La materia vivente e le macromolecole

Bios: vita

Logos: parola, discorso

La vita sulla terra è nata circa 4 miliardi di anni fa

(uomo moderno) è comparso “solo” 500.000 anni fa

L’homo sapiens

Quando si parla di organismi viventi bisogna dire che molto probabilmente tutte le forme di vita che

consociamo oggi si sono evolute da un unica forma di vita.

Si può fare una prima distinzione tra Bacteria, Archaea e Eukarya.

4

X ORGANISMI

ORGANISMI EUCARIOTI

Procarioti

Vi sono diverse discipline specialistiche della tra cui:

BIOLOGIA,

• anatomia

• biologia molecolare

• botanica

• citologia

• embriologia

• genetica

• fisiologia

• microbiologia

• zoologia

• paleontologia

• ecc...

Ci sono tantissime forme di vita, anche completamente diverse tra di loro, diffuse in tutta la terra

Tutte queste forme di vita hanno però qualcosa in comune, tra cui alcune caratteristiche.

CARATTERISTICHE GENERALI DELLA MATERIA VIVENTE

4 concetti e caratteristiche fondamentali:

• Complessità

• Capacità di accrescimento

• Capacità di riprodursi

• Adattamento all’ambiente

LA COMPLESSITÀ

Qualunque forma di vita ha una complessità nella:

• forma

• composizione chimica

• struttura molecolare

Queste caratteristiche sono definite in modo nel caso degli organismi viventi, e sono dunque

specifico,

specifiche a seconda del tipo di organismo preso in esame. Inoltre queste caratteristiche si ripetono in tutti gli

individui facenti parte della stessa specie.

Ogni organismo è tale perché dotato di un programma complesso, il .

genoma

Infatti tutte queste informazioni specifiche e proprie di ogni organismo (sulla sua struttura e sul suo

funzionamento) sono contenute nel genoma che ha come unità di base il gene.

e sono sinonimi!!!

Genoma gene non

è il DNA (acido Desossiribonucleico)

Genoma:

è una porzione di DNA

Gene:

CAPACITÀ DI ACCRESCIMENTO

Tutti gli organismi viventi e si

crescono sviluppano

• aumento della dimensione e del numero delle cellule di un organismo (nel caso di organismi

Crescita:

pluricellulari)

La crescita continua durante tutta la vita (e.s gli alberi ) oppure per un periodo di tempo limitato fino al

raggiungimento dell’età adulta (e.s. animali)

• comprende tutti i cambiamenti che avvengono durante la vita di un organismo. Questi

Sviluppo:

cambiamenti determinano la formazione di strutture “adatte” alle funzioni che l’organismo dovrà svolgere.

⚡ ️

Gli organismi per potersi e hanno bisogno di energia , proveniente dall’ambiente

accrescere sviluppare

circostante, e di trasformare quest’ultima per potersi mantenere in vita.

Si tratta dunque di sistemi aperti dal punto di vista termodinamico.

Riescono a trasformare l’energia da una forma all’altra. Infatti avvengono una serie di reazioni chimiche che

prendono il nome di metabolismo cellulare.

Gli organismi viventi utilizzano principalmente due forme di energia:

• luminosa - organismi (che sono

fototrofi autotrofi)

• chimica - organismi (che sono

chemiotrofi eterotrofi)

L’uomo è un organismo ma necessita comunque dell’esistenza degli organismi (come

chemiotrofo fototrofi

le piante )

Gli (fototrofi) sono in grado di sintetizzare le proprie molecole organiche a partire da sostanze

autotrofi

inorganiche (come la CO2, H20, etc.), utilizzando energia non derivante da fonti metaboliche.

Gli (chemiotrofi) invece non sono in grado di sintetizzare il proprio nutrimento in maniera

eterotrofi

autonoma a partire da molecole semplici. Quindi per sopravvivere essi devono usare composti organici già

“pre - sintetizzati” da organismi autotrofi (e.s le piante ).

Alcuni organismi autotrofi:

fototrofi

• piante in grado di attuare fotosintesi

Alcuni organismi eterotrofi:

chemiotrofi

• uomo

• animali in generale

• protozoi

• funghi

• maggior parte dei batteri ☀ ️

LA VITA SULLA TERRA È STRETTAMENTE DIPENDENTE DALL’ENERGIA SOLARE

Commento immagine...

La è un processo fondamentale che avviene all’interno della cellula. In particolare

respirazione cellulare

avviene in un organello cellulare specifico, ovvero il mitocondrio.

La respirazione cellulare consiste nella demolizione delle molecole organiche complesse dall’ambiente per

⚡ ️

ricavare e liberare CO2 e H20.

energia

Questa ricavata serve per svolgere tutti quei processi che avvengono nella cellula e che richiedono

energia

energia (e.s la sintesi di molecole che andranno a costituire le strutture cellulari, la divisione cellulare, il

movimento del corpo in generale, ecc...) ⚡ ️

Le cellule sono delle strutture che dunque richiedono continuamente energia attraverso

dinamiche

l’assunzione di nutrienti.

L’energia, una volta prelevata dall’ambiente, subisce una serie di trasformazioni, catalizzate da enzimi

specifici che nel loro insieme costituiscono il metabolismo energetico.

Gli enzimi sono definiti catalizzatori biologici in quanto intervenendo nelle reazioni chimiche (che prendono il

nome di metabolismo energetico), in genere redox, riescono ad accelerare lo svolgimento della reazione stessa.

Dal punto di vista molecolare invece gli enzimi sono delle proteine. ⚡ ️

Questa energia che si libera durante le reazioni chimiche si presenta sotto forma di una molecola

ATP,

(nucleotide) sempre pronta all’uso.

molecola di base

Nucleotide: ️

La struttura dell’ATP⚡ (Adenosin Tri Fosfato):

• zucchero a 5 atomi di carbonio (pentoso) —> ribosio

• una base azotata —> adenina

• 3 gruppi fosfato Nucleoside

Adenosina

⚡ ️

L’ATP contiene l’energia che poi può essere utilizzata all’interno della cellula. In particolare l’energia é

contenuta nei legami che collegano i gruppi fosfato al resto della molecola.

Nel momento in cui è necessaria energia all’interno della cellula può avvenire la reazione di idrolisi dell’ATP.

Ciò significa che uno dei 3 gruppi fosfato viene liberato e l’ATP, perdendo un gruppo fosfato, diventa ADP +

fosfato inorganico.

Quindi con la rottura di un legame chimico si libera energia.

Questo “pacchetto” di energia é unico. Se per i processi cellulari questa energia risulta “in eccesso” rispetto al

fabbisogno energetico della cellula, allora l’energia viene liberata e dissipata sotto forma di calore .

Inserisci immagine ciclo dell’ATP con scritta e

fotosintesi catabolismo

(figura 17.9)

METABOLISMO o

NABOLISMO

CATABOLISMO costruzione

scissione

• insieme totale delle reazioni chimiche

Metabolismo:

• (sottogruppo del metabolismo): l’insieme delle reazioni e dei processi metabolici con i quali

Catabolismo

l’organismo scinde le molecole organiche complesse in molecole più semplici, con conseguente liberazione di

energia.

• costruzione e sintesi di nuove molecole complesse a partire da molecole più semplici

Anabolismo:

Inserisci Figura 3.16

Zucchero + base azotata= nucleoside

Ribosio + adenina= adenosina

Adenosina + 1 gruppo fosfato= adenosina mono fosfato (AMP)

Adenosina + 2 gruppi fosfato= adenosina di fosfato (ADP)

Adenosina + 3 gruppi fosfato= adenosina tri fosfato (ATP)

un nucleotide è un nucleoside fosfato (dunque nel caso dell’ATP il nucleotide è formato

Nucleotide:

dall’intera molecola dell’ATP e quindi da nucleoside + tre gruppi fosfato)

zucchero + base azotata

Nucleoside:

Le cellule animali hanno bisogno di assumere molecole complesse dall’ambiente circostante, come:

• che poi vengono trasformati in glucosio

glucidi,

• scisse in amminoacidi

proteine,

• acidi grassi

La e la avvengono nei mitocondri della cellula

respirazione cellulare fosforilazione ossidativa

Il catabolismo di queste sostanze (combustibile) è una ossidazione che quindi avviene in presenza di ossigeno

CAPACITÀ DI RIPRODURSI

Tutti gli esseri viventi generano organismi simili a se stessi. Dunque ogni organismo deriva dalla riproduzione

di un altro organismo, così come ogni cellula deriva dalla “riproduzione” di un altra cellula.

A seconda del tipo di organismo la riproduzione può essere:

• senza produzione di cellule sessuali. Quindi la cellula figlia sarà perfettamente identica alla

asessuata:

cellula madre (stesso pool genetico, eccetto mutazioni)

• delle cellule specializzate (cellula uovo c spermatozoo) si fondono per dare origine allo zigote che

sessuata:

svilupperà un nuovo organismo.

Dunque i geni provenienti dalla via materna e paterna interagiscono e tutto ciò determina la variabilità

genetica.

L’esperimento di Redi

Nel suo esperimento Redi pose dei pezzi di carne in recipienti aperti o

muniti di coperchio e dimostrò che la generazione di larve e mosche, fino ad

allora definita spontanea, era possibile solo nei recipienti tenuti aperti in cui

le mosche avevano depositato le uova.

Dunque Redi dimostrò che le larve presenti nella carne in decomposizione

non si generano spontaneamente, ma derivano dalle uova deposte sulla

carne dalle mosche

L’esperimento di Pasteur

La teoria della generazione spontanea venne però accantonata solo nel XIX secolo grazie agli esperimenti del

microbiologo Louis Pasteur.

Lui dimostrò una volta per tutte che i microorganismi originano esclusivamente da altri microorganismi e che

in ambiente sterile non si può avere alcuna generazione spontanea di esseri viventi.

ADATTAMENTO ALL’AMBIENTE

Le specie e gli organismi viventi si adattano all’ambiente in cui vivono e in risposta ai cambiamenti.

L’adattamento comporta dei cambiamenti nel singolo individuo bensì nella popolazione.

non

Tutti gli organismi viventi sono diversi tra di loro ma ‘adattati” all’ambiente in cui vivono.

Per si intende proprio un lento processo di modificazione delle forme, delle strutture e delle

evoluzione

funzioni degli organismi viventi nel tempo.

Charles Darwin propose il meccanismo della selezione naturale.

Secondo questo processo quando all’interno di una popolazione appaiono individui con caratteristiche

particolari e questi riescono a sopravvivere e a riprodursi, mentre altri con caratteristiche diverse vengono

eliminati, e se queste caratteristiche sono particolarmente utili per l’ambiente in cui l’individuo vive, ecco

che l’individuo è rispetto agli altri e quindi sopravviverà e lentamente si modificherà.

avvantaggiato

L’informazione genetica è alla base della diversità e fornisce la “materia prima”per l’evoluzione.

La variabilità genetica tra individui della stessa specie risulta dunque necessaria alla selezione naturale e

all’evoluzione.

La riproduzione sessuata è il meccanismo che genera variabilità genetica.

La teoria dell’evoluzione attraverso la selezione naturale consente di conciliare due osservazioni opposte:

• grande diversità tra le varie specie

• somiglianza strutturale e funzionale che caratterizza tutti gli esseri viventi

Le sono strutture anatomiche che si sono evolute in specie diverse dove svolgono

strutture omologhe

funzioni diverse, ma che, conservate bene, hanno le stesse caratteristiche morfologiche.

Tutto ciò si può spiegare solo con l’evoluzione.

e.s. tetrapode ancestrale ...

Prima di Darwin però c’era la teoria di Lui parlava di evoluzione.

Lamarck. non

Secondo lui forme più complesse di vita si originavano da forme più semplici tramite una progressione

regolata da due principi:

• gli organi degli animali diventano più o meno sviluppati in seguito all’uso o disuso che l’animale ne fa;

• questi cambiamenti possono essere trasmessi ai figli.

CLASSIFICAZIONE DEGLI ORGANISMI

Parlare di classificazione degli organismi significa parlare anche di tassonomia.

Classificare significa raggruppare secondo il criterio delle affinità e delle somiglianze (non solo dalle

caratteristiche esteriori).

La (dal greco tonis = ordine) studia la nomenclatura e la classificazione degli organismi

tassonomia (Linneo)

Carl Linnaeus

La nomenclatura secondo Linneo:

• primo sistema di classificazione naturale

• Nel Systema Naturae sono descritte 4400 specie di animali

•

Le categorie sistematiche

• La è la categoria fondamentale ed è l’insieme di tutti gli individui con caratteristiche simili che,

specie

accoppiandosi, generano figli simili ai genitori e fecondi, cioè capaci di generare figli.

• Il raggruppa specie simili tra di loro (e.s cane e lupo appartengono a specie diverse ma allo

genere

stesso genere, che è il Canis.

• La raggruppa generi simili tra di loro (e.s volpe , cane e lupo vengono raggruppati

famiglia

nella famiglia dei cánidi. La volpe appartiene ad un altro genere mentre cane e lupo alla stessa specie??

• L’ordine raggruppa più famiglie simili tra di loro (e.s cane e leone vengono raggruppati entrambi

nell’ordine dei carnivori)

• La raggruppa ordini simili tra loro. Ad esempio gli animali che partoriscono possiedono le mammelle

classe

per allattare, la pelle coperta di peli e sono raggruppati nella classe dei mammiferi.

• Il o tipo raggruppa diverse classi simili

Phylum

• Il è la categoria sistematica più ampia e comprende più

Regno phyla

Regni di classificazione degli esseri viventi

Classificazione di del 1969

Whittacker EUCARIOTI

Procarioti

Nei il DNA non si trova in un area delimitata come invece accade negli

procarioti eucarioti.

Più tardi nel 1977 propose un altro tipo di classificazione

Woese

Eucarioti

Classificazione della specie umana

Alcuni accorgimenti ...

Il genere e la specie si scrivono sempre in corsivo

Il genere si indica sempre con la lettera maiuscola, mentre la specie sempre con la lettera minuscola.

I LIVELLI DI ORGANIZZAZIONE DELLA VITA

⚛ ️

Si parte dagli atomi

Atomi uniti tra di loro costituiscono le molecole

Molecole più complesse formano le biologiche (DNA, proteine, ecc..)

macromolecole

Più macromolecole biologiche messe insieme costituiscono le Queste ultime possono essere singole

cellule.

(organismi unicellulari) o associate tra di loro a formare (organismi pluricellulari).

tessuti

Tessuti diversi possono essere assemblati insieme a formare organi.

Organi diversi formano e gli apparati costituiscono l’organismo

apparati completo.

Dagli atomi agli organismi

• Gli atomi sono composti da particelle subatomiche

LA TEORIA CELLULARE

Una cellula è l’unità fondamentale della materia vivente che ne possiede tutte le proprietà fondamentali.

Il termine cellula fu proposto da Hooke, un fisico che con un microscopio , anche se molto lontano da

quello che oggi definiamo