Introduzione alla Biologia - Lezione 1 PDF

Lezione 1 Biologia INTRODUZIONE ALLA BIOLOGIA e LIVELLI DI ORGANIZZAZIONE DEI VIVENTI  Cosa è la Perchè studiare Biologia? Biologia? Come studiare Biologia?  Perchè Molte sfide oggi riguardano la BIOLOGIA a livello personale, sociale e globale s...

Lezione 1 Biologia INTRODUZIONE ALLA BIOLOGIA e LIVELLI DI ORGANIZZAZIONE DEI VIVENTI  Cosa è la Perchè studiare Biologia? Biologia? Come studiare Biologia?  Perchè Molte sfide oggi riguardano la BIOLOGIA a livello personale, sociale e globale studiare Biologia? La conoscenza dei concetti biologici è uno strumento importante per costruire il proprio sapere e professionalità Cosa è la Biologia? - Definizione di “BIOLOGIA” (1) Partiamo dalla parola «Biologia». Parola che deriva dal greco: BIOLOGIA deriva da βίος λόγος – bios logos significa letteralmente ragionamento sulla vita, perché bios vuole dire vita e logos ragionare. La Biologia è dunque «la scienza della VITA» Cosa è la VITA? VITA! Se osservi la figura sotto riportata, di sicuro dirai che si tratta di immagini di organismi viventi, sebbene molto diversi nelle forme esteriori. Dunque sei in grado, come farebbe un bambino, di considerare questi organismi come «dotati di vita». Tuttavia non abbiamo una definizione semplice per questo concetto … prova a scrivere la tua …e a chiedere a qualcun altro che frequenti una definizione di VITA. - Definizione di “BIOLOGIA” (2) La BIOLOGIA è la scienza che indaga le proprietà/caratteristiche proprie degli organismi/esseri viventi Quali sono le proprietà dei viventi? Vedi video: «Characteristics of Life»  riproduzione morte crescita e sviluppo PROPRIETÀ COMUNI trasformazione di programma informativo energia e materia degli interno dell’ambiente ESSERI VIVENTI esterno omeostasi capacità di adattamento reattività mantenere condizioni interne all’ambiente costanti all’ambiente pur nel variare delle condizioni esterne Proprietà anche cellulari: “La cellula è l’unità dei viventi” riproduzione morte crescita e sviluppo PROPRIETA’ programma COMUNI trasformazione di informativo energia e materia degli interno dell’ambiente ESSERI VIVENTI esterno omeostasi capacità di adattamento reattività mantenere condizioni interne all’ambiente all’ambiente costanti pur nel variare delle condizioni esterne Concludendo: La VITA è la «condizione» degli esseri viventi, cioè quegli organismi caratterizzati da un grado di complessità e organizzazione che consente loro di crescere e svilupparsi, di trasformare la materia ai fini di produrre energia utile ai processi vitali, di reagire agli stimoli esterni, di adattarsi all'ambiente, di autoregolarsi e di riprodursi. Queste funzioni si svolgono in un tempo finito dalla nascita alla morte, anche essa proprietà di tutti gli organismi viventi. BIOLOGIA è la scienza della vita, che indaga le proprietà o caratteristiche proprie dei sistemi viventi a 3 livelli organizzativi diversi, ognuno in rapporto l’uno con l’altro: UOMO CELLULA EPITELIALE DNA livello dell’organismo livello cellulare livello delle molecole biologia animale biologia cellulare biologia molecolare VIVENTE NON VIVENTE L’organizzazione biologica si basa su una gerarchia di ATOMI livelli strutturali dove BIOSFERA centrale è la cellula, unità MOLECOLA dei viventi. ECOSISTEMA Questa immagine (osservala bene seguendo la freccia viola) MACROMOLECOLA mostra un panorama complessivo sui livelli di organizzazione ORGANULI in una scala dimensionale dal COMUNITÀ CELLULA piccolo al grande (vedi diapo successiva): ORGANI a partire da singoli ATOMI che si POPOLAZIONE TESSUTO legano a formare molecole (livello molecolare), queste organizzano strutture che costituiscono la SISTEMA CELLULA (livello cellulare), e poi D’ORGANO cellule si associano in tessuti, organi, apparati arrivando all’ORGANISMO ORGANISMO (livello dell’organismo). Più organismi e comunità di organismi popolano la BIOSFERA. Vedi video: «Levels of Organization»  Organizzazione biologica Complessità e dimensioni ………… Km e km…….BIOSFERA Unità di misura Tornando alla organizzazione biologica come gerarchia di livelli strutturali, osserviamo che: ATOMI 1- i livelli di organizzazione BIOSFERA rappresentati su scala dimensionale MOLECOLA sono via via più inclusivi ovvero il seguente livello è costituito ECOSISTEMA dall’insieme degli elementi MACROMOLECOLA precedenti, ORGANULI COMUNITÀ 2- le strutture sono ORDINATE CELLULA ORGANI 3- ad ogni livello emergono POPOLAZIONE TESSUTO NUOVE PROPRIETA’, quelle dei viventi solo dalla cellula in poi(!) SISTEMA D’ORGANO 4- ogni livello è dato dalla ORGANISMO INTERAZIONE tra più elementi Analizzeremo nelle prossime diapositive un livello di organizzazione alla volta e tenteremo di averne una descrizione mantenendo però la visione sul tutto, appena anticipata. Procederemo sempre dal livello più piccolo al più grande ed inclusivo. Il livello molecolare o CHIMICO – NON VIVENTE (1) DNA La biologia molecolare è la disciplina che studia la composizione chimica dei viventi e le reazioni chimiche cioè le trasformazioni della materia che costituisce i viventi. Attenzione (!) questo è un livello in cui biologia troviamo i costituenti chimici della materia molecolare vivente, ma a questo livello non si possono osservare le proprietà caratteristiche dei viventi, sopra citate. Definiamo ATOMO «la più piccola parte di un elemento chimico che ne conserva le proprietà». Gli ELEMENTI CHIMICI essenziali per la vita sono: ossigeno (simbolo O) 96% di tutti gli elementi carbonio (simbolo C) chimici che costituiscono idrogeno (simbolo H) azoto (simbolo N) gli esseri viventi calcio (simbolo Ca) fosforo (simbolo P) potassio (K) zolfo (simbolo S) sodio (simbolo Na) cloro (simbolo Cl) ferro (simbolo Fe) Definiamo MOLECOLA «una molecola è costituita da uno o più atomi, in grado di esistere autonomamente e di mantenere le proprietà, almeno all'interno di determinate condizioni ambientali». semplici, quali ad es. gas come O2 (ossigeno) e CO2 (anidride carbonica) o anche l’acqua (H2O) complesse, quali composti del C carboidrati (zuccheri), lipidi (grassi), proteine, acidi nucleici  L’acqua e la vita - La vita nel nostro pianeta è nata nell’acqua. - Gli organismi viventi sono costituiti di acqua le cui proprietà (vedi chimica) sono fondamentali. L’acqua partecipa alle trasformazioni chimiche formula bruta dell’acqua che avvengono nelle cellule. costituita da 2 atomi di H e 1 di O L’acqua regola il volume delle cellule, la temperatura corporea, permette il trasporto di nutrienti. - Il contenuto di acqua in % è variabile tra i viventi: il contenuto medio è pari all’ 80% Vedi video: «Role of water in Human Biology» come approfondimento Il contenuto di acqua del nostro organismo mediamente è pari al 59-60%-70%, ma può variare in base a età, alimentazione e idratazione. Importante è l’EQUILIBRIO IDRICO tra entrate ed uscite Con il termine EQUILIBRIO IDRICO si intende la capacità dell'organismo di mantenere costante la quantità totale di acqua e questo equilibrio è direttamente correlato anche all’equilibrio degli elettroliti (sali ed oligoelementi). - MOLECOLE, più o meno complesse. Quelle importanti per i viventi sono composti del carbonio e si definiscono COMPOSTI ORGANICI. 4 sono le principali categorie di composti organici: carboidrati, lipidi, proteine e acidi nucleici Acidi grassi Trigliceridi CARBOIDRATI Glucosio LIPIDI Fosfolipidi Lattosio Colesterolo Glicogeno Amido Molecole negli organismi Molecole negli organismi viventi con ruolo energetico viventi con ruolo energetico e strutturale  Emoglobina Anticorpi Ormoni ACIDI NUCLEICI PROTEINE Enzimi DNA RNA Molecole negli organismi viventi con Molecole negli organismi viventi con molteplici ruoli di trasporto, strutturale, ruolo informativo di comunicazione, di difesa, di accelerazione reazioni chimiche - Le proteine e gli acidi nucleici sono MOLECOLE INFORMATIVE, (come nel nostro linguaggio le parole date da successioni di lettere diverse). Queste molecole sono infatti POLIMERI (dal greco polys= più, meros = parti ovvero «che ha molte parti»); macromolecole date dalla unione di unità, «lettere chimiche», dette MONOMERI, tali unità sono tenute insieme da legami forti, covalenti. Guardiamo la etimologia: Polys= più; méros = parti; Mono- méros = una parte!!! PROTEINE ACIDI NUCLEICI (DNA e RNA) polimeri di amminoacidi (aa) polimeri di nucleotidi nucleotidi amminoacidi 4 nucleotidi diversi nel DNA 20 amminoacidi diversi e 4 nell’RNA catena Aciso acido proteica nucleico Il monomero delle proteine è detto AMMINOACIDO Il monomero degli acidi nucleici è detto NUCLEOTIDE PROTEINE ACIDI NUCLEICI polimeri di amminoacidi (aa) polimeri di nucleotidi BASE AZOTATA ZUCCHERO AMINOACIDO (aa) NUCLEOTIDE Nelle formule schematiche riportate relative alla unità chimica (monomero) di un aminoacido e un nucleotide, in rosso è cerchiata la parte variabile, della molecola. R= catena laterale, ce ne sono 20 diverse e dunque 20 aa diversi, di basi azotate ce ne sono 4 nel DNA e 4 nell’RNA Vedi video: «Nucleic acids» e «Nucleic acids and Nucleotides» - Il DNA è un acido nucleico, un polimero di NUCLEOTIDI dove la parte variabile è detta BASE AZOTATA e può essere ADENINA (A), GUANINA (G), CITOSINA (C) o TIMINA (T). ACIDI NUCLEICI polimeri di nucleotidi A G BASE AZOTATA C ZUCCHERO T NUCLEOTIDE Dunque la sequenza di questi nucleotidi può essere rappresentata come una sequenza NON CASUALE di basi azotate (parte variabile dei nucleotidi): AATGCGATCTGACATGATGGGGCCAT  Molecole negli organismi viventi con ruolo informativo Linguaggio chimico Linguaggio verbale Linguaggio musicale L’informazione cellulare all’interno delle cellule è data da: 1) un linguaggio chimico: quale insieme di segni, i monomeri (i nucleotidi) la cui sequenza (successione ordinata) è informativa. 2) il contesto creato nella cellula è fondamentale per decifrare in modo pieno il significato di questa informazione. Il livello cellulare – VIVENTE (1- la CELLULA) La CELLULA è l’unità di struttura e funzione degli organismi viventi. Il più piccolo quanto di vita, che gode delle proprietà degli esseri viventi. biologia Ogni sua struttura è costituita da complessi di cellulare grandi molecole ovvero macromolecole organiche. Due tipologie cellulari, due architetture cellulari di base: COMPLESSITA’ STRUTTURALE DIMENSIONI cellula PROCARIOTE cellula EUCARIOTE DNA circolare membrana NUCLEO ribosomi Diametro tra 0.1-10 m Diametro tra 10-100 m 1 m= 1x10-3mm = 1x10-6m Vedi video: «What are cells» come visione generale Due tipologie cellulari, due architetture cellulari di base: COMPLESSITA’ STRUTTURALE DIMENSIONI cellula PROCARIOTE cellula EUCARIOTE NUCLEO Diametro tra 0.1-10 m Diametro tra 10-100 m 1 m= 1x10-3mm = 1x10-6m Vedi video: «What are cells» come visione generale  In media una cellula eucariota misura dai 10-100 m, con alcune eccezioni! UNITA’ di MISURA: 1micron (m)= 1x10-3 mm, 1 nanometro (nm)= 1x10-3 m 1 micron è 1x10-6 metri; 1 nanometro è 1x10-9 metri  Partendo dalla etimologia ovvero dalle parole CELLULA «PROCARIOTE» «EUCARIOTE» Pro-Káryon, Eu-Káryon, “pro= prima, Karyon= nocciolo”, “eu= vero-bene, Karyon”= nocciolo”, quindi prima del nocciolo, quindi con un senza una nocciolo/carioteca/nucleo carioteca o nucleo ben organizzato e definito da un involucro nucleare  CELLULA PROCARIOTE Caratteri condivisi: membrana plasmatica citosol (sostanza gelatinosa semifluida) con ribosomi per la costruzione di proteine nucleoide= regione dove si localizza il DNA circolare Strutture specializzate: parete cellulare – protezione capsula o glicocalice – protezione e interazione tra organismi plasmidi – piccole molecole di DNA circolari flagelli – movimento pili – accoppiamento  La CELLULA PROCARIOTE e gli «ORGANISMI PROCARIOTI» La cellula procariote si pensa sia simile alla forma più antica di cellula che ha abitato il nostro pianeta all’inizio della vita sulla terra. Questa struttura è tipica di organismi semplici unicellulari come i BATTERI, che sono divisi in due grandi raggruppamenti ARCHEOBATTERI EUBATTERI  CELLULA EUCARIOTE Nella cellula eucariote si ha un ampio sviluppo di strutture delimitate da membrane all’interno della cellula. Queste «strutture» sono dette ORGANULI o ORGANELLI cellulari. La cellula dunque è più complessa di quella procariote.  CELLULA EUCARIOTE - anatomia Ora descriviamo varie componenti facendo una analogia come se la cellula fosse una città. Anche la cellula eucariote è delimitata da una membrana plasmatica o plasmalemma. All’interno della cellula e fuori da nucleo, lo spazio viene indicato come citoplasma. Funzioni di - protezione - contribuisce alla forma - trasporto regolato tra interno ed esterno e viceversa Vedi video: «Cytoplasm» come approfondimento  CELLULA EUCARIOTE NUCLEO CROMOSOMA GENE - ha una involucro nucleare - contiene informazione (DNA) - regola le attività della cellula MUNICIPIO  CELLULA EUCARIOTE - anatomia RETICOLO ENDOPLASMATICO APPARATO DI GOLGI - Sintesi di proteine, lipidi e altre molecole - Deposito di materiale, anche di riserva - Trasporto di molecole - Riceve molecole dal reticolo - Modifica le molecole - Trasporto di molecole ad altre sedi  CELLULA EUCARIOTE - anatomia LISOSOMA MITOCONDRIO - Producono energia - Regolano ciclo vitale - Digestione di sostanze estranee e vecchi organelli - Eliminazione di sostanze nocive - Recupero di molecole utili  La CELLULA EUCARIOTE e gli «ORGANISMI EUCARIOTI» La cellula eucariote si pensa si sia evoluta in tempi successivi alle cellule procariote. Questa struttura è tipica di organismi più complessi, sia unicellulari che pluricellulari, che sono raggruppati nel dominio degli EUCARIA FUNGHI PIANTE ANIMALI PROTISTI  Riassumendo: Cellule Cellule PROCARIOTE EUCARIOTE DNA diffuso nella cellula all’interno di un nucleo dimensione più piccole più grandi organelli / complessità strutturale no organelli molti tipi di organelli organizzazione singole cellule spesso multicellulari Il livello cellulare – VIVENTE (2- i TESSUTI) Le cellule simili per struttura e funzione, negli organismi pluricellulari, si associano in TESSUTI. I tessuti di norma vengono raggruppati in 4 tipologie di tessuti: tessuto epiteliale tessuto connettivo tessuto muscolare tessuto nervoso sangue FUNZIONE di FUNZIONE di FUNZIONE di FUNZIONE di RIVESTIMENTO CONNESSIONE CONTRAZIONE COORDINAZIONE Vedi i 2 video: «Tessuti» per approfondimento Approfondimento sul SANGUE Campione di sangue tessuto liquido di connessione Cellule o elementi figurati plasma del sangue cellule plasma Globuli rossi 99,9 % acqua 92 % Globuli bianchi 0.1 % proteine 7 % e piastrine altri soluti 1 % Striscio di sangue – globuli rossi globuli bianchi piastrine si notino i globuli rossi senza nucleo e i granulociti, globuli bianchi con nucleo in viola EMOGLOBINA trasporto di difesa coagulazione ANTICORPI nutrienti e O2 dell’organismo sangue Vedi i 2 video: «Composition of Blood» e «Characteristics and Functions of Blood» CURIOSITÀ Analisi di un prelievo di sangue: osserviamo i valori di numerosità delle cellule da una analisi del sangue nonché la concentrazione di glucosio o glicemia Dati espressi su mm3 di sangue Globuli rossi 4.5 – 6 milioni /mm3 Globuli bianchi 2000-6000/mm3 (o 4000-10000/ l) Formula leucocitaria Esprime il rapporto quantitativo percentuale dei globuli bianchi: Linfociti Monociti Granulociti neutrofili Granulociti eosinofili Granulociti basofili Il livello cellulare – VIVENTE (3- gli ORGANI) Gli ORGANI sono dati dall’insieme Membrana di tessuti diversi. ORGANO sierosa Gli organi sono strutture anatomiche specifiche, deputate a svolgere una precisa funzione all’interno di un apparato o sistema più complesso. Tessuto muscolare liscio Nella figura è riportato lo stomaco, STOMACO Tessuto epiteliale organo cavo rivestito da una di rivestimento interno (mucosa gastrica) membrana sierosa e costituito da una ampia componente di tessuto muscolare liscio. Verso l’interno tess. epiteliale di rivestimento che crea la mucosa gastrica. PROPIETÀ EMERGENTE: FUNZIONE DIGESTIVA Vedi video: «Overview of the heart» come es di un altro organo Il livello cellulare – VIVENTE (4- gli APPARATI o SITEMI) APPARATO e SISTEMA: insieme di organi che collaborano per una o più funzioni comuni. APPARATO esofago fegato stomaco pancreas cistifellea intestino APPARATO DIGERENTE che permette di assorbire i principi nutritivi degli alimenti Vedi video: «What is a Nervous System?» come es di un altro sistema Il livello cellulare – VIVENTE (5- l’ORGANISMO) batteri ORGANISMO UNICELLULARE protozoi Un organismo vivente è un'entità, soggetta alle leggi PLURICELLULARE animali del mondo fisico e al controllo da parte dei sistemi che esprimono l'informazione in esso funghi contenuta. Informazione piante contenuta nel genoma. Il livello cellulare – VIVENTE (5- l’ORGANISMO) ORGANISMO UMANO Homo sapiens Vedi i 2 video: «Structural Organization of the Human Body: An Overview» e «Functions of Life» come approfondimento e ripasso Il livello cellulare – VIVENTE (6- la POPOLAZIONE) POPOLAZIONE insieme di organismi o individui che condividono la stessa area geografica popolazione detta anche areale e presentano umana caratteristiche tipiche di quel gruppo o specie. SPECIE un insieme di organismi in grado di riprodursi tra loro (interfecondi) e di dare origine a prole fertile e feconda. L’uomo moderno appartiene alla specie Homo sapiens. Specie diverse, in alcuni casi possono essere incrociate, ma... Cavallo - MASCHIO Bardotto + ibrido Asino domestico - FEMMINA di norma non fecondo cioè INFECONDO Asino domestico - MASCHIO Mulo + ibrido Cavallo - FEMMINA di norma non fecondo cioè INFECONDO Il livello cellulare – VIVENTE (7- la COMUNITA’) COMUNITÀ complesso di popolazioni di organismi viventi ad esempio animali e vegetali che vivono e interagiscono fra loro in uno stesso ambiente, o biotopo. ATTENZIONE ALLA PAROLA «interazione»: azione reciproca tra i diversi organismi di una comunità esempio uomo, vegetazione (coltivazione) ed animali comunità  Anche l’organismo umano è un insieme di organismi, una comunità vera e propria. In questo senso l’essere umano è un super-organismo che convive con comunità di microorganismi quali batteri, protozoi, funghi (organismi microscopici, visibili al microscopio) che convivono in simbiosi con il nostro organismo senza danneggiarlo: questo insieme è detto microbiota Nella figura si illustrano le aree del nostro corpo in cui microrganismi vivono in simbiosi con un mutuo scambio con il nostro organismo, es. placca dentale, microbiota intestinale, pelle ecc. Specifichiamo il termine Simbiosi= «Vivere con» Convivenza tra organismi di specie diversa mutualismo= simbiosi commensalismo= con vantaggio reciproco o quando si ha simbiosi propriamente l’utilizzazione comune di detta risorse alimentari, con parassitismo= dove al vantaggio di uno solo dei vantaggio del parassita simbionti, ma senza corrisponde un netto danno diretto per l’altro svantaggio per l’ospite Il livello cellulare – VIVENTE (7- l’ECOSISTEMA) ECOSISTEMA complesso tra gli organismi viventi (fattori biotici) e non viventi (fattori abiotici, cioè l’ambiente fisico i cui fattori ad es. sono temperatura, luce, ecc) che interagiscono reciprocamente in un determinato ambiente costituendo un sistema dinamico ed equilibrato. ATTENZIONE ALLA PAROLA «interazione»: azione reciproca, di scambio tra i diversi fattori biotici e abiotici di un ecosistema. ecosistema Il livello cellulare – VIVENTE (8- la BIOSFERA) BIOSFERA è quella parte della Terra nella quale si riscontrano le condizioni indispensabili alla vita. Comprende la parte bassa dell’atmosfera, tutta l’idrosfera e la parte superficiale della litosfera. Nella nostra biosfera si sviluppano diverse specie BIODIVERSITÀ La biodiversità può essere definita come la ricchezza di vita sulla terra La biodiversità è la varietà e variabilità degli organismi viventi e dei sistemi ecologici in cui essi vivono, tale definizione evidenzia che essa include la diversità a livello genetico, tra specie e di ecosistema. - diversità entro la specie (variabilità genetica) - diversità tra le specie (diversità tassonomica) - diversità tra gli ecosistemi (diversità ecologica) RAGNO PAVONE La grande diversità di organismi ha spinto alla necessità di una classificazione degli organismi. Una recente classificazione raggruppa gli organismi in 3 domini e complessivamente 6 regni (vedi figura) Bacteria Protista Fungi Plantae Animalia Archaea Eukarya Per quanto detto sugli organismi viventi guardando le seguenti immagini possiamo farci una domanda VITA? VIRUS oggetti biologici particolari costituiti di acidi nucleici e proteine, ma non dotati di struttura cellulare. Considerati parassiti obbligati di sistemi cellulari. Le strutture ordinate descritte ai diversi livelli di osservazione e i processi vitali dipendono dalla informazione genetica ORDINE / INFORMAZIONE ORGANIZZAZIONE in strutture e competenze sono necessarie INFORMAZIONI e ISTRUZIONI Come studiare Biologia? La Biologia è una scienza investigativa METODO SCIENTIFICO METODO SCIENTIFICO osservazione di un fenomeno porsi domande ? fare ipotesi: ci si immagina una risposta si fanno esperimenti si raccolgono dati Se l’ipotesi è confermata, Se l’ipotesi NON è viene formulata una legge confermata, se ne formula un’altra e si ritorna ad osservare il fenomeno A cura di: Prof.ssa Federica Facchin Prof.ssa Flavia Frabetti registrazione a cura del tutor Dott.ssa Giovannamaria Petrocelli Risposte alle domande di autovalutazione – lezione 1 PERCHE’ STUDIARE BIOLOGIA? - La prevenzione è l’insieme di azioni che mirano a promuovere la salute e benessere dell’individuo e della collettività, riducendo mortalità, morbilità (numero di casi di una malattia in un periodo dato) e fattori di rischio. Perché può essere utile lo studio della BIOLOGIA? Dai una tua personale e breve risposta. La BIOLOGIA è una disciplina che si occupa dello studio dell’uomo abbracciando elementi di anatomia e fisiologia nonché di patologia. La BIOLOGIA si occupa anche dell’ambiente e di ecologia, dello studio delle interazioni tra uomo ed ecosistema in cui è inserito e per questo può essere estremamente importante nel fornire contributi di conoscenza a chiunque, ma in particolare a personale sanitario o professionalità coinvolte nella sicurezza ambientale ai fini di contenimento e protezione da fattori pericolosi per la salute pubblica sia a livello preventivo abbattendo i rischio di insorgenza di malattia sia nell’ambito della cura delle malattie. Elenca alcuni fattori di rischio per la salute umana? Fattori chimici che possono essere nocivi per la salute, come sostanze disperse nell’ambiente, inquinanti ecc. Fattori fisici come radiazioni il cui impatto sulle nostre cellule può essere lesivo. Fattori biotici, quali agenti patogeni tra cui batteri o virus che possono essere causa di malattia. COSA STUDIA LA BIOLOGIA? - La BIOLOGIA è lo studio delle proprietà caratteristiche comuni dei viventi. Elencane almeno quattro di seguito. RIPRODUZIONE CRESCITA REATTIVITA’ / ADATTAMENTO ALL’AMBIENTE CAPACITA’ DI AUTOREGOLAZIONE - L’omeostasi è una proprietà dei viventi che dimostra la capacità di autoregolazione dei sistemi biologici. VX F☐ Motiva la risposta. I viventi sono in grado di mantenere inalterati diversi parametri al variare delle condizioni ambientali attraverso sistemi regolativi e consumando energia, questo è fondamentale alla vita poiché consente il mantenimento di caratteristiche proprie anche in ambienti variabili. Pensiamo, per esempio, alla capacità di termoregolazione che assicura che il nostro corpo possa mantenersi ad intervalli di temperatura che facilitino il metabolismo e il mantenimento delle strutture corporee, tale temperatura si approssima ai 37°C. Quando nell’ambiente si ha una variazione (es. troppo caldo o troppo freddo) il nostro corpo si adatta attraverso una maggiore sudorazione ed evaporazione che sottrae calore e riduce la temperatura corporea o attraverso il fenomeno dei brividi e della pelle d’oca, con una contrazione della muscolatura superficiale che determina produzione di calore. - Cosa si intende per autoregolazione? Sapresti fornire un esempio di omeostasi? Vedi sopra, ma vi sono altri esempi, come il pH che deve essere mantenuto neutro oppure la glicemia intesa come tasso di glucosio nel sangue, regolata attraverso un sistema ormonale che  consente, sia in stati di digiuno che di eccessiva alimentazione, di mantenere risorse adeguate di zuccheri e stoccarle in sistemi di riserva. - Completa la seguente frase: La cellula è l’unità dei viventi perché assolve alle funzioni di base dei viventi attraverso un proprio programma informativo interno ed è anche il minimo quanto di vita, come si può osservare negli organismi unicellulari quali per esempio i batteri in grado di metabolizzare vari principi nutritivi, di riprodursi, di autoregolarsi e adattarsi all’ambiente. LIVELLI DI ORGANIZZAZIONE DELLA MATERIA VIVENTE - L’ordine corretto dei livelli di complessità della gerarchia biologica (dal più inclusivo al meno inclusivo) è Comunità, popolazione, organismo, tessuto, organo, cellula. V☐ FX Motiva la risposta. In realtà la risposta giusta è Comunità, popolazione, organismo, organo, tessuto, cellula, poiché gli organi sono fatti da più tessuti e non è vero il contrario. - Il livello organizzativo più basso in cui si può parlare di vivente è il DNA. V☐ FX Motiva la risposta. Il DNA è una molecola! Siamo ad un livello di “non vivente”. Il DNA solo all’interno della struttura cellulare può essere utile per specificare strutture e funzioni, di per sé non può. Il quanto di vita più piccolo è la cellula. - Elenca di seguito alcuni elementi chimici, importanti componenti dei viventi e riporta, come nell’esempio, il simbolo chimico tra parentesi. Ossigeno (O) Carbonio (C) Azoto (N) Idrogeno (H) - Il corpo umano è costituito fondamentalmente di H2O in una percentuale variabile in rapporto all’età, alla alimentazione e idratazione. VX F☐ Motiva la risposta. L’acqua è una componente fondamentale delle cellule e degli spazi interstiziali tra una cellula e l’altra, costituente importante degli organismi viventi. Veicolo di molecole, agevola le reazioni chimiche e ne può essere un reagente, oltre che un prodotto. Nel nostro organismo è molto importante il bilancio idrico tra quanta acqua entra ed esce. L’entrata può avvenire attraverso la alimentazione e la perdita attraverso l’apparato urinario, ma anche respiratorio e attraverso il processo di traspirazione della pelle. Il bilancio idrico tra entrate e uscite è importante per non avere stati di eccessiva idratazione e disidratazione. Tale bilancio può variare con l’età dell’individuo. - Elenca di seguito le quattro principali categorie di composti organici: lipidi, carboidrati, proteine, acidi nucleici - Rispondi ai seguenti Vero o Falso e correggi le frasi FALSE riportando la frase corretta: Il lattosio è un carboidrato VX F☐ Il colesterolo è un carboidrato V☐ FX Gli ormoni possono essere proteine VX F☐ Sia DNA che RNA sono acidi nucleici VX F☐ Il glicogeno è un lipide V☐ FX L’amido è un polisaccaride presente nelle piante VX F☐ Il colesterolo è un lipide complesso importante parte strutturale delle nostre cellule. Il glicogeno è uno zucchero, un polisaccaride tipico delle cellule animali, utile come forma di riserva energetica. - Scrivi, affianco ai MONOMERI 1 e 2, sotto indicati, la lettera corrispondente alla macromolecola di cui fanno parte: 1- Aminoacido e) proteine 2- Nucleotide b) acidi nucleici a) polisaccaridi, b) acidi nucleici, c) lipidi complessi, d) colesterolo, e) proteine - Nella figura è mostrato un NUCLEOTIDE, sostituisci ai numeri “1, 2 e 3” rispettivamente, la componente chimica giusta e riportala per esteso sotto la figura: 1 3 2 1- gruppo fosfato 2- zucchero 3- base azotata - Indica perché una di queste parti è variabile e dai una spiegazione in merito La parte variabile è la base azotata che può essere Adenina, Timina, Citosina e Guanina nel DNA.  - Indica V/F per le seguenti frasi sulle CELLULE: V F La cellula è l’unità di struttura e funzione degli organismi viventi. X ☐ Le cellule procariote sono più complesse in struttura rispetto all’eucariote. ☐ X Le cellule eucariote non hanno un involucro a delimitare il materiale informativo (DNA). ☐ X Le cellule procariote sono molto più piccole di quelle eucariote. X ☐ L’unità di misura della cellula è pari a 1/1000 del mm. X ☐ L’unità di misura della cellula è il nanometro. ☐ X Le cellule procariote come le cellule eucariote sono delimitate da una membrana. X ☐ Le cellule procariote possono avere diversi “rivestimenti”, tra cui la parete. X ☐ Le membrane cellulari sono strutture impenetrabili. ☐ X Sia le cellule procariote che le cellule eucariote hanno ribosomi. X ☐ Delle frasi FALSE riporta di seguito la frase corretta: Le cellule procariote sono meno complesse in struttura rispetto all’eucariote. Le cellule eucariote hanno un involucro a delimitare il materiale informativo (DNA). L’unità di misura della cellula è il micrometro o micron. Le membrane cellulari NON sono strutture impenetrabili. - Quale delle seguenti coppie struttura-funzione, NON è abbinata correttamente? £ a) reticolo endoplasmatico; sintesi di macromolecole £ b) apparato di Golgi; traffico proteico X c) lisosoma; sintesi proteica £ d) nucleo; controllo delle attività cellulari £ e) membrana plasmatica; protezione Motiva la risposta. Il lisosoma è un organello deputato allo smaltimento, lisi e demolizione di materiale organico non più utile, non certo alla sintesi (cioè costruzione) di proteine. - Indica V/F per le seguenti frasi sui TESSUTI ed ORGANI: V F Il tessuto è un insieme di cellule diverse per struttura e funzione. ☐ X Il tessuto muscolare ha cellule caratterizzate dalla capacità contrattile. X ☐ Il sangue fa parte dei tessuti connettivi. X ☐ Il plasma è la matrice liquida del sangue. X ☐ I globuli rossi sono mediamente alcune centinaia per mm3. ☐ X I monociti sono globuli bianchi. X ☐ Le piastrine sono cellule responsabili della coagulazione del sangue. ☐ X Il cuore è un esempio di tessuto muscolare. ☐ X Il dominio degli eucarioti comprende sia organismi unicellulari che pluricellulari. X ☐ L’asino ed il cavallo appartengono alla stessa specie. ☐ X Delle frasi FALSE riporta di seguito la frase corretta: Il tessuto è un insieme di cellule simili per struttura e funzione e funzione. I globuli rossi sono mediamente alcuni milioni per mm3. Le piastrine sono frammenti cellulari responsabili della coagulazione del sangue. Il cuore è un esempio di organo. L’asino ed il cavallo non appartengono alla stessa specie. - Riporta di seguito un esempio di un organismo unicellulare e uno di un organismo pluricellulare che conosci. Tra gli organismi unicellulari cioè fatti di una sola cellula possiamo ricordare i BATTERI che hanno una struttura cellulare di tipo procariote, ed i LIEVITI che invece hanno una struttura cellulare eucariote. Invece per quanto riguarda gli organismi pluricellulari ci sono tanti esempi. Alcuni di questi sono piccoli es. alcuni vermi del terreno, altri grandi come gli elefanti o le querce secolari. - Il concetto di specie in biologia descrive un insieme di organismi che presentano caratteristiche simili e sono in grado di riprodursi tra loro (interfecondi), portando a prole non necessariamente fertile e feconda. V☐ FX Motiva la risposta. Il concetto di specie in biologia implica che gli individui appartenenti ad una stessa specie sono interfecondi ovvero si possano riprodurre e che la prole generata sia feconda. - L’uomo moderno appartiene alla specie Homo sapiens. Ricorda che si scrive il genere Homo con la maiuscola e il secondo nome sapiens che specifica l’unica specie esistente oggi con la iniziale minuscola, spesso poi si usa il corsivo come carattere. - Riporta di seguito la principale differenza tra i termini POPOLAZIONE e COMUNITA’: Per POPOLAZIONE si intende un insieme di organismi appartenenti alla stessa specie, con COMUNITA’ un insieme di organismi che appartengono a specie diverse, ma condividono uno stesso areale o ambiente. - Quale delle seguenti coppie di concetti, NON è abbinata correttamente? £ a. mutualismo; scambio reciproco £ b. commensalismo; vantaggio di un solo organismo £ c. parassitismo; reciproco vantaggio X d. parassitismo; reciproco svantaggio £ e. simbiosi; reciproco svantaggio - Quali delle seguenti coppie di concetti, NON è abbinata correttamente? (questo quiz ha più di 1 soluzione giusta) £ a. biosfera; insieme di ecosistemi X b. popolazione; insieme di organismi viventi appartenenti a specie diverse X c. ecosistema; insieme di organismi viventi £ d. comunità; insieme di specie diverse £ e. specie; organismi interfecondi con prole feconda - Perché i virus non possono essere considerati esseri viventi, motiva brevemente la risposta: I virus sono più propriamente definiti come “OGGETTI BIOLOGICI” e NON COME ESSERI VIVENTI O ORGANISMI, poiché mancano delle capacità di svolgere in autonomia tutte le proprietà tipiche del vivente, mancando della struttura cellulare che è il minimo quanto di vita, ovvero quel livello organizzativo in cui compaiono le proprietà del vivente. Qualche scienziato li considera dei parassiti genetici obbligati, ma più propriamente possiamo parlare di parassiti genetici o di informazione! - Pensando alle fasi del metodo scientifico, quale tra le seguenti frasi sceglieresti per esprimere il punto di partenza: £ a. formulazione di una legge £ b. dimostrazione sperimentale X c. osservazione di un fenomeno  Lezione 2 Biologia CICLO VITALE DELLA CELLULA E DELL’ORGANISMO A CONFRONTO  Partendo dal presupposto che la cellula rappresenta l’unità di base della vita in questa lezione metteremo a confronto il ciclo vitale di una cellula e il ciclo di vita dell’organismo che la contiene CICLO VITALE DELLA CELLULA Una cellula compie un ciclo nel corso della sua vita che parte dalla sua nascita per divisione, per attraversare poi fasi di crescita, differenziamento, eventuale divisione e giungere poi alla morte  CICLO VITALE DELLA CELLULA 1. NASCITA per DIVISIONE 1. 2. CRESCITA 4. 3. DIFFERENZIAMENTO 3. 2. 4. MORTE  1. NASCITA per DIVISIONE Tutte le cellule derivano da altre cellule grazie ad un processo di divisione La divisione cellulare può avere 2 scopi diversi: CONSERVARE CREARE L’INFORMAZIONE VARIABILITÀ  CONSERVARE Conservare = mantenere intatta, L’INFORMAZIONE proteggere, non modificare nel tempo L’informazione ISTRUZIONI  CONSERVARE L’INFORMAZIONE è lo scopo della MITOSI = divisione cellulare che da una cellula madre contenente una specifica informazione porta a due cellule figlie che contengono la stessa informazione, risultando così identiche fra loro e alla cellula madre di partenza  contenuta nella informazione Cellula madre trasmessa per MITOSI Cellule figlie uguali in informazione  CREARE Creare variabilità = variare, modificare, rimescolare, ricombinare VARIABILITÀ nell’informazione L’informazione = le istruzioni è lo scopo della MEIOSI = divisione cellulare che da una cellula madre contenente una specifica informazione porta a quattro cellule figlie che contengono una informazione ricombinata e dimezzata, risultando così diverse fra loro e rispetto alla cellula madre di partenza  contenuta nella informazione Cellula madre viene trasmessa per MEIOSI Cellule figlie diverse in informazione  Nel nostro organismo esistono: = relative al soma CELLULE (che significa corpo SOMATICHE di un organismo) CELLULE = cellule situate negli GERMINALI organi riproduttori  LE CELLULE SOMATICHE Sono di tante tipologie diverse per struttura e funzione Cellule del sangue Cellule nervose Cellule muscolari si dividono per MITOSI al fine di ottenere nuove cellule, contenenti le informazioni delle cellule di partenza  LE CELLULE GERMINALI Sono cellule situate negli organi riproduttori maschili e femminili TESTICOLI OVAIE  LE CELLULE GERMINALI si dividono per: per MITOSI per MEIOSI Aumenta Porta alla produzione il loro numero dei gameti (= cellule specializzate per la riproduzione) uovo Spermatozoo Vedi video: «Mitosis and Meiosis»  2. CRESCITA Le cellule dopo essersi formate aumentano le loro dimensioni, accumulando sostanze nutritive La dimensione cellulare media raggiunta è: ! diversa fra cellula procariote ed eucariote ! caratteristica di un tipo cellulare all’interno dell’organismo diametro medio della cellula procariote (batteri): tra 0.1 e 10 µm diametro medio della cellula eucariote: tra 10 e 100 µm con alcune eccezioni 7 µm > 100 µm Globuli rossi Cellula uovo Le dimensioni sono caratteristiche della cellula sono correlate alla struttura e funzione finale della cellula Le cellule nervose hanno assoni (prolungamenti di comunicazione) lunghi Fibra muscolare lunga fino anche a 2 metri!! quanto il muscolo che la contiene  Ricorda !! Il volume e l’estensione della superficie esterna di una cellula influenzano la quantità di sostanze che possono transitare dall’esterno all’interno della cellula e viceversa Un elevato rapporto superficie/volume consente migliori scambi!!! Batterio Globulo rosso Sostanze O2 nutritive scarti CO2 Vedi video: «Cell size»  3. DIFFERENZIAMENTO Le cellule sono in grado di assumere una struttura e funzione specifica Vi è correlazione fra struttura e funzione CRESTE mitocondriali di ampia superficie per accogliere complessi enzimatici responsabili di reazioni chimiche atte a produrre energia  Spermatozoo con flagello (nella coda) utile al movimento lungo le vie genitali femminili Cellule della mucosa* respiratoria con ciglia utili a spostare muco e polveri *Hai mai sentito parlare di mucosa?? è una membrana che tappezza la faccia interna di alcuni organi ed è data da un epitelio ricco di ghiandole produttrici di muco, rivolto verso la cavità interna dell’organo, e da un sottostante strato di connettivo che talvolta contiene fibre muscolari e linfociti Con il differenziamento nell’uomo si ottengono almeno 250 tipi di cellule diverse Ciò che determina il differenziamento cellulare è: 1. Informazione = le istruzioni scritte e conservate nel DNA contenuto nella cellula 2. l’utilizzo della Informazione Quanta, Come, Per quanto tempo Vedi video: «Cellular differentiation»  L’informazione o istruzioni contenute nel DNA sono le stesse nelle cellule di un organismo Le singole istruzioni sono tratti del DNA chiamate geni I GENI VENGONO ESPRESSI (= utilizzati) SELETTIVAMENTE nelle singole cellule Si ottengono così cellule con strutture e funzioni diverse  4. MORTE Tutte le cellule terminano la loro vita e muoiono La morte può avvenire secondo due modalità: NECROSI APOPTOSI  EVENTO DI MORTE ACCIDENTALE NECROSI (TRAUMA, VELENO, BRUCIATURA, ECC..) SUBITO PASSIVAMENTE DALLE CELLULE LA CELLULA « ESPLODE» Si ha rossore, gonfiore e dolore nell’area interessata dalla morte cellulare  APOPTOSI EVENTO DI MORTE PROGRAMMATO REALIZZATO ATTIVAMENTE DA SINGOLE CELLULE LA CELLULA «IMPLODE» REALIZZATO DI NORMA IN CONDIZIONI FISIOLOGICHE senza lasciare «traccia» nella zona interessata dalla morte L’apoptosi può essere innescata grazie a segnali INTRINSECI danni al DNA irreparabili mancanza di sostanze nutritizie o energia L’apoptosi può essere innescata grazie a segnali ESTRINSECI Cellula A Segnali chimici Cellula B pro-apoptotici segnali chimici che rilasciati da una cellula vengono ricevuti da una cellula bersaglio innescando come risposta l’apoptosi La cellula apoptotica subirà delle modificazioni morfologiche e si romperà in tante vescicole, i corpi apoptotici, che verranno fagocitati (mangiati) dalle cellule vicine non lasciando traccia di sè Vedi video: «Apoptosis» La cellula apoptotica subirà delle modificazioni morfologiche e si romperà in tante vescicole, i corpi apoptotici, che verranno fagocitati (mangiati) dalle cellule vicine non lasciando traccia di sè Vedi video: «Apoptosis» L’APOPTOSI si verifica fisiologicamente per: MANTENIMENTO DEI TESSUTI ADULTI: favorendo un equilibrio tra la produzione di nuove cellule per divisione e l’eliminazione di cellule «vecchie» o «danneggiate» CORRETTO SVILUPPO EMBRIONALE: Eliminazione di cellule non “volute” a livello di specifici tessuti Eliminazione di cellule fra le dita che darebbero, se mantenute, mani palmate  Ciò che permette alle cellule di DIVIDERSI, CRESCERE, DIFFERENZIARSI, MORIRE è il: METABOLISMO = tutte quelle reazioni chimiche che avvengono nella cellula allo scopo di sintetizzare, degradare, trasformare e trasportare/ricevere le sostanze Il metabolismo cellulare prevede scambi di materia ed energia fra: - l’interno e l’esterno della cellula - fra cellule (comunicazione chimica) Vedi video: “What is metabolism?”  SCAMBI FRA CELLULA e AMBIENTE EXTRACELLULARE Entrata in una cellula di glucosio (zucchero) attraverso la sua membrana esterna Respirazione cellulare Il glucosio viene scisso in molecole più semplici, ricavando energia  COMUNICAZIONE CHIMICA FRA CELLULE Rilascio di un ormone da cellule di una ghiandola e ricezione di esso da parte di cellule bersaglio innescando reazioni cellulari che portano alla crescita morte divisione differenziamento  Si riproduce Muore cresce PROPRIETÀ METABOLISMO DELLA CELLULA Reagisce a Si differenzia stimoli Si muove  CICLO VITALE DI UN ORGANISMO Un organismo, come le cellule che contiene, compie un ciclo che parte dalla sua nascita, per attraversare poi una fase di crescita, differenziamento delle sue parti, eventuale divisione (o riproduzione) e giungere poi alla morte  FORMAZIONE 1. NASCITA DI UN NUOVO ORGANISMO NEGLI ORGANISMI UNICELLULARI: Avviene per divisione cellulare che porta alla RIPRODUZIONE dell’intero organismo Scissione binaria di un’ameba (eucariote unicellulare) Vedi video: «Binary fission»  NEGLI ORGANISMI PLURICELLULARI i nuovi organismi si formano per: RIPRODUZIONE RIPRODUZIONE ASESSUATA SESSUATA o o agamica gamica CONSERVARE CREARE L’INFORMAZIONE VARIABILITÀ RIPRODUZIONE ASESSUATA o agamica (senza gameti) DA 1 ORGANISMO GENITORE Processo di divisione dell’organismo accompagnato da mitosi cellulari ORGANISMI FIGLI UGUALI AL GENITORE = CLONI  Diverse modalità di riproduzione asessuata SCISSIONE = l’organismo si scinde in due GEMMAZIONE = dall’organismo vengono emesse delle gemme FRAMMENTAZIONE = l’organismo si frammenta in più parti RIPRODUZIONE SESSUATA o gamica 2 ORGANISMI di sesso opposto presentano TESTICOLI negli organi riproduttori OVAIE CELLULE GERMINALI che grazie alla meiosi e successivo differenziamento GAMETI SPERMATOZOO CELL UOVO che si uniscono nel processo di fecondazione per formare lo zigote ZIGOTE = prima cellula dell’organismo formata dall’unione dell’uovo e dello spermatozoo PROLIFERAZIONE CELLULARE: passaggio all’organismo pluricellulare grazie a ripetute mitosi DIFFERENZIAMENTO CELLULARE e delle PARTI dell’organismo: Comparsa di specifiche strutture associate a funzioni specifiche ORGANISMO FIGLIO DIVERSO DAI GENITORI Vedi video: «Reproduction»  2. CRESCITA Gli organismi dopo essersi formati crescono in dimensioni per: ! Aumento delle dimensioni cellulari fino alla dimensione caratteristica della specie e del tipo cellulare ! Aumento del numero cellulare per divisione  Ma per quanto crescono gli organismi? Ci sono organismi, come le piante, capaci di crescere per quasi tutta la loro vita, anche decine di centimetri all’anno in altezza a l t e zza e t r i di m e tr o m 1 0 0 e tr i in d i a o a o i a f in - 1 5 m n i !! q u 1 0 L a s e tr o n c o d i e 2 0 0 0 a n o n u n e a n ch c v iv Tempo di vita Ci sono organismi, come l’uomo, capaci di crescere fino al raggiungimento dell’età adulta e poi smettono di crescere  Ricorda che la divisione può essere utilizzata da un organismo pluricellulare non solo per la crescita, ma anche per: RINNOVAMENTO - sostituzione delle cellule vecchie con nuove cellule RIPARAZIONE - sostituzione di cellule perse per eventi accidentali con nuove cellule  In aggiunta, le cellule dell’organismo non hanno tutte la stessa capacità di dividersi Ad esempio, le cellule staminali, cellule di riserva, da cui derivano le cellule specializzate del nostro corpo, hanno un enorme potenziale proliferativo Le cellule nervose, al contrario, una volta assunta la loro struttura e funzione, perdono la capacità di dividersi Hai mai pensato a quali effetti abbia tutto questo sulla nostra vita? La divisione e la morte cellulare sono eventi sottoposti a controlli I controlli hanno lo scopo di mantenere un equilibrio fra divisione e morte cellulare, così da garantire una stabilità nel numero di cellule di uno specifico distretto corporeo L’equilibrio può rompersi, portando uno dei due processi, divisione o morte, a prevalere uno sull’altro Se in un distretto corporeo le cellule non hanno più la capacità di dividersi, quando esse moriranno, non ve ne saranno altre pronte a sostituirle. In tal caso, la morte supererà la nascita e si avrà una riduzione del numero di cellule (IPOPLASIA) a cui potrà associarsi una mancanza di funzione (ATROFIA) Se viceversa, il processo di divisione cellulare aumenterà a discapito della morte, si avranno più cellule del normale (IPERPLASIA) e un possibile eccesso di funzionamento (IPERTROFIA)  Se la divisione diverrà incontrollata e interesserà cellule portatrici di mutazioni (o cambiamenti) al DNA, si potrebbero verificare eventi patologici chiamati TUMORI Vedi video: «What is the Cell Cycle?» e «What is Cancer?»  3. DIFFERENZIAMENTO Le cellule prima e le parti dell’organismo, poi, sono in grado di assumere strutture e funzioni specifiche nel corso dello sviluppo Vi è correlazione fra struttura e funzione a tutti i livelli dell’organizzazione biologica Cellula Tessuto (osteocita) (osseo compatto) Organo (omero) Apparato /sistema (apparato locomotore) ORGANISMO  Apparati con strutture e funzioni complesse diverse Sostenere Trasmettere Trasportare Respirare Digerire, Muovere il corpo e e ricevere ossigeno e assorbire il corpo e proteggere segnali anidride e smaltire le sue parti gli organi carbonica sostanze Vedi video: «Functions of Life»  Ciò che determina il differenziamento delle parti è: 1. Il differenziamento delle singole cellule 2. La costruzione di strutture anatomiche più complesse grazie all’associazione iniziale fra più cellule (più tessuti, organi..) 3. La comunicazione chimica fra le singole cellule e fra le strutture più complesse che consente loro di compiere scambi utili al loro funzionamento  4. MORTE Tutti gli organismi muoiono La morte può avvenire secondo diverse modalità: VECCHIAIA MALATTIA EVENTI ACCIDENTALI Ciò che permette all’organismo di RIPRODURSI, CRESCERE, DIFFERENZIARSI, MORIRE è il: METABOLISMO che si basa Sullo scambio di materia ed energia con l’ambiente energia  Il metabolismo si basa anche sull’interazione con organismi c i e ? i r e s pe u o ld sa v i c o r i c o rd *Ti Di specie Della stessa diversa specie*  Si riproduce Muore cresce PROPRIETÀ METABOLISMO DELL’ ORGANISMO Reagisce Differenzia agli stimoli le parti Si muove A cura di: Prof.ssa Federica Facchin Prof.ssa Flavia Frabetti registrazione a cura del tutor Dott.ssa Giovannamaria Petrocelli Risposte alle domande di autovalutazione – LEZIONE 2 NASCITA PER DIVISIONE DI UNA CELLULA - Le cellule si originano da altre cellule. VX F☐ Grazie a quale processo? Divisione cellulare. - Lo scopo della divisione di una cellula per mitosi è creare variabilità nell’informazione: V☐ FX Motiva la risposta. La frase è FALSA poiché la mitosi ha lo scopo di CONSERVARE l’informazione, ottenendo cellule figlie uguali fra loro e alla cellula madre di partenza. - Le cellule del sangue rappresentano delle cellule somatiche. VX F☐ - Le cellule germinali si trovano negli organi riproduttori che si chiamano: ovaie nella femmina e testicoli nel maschio - La mitosi può avvenire: ☐ nelle cellule somatiche ☐ nelle cellule germinali X nelle cellule somatiche e germinali - Le cellule germinali si dividono per mitosi: VX F☐ Motiva la risposta. L’affermazione è VERA, infatti anche le cellule germinali hanno la necessità di aumentare in numero e quindi si dividono per MITOSI, oltre che per MEIOSI. - La meiosi ha lo scopo di creare cellule con informazione diversa fra loro. VX F☐ Motiva la risposta. La frase è VERA poiché in questo processo si otterranno, in un organismo parentale, cellule specializzate per la riproduzione con un contenuto in informazione DIVERSO e DIMEZZATO rispetto alla cellula madre di partenza che, unendosi ad altre cellule specializzate ottenute da un altro organismo parentale, di sesso opposto, porteranno ad avere lo zigote con un quantitativo completo di informazione da cui per proliferazione e differenziamento successivi si otterranno figli diversi rispetto ad entrambi i genitori. - La meiosi delle cellule germinali ha lo scopo di portare alla produzione di cellule responsabili della riproduzione che si chiamano: cellula uovo nella femmina e spermatozoo nel maschio - Qual è la differenza principale tra mitosi e meiosi? X La mitosi crea cellule identiche, mentre la meiosi crea cellule geneticamente diverse. ☐ La mitosi riduce il numero di cromosomi, mentre la meiosi lo raddoppia. ☐ La mitosi si verifica solo nelle cellule germinali, mentre la meiosi nelle cellule somatiche. ☐ La mitosi crea quattro cellule, mentre la meiosi ne crea due. CRESCITA DI UNA CELLULA - Cosa significa per una cellula crescere? Aumentare le sue dimensioni accumulando sostanze nutritive. - Le cellule eucariotiche sono più grandi delle procariotiche. VX F☐ - Le cellule del corpo hanno tutte le stesse dimensioni. V☐ FX Motiva la risposta. L’affermazione è FALSA, dal momento che le cellule assumono una STRUTTURA correlata ad una specifica FUNZIONE; pertanto, una cellula è dotata di una struttura caratteristica, con dimensioni talvolta maggiori o minori rispetto alle dimensioni medie delle cellule della sua specie, in base alle sue necessità. Ad esempio, una cellula uovo è una cellula molto grande, di anche 100 micron di diametro, che accumula al suo interno molto materiale nutritizio. - Fai un esempio di una cellula del nostro corpo molto piccola ed una molto grande: I globuli rossi sono molto piccoli e la cellula uovo rappresenta una delle cellule più grandi. - Più elevato è il rapporto superficie/volume di una cellula e più facili sono gli scambi fra interno ed esterno: VX F☐ - Il metabolismo prevede scambi anche fra cellule differenti. VX F☐ DIFFERENZIAMENTO DI UNA CELLULA - Cosa significa per una cellula differenziarsi? Assumere una struttura specifica correlata ad una funzione - Il differenziamento cellulare dipende dalle informazioni possedute da una cellula. VX F☐ - Come potresti definire l’informazione? Insieme di istruzioni - In quale molecola della cellula risiede? La molecola di DNA - Il differenziamento cellulare dipende da come si utilizza l’informazione: quanta, come e per quanto. VX F☐ Motiva la risposta. La frase è VERA, infatti l’informazione non viene utilizzata tutta da una cellula, ma viene impiegata in maniera selettiva al fine di conferire alla cellula una determinata struttura e funzione. - Nel nostro organismo ci sono 100 tipi di cellule diverse. V☐ FX MORTE DI UNA CELLULA - La morte per necrosi è decisa dalla cellula. V☐ FX Motiva la risposta. L’affermazione è FALSA perché la cellula SUBISCE un processo di morte per necrosi. È un evento accidentale (es. bruciatura) che la cellula subisce passivamente. - Il rossore, gonfiore, dolore sono aspetti associati alla necrosi. VX F☐ - La morte per apoptosi è programmata dalla cellula. VX F☐ - Perché in un organismo le cellule programmano la morte? Fai almeno due esempi. Le cellule programmano la morte quando sono vecchie e/o danneggiate; dunque, le loro componenti non lavorano più correttamente e devono essere rimpiazzate da nuove cellule funzionanti. - In condizioni fisiologiche l’apoptosi si verifica per compensare la proliferazione cellulare e mantenere il numero di cellule di un organismo. VX F☐ FORMAZIONE DI UN ORGANISMO - Cosa si intende per riproduzione di un organismo? La formazione di un nuovo organismo. - Gli organismi unicellulari si riproducono per divisione cellulare. VX F☐ - Lo scopo della riproduzione asessuata è quello di creare variabilità. V☐ FX - Nella riproduzione asessuata non servono cellule specializzate per la riproduzione. VX F☐ - Cosa vuol dire che i figli nella riproduzione asessuata sono cloni dei genitori? Vuol dire che essi sono identici ai genitori possedendo nelle loro cellule le stesse informazioni di partenza contenute nella cellula madre. - Sai fare degli esempi di riproduzione asessuata? Scissione, che consiste nella divisione in due dell’organismo parentale; frammentazione, che prevede la divisione in tanti pezzi dell’organismo parentale; gemmazione, che prevede la formazione di gemme, abbozzi dall’organismo parentale che possono rimanere attaccate o staccarsi. - Le cellule specializzate per la riproduzione sessuata si chiamano: Spermatozoi e cellula uovo. - La riproduzione sessuata ha come scopo quello di dar vita a figli diversi dai genitori. - La fecondazione è il processo di unione dei gameti. VX F☐ - Lo zigote rappresenta la prima cellula di un organismo che si riproduce sessualmente: VX F☐ - È formato dall’unione di: Cellula uovo e spermatozoo - I figli nella riproduzione sessuata sono uguali ai genitori: V☐ FX Motiva la risposta. Lo scopo della riproduzione sessuata è quello di creare della variabilità di informazione, ovvero figli con caratteristiche diversi dai genitori. CRESCITA DI UN ORGANISMO - Per passare dallo zigote all’organismo pluricellulare quali processi devono verificarsi? Processi di proliferazione e differenziamento cellulare. - La crescita di un organismo dipende da: ☐ l’aumento delle dimensioni cellulari. X l’aumento delle dimensioni e/o del numero delle cellule. ☐ l’aumento del numero di cellule. - Gli alberi crescono potenzialmente per tutta la vita. VX F☐ - Gli esseri umani crescono potenzialmente per tutta la vita. V☐ FX - Le cellule del nostro corpo hanno tutte la stessa capacità di dividersi. V☐ FX - La divisione cellulare nell’organismo pluricellulare può avere la funzione di compensare le cellule che muoiono con quelle di nuova formazione. VX F☐ Vi sono altri scopi? Se sì, quali? Sì, vi sono altri scopi, come quello di rimpiazzare cellule danneggiate con cellule nuove e funzionanti. - Le cellule nervose perdono la capacità di dividersi dopo essersi differenziate. VX F☐ - Un tumore prevede la crescita controllata della divisione cellulare. V☐ FX DIFFERENZIAMENTO IN UN ORGANISMO - Il differenziamento nell’organismo indica la presenza di parti con strutture e funzioni specifiche. VX F☐ - Sai fare esempi di tessuti con funzione diversa? Tessuto osseo, tessuto muscolare, tessuto adiposo, tessuto cartilagineo… - Sai fare esempi di apparati con funzione diversa? Apparato muscolo-scheletrico, apparato circolatorio, apparato digestivo… - Il differenziamento caratterizza lo sviluppo embrionale. VX F☐ - Il differenziamento delle parti di un organismo non prevede interazioni fra di esse. V☐ FX MORTE DI UN ORGANISMO - La morte di un organismo ha diverse cause. Fai degli esempi: Ha come causa vecchiaia, malattia ed eventi accidentali. - Tutti gli organismi viventi muoiono. VX F☐ - Gli organismi svolgono le loro fasi di vita grazie all’interazione con altri organismi e l’ambiente che gli circonda. VX F☐ Lezione 3 Biologia L’INFORMAZIONE GENETICA  INFORMAZIONE Che significato ha questa parola? Sicuramente una riduzione di incertezza, l’acquisizione di un chiarimento, di una indicazione, di una istruzione, di un elemento utile alla conoscenza e alla trasmissione di dati e strutture che ne consentono la acquisizione. Ci sono molti modi di trasmettere una informazione Guarda per es. queste immagini e segnali Per convenzione queste immagini contengono segni o simboli che hanno un significato informativo, per esempio il codice fiscale ci individua con un insieme di lettere e numeri che rappresentano cognome, nome, data e luogo di nascita. I libri, i giornali, la rete web sono veicoli di informazioni che possono essere scritte per esempio come sequenza di lettere, che costituiscono parole e frasi, oppure come un linguaggio numerico binario (fatto di soli: 1 e 0) utilizzato dagli strumenti informatici.  INFORMAZIONE in Biologia In BIOLOGIA di norma la «informazione» identifica il veicolo o substrato che contiene le istruzioni utili ad ogni singola cellula per costruire e mantenere le proprie strutture, rinnovarle e anche eseguire specifiche funzioni. Dunque, come è scritta l’informazione nelle cellule? Quale è il linguaggio, quale il substrato? Facciamo una analogia … Come è organizzata l’INFORMAZIONE VERBALE? ALFABETO 24 LETTERE O SEGNI DIVERSI Informazioni verbali: ARPE RAPE PERA APRE con 4 sole lettere (A E P R), ottengo diversi significati in base alle diverse sequenze (“Sequenza: successione ordinata di elementi omogenei”) Pensate a quante parole si possono fare con 24 lettere diverse!? Come è organizzata l’INFORMAZIONE BIOLOGICA? Le istruzioni biologiche sono: - il programma informativo interno della cellula - contenute nel DNA= acido desossiribonucleico (polimero), in sequenze specifiche di 4 piccole molecole organiche, monomeri, che sono i “ nucleotidi ” , la cui parte variabile si chiama base azotata Adenina - A Guanina - G 5’ 4’ Timina - T 1’ 2’ NUCLEOTIDE 3’ H Citosina - C 2-D-desossiribosio Vedi video: «Nucleic acids» e «Nucleic acids and Nucleotides» Le basi azotate sono di due tipologie: PURINE e PIRIMIDINE PURINE PIRIMIDINE A G C T Il DNA o acido desossiribonucleico è formato da nucleotidi legati, in successione, da legami forti (vedi figura): si forma una molecola (polimero) con uno «scheletro» in cui si alterna il gruppo fosfato (P) e uno zucchero. Tale molecola ha un orientamento dal carbonio in 5’ dello zucchero che lega il gruppo fosfato al gruppo OH presente al 3’ dell’ultimo nucleotide legato. Direzione 5’ 3’ 5’ P Zucchero Le basi azotate sono la parte VARIABILE e si succedono P legate al C in 1’ dello zucchero Zucchero di ogni nucleotide verso P l’interno della molecola Zucchero P Zucchero 3’ OH  Il modello molecolare del DNA a DOPPIA ELICA, ipotizzato da Watson e Crick, è realizzato dall’appaiamento di due filamenti uniti da legami deboli detti «a idrogeno» tra le basi azotate secondo una regola fissa: A con T e G con C. Tale regola contrappone una purina (A o G) ad una pirimidina (T o C) ed è nota come PRINCIPIO DI COMPLEMENTARIETÀ DELLE BASI AZOTATE (figura di destra). La molecola del DNA si spiralizza a creare un’elica.  PURINE PIRIMIDINE A G C T Le basi azotate si trovano dunque «appaiate» (a formare delle coppie) lungo la molecola di DNA, una purina con una pirimidina, nello specifico: A con T e G con C PRINCIPIO DI COMPLEMENTARIETÀ DELLE BASI AZOTATE Elica di DNA Vedi video: «The DNA Helix» TTAGCACTACCGTATTTGCGCATTACCAGATTAGAGAAA TTAGCACTACCGTATTTGCGCATTACCAGATTAGAGAAA TGCTAGTCGATCTATCGATCGGCTATTCGCAAAGCTGCG TGCTAGTCGATCTATCGATCGGCTATTCGCAAAGCTGCG CGACTGCGATGCGCTAGCATGCGATTCGCGATCGCCGA CGACTGCGATGCGCTAGCATGCGATTCGCGATCGCCGAG Il DNA GCGCTCGCGAGCGCGCTAGCGGAATACTATATAGCGCG CGCTCGCGAGCGCGCTAGCGGAATACTATATAGCGCGGA GATCAGTCTAGATCTATGAGATCGATAGCGATCTAGAG TCAGTCTAGATCTATGAGATCGATAGCGATCTAGAGATA ATAGGATCGAGATCGAGGCGAGATCATATGAGCGCGGC GGATCGAGATCGAGGCGAGATCATATGAGCGCGGCTAT TATTTAGGCTTAGAGGATTCGGAGATTCGGAGCTTAGG TTAGGCTTAGAGGATTCGGAGATTCGGAGCTTAGGATTA ATTACAGAGAGCTTCTTAGGCGCTCCCGGTATCGCTCCC CAGAGAGCTTCTTAGGCGCTCCCGGTATCGCTCCCATCCC ATCCCATATTAAAATCTATCGATCGAGCTCTCCAATGCG ATATTAAAATCTATCGATCGAGCTCTCCAATGCGATCGA ATCGATAGGACTAGTAGCTAGCTAGCTGAGCATGATAG GCTCGATGAGCATGAGATGCATGTACGACTGCATAGGC ATGACTGATCGACTGCATCATGACGCATGACTGCATGCA è come un libro! TAGGACTAGTAGCTAGCTAGCTGAGCATGATAGGCTCGA TGAGCATGAGATGCATGTACGACTGCATAGGCATGACTG ATCGACTGCATCATGACGCATGACTGCATGCATGACTGC TGACTGCATATGACGGACTCGCATTAGCACTACCGTATT ATATGACGGACTCGCATTAGCACTACCGTATTTGCGCAT TGCGCATTACCAGATTAGAGAAATGCTAGTCGATCTATC TACCAGATTAGAGAAATGCTAGTCGATCTATCGATCGGC GATCGGCTATTCGCAAAGCTGCGCGACTGCGATGCGCTA TATTCGCAAAGCTGCGCGACTGCGATGCGCTAGCATGCG Le istruzioni nelle cellule GCATGCGATTCGCGATCGCCGAGCGCTCGCGAGCGCGC ATTCGCGATCGCCGAGCGCTCGCGAGCGCGCTAGCGGAA TAGCGGAATACTATATAGCGCGGATCAGTCTAGATCTAT TACTATATAGCGCGGATCAGTCTAGATCTATGAGATCGA GAGATCGATAGCGATCTAGAGATAGGATCGAGATCGAG TAGCGATCTAGAGATAGGATCGAGATCGAGGCGAGATC GCGAGATCATATGAGCGCGGCTATTTAGGCTTAGAGGA ATATGAGCGCGGCTATTTAGGCTTAGAGGATTCGGAGAT TTCGGAGATTCGGAGCTTAGGATTACAGAGAGCTTCTTA GGCGCTCCCGGTATCGCTCCCATCCCATATTAAAATCTA sono scritte in lunghe TCGGAGCTTAGGATTACAGAGAGCTTCTTAGGCGCTCCC GGTATCGCTCCCATCCCATATTAAAATCTATCGATCGAGC TCGATCGAGCTCTCCAATGCGATCGATAGGACTAGTAGC TCTCCAATGCGATCGATAGGACTAGTAGCTAGCTAGCTG TAGCTAGCTGAGCATGATAGGCTCGATGAGCATGAGAT GCATGTACGACTGCATAGGCATGACTGATCGACTGCATC ATGACGCATGACTGCATGCATGACTGCATATGACGGACT sequenze di A T C G AGCATGATAGGCTCGATGAGCATGAGATGCATGTACGAC TGCATAGGCATGACTGATCGACTGCATCATGACGCATGA CTGCATGCATGACTGCATATGACGGACTCGCATTAGCAC CGCATTAGCACTACCGTATTTGCGCATTACCAGATTAGA TACCGTATTTGCGCATTACCAGATTAGAGAAATGCTAGT GAAATGCTAGTCGATCTATCGATCGGCTATTCGCAAAGC CGATCTATCGATCGGCTATTCGCAAAGCTGCGCGACTGC TGCGCGACTGCGATGCGCTAGCATGCGATTCGCGATCGC GATGCGCTAGCATGCGATTCGCGATCGCCGAGCGCTCGC CGAGCGCTCGCGAGCGCGCTAGCGGAATACTATATAGC GAGCGCGCTAGCGGAATACTATATAGCGCGGATCAGTCT GCGGATCAGTCTAGATCTATGAGATCGATAGCGATCTA AGATCTATGAGATCGATAGCGATCTAGAGATAGGATCGA GAGATAGGATCGAGATCGAGGCGAGATCATATGAGCGC GATCGAGGCGAGATCATATGAGCGCGGCTATTTAGGCTT GGCTATTTAGGCTTAGAGGATTCGGAGATTCGGAGCTT AGAGGATTCGGAGATTCGGAGCTTAGGATTACAGAGAG AGGATTACAGAGAGCTTCTTAGGCGCTCCCGGTATCGCT CTTCTTAGGCGCTCCCGGTATCGCTCCCATCCCATATTAA CCCATCCCATATTAAAATCTATCGATCGAGCTCTCCAAT AATCTATCGATCGAGCTCTCCAATGCGATCGATAGGACT GCGATCGATAGGACTAGTAGCTAGCTAGCTGAGCATGA AGTAGCTAGCTAGCTGAGCATGATAGGCTCGATGAGCAT TAGGCTCGATGAGCATGAGATGCATGTACGACTGCATA GAGATGCATGTACGACTGCATAGGCATGACTGATCGACT GGCATGACTGATCGACTGCATCATGACGCATGACTGCAT GCATCATGACGCATGACTGCATGCATGACTGCATATGAC GCATGACTGCATATGACGGACTCGCA GGACTCGCA  Il DNA è il linguaggio chimico comune a TUTTI gli organismi, è un polimero di nucleotidi ENORME VARIABILITÀ tra specie, tra individui, tra cellule ? Piccole molecole organiche di base, comuni a tutti gli organismi (A G T C), varia la SEQUENZA per grandi lunghezze  Molecole negli organismi viventi con ruolo informativo Linguaggio chimico Linguaggio verbale Linguaggio musicale L’informazione cellulare, le istruzioni sono scritte nel DNA 1) un linguaggio chimico: quale insieme di segni, i monomeri (i nucleotidi) la cui sequenza (successione ordinata) è informativa. 2) il contesto creato nella cellula è fondamentale per decifrare/interpretare/comprendere in modo pieno il significato di questa informazione. Conoscere le note non vuole dire saper suonare Beethoven! Le strutture e i processi vitali dipendono dalla informazione genetica ORDINE / INFORMAZIONE ORGANIZZAZIONE GENETICA in strutture e funzioni  L’INFORMAZIONE GENETICA 1. SI CONSERVA 2. SI TRASMETTE 3. SI ESPRIME 4. PUÒ CAMBIARE  L’INFORMAZIONE GENETICA: si conserva L’informazione genetica, sotto forma di molecola di DNA, è conservata (= è mantenuta e protetta) nella cellula Procariote Eucariote Membrana citoplasmatica  L’INFORMAZIONE GENETICA: si trasmette L’informazione genetica viene trasmessa da una cellula madre alle cellule figlie nel corso della divisione cellulare Cellula eucariote Prima di essere trasmessa deve essere duplicata/replicata (= deve raddoppiare la sua quantità), così da poter essere distribuita in quantità uguale alle cellule figlie  Lo scopo del processo di duplicazione o replicazione del DNA sarà anche quello di ottenere: Da ogni MOLECOLA DI DNA 2 MOLECOLE DI DNA IDENTICHE TRA LORO E ALLA MOLECOLA DI DNA DI PARTENZA grazie al principio di complementarietà delle basi Così le due cellule figlie saranno identiche alla cellula madre in quantità e informazione di DNA  L’INFORMAZIONE GENETICA: si esprime L’informazione genetica viene espressa (= utilizzata) in modo regolato allo scopo di: 1) mantenere lo stato vitale (strutture e funzioni di ogni singola cellula e dunque dell’organismo nel suo complesso) 2) determinare il differenziamento (specializzazione di strutture e funzioni per es. a livello cellulare/tissutale) 3) realizzare l’adattamento (risposta ad un cambiamento come un impulso elettrico, uno stimolo chimico)  ESISTONO DUE TAPPE PRICIPALI NUCLEO DI ESPRESSIONE: TRASCRIZIONE 1. TRASCRIZIONE 2. TRADUZIONE Nella cellula eucariote TRADUZIONE sono SEPARATE SPAZIALMENTE e TEMPORALMENTE CITOPLASMA Vedi video: « The central dogma»  RICORDA !! Nella cellula procariote trascrizione e traduzione sono TRASCRIZIONE SEPARATE TEMPORALMENTE, ma avvengono TRADUZIONE entrambe nel citoplasma della cellula CITOPLASMA  TRASCRIZIONE DEL DNA Trascrivere il DNA vuol dire «copiare l’informazione» scritta in un filamento del DNA in un filamento di RNA Dal DNA all’ RNA TTAGCACTACCGTATTTGCGCATTACCAGATTAGAGAAATGC TTAGCACTACCGTATTTGCGCATTACCAGATTAGAGAAATGC TAGTCGATCTATCGATCGGCTATTCGCAAAGCTGCGCGACTG TAGTCGATCTATCGATCGGCTATTCGCAAAGCTGCGCGACTG CGATGCGCTAGCATGCGATTCGCGATCGCCGAGCGCTCGCGA CGATGCGCTAGCATGCGATTCGCGATCGCCGAGCGCTCGCGA GCGCGCTAGCGGAATACTATATAGCGCGGATCAGTCTAGATC GCGCGCTAGCGGAATACTATATAGCGCGGATCAGTCTAGATC TATGAGATCGATAGCGATCTAGAGATAGGATCGAGATCGAG TATGAGATCGATAGCGATCTAGAGATAGGATCGAGATCGAG GCGAGATCATATGAGCGCGGCTATTTAGGCTTAGAGGATTCG GCGAGATCATATGAGCGCGGCTATTTAGGCTTAGAGGATTCG GAGATTCGGAGCTTAGGATTACAGAGAGCTTCTTAGGCGCTC GAGATTCGGAGCTTAGGATTACAGAGAGCTTCTTAGGCGCTC CCGGTATCGCTCCCATCCCATATTAAAATCTATCGATCGAGCT CCGGTATCGCTCCCATCCCATATTAAAATCTATCGATCGAGCT CTCCAATGCGATCGATAGGACTAGTAGCTAGCTAGCTGAGCA CTCCAATGCGATCGATAGGACTAGTAGCTAGCTAGCTGAGCA TGATAGGCTCGATGAGCATGAGATGCATGTACGACTGCATAG TGATAGGCTCGATGAGCATGAGATGCATGTACGACTGCATAG GCATGACTGATCGACTGCATCATGACGCATGACTGCATGCAT GCATGACTGATCGACTGCATCATGACGCATGACTGCATGCAT GACTGCATATGACGGACTCGCATTAGCACTACCGTATTTGCG GACTGCATATGACGGACTCGCATTAGCACTACCGTATTTGCG CATTACCAGATTAGAGAAATGCTAGTCGATCTATCGATCGGC CATTACCAGATTAGAGAAATGCTAGTCGATCTATCGATCGGC TATTCGCAAAGCTGCGCGACTGCGATGCGCTAGCATGCGATT TATTCGCAAAGCTGCGCGACTGCGATGCGCTAGCATGCGATT CGCGATCGCCGAGCGCTCGCGAGCGCGCTAGCGGAATACTAT CGCGATCGCCGAGCGCTCGCGAGCGCGCTAGCGGAATACTAT ATAGCGCGGATCAGTCTAGATCTATGAGATCGATAGCGATCT ATAGCGCGGATCAGTCTAGATCTATGAGATCGATAGCGATCT AGAGATAGGATCGAGATCGAGGCGAGATCATATGAGCGCGG AGAGATAGGATCGAGATCGAGGCGAGATCATATGAGCGCGG CTATTTAGGCTTAGAGGATTCGGAGATTCGGAGCTTAGGATT CTATTTAGGCTTAGAGGATTCGGAGATTCGGAGCTTAGGATT ACAGAGAGCTTCTTAGGCGCTCCCGGTATCGCTCCCATCCCA ACAGAGAGCTTCTTAGGCGCTCCCGGTATCGCTCCCATCCCA TATTAAAATCTATCGATCGAGCTCTCCAATGCGATCGATAGG TATTAAAATCTATCGATCGAGCTCTCCAATGCGATCGATAGG ACTAGTAGCTAGCTAGCTGAGCATGATAGGCTCGATGAGCAT ACTAGTAGCTAGCTAGCTGAGCATGATAGGCTCGATGAGCAT GAGATGCATGTACGACTGCATAGGCATGACTGATCGACTGCA GAGATGCATGTACGACTGCATAGGCATGACTGATCGACTGCA TCATGACGCATGACTGCATGCATGACTGCATATGACGGACTC TCATGACGCATGACTGCATGCATGACTGCATATGACGGACTC GCATTAGCACTACCGTATTTGCGCATTACCAGATTAGAGAAA GCATTAGCACTACCGTATTTGCGCATTACCAGATTAGAGAAA TGCTAGTCGATCTATCGATCGGCTATTCGCAAAGCTGCGCGA TGCTAGTCGATCTATCGATCGGCTATTCGCAAAGCTGCGCGA CTGCGATGCGCTAGCATGCGATTCGCGATCGCCGAGCGCTCG CTGCGATGCGCTAGCATGCGATTCGCGATCGCCGAGCGCTCG CGAGCGCGCTAGCGGAATACTATATAGCGCGGATCAGTCTAG CGAGCGCGCTAGCGGAATACTATATAGCGCGGATCAGTCTAG ATCTATGAGATCGATAGCGATCTAGAGATAGGATCGAGATCG ATCTATGAGATCGATAGCGATCTAGAGATAGGATCGAGATCG AGGCGAGATCATATGAGCGCGGCTATTTAGGCTTAGAGGATT AGGCGAGATCATATGAGCGCGGCTATTTAGGCTTAGAGGATT CGGAGATTCGGAGCTTAGGATTACAGAGAGCTTCTTAGGCGC CGGAGATTCGGAGCTTAGGATTACAGAGAGCTTCTTAGGCGC TCCCGGTATCGCTCCCATCCCATATTAAAATCTATCGATCGAG TCCCGGTATCGCTCCCATCCCATATTAAAATCTATCGATCGAG CTCTCCAATGCGATCGATAGGACTAGTAGCTAGCTAGCTGAG CTCTCCAATGCGATCGATAGGACTAGTAGCTAGCTAGCTGAG CATGATAGGCTCGATGAGCATGAGATGCATGTACGACTGCAT CATGATAGGCTCGATGAGCATGAGATGCATGTACGACTGCAT AGGCATGACTGATCGACTGCATCATGACG AGGCATGACTGATCGACTGCATCATGACG TRASCRIVERE vuol dire 5’ UTILIZZARE LE INFORMAZIONI (= istruzioni) situate su un FILAMENTO DI DNA della doppia elica LEGGERE la SEQUENZA LINEARE DI NUCLEOTIDI sul DNA FARE UNA COPIA ad RNA della sequenza letta 3’  Ma sai in cosa differiscono DNA ed RNA? DNA DESOSSI RNA RIBOSIO RIBOSIO OH H SINGOLO DOPPIO FILAMENTO FILAMENTO ADENINA ADENINA GUANINA GUANINA CITOSINA CITOSINA TIMINA URACILE  RNA TTAGCACTACCGTATTTGCGCATTACCAGATTAGAGAAATGC TAGTCGATCTATCGATCGGCTATTCGCAAAGCTGCGCGACTG CGATGCGCTAGCATGCGATTCGCGATCGCCGAGCGCTCGCGA GCGCGCTAGCGGAATACTATATAGCGCGGATCAGTCTAGATC TATGAGATCGATAGCGATCTAGAGATAGGATCGAGATCGAG GCGAGATCATATGAGCGCGGCTATTTAGGCTTAGAGGATTCG GAGATTCGGAGCTTAGGATTACAGAGAGCTTCTTAGGCGCTC CCGGTATCGCTCCCATCCCATATTAAAATCTATCGATCGAGCT CTCCAATGCGATCGATAGGACTAGTAGCTAGCTAGCTGAGCA TGATAGGCTCGATGAGCATGAGATGCATGTACGACTGCATAG GCATGACTGATCGACTGCATCATGACGCATGACTGCATGCAT GACTGCATATGACGGACTCGCATTAGCACTACCGTATTTGCG CATTACCAGATTAGAGAAATGCTAGTCGATCTATCGATCGGC TATTCGCAAAGCTGCGCGACTGCGATGCGCTAGCATGCGATT CGCGATCGCCGAGCGCTCGCGAGCGCGCTAGCGGAATACTAT ATAGCGCGGATCAGTCTAGATCTATGAGATCGATAGCGATCT AGAGATAGGATCGAGATCGAGGCGAGATCATATGAGCGCGG CTATTTAGGCTTAGAGGATTCGGAGATTCGGAGCTTAGGATT ACAGAGAGCTTCTTAGGCGCTCCCGGTATCGCTCCCATCCCA TATTAAAATCTATCGATCGAGCTCTCCAATGCGATCGATAGG ACTAGTAGCTAGCTAGCTGAGCATGATAGGCTCGATGAGCAT GAGATGCATGTACGACTGCATAGGCATGACTGATCGACTGCA TCATGACGCATGACTGCATGCATGACTGCATATGACGGACTC GCATTAGCACTACCGTATTTGCGCATTACCAGATTAGAGAAA TGCTAGTCGATCTATCGATCGGCTATTCGCAAAGCTGCGCGA CTGCGATGCGCTAGCATGCGATTCGCGATCGCCGAGCGCTCG CGAGCGCGCTAGCGGAATACTATATAGCGCGGATCAGTCTAG ATCTATGAGATCGATAGCGATCTAGAGATAGGATCGAGATCG AGGCGAGATCATATGAGCGCGGCTATTTAGGCTTAGAGGATT CGGAGATTCGGAGCTTAGGATTACAGAGAGCTTCTTAGGCGC TCCCGGTATCGCTCCCATCCCATATTAAAATCTATCGATCGAG CTCTCCAATGCGATCGATAGGACTAGTAGCTAGCTAGCTGAG CATGATAGGCTCGATGAGCATGAGATGCATGTACGACTGCAT AGGCATGACTGATCGACTGCATCATGACG Ti devi quindi immaginare la U al posto delle T!!! dal progetto della casa Alla copia/trascrizione del progetto della casa Dalla ricetta Alla copia della torta della ricetta  TRADUZIONE DELL’ RNA Tradurre l’RNA vuol dire «convertire il linguaggio» degli acidi nucleici in quello delle proteine, ovvero sintetizzare PROTEINE dall’ RNA TTAGCACTACCGTATTTGCGCATTACCAGATTAGAGAAATGC TAGTCGATCTATCGATCGGCTATTCGCAAAGCTGCGCGACTG CGATGCGCTAGCATGCGATTCGCGATCGCCGAGCGCTCGCGA GCGCGCTAGCGGAATACTATATAGCGCGGATCAGTCTAGATC TATGAGATCGATAGCGATCTAGAGATAGGATCGAGATCGAG GCGAGATCATATGAGCGCGGCTATTTAGGCTTAGAGGATTCG GAGATTCGGAGCTTAGGATTACAGAGAGCTTCTTAGGCGCTC CCGGTATCGCTCCCATCCCATATTAAAATCTATCGATCGAGCT ACQUA (Dall’italiano) CTCCAATGCGATCGATAGGACTAGTAGCTAGCTAGCTGAGCA TGATAGGCTCGATGAGCATGAGATGCATGTACGACTGCATAG GCATGACTGATCGACTGCATCATGACGCATGACTGCATGCAT WATER (all’inglese) GACTGCATATGACGGACTCGCATTAGCACTACCGTATTTGCG CATTACCAGATTAGAGAAATGCTAGTCGATCTATCGATCGGC TATTCGCAAAGCTGCGCGACTGCGATGCGCTAGCATGCGATT CGCGATCGCCGAGCGCTCGCGAGCGCGCTAGCGGAATACTAT ATAGCGCGGATCAGTCTAGATCTATGAGATCGATAGCGATCT AGAGATAGGATCGAGATCGAGGCGAGATCATATGAGCGCGG CTATTTAGGCTTAGAGGATTCGGAGATTCGGAGCTTAGGATT ACAGAGAGCTTCTTAGGCGCTCCCGGTATCGCTCCCATCCCA PROTEINA TATTAAAATCTATCGATCGAGCTCTCCAATGCGATCGATAGG ACTAGTAGCTAGCTAGCTGAGCATGATAGGCTCGATGAGCAT GAGATGCATGTACGACTGCATAGGCATGACTGATCGACTGCA TCATGACGCATGACTGCATGCATGACTGCATATGACGGACTC GCATTAGCACTACCGTATTTGCGCATTACCAGATTAGAGAAA TGCTAGTCGATCTATCGATCGGCTATTCGCAAAGCTGCGCGA CTGCGATGCGCTAGCATGCGATTCGCGATCGCCGAGCGCTCG CGAGCGCGCTAGCGGAATACTATATAGCGCGGATCAGTCTAG ATCTATGAGATCGATAGCGATCTAGAGATAGGATCGAGATCG AGGCGAGATCATATGAGCGCGGCTATTTAGGCTTAGAGGATT CGGAGATTCGGAGCTTAGGATTACAGAGAGCTTCTTAGGCGC TCCCGGTATCGCTCCCATCCCATATTAAAATCTATCGATCGAG CTCTCCAATGCGATCGATAGGACTAGTAGCTAGCTAGCTGAG CATGATAGGCTCGATGAGCATGAGATGCATGTACGACTGCAT AGGCATGACTGATCGACTGCATCATGACG  COSA BISOGNA CONOSCERE PER FARE UNA TRADUZIONE? UN CODICE DI CONVERSIONE CHE COS’È UN CODICE ? INSIEME DI REGOLE CHE METTONO IN RELAZIONE DUE LINGUAGGI INDIPENDENTI BASE AZOTATA P 5’ 4’ ZUCCHERO 1’ PENTOSO CODICE 3’ 2’ GENETICO nucleotide amminoacido Vedi video: «From DNA to Protein»  THE GENETIC CODE (in RNA, T=U) T C A G T TTT Phe ( F) TCT Se r ( S) TAT Tyr ( Y) TGT Cys ( C) T TTC " TCC " TAC " TGC " C TTA Le u ( L) TCA " TAA STOP TGA STOP A TTG " TCG " TAG STOP TGG Tr p ( W) G C CTT Le u ( L) CCT Pr o ( P) CAT Hi s ( H) CGT Ar g ( R) T CTC " CCC " CAC " CGC " C CTA " CCA " CAA Gl n ( Q) CGA " A CTG " CCG " CAG " CGG " G A ATT I l e ( I ) ACT Thr ( T) AAT As n ( N) AGT Se r ( S) T ATC " ACC " AAC " AGC " C ATA " ACA " AAA Lys ( K) AGA Ar g ( R) A ATG Me t ( M) ACG " AAG " AGG " G G GTT Val ( V) GCT Al a ( A) GAT As p ( D) GGT Gl y ( G) T GTC " GCC " GAC " GGC " C GTA " GCA " GAA Gl u ( E) GGA " A GTG " GCG " GAG " GGG " G AMI NO ACI DS: NOT POLAR - POLAR NOT CHARGED - ACI D - BASI C Ad una tripletta di nucleotidi corrisponde un amminoacido Vedi video: «Dal DNA alla Proteina: Trascrizione e Traduzione dei Geni»  L’ESPRESSIONE DELL’INFORMAZIONE, ovvero delle istruzioni consente di passare: Dalle istruzioni nel DNA Dal progetto della casa alla costruzione all’organismo Dalla ricetta alla torta  L’ESPRESSIONE dell’INFORMAZIONE determina le strutture e le funzioni ad esse associate di una cellula e dell’organismo che le contiene DNA Cellula eucariote progetto Camera da letto Bagno Salotto Cucina  L’espressione dell’informazione determina anche la distribuzione spaziale delle strutture Camera Bagno da letto progetto Salotto Cucina Camera da letto Bagno Cucina Salotto L’espressione dell’informazione determina anche i cambiamenti temporali delle strutture e delle funzioni ad esse associate progetto Camera da letto Bagno Lavanderia Cucina L’INFORMAZIONE GENETICA: può cambiare nel tempo Il CAMBIAMENTO o MUTAZIONE dell’informazione può avvenire: - nella sequenza dei nucleotidi del DNA - nel numero di copie di una sequenza (gene, cromosoma, genoma) La variazione di un solo nucleotide nella sequenza del gene EDAR permette di avere capelli con caratteristiche diverse, nelle donne orientali e africane Gene EDAR LISCI e SPESSI RICCI e SOTTILI Nella condizione patologica chiamata Sindrome di Down gli individui affetti presentano un cromosoma 21 in più (Trisomia 21) La presenza del cromosoma 21 aggiuntivo comporta la manifestazione di caratteristiche anatomiche,