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Scarica Appunti Fondamenti di Biologia, basi biologia con appunti dettagliati e più Appunti in PDF di Biologia solo su Docsity! A.S 2019/2020 Docente: Giovanni Poles FONDAMENTI DI BIOLOGIA BIOLOGIA:​ dal greco, bìos = “vita” e lògos = “studio”. Materia che studia ciò che riguarda la vita BIOLOGIA CELLULARE: ​studia la CELLULA dal punto di vista morfologico (studio strutturale del nucleo, dei ribosomi o dei vari organuli), e funzionale (studio dei processi fondamentali come il ciclo cellulare o la riproduzione) BIOLOGIA MOLECOLARE​: studia gli esseri viventi a livello dei meccanismi molecolari alla base della loro fisiologia, in particolare le interazioni tra le macromolecole. UNITA' di MISURA
 ​ 
 Micro = 10 alla -6
 Nano = 10 alla -9
 Amstrong (A) = 10 alla -4 Micron (10 alla -10 metri)
 Pico = 10 alla -12
 
 POTERE di RISOLUZIONE
 del Microscopio OTTICO : 2000 A
 ELETTRONICO : 2 A
 SCANSIONE : 100 A (tridimensionale) ATOMO​ ​= porzione più piccola di materia che conserva ancora le caratteristiche chimiche della sostanza di provenienza
 
 2 o più ATOMI formano 1 MOLECOLA 
 (es. H20)
 
 ATOMO è formato da Protoni (carica +), Neutroni , Elettroni(carica -).
 
 NUMERO di MASSA = Protoni + Neutroni
 ; NUMERO ATOMICO = Elettroni
 
 ISOTOPI
 
 ISOTOPO = stesso atomo con diverso numero di neutroni. (es. Deuterio, Tritio); 
 
 Estremamente instabili possono dare :
 
 emissione PARTICELLE Alfa (poco penetranti, scarso potere ionizzante)
 
 emissione PARTICELLE Beta
 
 emissione RADIAZIONI Gamma (fortemente ionizzanti) ORIGINI DELLA VITA CELLULARE ∼ 4 miliardi di anni fa: primi organismi unicellulari in grado di nutrirsi/riprodursi organismi fermentatori puri → BATTERI FUNGHI organismi foto-autotrofi → PIANTE AUTOTROFI​: organismi capaci di sintetizzare autonomamente tutte le proprie molecole organiche a partire da composti inorganici e dalla CO2 come unica fonte di atomi di carbonio ∼ 1,5 miliardo di anni fa: primi microorganismi in grado di utilizzare l’ossigeno organismi chemio-eterotrofi → ANIMALI ETEROTROFI​: organismi che devono usare per le proprie biosintesi solo atomi di carbonio già inseriti in molecole organiche complesse ORGANISMO VIVENTE​: sistema complesso, evolutivo che si sviluppa, si determina e si mantiene da solo secondo un progetto contenuto nel DNA PROPRIETA’ DI UN ORGANISMO VIVENTE: ✓ organizzazione cellulare ✓ metabolismo ✓ reattività ✓ adattamento ✓ accrescimento e sviluppo ✓ riproduzione ✓ evoluzione PROCARIOTI: EUCARIOTI: Batteri e ciano batteri Animali, piante, funghi, protozoi 0.5-5 micron Contengono singola molecola di DNA ​ ​alcune decine di micron. Contengono DNA associato a proteine e racchiuso in un nucleo RIBOSOMI ✓ piccole particelle contenenti più di 50 proteine diverse in associazione con vari tipi di RNA ✓ rappresentano i siti cellulari in cui gli amminoacidi vengono assemblati a costituire le proteine COMPOSIZIONE CHIMICA DI UN ORGANISMO VIVENTE: C​arbonio I​drogeno + Calcio, fosforo, potassio, zolfo, sodio, cloro A​zoto O​ssigeno COMPOSIZIONE CHIMICA DI UN ORGANISMO VIVENTE (livello molecolare) CARBOIDRATI ​ → ✓ principale fonte di molecole coinvolte in: - trasformazioni energetiche - processi metabolici ✓ funzione di riserva/struttura PROTEINE ​ → ✓ componenti essenziali delle membrane cellulari ✓ funzione di riserva ✓ isolamento LIPIDI → ✓ coinvolte in tutti i processi fondamentali ACIDI NUCLEICI​ → ✓ deputati alla conservazione e trasmissione dell’informazione genetica → DNA e RNA 
​MONOSACCARIDI
 monosaccaridi più importanti sono il glucosio, il fruttosio e il galattosio. → energia a pronto uso Il glucosio è l'unico glucide utilizzabile, in condizioni normali, dal corpo umano. CONDENSAZIONE ​= due molecole si uniscono eliminando una molecola di H2O.
 
 IDROLISI​ = scissione di due molecole attraverso l'aggiunta di una molecola di H2O.
 
 Saccarosio ​= glucosio + fruttosio
 Lattosio​ = glucosio + galattosio
 TRASPORTO ATTIVO: ✓movimento contro gradiente ✓richiede consumo di energia da parte della cellula TRASPORTATORI DI MEMBRANA ✓specificità ✓affinità ✓capacità massima di trasporto modello delle conformazioni alternative TRASPORTO ATTIVO (1) ✓va contro gradienti di potenziale chimico o elettrico ✓richiede energia cellulare (idrolisi dell’ATP) ✓coinvolge trasportatori di membrana A DIPENDENZA DIRETTA DALL’ ATP: l’idrolisi dell’ATP ed il trasporto della sostanza vengono effettuati dalla stessa proteina trasportatrice A DIPENDENZA INDIRETTA DALL’ATP: il gradiente di concentrazione di uno ione prodotto da altri trasportatori a dipendenza diretta dall’ATP viene usato come fonte di energia per il trasporto attivo di una sostanza diversa ✓simporto ✓antiporto DNA ■ Il DNA è localizzato nel NUCLEO o nei MITOCONDRI. ■ Nel nucleo è contenuto nei cromosomi composti da avvolgimenti di DNA e proteine dette ISTONI. Il DNA trasmette i caratteri eriditari ed è responsabile della produzione di proteine. Presenta una struttura a doppia elica, formato da nucleotidi (RNA compreso) ed è composto da un pentoso, una base azotata ed un gruppo fosforico. DUPLICAZIONE del DNA
 
 Ha luogo prima che la cellula si divida ed è chiamata REPLICAZIONE.
 Dna-ELICASI ​: srotola la doppia elica nel punto di replicazione.
 La sintesi del nuovo filamento è controllata da un gruppo di enzimi DNA-polimerasi.
 Nelle cellule eucariote la replicazione ha origine nel nucleo.
 Nucleasi di restauro del DNA ​: correggono eventuali errori di replicazione
 Dai GENI alle PROTEINE
 
 Il passaggio dai GENI alle PROTEINE è reso possibile dall'intervento dell 'ACIDO RIBONUCLEICO (RNA), formato anch'esso da sequenze lineari di nucleotidi.
 
 TRASCRIZIONE TRADUZIONE
 DNA ------------>RNA----------->PROTEINA
 
.Negli eucarioti la trascrizione avviene nel nucleo. Tipi di RNA
 
 RNA messaggero (mRNA) ​:trasporta l'informazione genetica dal DNA al citoplasma dove vengono sintetizzate le proteine
 RNA ribosomale (rRNA) ​: costituisce i ribosomi
 RNA di trasporto (tRNA) ​: trasporta gli aminoacidi liberi nel citoplasma ai ribosomi per il montaggio delle proteine SEQUENZE CODIFICANTI 
 
 Le sequenze codificanti del DNA (cioè quelle che vengono tradotte in proteine) si chiamano ESONI. Le sequenze non codificanti si chiamano INTRONI.
 
 m-RNA contiene sequenze di nucleotidi raggruppate a tre a tre , dette CODONI.
 Ad ogni codone corrisponde un t-RNA (anticodone) che trasporta un AMINOACIDO specifico. 
 Un aminoacido può legarsi a più di un t-RNA RIPARAZIONE del DNA - Il DNA è localizzato nel NUCLEO o nei MITOCONDRI. -Nel nucleo è contenuto nei cromosomi composti da avvolgimenti di DNA e proteine dette ISTONI. REPLICAZIONE del DNA E’ il meccanismo attraverso il quale viene prodotta una copia del DNA cellulare. Principali ENZIMI coinvolti : 1)POLIMERASI copia il singolo filamento 2)ELICASI apre la forcella del DNA 3)TOPOISOMERASI impedisce che la doppia elica si attorcigli REPLICAZIONE del DNA - La replicazione inizia su specifiche sequenze dette origine di replicazione, particolarmente ricche in Adenina e Timina. - Durante il processo di origine della replicazione si attivano 20-80 batterie di replicazione dette unità di replicazione (gruppi di sequenze di nucleotidi). -Se si attivasse una batteria alla volta ci vorrebbero circa 800 ore per una replicazione. RIPARAZIONE del DNA - Nelle cellule umane, sia fattori ambientali (fumo, raggi UV ecc.)che metabolici, possono causare danni al DNA determinando normalmente 500.000 lesioni molecolari per cellula al giorno. -I processi di riparazione del DNA avvengono ad alta velocità al fine di garantire la correzione dei danni molecolari. -Quando la cellula invecchia la velocità di riparazione del DNA decresce e la cellula va incontro a tre possibilità: 1) APOPTOSI o morte cellulare programmata. 2) Dormienza irreversibile (senescenza) 3) CARCINOGENESI - Se la velocità di danneggiamento del DNA supera la capacità di riparazione della cellula, l’accumulo di errori può sopraffare la cellula ed evolvere in senescenza, apoptosi o cancro. - La maggior parte delle cellule va incontro a senescenza quindi, dopo un danno al DNA, va incontro ad APOPTOSI; ciò previene la degenerazione cancerosa. - I danni al DNA possono essere di due tipi : 1)DANNO ENDOGENO causato dai radicali dell’Ossigeno. 2)DANNO ESOGENO causato da agenti esterni : Raggi UV, RX, alcune tossine, ■Sostanze chimiche, chemio o radioterpia. DANNO ENDOGENO Coinvolge la struttura primaria della doppia elica ed è rappresentato da : -OSSIDAZIONE -ALCHILAZIONE -DEPURINAZIONE -MISMATCH (appaiamento errato) ALCUNI MECCANISMI di RIPARAZIONE del DNA ■ BER (riparazione per escissione di base). ■ NER (riparazione per escissione di nucleotidi) : ripara un danno che coinvolge filamenti lunghi da 2 a 30 nucleotidi. ■ MMR (Mismatch repair) corregge le coppie di nucleotidi mal appaiati in corso di duplicazione del DNA. MITOSI e MEIOSI - Il processo di divisione cellulare è costituito dalla divisione del nucleo (MITOSI) seguita dalla divisione del citoplasma (CITOCINESI). - La divisione delle cellule somatiche è la MITOSI. - La divisione delle cellule germinali (spermatozoo e cell.uovo) prende il nome di MEIOSI. NEOPLASIE (Tumore) La neoplasia è una massa anomala di cellule la cui crescita è eccessiva e persiste anche quando vengono a mancare gli stimoli che l’hanno causata. CICLO CELLULARE
 
Intervallo di tempo che intercorre tra una mitosi e la successiva. FASI 
​G1​ sintesi di proteine, RNA, enzimi.
 
​S​ sintesi di DNA.
 
​G2​ o di riposo premitotico (sintesi RNA, altre proteine).
 
M ​fase della mitosi
 
G0 ​fase quiescente in cui le cellule sono a riposo ma possono rientrare in ciclo.
 Il passaggio da una fase alla successiva è favorito e controllato da enzimi detti KINASI che si legano a subunità regolatrici dette CICLINE. 
 
Quindi, i complessi Ciclino-Kinasi regolano il passaggio da una fase alla successiva del ciclo cellulare. Il passaggio dalla fase G1 alla fase S è strettamente controllato da questi meccanismi. 
 
 Se nella fase G1 c’è un danno al DNA , allora non vi è progressione alla fase S (sintesi del DNA).
 
 Nei tumori accade spesso che anche in presenza di danni o errori, vi sia una progressione dalla fase G1 alla fase S.
 
 Tale danno/errore del DNA viene trasmesso alle cellule figlie . Il blocco dei complessi ciclino/kinasi (CDK) è dovuto a particolari proteine che si chiamano Inibitori delle CDK o ​CDKI La proteina ​P53​ è una proteina che controlla e favorisce la sintesi di una CDKI responsabile del blocco del passaggio dalla fase G1 alla fase S in caso di danni nel DNA.
 
 In altre parole, se ci sono dei danni al DNA, P53 fa si che il ciclo si fermi in G1 e il DNA venga riparato, prima di passare alla fase S. 
 
 In moltissimi tumori, P53 non funziona correttamente e il ciclo cellulare progredisce ugualmente senza che il DNA venga riparato. Proteina RB 1 La proteina del retinoblastoma (o semplicemente pRb o Rb) è una proteina soppressore tumorale che controlla la trascrizione del DNA . E' stata trovata non funzionante in numerosi tipi di cancro . APOPTOSI o MORTE CELLULARE PROGRAMMATA
 
La morte cellulare programmata è il principale meccanismo fisiologico che regola la morte della cellula.
 
 L’APOPTOSI è indotta da stimoli fra loro diversi, quali : 1. carenza di fattori di crescita, 2) danni irreversibili al DNA, 
 3) segnali pro-apoptotici trasmessi dai DEATH –RECEPTOR (particolari recettori di membrana che avviano il processo dell’apoptosi), 4) alcuni tipi di infezioni virali. 
 
 Alterazione del controllo dell’ APOPTOSI
 Nei TUMORI, il DNA delle cellule tumorali presenta delle “lesioni”. 
 
Queste lesioni causano l’attivazione di Geni (piccole sequenze di DNA) ANTIAPOPTOTICI o l’inattivazione di Geni PRO-APOPTOTICI.
 Entrambi questi meccanismi causano un’aumentata sopravvivenza cellulare. Basi genetiche della trasformazione neoplastica
 
La trasformazione neoplastica è causata da lesioni del DNA della cellula.
 
E’ dovuta ad alterazioni strutturali e funzionali di particolari geni , i quali in normali condizioni controllano la crescita cellulare i PROTO-OCOGENI e i GENI ONCO-SOPPRESSORI → Controllano la proliferazione cellulare attraverso la sintesi di Neuroni TESSUTO CONNETTIVO E’ costituito da : Cellule e sostanza intercellulare a sua volta costituita da fibre e sostanza amorfa CONNETTIVO LASSO Ha funzioni di difesa, nutrizione, sostegno, presiede agli scambi gassosi. Le fibre del connettivo appartengono a tre categorie :
 Collagene
, Reticolari
, Elastiche Le fibre ​collagene​ sono formate da molecole di TROPOCOLLAGENE.
 → formate da 3 catene polipeptidiche 
 Le fibre ​reticolari​ contengono una percentuale più elevata di catene laterali.
 
 Le fibre ​elastiche ​contengono ELASTINA. . SINTESI del COLLAGENE 
 
 I FIBROBLASTI sintetizzano le molecole di TROPOCOLLAGENE (sintesi proteica).
 Il Tropocollagene viene assemblato in catene all’esterno dei fibroblasti, nella sostanza amorfa
 Tessuto connettivo RETICOLARE :
 
 Stroma di sostegno delle ghiandole, del midollo osseo, membrana basale degli epiteli ecc. Tessuto (fibre) ELASTICO
 
 sono abbondanti, assieme al collageno, nei tendini e nella tonaca elastica delle arterie. 
 
 SOSTANZA AMORFA
 
 Acqua
, Complessi proteico-polisaccaridici (es. ac. Jaluronico, condoitrinsolfato) SINTESI e FUNZIONI della SOSTANZA AMORFA
 ​
1) CONNETTE STRUTTURE FIBROSE
 2) SUPPORTO MECCANICO
 3) PERMETTE LA DIFFUSIONE DI SOSTANE
 4) OSTACOLA LA DIFFUSIONE DI SOSTANZE NOCIVE
 
 Viene sintetizzata dai FIBROBLASTI Elementi cellulari del tessuto connettivo lasso
 
 FIBROBLASTI (sono i più numerosi)
 
MASTOCITI
 PLASMACELLULE
 CELLULE ADIPOSE
 CELLULE del SANGUE
 
 TESSUTO ADIPOSO
 
 E' un tessuto connettivolasso ricco di cellule adipose
 
 Bianco : svolge un ruolo particolare nel metabolismo dei lipidi
 
 Bruno : è presente solo negli animali Cellule adipose
 PLASMACELLULE GLOBULI ROSSI (7,7 micron) GLOBULI BIANCHI Granulociti: NEUTROFILI BASOFILI ACIDOFILI (Non granulosi): LINFOCITI MONOCITI (precursori dei macrofagi) TESSUTO CARTILAGINEO E’ formato da cellule (CONDROCITI) e sostanza intercellulare formatadi fibre collagene e complessi di proteine e polisaccaridi. Non presenta vasi linfatici o sanguigni propri. Cartilagine: IALINA(prevalente) ELASTICA FIBROSA (es. dischi intervertebrali) TESSUTO OSSEO • E’ formato da cellule (OSTEOBLASTI e OSTEOCLASTI) e da una MATRICE INTERCELLULARE (organica formata da collagene e proteine complesse; inorganica formata da carbonato e fosfato di calcio) . • Ha funzione meccanica e controlla la concentrazione del calcio nel plasma. OSSO COMPATTO OSSO SPUGNOSO PERIOSTIO : rivestimento esterno ENDOSTIO : rivestimento interno MIDOLLO OSSEO STRUTTURA DELL’OSSO OSSO COMPATTO e SPUGNOSO. IL SISTEMA NERVOSO • Sistema nervoso centrale : encefalo e midollo spinale. • Sistema nervoso periferico : nervi cranici, nervi spinali, sistema nervoso autonomo. FUNZIONI ​del S. NERVOSO • ENCEFALO : integrazione, associazione, immagazzinamento ed elaborazione delle informazioni. • MIDOLLO SPINALE : contiene vie sensitive e motorie. ENCEFALO ​ situato nella scatola cranica Parte inferiore : Bulbo, Ponte, Peduncoli cerebrali. Posteriormente : Cervelletto Parte superiore : Diencefalo (talamo dorsale e ipotalamo), Emisferi cerebrali (o Telencefalo) MIDOLLO SPINALE • La ricezione delle informazioni presuppone l’esistenza di recettori sensitivi periferici, di nervi sensitivi e di vie nervose sensitive che convogliano le informazioni ai centri superiori (cervello ecc.) • E’formato anche da vie motorie, nervi motori ed effettori periferici. • Il neurone è la cellula nobile del sistema nervoso : riceve, memorizza e trasmette le informazioni. NEURONE I neuroni si connettono con : Altri neuroni, Cellule muscolari, Cellule ghiandolari • La zona di contatto tra neuroni è detta SINAPSI. • La zona di contatto tra neurone e fibra muscolare striata è detta PLACCA MOTRICE • Cellule della NEUROGLIA : rappresentano il tessuto connettivo del sistema nervoso → riserva, sostegno • I neurono sono formati da : CORPO o SOMA, DENDRITI, ASSONE • Il citoplasma contiene tutti gli organuli della cellula. E’ inoltre presente una sostanza cromofila (CORPI di NISSL) che corrisponde al reticolo endoplasmatico rugoso. • Gli assoni sono rivestiti da una guaina mielinica formata dalle CELLULE di SCHWANN. Tra una cell. di Schwann e l’altra la fibra è nuda (NODI di RANVIER). • La trasmissione dell’impulso avviene da un nodo di Ranvier all’altro in modo “saltatorio”. LE SINAPSI
 
Zona di contatto tra due neuroni distinti.
 
La trasmissione dell'impulso da un neurone ad un altro o da un neurone ad un organo effettore (ghiandola, muscolo ecc.) richiede l'intervento di un mediatore chimico.
 
Per ogni neurone ci sono centinaia di sinapsi.
 
 
​Mediatori chimici ​ 
 
 Sistema Nervoso Periferico​ :
 Acetilcolina (giunzione neurone/cellula muscolare striata; giunzione fibre post-gangliari del parasimpatico con l'organo innervato).
 Noradrenalina (giunzione fibre post-gangliari dell'ortosimpatico) 
 Sistema Nervoso Centrale​ :
 Ac. Glutammico (eccitatorio)
 A. Gamma-amino-butirrico (inibitorio)
 Cellule della NEUROGLIA
 
Il S. Nervoso è formato da NEURONI e cellule della NEUROGLIA.
 Le cellule della neuroglia sono di vari tipi; 
 si ricordano :
 
1) le cellule di SCHWANN dei nervi periferici.
 → favorisce l'impulso nervoso, il dolore persiste a lungo dove ve ne sono poche 
2) gli ASTROCITI del SNC che si interpongono tra neuroni e vasi sanguigni.
 → elementi nutrizionali 
3) gli OLIGODENDROCITI che formano le guaine mieliniche attorno ai neuroni del SNC. Possono prodursi in maniera incontrollata TIPI di FIBRE NERVOSE • Guaina diametro velocità impulso • TIPO A Spessa 5-20 u 30-120 m/s • TIPO B < 3 u 3-15 m/s • TIPO C Amieliniche < 1,2 u 0,5-2 m/s RECETTORI SENSITIVI • Sono organuli destinati a recepire le informazioni sensitive tramite terminazioni libere o organuli specializzati. • 1) ESTEROCETTORI : superficie del corpo. • 2) PROPRIOCETTORI : apparato locomotore. • 3)INTEROCETTORI : apparato viscerale L’IMPULSO NERVOSO ECCITABILITA’ e CONDUTTIVITA’ sono tipiche delle fibre nervose e muscolari. Gli stimoli eccitatori possono essere : ELETTRICI, CHIMICI, MECCANICI • La trasmissione dell’impulso nervoso è legata ad una variazione di permeabilità della membrana cellulare del neurone (PLASMALEMMA). • L’alterazione della permeabilità del plasmalemma consente uno scambio di ioni tra l’ambiente interno e l’ambiente esterno.