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Biologia

• La biologia studia gli esseri viventi e il loro funzionamento.
• La capacità di riproduzione distingue gli esseri viventi dagli oggetti inanimati.
• Gli esseri viventi sono formati da cellule, ad eccezione dei virus.
• Gli esseri viventi unicellulari sono formati da una cellula, mentre quelli pluricellulari da più cellule.
• Gli esseri viventi crescono, si sviluppano, si riproducono ed evolvono.
• Regolano il proprio metabolismo per mantenere stabili le caratteristiche dell'ambiente interno (omeostasi).
• Possono percepire cambiamenti e rispondere agli stimoli.
• Le informazioni relative alla struttura e alla funzione sono contenute in un programma di geni che formano il DNA.
• Ogni organismo vivente è organizzato e si comporta da unità che comprende in modo armonico.
• L'organizzazione richiede energia per mantenere una struttura ordinata.
• CELLULA= unità strutturale
• TESSUTO= gruppo di cellule con struttura e funzione simile
• ORGANO= gruppo di tessuti differenti che cooperano per una o più funzioni
• APPARATO= gruppo di organi diversi che lavorano per adoperare una o più funzioni.

Bioelementi

• I bioelementi sono circa venti elementi chimici presenti in natura.
• Carbonio, idrogeno, ossigeno e azoto costituiscono il 99% della sostanza vivente.
• Gli organismi viventi sono costituiti da composti chimici in grado di sintetizzare moltissime sostanze.
• I composti più importanti sono le biomolecole, composti da un elevato peso molecolare:
• I carboidrati
• Proteine
• Lipidi

Carboidrati

• Sono composti formati da carbonio, idrogeno e ossigeno e sono una fonte di energia e supporto per le cellule.
• Nei vegetali costituiscono il 60-90% del peso secco, mentre nei tessuti umani circa l'1%.
• Si suddividono in monosaccaridi, disaccaridi e polisaccaridi.

Monosaccaridi

• Sono zuccheri semplici come il glucosio, principale zucchero energetico, e il fruttosio presente nella frutta.

Disaccaridi

• Sono formati da due monosaccaridi, come il saccarosio (glucosio + fruttosio), il lattosio (glucosio + galattosio) e il maltosio (glucosio + glucosio).

Polisaccaridi

• Sono polimeri di monosaccaridi con funzioni di riserva energetica.
• L'amido è il principale polisaccaride di riserva nei vegetali ed è formato da amilosio (lineare) e amilopectina (ramificata).
• Il glicogeno è il polisaccaride di riserva negli animali, simile all'amido ma più ramificato.
• La cellulosa è il principale componente della parete vegetale.
• La chitina si trova parete cellulare dei funghi e nell'esoscheletro degli insetti e crostacei.
• I glicosaminoglicani sono polisaccaridi lineari nei tessuti animali, come l'acido ialuronico.

Proteine e la loro struttura

• Le proteine sono polimeri di 20 amminoacidi uniti da legami peptidici, con ruoli strutturali, catalitici, di trasporto e regolatori.
• Nove amminoacidi sono essenziali.
• La struttura primaria è la sequenza lineare di amminoacidi nel polipeptide.
• La struttura secondaria è data da interazioni tra amminoacidi vicini, come nell'α-elica e nel foglietto β.
• La struttura terziaria è la conformazione tridimensionale della proteina, stabilizzata da legami a idrogeno, interazioni idrofobiche, legami ionici e ponti disolfuro.
• La struttura quaternaria è la disposizione spaziale di più catene polipeptidiche (subunità).

Lipidi

• I lipidi sono molecole insolubili in acqua con ruoli di riserva energetica, strutturali e di segnalazione.
• I trigliceridi sono la principale riserva energetica, formati da glicerolo + tre acidi grassi.
• I fosfolipidi sono componenti delle membrane cellulari, con testa idrofila e code idrofobe.
• Gli steroidi hanno struttura a quattro anelli condensati, come ormoni steroidei, vitamina D e colesterolo.

Teoria Cellulare

• La cellula è l'unità base di tutti gli esseri viventi.
• Tutte le cellule hanno origine da altre cellule che si dividono.
• Ogni cellula è circondata dalla membrana cellulare, all'interno della quale c'è il citoplasma.
• Le cellule si dividono in procariotiche ed eucariotiche.

Cellula Procariota

• Le cellule procariotiche sono le più semplici e piccole (0,5-5 μm) e sono prive di nucleo.
• Il DNA consiste in una singola molecola circolare nel nucleoide, con possibili plasmidi extra.
• Nel citoplasma sono presenti i ribosomi.
• Le cellule procariotiche hanno una parete cellulare esterna, fatta di peptidoglicani.
• La membrana forma pieghe (mesosomi).
• I procarioti sono organismi unicellulari che si riproducono per scissione binaria e possono scambiarsi materiale genetico.
• I batteri e i cianobatteri appartengono a questa categoria.

Cellula Eucariota

• Le cellule eucariotiche sono più grandi (10-100 μm) e complesse, con organelli specializzati tra cui il nucleo e cromosomi.
• Possono esistere come organismi unicellulari o pluricellulari.
• Hanno composizione chimica di base simile (proteine, carboidrati, acidi nucleici e lipidi), glicolisi, ATP e DNA.
• La mobilità varia da cellule attive a cellule immobili.
• Alcune cellule hanno un rivestimento esterno.
• Alcune usano l'ossigeno, mentre altre ne sono avvelenate.
• Si distinguono per la produzione di composti specifici come ormoni, amido, grasso, pigmenti o gomma. Specializzazione cellulare.

Membrana Cellulare

• La membrana cellulare è un involucro di 7-9 nm costituito da fosfolipidi, proteine, colesterolo e glicolipidi.
• I fosfolipidi formano un doppio strato con teste idrofile e code idrofobe. Glicolipidi nello strato esterno.
• Le proteine possono attraversare il doppio strato lipidico (proteine intrinseche) o essere legate alla superficie (proteine estrinseche).
• I fosfolipidi e le proteine si muovono liberamente nel piano laterale della membrana.
• Le proteine svolgono diverse funzioni, da enzimi a recettori.
• Le funzioni principali della membrana sono strutturale, funzionale, di comunicazione e di integrazione.

Nucleo

• Il nucleo controlla la maggior parte delle attività della cellula e costituisce il sito cellulare per la replicazione, l'accrescimento e il differenziamento.
• È circondato dalla membrana nucleare che presenta pori nucleari.
• Contiene DNA associato a istoni, formando la cromatina.
• Nel nucleo sono presenti i nucleoli, dove vengono sintetizzati gli RNA ribosomiali (rRNA).

Ribosomi, Reticolo Endoplasmatico e Apparato di Golgi

• I ribosomi sintetizzano le proteine e sono assemblati nel nucleolo; sono costituiti da due subunità composte da RNA ribosomiale e proteine.
• Il reticolo endoplasmatico (RE) è un sistema di membrane che può essere liscio (REL) o rugoso (RER).
• Il RER sintetizza l'esportazione, alla membrana cellulare o agli organuli intracellulari. Le proteine prodotte dal RER transitano nell'apparato di Golgi.
• Il Golgi modifica e smista i prodotti provenienti dal RER.

Lisosomi

• I lisosomi sono vescicole delimitate da membrana contenenti enzimi idrolitici con un pH interno acido.
• Sono deputati alla difesa come globuli bianchi e macrofagi.
• Degradano sia sostanze dall'esterno che materiali cellulari non più utili.
• La rottura dei lisosomi causa la distruzione della cellula (autolisi).

Microsomi

• I microsomi sono vescicole cellulari con sostanze specifiche al loro interno.
• I perossisomi producono perossido di idrogeno e demoliscono sostanze tossiche e contengono catalasi.

Mitocondri

• I mitocondri sono organelli circondati da una doppia membrana.
• Vi è uno spazio chiamato matrice.
• Semiautonomi con DNA circolare e ribosomi simili a quelli batterici.
• I mitocondri si dividono per scissione binaria.
• Durante la fecondazione, i mitocondri dello zigote provengono esclusivamente dall'ovulo.
• Sono le centrali energetiche delle cellule (respirazione cellulare).

Citoscheletro

• Il citoscheletro è una struttura proteica nel citoplasma.
• È composto da tre tipi di filamenti proteici: microtubuli, filamenti intermedi e microfilamenti.
• I microtubuli sono costituiti da tubulina e coinvolgono il fuso mitotico, la divisione cellulare, il movimento degli organuli e di tutta la cellula.
• I filamenti intermedi offrono resistenza meccanica.
• I microfilamenti sono costituiti da actina e sono coinvolti nel movimento come contrazione.
• I centrioli (solo nelle cellule animali) sono centrali per l'organizzazione dei microtubuli.
• Ciglia e flagelli dotati di movimento sono appendici cellulari contenenti microtubuli.

Cellula Vegetale

• Presenta una parete cellulare esterna che dà forma e sostegno, fatta principalmente di cellulosa e dei plasmodesmi.
• I plastidi sono cromoplasti, leucoplasti e cloroplasti (contenenti clorofilla).
• I vacuoli hanno sostegno e deposito.
• L'osmosi nella cellula vegetale genera pressione di turgore.

Scambio di Materiali tra Interno ed Esterno della Cellula

• Il trasporto passivo avviene secondo gradiente di concentrazione senza energia, al contrario del trasporto attivo.
• La membrana plasmatica è semipermeabile.
• Il gradiente elettrochimico è la forza che sposta soluti carichi.
• L'osmosi consiste nel passaggio di acqua attraverso una membrana semipermeabile.
• In soluzione isotonica, le cellule animali non subiscono variazioni, mentre in soluzione ipotonica si gonfiano e in ipertonica si raggrinziscono.
• Le sostanze come gli ioni e gli zuccheri non possono attraversare la membrana con diffusione semplice, per questi è possibile la diffusione facilitata e il trasporto attivo.

Trasporto Attraverso le Vescicole

• Processo in cui si formano invaginazioni della membrana cellulare, con la formazione di vescicole contenenti le sostanze da trasportare che si muovono nel citoplasma.
• Nell'endocitosi la cellula ingloba particelle solide (fagocitosi) o goccioline di liquidi con soluti (pinocitosi), o molecole che devono essere trasportate per mezzo di recettori specifici (endocitosi mediata da recettori).
• Nell'esocitosi invece le vescicole contenute dentro la cellula si fondono con la membrana cellulare e rilasciano all'esterno il loro contenuto.

Pompe Proteiche e Potenziali di Membrana

• Esiste una differenza di concentrazione ionica ai due lati della membrana, perché il sodio è più concentrato all'esterno e il potassio all'interno.
• Ciò crea un potenziale di membrana di circa -70 mV.
• La pompa sodio-potassio (Na+/K+) usa l'ATP per trasportare 3 ioni sodio fuori e 2 potassio dentro.
• Queste pompe ioniche regolano la pressione osmotica, creano gradienti elettrochimici, controllano il volume cellulare e l'eccitabilità di nervi e muscoli.

Comunicazioni tra Cellule

• Le cellule devono comunicare tra loro attraverso messaggeri chimici o giunzioni cellulari.
• Le cellule animali hanno giunzioni ancoranti (desmosomi), giunzioni occludenti (tight junctions) e giunzioni comunicanti (gap junctions).

Metabolismo Cellulare

• È l'insieme delle reazioni anaboliche (sintesi che richiedono energia) e cataboliche (degradazione che liberano energia).
• L'energia liberata dalle reazioni cataboliche viene poi immagazzinata nell'ATP.

ATP

• L'ATP è una molecola con tre gruppi fosfato, un gruppo esosergonica che collega reazioni cataboliche e anaboliche.

Reazioni Metaboliche e Ossidoriduzioni

• Reazioni ossidoriduzione comprendenti il trasferimento di elettroni nelle reazioni chimiche, con conseguente alterazione dello stato di ossidazione degli elementi.
• L'ossidazione si verifica quando una sostanza perde elettroni mentre la riduzione è quando una sostanza guadagna elettroni.
• Le sostanze organiche come il glucosio sono in uno stato ridotto (elevato contenuto energetico).

Enzimi

• Gli enzimi sono catalizzatori biologici che aumentano la velocità delle reazioni senza essere consumati.
• Le sostanze con cui l'enzima reagisce si chiamano substrati e si legano al sito attivo dell'enzima.
• Molti enzimi necessitano di cofattori o coenzimi (vitamine o derivati).

Catabolismo del Glucosio

• La cellula ottiene energia ossidando gradualmente le sostanze organiche.
• Nelle cellule deriva dalla demolizione del glucosio.
• Il primo passo è la glicolisi, dove glucosio viene convertito in piruvato.
• Il piruvato può seguire due percorsi.
• In assenza di ossigeno: fermentazione ad acido lattico o alcol.
• In presenza di ossigeno: ossidato fino a CO2, con la respirazione cellulare.

Ciclo di Krebs

• Reazioni cicliche dove l'acetil-CoA si lega all'acido ossalacetico.
• La de carbossilazione ossidativa del piruvato è quando piruvato si lega al Coenzima A (Acetil-CoA).