Appunti Biologia generale

BIOLOGIA

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LA CELLULA 3

FONDAMENTI CHIMICI E MOLECOLARI DELLE STRUTTURE CELLULARI 4

MACROMOLECOLE 4

PROCARIOTI 5

MICOPLASMI, GENOMA MINIMO E ORGANISMO ARTIFICIALE 7

ARCHEA 7

MICROSCOPIO 7

STRUTTURE CELLULARI 8

MEMBRANE CELLULARI 9

ENTITÀ BIOLOGICHE CHE SFIDANO I COMUNI CRITERI DI CLASSIFICAZIONE 10

PROTISTI 11

MALARIA 11

DNA 11

TRASCRIZIONE E SINTESI PROTEICA 13

RIBOSOMI 13

CONTROLLO DELL’ESPRESSIONE GENICA TRASCRIZIONALE ED EVENTI POST-

TRADUZIONALI 14

LA DIVISIONE CELLULARE NEGLI EUCARIOTI 15

MEIOSI 17

GAMETOGENESI, SVILUPPO E DIFFERENZIAMENTO 18

VIRUS 19

VIRUS A RNA A SINGOLO FILAMENTO POSITIVO (+ssRNA) 20

RETROVIRUS E PRIONI 20

VIRUS GIGANTI 20

CITOSCHELETRO 21

ENERGIA, ENZIMI E REAZIONI BIOLOGICHE 22

MITOCONDRI 23

MIDICHLORIA E CYANELLE 25

FOTOSINTESI E CLOROPLASTI 25

PIANTE 26

FUNGHI 26

ANIMALI 1 27

ANIMALI 2 28

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LA CELLULA

scienti ca

Le basi di un’indagine sono: l’osservazione, l’ipotesi e la sperimentazione.

Queste basi sono seguite dalla costruzione di una teoria che permetta di descrivere i

fenomeni e formulare previsioni attendibili.

metodo scienti co/sperimentale,

Galileo Galilei formulò il approfondito successivamente

dagli studi di Newton.

La scienza è una forma umana di conoscenza, per questo non fornisce verità assolute ma

ragionevoli certezze sostenute da prove e veri che.

La biologia ha diverse applicazioni, come l’agricoltura, la medicina e la conservazione

della biodiversità.

essere vivente

Un è un’unità altamente organizzata, dotata di genoma, caratterizzata da

metabolismo e capace di riprodursi e di evolversi. Tutti gli organismi sono divisi in tre

domini regni

(batteri, archea ed eucarioti) e sei (eubatteri, archea, protisti, piante, funghi e

animali). unicellulari

Gli organismi possono essere (archeobatteri, eubatteri e protesti) o

pluricellulari (funghi, piante ed animali). procariotiche

Tutti i regni ed i domini sono riconduci a due tipi di cellule: ed

eucariotiche.

teoria di Lynn Margulis

Secondo la (1967) la cellula eucariotica si è originata per

endosimbiosi:

1. Perdita della parete cellulare;

2. Ripetuta invalidazione del plasmalemma, che ha provocato un aumento della

super cie, che ha portato ad un maggiore tasso di assorbimento di sostanze

nutritive dall’ambiente circostante;

3. Formazione delle membrane interne associate ai ribosomi, alcune delle quali

hanno circondato il DNA;

4. Il DNA si è associato alla membrana di una vescicola (precursore del nucleo). Si è

formato il citoscheletro e i primitivi vacuoli si sono trasformati in lisosomi;

5. Il agello sviluppato costituisce un organo di propulsione;

6. I perossisomi potrebbero essersi formati per l’endocitosi di procarioti dotati di

capacità detossi canti;

7. I mitocondri si sono evoluti per endocitosi di procarioti;

8. I cloroplasti si sono evoluti per endocitosi di cianobatteri.

3

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L’endosimbiosi si può dividere in due fasi:

- Endosimbiosi I: compartizione di membrana ed isolamento del DNA;

- Endosimbiosi II: origine degli organellli eucariotici e acquisizione di procarioti non

fotosintetici

La relazione tra una cellula fagocitante e la sua preda procariotica si è stabilizzata come

simbiosi.

=> L’origine della cellula per endosimbiosi ha permesso l’evoluzione e la

diversi cazione di sei regni dei viventi sulla terra.

FONDAMENTI CHIMICI E MOLECOLARI

DELLE STRUTTURE CELLULARI

L’idrogeno, il carbonio, l’ossigeno, il fosforo, lo zolfo e l’azoto costituiscono il 98% della

materia vivente.

carbonio

Il per completare il suo guscio elettronico fa quattro legami con altri atomi.

L’acqua è la molecola più preziosa. I suoi legami fondamentali sono il legame idrogeno e

il legame covalente polare. Le interazioni tra le molecole d’acqua sono molto forti, per

questo alcuni animali riescono a “camminare” sulla sua super cie. Gli stati dell’acqua

sono: il vapore acqueo (gas), acqua (liquido) e ghiaccio (solido). L’acqua è una molecola

polare e può sciogliere sali con il legame ionico (solvatazione):

- La parte positiva dell’acqua (idrogeno) si associa allo ione negativo;

- La parte negativa dell’acqua (ossigeno) si associa allo ione positivo.

pH=-log(H ) => è la misura della concentrazione di ioni idrogeno in soluzione ed indica

+

l’acidità o la basicità di una soluzione acquosa.

legame ionico

Il si forma quando un elettrone si trasferisce da un atomo all’altro e di

conseguenza si formano due ioni (uno positivo e uno negativo).

interazioni di Van der Waals

Le sono associazioni tra molecole basate non solo sullo

spostamento o condivisione di elettroni ma su oscillazioni temporanee di nubi elettroniche

che generano dipoli. MACROMOLECOLE

lipidi

I sono i componenti principali delle membrane. Contengono carbonio, idrogeno e

ossigeno. Sono solubili in solventi apolari. La molecola trigliceride si forma da una

molecola di glicerolo e tre molecole di acidi grassi con l’eliminazione di tre molecole di

acqua (reazione di esteri cazione). I fosfolipidi si formano quando due catene di acidi

grassi e una molecola (piccola e polare) contenente fosfato si legano al glicerolo. I lipidi di

membrana si dispongono in un doppio strato con le regioni apolari o code (idrofobe) al

centro e le teste polari (idro le) in super cie. Si forma una barriera idrofoba nella parte

centrale della membrana, essa è un componente fondamentale della membrana cellulare

ed è impermeabile all’acqua.

colesterolo

Il regola la stabilità strutturale e la uidità delle membrane interagendo con i

fosfolipidi. 4

fi fi fi fi fl fi

glucidi

I sono polialcoli polari e fonte di energia. Possono essere semplici

(monosaccaridi), formare catene a due glucidi (disaccaridi) o a molti glucidi (polisaccaridi).

Si possono trovare in gruppo contenenti fosfato o azoto in forma amminica

(amminozuccheri).

peptidoglicani

I sono polisaccaridi della parete cellulare dei batteri (eubatteri). Sono

polimeri formati da due amminozuccheri: n-acetilglucosammina (NAG) e n-

acetilmurammico (NAM), essi sono collegati da oligopeptidi.

amminoacidi proteine

Gli e le sono composti che contengono carbonio, idrogeno,

legame peptidico

ossigeno e azoto. Il carbonio e l’azoto sono legati da un (o

carboamminico). Tramite la reazione di condensazione si forma un legame covalente con

delocalizzazione parziale degli elettroni, che conferisce al legame una notevole stabilità.

Le strutture delle proteine sono:

- primaria:

Struttura catena di amminoacidi legati tra loro dal legame peptidico;

- secondaria:

Struttura -elica o -foglietto;

- terziaria:

Struttura avvolgimento della proteina singola (monomero);

- quaternaria:

Struttura associazione di due o più proteine (subunità).

Per mantenere un struttura secondaria sono presenti legami idrogeno mentre le

interazione idrofobiche e le interazioni di Van der Waals mantengono le strutture terziarie.

Alcuni esempi di proteine con la struttura quaternaria sono: l’emoglobina (4 proteine

globulari) e il collagene (3 proteine lamentose). Gli agenti denaturanti possono portare

alla distruzione della struttura secondaria e terziaria della proteina (denaturazione) che

porta alla perdita dell’attività biologica. Alcune denaturazioni sono reversibili mentre alle

chaperonine,

no. Alcune proteine, dette aiutano il ripiegamento di altre proteine e le

proteggono da legami inappropriati.

nucleotidi

I sono i componenti degli acidi nucleici e contengono carbonio, idrogeno,

ossigeno e azoto. Sono composti da:

- base azotata:

Una che può essere pirimidina (citosina, timina e uracile), un solo

anello, oppure purina (adenina e guanina), doppio anello;

- pentoso:

Un uno zucchero con cinque atomi di carbonio, può essere il ribosio

(nell’RNA) , con un gruppo -OH, o il deossiribosio (nel DNA), con solo un -H;

- gruppo fosfato:

Un deriva dall’acido fosforico (H PO ).

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acidi nucleici

Gli sono:

- DNA: acido deossiribonucleico, deriva dal’RNA. Può contenere le seguenti basi

azotate: timina, adenina, citosina e guanina. Esse si appaiano secondo

l’appaiamento di Watson-Crick: guanina-citosina (3 legami idrogeno) e adenina-

timina (2 legami idrogeno). Nel 1962 Watson e Crick scoprirono la struttura del

DNA: la più comune è quella DNA-B (le basi azotate si appiano al centro, sono

quasi complanari, e i pioli laterali sono composti da deossiribosio e fosfato,

molto angolati fra loro).

- RNA: acido ribonucleico, è l’acido nucleico originale. Può contenere le seguenti

basi azotate: adenina, citosina, guanina e uracile.

PROCARIOTI

mono letica

L’origine dei tre domini è (avvenuta a partire da un antenato comune di tipo

procariotico). 5

fi fi

Le forme principali della cellula batterica sono: cocchi, bacilli e spirilli. La cellula batterica

procariotico:

è una cellula di tipo il primo tipo di cellula che si è evoluta sul pianeta, per

questo gli eubatteri sono estremamente diversi cati.

Parete cellulare:

- Contiene peptidoglicani (polimeri di due amminozuccheri: NAG e NAM);

- Le diverse caratteristiche della parete evidenziate dalla colorazione ideata da H. C.

Gram distinguono gli eubatteri in:

- Gram positivi: la parete cellulare è composta da uno spesso strato di

peptidoglicani e dalla membrana plasmatica. Non si decolorano;

- Gram negativi: la loro parete cellulare è composta da una membrana esterna, da

uno strato sottile di peptidoglicani e da una membrana plasmatica. Si

decolorano.

Flagello batterico:

- Motorino molecolare a protoni;

- Costituito da più di cinquanta proteine;

- Il movimento è determinato dal usso di protoni Inn una struttura che ruota

intorno alla base, che è situata nella membrana plasmatica.

Riproduzione:

- Scissione binaria: è una riproduzione asessuata. Il dna molecolare si replica e si

separa in due molecole, si separano anche la membrana plasmatica e il

citoplasma ed in ne si ricostruisce la parete batterica intorno alle due cellule

glie;

- Coniugazione: è una forma di riproduzione sessuata primitiva. Avviene un

trasferimento di geni da una cellula all’altra tramite sottili protuberanze, dette pili.

Spirochete:

- Gram negativi;

- Con lamenti assiali nella membrana periplasmatica (endo agelli) che

determinano un veloce movimento a spirale;

- Sono chemioeterotrofe e conducono vita libera;

- Alcune provocano gravi malattie come la si lide e la malattia di lyme.

Cianobatteri:

- Gram negativi;

- Procarioti autotro ;

- I primi a sviluppare la fotosintesi ossigenica;

- Alcune specie formano coloni lamentose in grado di ssare azoto atmosferico,

tramite eterocisti, delle cellule specializzate per la ssazione dell’azoto tramite

nitrogenasi, inattivata dall’ossigeno;

- Struttura simile a quella dei cloroplasti, infatti si pensa che li abbiano generati

per endosimbiosi secondaria.

organismo modello

Un è una specie “non umana” studiata in modo approfondito per

ottenere informazioni estendibili ad altre specie, è rappresentativo per altre specie. È

adatto per ricerche in laboratorio perché è di piccole dimensioni, a ciclo biologico breve e

facile ed economico da allevare.

Ipertermo li:

- Gram negativi;

- Alcuni sono estremo li;

- A. Aeolicus produce enzimi termoresistenti di grande interesse biotecnologico.

Adobatteri:

- Gram negativi;

- Estremo li fortemente radioaresistenti e ipertermo li.

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radioattività

La è l’emissione di energia da parte di radionuclidi. Le misure di radioattività

dipendono dall’entità delle radiazioni emesse da una sorgente, dalla dose assorbita da un

essere vivente e dagli e etti biologici su un essere vivente esposto alle radiazioni e dai

potenziali rischi di salute. Le unità di misura: della radiazione emessa sono i Curie (Ci) e i

Becquerel (Bq),1 Ci= 37x10 Bq; della radiazione assorbita sono i rad e i Gray (Gy), 1Gy=

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100 rad= 1J; del rischio biologico sono i rem (1 rem= 1 radxQ, Q-> Quality Factor) e i

Sievert (Sv), 1 Sv=100 rem. Nel sistema internazionale si usano i Becquerel, i Gray e i

Sievert.

Proteobatteri:

- Gram negativi;

- Gruppo più numeroso e diversi cato di batteri, con forme autotrofe, eterotrofe e

azoto ssatrici;

- Tramite endosimbiosi hanno originato i mitocondri nella cellula eucariotica.

rmicutes)

Gli eubatteri gram positivi a basso contenuto di GC (o sono caratterizzati

endospore

dalla presenza di endospore. Le sono forme quiescenti e non riproduttive che

consentono la sopravvivenza dei rmicutes in condizioni di cili.

MICOPLASMI, GENOMA MINIMO E

ORGANISMO ARTIFICIALE

micoplasmi

I sono eubatteri a basso contenuto di GC. Sono i più piccoli tra i procarioti e

non hanno la parete cellulare, per questo non sono classi cabili tramite la colorazione di

gram. Sono parassiti vegetali, animali e umani.

genoma minimo

Il è il numero minimo di geni indispensabile per la sopravvivenza

genoma

dell’organismo. Dagli studi sul genoma minimo si originò un progetto sul

arti ciale contenente tutti i geni necessari per la vita.

ARCHEA

archea

Gli sono procarioti estremo li che vivono in sorgenti caldissime e/o in pozze ad

elevata salinità. Sono geneticamente e metabolicamente più simili agli eucarioti, perché

sono privi di peptidoglicani, condividono con loro i meccanismi di replicazione e riparo del

DNA e non possono produrre endospore. Si dividono in:

- Crenarcheota (estremo li solfodipendenti, termofori e acido li);

- Euryarcheota;

- Nanoarcheota;

- Korarcheota;

- Thaumarcheota. MICROSCOPIO

microscopio semplice

Il è costituito da una lente di ingrandimento mentre il

microscopio composto è la combinazione di lenti che permettono forti ingrandimenti di

oggetti di piccole dimensioni. Nel 1610 Galileo osservò che “capovolgendo” il

7

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funzionamento del telescopio era possibile osservare oggetti minuscoli. Antonie Van

Leeuwenhoek e ettuò la prima osservazione e descrizione di microrganismi tramite lenti

combinate. Nel 1850 John Riddell sviluppò il primo microscopio composto binoculare per

studiare il vibrione del colera.

microscopio ottico

Il è composto da due lenti sottili e connesse in asse tra loro, una

grande, detta oculare, e una piccola, detta obiettivo. L’oggetto da ingrandire è posto in

prossimità del fuoco della lente obiettivo. Si produce una prima immagine reale ingrandita

e capovolta dell’oggetto, si produce, successivamente, una seconda immagine virtuale

(perché i raggi luminosi ri essi della prima immagine dell’oggetto sono divergenti), diritta

e ingrandita. Il sistema del tubo è aggiustato in modo che l’immagine dell’oggetto ricada

tra il fuoco e il centro di curvatura della seconda lente. Alla base del microscopio ottico vi

è il sistema di illuminazione provvisto di una fonte luminosa, di condensatore e di ltri.

limite di di razione di Abbe: D= /NA

Il (=o,2 m se la luce è nello spettro del visibile).

D->distanza minima tra due fuochi; ->lunghezza d’onda della luce incidente;

NA->apertura numerica (=2nsen )

microscopio elettronico a trasmissione

Il (TEM) è stato costruito per la prima volta nel

1939 da Ernst Ruska. La sorgente luminosa è un fascio di elettroni e le lenti sono dei

magneti che generano campi elettromagnetici in grado di convogliare il fascio degli

elettroni sul campione, attraversandolo. Per preparare dei campioni per il TEM bisogna

seguire dei passaggi:

1. Il preparato deve essere ssato in glutaraldeide, posti ssato in tetrissimo di

osmio, disidratato e incluso in un blocchetto di resina epossica;

2. Il blocchetto deve essere tagliato tramite un ultra microtomo in sezioni

ultrasottili;

3. Le sezioni vanno raccolte, collegate su un’apposita griglia (o retino) di rame

o di una altro metallo e colorate con acetato uranile;

4. La griglia va collocata in un supporto che sarà inserito nel TEM, dopo aver

prodotto il vuoto all’interno dello strumento;

5. Si ottengono immagini spettacolari delle cellule che poi dovranno essere

interpretate.

microscopio elettronico a scansione

Il (SEM) produce immagini di un campione

sanzionandone la super cie con un fascio di elettroni. Gli elettroni secondari prodotti dalla

scansione sono raccolti su una super cie rettangolare che riproduce un’immagine

topogra ca e tridimensionale del campione. Il primo SEM fu costruito da Von Andenne nel

1937. Prima di essere inserito nel microscopio il campione va esaminato sotto alto vuoto

e rivestito di materiali conduttivi.

STRUTTURE CELLULARI

cellula procariotica

La è priva di membrana nucleare e il DNA, di forma circolare, è libero

nel citoplasma. È priva di organelli, ad eccezione dei ribosomi, di tipo 70s. La parete

cellulare, se presente, contiene peptidoglicani. Si divide per scissione binaria. È il primo

tipo di cellula apparso sul pianeta.

cellula eucariotica

La ha una membrana nucleare e il DNA nucleare è organizzato in

lunghi lamenti lineare, detti cromosomi. Contiene organelli: ribosomi, di tipo 80s,

mitocondri, reticolo endoplasmatico liscio e rugoso, apparato di Golgi, lisosomi,

citoscheletro, cetrioli (solo nelle cellule animali), cloroplasti e perossisomi (solo nelle

cellule vegetali). La parete cellulare, se presente, contiene cellulosa o chitina. Si divide per

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mitosi o per meiosi. Si è evoluta d