biologia animale

INTRODUZIONE 3

ORGANIZZAZIONE BIOLOGICA GERARCHICA COMPLESSA 3

CELLULA = UNITÀ FONDAMENTALE DELLA VITA 4

TEORIA CELLULARE 4

CELLULA PROCARIOTE 4

CELLULA EUCARIOTE 4

ACQUISISCONO, TRASFORMANO E UTILIZZANO ENERGIA 5

CELLULE VEGETALI 5

CELLULE ANIMALI 5

METABOLISMO 5

CAPACITÀ DI RISPONDERE AGLI STIMOLI 5

MECCANISMI DI AUTOREGOLAZIONE 5

EREDITARIETÀ DEI CARATTERI 6

CAPACITÀ DI RIPRODURSI 6

CAPACITÀ DI ACCRESCIMENTO 6

CAPACITÀ DI EVOLVERSI 6

CHIMICA DEI VIVENTI 7

COMPONENTI 7

LEGAMI 7

COMPOSIZIONE DI UNA CELLULA 7

COMPOSTI ORGANICI DEL CARBONIO 7

GRUPPI FUNZIONALI 8

CARBOIDATI 9

MONOSACCARIDI 9

OLIGOSACCARIDI 9

POLISACCARIDI 10

FUNZIONI 10

LIPIDI 11

ACIDI GRASSI 11

LIPIDI SEMPLICI 11

GLICERIDI 11

LIPIDI COMPLESSI 11

FOSFOGLICERIDI 11

SFINGOLIPIDI 12

CERE 12

ACIDI NUCLEICI 13

NUCLEOSIDI 13

FUNZIONI 13

ATP ADENOSINTRIFOSFATO 13

cAMP ADENOSINMONOFOSFATO CICLICO 13

GTP GUANOSINTRIFOSFATO 13

LEGAME FOSFODIESTERICO 13

DNA ACIDO DESOSSIRIBONUCLEICO 14

STRUTTURA 14

REPLICAZIONE DEL DNA 14

DNA NELLA CELLULA PROCARIOTICA 14

DNA NELLA CELLULA EUCARIOTICA 14

COMPATTAMENTO DEL DNA 15

RNA ACIDO RIBONUCLEICO 16

PROTEINE 17

FUNZIONI 17

COMPOSIZIONE 17

STRUTTURA PRIMARIA 18

STRUTTURA SECONDARIA 18

α-ELICA 18

β-FOGLIETTO 18

STRUTTURE SUPERSECONDARIE 18

STRUTTURA TERZIARIA 19

STRUTTURA QUATERNARIA 19

MODIFICAZIONE CHIMICA DI UNA PROTEINA 20

DEGRADAZIONE DELLE PROTEINE 20

MEMBRANE BIOLOGICHE 21

COMPOSIZIONE 21

STRUTTURA 21

PROPRIETÀ 21

RETICOLO ENDOPLASMATICO 22

PROTEINE DI MEMBRANA 22

MEMBRANA PLASMATICA 23

GLICOCALICE 23

CORTEX 23

POLARIZZAZIONE 23

INVOLUCRO NUCLEARE 23

COMPLESSO DEL PORO NUCLEARE 23

TRASPORTO DI MOLECOLE 24

DIFFUSIONE 24

DIFFUSIONE SEMPLICE 24

DIFFUSIONE FACILITATA 24

TRASPORTO ATTIVO 26

DIRETTO 26 Alessia Piffer

1

INDIRETTO O COTRASPORTO 27

INTERAZIONE TRA CELLULE 28

COMUNICAZIONE CELLULARE 28

MODALITÀ DI SEGNALAZIONE 28

I MESSAGGERI O LIGANDI 29

I RECETTORI 29

I SECONDI MESSAGGERI 30

LA TRASDUZIONE 30

MECCANISMI DI ADESIONE TRA LE CELLULE 30

ADESIONI CELLULA-CELLULA 30

ADESIONI CELLULA-MATRICE EXTRACELLULARE 31

IL CITOSCHELETRO 32

FUNZIONI 32

MICROTUBULI 32

CENTROSOMA 33

VELENI O FARMACI CHE INTERAGISCONO CON I MICROTUBULI 33

PROTEINE ASSOCIATE AI MICROTUBULI (MAP) 34

CIGLIA E FLAGELLI 34

FILAMENTI INTERMEDI 34

MICROFILAMENTI DI ACTINA 35

VELENI O FARMACI CHE INTERAGISCONO CON L'ACTINA 35

PROTEINE ASSOCIATE ALL'ACTINA (ABP) 35

DISPOSIZIONE DEI FILAMENTI DI ACTINA 36

MOTORI MOLECOLARI DELL'ACTINA: MIOSINE 36

INFORMAZIONI GENETICHE 37

IL NUCLEO 37

CODICE GENETICO 37

I RIBOSOMI E rRNA 37

BIOGENESI 37

mRNA 38

BIOGENESI 38

tRNA 38

SINTESI PROTEICA 38

TRASCRIZIONE 38

TRADUZIONE 38

MUTAZIONI GENETICHE 39

SMISTAMENTO DI CATENE POLIPEPTIDICHE 40

TRASLOCAZIONE COTRADUZIONALE DEL RETICOLO ENDOPLASMATICO RUVIDO 40

TRASLOCAZIONE POSTTRADUZIONALE DEL MITOCONDRIO 42

TRASLOCAZIONE POSTTRADUZIONALE DEL PEROSSISOMA 42

TRAFFICO VESCICOLARE 43

FUNZIONI 43

TAPPE DEL TRASPORTO VESCICOLARE 43

1. GEMMAZIONE 43

2. TRASPORTO 44

3. RICONOSCIMENTO 44

4. FUSIONE 44

5. RILASCIO 44

APPARATO DEL GOLGI 44

FUNZIONI 44

VIA DELL'ESOCITOSI 44

VIA DELL'ENDOCITOSI 45

LISOSOMI 45

FAGOCITOSI 45

CICLO CELLULARE 46

FASE G1: 46

FASE G0: ARRESTO CELLULARE 46

FASE S: SINTESI 46

DUPLICAZIONE DEL DNA 46

DUPLICAZIONE DEI CENTRIOLI 47

FASE G2 47

FASE M: MITOSI E CITODIERESI 47

PROFASE 47

PROMETAFASE 47

METAFASE 47

ANAFASE 47

TELOFASE 48

CITODIERESI 48

MEIOSI 48

MEIOSI I 48

MEIOSI II 48

RUOLO DEL CICLO CELLULARE NEGLI ANIMALI 49

FORMAZIONE DI UN ORGANISMO PLURICELLULARE 49

CONTROLLO DEL CICLO CELLULARE 50 Alessia Piffer

2 BIOLOGIA ANIMALE

INTRODUZIONE

La biologia è la disciplina che studia gli esseri viventi.

Un vivente si de nisce per l'insieme di proprietà morfo-funzionali:

Hanno un'organizzazione gerarchica complessa.

• Sono formati almeno da una cellula.

• Acquisiscono, trasformano e utilizzano energia.

• Svolgono numerose reazioni chimiche secondo il metabolismo.

• Rispondono agli stimoli.

• Hanno meccanismi di autoregolazione (es. omeostasi).

• Possiedono un programma intrinseco codi cato dal DNA.

• Si riproducono.

• Si sviluppano e si accrescono.

• Si evolvono.

•

ORGANIZZAZIONE BIOLOGICA GERARCHICA COMPLESSA

In tutti i viventi ci sono diversi livelli strutturali, ognuno con un diverso grado di complessità.

Ogni livello è originato da quello preesistente, a cui si aggiunge una nuova

proprietà emergente

proprietà funzionale detta

È perciò un'organizzazione crescente.

Gli atomi possono assemblarsi tra di loro a formare molecole.

Le molecole interagendo fra di loro posso organizzarsi in organelli con

nuove proprietà. Per de nizione un organulo è un livello strutturale della

cellula delimitato da una membrana plasmatica.

Gli organelli possono organizzarsi in modo da formare la cellula, la più

piccola unità vivente e primo livello strutturale che include tutte le 10

proprietà.

L'insieme di cellule specializzate che cooperano al ne di svolgere la stessa

funzione forma i tessuti.

Differenti tessuti che cooperano al ne di svolgere una stessa funzione

costituiscono gli organi.

Gli organi con stessa nalità si organizzano a formare apparati (organi

diversi) e sistemi (organi tutti uguali).

L'insieme degli apparati e dei sistemi forma organismi pluricellulari.

Potere di risoluzione: minima distanza fra due oggetti perché siano distinguibili separatamente:

Occhio umano: 0,1 mm.

• Microscopio ottico: 1 μm-1mm

• Cellule: 10-100 μm

• Alessia Piffer

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CELLULA = UNITÀ FONDAMENTALE DELLA VITA

TEORIA CELLULARE

Tutti gli organismi sono costituiti da una o molte cellule.

• Le cellule si originano solo da altre cellule.

• Le cellule contengono le informazioni ereditarie dell’organismo di cui fanno parte.

• Tutte le reazioni biochimiche hanno luogo nella cellula .

•

Robert Hooke scoprì le cellule osservando una sezione di sughero, che risultava essere formata da

"cellette".

Tutte le cellule hanno tre aspetti fondamentali:

Membrana plasmatica: è grazie a questa che la cellula regola gli scambi con l’esterno.

• Citoplasma: materiale gelatinoso in cui avvengono le reazioni chimiche e in cui ci sono gli organelli.

• Nucleoide/nucleo: protegge e contiene il materiale genetico, il nucleoide è una regione senza vere

• limitazioni

CELLULA PROCARIOTE

Organismo unicellulare agellato molto piccolo (1 μm). Nel citoplasma

presenta solo i ribosomi (sono componenti strutturali non organuli). La

membrana plasmatica è a sua volta delimitata dalla parete cellulare.

I batteri possono aggregarsi ma mantengono la propria individualità senza

mai modi care la propria forma.

CELLULA EUCARIOTE

Presenta tutti gli organelli (apparato di Golgi, mitocondri, reticolo endoplasmatico, lisosomi), hanno un

nucleo sico e il citoscheletro. Possono essere sia organismi unicellulari che pluricellulari, e in entrambi i

casi ogni singola cellula possiede tutte le caratteristiche per vivere autonomamente.

Le cellule eucariotiche si dividono in cellule animali e vegetali, queste ultime hanno la particolarità di

essere più squadrate a causa della parete cellulare rigida che le circonda. Inoltre hanno vacuoli e

cloroplasti, organelli tipici vegetali.

Le cellule sono microscopiche per mantenere ottimale il rapporto dimensioni/vicinanza ed il sapporto

super cie/volume (3:1 è quello ideale).

Inoltre le cellule non sono quasi mai sferiche perché questa forma ha sempre il vincolo del raggio e della

distanza di diffusione.

Nonostante le cellule siano molto piccole gli organismi possono diventare grandi grazie a processi di

di erenziamento cellulare morfofunzionale, ovvero di modi ca della forma, delle dimensioni, del tipo

di reazioni che avvengono al suo interno e quindi della sua funzione.

Una delle differenziazioni principali è quella tra:

Cellule somatiche: si occupano di nutrizione, locomozione, ecc

• Cellule sessuali o gameti: si occupano di trasmettere informazioni alla progenie.

• Alessia Piffer

4

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ACQUISISCONO, TRASFORMANO E UTILIZZANO ENERGIA

Gli organismi in base a come producono energia si dividono in:

Autotro : sono in grado di sintetizzare le proprie molecole organiche a partire da sostanze

• inorganiche e utilizzando energia derivante da luce solare.

Eterotro : non sono in grado di assumere l'energia solare e convertirla in energia chimica, pertanto

• le molecole organiche fonte di energia devono essere introdotte con la dieta, attraverso il prodotto di

altri organismi.

CELLULE VEGETALI

Le cellule vegetali sono organismi autotro che immagazzinano energia solare per trasformarla in ATP,

molecola organica altamente energetica ma instabile e che quindi non si può conservare nel tempo.

Questa viene allora trasformata in glucosio, il quale viene accumulato sotto forma di amido e cellulosa.

Per farlo a livello dei cloroplasti avviene la fotosintesi, processo in cui l'energia luminosa diventa ATP

utilizzata per produrre glucosio a partire da CO e H O, con produzione di O .

2 2 2

La respirazione cellulare è invece il processo inverso ed avviene nei mitocondri.

CELLULE ANIMALI

animale

Un è un organismo pluricellulare eterotrofo formato da cellule eucariotiche prive di parete

Nelle cellule animali avviene solo il processo di respirazione cellulare.

Gli animali si nutrono per ingestione: il cibo viene frantumato e digerito. Una parte di esso viene usato

per la respirazione cellulare, un'altra parte è invece usata come materia prima per la sintesi di strutture e

materiali necessari.

METABOLISMO

È l'insieme delle reazioni biochimiche altamente interconnesse che si veri cano

all’interno della cellula e che servono a farla funzionare in modo ottimale e a

mantenere l'equilibrio in termini di produzione e demolizione di molecole più

complesse.

Il metabolismo può essere di tipo:

Catabolico: distruttivo.

• Anabolico: costruttivo.

•

CAPACITÀ DI RISPONDERE AGLI STIMOLI

Gli stimoli provengono sia dall’ambiente esterno (es. cambio temperatura) o dall’ambiente interno (es.

introdurre alimenti che stimolano l'organismo.

MECCANISMI DI AUTOREGOLAZIONE

Gli organismi possono mantenere la loro temperatura corporea o adattarsi a quella esterna:

Omeotermi: organismi in grado di mantenere costante la temperatura corporea producendo calore

• tramite la contrazione muscolare. Questo processo è detto omeostasi.

Eterotermi: organismi in grado di adattarsi alla temperatura esterna, producono poco calore.

•

Nell'uomo l'organo responsabile del mantenimento della temperatura è l'ipotalamo.

I meccanismi di autoregolazione consentono di mantenere costante l'ambiente interno di un organismo

al variare dell'ambiente esterno.

L'omeostasi ne costituisce un esempio, così come l'osmoregolazione (bilancio idrico-salino). Alessia Piffer

5 fi fi fi fi

EREDITARIETÀ DEI CARATTERI

All’interno del nucleo viene tenuta protetta l’informazione genetica che verrà trasmessa alla progenie

tramite il DNA.

Informazione genetica e codice genetico sono due cose diverse.

Il DNA è il depositario di come deve essere costruito un nuovo organismo, sede dell’informazione

genetica data dalla sequenza delle basi.

Il codice genetico invece serve a comprendere la sequenza delle basi, a leggerleed è lo stesso in tutti gli

organismi.

CAPACITÀ DI RIPRODURSI

Ciò aumenta il numero di individui che portano l'informazione genetica.

Riproduzione sessuata: incontro dello spermatozoo con la cellula uovo per formare lo zigote con un

patrimonio genetico rimescolato perché ha un genoma diverso che è nuovo

CAPACITÀ DI ACCRESCIMENTO

Dopo la nascita gli organismi si sviluppano, si accrescono e quindi raggiungono la maturità sessuale

mantenendo le caratteristiche della specie.

Sviluppo e accrescimento non coincidono con l’evoluzione.

CAPACITÀ DI EVOLVERSI

Le evoluzioni favoriscono lo sviluppo di individui più adatti all’ambiente esterno, in continuo mutamento.

Un esempio di questo fenomeno è dato dallo sviluppo della resistenza a determinati antibiotici di alcuni

ceppi batterici. Alessia Piffer

6 CHIMICA DEI VIVENTI

COMPONENTI

H: 60%

O: 25%

C:10%

N: 2%

Na, Mg, K, Ca, P, S, Cl: 0,9%

V; Cr, Mo, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, F, Se, I: 0.1%

LEGAMI

I legami chimici si dividono in:

Forti:

• Ionico

• Covalente

•

Deboli: facili da rompere. (es. per tenere insieme le due catene di DNA che devono essere divise)

•

COMPOSIZIONE DI UNA CELLULA

Composizione chimica di una cellula:

70% acqua: molecola molto piccola, altamente polare. Deve assorbire molto calore prima di cambiare

• stato di aggregazione, ciò è sfruttato dai viventi per proteggere le cellule dagli sbalzi di temperatura o

eventuali urti meccanici

Composti organici: esclusivi dei viventi

• Sostanze inorganiche

•

Le molecole biologiche si dividono in base all'af nità che hanno con l'acqua:

Composti ionici: vengono solvatati.

• Composti polari: sono in grado di formare legami idrogeno con l'acqua, sciogliendosi in essa.

• Composti apolari: idrofobi, quindi in acqua non si sciolgono ma rimangono come precipitato o

• emulsione.

Composti an patici o an lici: hanno una parte polare e una apolare. Queste si aggregano tra loro in

• diversi modi:

Molecole a basso peso molecolare: es. acido grasso.

• Queste molecole hanno tre stadi di aggregazione:

Micella: piccole strutture sferiche compatte dove le molecole an patiche sono disposte in modo

• ordinato con le code apolari rivolte verso l'interno e le teste polari verso l'esterno.

Film monomolecolare: le molecole si dispongono a formare monostrati.

• Doppio strato: le molecole si dispongono in due strati, con le teste polari disposte esternamente e

• le code apolari internamente. Se si vogliono trasportare delle molecole apolari nella barriera

bisogna usare un trasportatore. I liposomi sono formati da un doppio strato di fosfolipidi che si

chiude a formare una sfera cava riempita con acqua.

Molecole ad alto peso molecolare: sono molecole molto lunghe e essibili (di solito proteine) che si

• ripiegano su se stesse ponendo le parti polari a contatto con acqua e le parti apolari al centro.

COMPOSTI ORGANICI DEL CARBONIO

Il carbonio è l'elemento base della vita. Nei composti organici si trova allo stato ridotto ed è sfruttato dai

viventi come fonte di energia per via dei numerosi legami che può formare.

Costituiscono il 30% della cellula.

Le macromolecole dei viventi hanno strutture basate su scheletri carboniosi. Alessia Piffer

7 fi fi fi fi fi fl

GRUPPI FUNZIONALI Alessia Piffer

8 CARBOIDATI

Sono degli idrati del carbonio.

Sono formati da C,H,O e hanno come gruppi funzionali quello carbossilico e quello aldeidico.

Funzioni:

Energetica: costituiscono la fonte primaria di energia.

• Riserva di energia: glicogeno, amido e cellulosa.

• Strutturale.

• Costituenti degli acidi nucleici.

• Riconoscimento cellulare (marker).

•

MONOSACCARIDI

Costituiscono il monomero dei carboidrati e sono formati da un minimo di tre a un massimo di sette

atomi di carbonio, assemblati con idrogeno e ossigeno. Terminalmente hanno sempre un gruppo

chetonico o aldeidico.

Si sciolgono facilmente in acqua.

Sono gli zuccheri che entrano nel metabolismo cellulare.

isomeri,

Spesso formano ovvero molecole con stessa formula ma diversa disposizione spaziale dei

gruppi funzionali, come il glucosio e il galattosio.

Ciò comporta una minima differenza dal punto di vista chimico, ma una grande differenza

biologicamente parlando, perchè isomeri diversi sono riconosciuti da enzimi diversi e speci ci, i quali

danno effetti molto diversi tra loro.

Dentro le cellule o nel liquido interstiziale si trovano in una struttura ad anello (avviene solo quando C>4)

in cui il gruppo terminale reagisce con un OH della stessa molecola. Ciò determina la formazione di un

emiacetale.

I monosaccaridi vengono fosforilati subito dopo l'ingresso nella cellula, così da impedirne l'uscita.

Possono subire anche altre modi che, che comportano la sostituzione di un OH con:

Un gruppo amminico: si formano amminozuccheri.

• Componenti importanti di oligo e polisaccaridi.

• Un H: si formano desossizuccheri.

• Gruppo carbossilico: acidi uronici.

•

OLIGOSACCARIDI

Dati dall’unione dai 2 ai 10 monosaccaridi tramite una reazione di

condensazione. Si forma così il legame glicosidico, che può essere sia di tipo α

(cis) che β (trans). Alessia Piffer

9 fi fi

POLISACCARIDI

Dati dal legame tra n-monosaccaridi secondo una struttura altamente rami cata.

Talvolta sono solubili in acqua, pertanto favoriscono l'idratazione da parte delle cellule/tessuti.

Possono essere degli etero polisaccaridi (monosaccaridi diversi) o omopolisaccardi (monosaccaridi

uguali)

FUNZIONI

Riserva energetica:

● Amido: tipico delle cellule vegetali, è formato da monomer