Appunti Biologia animale

Elisabetta Izzo biologa

Nature and nurture

Capacità donate dalla natura e capacità allenate e migliorate da ambienti esterni.

Proprietà della vita

Processi biologici condivisi dagli organismi viventi nonostante la loro diversità:

• Ordine ed organizzazione
• Crescita, sviluppo, apoptosi
• Riproduzione
• Consumo di energia
• Risposta agli stimoli dell’ambiente
• Adattamento evolutivo

OMEOSTASI: condizione di organizzazione e ordine, equilibrio all'interno dell’ambiente interno. Se non mantenuta si sfocia nella patologia.

OMEORESI: capacità di mantenimento di condizioni di stabilità.

Modulo chimica della vita

• Proliferazione cellulare: capacità di riproduzione, aumento del numero di cellule
• Differenziamento cellulare: capacità delle cellule di differenziarsi

Macromolecole

Sono composti del carbonio, molecole dall’alto peso molecolare. 5 classi: Carboidrati, lipidi, proteine, acidi nucleici e vitamine.

• Costituite da monomeri che insieme fanno polimeri
• Sintesi per condensazione: rimozione di una molecola d’acqua
• Idrolisi: rottura dei legami tra monomeri per aggiunta di acqua

Proteine

Svolgono compiti differenziati. Sono costituite da aminoacidi e nascono dalla formazione di un legame peptidico. Sono formate da 4 elementi:

• Molecola H
• Gruppo carbossilico (COOH)
• Gruppo amminico (NH₂)
• Gruppo R che determina la differenziazione della proteina

Principali classi di proteine: da una catena di aminoacidi (polipeptidica) si passa al processo di maturazione che porta alla nascita della proteina. Le proteine possono essere enzimi, proteine di struttura, di riserva, trasporto, movimento, difesa, regolazione e recettori.

Struttura primaria

Definita da un gene specifico, costituita da una sequenza lineare di aminoacidi legati l’uno all’altro da legami peptidici. Nel momento in cui una cellula si organizza in una struttura primaria si attiva un processo detto folding del polipeptide che dà vita alla struttura secondaria.

Struttura secondaria

Avviene attraverso legami idrogeno, può assumere due forme in base alla disposizione dei monomeri:

• Elica (legami H intracatena)
• Foglietto (legami tra catene laterali)

Questi ripiegamenti avvengono grazie a delle proteine chiamate chaperon molecolari, che guidano l’azione di folding.

Struttura terziaria

Composta da strutture secondarie raggomitolate tra di loro, diventa una proteina matura. Chaperon:

• Assicurano il corretto mantenimento dello stato di conformazione
• Dirigono l’assemblaggio complessi proteici
• Favoriscono denaturazione parziale durante il trasporto
• Stabilizzano le proteine attraverso rinaturazione o degradazione

Acidi nucleici

La principale caratteristica degli acidi nucleici è quella di aprirsi, fare copie della molecola poi richiudersi. Staticità dello scheletro ma dinamismo delle basi azotate. Sono formati da polimeri di nucleotidi. Un nucleotide è formato da uno zucchero pentoso, una base azotata e un gruppo fosfato.

• ATP: adenosina trifosfato, principale molecola energetica per far funzionare le cellule
• GTP: guanosina trifosfato, utilizzata per svolgere attività nella cellula
• AMPc o AMP ciclico
• NAD, FAD, NADP

Carboidrati

Sono gli idrati del carbonio, ovvero C + H₂O. Questa formula mi permette di creare zuccheri semplici (monosaccaridi, disaccaridi) e complessi (polisaccaridi). Il legame covalente qui prende il nome di fosfoglicosidico. Glucidi=carboidrati:

• Cellulosa: polisaccaride di struttura
• Glicogeno e amido: pol. di riserva

Nota bene: ci sono zuccheri che si formano per unione con residui laterali che sostituiscono porzioni precise della molecola. Aminozuccheri: -OH sostituito da –NH₂. Galattosammina (cartilagine). N-acetilglucosammina (chitina, rivestimento di insetti).

NB: Amminozuccheri + proteine danno glicoproteine. Amminozuccheri + lipidi danno glicolipidi.

Lipidi

Noti anche come acidi grassi, ovvero lunghe catene di atomi di C legati ad H. Sono insolubili in acqua. Saturi: formati da acidi grassi con singoli legami, “cattivi”. Insaturi: acidi buoni, ricchi di doppi legami. Sono importanti perché creano fosfolipidi nelle membrane biologiche. Costituiscono anche ormoni come gli steroidi. Creano pigmenti come i carotenoidi. Sono mediatori cellulari come le prostaglandine.

Liposolubilità e idrosolubilità

Alcune sostanze sono solubili in acqua, altre in sostanze organiche (liposolubili). Questo succede perché dipende dalle cariche nelle molecole. Le sostanze polari tendono ad andare verso l’acqua, quelle apolari invece no. Le proteine hanno sia regioni idrofobe che idrofile. Una molecola lipidica importante è il colesterolo.

Modulo base cellulare della vita

La cellula è l'unità fondamentale degli organismi viventi. Esistono organismi unicellulari e pluricellulari.

Cellula procariota

Semplice struttura DNA, senza nucleo, organuli quasi assenti ma con parete cellulare.

Cellula eucariota

DNA organizzato in cromosomi, nuclei evidente, organuli presenti, senza parete cellulare negli animali.

Evoluzione

Insieme dei processi che hanno contribuito a trasformare la vita sulla terra a partire dalle sue forme più antiche fino alla vasta diversità di oggi.

Cos’è la biodiversità?

Varietà degli organismi sul pianeta da un punto di vista morfologico, genetico. Specie: gruppi di popolazioni con individui interfecondi, in grado di generare prole fertile.

Classificazione

• MONERE: organismi procarioti come batteri e alghe e cianobatteri
• PROTISTI: eucarioti unicellulari come i protozoi
• PIANTE: eucarioti pluricellulari con fotosintesi
• FUNGHI: eucarioti plur. decompositori
• ANIMALI: euc. plur. che si nutrono ingerendo altri organismi

Classificazione in domini

• ARCHEI: batteri antichi che metabolizzano zolfo
• BACTERIA: batteri moderni fatti da procarioti
• EUKARYA: funghi, piante, animali

Meccanismo dell’evoluzione

Mutazioni, migrazioni, isolamento geografico. Speciazione: su un’isola due specie uguali hanno subito mutazioni diverse.

Selezione naturale

Adattamento: successo riproduttivo dei diversi fenotipi derivante dalle differenti modalità di interazioni degli organismi con l’ambiente. Gli animali di una stessa specie nascono con piccole differenze individuali, l’ambiente opera su di essi una selezione consentendo la sopravvivenza dei più adatti.

• SELEZIONE INDIVIDUALE: aspetti di tipi selettivo su base individuale
• SELEZIONE DI GRUPPO: predisposizione innata a privilegiare membri vicini a noi
• RECIPROCO ALTRUISMO: legare rapporti è vantaggioso per l’evoluzione

Elisabetta Izzo origini e storia della vita

La vita è influenzata dai processi evolutivi, ma fino al XX secolo si pensava che si generasse spontaneamente. Per smentire questo ci rifacciamo all’esperimento di UREY E MILLER (1953).

Bisogna partire dalla genesi della terra per comprenderlo:

• Big Bang: enorme esplosione, dispersione di materiali (10-20 miliardi anni fa)
• Origine terra: attrazione gravitazionale masse rocciose (5 miliardi anni fa)
• Raffreddamento crosta terrestre (4 miliardi anni fa)
• Origine della vita (3,5 miliardi anni fa) derivante dalle condizioni appropriate (attività vulcanica, meteoriti, scariche elettriche, radiazioni)

Atmosfera primordiale

Di tipo anaerobico, cioè priva di ossigeno, bensì metano e idrogeno. Si sviluppano i primi organismi. Quel poco di ossigeno libero reagiva con H₂ per dare acqua. Con carbonio, ferro e silicio per dare ossidi.

Esperimento

1. Pallone di vetro contenente gli elementi e i composti citati prima.
2. Vengono applicate scariche elettriche per simulare tempeste.
3. Viene prelevato il liquido formatosi e messo in un’altra ampolla (comparto oceanico). Il comparto oceanico viene messo sopra una fiamma e l’evaporazione spinge il gas formatosi nella prima ampolla. Il tutto viene prelevato e studiato.
4. Dopo poco tempo, si nota la formazione di biomolecole all’interno del composto ottenuto. Si conferma così l’origine della vita sulla terra.
5. Le biomolecole, grazie alla sintesi abiotica, possono essere sintetizzate senza la presenza di composti organici.

Brodo primordiale

Reazioni di polimerizzazione su rocce calde, lava, argilla... Con la disidratazione le biomolecole createsi ricadono in mare (sistema acquoso) e creano gocce oleose. Le gocce oleose catturano piccole sequenze peptidiche in grado di sviluppare attività enzimatica e quindi avere un metabolismo.

Ipotesi del metabolismo iniziale di R.Shapiro.

Protobionti

Precursori delle cellule. A lungo andare si trasformano in strutture più complesse, probabilmente date da una forma ibrida di acido nucleico che aveva la capacità di avere attività enzimatica. Questo acido nucleico arcaico è noto come ribozima.

Ribozima

Acido nucleico/enzima, dotato di Rna con capacità catalitica, ovvero enzimatica. Riusciva a sintetizzare proteine e duplicarsi. Ancora adesso dentro ai ribosomi troviamo tracce di ribozimi. Sono quindi nate vere e proprie cellule, semplici e di natura batterica.

Origine diversità del pianeta

1. Primi organismi anaerobi eterotrofi (vivono senza ossigeno)
2. Anaerobi autotrofi (si creano da soli sostanza organica, es: solfobatteri)
3. Autotrofi aerobi (consumano O₂ E H₂O e lo liberano nell’aria, rendendo così l’atmosfera ossidante)

Origine eucarioti

Cellule complesse e con metabolismo molto attivo, consumano e liberano energia. Si conoscono due modelli.

Modello autogeno

La cellula fa tutto per conto suo, membrane interne alla cellula per separare il nucleo dal resto della cellula.

Modello endosimbiotico

La cellula più grande porta al suo interno cellule più piccole che sanno svolgere funzioni che la cellula grande da sola non riuscirebbe a svolgere. Questo processo si chiama simbiosi, i piccoli aiutano la grande. Si parla di mitocondri nel caso di cellule animali, mitocondri e cloroplasti per la cellula vegetale. I mitocondri sono gli unici a condurre vita propria fuori dalla cellula.

Secondo questo modello, i mitocondri e i cloroplasti deriverebbero da antichi procarioti che si sono introdotti in cellule più grandi. Qui i procarioti avrebbero dato origine a un rapporto di simbiosi, cioè uno scambio reciproco di favori: la cellula più grande avrebbe fornito biomolecole e sali minerali, mentre i procarioti avrebbero fornito energia. La teoria viene detta endosimbiontica appunto perché prevede una simbiosi, ossia un rapporto vantaggioso, tra due organismi che vivono l’uno all’interno dell’altro.

Gli eucarioti si sono generati 2,7 miliardi di anni fa, si capisce grazie alla presenza di biomolecole note come sterane (molecole derivanti da steroidi).

Origine invertebrati

Si passano vari stadi:

1. Protisti (celenterati, molluschi, crostacei, insetti)
2. Forme coloniali di protozoi (unicellulari aggregati assieme, come le spugne)
3. Specializzazione degli aggregati cellulari (es riproduzione, respirazione...)
4. Differenziamento di strutture per la locomozione, alimentazione... (nascita degli apparati)
5. Si sviluppa un sistema nervoso che governa tutto. Dall’unicellularità si passa alla pluricellularità.

Origine vertebrati

• Pesci, anfibi, mammiferi, uccelli
• Accentuato sviluppo corporeo
• Colonna vertebrale con struttura muscolare e ossea specializzate per il movimento (scheletro e vertebre)
• Evoluzione delle strategie alimentari
• Sviluppo centri sensoriali specializzati e cefalizzazione (collegamento con il cervello)

Si creano nuovi organismi:

• CICLOSTOMI (manca mandibola, si attaccano ad altri animali)
• PESCI
• ANFIBI
• RETTILI
• UCCELLI
• MAMMIFERI

Origine in acqua con respirazione branchiale. ANFIBI: doppi respirazione. Nota bene: anche noi nel sacco amniotico utilizziamo una respirazione branchiale. I pesci sviluppano degli arti e camminano sulla terra ferma. Nascono i primi mammiferi sulla terra, tuttavia non si diffonderanno per tutta la durata dell’era rettiliana (dinosauri). L’età dei mammiferi inizia con l’estinzione dei dinosauri.

Evoluzione primati

Ordine dei mammiferi comprendenti lemuri, scimmie e uomo. Si distinguono dagli altri per la presenza di pollice opponibile. Hanno le ossa degli arti articolate e separate l’una dalle altre, capo girevole, occhi con visione anteriore, orbite con margine osseo completo.

• Proscimmie: primati filogeneticamente più antichi
• Scimmie antropomorfe: scimmie geneticamente più vicine all’uomo

Noi deriviamo dalle cosiddette “scimmie del vecchio mondo", quelle che derivano dalle scimmie africane ed endoasiatiche. Le altre specie derivano dalle “scimmie del nuovo mondo", quelle del Centro America. La divisione in due gruppi probabilmente deriva dall’allontanamento geografico nato dopo la deriva dei continenti e dalla diversità genetica nata dopo questo fenomeno.

Caratteristiche primati

Scapole mobili, pollice opponibile, dita con sensibilità tattile senza artigli, occhi posizione frontale, coordinazione mani-occhi, cure parentali sviluppate.

Elisabetta Izzo sensibilità epicritica

Ancora oggi alcuni stimoli rispondono a zone del sistema nervoso più antiche, altre invece a zone più moderne.

Percorso ominazione

Il percorso stile scala evolutiva che conosciamo è in realtà errato. Non deriviamo da una specie, bensì da un gruppo di scimmie più vasto. È probabile che nel tempo questi gruppi si siano scontrati fra loro e il vincente sia poi stato quello che ci ha reso ciò che siamo ora.

Percorso evolutivo

Progenitore: egittopitecus = separazione in 2 linee evolutive circa 5 milioni di anni fa, UOMO e SCIMPANZÈ. Evoluzione a mosaico: chi si evolve e chi si estingue per predisposizione a malattie o tendenza all’infanticidio.

1. EGITTOPITECUS: ancora scimmie, naso accorciato, canini ridotti, molari appiattiti (masticazione erbivora)
2. AUSTRALOPITECO: bipedi, sviluppo massa encefalica
3. HOMO ABILIS, ERGASTER E ERECTUS: sviluppo corporeo, encefalo 2x, utensili e fuoco
4. HOMO DI NEANDERTHAL E SAPIENS: forme di arte

Discendenti homo erectus: altri erectus migrano fuori dall’Africa ed danno vita a quello di Neanderthal (30.000 anni fa) quelli che restano in Africa=Sapiens (è probabilmente il sapiens ad aver fatto estinguere il Neanderthal). I primi sapiens assomigliano ad alcune popolazioni come i Boscimani. La specie umana è l’unica che necessita di assistenza durante il parto.

Evoluzione biologica

Postura eretta, modifiche anatomiche, sviluppo encefalico, cure parentali...

Evoluzione culturale

Trasmissione culturale, sviluppo agricoltura, rivoluzione industriale, meme...

4 tappe evolutive

Sviluppo società cacciatori-raccoglitori, sviluppo agricoltura, rivoluzione industriale e infine tecnologica.

Modulo cellula

• Base della vita
• Proliferazione cellulare e differenziamento cellulare

Cellula procariota

La cellula più semplice, non ha un nucleo ben strutturato, ha una parete cellulare, una membrana plasmatica, un citosol, un nucleoide (un quasi nucleo), mesosoma, flagelli, pili e ribosomi.

• 3 morfologie: cocco, bastoncino e spirilli
• I batteri (cellula procariota) hanno la capacità di comunicare tra loro attraverso sostanze di natura amminoacidica chiamate AUTO INDUCENTI. Le sostanze amminoacidiche sono i gram positivi (peptide ribosomiale) e gram negativi (omoserina). Queste sostanze portano ad un Quorum Sensing, ovvero una notevole popolazione di batteri.

Cellula batterica

1. PARETE CELLULARE: un supporto meccanico che stabilizza la forma della cellula. Alcuni dei polimeri che la costituiscono agiscono da potenti tossine. Uno di questi è il peptidoglicano.
   • Peptidoglicano: polimero complesso composto da due tipi di zuccheri, N-acetilglucosammina e Acido N-acetilneuraminico che sono legati a polipeptidi più corti
   • Tossine: lipopolisaccaridi di parete che infettano nel momento in cui il microorganismo si sfalda
   • La differenza tra gram positivi e negativi è data dalla natura della parete cellulare e dalla quantità di peptidoglicano
2. CAPSULA: di natura polisaccaride, difende il batterio dagli attacchi del sistema immunitario e dagli antibiotici
3. FLAGELLI: appendici esterne per muoversi
4. PILI: facilitano l’adesione reciproca tra batteri e l’adesione alle cellule dell’ospite animale. Sono estroflessioni che facilitano lo spostamento ma anche l’attività sessuale (coniugazione batterica). I batteri sviluppano i geni per distruggere gli antibiotici e condividono l’informazione con gli altri.
5. NUCLEOIDE: porzione di citoplasma relativamente trasparente e contenente il materiale ereditario
6. MESOSOMA: organulo che appare solo quando la cellula si divide in due
7. RIBOSOMI: unico organulo presente nella cellula. Quando le condizioni sono ideali per una cellula, questa può produrre spore per sopravvivere.

I virus

Strutture acellulari definibili come aggregazioni di macromolecole, quali proteine e acidi nucleici, rivestite da membrana fosfolipidica. Hanno necessità di parassitare una cellula per sopravvivere, sono parassiti endocellulari. Talvolta possono parassitare solo un tipo di cellule (HiV-globuli bianchi).