Esame di Biologia PDF

Scheda 1 La compartimentazione interna della cellula e il ruolo del nucleo Le cellule eucariotiche rappresentano un modello di complessità organizzativa, in cui la compartimentazione interna garantisce l’efficienza dei processi vitali. Questa compartimentazione è resa possibile dalla presenza di m...

Scheda 1 La compartimentazione interna della cellula e il ruolo del nucleo Le cellule eucariotiche rappresentano un modello di complessità organizzativa, in cui la compartimentazione interna garantisce l’efficienza dei processi vitali. Questa compartimentazione è resa possibile dalla presenza di membrane che separano le diverse funzioni cellulari in organuli specifici, permettendo il controllo delle reazioni biochimiche e la protezione del materiale genetico. Tra questi compartimenti, il nucleo occupa un ruolo centrale, essendo il sito della gestione dell'informazione genetica. Il nucleo: il centro di controllo della cellula Il nucleo è l’organulo più grande e distintivo delle cellule eucariotiche. È delimitato da un involucro nucleare, una doppia membrana che separa il contenuto nucleare dal citoplasma e permette una regolazione precisa dello scambio di materiali tra queste due aree. Struttura del nucleo 1. Involucro nucleare: ○Composto da due membrane concentriche, ciascuna con una struttura lipidica simile alla membrana plasmatica. ○ I pori nucleari attraversano l’involucro, formando canali regolati attraverso i quali avviene il trasporto di molecole: Ingressi: proteine, nucleotidi e altre molecole necessarie per le attività nucleari. Uscite: RNA messaggero (mRNA), RNA ribosomiale (rRNA) e subunità ribosomiali assemblate. 2. Nucleoplasma: ○ Una matrice semifluida che riempie l’interno del nucleo e sostiene i componenti nucleari. 3. Cromatina: ○Il materiale genetico è presente sotto forma di cromatina, una complessa associazione di DNA e proteine (istoni). Durante la divisione cellulare, la cromatina si condensa per formare i cromosomi visibili al microscopio. 4. Nucleolo: ○ Una regione densa all’interno del nucleo, non delimitata da membrana, che è il sito della sintesi dell'RNA ribosomiale (rRNA) e dell'assemblaggio delle subunità ribosomiali. Funzioni del nucleo Il nucleo svolge un ruolo essenziale come centro di controllo della cellula. Le sue principali funzioni includono:  1. Conservazione del materiale genetico: ○Il DNA contenuto nel nucleo codifica per tutte le informazioni necessarie per il funzionamento e la replicazione della cellula. ○ La compartimentazione nucleare protegge il DNA da eventuali danni chimici o meccanici. 2. Regolazione dell'espressione genica: ○Il nucleo controlla l’attivazione o la repressione dei geni in risposta agli stimoli interni ed esterni. ○ La trascrizione del DNA in RNA messaggero (mRNA) avviene nel nucleo, mentre la traduzione in proteine si svolge nel citoplasma. 3. Produzione di ribosomi: ○Il nucleolo è responsabile della sintesi dell’RNA ribosomiale (rRNA) e dell’assemblaggio iniziale delle subunità ribosomiali, che vengono successivamente esportate nel citoplasma per formare ribosomi funzionali. 4. Regolazione dello scambio nucleocitoplasmatico: ○ I pori nucleari consentono il passaggio selettivo di molecole, assicurando un controllo rigoroso tra le attività nucleari e quelle citoplasmatiche. La compartimentazione cellulare: efficienza e organizzazione Il nucleo è solo uno dei numerosi organuli delimitati da membrane che costituiscono la compartimentazione interna della cellula. Questi organuli collaborano per garantire il funzionamento integrato della cellula: Reticolo endoplasmatico (RE): ○RE rugoso: collegato con l’involucro nucleare, è il sito della sintesi proteica per le proteine destinate alla membrana, ai lisosomi o alla secrezione. ○ RE liscio: responsabile della sintesi lipidica, del metabolismo dei carboidrati e della detossificazione. Complesso del Golgi: ○ Modifica, smista e indirizza le proteine e i lipidi prodotti nel RE verso la loro destinazione finale. Mitocondri: ○ Siti della respirazione cellulare, producono ATP, la principale fonte di energia della cellula. Lisosomi: ○ Contengono enzimi digestivi per degradare materiali ingeriti o componenti cellulari danneggiati. Perossisomi:  ○ Coinvolti nella detossificazione cellulare e nel metabolismo dei lipidi. Citoscheletro: ○ Non delimitato da membrana, il citoscheletro fornisce supporto strutturale, facilita il trasporto intracellulare e partecipa alla divisione cellulare. Relazione tra nucleo e citoplasma Il nucleo agisce come il centro di comando, regolando le attività che avvengono nel citoplasma. Le informazioni genetiche sono trascritte nel nucleo e tradotte nel citoplasma, creando un sistema di comunicazione bidirezionale: Il nucleo invia RNA messaggeri e subunità ribosomiali al citoplasma. Il citoplasma fornisce al nucleo proteine e nucleotidi necessari per la replicazione e la trascrizione del DNA. Il Nucleo Interfasico: Struttura e Funzione Il nucleo interfasico è una struttura complessa, fondamentale per la gestione e la regolazione dell’informazione genetica. Durante l’interfase, il nucleo è delimitato e ben visibile, rappresentando il centro organizzativo delle attività cellulari, come la trascrizione del DNA, la sintesi di RNA e il processamento delle informazioni genetiche. Struttura del Nucleo Interfasico 1. Involucro nucleare: ○ Costituito da due membrane: una interna, in contatto con la cromatina, e una esterna, continua con il reticolo endoplasmatico rugoso (RER). ○ Tra le membrane è presente lo spazio perinucleare, che permette il passaggio di molecole tra nucleo e citoplasma. ○ I pori nucleari, complessi proteici specializzati, regolano il trasporto selettivo di RNA, proteine e altre molecole. 2. Cromatina: ○La cromatina è costituita da DNA associato a proteine istoniche e non istoniche: Eucromatina: poco condensata, trascrizionalmente attiva. Eterocromatina: altamente condensata, trascrizionalmente inattiva. ○ Il grado di compattazione varia a seconda dell'attività trascrizionale della cellula. 3. Nucleolo: ○ Regione densa e priva di membrana, visibile all’interno del nucleo. ○ Sede della sintesi di RNA ribosomiale (rRNA) e dell’assemblaggio delle subunità ribosomiali.  4. Nucleoscheletro: ○ Rete di filamenti intermedi (lamine A e B) che forniscono supporto strutturale al nucleo. ○ La lamina fibrosa interagisce con la cromatina e contribuisce alla ricostituzione dell’involucro nucleare durante la divisione cellulare. Funzioni del Nucleo Interfasico 1. Gestione del materiale genetico: ○ Conservazione e protezione del DNA. ○ Organizzazione della cromatina per regolare l’accesso ai geni. 2. Trascrizione e processamento dell’RNA: ○ La trascrizione avviene quando l’RNA polimerasi copia segmenti di DNA in RNA. ○ L’RNA sintetizzato viene modificato (capping, aggiunta di poli-A, splicing) per essere esportato nel citoplasma. 3. Sintesi dei ribosomi: ○ Il nucleolo è il luogo in cui i geni per l’RNA ribosomiale vengono trascritti e processati. ○ Le subunità ribosomiali assemblate nel nucleolo vengono esportate nel citoplasma per la sintesi proteica. 4. Regolazione dello scambio nucleocitoplasmatico: ○ I pori nucleari garantiscono un trasporto selettivo, fondamentale per il controllo dell’espressione genica. Cromatina e Genoma La cromatina interfasica consente al DNA di essere accessibile per la trascrizione, replicazione e riparazione. I cromosomi interfasici mantengono la loro individualità, pur essendo meno condensati rispetto ai cromosomi mitotici. Il genoma eucariotico è altamente organizzato, con geni strutturali (codificanti proteine) e geni che producono RNA non codificanti. Le membrane biologiche Le membrane biologiche svolgono un ruolo fondamentale nella compartimentalizzazione e regolazione delle attività cellulari. Costituite principalmente da lipidi, proteine e carboidrati, presentano caratteristiche uniche come discontinuità, fluidità e asimmetria, che ne definiscono la struttura e la funzione. La composizione varia in base al tipo cellulare, includendo fosfogliceridi, sfingolipidi e steroli, come il colesterolo, che influenzano la fluidità e l’adattabilità della membrana a diverse condizioni. Le proteine di membrana, classificate in intrinseche (integrali) ed estrinseche (periferiche), contribuiscono alla funzionalità della membrana, inclusi il trasporto e il riconoscimento cellulare. I carboidrati, legati a glicolipidi e glicoproteine, si trovano prevalentemente sulla superficie esterna e formano il glicocalice, che protegge la cellula e media interazioni come adesione e riconoscimento. La membrana plasmatica, struttura selettiva, separa l'ambiente interno da quello esterno e regola il trasporto di molecole tramite meccanismi passivi (diffusione semplice e facilitata) e attivi (mediante pompe ATP-dipendenti). È inoltre coinvolta in processi come endocitosi, esocitosi e gemmazione, fondamentali per la comunicazione e l'interazione cellulare. Infine, le proprietà strutturali delle membrane permettono alla cellula di modificarsi dinamicamente, adattandosi a necessità funzionali come il movimento, la divisione e la trasduzione di segnali. Il sistema membranoso Il sistema membranoso rappresenta una componente essenziale della compartimentazione cellulare, permettendo la separazione e l'interconnessione tra organelli. È costituito da strutture quali l'involucro nucleare, il reticolo endoplasmatico (RER e REL), l’apparato di Golgi, i lisosomi e il traffico vescicolare, che operano in sinergia per regolare le funzioni cellulari fondamentali. L’involucro nucleare, composto da una doppia membrana, separa il nucleo dal citoplasma. Questa struttura include i pori nucleari, complessi macromolecolari che controllano il trasporto bidirezionale delle macromolecole tra nucleo e citoplasma. La membrana esterna è in continuità con il reticolo endoplasmatico ruvido (RER), mentre quella interna interagisce con il nucleoscheletro e la cromatina. Il reticolo endoplasmatico si suddivide in ruvido (RER) e liscio (REL). Il RER, ricoperto di ribosomi, è il sito principale della sintesi proteica, con un ruolo cruciale nella maturazione e modificazione delle proteine destinate alla secrezione, alla membrana o agli organelli intracellulari. Il REL, invece, è implicato nella sintesi lipidica, nella detossificazione e nell'immagazzinamento di ioni calcio, specialmente nelle cellule muscolari. L’apparato di Golgi riceve, modifica e smista le proteine e i lipidi provenienti dal RER. Le sue cisterne appiattite, organizzate in una struttura polarizzata (cis, intermedia e trans), sono fondamentali per la glicosilazione delle proteine e il loro indirizzamento verso lisosomi, membrana plasmatica o granuli di secrezione. I lisosomi, organelli ricchi di enzimi idrolitici attivi a pH acido, svolgono funzioni di digestione intracellulare. Essi demoliscono materiali derivati dall’endocitosi o componenti cellulari danneggiati, riciclando i prodotti della degradazione per altri processi metabolici. Il traffico vescicolare garantisce il trasporto selettivo di molecole e membrane tra i compartimenti cellulari. I processi di esocitosi ed endocitosi permettono rispettivamente la secrezione di materiali all’esterno della cellula e l’internalizzazione di molecole dall’ambiente extracellulare. Queste componenti del sistema membranoso collaborano per mantenere l'organizzazione interna della cellula eucariotica, favorendo lo svolgimento efficiente delle attività biochimiche e il mantenimento dell'omeostasi. Mitocondri: organuli del metabolismo energetico Origine e struttura Origine endosimbiontica: I mitocondri derivano da alfa-proteobatteri acquisiti attraverso simbiosi. Evidenze: ○ Replicazione semiautonoma per scissione binaria. ○ DNA circolare e ribosomi simili a quelli batterici. ○ Doppia membrana: quella interna ha una composizione simile ai batteri ancestrali. Struttura: ○ Due membrane con differenze di permeabilità: Esterna: più permeabile. Interna: sede delle creste mitocondriali, che ospitano enzimi della fosforilazione ossidativa. ○ Due compartimenti: Matrice: contiene enzimi del ciclo di Krebs, DNA e ribosomi. Spazio intermembrana. ○ Forma dinamica e plastica, variabile in base al tipo cellulare e stato funzionale. Funzioni principali 1. Produzione di ATP: attraverso la respirazione cellulare aerobica. ○ Processi coinvolti: Glicolisi: nel citoplasma, produce piruvato. Decarbossilazione ossidativa del piruvato: produce Acetil-CoA. Ciclo di Krebs: nella matrice, genera NADH e FADH2. Fosforilazione ossidativa: nella membrana interna, utilizza NADH e FADH2 per produrre ATP. ○ Substrati: glucosio (principale), acidi grassi e proteine. 2. Ossidazione degli acidi grassi: attraverso beta-ossidazione. 3. Accumulo di ioni calcio. 4. Termogenesi: produzione di calore invece di ATP. 5. Sintesi di ormoni steroidei e gluconeogenesi. Caratteristiche particolari Indicatori di stress cellulare (alterazioni da tossine o patogeni). Mobilità intracellulare mediata dal citoscheletro. Alta densità in cellule con elevata richiesta energetica (es. cellule muscolari, spermatozoi). Perossisomi: metabolismo e detossificazione Struttura e biogenesi Organuli delimitati da una singola membrana. Derivano dal reticolo endoplasmatico, ma la maggior parte delle proteine arriva dal citosol. Contengono più di 50 enzimi. Funzioni principali 1. Metabolismo ossidativo: ○ Produzione e degradazione di perossido di idrogeno (H2O2) tramite l'enzima catalasi. ○ Coinvolgimento nel metabolismo dei radicali liberi dell’ossigeno (ROS). 2. Beta-ossidazione degli acidi grassi a lunga catena: ○ Degradazione in Acetil-CoA che entra nel ciclo di Krebs nei mitocondri. 3. Sintesi di lipidi e intermedi cellulari: ○ Colesterolo, plasmalogeni (essenziali per il sistema nervoso), acidi biliari. 4. Detossificazione: ○ Alcol etilico e xenobiotici. 5. Metabolismo dell’acido urico: varia a seconda della specie. Distribuzione e adattamenti Presenza ubiquitaria in cellule animali e vegetali, ma in quantità variabili. Forma e distribuzione dipendono dal tipo cellulare (es. epatociti e tubuli renali). Confronto tra mitocondri e perossisomi Mitocondri: specializzati nella produzione di energia attraverso la respirazione cellulare. Perossisomi: coinvolti nella detossificazione e nel metabolismo specifico di molecole complesse. Interazioni funzionali: ○ Gli acidi grassi vengono ossidati parzialmente nei perossisomi e completati nei mitocondri. Struttura del citoscheletro Il citoscheletro è formato da tre componenti principali: Microfilamenti: polimeri di actina. Microtubuli: polimeri di tubulina. Filamenti intermedi: strutture stabili costituite da proteine fibrose. Caratteristiche generali Rete tridimensionale interconnessa, dinamica e soggetta a costante assemblaggio e disassemblaggio. Funzioni principali: ○ Mantenimento e cambiamenti della forma cellulare. ○ Movimento di organelli, vescicole e cromosomi. ○ Locomozione cellulare (crawling, contrazione). ○ Movimento di ciglia e flagelli. Microfilamenti: ruolo e dinamica Composizione Polimeri di actina: G-actina (monomerica) e F-actina (filamentosa). La polimerizzazione è ATP-dipendente e avviene in maniera polarizzata (con estremità "+" e "-"). Funzioni 1. Motilità actino-mediata: ○ Movimenti cellulari (es. crawling) grazie all'interazione con proteine leganti l'actina, come miosine. ○ Miosine: Miosina I: singola catena pesante, coinvolta nel trasporto di organelli e vescicole. Miosina II: struttura filamentosa coinvolta nella contrazione muscolare e in altri tipi di movimento. ○ Movimenti propulsivi e contrattivi basati sull'interazione actina-miosina. 2. Strutture specializzate: ○ Microvilli: scheletro assile di microfilamenti, connesso alla rete actinica sottostante. ○ Coinvolgimento nella citodieresi (separazione delle cellule figlie nella divisione cellulare). Microtubuli: funzione e organizzazione Composizione Polimeri di dimeri di tubulina (α e β). Dinamica di polimerizzazione GTP-dipendente, con attività maggiore all'estremità "+". Organizzati dai MTOC (Centri di Organizzazione dei Microtubuli), spesso coincidenti con il centrosoma. Funzioni 1. Motilità microtubulo-mediata: ○ Trasporto vescicolare: Anterogrado: trasporto di materiali dalla cellula verso la periferia (chinesine). Retrogrado: recupero di membrane e proteine (dineine). ○ Movimento di cromosomi durante la mitosi. ○ Movimento di ciglia e flagelli: Struttura base: assonema (9+2 microtubuli). Movimento ATP-dipendente mediato dalla dineina. 2. Strutture specializzate: ○ Ciglia: corte e numerose, per movimenti vibratori. ○ Flagelli: lunghi, per movimenti ondulatori. Filamenti intermedi: stabilità e sostegno Caratteristiche Strutture fibrose e stabili, non dinamiche come microfilamenti e microtubuli. Assemblaggio irreversibile, con tempi di turnover più lenti. Funzioni Supporto meccanico e strutturale al citoplasma. Contribuiscono alla rigidità di tessuti specifici (es. cheratina in peli e unghie). Classificazione Diversi tipi di filamenti intermedi associati a specifici tipi cellulari: ○ Cheratine: epiteli. ○ Vimentina: cellule mesenchimali. ○ Desmina: cellule muscolari. ○ Neurofilamenti: neuroni. ○ Lamine: nucleoscheletro. Importanza generale del citoscheletro È essenziale per: ○ L’organizzazione spaziale del citoplasma. ○ La distribuzione intracellulare di materiali e organelli.  ○ La trasmissione della forza e il mantenimento dell’integrità cellulare. ○ La dinamica di processi come divisione cellulare, adesione e migrazione. Il citoscheletro rappresenta una struttura versatile che garantisce sia stabilità sia flessibilità, permettendo alle cellule di rispondere a stimoli interni ed esterni in modo efficiente e coordinato. Adesione cellulare Caratteristiche principali Coinvolge interazioni cellula-cellula o cellula-matrice. Può essere: ○ Omofilica: tra cellule dello stesso tipo. ○ Eterofilica: tra cellule di tipo diverso. Regolata da molecole di adesione (CAM, Cell Adhesion Molecules), classificate in: ○ Selectine: glicoproteine Ca-dipendenti che legano oligosaccaridi sulla superficie cellulare. ○ Caderine: glicoproteine Ca-dipendenti che formano dimeri per l’adesione cellula-cellula. ○ IgCAM: glicoproteine indipendenti dal calcio. ○ Integrine: proteine transmembrana che mediano interazioni cellula-matrice. Sistemi giunzionali Strutture che stabilizzano l'adesione e mediano comunicazione tra cellule o tra cellule e matrice: 1. Giunzioni occludenti (tight junctions): ○ Sigillano le membrane di cellule adiacenti, impedendo il passaggio di soluti. ○ Mantengono la polarità apicale-basolaterale delle cellule epiteliali. ○ Componenti principali: occludine, claudine e proteine ZO. 2. Giunzioni ancoranti: ○Connessione meccanica tra cellule o tra cellule e matrice. ○Sottotipi: Desmosomi a cintura (zonula adherens): stabilizzati dai microfilamenti di actina. Desmosomi a macchia: stabilizzati dai filamenti intermedi. Emidesmosomi e contatti focali: connettono cellule alla matrice extracellulare (es. integrine). 3. Giunzioni comunicanti (gap junctions): ○ Creano canali diretti tra cellule adiacenti, permettendo il passaggio di molecole piccole (es. ATP, ioni). ○ Composte da connessine che formano pori. Esempi di adesione  Cellule epiteliali: adesione tra cheratinociti per resistere a stress meccanici. Extravasazione leucocitaria: mediata da selectine, IgCAM e integrine. Fibroblasti nel tessuto connettivo: interazione con fibre collagene per il rimodellamento del tessuto. Comunicazione cellulare Definizione e tipi di segnale La comunicazione cellulare si basa sulla generazione, trasmissione e ricezione di segnali chimici, che vengono elaborati per produrre risposte specifiche. Modalità principali: Segnali a breve raggio: ○ Paracrini: agiscono su cellule vicine. ○ Dipendenti dal contatto: richiedono interazione diretta. ○ Autocrini: influenzano la stessa cellula che li genera. Segnali a lungo raggio: ○ Endocrini: trasportati dal sangue per agire su cellule distanti. Recettori Classificati in base alla localizzazione e al meccanismo d’azione: 1. Recettori transmembrana: ○ Collegati a canali ionici: regolano il flusso di ioni. ○ Collegati a proteine G: attivano cascata di secondi messaggeri (es. cAMP). ○ Collegati ad enzimi: come le tirosin-chinasi. 2. Recettori intracellulari: ○ Legano molecole segnale piccole e idrofobiche (es. ormoni steroidei). Trasduzione del segnale Processo che converte un segnale extracellulare in una risposta intracellulare: 1. Legame del segnale al recettore. 2. Attivazione di vie di segnalazione intracellulari (proteine G, chinasi). 3. Risposte a livello di: ○ Citoplasma: modifiche nel metabolismo o nel citoscheletro. ○ Nucleo: regolazione dell’espressione genica. Risposte cellulari Ogni cellula integra i segnali ricevuti per decidere: Sopravvivere: richiede segnali di sopravvivenza. Crescere e dividere: necessità di segnali specifici. Differenziarsi: spesso coinvolge segnali opposti alla divisione. Morire (apoptosi): in assenza di segnali di sopravvivenza. Esempi Acetilcolina: il medesimo segnale induce risposte diverse in differenti cellule (contrazione muscolare, secrezione salivare) grazie alla variazione nei recettori e nelle vie intracellulari coinvolte. Il ciclo cellulare e la divisione cellulare Ciclo cellulare: definizione e organizzazione Il ciclo cellulare è un processo fondamentale per le cellule e consiste nella successione ordinata di eventi che portano alla divisione cellulare, permettendo la formazione di due cellule figlie identiche. Il ciclo cellulare si suddivide in diverse fasi: Interfase: comprende tre sottofasi principali: ○ G1: durante questa fase si verifica la trascrizione, la traduzione, la biosintesi di precursori e macromolecole, e l'accrescimento della massa cellulare. ○ S: è la fase di sintesi del DNA, in cui il materiale genetico viene duplicato. ○ G2: la cellula si prepara alla divisione mitotica. Fase M: comprende la mitosi, ovvero la divisione nucleare, seguita dalla citodieresi, che porta alla separazione del citoplasma. Alcune cellule possono entrare nella fase G0, in cui svolgono metabolismo e biosintesi specifici, rimanendo differenziate e non dividendo ulteriormente, come accade in cellule del tessuto nervoso o muscolare. La mitosi: un processo continuo La mitosi è suddivisa schematicamente in quattro fasi principali: profase, metafase, anafase e telofase, seguite dalla citodieresi. 1. Profase: ○I cromosomi, dopo la duplicazione, si compattano ulteriormente e diventano visibili come cromosomi metafasici. ○ I cromatidi fratelli rimangono uniti in una specifica regione chiamata centromero. 2. Metafase: ○I cromosomi si allineano sulla piastra metafasica, grazie all'azione del fuso mitotico, una struttura composta da microtubuli. 3. Anafase: ○ I cromatidi fratelli vengono separati e trasportati verso i poli opposti della cellula, grazie all'accorciamento dei microtubuli associati ai cinetocori.  4. Telofase e citodieresi: ○ Si ricostituiscono gli involucri nucleari attorno ai cromatidi separati, ora diventati cromosomi indipendenti. La citodieresi completa la divisione, separando il citoplasma e formando due cellule figlie identiche. Ogni fase della mitosi è osservabile al microscopio ottico, e il processo dipende dalla presenza di un apparato mitotico ben organizzato. Duplicazione del DNA La duplicazione del DNA, che avviene nella fase S dell'interfase, è un processo semiconservativo. Il nuovo filamento di DNA viene sintetizzato da un enzima, la DNA polimerasi, che procede sempre nella direzione 5' > 3' utilizzando un vecchio filamento come stampo. La sintesi avviene in modo semidiscontinuo: un filamento viene sintetizzato in maniera continua, mentre l’altro viene sintetizzato a tratti, formando frammenti di Okazaki. Questo processo assicura che ogni cellula figlia riceva una copia identica del genoma. Controllo del ciclo cellulare Il ciclo cellulare è regolato da due principali famiglie di molecole: 1. Chinasi dipendenti dalle cicline (CdK): enzimi la cui attività dipende dal legame con le cicline. 2. Cicline: proteine che attivano le CdK in momenti specifici del ciclo. Queste molecole funzionano in modo coordinato: Le CdK fosforilano substrati specifici che attivano le diverse fasi del ciclo cellulare. Le cicline, dopo aver attivato le CdK, vengono degradate, portando alla disattivazione del complesso e al completamento della fase. Per ogni fase del ciclo cellulare, esistono specifiche coppie cicline-CdK che si attivano e disattivano in sequenza. Ad esempio, il fattore promotore della mitosi (MPF), composto da una ciclina e una CdK, è essenziale per gli eventi della mitosi come la condensazione dei cromosomi e la formazione del fuso mitotico. Certamente, immaginate di essere in una lezione di biologia dove oggi parleremo di un processo fondamentale nella riproduzione sessuata: la meiosi. Questo processo non solo è cruciale per la formazione dei gameti (spermatozoi e ovociti), ma è anche essenziale per garantire la variabilità genetica tra gli individui di una specie. Vediamo come funziona. Introduzione alla Meiosi La meiosi è una forma speciale di divisione cellulare che riduce il numero di cromosomi di una cellula madre da diploide (2n) a monoploide (n), formando così quattro cellule figlie geneticamente diverse, ognuna con metà del numero di cromosomi della cellula originale. Questo è fondamentale per la riproduzione sessuata, dove i gameti provenienti da due individui si fondono durante la fecondazione, ripristinando il numero normale di cromosomi della specie. La meiosi si svolge in due fasi principali: Meiosi I e Meiosi II, ognuna delle quali è divisa in specifiche fasi. Cominceremo a parlare della Meiosi I, che è la fase in cui avviene la riduzione del numero di cromosomi. Fasi della Meiosi I: Divisione Riduzionale 1. Profase I La profase I è la fase più lunga e complessa della meiosi. Inizia con i cromosomi che si condensano e diventano visibili al microscopio. Qui avviene una fase chiamata sinapsi, in cui i cromosomi omologhi (cromosomi che hanno la stessa struttura e contengono informazioni genetiche simili, uno proveniente dal padre e l'altro dalla madre) si accoppiano e formano una tetrade (un gruppo di quattro cromatidi, due per ciascun cromosoma omologo). Durante la profase I avviene anche il crossing-over, o ricombinazione genetica. In questo processo, i cromatidi di cromosomi omologhi si scambiano porzioni di materiale genetico. Questo meccanismo è fondamentale per la creazione di nuova variabilità genetica, poiché mescola i geni tra i cromosomi provenienti dai due genitori. 2. Metafase I Nella metafase I, le coppie di cromosomi omologhi si allineano sulla piastra metafasica, ma a differenza della mitosi, non si allineano cromatidi fratelli, ma interi cromosomi omologhi. Ogni cromosoma è ancora formato da due cromatidi, ma i cromosomi omologhi sono orientati in modo casuale, a destra o a sinistra, in direzione opposta. Questa distribuzione casuale dei cromosomi omologhi è un altro fattore che aumenta la variabilità genetica nelle cellule figlie. 3. Anafase I Durante l'anafase I, i cromosomi omologhi vengono separati e tirati verso i poli opposti della cellula. È importante notare che, contrariamente alla mitosi, i cromatidi non si separano in questa fase. Invece, sono i cromosomi interi (ognuno formato da due cromatidi) a separarsi, e ogni cromosoma omologo si dirige verso un polo diverso della cellula. 4. Telofase I e Citodieresi Alla fine della telofase I, i cromosomi arrivano ai poli opposti della cellula. Si riformano i nuclei attorno ai cromosomi separati. Segue la citodieresi, che è la divisione del citoplasma, che dà origine a due cellule figlie, ciascuna con metà del numero di cromosomi originali. In questo punto, ciascuna cellula figlia ha un numero di cromosomi ridotto (da 2n a n), ma ogni cromosoma è ancora composto da due cromatidi. Fasi della Meiosi II: Divisione Equazionale La Meiosi II assomiglia molto alla mitosi, ma le cellule che la intraprendono sono già monoploidi (con metà dei cromosomi). Non c'è una nuova fase di riduzione cromosomica, ma una divisione che separa i cromatidi fratelli. 1. Profase II I cromosomi, che sono ancora composti da due cromatidi, si condensano di nuovo. Il fuso mitotico si riforma e i cromosomi si preparano a allinearsi nella piastra metafasica. 2. Metafase II I cromosomi si allineano sulla piastra metafasica di ciascuna delle due cellule figlie. 3. Anafase II I cromatidi fratelli si separano e vengono tirati verso i poli opposti delle cellule. 4. Telofase II e Citodieresi Si riformano i nuclei attorno ai cromatidi separati. Dopo la citodieresi, otteniamo quattro cellule figlie haploidi (con un numero di cromosomi ridotto), ognuna con un solo cromatidio per cromosoma. Risultato Finale della Meiosi Alla fine del processo di meiosi, abbiamo quattro cellule figlie (gameti) con un numero di cromosomi dimezzato rispetto alla cellula madre originale. Ogni cellula figlia è geneticamente unica a causa del crossing-over e della distribuzione casuale dei cromosomi durante le fasi della meiosi. Importanza della Meiosi La meiosi è essenziale per la riproduzione sessuata. Permette la variabilità genetica, che è alla base dell'adattamento e dell'evoluzione delle specie. Inoltre, garantisce che il numero di cromosomi rimanga costante nelle generazioni successive, prevenendo un raddoppiamento del numero di cromosomi ad ogni generazione. AGROECOLOGIA Principi di Ecologia 1. Definizione di ecologia: ○ L'ecologia è definita come la scienza che studia le interazioni tra organismi viventi (fattori biotici) e il loro ambiente fisico (fattori abiotici). ○ Include lo studio degli scambi di energia e materia tra organismi e ambiente, essenziali per il mantenimento della vita. 2. Livelli di organizzazione biologica: ○ Gli ecologi analizzano la complessa rete di relazioni partendo dal singolo organismo fino a livelli superiori come: Popolazione: Gruppo di individui della stessa specie che vivono nella stessa area. Comunità: Insieme di popolazioni di specie diverse che interagiscono nello stesso ambiente. Ecosistema: Include le interazioni tra le comunità e i fattori abiotici. Biosfera: Insieme di tutti gli ecosistemi del pianeta. Ecologia delle Popolazioni 3. Definizione di popolazione: ○ Un gruppo di individui della stessa specie che occupano un'area specifica. ○ Gli studi si concentrano su: Dimensione e densità. Dispersione: Distribuzione spaziale (casuale, aggregata o uniforme). Variazioni nel tempo: Tasso di natalità, mortalità e movimenti di immigrazione/emigrazione. 4. Fattori che influenzano le popolazioni: ○ Fattori densità-dipendenti: Competizione, predazione, malattie. ○ Fattori densità-indipendenti: Eventi climatici casuali, come tempeste o siccità. 5. Curve di crescita: ○ Crescita esponenziale: Avviene in condizioni ideali (risorse illimitate). ○ Crescita logistica: Si stabilizza quando le risorse diventano limitanti (capacità portante dell'ambiente).  6. Strategie di sopravvivenza: ○ Specie semelpare: Concentrano le risorse in un unico grande sforzo riproduttivo. ○ Specie iteropare: Hanno cicli riproduttivi multipli. ○ Concetti chiave come fitness (capacità di contribuire geneticamente alle generazioni future). Ecologia delle Comunità 7. Definizione di comunità: ○ Insieme di popolazioni che vivono ed interagiscono nello stesso ambiente. ○ Le specie assumono ruoli ecologici distinti (produttori, consumatori, decompositori). 8. Interazioni nella comunità: ○ Competizione: Risorse limitate possono portare all'esclusione competitiva. ○ Predazione e simbiosi: Relazioni trofiche che modellano la struttura comunitaria. 9. La nicchia ecologica: ○ Definita come il ruolo di una specie all'interno di un ecosistema, considerando fattori biotici e abiotici. ○ La disponibilità di risorse e le interazioni modellano la nicchia di ciascuna specie. Ecosistemi 10. Flusso di energia: ○ L'energia attraversa gli ecosistemi in modo unidirezionale (dal sole ai produttori e poi ai consumatori). ○ Importanza dei cicli trofici e della dissipazione dell'energia sotto forma di calore. 11. Produttività degli ecosistemi: ○ Produttività primaria lorda (PPL): Tasso totale di fotosintesi. ○ Produttività primaria netta (PPN): Energia immagazzinata disponibile per i consumatori. ○ Produttività secondaria: Energia assimilata dai consumatori Agroecologia e Agroecosistemi  1. Definizione di Agroecologia: ○ È una disciplina che studia l'agroecosistema e la sua gestione in modo ecosostenibile. ○ Viene presentata sia come una scienza che come una filosofia di vita, promuovendo un'agricoltura ecologicamente e socialmente sensibile. 2. Agroecosistema: ○ Caratteristiche: Ecosistema modificato dall'uomo per scopi agricoli, definito semi-artificiale. Riduzione della biodiversità rispetto agli ecosistemi naturali. Dominanza di piante e animali soggetti a selezione artificiale. ○ Funzionamento: Simile agli ecosistemi naturali per flusso di energia e cicli di materia, ma con intervento umano esterno. L'asportazione della biomassa (ad esempio raccolti) implica una perdita di energia che ne compromette la stabilità. 3. Risorse di un Agroecosistema: ○ Naturali: Terra, acqua, clima, vegetazione. ○ Umane: Lavoratori agricoli. ○ Di capitale: Strumenti, macchine, fertilizzanti. ○ Di produzione: Colture e allevamenti. Gestione Ecosostenibile 4. Approccio sistemico: ○ Trattare l'agroecosistema come un insieme integrato di componenti biotiche e abiotiche. ○ Promuovere interazioni naturali che favoriscano la sostenibilità. 5. Processi ecologici: ○ Energetici: Flusso energetico naturale: Conversione dell'energia solare in biomassa. Flusso energetico ausiliario: Uso di combustibili fossili e prodotti chimici. ○ Idrologici: Regolazione dell'acqua tramite precipitazioni, irrigazione e bilancio idrico. ○ Biogeochimici: Cicli di nutrienti tra suolo, piante e animali. Uso di deiezioni animali per arricchire il suolo.  6. Processi di regolazione biotica: ○ Lotta biologica contro infestanti e malattie. ○ Uso di varietà resistenti e pratiche preventive per minimizzare gli impatti negativi. Sfide e Opportunità 7. Fragilità degli agroecosistemi moderni: ○ Gli agroecosistemi moderni sono ecologicamente più fragili rispetto agli ecosistemi naturali. ○ Dipendono pesantemente dall'intervento umano e sono vulnerabili alle variazioni ambientali. 8. Ruolo della biodiversità: ○ La biodiversità è essenziale per garantire stabilità e resilienza. ○ Promuovere una maggiore varietà di specie contribuisce a ridurre la vulnerabilità a stress ambientali e malattie. 9. Agroecologia come soluzione: ○ Integrare tecniche agricole tradizionali e moderne con principi ecologici. ○ Ridurre la dipendenza da input esterni come fertilizzanti chimici e pesticidi. ○ Favorire una produzione agricola economicamente valida, ecologicamente sostenibile e socialmente accettabile.