Biologia-Lezione 1 Cosè la vita PDF

o BIOLOGIA i la n M i Docenti: Paola Riva Francesco Rusconi d d i...

o BIOLOGIA i la n M i Docenti: Paola Riva Francesco Rusconi d d i Tutor: Viviana Tritto u t il S g Dipartimento di BiotecnologieeMediche e Medicina d Traslazionale t à i 93, Segrate (MI) s Via F.lli Cervi r v e i Ufficio: 02-50330462 Tel n t U e-mail: [email protected] he-mail: [email protected] r i g e-mail: [email protected] y Cop  n o i la i M i d Lezioni Ottobre-Dicembre u d t il S Totale 3 CFU di lezioni e gfrontali= 21 ore d ti à r s v e n i t U g h r i p y C o  PROGRAMMA n o i la Introduzione alla Biologia e le molecole della vita i M Cellula procariote ed eucariote. i d Morfologia e funzione della cellula eucariote. u d La membrana plasmatica: struttura e funzioni. S t l i Il citoplasma: gli organelli cellulari, il significato della g compartimentazione intracellulare, la struttura e organizzazione del e citoscheletro cellulare. d ti à Il nucleo: caratteristiche e struttura della membrana nucleare, la cromatina, il nucleolo. r s e Struttura del DNA e replicazione. v i RNA: tipologie e funzione, cenni sul processo di trascrizione e n U maturazione degli mRNA. t h Il processo di sintesi proteica. g i Il ciclo cellulare e la mitosi. r y La meiosi p C o Biologia della cellula muscolare  Libri di testo consigliato n o i la i M i d u d S t l i e g d ti à r s v e n i t U gh r i p y Elementi di Biologia e Genetica C o P. Bonaldo, C. Crisafulli, R. D'Angelo, M. Francolini, S. Grimaudo, C. Rinaldi, P. Riva, M.G. Romanelli EDISES  Slides delle lezioni n o i l a E TUTTE LE INFORMAZIONIM RIGUARDANTI IL CORSO SONO d i SUL d i SITO ARIEL di UNIMI tu il S e g d t à Biologia Chimicasie Biochimica Generale r Riva e - Rusconi i v U n h t http://ariel.ctu.unimi.it/ r i g p y C o  MODALITA’ ESAME BIOLOGIA n o i la Prova Scritta con 33 domande con i5 M i d risposte delle quali 1 è corretta u d S t l i g Il voto finale del corso BIOLOGIA, e CHIMICA e BIOCHIMICA GENERALE d ti à verrà ricavato dalla s nei 3 moduli con media dei voti ottenuti r registrazione nelv esecondo semestre n i U t Una volta superato h il singolo modulo il voto i g r verrà considerato valido per il ciclo ottenuto y p triennale. della o C  n o i la i M i d u d FINALITÀ GENERALI DELSt CORSO DI BIOLOGIA l i g e d ti à Il corso intende fornire agli studenti le conoscenze di base di biologia generale. Sarà trattato lo studio degli r s organismi viventi, dei loro livelli organizzativi e del ve flusso dell’informazione genica. n i t U gh r i p y C o  n o i la BIOLOGIA i M i d Dal greco bios: vita u d logos: parola S t l i e g d t à La biologia è lasiscienza che studia gli organismi viventi r e ed i loro rapporti con i v l’ambiente U n circostante h t r i g p y C o  n o i la TUTTO CIO’ CHE STIAMOi PER M i d STUDIARE E’ PERTANTO u d S t GOVERNATO DA g il PRECISE LEGGI CHIMICO-FISICHE d e E DA ti à ISTRUZIONIersCONTENUTE NEL i v PATRIMONIO U n GENETICO h t r i g DNA p y C o  n o CARATTERISTICHE i la FONDAMENTALI DELLA MATERIAi M i d VIVENTE u d S t Complessità (biodiversità) l i 1 e g Capacità di accrescimento d 2 t à Capacità di autoriproduzione i 3 r s Adattamento ve all’ambiente 4 n i U t Tutti g h gli organismi viventi devono r i soddisfare queste 4 caratteristiche p y C o  La biodiversità ila n 1 o BATTERI M i PROTISTI Bacillus anthracis i d Vorticella u d S t l i e g FUNGHI d ANIMALI ti à Amanita muscaria r s Felis concolor v e n i t U PIANTE gh Iris color r i p y C o Caratteristica: i n l o a 1 Complessità specificamente determinata, costante M nel tempo e nello spazio d i d i Implicazioni: t u i S Necessità dell’esistenza di una grande g l mole di informazione specifica, contenuta e d in ciascun organismo ti à r s Risposte: v e n i Esistenza di macromolecole informazionali (capaci di contenere grandi t U quantità di informazioni); il DNA è il composto g h in cui è depositata questa informazione chimico r i (dettayINFORMAZIONE GENETICA). L’insieme delle p di DNA contenenti l’informazione genetica di una molecole o C ne costituisce il GENOMA. cellula  Capacità di accrescimento ila 2 n o Gli organismi viventi crescono e si sviluppano i M i d u Il giovane babbuino d t mangerà ie S crescerà fino g l a raggiungere le d e dimensioni di un à ti individuo adulto r s v e n i t U g h r i Il cristallo di ghiaccio p y o cresce… ma si differenzia? C  Caratteristica: Capacità di accrescimento ila n o 2 Implicazioni: i M Gli organismi viventi devono essere in grado d i di trasformare u d i composti inorganici in composti organici tspecifici di ciascun organismo il S Gli organismi viventi devono essere e g in grado di produrre energia dalla materia da utilizzare d nelle reazioni biochimiche ti à Risposte: r s v e delle varie reazioni Esistenza di catalizzatori n i estremamente U specifici ed efficienti, gli ENZIMI, che ne aumentano la h tvelocità abbassando l’energia di attivazione. ig In ogni rorganismo, si svolgono solo le reazioni per le quali essopèyin grado di produrre il corrispondente enzima; una C o buona parte dell’informazione genetica riguarda il modo in cui sintetizzare i diversi enzimi.  Capacità di riprodursi ila n o 3 i M Riproduzione asessuata i d per scissione binaria u d S t l i eg d ti à r s ve n i t U gh r i p y o Riproduzione sessuata C Caratteristica: Capacità di autoriproduzione ila n o 3 i M Implicazioni: i d Necessità di un meccanismo di replicazione d ue di trasmissione dell’informazione genetica specifica di ciascun t S organismo i Necessità che la moltiplicazione dellel cellule degli organismi avvenga solo quando il materiale genetico e g è stato duplicato e la crescita è stata sufficiente d ti à r s Risposte: v e n i Esistenza di un meccanismo di REPLICAZIONE del DNA che t U assicura la conservazione dell’informazione Esistenza di g h meccanismi che assicurano la precisa ripartizione r i del materiale replicato tra cellule figlie (MITOSI e MEIOSI) y Esistenza di meccanismi che controllano la divisione cellulare in p della crescita della cellula e della replicazione del C o funzione materiale genetico  Adattamento all’ambiente an4 o i l i M i d u d t il S e g d ti à r s v e Pesce scorpione n i 1800 due teorie: t U -Lamark: l’ambiente induce g h modifiche che vengono trasmesse i yr Giraffa p -Darwin: modifiche casuali nel DNA C o vantaggiose vengono selezionate e trasmesse Caratteristica: ila n o 4 Adattamento all’ambiente M di di Implicazioni: tu i S Necessità di un meccanismo di adattamento compatibile g l con la conservazione e la trasmissione dell’informazione e genetica d ti à r s Risposta: e v n i Esistenza di un meccanismi EVOLUTIVI tra i quali la U SELEZIONE tNATURALE su specifiche varianti di un h organismog(fenotipo) generate dall’insorgenza di mutazioni i r DNA casualiynel o p C L’organizzazione biologica è GERARCHICA n o i la i M i d u d S t Ogni livello ha proprietà l i emergenti, eg caratteristiche non presenti ai livelli d inferiori. ti à Il tutto è più della r s somma delle sue parti. ve n i t U gh r i p y C o  o L’organizzazione biologica è GERARCHICA n i la i M i d u d S t l i e g d ti à r s ve Molecola Atomo n i (acqua) t U h Organizzazione a livello chimico ig pyr Macromolecola (DNA) C o L’organizzazione biologica è GERARCHICA n o i la i M i d Diversi livelli di u d organizzazione S t degli organismi l i e g Cellula d Tessuto ti à (osseo) r s ve n i t U g h r i p y Organo C o Organismo (lupo) Sistema (osso) (scheletrico) L’organizzazione biologica è GERARCHICA n o i la i M i d u d Popolazione S t (branco di lupi) l i e g d ti à Ecosfera r s (insieme di tutti gli ve ecosistemi) n i t U gh r i p y Comunità Ecosistema C o (lupi + cervo + alberi) (sistema di esseri viventi) (tutti gli organismi viventi + ambiente non vivente) Livelli di organizzazione ecologica  L’unità fondamentale della materia vivente è la n o CELLULA, che è la più piccola unità capace di vita indipendente i la i M Robert HOOKE 1665 termine cellula d osservando fettine di sughero conia il i u d SCHLEIDEN (botanico) S t SCHWANN (zoologo) l i Fine del ‘1800 g TEORIA CELLULARE e d ti à Tutti gli organismi viventi sono costituiti da una r s (UNICELLULARI) o più cellule (PLURICELLULARI), che ne costituiscono le unità funzionali v e n i t U Completamento della teoria: gh VIRCHOW 1858 (patologo) r i p yDimostrazione che le cellule derivano esclusivamente per divisione da cellule C o pre-esistenti: “omnis cellula e cellula”  Il carattere gerarchico n o i l a dell’organizzazione cellulareM d i Cellula d i tu i S Organuli g l Nucleo, mitocondri, e dcloroplasti, ecc. Lisosomi, ti à Complessi r s Ribosomi, membrane, e Complessi enzimatici sopramolecolari niv Macromolecole t U Acidi nucleici Proteine Polisaccaridi Lipidi gh r i p y Nucleotidi Aminoacidi Monosaccaridi Acidi grassi Unità di base C o Glicerolo  LA COMPOSIZIONE CHIMICA DI UNA o a n CELLULA BATTERICA il i M i d d 4 % ioni, piccole molecole u S t 2 % fosfolipidi l i 1 % DNA eg d 6 % RNA ti à r s v e n i h tU 15 % proteine r ig py C o 2 % polisaccaridi Cellula batterica  n o Il principale costituente della materia vivente l a è l’acqua, H2O, 70-80% in peso M i d i di Ioni: 1% tu i S g l d e 20-30% è costituito da composti organici, ti à costituiti da CARBONIO r s v e n i di piccole dimensioni: carboidrati, lipidi, U aminoacidi, nucleotidi h t di grosse i g r dimensioni: acidi nucleici (DNA RNA) p y o proteine C  n o I componenti chimici della cellula possono essere i l a classificati in componenti INORGANICI e ORGANICI i M i d u d I componenti inorganici comprendono S tl’acqua (H O), 2 ioni minerali (cationi ed anioni) li e g I cationi più importanti sono: d + + ++ ++ i t à Na , K , Ca , Mg s e r i v Gli anioni più importanti sono: U n Cl-, SO --, PO 4 t4 ---, CO -- 3 g h r i p y C o  L’ACQUA è il maggior costituente n o della materia vivente i la i M i d u d S t l i eg d ti à r s ve n i t U gh r i p y C o  n o i la i M i d u d t Acqua O il S e g à d H 2 O i t rs ve n i t U g h i r H p y H C o  n o i la i M i d L’H2O è il solo composto tesistente u d il S allo stato liquidoeg in quantità d rilevante sul t à i nostro pianeta r s v e n i t U g h r i p y C o IMPORTANZA BIOLOGICA DELL’ACQUA n o i la i M d La vita ha avuto origine nell’acqua e l’acqua è essenziale i per la vita: u d S t a. la Terra è il pianeta dell’acqua: l i molti organismi e g vivono nell’acqua (mari, laghi, d fiumi, stagni) ti à b. la materia viventersha evoluto numerosi meccanismi che sfruttano ave proprio vantaggio le caratteristiche dell’acqua. n i U Ad es., lat sudorazione come mezzo per raffreddare g h l’organismo (l’acqua evaporando “si porta via” calore) r i p y C o IMPORTANZA BIOLOGICA DELL’ACQUA n o i la c. l’acqua è indispensabile a tutti gli organismiM viventi, che se ne devono rifornire costantemente. d i Gli organismi hanno sviluppato meccanismi per d i ridurre le perdite di acqua. t u il S d. e l’acqua è la sostanza più abbondante g nelle cellule; circa il 70-95% del peso d corporeo di un organismo i t à è costituito da acqua. s La materia vivente deve essere considerata r e come una soluzione acquosa i v n Ucome le molecole in continuo e. nella cellula t movimento g h entrano in collisione e possono stabilire r i diversi tipi di interazioni p y C o L’ACQUA COME SOLVENTE UNIVERSALE n o i l a PER GLI ESSERI VIVENTI M d i d i t u i S H idrogeno g l d e ti à ossigeno rO s v e n i t U H idrogeno g h r i p y C o  n o Le proprietà dell’acqua:M i l a d i d i 1) Polarità t u 2) Coesione il S 3) Adesione e g d 4) Capillarità ità 5) Alto calore r s specifico v e 6) Alto calore n i di evaporazione 7) Tendenza t U a dissociarsi g h r i p y C o  n o i la i M 1) Polarità i d u d Essa è dovuta a una diversa S t distribuzione delle cariche l i elettriche e g tra l’ossigeno e gli d atomi di idrogeno. Essendo una molecola i t à polare, l’acqua è r s un ottimo solvente i v e per soluti ionici e polari U n h t r i g p y C o  n o Estremità con una parziale carica positiva e l’altra negativa la M i d i di tu i S g l d e ti à r s ve n i t U gh Atomo di ossigeno è più elettronegativo (tende ad attrarre gli r i elettroni) parziale carica negativa; p y atomi di idrogeno parziale carica positiva C o  LEGAME A IDROGENO o n i la i M i d u d S t l i eg d ti à r s ve n i t U g h I legami a idrogeno si formano tra un atomo di idrogeno (legato r i covalentemente ad un atomo elettronegativo) e un atomo p y elettronegativo, come ossigeno, azoto o fluoro di molecole diverse o Coppure della stessa molecola (legame a idrogeno intramoleolcare)  LEGAMI A IDROGENO n o TRA MOLECOLE D’ACQUA i la i M i d Ciascunau d molecola S t d’acqua può ilformare legami ad e g d idrogeno con un ti à massimo di 4 r s ve molecole di acqua n i t U gh r i p y C o  n o i la M i 2) Coesione d d i Essa è dovuta ai legami a idrogeno t u tra le molecole d’acqua. La coesione il S spiega e g alcune caratteristiche dell’acqua, come la d sua elevata tensione ti àsuperficiale (alcuni rs insetti possono ecamminare sull’acqua) e il i suo elevato puntov di ebollizione. n U h t r i g p y C o TENSIONE SUPERFICIALE DELL’ACQUA n o i la M i d La coesione delle molecole d’acqua spiega l’elevata tensione i superficiale dell’acqua. u d t il S e g d ti à r s v e n i t U g h r i p y C o  n o i la i M 3) Adesione i d L’adesione è dovuta a legami d u a idrogeno S t tra l’acqua e altre sostanze l i polari. e g d ti à r s ve n i t U gh r i p y C o  n o i la i M i d 4) Capillarità u d Coesione e adesione dell’acqua t il S spiegano il fenomenoedella g capillarità, cioè la capacità di d ti àrisalire all’interno rs di tubi molto estretti contro la forza iv si osserva nelle di gravità,ncome piante. t U g h r i py C o  n o i la Le forze di adesione e di coesione dell’acqua sono i M i d responsabili dei fenomeni di capillarità, d tu ovvero la il S tendenza dell’acqua a risalire all’interno di tubi molto stretti, come avviene nel caso delle piante e g d ti à r s ve n i t U gh r i p y C o 5) Alto calore specifico o a n Definizione: quantità di calore che un il grammo di una sostanza deve assorbire i M d i di un per aumentare la sua temperatura d grado centigrado. t u S i g l e L’acqua possiede una altod calore specifico a t à seguito dei numerosisilegami a idrogeno tra le molecole d’acqua. r eCiò consente agli organismi di i v mantenere relativamente n costante la temperatura t U interna e fa sì che gli oceani e le g h altre masse r i d’acqua mantengano una p y temperatura costante. o L'acqua a 15°C ha un calore specifico di 1 cal / (g × °C) mentre l'alcol Cetilico 0,581 cal / (g × °C).  n o i la M i 6) Alto calore di evaporazionei d Definizione: quantità di energia u d t S grammo di necessaria per convertire il un liquido in vapore. e g d ti à Le molecole d’acqua, r s quando passano allo stato v e di vapore, portano n i con loro una grande quantità U di calore, tdeterminando così un g h raffreddamento per evaporazione. r i p y C o  n o i la i M i d u d t 7) Tendenza a dissociarsi l i S e g Ciò dà luogo a ioni idrogeno (protoni, H+) e ioni idrossido d tà (OH-).i r s v e ni t U gh r i p y C o  LE TRE FORME DELL’ACQUA n o i la Le tre forme dell’acqua differiscono nel grado M di formazione dei legami a idrogeno d i d i t u i S vapor acqueo g l d e ti à r s acqua liquida v e n i t U g h ghiaccio r i p y o (densità inferiore del10% rispetto all’acqua liquida) C  n o Come si sciolgono le sostanze in Hil2aO? i M d Composti ionici (sali) di tu Composti polari (carboidrati, l i idrofiliche S g e aminoacidi, nucleotidi) d ti à r s Composti apolari e iv n idrofobiche t U gh r i p y Composti anfipatici C o idrofiliche-idrofobiche  n o MOLECOLE IDROFILICHE la M i L’acqua è un solvente di composti ionicidi(es., i sali) e di composti polari (carboidrati, d i aminoacidi, t u nucleotidi). Le molecole che si S sciolgono in acqua sono dette polari o idrofiliche.l i g e d ti à r s ve n i t U gh r i p y C o  n o MOLECOLE IDROFOBICHE la M i d i Nell’acqua non sono solubili le molecole id apolari t u (molecole sulla cui superficie nonSsi verifica uno sbilanciamento nella distribuzione l i degli elettroni). e g d Le molecole che non sono solubili in acqua sono t à si dette apolari o idrofobiche. r ve n i t U gh r i p y C o