Appunti Biologia generale

Appunti di biologia generale

Caratteristiche generali dei sistemi viventi

Le caratteristiche generali dei sistemi viventi sono racchiudibili in alcune proprietà:

• Unicità chimica
• Complessità ed organizzazione gerarchica
• Metabolismo
• Interazione ambientale: regolazione e omeostasi
• Riproduzione
• Sviluppo
• Evoluzione biologica

L'aspetto fondamentale che distingue un organismo vivente da un oggetto inanimato è la capacità di riprodursi generando altri organismi dotati delle stesse caratteristiche fondamentali controllate da un programma genetico.

Unicità chimica

Tutti i viventi sono costituiti dalle stesse sostanze elementari e 4 elementi ne formano il 90% del totale: carbonio (C), ossigeno (O), azoto (N) e idrogeno (H). Dall'unione di questi 4 elementi o bioelementi si originano le strutture carboniose che si ritrovano in tutti i viventi: le macromolecole biologiche.

Complessità ed organizzazione gerarchica

Ad esclusione dei virus, tutti i viventi, dai più semplici ai più complessi sono formati da unità strutturali e funzionali: le cellule. La cellula è di fatto la più piccola unità. Un insieme di cellule organizzate gerarchicamente dà origine all'individuo vivente. Tuttavia negli organismi unicellulari la cellula equivale ad un individuo. Per individuo si intende un singolo esemplare di una determinata specie mentre l'insieme di individui della stessa specie che abitano la medesima area geografica rappresenta la popolazione.

Metabolismo

È l'insieme di tutte le reazioni chimiche svolte da un organismo come, ad esempio, la capacità di alimentarsi e di eliminare i prodotti di rifiuti. Queste reazioni sono regolate al fine di garantire l'omeostasi cioè garantire la stabilità delle caratteristiche dell'ambiente interno come ad esempio la regolazione della temperatura corporea.

Interazione ambientale (regolazione e omeostasi)

È la capacità dei viventi di reagire agli stimoli. Infatti i viventi possono percepire i cambiamenti esterni e mettere in atto i processi in risposta a tali cambiamenti.

Riproduzione

È la capacità di generare altri organismi viventi simili a se stessi trasmettendo ai discendenti tutti i caratteri ereditabili. Da questa funzione non dipende la vita di un singolo individuo ma la sopravvivenza della specie.

Sviluppo

È la capacità di accrescersi e modificarsi secondo un programma genetico. In altre parole rappresenta l'aumento delle dimensioni e/o del numero delle cellule.

Evoluzione biologica

Le caratteristiche delle popolazioni di viventi cambiano nel tempo adattandosi al cambiamento dell'ambiente circostante (biodiversità).

Molecole organiche: strutture e funzioni biologiche dei carboidrati, lipidi, proteine e acidi nucleici

Tutti gli esseri viventi hanno una composizione chimica ben distinta da quella degli oggetti non viventi. Infatti le molecole degli esseri viventi sono molto complesse e voluminose, formate da un gran numero di atomi e le sostanze complesse che formano gli organismi viventi sono chiamate sostanze organiche, mentre quelle più semplici che formano gli oggetti non viventi, sono dette sostanze inorganiche. Le sostanze organiche sono formate quasi sempre dagli stessi elementi chimici: carbonio, idrogeno, ossigeno, azoto, fosforo, zolfo. Tra questi elementi chimici il più importante è il carbonio. In base alla loro combinazione si generano alcuni gruppi funzionali che conferiscono specifiche proprietà alle molecole organiche.

La chimica organica studia le caratteristiche e il comportamento dei composti contenenti carbonio mentre la biochimica studia i composti organici che formano gli esseri viventi. Le molecole che formano gli esseri viventi si chiamano molecole biologiche o macromolecole biologiche e sono essenzialmente i carboidrati, i lipidi, le proteine, gli acidi nucleici. (Queste molecole sono dei polimeri: cioè molecole formate da lunghe catene date dall'unione di tante parti più piccole e spesso uguali tra loro, chiamate monomeri.)

Le macromolecole biologiche più importanti sono:

• I polisaccaridi che appartengono ai carboidrati/glucidi (come l'amido e la cellulosa)
• Le proteine che appartengono ai protidi
• Il DNA e gli RNA che costituiscono gli acidi nucleici
• I lipidi complessi

Ogni macromolecola assolve a una funzione (deposito energia, supporto strutturale, protezione, regolazione, movimento, ecc.). I tessuti viventi sono costituiti per il 70% di acqua ed il rimanente quasi esclusivamente dalle macromolecole biologiche più o meno nella stessa proporzione.

I carboidrati (zuccheri semplici e complessi)

Presenti in pasta, riso, pane e patate, i carboidrati (CBD) forniscono energia subito utilizzabile. Infatti i muscoli per contrarsi, prendono energia dalla combustione dei carboidrati che nel nostro organismo "bruciano" grazie all'ossigeno. Inoltre forniscono degli scheletri di carbonio fondamentali per la struttura delle molecole. I carboidrati sono anche chiamati glucidi o saccaridi e sono formati da carbonio, idrogeno e ossigeno. Le tipologie di carboidrati sono quattro:

• Monosaccaride (es. glucosio, fruttosio) sono i carboidrati di maggiori dimensioni. Il glucosio è presente in tutte le cellule ed è usato come fonte di energia tramite alcune reazioni chimiche che liberano acqua e biossido di carbonio.
• Disaccaride: dall'unione di due monosaccaridi (es. saccarosio, maltosio composto da due atomi di glucosio)
• Oligosaccaride: dall'unione di alcuni decine di monosaccaridi
• Polisaccaride: (legame glicosidico) di centinaia o migliaia di monosaccaridi. Amido: lega bene con l'acqua. Glicogeno: fornisce riserve energetiche a breve termine per animali (si accumula in fegato e muscoli) e piante. Cellulosa: costituente principale della parete delle cellule vegetali, difficilmente degradabile. Solo gli erbivori (animali che si nutrono solo di vegetali) possono ricavare energia dalla cellulosa, perché nel loro corpo vivono dei batteri particolari in grado di svolgere questa importante funzione.

Le proteine

Le proteine sono indispensabili alla crescita e si trovano soprattutto nei cibi di origine animale. Le proteine sono anche chiamate protidi o peptidi e hanno prevalentemente una funzione plastica: cioè rappresentano "i mattoni" necessari per accrescere l'organismo. Sono fondamentali nella fase di crescita di un essere vivente, ma anche quando in seguito a un danno, ad una ferita l'organismo deve "riparare" le parti mancanti. Le proteine animali sono le più complete rispetto a quelle vegetali, infatti si dicono nobili o ad alto valore biologico.

Più nello specifico le funzioni biologiche espletate dalle proteine sono di:

• Catalisi (enzimi)
• Difesa (anticorpi)
• Regolazione (ormoni)
• Sostegno (muscoli, tendini)
• Trasporto di altre molecole
• Emostasi (arresto dell’emorragia) del sangue

Le proteine sono molecole complesse, cioè sono polimeri formati da molecole più semplici (monomeri) cioè gli amminoacidi. Gli elementi chimici che le formano sono: il carbonio, l'idrogeno, l'azoto e l'ossigeno. In generale, le proteine sono formate da un numero elevato di atomi. Gli amminoacidi sono uniti tra loro per formare una proteina, attraverso un legame chimico chiamato legame peptidico (infatti una proteina si chiama anche polipeptide quando è formata da una lunga catena di amminoacidi). In natura esistono solamente venti tipi di amminoacidi, ma una grandissima varietà di proteine. Questo è possibile perché nella formazione di una proteina è fondamentale l'ordine con cui si legano gli amminoacidi tra loro.

L'ordine con cui gli amminoacidi si legano tra loro è la struttura primaria di una proteina e rende unica la proteina stessa. Ogni amminoacido possiede un carbonio centrale detto α, al quale sono legati 4 gruppi diversi:

• Un atomo di idrogeno
• Un gruppo amminico (NH₂)
• Un gruppo carbossilico (-CCOH)
• Una catena laterale detta gruppo R (determina la struttura tridimensionale e la funzione della proteina)

I 20 amminoacidi possono anche essere suddivisi in base alla natura chimica della loro catena ed in particolare:

• 5 AA con catena a carica elettrica che attraggono molecole d’acqua (idrofile) e tutti gli ioni con segno opposto
• 5 AA con catena polare che formano legami deboli a idrogeno con acqua
• 7 AA con carica apolare (idrofobi)
• 3 AA speciali quali la cisteina, la prolina e la glicina (tutti idrofobi)

La struttura proteica generale è definita come primaria mentre altri 3 livelli superiori donano alla proteina il suo aspetto finale. La struttura primaria è stabilizzata da legami covalenti, la secondaria è stabilizzata da legami a idrogeno ed esistono due tipi di strutture secondarie: l’alfa elica e il foglietto a pieghe.

(Si definisce legame covalente quello che si realizza mediante la condivisione di una o più coppie (o doppietti) di elettroni da parte di due atomi, che in tal modo acquistano la configurazione elettronica esterna stabile (ottetto). Il legame covalente si distingue in: legame covalente puro, o omopolare, legame covalente polare, legame dativo. Il legame covalente puro, od omopolare si stabilisce tra atomi dello stesso elemento.)