Appunti di Biologia applicata. Caratteristiche degli organismi viventi

Biologia

essere vivente → unità genetica organizzata, caratterizzata da un metabolismo e capace di riproduzione ad ordine

complessità specificatamente definita, crescono e si sviluppano, regolano i propri processi metabolici, rispondono agli stimoli, si riproducono, si evolvono e si adattano all'ambiente

Teoria cellulare

• le cellule sono le unità fondamentali della vita
• tutti gli organismi sono composti da cellule
• tutte le cellule originano da cellule preesistenti

una piccola cellula ha un rapporto superficie/volume maggiore di una cell. grande con la stessa forma

microscopio → aumenta il potere di risoluzione dell'occhio umano (0,2 mm)

• micr. OTTICO → sfrutta lente e luce visibile
  • risoluzione 0,2 μm ≈ ingrandisce di 1000 volte
• micr. ELETTRONICO → sfrutta elettromagneti per focalizzare un fascio di elettroni diretti verso una pellicola fotografica per creare una immagine visibile
  • risoluzione 0,2 mm ≈ ingrandisce di 100000 volte

cellula

• 70% acqua
• 30% altri componenti
  • soprattutto carbonio (C), ossigeno (O), azoto (N), idrogeno (H)
  • altri: fosforo (P), zolfo (S), calcio (C e C) e potassio (K)

componenti semplici:

• zuccheri
• acidi grassi
• amminoacidi
• nucleotidi

componenti complessi:

• polisaccaridi
• grassi/lipidi/membrane
• proteine
• acidi nucleici

PROTEINE

funzioni:

• catalizzano reazioni chimiche ➔ enzimi
• trasportano molecole
• regolano sviluppo e funzionamento della cellula
• fungono da messaggeri chimici ➔ ormoni e neurotrasmettitori
• permettono il passaggio selettivo di molecole ➔ canali ionici e pompe
• attaccano selettivamente agenti esterni ➔ anticorpi del sist. immunitario
• protezione di membrane dentale e fusci ➔ cheratina e clorattrina
• regolazione di movimenti dentale e fusci ➔ ciglia, trasporto asssoplasmattico e contrazione muscolare

Struttura chimica ➔ polimeri costituiti da amminoacidi legati tra loro

amminoacidi:

• gruppo amminico H₂N - C - R - COOH gruppo carbossilico
• residuo amminoacidico specifico di quell'amminoacido

queste caratteristiche determinano la struttura tridimensionale e la funzionalità della proteina

• rende la molecola carica, idrofobica o polare
• idrofobica ➔ attira molecole polari o cavicole
• idrofila ➔ attira acqua e ioni di carica opposta

amminoacidi essenziali ➔ l'organismo non sa produrli

• sono 8: Triptofano, fenilalanina, lisina, treonina, valina, leucina, isoleucina e metionina
• per i neonati lo sono anche la arginina e l'istidina

legame peptidico ➔ legame covalente tra -NH₂ di un amminoacido e -COOH di un altro amminoacido

si forma liberando una molecola di acqua

R₁ H H H O

H₂N - C - C - N - C - C - OH

R H

caratteristiche DNA:

• filamenti antiparalleli
• avvolti a spirale in senso destroso - doppia elica
• desossiribosio + fosfato fortemente polari; esposti all'interno
• le cariche negative dei gruppi fosfato possono interagire con ioni inorganici (es: magnesio) o proteine basiche (es: istoni)
• basi azotate rivolte verso l'interno
• ogni giro di elica comprende 10 nucleotidi
• il passo della spirale è 3,4 nm
• diametro della elica costante 2 nm
• ad ogni livello una purina interagisce con una pirimidina

funzioni DNA

• contiene info organizzate in sequenze di nucleotidi (geni)
• passa le info alle proteine che le esprimono fisicamente
• si duplica per conservare e passare le info alle cell.
• struttura del dpl permette di contenere una quantità illimitata di informazioni
• introdotto in una cell., può modificare le caratteristiche genetiche

nucleotidi

altre funzioni:

• trasportano energia nei legami fosfodiesterici facilmente idrolizzabili
• si combinano con altri gruppi per dare coenzimi
• sono usati come vettori specifici di messaggi intracellulari

RNA

• singolo filamento
• tipi di basi: adenina, citosina, guanina, uracile
• zucchero: ribosio
• principali tipi:
  • RNA messaggero (mRNA) - intermedio nel trasferimento delle informazioni dai geni alle proteine
  • RNA di Trasferimento (tRNA) - adattatore molecolare indispensabile per la traduzione del messaggio
  • RNA ribosomiale (rRNA) - componente strutturale dei ribosomi

mitocondrio

• lungo 4μm
• da 1 a migliaia per cellula
• membr. est. e membr. int.
  • forma numerose invaginazioni, creste mitocondriali
    • sede del trasporto di e- e della fosforilaz. ossidat.
    • contiene citocromi e proteine della catena respiratoria
• composta da cardiolipina e proteine/lipidi
• no colesterolo

matrice mitocondriale

• sede del ciclo di Krebs
• contiene enzimi, DNA, RNA, ribosomi
  • di origine materna
  • + mutazioni frequenti -> malattie mitocondriali
  • decadimento capacità respirat.

37 geni che codificano per:

• rRNA (2), tRNA (22), proteine della fosforilazione ossidativa (13)

ipotesi endosimbiotica

• i mitocondri sono derivati evolutivamente da procarioti che vivevano in simbiosi all'interno di una cell. più grande

dati a favore:

• dimensioni di un procariote
• hanno un proprio DNA
• possono dividersi formando copie simili a se
• ribosomi simili ai procarioti

citoscheletro

• rete di filamenti nel citoplasma
• funzioni:
  • ancoraggio giunzioni cell.
  • continuità meccanica tra cell. dello stesso tessuto
  • resistenza alla trazione
  • forma della cell.
  • trasporto componenti cell.
  • motilità cell.

costituito da microtubuli, microfilamenti, filamenti intermedi

microtubuli

• tubuli cavi fatti di tubulina
• struttura dinamica -> capaci di accorciarsi e allungarsi
• inserzione nei centrosomi -> composti da due centrioli

diffusione semplice

• influenzata da diametro, temperatura, carica elettrica e concentrazione
• soluti apolari e piccoli passano per gradiente di concentrazione
• osmosi → flusso di H2O da una soluz. ipotonica a una ipertonica separate da una memb. semipermeabile
• agisce contro il gradiente di concentrazione

bilayer lipidico impermeabile a molecole idrofile

• sono necessarie proteine di trasporto
• permettono ingresso/uscita di molecole specifiche

• es: zuccheri, amminoacidi... devono entrare
• es: ioni H+, Na+, K+, Ca²⁺, devono avere una certa concentrazione

diffusione facilitata

• grazie a canali ionici (permanenti) o carrier (prot. trasporto), che fanno passare una sostanza secondo il gradiente elettrochimico
• proteine canale: legano il soluto da un lato e lo rilasciano dall'altro
• proteine carrier: formano pori idrofili in cui passano certe ioni
• chiamano un sito in cui si lega un carico (oppure a amminoacidi)
• composte da più elementi (4-6), la parte che attraversa il bilayer sia struttura α-elica
• rilasciano con ossi fosfoca una modifica della conformazione
• canali passivi o ad accesso variabile

• sempre aperti, aprono in risposta a certi stimoli

trasporto attivo

• movimento contro il gradiente di concentrazione
• usa energia dagli idrolisi di ATP
• le proteine sono delle pompe
• 3 meccanismi:
• uniporto → trasporto in una direzione
• simporto → trasporto simultaneo di due sost. in una direzione
• antiporto → due sost. in direzioni opposte
• diretto → usa energia dall'ATP
• indiretto → usa uno ione con gradiente di conc. a favore per risparmio energia

es: presenza di messaggeri chimici, esseri o intracellulari carica, di voltaggio, nodoli tensione meccanica