MATERIALE STUDIO BIOLOGIA per TOLC PSI, Dispense di Biologia

Scarica MATERIALE STUDIO BIOLOGIA per TOLC PSI e più Dispense in PDF di Biologia solo su Docsity! ARGOMENTO 1 - COMPOSIZIONE CHIMICA DEGLI ORGANISMI VIVENTI CARATTERISTICHE DEGLI ESSERI VIVENTI Studio degli esseri viventi e del loro funzionamento, secondo una serie di proprietà che li contraddistingue da ciò che è definito non vivente. Vita sulla Terra caratterizzata da un'estrema presenza di organismi che, a loro volta, possono suddividersi tra unicellulari e pluricellulari a seconda della loro organizzazione interna. - FORMAZIONE DI CELLULE unità strutturali presenti nei viventi ad esclusione dei virus, unità funzionali dotate di organizzazione interna e capacità di svolgere funzioni vitali - CRESCITA E SVILUPPO ciclo vitale dei propri geni (il cui insieme è definito genoma) → aumento di dimensioni, cambiamenti strutturali e fisiologici - REGOLAZIONE METABOLISMO Reazione agli stimoli esterni (organi di senso), interni e creazione di un ambiente, condizione stabile secondo scambio materia ed energia con l'ambiente circostante → stabilità ambiente interno regolatrice: OMEOSTASI + scambio sostanze con mondo esterno secondo autotrofia o eterotrofia - RIPRODUZIONE garanzia nella perpetuazione della specie nella trasmissione di geni, distanza tra asessuata e sessuata secondo fecondazione - RISPOSTA A STIMOLI collegato al concetto di termoregolazione all'attivazione di diversi meccanismi - INFORMAZIONE GENETICA essenziale nel concetto di evoluzione, informazione relativa alla struttura e al suo funzionamento - SOGGETTI DI EVOLUZIONE PAROLA CHIAVE : ORGANIZZAZIONE → coesistenza di parti diverse in cooperazione per funzioni vitali, sinonimo di ordine e mantenimento delle diverse strutture richiedenti energia → continue reazioni chimiche per attività fondamentali come la produzione di energia nel movimento muscolare o la digestione di alimenti PROPRIETA DELL’ACQUA L’acqua è uno degli elementi più diffusi sul nostro pianeta. Il corpo umano di un adulto è composto da circa il 65% di acqua, mentre quello di un neonato arriva a sfiorare l'80%. L’acqua è un principio alimentare che non produce calorie e che non ha funzioni energetiche, ma è in assoluto il più importante e indispensabile per la vita: basti pensare al fatto che ogni organismo vivente sul pianeta dipende da questo elemento fondamentale del quale non può fare a meno. Quali sono le caratteristiche dell'acqua? - L'acqua è un composto chimico di formula molecolare H2O, in cui i due atomi di idrogeno sono legati all'atomo di ossigeno con legame covalente polare. La si può trovare facilmente in ognuno dei tre stati della materia: gassoso, liquido, solido. - L' acqua non ha colore, però riflette quello degli oggetti: il mare è di colore blu perché riflette il cielo. L'acqua non ha neanche un sapore né un odore. L'acqua si presenta quasi sempre allo stato liquido, perciò non ha una forma propria. - La sua densità è determinata dalla temperatura, mentre è costante al variare della pressione. Generalmente si prende come riferimento per la densità acqua distillata il valore di 1000 kg/m³ con un atmosfera di pressione e 4° C, temperatura alla quale ha il massimo di densità. La densità dell’acqua, alla temperatura di 4° C, è di 1 g/cm3. - Il calore specifico dell'acqua è la quantità di energia assorbita (o ceduta) da 1 kg di materiale che provoca un aumento (o una diminuzione) di temperatura di 1 chilogrammo d'acqua. Per alzare o abbassare di 1° C la temperatura di un kg d'acqua è necessaria una quantità di energia pari a 4186 joule. Le sue proprietà principali - La proprietà più importante dell'acqua è che si tratta di un liquido a temperatura ambiente. - L’acqua è una sostanza polare: in una molecola di acqua (H2O) la carica parziale negativa è presente in prossimità dell'atomo di ossigeno (O) e una carica parziale positiva è presente in prossimità dei due atomi di idrogeno (H). L’acqua ha un’elevata tensione superficiale in quanto le cariche elettriche permettono alle molecole di rimanere unite le une alle altre. In questo modo piccole quantità d'acqua formano delle masse rotonde, le cosiddette gocce. - Tra le proprietà dell’acqua c’è sicuramente anche quella di essere un ottimo solvente, avendo la capacità di spezzare i legami che tengono unite molte sostanze. È ciò che ad esempio avviene con il cloruro di sodio, il comune sale da cucina che si scioglie rapidamente in acqua perché le molecole polari dell’acqua attraggono gli ioni di carica opposta sino a spezzare il legame ionico del cristallo. Un analogo fenomeno avviene nel processo di mineralizzazione, cioè quando l’acqua, passando attraverso le rocce, ne scioglie una parte arricchendosi di sali minerali. LEGAME AD IDROGENO: interazione elettrostatica tra un atomo di idrogeno legato con legame covalente a un atomo molto elettronegativo e il doppietto solitario di un atomo molto elettronegativo di una molecole adiacente (intermolecolare) o della stessa molecola (intramolecolare). - Massima densità acqua a 4°C - Aumento di volume da liquido a solido - Temperatura ambiente: stato liquido - BIOELEMENTI Esistenza in natura di circa 92 elementi chimici naturali classificati secondo Sistema Periodico → esseri viventi caratterizzati da una ventina di quest’ultimi → composti essenziali della nostra vita che essenzialmente ruotano attorno 4 elementi: CARBONIO,ossigeno, idrogeno e azoto con una percentuale del 95%. Tracce troviamo anche di calcio, fosforo, cloro, zolfo, potassio, sodio, magnesio, iodio e ferro + rame, manganese, zinco, fluoro. Tutto va a collaborare nella creazione di composti chimici in grado di trasformare, utilizzare e sintetizzare moltissime sostanze → creazione delle biomolecole - composti organici di elevato peso molecolare fondamentali per il concetto di vita FOCUS SU CARBONIO In comunanza la presenza dell’atomo di carbonio → caratteristiche dell’elemento del 14 gruppo, 2 periodo del Sistema Periodico → presenza di 6 elettroni, di cui 4 presenti sullo strato esterno + necessità, per raggiungere configurazione stabile, di creare quattro legami covalenti con altri atomi di carbonio o diversi Possibilità di legami doppi/tripli mettendo in comune con un altro atomo due o tre dei suoi elettroni MOLECOLE E MACROMOLECOLE DI INTERESSE BIOLOGICO - DISCORSO GENERALE Macromolecole: unione di diverse piccole unità dette monomeri, uguali o simili tra loro, prendendo poi il nome di polimeri → reazioni di condensazione, mentre distacco attraverso processo di idrolisi BIOMOLECOLE quattro classi principali: carboidrati, proteine, acidi nucleici e lipidi. CARBOIDRATI comunemente definiti zuccheri, disaccaridi o glucidi → principale fonte di energia degli esseri viventi + costituenti di strutture cellulari - Composti ternari contenenti carbonio, ossigeno e idrogeno + gruppi alcolici e un gruppo aldeidico o chetonico - Desinenza in -osio e -oso - Costituzione di circa 80% del pelo secco dei vegetali, mentre solo 1% tessuti umani ma grande importanza come fonte energetica e fornitura calorie totali nell’alimentazione umana - Suddivisione secondo struttura PRINCIPALI COSTITUENTI - Membrana plasmatica: involucro che delimita la cellula e regola scambi con esterno secondo doppio strato di fosfolipidi - funzione di riconoscimento e comunicazione - Delimitazione sostanza gelatinosa del citoplasma con organuli cellulari per reazioni chimiche e attività indispensabili per vita della cellula, fluido di acqua - molecole - ioni + fibre di citoscheletro per mantenere la propria forma e muovere le sue parti - Elemento distintivo nel nucleo → centro direzionale della cellula - Contenente nucleolo, ovvero sede della sintesi ribosomiale e custode del patrimonio genetico unito a proteine di cromatina x poi produzione cromosomi, molecola contenente informazioni necessarie per vita e riproduzione - Involucro nucleare con presenza di pori per permettere protezione e contemporanei scambi con citoplasma, membrana nucleare come barriera al movimento della maggior parte delle molecole - Reticolo endoplasmatico - sistema di tubuli e cisterne comunicanti per consentire trasporto sostanze da una parte all'altra della cellula → sintesi di proteine, acidi grassi e steroidi → RER costruzione di proteine con presenza di ribosomi, REL creazione di molecole lipidiche, luogo di trasformazione - Ribosomi, privi di membrana, sede in cui avviene la vera e propria sintesi delle proteine, come delle protuberanze - Vescicole di trasporto, delimitazione di membrana, racchiudere molecole in transito da una parte all’altra della cellula → - Apparato di Golgi, sistema di membrane e cisterne comunicanti per modifica di proteine destinate alla secrezione o comporti particolari - struttura proteica riconoscibile e utilizzabile dalla cellula stessa, smistamento - Lisosomi contenenti enzimi digestivi per demolire nutrizione e sostanze tossiche - doppia funzione benefica, degrado nella digestione ed espulsione - Mitocondri, centrali energetiche - organuli avvolti da una doppia membrana e con proprio DNA - sede della respirazione cellulare, processo da cui ricavare sostanze nutritive nei processi metabolici - particolare liquido nelle creste - Centrioli: organizzazione fuso mitotico nella divisione cellulare, soprattutto per quanto riguarda il processo muscolare - Cromosomi: portatori dell’informazione genetica, fondamentale importanza + Parete cellulare struttura protettiva e di sostegno, involucro rigido + Vacuolo centrale delimitato da membrana e contenente acqua e varie sostanze + Cloroplasti - organuli responsabili della fotosintesi, doppia membrana e proprio DNA → particolare struttura per favorire processi chimici della fotosintesi con membrana interna ripiegata su se stessa in dischetti appiattiti, tilacoidi, immersi nella sostanza gelatinosa della stroma ARGOMENTO 3 - CICLO CELLULARE, RIPRODUZIONE, EREDITARIETÀ RIPRODUZIONE CELLULARE: MITOSI E MEIOSI Divisione cellulare → processo per dare origine a partire da una cellula madre di due cellule figlie → enorme importanza per gli esseri viventi perché ogni cellula, anche la più semplice, contiene una gran mole di informazioni sotto forma di geni che dal punto di vista chimico sono tratti di DNA → questo processo deve garantire la distribuzione equa di DNA, citoplasma e degli organuli cellulari. Non solo per nascita di nuovi organismi … ma la maggior parte dei casi a livello cellulare come trasmissione e sviluppo da cellule madri - UNICELLULARI → divisione coincide con riproduzione - PLURICELLULARI → permette sviluppo embrionale, accrescimento e rinnovamento dei tessuti per sostituire cellule morte ogni giorno - PROCARIOTI → unica molecola di DNA → processo semplice definito come scissione binaria o fissione binaria → dopo la replicazione del DNA, la cellula si strozza e si divide in due cellule identiche, ognuna delle quali riceve una molecola di DNA 1. Duplicazione cellula base di partenza nel materiale genetico 2. Serie di modificazioni per interazione membrana e parete cellulare → divisione 3. Accrescimento e allungamento per separazione CELLULE EUCARIOTICHE la questione va complicarsi→ DNA in molecole avvolte intorno a proteine dette istoni, con cui costituiscono massa fibrosa della cromatina (aggregazione DNA e proteine) che, nella preparazione della divisione, va ad addensarsi formando i cromosomi - numero che varia in base alla specie CROMOSOMA COMPLESSO contiene numero molto superiore di molecole proteiche per sostegno e controllo attività → prima di iniziare a dividersi, avviene moltiplicazione dei propri cromosomi → alla fine, ciascun cromosoma appare formato da due copie, indicate come cromatidi fratelli - uniti per un breve tratto definito centromero FASE INTERMEDIA TRA DIVISIONI CELLULARI : CICLO CELLULARE → INTERFASE cellula appena formata si accresce GAP 1, duplica il proprio DNA (S), e si prepara per la divisione GAP 2 → Fase mitotica in cui la cellula si divide, separazione dei cromatidi fratelli e redistribuzione in due nuovi nuclei + citodieresi per divisione del citoplasma MITOSI vero e proprio primo processo della fase mitotica → divisione del nucleo originario in due, ognuno contenente una copia del DNA della cellula madre - serie ininterrotta di cambiamenti in cui si individuano cinque stadi principali (accrescimento e rinnovamento dei tessuti) 1. PROFASE condensazione cromosomi per maggiore visibilità → centrioli, piccoli organuli cilindrici, si sdoppiano e migrano verso poli opposti dando origine al fuso mitotico, fascio di microtubuli che si legano ai centromeri dei cromosomi, fondamentale per spostamento 2. PROMETAFASE scomparsa dell’involucro nucleare e nucleolo 3. METAFASE dissoluzione completa involucro nucleare, fuso completo esteso tra i due poli → cromosomi ben visibili con cromatidi fratelli andando ad allinearsi su piano equatoriale della cellula e agganciarsi alle fibre del fuso attraverso centromero 4. ANAFASE cromosomi in divisione a livello del centromero e ciascun cromatidio fratello verso un pilo → creazione dei cromosomi figli di ugual patrimonio genetico 5. TELOFASE poli della cellula con gruppo di cromosomi figli racchiuso all’interno di due nuovi involucri nucleari e scomparsa fuso mitotico + ricomparsa nuclei, spiralizzazione cromosomi e nuova forma originaria DNA 6. Contemporanea CITODIERESI → ANIMALI, formazione solco divisione con anello microfilamenti di actina associati a miosina + contrazione e maggiore profondità per arrivare alla completa separazione VEGETALI → durante la telofase, vescicole al centro contenenti materiale di partenza + fusione con formazione piastra cellulare + crescita verso esterno + divisione nelle cellule figlie + Particolare linea cellulare germinale per creazione di cellule riproduttive MEIOSI diverso tipo di divisione cellulare di organismi diploidi per la produzione di gameti aploidi, necessaria per la riproduzione sessuata e produzione figli aploidi, contenenti ossia un solo cromosoma per ogni coppia di omologhi Ha luogo in organi particolari, le gonadi - per le donne sono le ovaie, mentre maschili i testicoli per il regno animale; per quanto riguarda il vegetale, femminile gli ovari e maschili gli stami Preceduto da INTERFASE con duplicazione dei cromosomi Due divisioni cellulari consecutive: 1. MEIOSI 1 - PROFASE I spiralizzazione cromatina e visibilità microscopio + sinapsi per appaiamento cromosomi omologhi + coppie formano quelle che sono tetradi + possibilità di scambio di segmenti con processo di crossing over - METAFASE I tetradi allineate su piano equatoriale - ANAFASE I migrazione cromosomi verso i due poli delle cellula + cromatidi rimangono uniti a livello del centromero - TELOFASE E CITODIERESI cromosomi raggiungono poli opposti + corredo cromosomico aploide benché ancora costituito da cromatidi fratelli + generazione due cellule figlie aploidi 2. MEIOSI 2 - PROFASE II condensazione dei cromosomi + frattura involucro nucleare + formazione del fuso - Tempo di generazione breve - Prole numerosa - Molte varietà facilmente distinguibili - Possibilità di controllare strettamente gli incroci ✔ Autoimpollinazione e/o impollinazione incrociata ✔ Linee pure facilmente ottenibili Prima generazione filiale F1 → tutti lo stesso fenotipo, uguale a quello di uno solo dei due genitori mentre l’altro sembrava come scomparso → DOMINANTE e RECESSIVO TUTTO SPIEGATO ATTRAVERSO QUADRATI DI PUNNETT - incroci genetici, moltissimi caratteri da studiare Incrocio tra individui della F1 → seconda generazione filiale F2 con ricomparsa del carattere apparentemente scomparso secondo rapporto numerico ben preciso: ¾ carattere dominante, mentre solo ¼ carattere recessivo Ipotesi poi rivelatesi corrette: - Ogni carattere determinato da una particella materiale, il gene detto fattore, trasmesso dai genitori ai discendenti con la riproduzione - Geni esistono in forme alternative detti alleli - Un organismo possiede due copie di ogni fattore, due alleli di ogni gene, per ogni carattere ereditato e ciascun fattore deriva da uno dei due genitori - Le due copie di un fattore (due alleli di un gene) si segregano = separano durante meiosi, così che i gameti possiedono un’unica copia (un solo allele) per ogni carattere INDIVIDUI CON DUE ALLELI UGUALI: OMOZIGOTI ETEROZIGOTI: INDIVIDUI CON DUE ALLELI DIVERSI → allele dominante a livello fenotipico solo nel dominante individuo, mentre recessivo solo nell’omozigote recessivo - Genotipo omozigote dominante RR → fenotipo dominante - Genotipo eterozigote Rr → fenotipo dominante - Genotipo omozigote recessivo rr → fenotipo recessivo GENERAZIONE FIGLIA 1 GENERAZIONE FIGLIA 2 v v V v V V → Quattro ipotesi di lavoro 1. Le versioni alternative di uno stesso gene sono responsabili delle variazioni nei caratteri ereditari 2. Un individuo eredita due alleli per ogni carattere, uno da ciascun genitore, e questi due alleli possono essere uguali o diversi ✔ Organismo omozigote: ha ereditato due alleli identici ✔ Organismo eterozigote: ha ereditato due alleli diversi 3. Se un organismo ha ereditato due alleli diversi, il suo aspetto sarà determinato soltanto da quello dominante, il recessivo non avrà effetti visibili (legge della dominanza) ✔ Per rappresentare l’allele dominante si utilizza una lettera maiuscola corsiva, per indicare il corrispondente allele recessivo si utilizza la stessa lettera ma minuscola corsiva 4. Un gamete maschile o femminile contiene un solo allele per ogni carattere ereditario perché durante la produzione dei gameti le coppie di alleli si separano (legge della segregazione) POI ULTERIORE LEGGE DI ORGANISMI DI - IBRIDI Un incrocio diibrido − Genitori (omozigoti): semi gialli e lisci · semi verdi e rugosi − Generazione F1: tutte le piante hanno semi gialli e lisci − Generazione F2: 9/16 hanno semi gialli e lisci, 3/16 hanno semi verdi e lisci, 3/16 hanno semi gialli e rugosi, 1/16 ha semi verdi e rugosi ▪ In F2 compaiono genotipi diversi da quelli dei genitori − i caratteri sono trasmessi indipendentemente + Legge dell’assortimento indipendente di Mendel − Ogni coppia di alleli segregano indipendentemente durante la formazione dei gameti − Partendo da un genotipo LlGg sono possibili quattro gameti ✔ LG, ✔ Lg, ✔ lG, ✔ lg GENETICA CLASSICA 1903 - TEORIA CROMOSOMICA DELL’EREDITA’ → primi anni del Novecento, posteriormente alle scoperte mendeliane + progressi microscopia = osservare che i cromosomi, durante la meiosi, si distribuiscono a cellule figlie nel modo che Mendel descrive con intervento dei fattori Geni = particelle materiali localizzate sui cromosomi CROMOSOMI UMANI cellule diploidi = assortiti in coppie → tra queste, una differisce tra uomo e donna → Definiti CROMOSOMI SESSUALI/ETEROCROMOSOMI diversi dal resto degli AUTOSOMI - Cellule somatiche umane diploidi: 23 coppie di cromosomi 22 coppie di autosomi 1 coppia di cromosomi sessuali → femmine = 2 cromosomi x (XX), maschi XY - Gameti, aploidi, presenti invece in numero 23 22 autosomi 1 cromosoma sessuale → cellule uovo X, spermatozoi X o Y Sesso individuo = dipendenza da quale dei due cromosmi sessuali è contenuto nello spermatozoo al mommento della fecondazione CARIOTIPO → immagine della totalità cromosomica di una specie o individuo, ordinati in base a lunghezza e posizione del centromero - cellule diploidi = disposti a coppie di omologhi EREDITA’ LEGATA AL SESSO = trasmissione caratteri controllati da geni situati su cromosomi sessuali, non solo responsabili di determinate caratterostche … regole particolari rispetto alla progenie GENETICA MOLECOLARE All’inizio del XX secolo i biologi scoprirono che l'informazione ereditaria, da cui dipendono le caratteristiche di ogni essere vivente, è contenuta in speciali strutture, chiamate CROMOSOMI, che si trovano nel nucleo di tutte le cellule. La Molecola che costituisce i cromosomi è il DNA. Negli anni Cinquanta del secolo scorso Rosalind Franklin riuscì a ottenere alcune immagini del DNA che si rivelarono indispensabili per scoprire la struttura di questo acido nucleico. La tecnica di cui si servì è chiamata cristallografia a raggi X e permette di stabilire come sono disposti nello spazio gli atomi di una molecola in forma cristallina. Rosalind Franklin riuscì ad ottenere alcune immagini molto chiare del DNA su carta fotografica. Nel 1953 i due scienziati James Watson e Francis Crick, basandosi su una delle immagini ottenute da Rosalind Franklin, riuscirono a dedurre la struttura del DNA: la celebre DOPPIA ELICA, una scoperta premiata con il Nobel per la medicina nel 1962. Il DNA, o acido desossiribonucleico, è un polimero formato da due lunghe catene di nucleotidi, ognuno costituito da: • una molecola di desossiribosio (zucchero con cinque atomi di carbonio) • un gruppo fosfato (formato da fosforo e ossigeno) • una delle quattro basi azotate adenina (A), guanina (G), citosina (C) e timina (T) Nella doppia elica del DNA i nucleotidi delle due catene sono disposti in modo che le basi azotate siano unite a due a due da legami a idrogeno, con appaiamento fisso A-T e G-C, mentre gli zuccheri e i gruppi fosfato sono rivolti all’esterno. Quali sono le differenze tra DNA e RNA? Il DNA: • è formato da due catene di nucleotidi • i suoi nucleotidi contengono lo zucchero desossiribosio • i suoi nucleotidi contengono le basi azotate adenina (A), guanina (G), citosina (C) e timina (T) L’RNA: • è formato da una singola catena di nucleotidi • i suoi nucleotidi contengono lo zucchero ribosio • i suoi nucleotidi contengono le basi azotate adenina (A), guanina (G), citosina (C) e uracile (U) Nel momento della riproduzione cellulare, è indispensabile che l’intero “pacchetto” di informazioni genetiche contenute nel DNA passi alle nuove generazioni: quando la cellula si divide per dare origine a due nuove cellule, ciascuna cellula “figlia” deve ricevere una copia completa delle informazioni dalla cellula “madre”, altrimenti non è in grado di sopravvivere. È necessario, perciò, che all’interno del nucleo della cellula madre avvenga la duplicazione delle informazioni attraverso un processo chiamato duplicazione del DNA. Come avviene la duplicazione del DNA? Le cellule, prima di dividersi, duplicano il proprio DNA. In questo modo, ogni cellula figlia potrà ricevere una copia identica del DNA della cellula originaria, con la stessa sequenza di basi azotate. La duplicazione del DNA sfrutta un meccanismo in cui ognuno dei due filamenti della molecola di partenza funge da “stampo” per la sintesi di un filamento complementare. Il processo inizia quando si rompono i legami tra le basi azotate complementari e i due filamenti di DNA si separano come una cerniera lampo che si apre. A questo punto, le basi azotate che sporgono dai due filamenti o attaccarsi al cromosoma omologo = duplicazione, a uno non omologo = traslocazione, o riattaccarsi al cromosoma originale ruotando di 180° (inversione) GENOMICHE → perdita o acquisto di uno o più cromosomi (aneuploidia), o variazione dell'intero corredo secondo poliploidia. → Sindrome di Down/trisomia 21, caso di aneuploidia dove individuo possiede tre copie anziché due del cromosoma 21 e questo si manifesta in un ritardo sia nello sviluppo fisico che in quello mentale. ARGOMENTO 4 - BASI DI ANATOMIA E FISIOLOGIA UMANA ORGANISMO UMANO Il corpo umano è una struttura molto complessa ed articolata, un insieme integrato di organi funzionali organizzati in apparati e sistemi che, coordinati perfettamente tra loro, attraverso il metabolismo e mantenendo l’omeostasi, consentono lo svolgimento del ciclo vitale. La finalità della vita è la diffusione delle specie nello spazio e nel tempo, attraverso la riproduzione, fase fondamentale del ciclo vitale. Per compiere il ciclo vitale, e svolgere tutte le funzioni del metabolismo, le cellule che costituiscono i viventi hanno bisogno di energia. Con l’evoluzione gli organismi hanno elaborato processi sempre più efficaci per produrla autonomamente partendo da sostanze di facile reperibilità. La maggior parte degli organismi utilizza così una serie di processi biochimici complessi ed articolati che nell’insieme vengono indicati come RESPIRAZIONE CELLULARE. Nell'attuale atmosfera terrestre ossidante (21% ossigeno, 78% azoto e 1% gas vari), il processo di ossidazione dei composti organici si è rivelato infatti particolarmente efficace. SOSTANZE ORGANICHE + OSSIGENO = ENERGIA + ACQUA + ANIDRIDE CARBONICA C6H12O6 + 6 O2 = A.T.P. + 6H2O + 6 CO2 Gli organismi animali, eterotrofi, incapaci, a differenza delle piante autotrofe, di produrre da sé le sostanze organiche da elaborare con la respirazione cellulare, sono costretti ad introdurre dall’esterno attraverso gli alimenti. Ecco dunque, negli organismi pluricellulari più evoluti, la necessità di predisporre “parti del corpo” specializzate nell’introduzione delle sostanze organiche complesse e nella loro semplificazione, nell’introduzione ed eliminazione di ossigeno ed anidride carbonica, nella distribuzione dei prodotti così elaborati a tutti i distretti dell’organismo, nella difesa dello stesso, nel movimento, nella riproduzione, ecc. Lo studio del corpo umano si basa inizialmente sull’analisi della struttura anatomica dell’organismo in ogni sua parte (anatomia), successivamente sulla osservazione dei meccanismi di funzionamento delle singole parti (fisiologia) ed infine su cosa accade quando ci si allontana dal modello (patologia). ANATOMIA (dal greco: dividere in parti) è l’analisi dettagliata delle singole strutture costituenti il corpo in esame e della relazione fisica esistente tra loro, ad esempio come è fatto lo stomaco e dove si trova. FISIOLOGIA (dal greco: studio delle funzioni) è invece lo studio dei meccanismi di funzionamento delle strutture suddette: l’attività digestiva dello stomaco. PATOLOGIA (dal greco: studio delle malattie) si occupa infine delle conseguenze delle malformazioni o del malfunzionamento delle strutture analizzate: studio della gastrite e come evitarla o curarla. Il corpo umano, perfetto sistema integrato, è costituito da numerosi organi, ognuno dotato di funzioni altamente specializzate, organizzati in apparati e sistemi in cui gli organi stessi interagiscono con uno scopo unico. Tutti gli apparati lavorano in sinergia per consentire la vita dell’organismo. Gli organi sono costituiti da cellule che compiono il metabolismo (insieme delle funzioni vitali) e per questo hanno bisogno di energia. Consideriamo dunque l’esigenza di portare a livello cellulare i reagenti fondamentali per lo svolgimento della respirazione cellulare e la conseguente produzione di energia: SOSTANZE ORGANICHE + OSSIGENO = ENERGIA + ACQUA + ANIDRIDE CARBONICA C6H12O6 + 6 O2 = A.T.P. + 6H2O + 6CO2 CIRCOLAZIONE - RESPIRAZIONE - IMMUNITA’ - LINFATICO viste durante anno APPARATO ESCRETORE SIGNIFICATO Apparato che ripristina la composizione ottimale del sangue modificata dal metabolismo cellulare. ANATOMIA E’ formato da due organi: i reni e da una serie di dotti: le vie urinarie. RENI Due organi pari, dalla caratteristica forma a fagiolo, situati nella cavità addominale, zona retroperitoneale, ai lati della colonna vertebrale, tra tratto toracico e quello lombare. Sulla sommità di entrambi sono situate le due ghiandole surrenali endocrine. Sono sostenuti e protetti dagli urti da uno spesso rivestimento connettivale: la capsula renale costituita da fibre collagene, intorno alla quale si trova uno strato di tessuto adiposo, il tutto ricoperto dalla fascia renale fibrosa che ancora il rene alla cavità addominale. I reni, in sezione, appaiono costituiti da una cavità interna detta bacinetto renale, circondata da una parete, distinta a sua volta in due strati: la zona corticale esterna e la zona midollare interna. La struttura istologica della parte renale è determinata dalla presenza dei nefroni, unità costitutiva e funzionale del rene: un tubulo lungo e di calibro diverso che è disposto ordinatamente a costituire la parete del rene, cui è associato il corpuscolo renale. La particolare disposizione dei nefroni nella parete determina dunque le caratteristiche istologiche della parete stessa: la zona corticale appare granulosa, in quanto costituita dai corpuscoli renali contenuti nelle capsule di Bowman e dai tubuli contorti, mentre la midollare, filamentosa perché costituita dai tratti discendenti ed ascendenti del nefrone, dalle anse di Henle e dai collettori. Le vie urinarie sono rappresentate da una serie di dotti che raccolgono l’urina dai reni (uretere), la convogliano nella vescica e da qui la portano all’esterno del corpo (uretra). E’ un organo cavo dalla parete contraibile e dilatabile, funzione di raccolta dell’urina, capacità media di 250-350 ml (ma può raggiungere anche 1000 ml). FISIOLOGIA Il sangue arriva al rene attraverso l’arteria renale proveniente direttamente dall’arteria aorta. Per ogni gittata sistolica, attraverso i reni passa circa il 20% del sangue: ogni minuto in un organismo adulto fluiscono circa 1000-1200 ml di sangue. Attraverso il seno renale l’arteria entra nell’organo e si ramifica, nefrone dopo nefrone, fino al livello di arteriola (afferente) che, entrando nella capsula di Bowman, formerà il glomerulo del Malpighi. A questo punto inizia il processo di “ultrafiltrazione”: tutto il sangue, fatta eccezione per la parte corpuscolata (gl.rossi, gl.bianchi e piastrine) e proteine, passa la parete dell’arteriola, attraversa la parete interna della capsula di Bowman ed entra nel nefrone. L’arteriola, efferente, esce dalla capsula di Bowman e si avvolge intorno al nefrone, diventa capillare e successivamente venula, sempre intorno al nefrone. A questo punto comincia la fase di “riassorbimento”, cioè il recupero di tutto ciò che serve all’organismo, mentre i cataboliti e l’eccesso di acqua e di sali, urea e pigmenti rimangono nel nefrone. Le sostanze oggetto del riassorbimento sono essenzialmente parte dell’acqua, il glucosio (quasi completamente riassorbito), altri monosaccaridi, alcuni amminoacidi, vitamine, ioni sodio, cloro, potassio, bicarbonato, magnesio, fosfato, calcio. I prodotti di rifiuto o in eccesso, scorrendo raggiungono il collettore attraverso il quale arrivano alla papilla renale e da qui gocciolano nella pelvi renale. L’urina così formata, attraverso l’uretere viene raccolta nella vescica urinaria che, una volta riempita, può essere svuotata volontariamente tramite l’uretra, dotto singolo, che comunica con l’esterno del corpo. La minzione (eliminazione del mitto, cioè dell’urina) è un atto volontario legato al “riflesso della minzione”, stimolo dovuto alla presenza, sulla parete vescicale, di recettori in grado di rilevare la tensione della parete stessa dovuta al riempimento. APPARATI RIPRODUTTORI SIGNIFICATO Apparati che consentono la riproduzione, formazione di un nuovo organismo e diffusione della specie nello spazio e nel tempo. Nella specie umana (a sessi separati) si verifica la riproduzione sessuata, con l’intervento di gameti maschili e femminili prodotti da ghiandole specifiche, che associate ad altre strutture, costituiscono gli apparati riproduttori. ANATOMIA Homo sapiens è un animale appartenente alla Classe dei Mammiferi. La riproduzione di questi organismi è sessuata e nella specie umana sono presenti due sessi separati. Gli apparati riproduttori maschile e femminile, avendo la stessa origine embriologica, mostrano una struttura anatomica molto simile: entrambi assiali del carpo), tra le cartilaginee, le anfiartrosi (sinfisi pubiche e sincondrosi delle vertebre), tra le fibrose, le sinartrosi (suture del cranio). I segmenti cartilaginei sono la porzione di scheletro cartilagineo e non ossificato. I legamenti sono fasci fibrosi che tengono unite le ossa dell’articolazione sottoposte alle sollecitazioni del movimento. Possono essere esterni o interni all’articolazione. La struttura anatomica dello scheletro comprende la parte assiale e quella appendicolare. Lo scheletro assile o assiale rappresenta l’asse del corpo ed è costituito dal cranio, della colonna vertebrale e dalla gabbia toracica. Lo scheletro appendicolare è composto dalle ossa degli arti e dai cinti che li connettono alla parte assiale. Cranio Distinto in Neurocranio che racchiude l’encefalo (ossa frontale, parietali, temporali, occipitale, sfenoidale, etmoidale) e Splancnocranio (ossa mascellari, palatine, zigomatiche, lacrimali, nasali, vomere, cornetti inferiori e mandibola). L’osso ioide, correlato a mandibola e temporali, non fa parte del cranio. Colonna vertebrale Rappresenta l’asse portante del corpo ed è formata da 33 vertebre, ossa irregolari formate da: Le singole vertebre sono separate da cuscinetti cartilaginei flessibili che ammortizzano gli urti: i dischi intervertebrali. Ricchi di acqua, con l’età tendono progressivamente a disidratarsi, irrigidendosi. La colonna vertebrale è distinta in tratti: - cervicale (7 vertebre, da C1 a C7, la prima Atlante, la seconda Epistrofeo) - dorsale o toracico (12 vertebre, da D1 a D12, dotate di faccette per l’articolazione delle coste) - lombare (5 vertebre, da L1 a L5, voluminose e robuste) - sacrale (5 vertebre fuse in un unico osso) - coccigeo (3/5 piccole vertebre irregolari, residuo della coda). Gabbia toracica Costituita dallo sterno anteriormente e dalle coste, non si limita a proteggere cuore e polmoni, ma riveste un ruolo fondamentale nella respirazione. Lo sterno è osso piatto derivante dalla fusione di alcuni elementi ossei, le coste sono 12 paia di ossa lunghe e piatte, arcuate, articolate posteriormente con le vertebre del tratto dorsale, ma, anteriormente, solo le prime 7 si legano allo sterno, mentre, delle restanti, 3 paia si uniscono con la sovrastante e 2 restano fluttuanti. Ossa degli arti Esiste un parallelismo nell’organizzazione delle ossa tra gli arti superiore ed inferiore: ARTO SUPERIORE: OMERO - RADIO ED ULNA - CARPO - METACARPO - FALANGI ARTO INFERIORE: FEMORE - TIBIA E PERONE- TARSO - METATARSO - FALANGI Cinto toracico Connette gli arti superiori allo scheletro assiale. È formato dalle due scapole posteriori e dalle due clavicole anteriori. Cinto pelvico Connette gli arti inferiori allo scheletro assiale. È formato dalle tre coppie di ossa pelviche: ili, ischio e pube. La cavità acetabolare che ospita la testa del femore è sostenuta da tutte e tre le ossa. SISTEMA MUSCOLARE Rappresenta circa il 40% della massa corporea. Gli organi che lo costituiscono sono i muscoli, l’importante funzione del movimento, del mantenimento della postura, della stabilizzazione delle articolazioni e della produzione di calore. Per compiere un movimento corporeo spesso è necessario che un muscolo abbia il proprio antagonista, se uno è contratto, l’altro è rilassato. Nel capo abbiamo due serie di muscoli: quelli della mimica (frontale, orbicolare dell’occhio e della bocca, buccinatore, zigomatico) e quelli masticatori (massetere, temporale). Tra i muscoli del collo e del tronco ricordiamo: anteriormente sternocleidomastoideo, grande pettorale, intercostali, retto, obliquo e trasverso dell’addome, posteriormente trapezio, gran dorsale, deltoide. Dell'arto superiore: bicipite e tricipite brachiale; dell'arto inferiore: grande e medio gluteo, ileo psoas, adduttori, quadricipite e bicipite femorale, gastrocnemio del polpaccio, etc. FISIOLOGIA Oltre al sostegno e al movimento del corpo, lo scheletro protegge organi interni particolarmente delicati e vitali e rappresenta una parte delle riserve energetiche dell’organismo, grazie al midollo giallo di natura lipidica e ai sali minerali di calcio e fosforo, fondamentali per la trasmissione degli impulsi nervosi, per la contrazione muscolare e per la coagulazione del sangue. Inoltre è essenziale nell’emopoiesi, grazie al midollo rosso. I muscoli che costituiscono il sistema muscolare, come abbiamo visto, oltre a svolgere l’importante funzione del movimento, mantengono la postura, stabilizzano le articolazioni e contribuiscono alla produzione di calore. SISTEMA ENDOCRINO SIGNIFICATO Apparato che, insieme al sistema nervoso, coordina le cellule dell’organismo e ne regola l’attività. ANATOMIA Costituito dalle ghiandole a secrezione interna che sintetizzano e secernono ormoni rilasciando direttamente nel torrente sanguigno, verso le cellule degli organi-bersaglio. Le ghiandole endocrine, piccoli organi dislocati in diversi distretti del corpo e non in connessione tra loro, hanno un ruolo fondamentale nel mantenimento dell’omeostasi. FISIOLOGIA Gli ormoni sono molecole di natura amminoacidica, steroidea o lipidica, che, rilasciate nel sangue, raggiungono gli organi bersaglio nelle cui cellule si trovano particolari recettori proteici specifici che legano l’ormone ad essi riferito. Una volta avvenuto il legame, l’ormone ne stimola l’attività. Il legame dipende dalla natura chimica del primo: gli ormoni steroidei e liposolubili entrano nel citoplasma, recettore e successivamente al DNA attivando geni specifici; gli ormoni proteici, idrosolubili, si legano a recettori posti sulla membrana, ciò induce la produzione di AMP ciclico che attiva altre proteine, come enzimatiche. Esistono meccanismi di retroazione (feed-back) negativa che consentono una perfetta regolazione dei livelli ormonali ematici, grazie ai quali la secrezione dell'ormone è innescata da uno stimolo, esogeno o endogeno, ciò causa un aumento dei livelli di quest’ultimo nel sangue che inibisce il rilascio di altro ormone da parte della ghiandola responsabile. Esempio di meccanismo d’azione ormonale (ADH): 1. Un’elevata concentrazione di sali nel sangue viene rilevata dai chemocettori vasali 2. Ciò stimola gli osmocettori dell’ipotalamo che attivano la sintesi e la secrezione dell’ADH antidiuretico 3. Gli organi bersaglio (reni, ghiandole sudoripare) riducono le perdite idriche, limitando le emissioni di urina e sudore 4. Una bassa concentrazione di sali nel sangue inibisce gli osmocettori con riduzione o arresto della produzione di ADH Le principali ghiandole endocrine sono epifisi, tiroide, paratiroidi, timo, surrenali, isole del Langerhans del pancreas, parte endocrina di testicoli ed ovaie, ipofisi. - L’epifisi o gh.pineale si trova all’interno del cervello e produce melatonina che regola l’orologio biologico (ritmi circadiani legati al ciclo luce-buio). - La tiroide, di medie dimensioni, è situata sotto la laringe e avvolge la trachea; secerne gli ormoni tiroidei (tiroxina T4 e triiodotironina T3, che determinano la velocità dell’attività metabolica basale) e la calcitonina (CT), legata al deposito di Ca++ nel tessuto osseo. - Le paratiroidi, quattro piccoli nuclei ghiandolari posti posteriormente sulla superficie della tiroide, rilasciano l’ormone paratiroideo (PTH) che regola i livelli di Ca++ Mg++ e PO43- nel sangue e stimola l’attivazione della vit.D. - Il timo, posto dietro lo sterno, è molto sviluppato nei neonati e tende a regredire con l’età; - l’ormone timico, timosina è legato alla crescita e allo sviluppo corporeo e presiede alla produzione dei linfociti T (difesa cellulo-mediata). - Le capsule surrenali, che coprono la parte superiore dei due reni, sono costituite da una zona corticale e da una midollare. La corticale produce corticosteroidi: mineralcorticoidi (aldosterone che regola il riassorbimento renale di Na+ e K+), glucocorticoidi (cortisone e cortisolo che regolano il metabolismo cellulare, migliorano la resistenza e riducono i processi infiammatori) e ormoni sessuali (androgeni responsabili dello scatto di crescita puberale). La midollare invece secerne adrenalina e noradrenalina, antagonisti, che regolano il SN simpatico (risposta “lotta o fuggi”). - Il pancreas è una ghiandola mista; la sua parte endocrina (Isole del Langerhans) produce insulina che deposita il glucosio ematico nel fegato e nei muscoli abbassando la glicemia e glucagone che invece ne aumenta i livelli ematici quando questi scendono sotto la soglia utile per i neuroni. - Gli ormoni sessuali, prodotti dalla parte endocrina di testicoli ed ovaie, sono testosterone che stimola la spermatogenesi e lo sviluppo dei caratteri sessuali secondari maschili, inibina che inibisce la secrezione ipofisaria di FSH, estrogeno che regola la funzionalità ovarica e lo sviluppo dei caratteri sessuali secondari femminili, dell’utero e delle mammelle e progesterone che prepara alla gravidanza. - L’ipofisi può essere ritenuta la coordinatrice di tutte le altre ghiandole endocrine, avendole come organi-bersaglio. È situata sotto l’encefalo, alloggiata nella sella turcica dell’osso sfenoide. È distinta in due parti: neuroipofisi ed adenoipofisi. La neuroipofisi, posteriore è collegata direttamente all’ipotalamo e produce: fattori di rilascio e inibizione della adenoipofisi, la vasopressina, che aumenta il riassorbimento renale di acqua e l’ossitocina, ormone del parto e della lattazione. La adenoipofisi, anteriore, produce ormoni tropici, che agiscono stimolando o inibendo le altre ghiandole: TSH (tireostimolante), ACTH (adrenocorticotropo), FSH (follicolostimolante), PRL (prolattina), GH (ormone della crescita), etc. Esistono anche altri organi con funzione ormonale: il tratto gastrointestinale (gastrina, che stimola la produzione di succhi gastrici, secretina e colecistochinina, che agiscono sulla produzione di succo pancreatico e di bile), i reni (eritropoietina, che accelera la produzione di gl.rossi), la placenta (follicolina che stimola la produzione ovarica di estrogeni e progesterone inibendo l’ovulazione), il fegato (fattori di crescita e eritropoietina che stimola la produzione di piastrine), il tess.adiposo (leptina, che inibisce l’appetito). SISTEMA NERVOSO CENTRALE SIGNIFICATO Apparato che, coadiuvato dal sistema endocrino, consente la comunicazione tra le cellule dell’organismo e ne regola l’attività. SISTEMA NERVOSO CENTRALE (SNC) ENCEFALO Con lo sviluppo embrionale il tubo neurale, originatosi dal mesoderma, anteriormente si espande formando quattro aree dotate di cavità interna (i ventricoli cerebrali): gli emisferi, il diencefalo, il tronco cerebrale ed il cervelletto. Gli emisferi cerebrali (telencefalo) rappresentano la parte più imponente, esterna dell’encefalo per così dire ricoprono le altre aree; il diencefalo è l’area basale più interna costituita dal talamo, ipotalamo e ipofisi (epitalamo); il tronco encefalico, collegato al midollo spinale, è costituito dal midollo allungato, ponte e mesencefalo; infine il cervelletto. L’encefalo è protetto da tre strati di tessuto di rivestimento di natura connettivale: le meningi, la più esterna la Dura Madre, quella intermedia