Biologia Animale

in trod u zion e:

N a tu re an d n urtu re (natura e cultura): la natura cioè la biologia codificata nel D N A è plasmata

d all'am bien te e dalla cultura ad esem pio i giamaicani sono l'etnia eletta dal punto di vista sportivo

perché su di loro ha agito la selezione naturale nel periodo dello schiavism o degli anglo-africani. N on

e sisto n o le razze ma le etnie in quanto ciò che rende gli individui diversi è la variabilità genetica che

nella popolazione um ana è m olto bassa.

Chim ica della vita

D E F IN IZ IO N E D ELLA VIT A: non è possibile dare u n'unica semplice definizione della vita. Siam o in

gra d o di percepire la vita in relazione ad alcune proprietà degli organism i viventi

I tre a spetti fo nd am en tali che conferiscono agli organismi caratteristiche uniche sono:

• Evoluzione

• T rasm issione dell'inform azione da un sistem a ad un altro

• Trasferim ento di energia

Le p rop rietà della vita cioè i processi biologici condivisi dagli organism i viventi nonostante la loro

diversità so n o che gli organismi:

• S o n o organizzati

• S o n o com posti da cellule (unità funzionali della vita)

• Crescono, si svilu pp an o e c o m p io no l'apoptosi: la crescita biologica è l'aum ento delle

d im ensioni delle singole cellule di un organism o (ipertrofia) o l'aum ento del num ero di

celluleliperplasial. Ogni parte dell'organism o continua a funzionare m entre cresce.

• R e g o la n o i propri processi metabolici (consum ano energia): il m etabolism o è l'insiem e delle

attività chim iche dell'organism o; le reazioni metaboliche d evono essere regolate per

m antenere l'om eostasi che è uno stato di equilibrio dell'am biente interno di un o rganism o

che viene preservato da meccanismi di regolazione che son o sistem i di controllo che si

autoregolano e m antengono l'ordine interno di un sistem a; è il com plesso delle funzioni che

consen ton o all'am biente interno di mantenere costante la propria com posizione e i valori

delle diverse funzioni vitali. L 'om eoresi è un processo in grado di m antenere un flusso

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dinam ico in un sistema biologico regolando i tassi metabolici (lo sconfinam ento da ciò ricade

nella patologia).

• R ispo nd o no agli stim oli (ambiente): gli stim oli in grado di provocare una risposta son o

cam biam ento di colore, intensità o direzione della luce, cam biam enti di tem peratura,

pressione e suono, cam biam enti della com posizione chimica del terreno, aria, acqua. La

risposta determ ina il m ovim ento (m ovim ento am eboide: lento scivolam ento della cellula,

oscillazione delle ciglia o flagelli della cellula, alcuni batteri si m u o vo n o per rotazione dei

flagelli, le spugne e i coralli allo stato larvale p o sso n o m uoversi m a una volta adulti n o e son o

detti sessili perché p ossono avere ciglia e flagelli che m u o vo n o l'acqua e avvicinano il

nutrimento)

• Si riproducono: può essere sessuata o asessuata

• Si evo lv o n o e si adattano: ciò m igliora la capacità di un o rga n ism o di sopravvivere. Gli

adattam enti p osso n o essere strutturali, fisiologici o com portam entali

Il riduzionism o è lo studio dì una struttura m ediante l'analisi delle sue parti; ogni livello ha proprietà

em ergenti cioè proprietà non presenti ai livelli inferiori.

Gerarchia dell'organizzazione biologica:

• atom o (più piccola unità di un elem ento),

• molecole,

• organuli,

• cellule (unità elem entare della vita)

• tessuti (p o sso n o essere solidi m a anche liquidi com e il sangue e la linfa)

• organi (apparato),

• sistemi,

• organism i (individui),

• popolazioni (m em bri di una stessa specie che vivono contem poraneam ente in una stessa

area geografica),

• com unità (popolazioni che v ivon o in u n'area articolare ed interagiscono),

• ecosistem a (com unità insiem e all'am biente)

• la biosfera (insiem e di tutti gli ecosistem i della terra).

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U n ecosistem a autosufficiente è costituito da produttori autotrofi (piante alghe batteri),

consum atori eterotrofi (animali) e decompositori (batteri e funghi). L'atomo, la molecola e gli

organuli non son o un sistema o entità biologica perché non sono viventi (l'unico organulo che è

un'entità biologica è il mitocondrio perché ha il DNA).

U n sistem a biologico è un complesso vivente più grande della som m a delle sue parti (proprietà

emergenti). Diversi apparati funzionano in sinergia al fine di mantenere l'ambiente interno

d ell'organism o su valori costanti, consentendo quindi all'organismo di spostarsi attraverso

am bienti esterni differenti. L'evoluzione è il concetto unificante della biologia ed è il processo

tram ite cui le popolazioni cam biano nel tempo; coinvolge il passaggio di geni da una generazione

all'altra generando differenze nelle popolazioni.

La sistem atica studia la diversità degli organismi e le loro correlazioni evolutive m entre la

tassonom ia è la scienza che studia la nomenclatura e la classificazione degli organismi (Linneo

elaborò la classificazione binomia genere con la maiuscola e specie con la minuscola).

La classificazione è un m etodo di ordinamento che permette il riconoscimento delle diverse

form e viventi (unità naturali) e il loro raggruppam ento in classi progressivamente più estese.

pool genico

L'unità base per la classificazione è la specie; i membri di una popolazione hanno un

(tutti i geni presenti in una popolazione) comune e derivano da un antenato comune.

Il genere è costituito dalle specie strettamente correlate fra loro e un certo num ero di generi

correlati costituisce la famiglia che può essere raggruppata in ordini, che possono essere

raggruppati in classi che possono essere raggruppati in phvla che possono essere raggruppati in

toxon.

regni e questi in dom ini. Ad ogni livello ciascun raggruppamento formale rappresenta il

I tre dom ini basati sulla genetica sono:

• i bacteria (batteri moderni),

• gli archea (batteri antichi, archeobatteri)

• gli eucaria (eucarioti). 5

I cinque regni sono:

• le m onere: procarioti (batteri unicellulari, alghe azzurre o cianobatteri)

• protisti: protozoi (eucarioti unicellulari o pluricellulari semplici o entità coloniali!

• piante: eucarioti pluricellulari (sono autotrofi e com piono la fotosintesi)

• funghi: eucarioti pluricellulari (decom positori)

• animali: eucarioti pluricellulari (si nutrono ingerendo altri organismi)

Gli elementi son o sostanze che non p osso n o essere scisse in sostanze più semplici; gli elementi che

costituiscono più del 9 6 % della m assa di un organism o sono: ossigeno, carbonio, idrogeno e azoto e

in quantità m inori calcio, fosforo, potassio e m agnesio. L'acqua è il 7 0 % del peso corporeo; le

molecole d'acqua so n o coesive cioè h ann o una forte tendenza ad attaccarsi fra loro e sono anche

adesive cioè si attaccano anche ad un'altra grande quantità di sostanze e queste due forze sono alla

base dell'azione capillare dell'acqua. L'atom o è la più piccola porzione di un elem ento ed è composto

da elettroni protoni e neutroni. I legami covalenti so n o i legami stabili dei sistem i biologici mentre i

legami a idrogeno so n o i legami m obili dei sistem i biologici. Il pH condiziona la polarità di un sistema

biologico e il corretto fu nzionam ento di un organism o (pH intracellulare è 7,2-7,4).

Richiami di chimica:

• Protoni: particella subatom ica dotata di carica positiva

• Neutroni: particella subatom ica priva di carica elettrica

• Isotopo: atom o dello ste sso elem ento chim ico con lo stesso num ero atomico ma con

differente n um ero di m assa

• num ero atom ico: è il num ero di protoni presenti nel nucleo di un atom o

• num ero di m assa: è il n um ero di protoni e neutroni presenti in un atom o

• orbitali: regione dello spazio in cui è più probabile trovare l'elettrone

• mole: unità di m isura della quantità di sostanza di un sistem a che contiene un num ero di

entità pari al n um ero di atom i di 12 gram m i di carbonio 12

• legam i chimici: interazioni fra atom i che portano alla form azione di molecole

• acidi: sostanze che p osso no accettare una coppia di elettroni

• basi: sostanze che posso no d onare una coppia di elettroni

• pH: grandezza che m isura l'acidità o basicità di una soluzione

• soluzioni tam pone: so n o soluzioni contenenti miscele di soluti che im pediscono significative

variazioni di pH

• Sali: co m p osto chim ico elettronicamente neutro costituito dall'insiem e di più ioni uniti da un

legam e ionico 6

Composti organici

I com posti organici sono macromolecole che hanno un peso molecolare superiore a 5000 dalton (1

dalton=lu.m.a.). Gli idrocarburi sono composti organici costituiti da carbonio e idrogeno in cui la loro

form a è importante nel determinare le proprietà biologiche e le loro funzioni. Gli isomeri hanno

stessa formula molecolare da differenti strutture e possono essere strutturali (diversa disposizione

degli atomi), geometrici (differente disposizione spaziale cis, trans) o enantiomeri o stereoisomeri (in

cui due molecole sono l'immagine speculare l'una dell'altra). Gli idrocarburi sono insolubili in acqua e

tendono a raggrupparsi mediante interazioni idrofobiche. I gruppi funzionali polari e ionici sono

idrofilici perché si associano saldamente con le molecole polari dell'acqua. La sintesi può avvenire per

condensazione cioè il passaggio dal monomero al polimero attraverso la sottrazione di una molecola

di acqua che attua la formazione del legame; l'idrolisi invece è il passaggio dal polimero al monomero

cioè la scissione del legame per aggiunta di una molecola di acqua.

Proteine: sono macromolecole costituite da amminoacidi uniti da legami peptidici (è un legame

covalente che lega il carbonio di un gruppo carbossilico all'azoto di un gruppo amminico mediante

una reazione di condensazione); gli amminoacidi essenziali per l'uomo assunti con la dieta (specie­

specifici) sono: Isoleucina, Leucina, Lisina, Metionina, Fenilalanina, Treonina, Triptofano, Valina,

Istidina, Arginina (nei bambini). Le principali classi di proteine sono: enzimi, proteine strutturali

(collagene), proteine di riserva (albumina), proteine di trasporto (emoglobina), proteine di

regolazione (ormoni es. insulina), proteine di movimento (actina e miosina), proteine di difesa

(anticorpi). Alcuni amminoacidi rari sono l'idrossiprolina e l'idrossilisina.

Hanno quattro livelli di organizzazione:

• struttura primaria: è una sequenza di monomeri amminoacidici in cui due catene di

amminoacidi sono legate da legami covalenti e peptidici;

• struttura secondaria: si ottiene per il folding della proteina ossia un ripiegamento

inizialmente spontaneo della struttura primaria; nella struttura secondaria vi sono legami ad

idrogeno ed è elicoidale e può essere a-elica (in cui i legami ad idrogeno sono distanti di

amminoacidi e sono principalmente proteine globulari) e (S foglietto ripiegato (in cui i legami

ad idrogeno si formano tra catene polipeptidiche differenti e sono principalmente proteine

fibrose).

• Struttura terziaria: ha una conformazione globulare e si formano grazie a legami ad

idrogeno, legami ionici, interazioni idrofobiche e legami covalenti come ponti disolfuro

(cisteina)

• Struttura quaternaria: è l'unione di più subunità polipeptidiche (collagene)

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C H A PER O N I MO LECO LARI: mediano il ripiegamento di certe proteine rendendo il processo più

ordinato ed efficacie. Sono enzimi che catalizzano l'arrangiam ento tridimensionale delle proteine

(folding). Esse:

• Assicurano corretto mantenim ento stato conformazionale

• Dirigono assemblaggio complessi m ultiproteid

• Favoriscono denaturazione parziale durante trasporto

• Stabilizzano proteine attraverso ^maturazione o degradazione

La conformazione di una proteina ne determ ina la funzione e un cam biam ento della struttura

tridimensionale di una proteina può alterare la sua attività biologica; una proteina m isfolded o

prione è malripiegata ed è pericolosa per l'organism o perché non funziona correttamente (es.

encefalopatia spongiform e bovina, m orb o di Alzaheìmer...). La denaturazione delle proteine è il

cam biam ento conform azionale e conseguente perdita delle attività biologiche ad alte tem perature

(se a tem peratura è m aggiore di 40°C è irreversibile)

Acidi nucleici: conservano, trasm ettono ed esprim ono l'inform azione genetica ereditaria e

determ inano quali proteine d evono essere sintetizzate nella cellula; i principali son o l'acido

ribonucleico (RNA) e l'acido d esossiribonucleico (DNA). S o n o fondam entali per il m etabolism o

energetico. Gli acidi nucleici so n o polimeri di nudeotidi legati da legame fosfodiesterico (gruppo

fosfato attaccato allo zucchero che si lega covalentem ente allo zucchero del nudeotide adiacente)

costituiti da: u no zucchero pentoso a 5 atom i di carbonio, ribosio o deossiribosio (hanno legami

covalenti e quindi una struttura rigida), u no o più gruppi fosfato, base azotata (in cui vi so n o legami

ad idrogeno quindi la struttura non è rigida) che p ossono avere un doppio anello (purine: adenina e

guanina) o ad anello singolo (pirimidine: citosina e timina e uracile). Alcuni nudeotidi svolgono un

ruolo im portante nei trasferimenti di energia e in altre funzioni cellulari come: adenosina trifosfato

(ATP), guanosina trifosfato (GTP), adenosina m onofosfato (cAMP), nicotinam mide adenin

dinucleotide (NAD*).

Carboidrati (CH20)n : son o gli zuccheri semplici (m onosaccaridi e disaccaridi) e com plessi (amido,

glicogeno e cellulosa). Sono:

• I m onosaccaridi son o form ati da 3 a 7 atom i di carbonio. Posso no essere triosi

(gliceraldeide). pentosi (ribosio. ribulosio) ed esosi (glucosio: aldoesoso e il fruttosio:

chetoesoso; in soluzione avviene la form azione del legame emiacetalico e quindi di una

struttura circolare ad anelli). 8

• I disaccaridi sono de monosaccaridi ad anello legati con legame glicosidico (legame covalente

di condensazione polimerizzato) e sono: saccarosio (q-D-elucosio+B-D-fruttosiol. lattosio (|3-

D-glucosio+ P-D-galattosio) e maltosio (2 a-D-glucosio).

• I polisaccaridi immagazzinano energia e hanno una funzione strutturale e sono: l'amido

(riserva dei vegetali negli amiloplasti, si può presentare sotto forme di amilosio semplice o

amilopeptina ramificata), glicogeno (è strutturalmente simile all'amido vegetale ma è più

ramificato e idrosolubile e si accumula nel fegato e nei muscoli), cellulosa (è un carboidrato

strutturale, Insolubile e non digeribile daH’uomo). I carboidrati combinati con le proteine

son o glicoproteine, gli amminozuccheri sono zuccheri complessi come la galattosammina

(cartilagine) e i glicolipidi sono i carboidrati combinati con i lipidi.

Lipidi: sono macromolecole costituite da acidi grassi. Sono solubili nei solventi apolari e insolubili in

acqua. I grassi sono riserve energetiche (adipociti=contenitori). Gli acidi grassi saturi sono rigidi e

contengono il maggior numero possibile di atomi di idrogeno e formano lunghe catene con

interazioni di van der waals (acido paimitico) mentre gli acidi grassi insaturi sono fluidi e non vi sono

le interazioni di van der waals (acido oleico). Alcuni lipidi sono mediatori chimici come le

prostaglandine legata all'infiammazione. Tra i più importanti ci sono:

• trigliceridi: esteri degli acidi grassi con il glicerolo (legame esterico)

• fosfolipidi: lipidi anfipatici, è nella membrana cellulare (ha una coda idrofobica costituita da

due acidi grassi e una testa idrofila che comprende il glicerolo legato al gruppo fosfato. In

acqua forma un doppio strato fosfolipidico in quanto le teste interagiscono con l'acqua e le

code sono all'interno del doppio strato).

• steroidi: ormoni formati da 4 anelli carboniosi, hanno una funzione strutturale e sono:

colesterolo, ormoni sessuali, cortisone, sali biliari...

• cere: grassi strutturali

• terpeni e carotenoidi: pigmenti vegetali insolubili in acqua (possono essere convertiti in

vitamina) 9

O rg a n izza zio n e d ella cellula

La cellula è l'u n ità fu n zio n a le della vita

P ro life ra zio n e cellulare: a u m e n to del n u m e ro di cellule

D iffe re n zia m e n to cellulare: trasfo rm azion e da un t ip o cellulare a un altro

La cellula è la più piccola u nità in g ra d o di svo lg e re tutte le attività vitali. S e c o n d o la teoria cellulare le

cellule si p o sso n o fo rm a re s o lo p er d ivision e di u na cellula preesistente. Le prim e scop e rte sulla

cellula:

• 1 6 6 5 R ob e rt H o o k e - cellule di s u g h e r o (30x)

• 1 6 7 7 A. v o n L e e u w e n h o e k - o rg a n ism i acquatici unicellulari, cellule del s a n gu e e dello

sp e rm a (300x)

• 1 8 3 9 M . S ch le id e n e T. S c h w a n n - le cellule s o n o le unità di vita di tutti gli esseri viventi

A ffinché p o s sa e sse re m a n te n u ta l'o m e o s ta si il c o n te n u to della cellula d eve e ssere sep arato

d a ll'a m b ie n te e ste rn o e q u e sto c o m p ito è sv o lto dalla m e m b ra n a piasm atica che è una barriera

e stre m a m e n te selettiva. Il m icro m e tro è l'un ità di m isu ra delle cellule. A lc u n e cellule h a n n o delle

estro fle ssio n i della m e m b ra n a p iasm atica (m icrovilli) ch e a u m e n ta n o l'are a superficiale. Le

d im e n sio n i e la fo rm a delle cellule s o n o coll