Principi di biologia TEMI - TRASVERSALI FONDAMENTALI IN BIOLOGIA E GENETICA

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Cipriano Olivieri
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BIOLOGIA è la scienza della vita, che indaga le caratteristiche dei sistemi viventi Principi di biologia biologia animale biologia cellulare biologia molecolare programma interno morte ordine

1 BIOLOGIA è la scienza della vita, che indaga le caratteristiche dei sistemi viventi Principi di biologia biologia animale biologia cellulare biologia molecolare programma interno morte ordine riproduzione PROPRIETA COMUNI degli ESSERI VIVENTI adattamento all ambiente omeostasi crescita e sviluppo capacità di PRENDERE, TRASFORMARE USARE l energia dell ambiente esterno reattività TEMI - TRASVERSALI FONDAMENTALI IN BIOLOGIA E GENETICA 1) gerarchia dell organizzazione 2) correlazione tra struttura e funzione 3) ricerca della unità nella diversità 4) interazione tra organismi ed ambiente 5) la base cellulare della vita 6) l ereditarietà della informazione genetica

1. GERARCHIA DELL ORGANIZZAZIONE BIOLOGICA 2.

organismo tessuto cellula organulo molecola 3. UNITA NELLA DIVERSITA 1.500.

Pluricellularità Assente Assente in più forme Presente Presente Presente Nutrizione Autotrofa o Eterotrofa Fotosintetica e/o eterotrofa Eterotrofa per

2 1. GERARCHIA DELL ORGANIZZAZIONE BIOLOGICA 2. CORRELAZIONE TRA STRUTTURA e FUNZIONE Dimensione atomo molecola macromolecola organulo cellula tessuto organo sistema/apparato organismo Organizzazione organismo tessuto cellula organulo molecola 3. UNITA NELLA DIVERSITA specie identificate 5 Regni: Monera Protista CELLULA- Membrana nucleare Procarioti Eucarioti Monera Protista Fungi Plantae Animalia No Sì Sì Sì Sì Pluricellularità Assente Assente in più forme Presente Presente Presente Nutrizione Autotrofa o Eterotrofa Fotosintetica e/o eterotrofa Eterotrofa per assorbimento Fotosintetica Eterotrofa per ingestione Movimento Flagelli, strisciando o no Ciglia e flagelli, ameboidi, fibrille contrattili Non mobili Non mobili. Ciglia e flagelli nei gameti. Ciglia e flagelli, fibrille contrattili Sistema nervoso Assente Meccanismi primitivi Assente Assente Presente, spesso complesso Fungi Plantae Animalia

4. INTERAZIONE TRA ORGANISMI ED AMBIENTE NON ESISTE VITA NEL

BASE CELLULARE DELLA VITA cellula compiere tutte le attività

mantenimento delle strutture l informazione è interna alla

lavoro meccanico chimico elettrico rifiuti perdita di

3 4. INTERAZIONE TRA ORGANISMI ED AMBIENTE NON ESISTE VITA NEL VUOTO LA CELLULA E UN SISTEMA APERTO materia energia 5. BASE CELLULARE DELLA VITA cellula compiere tutte le attività minime della vita 1. mantenimento delle strutture l informazione è interna alla cellula 2. lavoro meccanico chimico elettrico rifiuti perdita di energia µ µ 6. EREDITARIETA DELLA INFORMAZIONE BIOLOGICA ORDINE INFORMAZIONE sono necessarie INFORMAZIONI o ISTRUZIONI INFORMAZIONI ISTRUZIONI CONSERVATE TRASMESSE

4 Come è organizzata l INFORMAZIONE BIOLOGICA? Le istruzioni biologiche sono: il progetto interno della cellula contenute nel DNA in sequenze specifiche di 4 nucleotidi diversi IL DNA HA UN DUPLICE RUOLO: 1. Ereditarietà DNA 2. Controllo cellulare informazioni trasmesse alla progenie DNA espressione delle informazioni: RNA A G T C DNA DNA DNA PROTEINE ESPRESSIONE DELLA INFORMAZIONE BIOLOGICA INFORMAZIONE BIOLOGICA Molecola ereditata, il DNA, che contiene un enorme quantità di informazioni in codice, sequenze di A,G,T,C. Le differenze tra gli organismi riflettono differenti sequenze nucleotidiche sulla base di un linguaggio molecolare comune.

5 BIOLOGIA Riassunto-Concetti Temi biologici Costituenti chimici della materia vivente Chimica INORGANICA Chimica ORGANICA cellula Informazione biologica Elemento elementi l atomo composti chimici legami chimici Molecola

6 LEGAMI CHIMICI - concetto! I legami chimici sono FORZE ATTRATTIVE.! Ciascun legame rappresenta una ce ta quantità d energia chimica potenziale.! L energia di legame è l energia necessaria per rompere tale legame.

ACQUA rende possibile la VITA la vita nasce in H 2 O 70-95% di una cellula, anche se varia da tessuto a tessuto la terra è bagnata per i 3/4 da H 2 O + + molecola POLARE elettroni (e - ) distribuiti

7 ACQUA rende possibile la VITA la vita nasce in H 2 O 70-95% di una cellula, anche se varia da tessuto a tessuto la terra è bagnata per i 3/4 da H 2 O + + molecola POLARE elettroni (e - ) distribuiti in modo asimmetrico esiste nei tre stati: SOLIDO LIQUIDO GASSOSO _ + +! +! -! legami a idrogeno legami idrogeno che si realizzano tra le varie molecole di H 2 O sono responsabili delle proprietà fondamentali di questa molecola, come ad es.: COESIONE ed ADESIONE ALTO CALORE SPECIFICO ALTO CALORE DI EVAPORAZIONE SOLVENTE VERSATILE +! -! +! L ACQUA E L ORGANISMO UMANO L acqua è circa il 60-70% del peso corporeo di un individuo, in una persona di medio peso il contenuto è di circa 40 litri H 2 O intracellulare ca. 67 % del totale H 2 O extracellulare acqua plasmatica 8% del totale acqua interstiziale 25 % del totale + altre frazioni minori La quantità totale di acqua di un organismo deve essere mantenuta costante, se non si mantiene in pareggio l equilibrio idrico... Bilancio idrico giornaliero tra entrate ed uscite è di 2800 ml ca. disidratazione idratazione eccessiva

8 organica C Varietà di scheletri carboniosi lunghezza doppi legami scheletri ramificati anello 4 C

POLIMERI = grandi molecole costituite dall unione di molte subunità identiche o simili MONOMERI

varia la SEQUENZA logica: piccole molecole comuni a tutti gli organismi ordinate a formare

monomeri tutti uguali Come si formano i polimeri?

9 POLIMERI = grandi molecole costituite dall unione di molte subunità identiche o simili MONOMERI Molecole organiche ENORME VARIABILITA nella cellula, tra cellule, tra individui, tra specie? varia la SEQUENZA logica: piccole molecole comuni a tutti gli organismi ordinate a formare macromolecole peculiari MONOMERO = unità strutturale del polimero POLIMERO = insieme di monomeri NON monomeri tutti uguali Come si formano i polimeri? POLISACCARIDI e LIPIDI GGGGGGGGGGGG monomeri diversi sintesi per disidratazione / condensazione Come vengono demoliti i polimeri? PROTEINE ed ACIDI NUCLEICI ARPE RAPE PERA idrolisi

10 CARBOIDRATI idrati del C CARBOIDRATI Classificazione: DISACCARIDI Funzione: Classificazione: LIPIDI Caratteristica: scarsa o nulla affinità per l acqua CH 2 OH CHOH CH 2 OH fosfolipidi steroidi Funzione: funzioni: - ENERGIA - PROTEZIONE

13 Struttura secondaria struttura TERZIARIA. Le principali sono (schematizzate): "$elica #-foglietto o foglietto # RIPIEGAMENTO IRREGOLARE DELLE CATENE R E DEI VARI AMINOACIDI LEGAMI tra i residui R: - interazioni idrofobiche - legami a H - legami ionici - ponti disolfuro (S-S) Struttura quaternaria subunità " collageno proteina fibrosa emoglobina " # #

14 # flusso di informazione genetica conformazione nativa

Non è sfuggito alla nostra attenzione il fatto che l appaiamento specifico da noi postulato suggerisce immediatamente un possibile meccanismo per la copiatura del materiale genetico da Watson e Crick

15 Non è sfuggito alla nostra attenzione il fatto che l appaiamento specifico da noi postulato suggerisce immediatamente un possibile meccanismo per la copiatura del materiale genetico da Watson e Crick Nature, 1953 ACIDI NUCLEICI ACIDO DESOSSIRIBONUCLEICO (DNA)* ACIDO RIBONUCLEICO (RNA) 1953 Watson e Crick: Struttura del DNA P = POLIMERI DI NUCLEOTIDI ZUCCHERO PENTOSO BASE AZOTATA 1953 Watson e Crick: DNA DNA DIFFERENZE STRUTTURALI tra i Nucleotidi di DNA e di RNA DEOSSI RIBOSIO TIMINA -O O P O- O- P ZUCCHERO PENTOSO BASE AZOTATA RNA ZUCCHERO PENTOSO BASE HOCH 2 OH RIBOSIO H H H H OH OH HOCH 2 OH DESOSSI RIBOSIO H H H H OH H RIBOSIO URACILE

16 BIOSINTESI DEGLI ACIDI NUCLEICI Terminazione 5 O 5 -O P O CH 2 O DNA: 2 catene polinucleotidiche avvolte a spirale Es.scala a pioli 3 O -O P O O Terminazione 3 5 CH 2 H 3 OH base pair Complementarietà delle basi LEGAME FOSFODIESTERICO 5 3 DNA appaiate 3 5 legami a H Scala a pioli Ogni piolo è dato da 2 basi complementari DNA COMPLEMENTARI e ANTIPARARELLI

17 LA SEQUENZA di nucleotidi determina l informazione e fa da STAMPO o MODELLO per l altro filamento fa da STAMPO o MODELLO per la formazione di RNA

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