi sono costituiti da lunghe molecole fino a 20 atomi di carbonio; la molecola che si genera diventa apolare, non può interagire con l'acqua.

Gli acidi grassi si suddividono in saturi e insaturi, se gli acidi grassi sono saturi, le molecole di trigliceridi si dispongono in modo ordinato e i lipidi sono solidi a temperatura ambiente (burro), se gli acidi grassi sono insaturi, le molecole di trigliceridi si dispongono in modo disordinato e i lipidi sono liquidi (olio di oliva), alcuni acidi grassi posseggono più di un doppio legame nella loro catena, in questo caso si definiscono polinsaturi.

Steroidi: varie funzioni messaggeri chimici e anche il colesterolo, sono dei composti importanti, ha delle strutture ad anello, le molecole si chiudono su se stesse e queste molecole sono più rigide rispetto a quelle lineari, queste piccole molecole sono tutte idrofobiche tranne una piccola parte di porzione composte da OH solo una piccola parte è polare, tutto il resto è apolare; il colesterolo è un importantissimo componente delle membrane cellulari, la sua presenza o assenza cambia moltissimo la fluidità di una membrana, poi i steroidi producono ormoni sessuali.

Fosfolipidi sono costituenti delle membrane biologiche, in questo caso il glicerolo si lega a due acidi grassi e il terzo gruppo ossidrilico si lega a un gruppo fosforico, questo gruppo fosforico a sua volta si lega a molecole polari costituite spesso da azoto, conferiscono una caratteristica di polarità a questo lipide, la membrana plasmatica è fatta da questi lipidi (non solo).

Carotenoidi: fotopigmenti antiossidanti.

Carboidrati

Sono caratterizzati da molecole (CH₂O)_n a 5 o 6 atomi di carbonio di regola a forma di anello, i monosaccaridi pentosi costituenti degli acidi nucleici (ribosio e desossiribosio) il più noto è il glucosio ed è un monosaccaride esoso (fruttosio galattosio glucosio ecc..). Essi sono anche i costituenti di disaccaridi e polisaccaridi. Glucosio è al centro del metabolismo energetico della cellula; esso esiste sia in forma ciclica che in forma lineare con la possibilità di passare da una forma all'altra; il legame che unisce gli zuccheri tra di loro si chiama legame glicosidico.

• Riserva di energia che può essere liberata in una forma utilizzabile dagli esseri viventi.
• Sono impiegati per trasportare, negli organismi complessi, l'energia accumulata.
• Forniscono scheletri carboniosi che possono essere riorganizzati in nuove molecole.
• Formano agglomerati extracellulari come le pareti cellulari che danno struttura agli organismi.

Si distinguono in base al numero di monomeri:

1. Monosaccaridi (uno zucchero) zuccheri semplici, carboidrati più grandi.
2. Disaccaridi (due monosaccaridi) saccarosio formato da una molecola di glucosio e una di fruttosio legati con legame covalente.
3. Oligosaccaridi sono costituiti da alcuni monosaccaridi (da 3 a 20).
4. Polisaccaridi come l'amido, il glicogeno e la cellulosa; centinaia o migliaia di monosaccaridi.

Proteine

Tutte le funzioni del nostro organismo sono correlate con le proteine, hanno funzioni strutturali, tutte le cellule lavorano grazie ad esse, l'emoglobina è una proteina che trasporta ossigeno, a volte hanno funzione di comunicazione come l'insulina, la cheratina delle unghie, il collagene ecc.. enzimi digestivi come l'amilasi e gli anticorpi che sono proteine complesse come difesa immunitaria, catalizzano, trasportano, attaccano, regolano; possono svolgere tutte queste funzioni grazie alla forma che assumono, le proteine sono fatte da amminoacidi (carbonio centrale a cui si lega un gruppo amminico, un gruppo carbossilico e un gruppo R e l'idrogeno) si legano tra loro tramite un legame peptidico che lega gli amminoacidi tra di loro, alcune proteine hanno 30000 amminoacidi e alcune 5000 amminoacidi; la dimensione varia e anche la struttura; la struttura primaria è la sequenza degli amminoacidi, sono 22 e sono gli stessi per tutti gli esseri viventi.

Gli amminoacidi possono avere gruppi R diversi, a seconda del gruppo R che si lega possiamo avere amminoacidi acidi, basici, strutturali, polari non carichi, idrofobi e aromatici; (sostanza acida ha più H⁺ rispetto ad una basica); le proteine nel corso della loro origine possono cambiare struttura, le proteine non sono strutture rigide, possono cambiare configurazione e modificarsi, le proteine hanno una struttura primaria che è una sequenza amminoacidica; la sequenza degli amminoacidi è determinata dal nostro DNA, se cambio il DNA cambia anche la proteina, ad esempio l'anemia falciforme, il globulo rosso ha una forma che non riesce a passare nei tessuti e si accumula nella milza.

Struttura secondaria sono le forme che gli danno una certa stabilità che sono a elica; la catena amminoacidica si piega ad elica o a foglietto ripiegata, la struttura si stabilizza quando si va a formare la proteina, in base alla funzione della proteina, alfa elica quando deve passare le membrane, quando si avvolge si creano legami idrogeno.

Struttura terziaria sono catene peptidiche che si uniscono, quando le interazioni vengono meno, in presenza di elevate temperature, come il latte che forma la patina sopra, sono proteine denaturate e non variano più.

Struttura quaternaria: subunità associate, emoglobina formata da 4 subunità formate due a due, ogni sub unità contiene una singola unità di eme, un anello che circonda uno ione di ferro. Interazioni idrofobiche, legame idrogeno e legame di solfuro.

Membrana plasmatica cellulare

Una delle funzioni più evidenti è quella di delimitare i contorni della cellula e dei suoi compartimenti, di servire da barriera di permeabilità. Oltre alla membrana plasmatica, molte membrane intracellulari servono a dividere in compartimenti funzionali l'interno delle cellule eucariotiche. Le membrane hanno specifiche funzioni ad esse associate dal momento che le molecole e le strutture responsabili di queste funzioni sono incluse nelle membrane o situate su di esse.

Le membrane forniscono anche dei mezzi di comunicazione tra le cellule adiacenti. Questa comunicazione intercellulare è stabilita dalle giunzioni comunicanti nelle cellule animali, e i plasmodesmi nelle cellule vegetali. Una importante funzione è quella di permettere di regolare il trasporto di sostanze all'interno e all'esterno della cellula.

Le membrane interne che delimitano vari comparti cellulari sono costituite sugli stessi principi della membrana plasmatica e fungono anch'esse da barriere selettive tra spazi che contengono insieme distinti molecole:

• Separare la cellula con una barriera permeabile, separa la parte intracellulare da quella extracellulare;
• Le membrane servono a dare una localizzazione e una funzione, alcune sostanze vengono lasciate passare e altre no, dipende da come è fatta la membrana; la cellula crea delle concentrazioni diversi di molecole come il sodio (poco all'interno e molto all'esterno); se la membrana delimita uno spazio, se io devo mandare dei messaggi alla cellula il ricevitore deve stare sulla membrana; le cellule comunicano tra di loro;
• Le membrane dei compartimenti intracellulari sono costituite sugli stessi principi della membrana plasmatica, barriera selettiva per separare citoplasma e organelli, la membrana nucleare separa il citoplasma dal nucleoplasma.

Modello a mosaico fluido

La membrana è costituita da un doppio strato di lipidi, con un mosaico di proteine associate che sono parti integrali o periferiche della membrana. Mosaico perché è formata da componenti distinte, fluido perché esse sono libere di muoversi; in questo modello le proteine sono immerse in maniera non covalente nel doppio strato lipidico con i loro domini idrofobici, o vincolate ai lipidi impiantati nella membrana. Le proteine possono girare per la membrana o essere agganciate alla superficie, mentre i loro domini idrofilici restano esposti all'ambiente acquoso su entrambi i lati del doppio strato.

Queste proteine di membrana svolgono diverse funzioni:

• Movimentare i materiali attraverso la membrana.
• Ricevere segnali chimici dall'ambiente che circonda la cellula.

Nelle membrane plasmatiche i carboidrati sono situati sulla faccia esterna, dove possono interagire con le sostanze presenti nell'ambiente come alcune delle proteine di membrana. Anche i carboidrati sono fondamentali per riconoscere molecole specifiche. I lipidi delle membrane biologiche sono in gran parte fosfolipidi.

Caratteristiche fondamentali

• Struttura chimica (lipidi e proteine).
• Distribuzione asimmetrica (la cellula si suddivide in modo asimmetrico).
• Fluidità della membrana.
• Rapporti delle proteine di membrana con il doppio strato lipidico.
• Mobilità delle proteine all'interno del doppio strato.

Componenti della membrana

I fosfolipidi, le membrane contengono tipi di fosfolipidi: fosfogliceridi e sfingolipidi; devo considerare la struttura degli acidi grassi, il glicerolo interagisce con due gruppi ossidrilici insieme all'acido grasso, il terzo ossidrile interagisce con un gruppo fosfato.