Proprietà vita e macromolecole biologiche

Proprietà della vita

La biologia è la scienza della vita. Tutte le forme di vita manifestano un insieme di caratteristiche comuni basate sull’evoluzione biologica (unità) e nel mondo esistono diversi tipi di ambienti con organismi differenti (diversità).

Livelli di organizzazione della vita

I sistemi viventi sono organizzati in una gerarchia in cui ogni livello presenta delle proprietà:

• Atomi, molecole e macromolecole, cellule, organismi, popolazioni, comunità, ecosistemi e biosfera

Le sette caratteristiche della vita

• Cellule ed organizzazione: gli organismi mantengono un ordine interno.
• Uso dell’energia e metabolismo: l'energia è necessaria per il mantenimento dell'ordine interno, trasformata in reazioni chimiche (metabolismo).
• Risposta ai cambiamenti ambientali: gli organismi reagiscono agli stimoli esterni (ambiente).
• Regolazione e omeostasi: gli organismi regolano le loro cellule e i loro corpi per mantenere una stabile condizione interna (omeostasi).
• Crescita e sviluppo: gli organismi crescono, si sviluppano e definiscono alcune caratteristiche.
• Riproduzione: gli organismi si riproducono per mandare avanti la specie.
• Evoluzione biologica: le popolazioni di organismi cambiano nel corso del tempo; l’evoluzione promuove la sopravvivenza.

Cellule

Le cellule sono organizzate in organismi pluricellulari e unicellulari, impegnate nel metabolismo i cui processi principali sono respirazione cellulare e fotosintesi.

Organismi distinti in base al modo di acquisire energia

• Autotrofi: in grado di sintetizzare le proprie molecole organiche a partire da sostanze inorganiche utilizzando energia.
• Fotoautotrofi: energia fornita dalla luce. Fotosintetici: produttori primari di cibo (piante, alghe) essenziali per la vita di tutti gli altri.
• Chemiotrofi: energia fornita dall'ossidazione dei composti organici.
• Eterotrofi: consumatori, ottengono energia dal cibo.

Utilizzano recettori per percepire i cambiamenti, innescando una reazione che assicura la sopravvivenza dell’organismo (adattamento).

Omeostasi

Tutti gli organismi regolano il loro metabolismo cellulare in modo da utilizzare i nutrienti necessari per mantenere in equilibrio le condizioni interne (come la temperatura corporea).

Crescita e sviluppo

La crescita produce cellule di maggiori dimensioni, mentre lo sviluppo produce organismi con caratteristiche definite e diverse. Tutti si riproducono e danno progenie, ereditando caratteristiche che permettono l'adattamento e la sopravvivenza. Le popolazioni vanno incontro a cambiamenti evolutivi nel corso del tempo (ciclo vitale: gli organismi nascono, crescono, si mantengono e si riproducono).

L'evoluzione biologica

Tutti gli individui subiscono modificazioni nel DNA (mutazioni) che vengono trasmesse alla progenie, mostrando un legame con un antenato comune. Queste modificazioni hanno prodotto la diversità della vita. Darwin e Wallace hanno proposto la teoria dell’evoluzione per selezione naturale, secondo cui:

• Individui danno vita a molti organismi ma solo alcuni sopravvivono.
• La selezione naturale favorisce le caratteristiche che permettono la sopravvivenza, trasmettendole alla progenie.
• Tratti favorevoli diventano più comuni nella generazione successiva.

La biodiversità

La diversità biologica rappresenta le diverse combinazioni di elementi comuni che creano nuovi modi di sopravvivere. Il sistema di classificazione si basa sull'unità di base della specie, dove gli individui sono imparentati per struttura e comportamento. Ogni specie ha un nome scientifico composto da due parti: il genere e la particolare specie all'interno di quel genere.

Tassonomia

• Domini, regni, phylum, classi, ordini, famiglie, generi e specie

Ricerca biologica

La ricerca biologica coinvolge gli sforzi di scienziati che lavorano per comprendere i sistemi viventi, raccogliendo dati osservativi o sperimentali per elaborare teorie.

Metodo scientifico

Il metodo scientifico è un metodo di indagine che permette ai ricercatori di spiegare le loro ipotesi e di elaborare un modo per sperimentarle. La ricerca scientifica utilizza organismi modello, facili da gestire, per:

• Ricerca di base: spiegare i fenomeni naturali (conoscenza, cultura generale).
• Ricerca applicata: risolvere problemi pratici specifici.

Fondamenti di chimica per la biologia

Tutti gli organismi sono composti da atomi e molecole mantenuti insieme da legami chimici. Le attività delle molecole sono governate dalle leggi della chimica. Tutta la materia dell’universo è composta da elementi o combinazioni di essi (92 elementi naturali sulla Terra, 15 sono artificiali). Solo alcuni elementi chimici si trovano come elementi essenziali (C, O, H, N) negli organismi viventi e sono distribuiti diversamente rispetto a quelli presenti nella crosta terrestre.

Composizione chimica della cellula

La cellula è composta principalmente da acqua, ioni e piccole molecole (75-80%) e macromolecole (proteine, polisaccaridi, acidi nucleici - 20%).

Molecole e composti

Una molecola è formata da 2 o più atomi legati insieme mediante un certo tipo di legame. Un composto è una molecola le cui componenti atomiche sono diverse e le cui proprietà chimico-fisiche sono diverse da quelle dei loro atomi o elementi.

Legami chimici

• Legame covalente: si forma quando due atomi hanno elettronegatività uguale o simile e il cui livello energetico esterno non è completo. Gli atomi condividono elettroni per raggiungere l'ottetto.

I legami chimici forti includono il legame singolo (1 coppia di elettroni) e il legame doppio (2 coppie di elettroni).