Introduzione alla Biologia Applicata

Introduzione alla Biologia Applicata

• La biologia applicata studia la vita, gli organismi viventi e le loro interazioni.
• Analizza la vita a diversi livelli, dalla molecola all'organismo.
• Include studi su molecole, cellule, organismi, popolazioni ed ecosistemi.

Esseri viventi

• Gli organismi derivano da un antenato comune, LUCA, circa 4 miliardi di anni fa.
• I viventi si suddividono in tre domini: batteri, archeobatteri ed eucarioti.
• Le caratteristiche fondamentali dei viventi includono: composizione di molecole, struttura cellulare, processi metabolici, informazione genetica e capacità di riproduzione.

La Terra

• La formazione della Terra è avvenuta circa 4,5 miliardi di anni fa.
• Inizialmente l'ambiente era inospitale alla vita a causa dell'assenza di ossigeno, alte temperature e radiazioni.
• Circa 3,5 miliardi di anni fa si sono formati i primi fossili, gli stromatoliti.
• La fotosintesi clorofilliana, comparsa circa 2 miliardi di anni fa ha portato all'immissione di ossigeno nell'atmosfera e ad un cambiamento drammatico delle forme di vita.
• Circa 800 milioni di anni fa sono apparse le prime forme pluricellulari, ed infine circa 500 milioni di anni fa c'è stata l'homo sapiens.

Fotosintesi

• La fotosintesi ossigenica impiega l'energia del sole per convertire CO2 e H2O in glucosio, con liberazione di O2 come prodotto di scarto.
• Comparsa circa 2,5 miliardi di anni fa, ha cambiato profondamente la biosfera.
• Le prime cellule fotosintetiche erano simili ai cianobatteri.

L'informazione biologica

• La variazione degli organismi viventi si basa sul genoma che corrisponde alla somma totale del DNA di una cellula.
• Ogni gene contiene l'informazione necessaria per la sintesi di una proteina.
• II DNA è composto da nucleotidi.
• Gene strutturale: tratto di DNA che porta l'informazione per codificare una proteina.
• DNA spazzatura o geni spazzatura: informazioni non codificanti.
• Le cellule di un organismo pluricellulare condividono lo stesso DNA, ma le diverse funzioni e strutture sono determinate dal differenziamento cellulare.

Cellule

• Le cellule sono l'unità di base della vita.
• Totipotenti: possono differenziarsi in tutti i tipi cellulari.
• Pluripotenti: possono differenziarsi in vari tipi cellulari.
• Multipotenti: possono differenziarsi in alcuni tipi cellulari.
• Oligopotenti: possono differenziarsi in pochi tipi cellulari.
• Unipotenti: possono differenziarsi in un solo tipo di cellula

Evoluzione

• Le specie sono gruppi di individui interfecondi, che si evolvono nel tempo attraverso cambiamenti di frequenze geniche.
• La selezione naturale porta all'adattamento delle specie.
• La classificazione delle specie si basa su un sistema gerarchico, sviluppato da Linneo, basato su caratteristiche morfologiche e filogenetiche.
• La speciazione si verifica quando popolazioni isolate evolvono divergenti.
• Le omologie e l'omoplasia sono due concetti chiave nell'analisi delle storie evolutive.

Biomolecole

• Le biomolecole (proteine, carboidrati, lipidi, acidi nucleici) sono i componenti fondamentali degli esseri viventi.
• I polimeri sono costituiti da monomeri.
• La struttura e la funzione delle proteine dipendono dai loro gruppi funzionali.
• Gli isomeri hanno la stessa formula molecolare ma diversa struttura.
• I carboidrati sono classificati come monosaccaridi, disaccaridi, oligosaccaridi e polisaccaridi.
• I lipidi comprendono grassi, oli, fosfolipidi e steroidi.
• Gli acidi nucleici sono polimeri di nucleotidi.

L'acqua

• L'acqua è fondamentale per la vita.
• Ha proprietà uniche come alta capacità termica, calore di evaporazione e coesione, dovuto ai suoi legami a idrogeno, che sono cruciali per la vita.
• L'acqua è un buon solvente per le molecole polari.

Acidi e Basi

• Gli acidi liberano protoni (H+) in soluzione acquosa, mentre le basi liberano ioni idrossido (OH-).
• II pH misura la concentrazione di protoni in una soluzione.
• Le soluzioni tampone mantengono il pH costante.

L'ATP (adenosina trifosfato)

• L'ATP è la principale molecola di trasporto di energia nelle cellule.
• L'idrolisi dell'ATP rilascia energia e la converte ad ADP (adenosina difosfato).

DNA e RNA

• DNA e RNA sono acidi nucleici, memorizzano e trasferiscono l'informazione genetica.
• DNA è formato da due filamenti antiparalleli ad elica a forma di doppia elica rivestita da zucchero, fosfato, basi azotate - adenina, timina, citosina, guanina.
• RNA è formato da un singolo filamento: adenina, guanina, citosina, uracile - ribosio, fosfato.
• La replicazione del DNA è il processo per creare una copia identica.
• La trascrizione del DNA è il processo che crea una copia di RNA.

Cellula

• Le cellule sono distinte in procariotiche (senza nucleo) o eucariotiche (contenenti nucleo).
• Procarioti: batteri e archea.
• Eucarioti: cellule più complesse con organelli (membrana nucleare, RE, mitocondri, apparato del Golgi, lisosomi, ecc.)
• II citoscheletro è essenziale per la forma e la funzione delle cellule.
• La membrana cellulare è selettivamente permeabile, permettendo l'entrata e l'uscita di sostanze nella cellula.

Cellule nervose

• I neuroni sono le unità funzionali del sistema nervoso.
• Sono responsabili della ricezione, integrazione e trasmissione dell'informazione.
• Sono composte da soma e dendriti (ricevono segnali), assone (trasmettono segnali) e terminazioni sinaptiche e dal citoscheletro.
• Nelle sinapsi chimiche, i neurotrasmettitori trasportano segnali tra neuroni, mentre nelle sinapsi elettriche il segnale elettrico viene passato direttamente tra cellule.
• La degradazione del neurotrasmettitore è fondamentale per evitare il prolungato effetto sul ricevente dopo il rilascio o per poter riutilizzarlo se necessario.
• La trasmissione avviene sotto forma di potenziali d'azione.
• I neuroni sono classificati in base al numero di neuriti (multipolari, bipolari, unipolari), all'estensione del loro assone o al tipo di neurotrasmettitore.