Riassunto esame Biologia, Prof. Di Tommaso Caterina, libro consigliato Biologia e genetica, Edises

Della Volpe, Pet o io e BIOLOGIA CELLULARE Pi a Lezio e , / /

LA VITA: DIFFERENZE E ANALOGIE DEGLI ESSERI VIVENTI

COS’È LA VITA?

Se volessi o ispo de e i odo esaustivo alla do a da he os la vita? o o e e e o side a e u a

se ie di a atte isti he disti gue e la ate ia vive te da uella o vive te.

he pe etto o di Piu ello

spe ifi o, i ua to p odotto di u eve to evolutivo o o e o side a e al u e apa ità o e:

• a es e si e sviluppa si

• ip odu si

• auto egola si

• ispo de e agli sti oli

• ave e u a ostituzio e ellula e

• possede e i fo azio e ge eti a

• p e de e e e gia, t asfo a la e estitui la, poi h siste i te odi a i a e te ape ti

Osse vando

Domanda: questa immagine vi sono elementi in comune?

Risposta: Sì. Hanno in comune la forma, infatti vi è una struttura identica tra le tre micrografie che

rappresentano il nucleo dei tre esseri viventi diversi tra loro .

Ciò che cosa significa?

Gli esseri viventi, oltre ad avere una composizione cellulare, possiedono la quale è

l’informazione genetica,

racchiusa nella stessa struttura ma possiede tutte le informazioni necessarie per definire il differenziamento

di quella cellula in quello specifico organismo. Dunque, nonostante le loro sostanziali differenze, tutte le

cellule condividono e

meccanismi chimici di base caratteristiche comuni. Le differenze che noi osserviamo

in termini strutturali comporteranno una serie di differenze in termini funzionali.

Esperimento di R.Hooke

La composizione cellulare di cui parliamo è merito il quale tagliando delle listarelle di

di Robert Hooke,

sughero ha osservato, in quello che era un rudimentale microscopio, che queste erano formate da piccole

“celle , rappresentanti le cellule del materiale vegetale visionato. Da tale osservazione si

camere definite

sono potute affinare le tecniche di microscopia, al fine di poter osservare la materia vivente in modo più

efficace. |

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QUANTO GRANDI SONO UNA CELLULA E I SUOI COMPONENTI?

l diversi tipi di microscopi e il potere risolutivo

Che cos è il È la

potere risolutivo?

capacità di distinguere e di

indentificare due punti come

Il potere risolutivo

distinti.

o hio

dell arriva fino al millimetro

mentre se dovessimo osservare al di

sotto di questa unità di misura

occorrerebbe amplificare, tramite

lenti situate sul microscopio, il

preparato. La distinzione principale

tra e il

microscopio ottico

riguarda la

microscopio elettronico

sorgente che illumina il preparato

che nel primo caso è rappresentato

da un mentre

fascio di luce bianca

nel secondo caso è definita da un

Occorre, inoltre,

fascio di elettroni.

alt a

evidenziare un sostanziale differenza in quanto il microscopio ottico ha un potere di risoluzione che ci

permette di identificare cellule o oggetti che hanno una dimensione

≥2micrometri. Invece, il microscopio elettronico, classificato come

oppure

microscopio a scansione (SEM) microscopio a trasmissione

utilizza come illuminazione un fascio di elettroni che vengono

(TEM),

riflessi. Nel caso del microscopio a scansione, avente un potere

risolutivo pari a questi riflettono su una sorgente che fa da

3-20 nm,

detector mentre se si tratta del microscopio a trasmissione, di cui il

potere risolutivo è questi attraversano una griglia che ci

0.2 nm,

permettono di identificare le celle. Ciò significa che ad esempio:

• se occorre osservare la membrana plasmatica si utilizzerà il microscopio elettronico;

• se bisognerà osservare specifici organuli si utilizzerà al microscopio a trasmissione;

• se servirà osservare gli organuli in generale si utilizzerà al microscopio a scansione.

TEORIA CELLULARE

”ogni nuova cellula si forma per crescita e divisione di una cellula preesistente e non per generazione

spontanea‟.

os

Per poter studiare al meglio che la vita, non si può prescindere da quella che è la teoria cellulare,

‟tutti

secondo cui: . In particolare, ogni nuova cellula viene

gli esseri viventi sono costituiti da cellule |

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u alt a

generata da pre-esistente che va incontro Uno dei

a fenomeni di evoluzione e variazione casuale.

principali fenomeni di quanto descritto precedentemente riguarda le che, spesso, sono

mutazioni genetiche

dell’evoluzio e.

ritenute un evento sfavorevole ma che di fatto sono il Infatti, senza

vero soggetto

quest ultime, oggi gli esseri viventi non sarebbero così variegati ed evoluti. Occorre evidenziare, inoltre, che

le cellule una volta generate devono, per una loro indipendenza, essere capaci di per potersi

autoreplicarsi

l R a

dividere e svolgere una serie di funzioni come dirigere la sintesi di proteine, trascrivere e tradurre

uest ulti o in proteine. La cellula, dunque, ma può essere considerata come un

non si autogenera insieme

Infatti, seppur sia vero quanto descritto dalla teoria cellulare, occorre

autoreplicante di catalizzatori.

evidenziare che la cellula per continuare a vivere ha bisogno di generare una serie di proteine a funzione

catalizzatrice che servono per svolgere le proprie funzioni.

ORGANISMI UNICELLULARI E PLURICELLULARI

D a u i ellula i ulti ellula i.

Qua do pa lia o di vita e di o ga is i vive ti, o side ia o sia gli o ga is i he

l’a ido desossi i o u lei o,

T a uesti vi u ele e to o u e he su ui si asa la hi i a di tutte le

dete to e dell’i fo azio e ge eti a,

ellule. I fatti, o già oto, il DNA app ese ta il espo sa ile di

o se va e tutti i dati di u o spe ifi o i dividuo e di di ige e la diffe e ziazio e della sua o posizio e fi ale.

u a st uttu a a doppia eli a,

La ole ola di DNA vie e app ese tata o f utto della s ope ta degli s ie ziati

tipologia la odalità di epli azio e.

Watso e C i k, a la sua a atte isti a p i ipale igua da la o h

odello se i o se vativo,

I fatti, oppo tu o evide zia e il i ui ad og i i lo di ip oduzio e vi la

il 50% del DNA pa e tale il 50% del DNA figlio.

fo azio e di u a uova ole ola di DNA ave te e

Do a da: Du ue, osa si i te de pe e a is o di epli azio e se i o se vativa?

Risposta: Significa possedere una molecola neoformata, in cui il 50% del DNA posseduto è parentale mentre

il restante 50% è ex-novo, in quanto il meccanismo sul quale si basa la replicazione del DNA ha necessità di

cioè il DNA per replicarsi deve leggere l informazione sullo stampo

polimerizzazione su uno stampo,

eli a

dell parentale . DOGMA DELLA BIOLOGIA CELLULARE

i formazione

Il flusso dell genetica è rappresentato come la successione

di: che, a loro volta, descrivono il

DNA->RNA->PROTEINE dogma centrale

In particolare, l’informazione, racchiusa nel DNA,

della biologia cellulare.

può essere e dalla molecola di RNA per produrre

utilizzata amplificata

una certa quantità di proteine. Tutto ciò avviene grazie un piccolo

al gene,

i fo azio e

tratto di dna, che codifica per l necessaria da trasmettere e

che serve nella cellula per indirizzare la produzione nonché la formazione

È importante ricordare che ad un gene non corrisponde

di proteine.

sempre una proteina poiché queste sono composte da più catene

polipeptediche e, per tale motivo, ad ogni tratto di dna può corrispondere

una catena polipeptidica che rappresenta la subunità di una proteina.

– –

GENE DNA RNA - PROTEINE |

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Du ue, o o e pe sa e he ua do pa lia o di ge e si sta des ive do u t atto di DNA a o tutto il

zo e spaziat i i

ate iale ge eti o o te uto i uella spe ifi a egio e odifi a te, i ua to vi so o delle

i te ge i he, he odula o l’esp essio e di dete i ati ge i.

a fu zio e egolat i e,

Domanda: Perché noi dal nucleo indistinto di una cellula da quelle che sono le cellule staminali embrionali

possiamo differenziare diversi tipi cellulari?

Risposta: Perché vi sono dei che possono decidere sia di o di

geni regolatori inibire esprimere particolari

sia della trascrizione. I geni che codificano per molecole

sequenze geniche codificare le proteine regolatrici dell’esp essio e

coinvolte nella rescissione dei segnali fungono da Tutti questi fattori

modulatori genica.

sono, dunque, implicati nel definire la maniera con la quale il nucleo è responsabile della differenziazione

.

dei diversi tipi cellulari

La g a de apa ità he l

’o ga is o possiede di odifi a e u a e ta ua tità di i fo azio i, data g azie al

possesso di ueste se ue ze egolat i i, a fu zio e o odifi a te a he possiedo o il o pito di egola e

l esp essio e di pa ti ola i ge i. Du ue o solo il DNA apa e di de ide e uali ge i esp i e e a e

de ide a he i te pi, le odalità e le ua tità.

Vi u o etto fo da e tale pe il uale la se ue za delle p otei e fi ali he oi otte ia o, o tie e e o

i fo azio i ispetto al DNA di pa te za pe h uesto pe passa e alle p otei e vie e odifi ato, g azie

all’aiuto del odi e ge eti o. i t iplette, odo e,

Questo ela o ato og u a delle uali odifi a pe u ossia

di ezio a e la si tesi di u a spe ifi a

u a i oa ido. L i sie e dei ge i p ese ti el DNA pe ette di

p otei a, a hiusa el ge o a u a o. GENOMA UMANO

all’i sie e dell’i fo azio e ge eti a

Si i t odu e il o etto di ge o a ua do si fa ife i e to e più ello

all’i sie e dei o oso i

spe ifi o di u i dividuo. Esso app ese ta u ele e to fo da e tale pe

ge o a delle ellule p o a ioti he

diffe e zia e la ellula eu a ioti a da uella p o a ioti a. I fatti, il più

se pli e, i ola e e o o o o.

Difatti el ge o a atte i o, o si

pa la di o oso i a di u u i a

ole ola i ola e. Pe ua to,

il ge o a degli

i ve e, igua da

eu a ioti vi la a atte isti a

p ese za del

p i ipale igua da te la

a deggio, ostituito dalla

olo azio e di Ghi sa, he pe ette

di disti gue e le egio i adde sate di

o ati a dalle zo e di o ati a più

lassa, ispettiva e te s u e e hia e,

he i de tifi a o e diffe e zia o

l’ete o o ati a dall’eu o ati a.

MEMBRANA PLASMATICA

Affinché la cellulare possa regolare le sue funzioni e possa essere (equilibrio con l’esterno) è

in omeostasi

essenziale che essa sia e ciò è possibile grazie alla presenza di un

isolata dal suo ambiente extracellulare

che separa l’ambiente interno da quello esterno. Occorre, però, specificare che ciò non

doppio strato lipidico

isola funzionalmente la cellula perché questa comunica con l’ambiente esterno grazie al possesso di

o di che permettono di effettuare

particolari proteine trasportatori canale scambi con l’ambiente

come ad esempio lo scambio di zuccheri, ioni o piccole molecole che servono a mantenere

extracellulare,

una concentrazione precisa al livello intracellulare. Dunque è vero che la cellula è separata fisicamente

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dall esterno ma è in grazie alla presenza di particolari elementi

una comunicazione funzionale continua

proteici di membrana che permettono di, a seconda delle varie concentrazioni di soluti, mettere in continuità

este o i te o.

funzionale l con l LA DIVERSITÀ DEI GENOMI E L’ALBERO DELLA VITA

o igi e

A che cosa noi possiamo ricondurre l della vita e la diversità dei genomi attuali?

Ad un certo punto è diventato necessario classificare gli organismi viventi tramite diverse caratteristiche

come:

• capacità riproduttiva

• approvvigionamento di risorse

• fenotipo

• habitat popolato

• struttura e organizzazione cellulare

Queste rientrano in quelle che vengono chiamate o Gli scienziati

caratteristiche fenotipiche biochimiche.

hanno utilizzato proprio queste qualità per distinguere gli esseri viventi senza, però, trovare una caratteristica

che li potesse separare in maniera tale Solo con l esplosione di quelle che

da riflettere bene la loro diversità.

sono state in partciolare l allinamento delle sequenze geniche, è

le tecnologie del sequenziamento del dna,

stato possibile individuare qual era considerati. Difatti, è stato osservato

la storia evolutiva degli organismi

che gli esseri viventi possono essere classificati in particolari:

3 domini

• Batteri, o eubatteri

• Archea,

• Eucarioti

Occorre evidenziare che per arrivare agli eucarioti (eu-cariote tutto nucleo), vi è stata la divergenza

in cui da un batterio iniziale vi è stata la suddivisione in batteri e archea, in quanto vi erano alcuni

evolutiva,

con abitudini diverse ed altri che, invece, sono andati a colonizzare ambienti estremofili. In particolare,

batteri e archea sono entrambi di origine batterica che colonizzano ambienti diversi.

organismi unicellulari,

Più nello specifico, gli archea vengono definiti per la propria capacità di adattarsi in ambienti in

estremofili

cui vi sono delle condizioni estreme di salinità o di concertazioni particolari di sostanze come lo zolfo.

o igi e

Se dovessimo considerare l della vita sulla terra, questa risalirebbe ad un miliardo di anni fa nel

momento in cui le prime cellule viventi, essendo fotosintetiche, hanno colonizzato l ambiente marino.

L ossigeno da esse prodotto ha ossidato il ferro presente nelle rocce a livello del fondale e quando vi si è

ossige o eve to

saturata tutta la loro capacità, l si è accumulato a livello della terra. È questo l che ha

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selezionato la diffusione di quei batteri che possedevano la capacità di respirare grazie al possesso di

particolari enzimi, divenendo inoltre i progenitori ancestrali degli attuali mitocondri.

Domanda: Dunque chi ha deciso che potessimo esistere noi oggi?

a ie te

Risposta: L ha deciso tramite selezione naturale il fenomeno evolutivo .

DIFFERENZE TRA PROCARIOTE ED EUCARIOTE

EUCARIOTI PROCARIOTI

Nucleo Si No

Organuli Delimitati da membrana Immersi nel citoplasma

Dna Nucleo Disperso nel citoplasma

Da che cosa è costituito un procariote?

Un procariote è costituito da al di

una parete cellulare

sotto del quale troviamo una membrana plasmatica

dove vi è racchiuso (componente liquida +

il citoplasma

organuli).

CHIARIMENTO: il citosol non è visibile e si trova con gli

organuli

Il è caratterizzato dalla presenza, all’interno del citoplasma, dei e da un insieme di DNA

batterio ribosomi

detto La caratteristica principale dei procarioti è dividersi e ciò rappresenta

nucleoide. per scissione binaria

il insieme alla capacità di:

vantaggio evolutivo dei batteri

• replicarsi velocemente,

• di colonizzare gli ambienti in maniera veloce,

• del possesso di una parete cellulare

• di organizzarsi in strutture facilmente visibili al microscopio come cellule sferiche, bastoncello, spirale

o piccoli aggregati La cellula eucariote

La cellulare eucariote è dotata di un nel citoplasma, il quale a sua volta è ricco

nucleo strutturato,immerso

di come ad esempio: lisosomi, perossisomi, mitocondri e cloroplasti se si parla

organelli dotati di membrana

di una cellula vegetale. ‟Perchè

Domanda: è importante la delimitazione di

membrana?

‟La

Risposta: delimitazione di membrana è fondamentale

poichè se a livello del citoplasma venisse riversato quello

che, ad esempio, è presente nel lisosoma, tutto sarebbe

degradato in maniera differenziata ed è per tale motivo

che in cui

si necessita di creare degli ambienti specifici

ogni componente lavora in maniera separata . |

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Dunque, le cellule eucariotiche hanno e ciò oltre alla

un corredo base di organuli delimitati da membrana,

u ’alt a

presenza del nucleo, Il

pone in evidenza sostanziale differenza con la cellula procariote. nucleo

inoltre, contiene la mentre il restante è situato nei

degli organismi eucarioti, maggior parte del DNA

mitocondri e anche nei cloroplasti se si considera la cellula vegetale. Occorre evidenziare che, in via

si possono trovare tracce in seguito ad un Tale

transiente, di dna libere nella cellula, riciclo degli organelli.

condizione è di per sè anomala, in quanto la cellula se incontra tratti di DNA circolanti di origine

mitocondriale, fluttuanti al suo interno li Per tale motivo questo

riconosce come componente estranea.

fenomeno viene definito transiente e riguarda il caso patologico di quando vi è un eccessivo riciclo di

organelli. I Virus: essere o non essere (vivente)?

I virus sono in quanto non si riproducono da soli ma sono

esseri non viventi, Essi infettano, dunque, la cellula ospite

parassiti endocellulari obbligati.

dove iniettano il proprio DNA/RNA al fine di dirigere la sintesi delle proprie

(si definisce parassita perché sfrutta

proteine a carico del nucleo infettato

le risorse altrui a proprio vantaggio).

–

Esempio: i i fagi infettano i batteri , costituiti

Batteriofagi dalla testa virale

di forma regolare che può essere osservata

proteica detta capside,

mediante microscopio elettronico. IL METABOLISMO

Tutte le cellule sono dei che scambiano materia ed energia con l ambiente esterno, al fine di

sistemi aperti sie e

trasformarla. Ciò viene definito con il concetto di metabolismo, il quale rappresenta l’i delle reazioni

dette o definite In particolare,

di costruzione anaboliche reazioni di degradazione cataboliche. nelle reazioni

vi è un mentre in quelle Tutto ciò

anaboliche investimento energetico cataboliche si ottiene energia.

rappresent