Biologia Animale PDF

BIOLOGIA ANIMALE La vita per come noi la conosciamo si basa sulle cellule, che sono l’unità di base della vita biologica. Esistono vari tipi di cellule, con funzioni e morfologie ben distinte, ma anche con caratteristiche in comune: - sono in grado di riprodursi - si evolvono, le cellul...

BIOLOGIA ANIMALE La vita per come noi la conosciamo si basa sulle cellule, che sono l’unità di base della vita biologica. Esistono vari tipi di cellule, con funzioni e morfologie ben distinte, ma anche con caratteristiche in comune: - sono in grado di riprodursi - si evolvono, le cellule hanno tutte uno stesso progenitore ancestrale, ma sono differenziate grazie al processo evolutivo - consumano energia per far avvenire le reazioni metaboliche - hanno un metabolismo, cioè un insieme di trasformazioni chimiche che servono al mantenimento delle funzioni vitali interne della cellula, trasformando le macromolecole in cellule più piccole assorbibili dai tessuti - sono in gradi di rispondere a stimoli esterni sia intesi come provenienti dall'ambiente extracellulare che ambiente esterno, essi vengono elaborati da alcune cellule che generano una risposta motoria, ormonale… - si autoregolano (tramite risposte cellulari a feedback negativo e l’omeostasi), ci sono infatti dei parametri che devono rimanere costanti (osmolarità di300 milliosmoli, pH neutro, temperatura di 37°C…) e in caso di variazioni sono in grado di riportarli ai valori attesi. Teoria cellulare dell’organizzazione: - ogni organismo è formato da una o più cellule - la cellula è l’unità base - le cellule originano da cellule preesistenti Nonostante le cellule siano la base nel nostro organismo esse hanno forme e funzioni molto diverse tra di loro: ciò comporta che vanno in contro ad un processo di differenziamento. Come abbiamo detto prima le cellule si evolvono, in particolare discendono tutte da un unico progenitore dal quale è avvenuta poi una ramificazione in tre domini: Bacteria, Archaea ed Eucario. Quest'ultimo poi si è distinto nel regno dei protozoi, delle piante, degli animali e dei funghi. Ciò è dovuto al fatto che gli eucarioti possiedono più energia da poter consumare, in quanto aerobi, grazie alla presenza di cloroplasti e mitocondri: questi due organuli erano in origine organismi aerobi che evolvendosi sono entrati in simbiosi con le cellule eucariote fino a diventare organuli. Questo processo prende il nome di endosimbiosi e giustifica l’evoluzione così rapida degli eucarioti. Dunque da elementi unicellulari arriviamo a strutture più complesse come organismi pluricellulari. L’evoluzione porta a un aumento della dimensione delle cellule e di conseguenza dell'organismo, con la necessità di apparati più idonei, si passa quindi alla pluricellularità: Aumenta il rapporto superficie/volume: il volume aumenta al cubo mentre la superficie al quadrato. Per questo motivo c’è un punto limite oltre al quale non si può andare; Essendo caratterizzati da un metabolismo ci sono soluti che si muovono all’interno della cellula. Nelle reazioni metaboliche ci sono interazioni fisiche tra molecole. In un ambiente estremamente ingrandito questi fenomeni sarebbero rallentati. OSSERVAZIONI DELLE CELLULE ATTRAVERSO I MICROSCOPI Come si osservano la cellula e le sue componenti? Ad occhio nudo si possono vedere organismi e parti di essi della grandezza del millimetro. Per osservare cellule e batteri c’è bisogno di un microscopio ottico, che sfrutta le proprietà delle lenti per ingrandire ciò che si vuole osservare rendendo visibili oggetti dell’ordine di grandezza dei micrometri. Per osservare virus e parti interne delle cellule c’è bisogno del microscopio elettronico, che rende visibili oggetti di dimensioni nanometriche. Dai micrometri in poi si utilizza il microscopio elettronico perché ha un potere risolutivo (ovvero la minima distanza tra due punti che lo strumento consente di osservare distinti) maggiore del microscopio ottico, il quale sotto i duecento nanometri non rende le immagini nitide a causa del limite fisico imposto dal potere risolutivo della luce visibile. Il potere risolutivo del microscopio elettronico è maggiore perché sfrutta i fasci di elettroni che hanno una frequenza maggiore della luce visibile, permettendo di osservare oggetti micrometrici, ma il suo limite è imposto dalla possibilità di osservare solo oggetti morti e non vivi, ragione per cui l’osservazione tramite microscopio ottico non può essere abbandonata. CELLULE PROCARIOTE VS EUCARIOTE PROCARIOTI: - bacteria e archaea - aerobi e anaerobi - il DNA è sparso nel citoplasma (nucleosoma), assenza di nucleo - citoscheletro assente o molto semplice - piccole dimensioni (1/10 degli eucarioti) - non è presente un sistema di endomembrane - si riproducono velocemente con scissione binaria ARCHAEA: - metanogeni: trasformano CO2 e H2 in metano - alofili: vivono ad alte salinità - acidofili: vivono a pH molto bassi - termofili: alte temperature (sorgenti idrotermali e fondi oceanici) BACTERIA: (eubatteri) - dai micoplasmi ai cianobatteri EUCARIOTI: - piante, funghi, animali - strutturalmente più complessi - DNA delimitato da nucleo - sistema di endomembrane - citoscheletro: contrattilità, movimento e supporto strutturale  - si dividono per mitosi. ENDOMEMBRANE Membrana plasmatica: è formata da un doppio strato di fosfolipidi (lipidi con la testa polare e la coda apolare con catene di acidi grassi) i quali creano una regione non polare la quale non può essere attraversata dall’acqua e da altri solventi polari; in realtà la membrana è selettivamente permeabile, cioè sono presenti nel doppio strato delle strutture proteiche che permettono il passaggio anche di sostanze polari: in questo modo il flusso in entrata e in uscita risulta essere estremamente controllato. Le code sono sempre rivolte verso l’esterno poiché l’ambiente cellulare è acquoso; quindi, polare e deve rimanere isolato dall’ambiente esterno. Nucleo: Esso contiene il DNA ed è avvolto nella membrana nucleare, che ha la stessa composizione della membrana plasmatica, ma è doppia una interna delimitante il nucleolo e una esterna. Inoltre, il flusso che permette lo scambio di materiale genetico avviene con lo stesso metodo della membrana. Il reticolo endoplasmatico è formato da membrane che occupano quasi tutto il citoplasma: Liscio: le sue membrane hanno una forma tubulare. Le sue funzioni sono: - Accumulare ioni Ca2+: Muovendosi genera corrente e trasduce informazioni. La cellula contiene 10-7 M a livello intracellulare, sul quale prevale la concentrazione di calcio nell’ambiente extracellulare 10-3 M. La cellula sviluppa strategie per mantenere il gradiente Ca2+ molto alto: quando si apre una proteina intermembrana dedicata al Ca2+ lo ione passa velocemente, la cellula è poi in grado di riportarlo fuori con dispendio di ATP o lo accumula nel RE liscio. Molte malattie neurodegenerative sono dovute al non efficiente trasporto di calcio, il quale si accumula (disomeostasi del calcio). Un esempio è la sindrome di Timothy (forma di autismo). L’individuo ha un gene alterato per cui ha un amminoacido diverso in una proteina di membrana che ne impedisce la corretta chiusura facendo accumulare calcio all’interno della cellula. Ciò porta a disfunzioni neuronali e muscolari, tra cui cardiache. - Sintetizzare lipidi e colesterolo - Detossificare da farmaci Rugoso: le sue membrane hanno una forma schiacciata con al loro interno ribosomi (organuli di forma sferica composti da rRNA, dna ribosomiale) che sintetizzano le proteine a partire dall’mRNA. Possono trovarsi anche liberi nel citoplasma). L’apparato di Golgi è formato da sacche membranose appiattite chiamate cisterne.  Riceve e modifica (maturano: viene resa stabile e assume la sua conformazione definitiva. Es. glicosilazione) le proteine neosintetizzate all’interno di vescicole lipidiche che riceve dal RE, nel lato cis, e le indirizza ai vari comparti della cellula, dal lato trans attraverso vescicole di trasporto. È quindi smistatore di proteine in vescicole originate dalla membrana plasmatica dell’apparato. I lisosomi sono vescicole (singolo strato di fosfolipidi), il loro compito è quello di idrolizzare le macromolecole biologiche. Per fare ciò contengono le idrolasi acide, hanno dunque un pH=5. Costituiscono l'ultima parte del sistema di endomembrane I perossisomi non appartengono al sistema delle endomembrane. Contengono la catalasi, un enzima che serve a degradare: l’H2O2, che si forma fisiologicamente durante le reazioni metaboliche (H2O2 🡪 H2O + O2), acidi grassi a catena lunga (β-ossidazione) che poi finiscono all’interno del mitocondrio e detossificare l’etanolo nel fegato. I mitocondri sono organelli, con origine endosimbiontica, che sono in grado di produrre ATP tramite l’utilizzo di O2 per ossidare composti organici (respirazione aerobica). Questo processo è molto più efficiente di quello anaerobico. La loro abbondanza nelle cellule è basata sulla necessità di energia della cellula (es. nelle cellule muscolari saranno presenti molti più mitocondri e con dimensioni maggiori) Sono lunghi alcuni µm (come i batteri); Possono cambiare forma/unirsi; Formato da due membrane, quella interna ha le creste sulle quali sono espressi enzimi capaci di produrre ATP; Ossidano molecole organiche per produrre ATP; Consumano O2 e producono CO2. Il citoscheletro è formato da elementi proteici filamentosi che fungono da tramite per il movimento dei soluti e definiscono la corretta posizione dei vari elementi intracellulari. È inoltre fondamentale per definire la forma e la rigidità della cellula. Filamenti di actina: sono le strutture più piccole del citoscheletro. Sono formati da due filamenti actina-G che si avvolgono fra di loro con una sezione di 6 nm. Sono importanti nel processo di divisione cellulare. Microtubuli: sono i filamenti più grandi. Sono composti da proteine di α e β tubulina che formano una spirale con diametro di 25 nm. È una struttura molto dinamica, poiché si può polimerizzare e depolimerizzare. Hanno una polarità con un’estremità + e una -. Filamenti intermedi: circa 10 nm, sono formati da subunità fibrose e si associano in lunghezza e in parallelo per formare strutture allungate, stabilizzano la forma cellulare fornendo supporto strutturale. Esistono anche i virus, ovvero parassiti non cellulari. Non sono quindi autonomi e non sono in grado di rispondere a stimoli esterni. Ciascun virus non origina da un altro virus preesistente, hanno un rivestimento chiamato capside che contiene un core di DNA o RNA e sfrutta i sistemi di replicazione della cellula ospite. Dimensioni di 25-300 nm Un'altra classe simile ai virus ma più piccoli sono i viroidi, formati fondamentalmente da una molecola circolare di RNA. Sono replicati nella cellula ospite anche se non codificano per alcuna proteina. Sono responsabili dell’ RNA silencing. I prioni sono un'ulteriore classe non appartenente agli esseri viventi.Sono fondamentalmente particelle proteiche infettive. Non vengono denaturate dalla temperatura, ci sono quindi casi di passaggio all’uomo. Promuovono l’aggregazione sbagliata di proteine dando origine a malattie prioniche di struttura complessa, responsabili di malattie neurologiche, come la sindrome della “mucca pazza”. I COMPONENTI CHIMICI DELLE CELLULE Il nostro corpo è composto da: 96.3%: O: necessario per la respirazione cellulare; C: forma lo scheletro molecole organiche; H: si trova nei composti organici, è componente dell’H2O ed è necessario per i trasferimenti di energia (H+); N: è nei componenti di proteine e acidi nucleici. 3.7%: Ca: componente strutturale di ossa e denti, importante per contrazione muscolare, trasmissione sinaptica e secrezione ormonale ; P: compone i fosfolipidi, gli acidi nucleici e i substrati energetici; K: necessario per la funzione nervosa e per la contrazione muscolare; Na: regola la funzione nervosa e il trasporto attraverso le membrane; S: forma i ponti disolfuro nelle proteine. Gli elementi più abbondanti lo sono perché sono molto stabili completando il livello più esterno di elettroni, per esempio il C diventa stabile completando l’ottetto elettronico formando legami covalenti con altri atomi e l’H diventa stabile se ha 2 elettroni. Per questo motivo il C e l’H vanno d’accordo e formano una struttura molto stabile. Se il C forma un legame con un altro C forma una struttura altrettanto stabile. La cellula è infatti formata da composti del carbonio fatta eccezione per l’acqua. Le interazioni sono notevoli e possono formare gruppi funzionali. Carichi + Amminici -+NH3 Fosforici -PO42- Carichi - Carbossili -COO- ci Ossidrilici -OH Sulfidrilic Neutri -SH o ma Carbonilic polari -CO-R o Aldeidico -COH L’H2O è il composto più abbondante nelle cellule, perché: È un composto polare (distribuzione disomogenea delle cariche); Forma legami idrogeno (legami ionici in cui gli atomi di O interagiscono con gli atomi di H di un'altra molecola formando una struttura reticolare) Proprio per via dei legami a idrogeno l’acqua ha un elevata: Tensione superficiale; Alto calore specifico: quantità di calore che è necessaria per alzare di 1°C la temperatura; L’H2O è inoltre un solvente capace di rendere solubili composti come sali, basi e acidi (es. NaCl 🡪 Na+ + Cl-). Fa ciò grazie alla sua elevata costante dielettrica la quale le permette di dare origine a degli ioni intorno ai quali forma degli anelli di idratazione che rendono minore il raggio dello ione e più forte la forza di attrazione. Un valore molto importante all’interno delle soluzioni è il pH: un’unità di misura che permette di valutare [H+] in una soluzione. Il pH è importante a livello biologico, perché le componenti biologiche sono fortemente influenzate dal pH (es. a seconda di esso può cambiare conformazione della struttura di una proteina, l'attività catalitica di un enzima e la carica degli aminoacidi (+ il gruppo amminico viene idrogenato in ambienteacido , - il gruppo carbossilico viene ossidato in ambiente basico ). H2O H+ + OH- Questo fenomeno da una costante di dissociazione: KW = [H+][OH-] = 10-14 Il pH è invece dato da: 1 𝑝𝐻 = [𝐻 +] oppure 𝑝𝐻 = −𝑙𝑜𝑔[𝐻 + ] Il pH può essere: Neutro  [H+]=[OH-] quindi [H+]=10-7 e [OH-]=10-7  pH=7; Basico →[H+]7 Basico [H+]>[OH-] pH