Scienze biologiche

Come funzionano i viventi - Bioenergetica e termodinamica

La bioenergetica è un settore della biochimica che si occupa del trasferimento e dell'utilizzo dell'energia nei sistemi biologici.

L'energia può essere:

• Cinetica, associata al movimento. È l'energia risultante dal movimento caotico di atomi e molecole e dipende anche dalla massa.
• Potenziale, associata alla posizione. È l'energia posseduta dalla materia in base a posizione o struttura. Include l'energia chimica, posseduta dalle molecole in funzione della disposizione degli atomi.

Le vie cataboliche sono un complesso di reazioni cellulari che vengono utilizzate per ottenere energia dalla demolizione della materia.

Le vie anaboliche sono reazioni cellulari che servono a sintetizzare nuove molecole utilizzando l'energia immagazzinata.

La termodinamica è lo studio della trasformazione dell'energia da una forma all'altra.

Prima legge: principio di...

Conservazione dell'energia. Seconda legge: in ogni trasformazione di energia, una parte viene trasformata in calore e quindi non è più utilizzabile. Il moto perpetuo non esiste. Concetto di entropia: ???????. Se nelle cellule non ci fossero gli enzimi che contrastano l'aumento di entropia, gli organismi viventi si disgregherebbero.

Energia libera di Gibbs: energia di un sistema che può essere usata per svolgere un lavoro. La differenza di energia tra stato finale e iniziale deve essere un valore negativo. Maggiore è il valore di G, maggiore è l'instabilità del sistema.

Le reazioni chimiche, in base alla variazione di energia libera possono essere:

• Esoergoniche: la reazione perde energia libera. Es. respirazione cellulare
• Endoergoniche: la reazione acquista energia e si deposita all'interno delle molecole dei prodotti ottenuti. Es. produzione di zuccheri.

Quando una reazione esoergonica fornisce energia a una endoergonica

si ha una reazione accoppiata.
ATP: molecola composta da adenina, zucchero ribosio e tre gruppi fosfato. È una molecola instabile e perciò trasportatrice di energia, ma non deposito.
NADH: è una riserva fondamentale di elettroni.
La maggior parte delle reazioni chimiche richiede un apporto iniziale di energia, l'energia di attivazione. Gli enzimi sono in grado di abbassare questa energia iniziale, in modo da aumentare la velocità delle reazioni mantenendo temperature basse.
- Omeostasi:
L'omeostasi è la capacità dei viventi di mantenere costanti le caratteristiche del proprio ambiente interno anche al variare dell'ambiente esterno. Le caratteristiche dell'ambiente interno sono soggette a continue variazioni, date dalle attività delle cellule e dalle variazioni esterne. L'omeostasi è mantenuta dai circuiti cellulari o fisiologici in risposta a uno stress iniziale. La regolazione coinvolge:
Recettore: riceve leinformazioni sui cambiamenti da parte del sistema nervoso ed endocrino

• Centro di controllo e integrazione: processa le informazioni ricevute dal recettore
• Effettore: risponde ai comandi del centro di controllo tramite gli apparati
• Termoregolazione: gli animali hanno meccanismi per mantenere la temperatura corporea su valori ottimali. Alcuni animali variano la temperatura corporea in base a quella esterna e sono detti conformi o ectodermi. Gli animali che invece mantengono costante la temperatura sono detti regolatori o endotermi e utilizzano adattamenti fisiologici come la regolazione del flusso sanguigno, la produzione di calore, l'isolamento termico e l'evaporazione
• Trasporto cellulare: può avvenire senza o con consumo di energia. Nel primo caso è un trasporto passivo, nel secondo è attivo
• Osmosi: la diffusione dell'acqua attraverso la membrana plasmatica è facilitata da alcuni canali e si diffonde dalla soluzione meno concentrata a

quella più concentrata.- Vie metaboliche energetiche:

Gli organismi possono essere:

• Autotrofi: si nutrono da soli, non hanno bisogno di molecole esterne per ricavare energia o per utilizzarle come materiali da costruzione
• Eterotrofi: dipendono da fonti esterne di molecole.

ATP: è possibile immagazzinare dosi di energia per la respirazione cellulare per poi rilasciarla in modo controllato.

Negli eucarioti, i mitocondri e i cloroplasti regolano questi processi, mentre nei procarioti avvengono nella membrana plasmatica.

Fotosintesi:

Fase al buio: reazioni in cui gli atomi di C sono incorporati in nuove molecole come il glucosio

Fase luminosa: la clorofilla capta l'energia luminosa, che scinde la molecola di H2O in H e O che si libera e si forma ATP

Fase oscura: è indipendente dalla luce, con CO2 e H prodotto dalla divisione di H2O si sintetizza il glucosio.

Respirazione cellulare:

Glicolisi: avviene nel citoplasma

Ciclo di Krebs: avviene nei mitocondri

Fosforilazione ossidativa: catena di trasporto degli elettroni e produce la massima quantità di ATP.

10) ORGANIZZAZIONE DEI VIVENTI

- Anatomia e tessuti animali:

Le strutture sono strettamente collegate con la loro funzione.

Anatomia = studio della struttura di un organismo.

Fisiologia = studio delle funzioni delle parti di un organismo.

L'organizzazione strutturale dei viventi è di tipo gerarchico:

Apparati: ognuno è specializzato per una funzione vitale

Organi: ognuno coopera con gli altri permettendo il funzionamento dell'apparato

Tessuti: insieme di cellule simili che cooperano

Cellula: unità funzionale degli esseri viventi, livello di base.

Negli animali ci sono 4 tipi di tessuto:

Epiteliale: semplice o stratificato. È presente in due forme: epiteli, con funzione di rivestimento e protezione; ghiandole, con funzione di secrezione e assorbimento. Problemi al pancreas causano diabete mellito di tipo 1 e 2; problemi al fegato

causano la cirrosi epatica. Connettivo: cartilagineo, sangue, tessuto osseo, tessuto adiposo. La funzione è quella di collegare, sostenere e difendere organi e tessuti. È costituito da cellule separate tra loro dalla matrice, una sostanza extracellulare. Nel tessuto cartilagineo le cellule producono proteine che si combinano con l'acido ialuronico per formare una struttura elastica e resistente. Il tessuto osseo fornisce resistenza e protezione. Il tessuto adiposo è una riserva di energia immagazzinata nel citoplasma. Muscolare: scheletrico, cardiaco, liscio. È il tessuto più abbondante nel corpo e realizza il movimento. Quello scheletrico, o striato, si trova in tutti i muscoli collegati allo scheletro e permette i movimenti volontari. Quello liscio si trova nei muscoli involontari. Quello cardiaco ha caratteristiche intermedie. Nervoso: porta le informazioni dal cervello alle varie parti del corpo e viceversa. È formato da due tipi di cellule: i neuroni, che trasmettono gli impulsi elettrici, e le cellule gliali, che sostengono e proteggono i neuroni.cellule: neuroni formati da dendriti e assone, e cellule di sostegno che formano una guaina mielinica isolante. I tessuti si organizzano in organi, che possono cooperare formando gli apparati: Apparato tegumentario: protegge il corpo da agenti esterni, contiene recettori sensoriali ed è coinvolto nella termoregolazione. La pelle è formata da epidermide e derma. Apparato muscolo-scheletrico: supporta e protegge l'organismo consentendo il movimento. Le ossa sono circa 206 e sono suddivise in base a forma e dimensione in ossa lunghe, corte e piatte. I muscoli sono circa 620 e permettono vari tipi di movimento: flessione, estensione, rotazione. Apparato circolatorio: garantisce il trasporto di O, nutrienti, sostanze di rifiuto e messaggeri chimici in tutto il corpo. Il cuore è l'organo propulsore del sangue, diviso in due parti non comunicanti e in quattro camere, due superiori, atrii, e due inferiori, ventricoli. Ha una contrazione involontaria e

La circolazione sanguigna è autoritmica in due fasi, una di rilassamento detta diastole, una di contrazione detta sistole. I vasi sanguigni si dividono in: arterie, che trasportano il sangue dal cuore alla periferia; vene, che trasportano il sangue dalla periferia al cuore; capillari, che favoriscono la diffusione di ossigeno e nutrienti ai tessuti. La circolazione sanguigna si divide in: sistemica (dal ventricolo sinistro porta il sangue ai tessuti e dalla periferia va all'atrio destro); polmonare (dal ventricolo destro porta il sangue ai polmoni e quello ossigenato torna al cuore).

Apparato respiratorio: permette gli scambi gassosi ed è formato da polmoni e vie respiratorie. I polmoni sono organi spugnosi rivestiti da due membrane separate da un liquido lubrificante. Percorso dell'aria: narici faringe laringe bronchi bronchioli alveoli.

Apparato digerente: si occupa di degradare le molecole complesse e assorbire quelle semplici. Stomaco: rivestito da un tessuto mucoso

Il corpo umano è ricco di cellule principali, parietali e mucose. L'intestino è diviso in tenue, per la digestione e l'assorbimento, e crasso, per l'assorbimento di acqua e sali minerali.

L'apparato nervoso è composto da neuroni che trasferiscono impulsi elettrici, i quali vengono convertiti in messaggi chimici dai tessuti bersaglio. È diviso in due parti: centrale (encefalo e midollo) e periferico (somatico, autonomo che si divide in simpatico e parasimpatico).

L'emoglobina è una proteina a struttura globulare formata da 4 unità. Ogni unità presenta un gruppo eme che si lega a una molecola di ossigeno.

Per quanto riguarda l'anatomia e i tessuti vegetali, nelle piante ci sono molti tessuti divisi in tre sistemi:

• Vascolare: ha la funzione di condurre le sostanze da una parte all'altra della pianta. È formato da due tessuti: xilema, che trasporta acqua e sali minerali dalle radici alle foglie, e floema, che trasporta sostanze nutritive prodotte dalle foglie alle cellule.
• Tegumentale: protegge la superficie esterna della pianta.
• Fondamentale: ha funzioni di sostegno e riserva.

plante. Utilizza il metodo di classificazione basato sui caratteri morfologici esterni o anatomici. Il testo formattato con i tag html sarà il seguente:

Formato da parenchima.

Anche nelle piante c'è un'organizzazione per livelli: radice, fusto, foglia, fiore, frutto. Nella pagina inferiore della foglia ci sono gli stomi, aperture che consentono scambi di gas e fuoriuscita di H2O.

11) CLASSIFICAZIONE

- Finalità:

Classificare gli esseri viventi serve per sistemare le specie a seconda delle caratteristiche, ricostruirne una storia evolutiva e prevederne i comportamenti.

Tursiops aduncus L. Zostera marina L. Comaster schlegelii C. Es. non è un pesce, e non sono alghe, Pygopus lepidopodus L. non è un serpente.

- Metodo di classificazione:

Classificare = mettere in ordine oggetti secondo un criterio scelto da chi compie la classificazione.

Carattere = qualsiasi attributo, macroscopico o microscopico, che permette di distinguere un organismo da altri.

Aristotele: basa la sua classificazione su caratteri morfologici esterni o anatomici. Colloca in modo corretto i cetacei e i piante.