Riassunto esame Biologia, docente Luciani, libro consigliato Elementi di Biologia, Solomon

Sunto di Biologia, docente Luciani, libro consigliato

Elementi di Biologia di Solomon

UNO SGUARDO SULLA VITA

Caratteristiche di un essere vivente:

 Sono composti da cellule (unicellulari o pluricellulari)

 Crescono e si sviluppano

 Regolano i propri processi metabolici

 Rispondono agli stimoli

 Si riproducono

 Si evolvono e si adattano all’ambiente Le proteine sono molecole

importanti nel determinare

la struttura e la funzione

delle cellule e dei tessuti.

La sistemica è il campo

della biologia che studia la

diversità degli organismi e

le loro correlazioni

evolutive. Un aspetto della

sistemica è la tassonomia

che studia la nomenclatura

e la classificazione degli

organismi. Sistema di

Linneo (sistema di

nomenclatura binomiale):

prima parte del nome indica

il genere, la seconda parte,

l’epiteto specifico, indica

una particolare specie

appartenente a quel

genere. Specie (gruppo di

organismi con struttura,

funzione e comportamento

simili) Genere Famiglia

 

(es. felidi) Ordine (es.



carnivori) Classe (es.



mammiferi) Phylum (es.



cordati) Regno (6 regni:



batteri, archaea, protisti,

piante, funghi, animali) 

Dominio (es. eucarioti). Pool

genico: geni presenti in una popolazione. La selezionenaturale agisce sugli individui facenti parte

di una popolazione e favorisce quegli organismi con caratteristiche tali da permettere loro di far

fronte alle pressioni esercitate dall’ambiente. Tali organismi sono quelli che più probabilmente

sopravvivranno e genereranno prole. Poiché questi organismi vincenti possono trasmettere la

loro “ricetta” genetica per la sopravvivenza, i loro caratteri diventano quelli più frequenti nella

popolazione.

Organismi autotrofi (produttori): piante, alghe e certi batteri trasformano la CO2 e H2O (con

l’ausilio dell’energia luminosa) in glucosio (C6H12O6) e O2.

Organismi eterotrofi (consumatori): dipendono dai produttori per ossigeno, cibo ed energia:

C6H12O6 + O2 CO2 + H2O + ATP.



Organismi decompositori: maggior parte dei batteri e funghi, ottengono il nutrimento dalla

degradazione di materiali organici non viventi come rifiuti, foglie e rami morti e corpi di organismi

morti.

ORGANIZZAZIONE DELLA CELLULA

Teoria cellulare (Schleiden, Schwann, Virchow): 1) le cellule rappresentano l’unità fondamentale

di funzione e organizzazione di tutti gli organismi; 2) tutte le cellule derivano da altre cellule.

Weissman: tutte le cellule viventi hanno un antenato comune.

Micrometro (µm) misurare le cellule



Nanometro (nm) misurare i componenti della cellula



Perché le cellule sono piccole? Fattore critico: rapporto tra superficie (area) e volume l’area



deve essere grande rispetto al volume. Se la cellula si ingrandisce il volume aumenta in misura

maggiore rispetto all’area. Al di sopra delle dimensioni critiche 1) le molecole necessarie per la

cellula non potrebbero essere trasportate all’interno alla velocità adeguata; 2) la cellula non

sarebbe in grado di trasportare fuori i materiali di rifiuto; 3) le molecole una volta all’interno

vengono trasportate in regioni in cui vengono modificate, essendo piccole le distanze percorse

sono brevi e ciò accelera le attività cellulari.

Microscopio ottico (o composto):

2 proprietà: ingrandimento e potere risolutivo.

Ingrandimento rapporto tra dimensione dell’immagine vista al microscopio e dimensioni



effettive dell’oggetto (massimo ingrandimento fino a 1000 volte).

Risoluzione capacità di distinguere i più piccoli dettagli di un’immagine (distanza minima tra



due punti alla quale questi possono essere distinti l’uno dall’altro). Dipende dalla qualità delle lenti

e dalla lunghezza d’onda della sorgente luminosa (da 400 nm a 700 nm). Quando la lunghezza

d’onda diminuisce la risoluzione aumenta.

Microscopia in campo chiaro : trasmissione di luce attraverso la cellula (i dettagli non sono visibili,

c’è poco contrasto).

Microscopia in campo scuro : raggi di luce diretti lateralmente, solo la luce diffusa attraversa le

lenti (la cellula appare luminosa su campo scuro).

Microscopia a contrasto di fase e a contrasto di interferenza differenziale : sfruttano differenze di

intensità all’interno delle cellule. Queste differenze fanno sì che le varie regioni del citoplasma

rifrangano la luce diversamente.

Microscopia a fluorescenza : utilizzata per individuare molecole specifiche all’interno delle cellule.

Microscopio confocale : immagini più nitide della microscopia a fluorescenza.

Microscopio elettronico:

Offre ingrandimenti fino a 250.000 volte.

MET (a trasmissione): si devono preparare sezioni ultrasottili

MES (a scansione): il fascio elettronico no passa attraverso il campione. Offre un’immagine

tridimensionale della superficie del campione. Dà informazioni sulla forma e sulle caratteristiche

esterne del campione.

Similitudini tra MO e ME: un fascio di luce (o elettroni) viene diretto da lenti condensatrici sul

campione, che viene ingrandito dalla lente dell’obiettivo e dell’oculare (nel caso del MO) o delle

lenti proiettori (nel caso del MET). L’immagine MET è focalizzata su uno schermo a fluorescenza,

mentre la MES viene trasmessa su uno schermo televisivo. Le lenti dei ME sono magneti che

deviano il fascio elettronico.

Limitazioni ME: 1) la preparazione delle cellule per il ME le uccidono o ne alterano la struttura; 2)

fornisce poche indicazioni sulle funzioni dei componenti cellulari.

Tecniche biochimiche:

Frazionamento cellulare : le cellule vengono rotte e utilizzando una centrifuga viene separato il

pellet (materiale più pesante) dal supernatante (particelle più leggere). Nella centrifugazione

differenziale il supernatante viene ulteriormente centrifugato per permettere ai componenti

cellulari di essere separati.

CELLULE PROCARIOTICHE (archea e batteri)

Sono più piccole delle cellule eucariotiche (circa 1/10).

Hanno due forme principali: sferica cocchi: possono essere raggruppati in coppie



(diplococchi), in lunghe catene (streptococchi) o in aggregati irregolari simili a grappoli d’uva

(stafilococchi); e bastoncellare bacilli: singoli bastoncelli o lunghe catene. Alcuni hanno forma



elicoidale: spirillo (elica rigida) e spirocheta (elica flessibile); uno spiritto a forma di virgola è detto

vibrione.

Il DNA (singola molecola di DNA circolare) non è racchiuso dal nucleo ma si trova in una regione

limitata della cellula (area nucleare o nucleoide), non delimitata da membrana. In aggiunta al DNA

genomico, nella maggior parte dei batteri una parte limitata di informazione genetica può essere

presente sotto forma di plasmidi (piccole molecole di DNA circolari); essi possono replicarsi

indipendentemente dal DNA genomico o integrarsi in esso.

Come le cellule eucariotiche, anche le cellule procariotiche posseggono la membrana plasmatica,

che divide l’interno della cellula dall’esterno; possono inoltre possedere una parete cellulare che

racchiude l’intera cellula, compresa la membrana plasmatica, costituita da peptidoglicano. Nel

1888 Gram mise a punto la colorazione di Gram: i batteri che assorbono e mantengono la

colorazione violetto sono classificati come gram-positivi, mentre quelli che la perdono in seguito

al trattamento sono gram-negativi. La parete dei gram-positivi è molto spessa ed è formata

principalmente da peptidoglicani, mentre quelle dei gram-negativi è composta da due strati: una

sottile parete di peptidoglicani e una spessa membrana esterna. La differenza tra batteri gram-

positivi e gram-negativi è di grande importanza nel trattamento di alcune malattie.

Alcune specie di batteri producono una capsula, un sottile strato che circonda la parete cellulare,

utile per proteggerli dalla fagocitosi (ad es. dei globuli bianchi). Alcuni batteri posseggono

centinaia di pili (appendici pilifere) che li aiutano ad aderire tra loro o a certe superfici e sono utili

per la riproduzione sessuata.

Molti procarioti posseggono flagelli, lunghe fibre che si protendono dalla superficie cellulare,

utilizzati come propulsori, fondamentali per la locomozione. Il flagello procariotico è formato da

un corpo basale (motore), un uncino e un filamento singolo.

Le cellule procariotiche sono prive di nucleo, mitocondri, cloroplasti, reticolo endoplasmatico,

complesso di Golgi e lisosomi. Contengono piccoli ribosomi (70s), complessi di RNA e proteine in

grado di sintetizzare polipeptidi. In alcuni sono presente ripiegamenti della membrana plasmatica

(mesosomi).

I procarioti si riproducono asessualmente per scissione binaria, un processo mediante il quale

una cellula si divide in due cellule figlie simili (durata: meno di 20min!!). Essi possono riprodursi

anche per gemmazione o per frammentazione. Riproduzione sessuata (scambio di materiale

genetico) 3 meccanismi diversi: 1) trasformazione (i batteri acquisiscono materiale genetico

dall’esterno, proveniente da un batterio morto), 2) trasduzione (un fago trasferisce il DNA

batterico da un batterio ad un altro), 3) coniugazione (un batterio donatore trasferisce DNA

plasmidico ad un batterio ricevente attraverso i pili).

Quando l’ambiente diventa sfavorevole molte specie diventano dormienti, altre formano cellule

dormienti estremamente durevoli: endospore. Esse possono sopravvivere in ambienti molto

secchi, caldi o ghiacciati, o quando il cibo è scarso.

Molti tipi di batteri che vivono in ambienti acquosi formano dense pellicole: biofilm, che

aderiscono a superfici solide.

In base alla modalità di ottenimento dei nutrienti, i procarioti sono classificati come: eterotrofi

(ricavano atomi di carbonio dai composti organici di altri organismi) o autotrofi (producono le loro

molecole organiche utilizzando come fonte di carbonio l’anidride carbonica sono in grado di



organicare la materia; si nutrono di sostanze inorganiche). In base alla modalità di cattura

dell’energia i procarioti sono classificati come: chemiotrofi (ottengono energia dai composti

chimici), fototrofi (catturano l’energia luminosa). Quando si considerano sia la fonte di carbonio

sia la fonte di energia i procarioti possono essere suddivisi in 4 gruppi: chemioeterotrofi (la

maggior parte; dipendono dalle molecole organiche sia per il carbonio che per l’energia; molti di

loro sono decompositori che si nutrono di materia organica morta; alcuni sono patogeni e

ricavano nutrimento dagli organismi che infettano e danneggiano gli ospiti causando malattie),

fotoeterotrofi (ottengono il carbonio da altri organismi ma cattura l’energia luminosa),

fotoautotrofi (es. i cianobatteri; utilizzano l’energia luminosa per sintetizzare i composti organici),

chemioautotrofi (utilizzano l’anidride carbonica come fonte di carbonio ma non utilizzano la luce

solare come fonte di energia, essi ottengono l’energia attraverso l’ossidazione di composti

inorganici).

La maggior parte dei batteri hanno un metabolismo aerobico in quanto richiedono ossigeno per la

respirazione cellulare. Molti batteri sono anaerobi facoltativi, cioè possono usare l’ossigeno per la

respirazione se è disponibile, ma conducono il metabolismo anaerobicamente se necessario. Altri

sono anaerobi obbligati e possono sostenere un metabolismo energetico solo anaerobicamente.

Gli ARCHAEA vivono in ambienti estremi che si ritiene siano simili alle condizioni della Terra

primordiale. E tipi di archeobatteri: metanogeni (vivono in ambienti privi di ossigeno,

comunemente presenti nel tratto digerente dell’uomo, caratterizzati dalla produzione di metano a

partire da composti carboniosi), alofili estremi (vivono in soluzioni sature di Sali, come le acque

saline del Mar Morto, utilizzato la respirazione aerobica per produrre ATP), termofili estremi

(crescono in ambienti caldi 45-110°C e talvolta acidi).

I procariori interagiscono con gli atri organismi la simbiosi. 3 forme di simbiosi: mutualismo

(entrambi i partner traggono beneficio), commensalismo (uno dei partner trae beneficio mentre

l’altro non è né danneggiato né avvantaggiato), parassitismo (uno dei partner trae beneficio a

scapito dell’altro).

CELLULE EUCARIOTICHE

Presenza di organelli delimitati da membrana e di nucleo che contiene DNA.

Possono essere unicellulari o pluricellulari (negli organismi pluricellulari le cellule si specializzano

differenziandosi).

Porzione di protoplasma al di fuori del nucleo citoplasma (matrice colloidale e acquosa)



Porzione di protoplasma interna al nucleo nucleoplasma



Componente fluida del citoplasma citosol



Posseggono un citoscheletro, importante per il mantenimento della forma della cellula e per il

trasporto di materiale al suo interno.

Organuli che si trovano solo in certi tipi di cellule: cloroplasti (piante e alghe), parete cellulare

(batteri, funghi, piante), vacuolo (piante).

Le membrane cellulari suddividono le cellule in compartimenti. Vantaggi: 1) fanno sì che alcune

attività cellulari siano localizzate all’interno di una regione specifica; 2) tengono alcuni composti

particolarmente reattivi separati dalle altre parti della cellula che potrebbero da questi essere

danneggiate; 3) fanno sì che possano avvenire contemporaneamente attività diverse; 4)

permettono di immagazzinare energia.

Esistono numerose membrane considerate come facenti parte del sistema di membrane interne

detto sistema di endomembrane. Alcuni organuli hanno connessioni dirette tra le loro membrane

ed i diversi compartimenti; altri trasportano materiale all’interno di vescicole, piccole sacche

circondate da membrana che si formano per gemmazione della membrana di un altro organulo.

Il nucleo (5 µm visibile al microscopio ottico). L’involucro nucleare è costituito da due



membrane separate che ad intervalli si fondono formando pori nucleari, che regolano il passaggio

di materiali tra nucleoplasma e citoplasma. Una rete fibrosa detta lamina nucleare forma il

rivestimento int