Anatomia animale

I livelli della vita

Introduzione

La vita è trasformazione, ogni forma vivente è:

• Fatta di cellule;
• In grado di nutrirsi;
• In grado di riprodursi.

La materia vivente è riconducibile ad un'unità fondamentale, la cellula. Essa è concepita in modo da fare l'uso più economico dell'energia disponibile. È in grado di riprodurre copie di sé stessa, di ricostruire parti usurate e di sintetizzare i prodotti che esplicano le varie funzioni. È inoltre capace di resistere e adattarsi alle variazioni dell'ambiente. Dal punto di vista chimico è costituita da molecole organiche e inorganiche formate da elementi del sistema periodico a basso peso molecolare diversi per lo più da quelli presenti sulla crosta terrestre per evitare la competizione. L'ossigeno è l'elemento più pesante presente nelle cellule e quello più leggero presente nella crosta terrestre.

Struttura gerarchica

I livelli della vita sono:

• Cellula
• Livello Tessuti, fatti da cellule, possono essere:
  • Livello Epiteli;
  • Connettivi, danno la forma, sono sempre presenti;
  • Muscolari;
  • Nervosi.
• Organi, fatti di tessuti, sono l'unità funzionale perché hanno uno scopo, possono essere:
  • Cavi, vuoti all'interno;
  • Parenchimatosi, solidi e compatti.
• Apparati o sistemi, insieme di organi eterogenei che compiono una funzione unica, possono essere:
  • Locomotore;
  • Respiratore;
  • Circolatorio;
  • Endocrino;
  • Nervoso;
  • Riproduttivo.
• Organismo, insieme di apparati.

Molecole

L'acqua è la molecola più importante, tutte le cellule la contengono. È una molecola asimmetrica perché dalla parte dell'ossigeno vi è un'abbondanza di elettroni quindi una carica negativa mentre dall'altra parte vi è l'idrogeno e una situazione opposta. È una piccola calamita chiamata dipolo, essa inoltre è:

• Polare, quindi è un buon solvente;
• Ha un volume molare basso perché piccola, può inoltre penetrare dappertutto;
• Ha un calore specifico elevato quindi ci vuole molto calore per riscaldarla, ci vuole molto tempo per scaldare il nostro corpo, ma rilascia calore lentamente, quindi non ci raffreddiamo tanto;
• Ha una tensione superficiale elevata, se smuoviamo un liquido e fa le bolle, se scompaiono entro poco vuol dire che la tensione è alta, i saponi diminuiscono la tensione dell'acqua e quindi le bolle durano più tempo, la bile ha la stessa funzione per digerire i grassi;
• Occupa il 60% del nostro peso corporeo, diviso in:
  • Frazione intracellulare, dove prevale;
  • Frazione extracellulare, dove è presente in minor quantità, questa viene distinta inoltre:
    • Liquido interstiziale, circa il 15%;
    • Acqua dei liquidi circolanti, il 5%.

Nell'acqua endocellulare avvengono le reazioni chimiche che caratterizzano i processi vitali, ciò è reso possibile dal fatto che l'acqua è un dipolo che favorisce l'instaurazione di legami idrogeno tra molecole d'acqua e tra molecole d'acqua e altri ioni. È quindi capace di tenere disciolti sia composti organici sia sali, inoltre veicola i gas respiratori come l'O2 e la CO2, le sostanze nutritizie e le scorie metaboliche.

Sali minerali

I sali minerali sono generalmente in forma ionica, rappresentano una quota minima ma la loro presenza è comunque essenziale. Lo ione a più elevata concentrazione è il catione potassio, un altro importante è il catione bivalente magnesio. La somma delle cariche di tutti i cationi presenti nel liquido intracellulare è uguale a quella degli anioni, perciò vi è un equilibrio elettrico. Le cellule che costituiscono i vari tessuti si trovano circondate dal liquido interstiziale che può considerarsi anch'esso una soluzione salina.

Zuccheri

Gli zuccheri, o glucidi, sono molecole ternarie formate da Carbonio, Ossigeno e Idrogeno, sono anche denominati idrati perché il rapporto tra ossigeno e idrogeno è lo stesso dell'acqua. Sono presenti nella cellula in parte liberi, in parte come materiale di deposizione e in altra parte a carattere energetico. Inoltre sono unità costitutive di molecole fondamentali dal punto di vista biologico come DNA e RNA. Sono distinti in monosaccaridi, oligosaccaridi e polisaccaridi, i primi sono le unità elementari sostanze cristallizzabili dal sapore dolce e solubili in acqua, i più diffusi in natura sono gli esosi e i pentosi, il D-glucosio è sicuramente il più diffuso.

I polisaccaridi sono molecole asimmetriche ed esagonali che possono essere formati da due tipi di legami:

• Legami alfa, α, la parte più lunga della molecola è posta sempre dalla stessa parte (amido);
• Legami beta, β, la parte più lunga della molecola è posta in modo alternato (cellulosa), è un legame più forte da spezzare e ci vuole tanta energia per produrlo, solo i vegetali ci riescono.

Il legno è fatto di cellulosa e infatti quando viene bruciato produce molto calore perché libera energia. Questo tipo di legame non è infatti attaccabile dagli enzimi glicolitici, possono essere rotti solo da enzimi presenti ad esempio in molti batteri anaerobi e nell'apparato prestomacale dei ruminanti. Inoltre, i polisaccaridi possono essere a catena:

• Lineare (amido);
• Ramificata i due tipi di legami sono alternati (glicogeno).

Lipidi

I lipidi, o grassi, sono molecole composte da Carbonio, Idrogeno e Ossigeno, il primo è sempre legato ad un altro carbonio. Rappresentano il 23% in peso dei composti organici, hanno una composizione piuttosto eterogenea ma hanno in comune il fattore di essere insolubili in acqua e solubili in solventi organici come l'etere. Sono distinti in lipidi di deposizione e strutturali, i primi svolgono un ruolo energetico e protettivo, gli altri hanno un significato più plastico costituendo le membrane plasmatiche. Sono presenti inoltre nel citoplasma e nelle cellule adipose.

Solo nel caso di digiuno i lipidi di deposizione diminuiscono drasticamente, gli altri invece non diminuiscono mai e sono difficilmente estraibili da solventi organici. Sono chimicamente catalogati come esteri perché sono formati da una reazione tra un alcol e un acido grasso con l'eliminazione di una molecola d'acqua. L'alcol più comune è il glicerolo che combinandosi con diversi acidi grassi forma il mono-di-trigliceride.

I trigliceridi sono i lipidi più comuni, hanno come base la glicerina che è legata alla parte idrofila e quindi acida di tre catene di lipidi. Gli acidi grassi sono scarsamente ossidati, da 1 a 8 atomi di C sono liquidi e maleodoranti mentre gli altri sono solidi e inodore. Gli acidi linoleico, linolenico e arachidonico vengono considerati essenziali per l'accrescimento e l'apprendimento.

Lipidi semplici sono le cere ma hanno importanza biologica limitata. Gli steroidi sono di notevole importanza, il più noto è il colesterolo. I lipidi complessi si distinguono perché contengono anche basi azotate, glucidi ecc. I fosfolipidi hanno come base il glicerolo legato a due catene di lipidi e ad un acido fosforico, sono la base per immagazzinare energia, in questi un'estremità è affine all'acqua grazie al complesso acido fosforico più base azotata, mentre l'altra è affine ai lipidi grazie ai radicali acilici.

Se nella catena è presente un doppio legame essa è insatura, i grassi idrogenati sono chiamati così perché al posto del doppio legame hanno un atomo di idrogeno. Le membrane cellulari sono composte da due strati di lipidi intervallati da proteine che selezionano il passaggio attivo di macromolecole, esse sono semipermeabili e grosse circa 5nm.

Proteine

Le proteine sono composte sempre da una molecola di azoto e un radicale acido. Sono in minor quantità ma hanno una funzione primaria perché costituiscono il più importante materiale organico con funzione plastica e sono gli elementi regolatori delle attività cellulari. La cisteina è l'unica proteina con un atomo di zolfo, se sono presenti due di queste proteine in una catena i due atomi di zolfo si legano formando un ponte solforico.

Più unità elementari formano gli amminoacidi, questi sono circa una ventina che si combinano tra loro per dare un numero elevato di molecole proteiche. Sono otto gli amminoacidi essenziali che quindi vanno introdotti nella dieta. I legami covalenti che si formano -CO-HN- tengono unite le catene poliamminoacide e prendono il nome di legami peptidici. Sulla base della loro organizzazione strutturale prendono il nome di fibrose o globulari.

Inoltre si possono distinguere quattro livelli di organizzazione:

• Struttura primaria, sequenza di amminoacidi;
• Struttura secondaria, le catene polipeptidiche che formano le molecole proteiche sono disposte in una struttura tridimensionale:
  • O piegate una sull'altra foglietto;
  • O a forma elicoidale, questa è la più comune.
• Struttura terziaria, ripiegamento dei tratti non spiralizzati su quelli spiralizzati, conferisce una forma sferoidale od elissoidale, è molto più stabile della secondaria;
• Struttura quaternaria, unione di più subunità distinte, in genere con struttura terziaria, che solo quando vengono ad unirsi conferiscono specificità alla molecola.

Molte proteine sporgono nel lume, ovvero nella cavità, dell'intestino per legare le sostanze nutrienti. Sono detti recettori le molecole che ricevono altre molecole avendo una forma complementare, servono molto al sistema immunitario.

Acidi nucleici

Gli acidi nucleici hanno un significato biologico importante in quanto da questi dipende la trasmissione ereditaria e la sintesi proteica. Esistono due tipi di catene di acidi nucleici: il DNA e l'RNA, formati da unità basi dette nucleotidi che sono formati a loro volta da una base azotata di natura purinica o pirimidinica, da un pentoso e da un acido fosforico.

La diffrazione a raggi X ha messo in evidenza che il DNA ha una struttura tridimensionale con due filamenti avvolti ad elica e le basi azotate rivolte verso l'interno, si è notata una complementarietà tra basi A-T e C-G tra le quali si instaura un legame idrogeno. Riscaldando il DNA i legami idrogeno si rompono e le basi azotate si staccano, questo processo è reversibile ed è chiamato denaturazione. Il DNA è presente nella cromatina del nucleo e in piccola quantità nei nucleoli e nei mitocondri. Una parte del DNA può despiralizzarsi per consentire all'RNA di copiare quel tratto, detto gene.

L'RNA invece è formato da A-U e C-G, esso è composto da un solo filamento ed è molto più corto del primo, si conoscono tre tipi di RNA:

• L'rRNA o ribosomiale, rappresenta il 60-80% di tutto l'RNA è un componente fondamentale dei ribosomi;
• L'mRNA o messaggero, viene prodotto dal nucleo e quando entra nel citoplasma si attacca ai ribosomi, il numero di questi è uguale al numero di molecole proteiche da dover sintetizzare;
• Il tRNA o transfert, ha un basso peso molecolare, è presente a livello del nucleo, ha una forma a trifoglio, il numero di tRNA presenti nelle cellule è uguale al numero di amminoacidi presenti in natura.

Terminologia anatomica

Apparato

Cavità del corpo

Citologia

La citologia è lo studio delle cellule. Sono grosse in media circa 12-15 μm perché devono contenere le molecole e quindi non possono essere più piccole, la grandezza è comunque indipendente dalla mole dell'animale che contiene le cellule. Tra cellule vicine è posta la matrice extracellulare. La cellula è l'unità morfofunzionale di un organismo, è delimitata da una membrana. Un organismo può essere formato da una sola cellula e pure da più di una. Una cellula sospesa in un mezzo fluido assume una forma sferica che le consente di avere il minimo di superficie. Ogni cellula ha un turnover, ovvero un ricambio continuo di organuli.

Le cellule possono essere divise in tre tipi a seconda della durata del ciclo cellulare:

• Labili, hanno una durata minima;
• Stabili, possono accrescersi per anni senza riprodursi;
• Perenni, non si dividono mai (neuroni).

Questa divisione è stata ideata da Bizzozzero nell'800. Vengono chiamate cellule staminali quelle cellule che per un periodo non si evolvono anche se ne hanno la capacità, sono racchiuse ad esempio nel midollo osseo. In certi momenti dello sviluppo vengono prodotte cellule in eccesso che in un secondo momento si autoelimineranno mediante l'apoptosi. Questa differisce dalla necrosi perché non provoca reazioni nelle cellule adiacenti.

Ciclo cellulare

Al microscopio si possono colorare gli enzimi che ci danno la possibilità di capire in che fase del ciclo cellulare la cellula è in quel momento:

• G1, (Growth = crescita intesi RNA e proteine, la cellula acquisisce le) caratteristiche della sua popolazione;
• S, (Sintesi), sintesi DNA e proteine, duplicazione cromosomi;
• G2, continua ma viene accelerata la sintesi proteica, la cellula diventa più grande, il materiale genetico è doppio, questa fase è instabile perché la cellula è troppo grossa quindi si prosegue con la mitosi.

Durante la duplicazione c'è il rischio di compiere qualche errore essendo il DNA una catena molto lunga, se questi errori non sono troppi possono essere riparati. Errori che provengono da fattori esterni possono provocare le mutazioni, in questi casi nascono delle proteine diverse da quelle iniziali della cellula. Le mutazioni sono alla base dell'evoluzione, questa cosa l'aveva capita Darwin per primo perché intuì che la selezione naturale poteva far cambiare le specie e quindi era una mutazione casuale (focomelia).

Mitosi

Il cromosoma è una forma che il DNA può assumere, non è sempre in questa fase. La mitosi è la divisione del nucleo, la doppia elica dopo la fase G2 comincia ad avvolgersi attorno a proteine, dette istoni, ognuno di questi avvolgimenti è detto nucleosoma, continuano ad avvolgersi fino a diventare più spessi, arrivano ad assumere la forma di cromatide che si unisce ad un altro omologo per il centromero. I telomeri sono le parti estreme del cromosoma. Il numero di cromosomi è tipico di ogni specie ed è molto diverso da una specie all'altra.

Durante la mitosi sparisce il nucleo, si formano due "stelle" con al centro i centrioli che formano il fuso mitotico con il citoscheletro, una parte dei filamenti di una delle due stelle si legano all'altra, nella profase i cromatidi uguali si accoppiano costituendo il cromosoma, quest'ultimo presenta un restringimento che ne determina la divisione in due braccia, è un'area chiara chiamata centromero e rappresenta il punto in comune dei due cromatidi. Nella metafase i cromosomi vengono attratti dal fuso e si dispongono nell'equatore, l'involucro nucleare scompare completamente. Nell'anafase i cromatidi si staccano e migrano ai poli della cellula, questi rappresentano i cromosomi figli. Durante la telofase, (tele = lontano), si riforma il nucleo, i centrioli si dividono, la cellula in questo momento ha due nuclei, la situazione è instabile. A questa segue la citodieresi ovvero la divisione del citoplasma e quindi delle due cellule. Un tumore è dato dalla continua moltiplicazione delle cellule e quindi è un rigonfiamento.

Meiosi

La meiosi è una particolare divisione cellulare che avviene durante la formazione delle cellule uovo o degli spermatozoi. La duplicazione del DNA avviene nella seconda d...

Il testo si interrompe qui, senza fornire ulteriori dettagli sulla fase successiva della meiosi.