BIOLOGIA DALLA CELLULA AGLI ESSERI VIVENTI, Appunti di Biologia

Scarica BIOLOGIA DALLA CELLULA AGLI ESSERI VIVENTI e più Appunti in PDF di Biologia solo su Docsity! 3 INDICE 1 LA BIOLOGIA _______________________________________ 4 2 CARATTERISTICHE DEGLI ESSERI VIVENTI _____________ 7 2 I COMPOSTI DEI VIVENTI: LE MOLECOLE ORGANICHE __ 13 I CARBOIDRATI _____________________________________ 14 I GRASSI __________________________________________ 16 LE PROTEINE ______________________________________ 18 GLI ACIDI NUCLEICI _________________________________ 20 I SALI MINERALI, L'ACQUA E LE VITAMINE ______________ 24 4 LA CELLULA E LA TEORIA CELLULARE ________________ 27 TEORIA CELLULARE _________________________________ 29 STRUTTURA CELLULARE ____________________________ 30 PROCARIOTI ED EUCARIOTI __________________________ 31 5 L'ORGANIZZAZIONE CELLULARE E GLI ORGANULI (cellula eucariote) ___________________________________________ 32 6 LA SINTESI DELLE PROTEINE _______________________ 38 TRASCRIZIONE _____________________________________ 40 7 LA RIPRODUZIONE ________________________________ 42 4 1 LA BIOLOGIA La BIOLOGIA è lo studio degli esseri viventi, delle loro forme, della loro composizione, del loro funzionamento, del loro ambiente di vita. I BIOLOGI sono gli scienziati che studiano tutti gli esseri viventi, altri scienziati in modo più specifico studiano solo i vegetali: sono i BOTANICI. Gli scienziati che invece studiano in modo approfondito gli animali sono chiamati ZOOLOGI. Gli scienziati che studiano i rapporti tra gli esseri viventi animali e vegetali e il loro ambiente di vita sono chiamati ECOLOGI. Tutti gli esseri viventi fanno parte della MATERIA VIVENTE. LA MATERIA È TUTTO CIÒ CHE CI CIRCONDA, anche noi siamo materia: materia vivente. Quali sono gli esseri viventi? Quali sono le caratteristiche degli esseri viventi? Gli esseri viventi sono le piante, gli animali, gli uomini, gli uccelli, i rettili, gli insetti, e tanti altri ancora che non riusciamo a vedere ad occhio nudo perché sono molto piccoli. => Tutti gli esseri viventi sono suddivisi in "gruppi" chiamati REGNI. Gli esseri viventi raggruppati nei singoli "gruppi" hanno caratteristiche simili: raggruppare gli esseri viventi nei "gruppi " significa fare la CLASSIFICAZIONE degli esseri viventi. I moderni sistemi di classificazione sono basati su uno studio accurato di tutte le caratteristiche essenziali degli organismi come la forma e la struttura del corpo, la disposizione degli organi interni ecc. 7 2 CARATTERISTICHE DEGLI ESSERI VIVENTI Tutti gli esseri viventi hanno delle CARATTERISTICHE COMUNI. Questo significa che non hanno importanza l'aspetto esterno dell'essere vivente, non ha importanza che sia un animale o una pianta, non ha importanza che si veda ad "occhio nudo" oppure che ci sia bisogno del microscopio per osservarlo. La biologia si occupa degli esseri viventi e grazie ad essa è stato possibile conoscere alcune caratteristiche della vita, studiando le differenze tra esseri viventi e non viventi. È facile distinguere un animale da un sasso: l'animale si muove,mangia, vede ecc. Queste caratteristiche però non sono comuni a tutti i viventi: le piante non si spostano come gli animali, non mangiano come gli animali, non hanno gli occhi: eppure sono vive! Possiamo dire che UN ESSERE VIVENTE NASCE, SI NUTRE SI ACCRESCE E MUORE. PERCIÒ: Le CARATTERISTICHE COMUNI A TUTTI GLI ESSERI VIVENTI sono le seguenti: METABOLISMO RIPRODUZIONE RISPOSTA AGLI STIMOLI: SENSIBILITÀ CAPACITÀ DI OMEOSTASI MOVIMENTO =>METABOLISMO: ¾ è l'insieme di tutte le trasformazioni eh i miche che avvengono in un essere vivente. È un termine che ricorre assai spesso in biologia perché indica la maggior parte dei processi vitali. ¾ Questi processi vitali sono reazioni chimiche molto importanti perché sono alla base di tutte le ATTIVITÀ FISIOLOGICHE (cioè di FUNZIONAMENTO) dell'essere vivente, come la RESPIRAZIONE, 8 ESCREZIONE e la DIGESTIONE. ¾ II metabolismo si divide in CATABOLISMO e ANABOLISMO. Catabolismo: processo attraverso il quale sostanze complesse vengono scomposte in sostanze più semplici con liberazione di energia. Es: RESPIRAZIONE CELLULARE il glucosio viene scomposto in biossido di carbonio e acqua con liberazione di energia utilizzabile per i processi vitali. Anabolismo: processo che utilizza l'energia liberata dal catabolismo per produrre sostanze complesse da altre più semplici. Esempio: reazione di fotosintesi clorofilliana. ¾ Sia i processi di catabolismo che di anabolismo avvengono contemporaneamente negli esseri viventi. Negli organismi in crescita l'anabolismo procede ad una velocità più elevata del catabolismo; mentre negli organismi adulti, i due processi sono più o meno bilanciati. Anabolismo e catabolismo continuano senza fermarsi sino alla morte dell'organismo. ¾ Alla base del metabolismo vi sono però, dei processi fondamentali per la vita e che hanno lo scopo di produrre e utilizzare ENERGIA. Infatti tutti gli organismi viventi richiedono per poter sopravvivere, un continuo apporto di energia e di materia dall'esterno: cioè richiedono una continua NUTRIZIONE. ¾ In base alla modalità di NUTRIZIONE, cioè a come gli esseri viventi si procurano l'energia necessaria per vivere, si distinguono due gruppi di esseri viventi: gli AUTOTROFI e gli ETEROTROFI. ¾ AUTOTROFI : esseri viventi capaci di produrre in modo autonomo il loro nutrimento, sono in genere tutti i VEGETALI, essi sono in grado di ricavare l'alimentazione necessaria da sostanze semplici: dall'acqua, da sali minerali sciolti nel terreno e dall'anidride carbonica contenuta nell'atmosfera. Utilizzando acqua e anidride carbonica, e sfruttando l'energia della luce solare, i vegetali sono in grado di produrre attraverso delle reazioni chimiche, molecole altamente energetiche e quindi in grado di soddisfare i lori fabbisogni energetici. Questo è possibile perché i vegetali contengono una sostanza particolare, la CLOROFILLA, che permette lo svolgersi delle reazioni chimiche che 9 insieme formano il processo di FOTOSINTESI CLOROFILLIANA. Reazione di FOTOSINTESI CLOROFILLIANA: luce solare 6 CO2 + 6 H2O ==========> 6 C6HI2O6 + 6 O2 clorofilla questa reazione va letta in questo modo: sei molecole di anidride carbonica (CO2) più sei molecole di acqua (H20), formano, per mezzo della luce solare e della clorofilla, sei molecole di GLUCOSIO (C6H12O6) più sei molecole di ossigeno (O2). =>IL GLUCOSIO È LA MOLECOLA CHE FORNISCE ENERGIA<= ¾ ETEROTROF1 : sono gli esseri viventi che non sono capaci di prodursi in modo autonomo il loro nutrimento e vivono a spese di altri organismi: sono tutti gli ANIMALI. Infatti gli animali non possiedono la clorofilla e non riescono perciò a svolgere il processo di fotosintesi clorofilliana, la loro alimentazione avviene grazie all'utilizzo di materia organica già formata, sia di origine animale che vegetale, cioè gli animali si nutrono di sostanze organiche già pronte, ed essi non potrebbero vivere senza i vegetali, senza cioè gli organismi autotrofi. ¾ Un altro importante processo vitale, che va a formare il metabolismo è la RESPIRAZIONE e la ELIMINAZIONE DEI RIFIUTI prodotti nel corso dell'alimentazione e della respirazione. La respirazione è una sequenza di reazioni chimiche, il cui risultato è la liberazione di energia. Queste reazioni sono indispensabili per lo svolgimento dei processi vitali. La respirazione consiste nella assunzione di ossigeno assorbito dall'aria o dall'acqua circostante. L'ossigeno reagisce con le sostanze introdotte nel corpo con l'alimentazione: si libera energia e vengono prodotte sostanze di rifiuto come acqua e anidride carbonica. La maggior parte degli animali prende ossigeno ed elimina anidride carbonica per mezzo di organi respiratori come le branchie (per i pesci) o i polmoni. Le piante in genere, si procurano l'ossigeno ed eliminano anidride carbonica attraverso le foglie. Eliminazione dei rifiuti viene detta ESCREZIONE. Essa consiste nella rimozione 12 ¾ è la capacità di un essere vivente di mantenere costante il proprio ambiente interno anche al variare dell'ambiente esterno. ¾ Per esempio tutti i mammiferi hanno il sangue "caldo" in qualsiasi stagione e con qualsiasi temperatura, vuoi dire che grazie alla capacità di OMEOSTASI mantengono COSTANTE la temperatura del proprio corpo. ¾ In base a questa capacità si distinguono gli esseri viventi ETEROTERMI e gli esseri viventi OMEOTERMI. ƒ OMEOTERMI: tutti gli esseri viventi che mantengono SEMPRE COSTANTE la loro temperatura interna, essi sono i mammiferi e gli uccelli. ƒ ETEROTERMI: tutti gli esseri viventi che NON MANTENGONO COSTANTE la loro temperatura interna, per esempio i rettili. =>MOVIMENTO ¾ Importante caratteristica dei viventi è il MOVIMENTO SPONTANEO: gli animali che corrono, gli uccelli che volano. ¾ Gli spostamenti autonomi nell'ambiente sono forme di LOCOMOZIONE; ¾ Esistono altri tipi di movimento meno evidenti come la circolazione del sangue o l'assorbimento delle sostanze nutritive da parte delle radici delle piante, o il movimento di chiusura e apertura dei fiori. ¾ FOTOTROPISMO: movimento delle piante in direzione della sorgente di luce. Tutte le piante verdi si orientano in direzione della luce, per esempio le piante di appartamento si incurvano e spostano le loro foglie verso la finestra in modo da ricevere la maggior quantità possibile di luce. 13 2 I COMPOSTI DEI VIVENTI: LE MOLECOLE ORGANICHE Tutti gli esseri viventi hanno una composizione chimica ben distinta da quella degli oggetti non viventi, infatti le molecole degli esseri viventi sono molto complesse e voluminose, formate da un gran numero di atomi e le sostanze complesse che formano gli organismi viventi sono chiamate SOSTANZE ORGANICHE, mentre quelle più semplici che formano gli oggetti non viventi, sono dette SOSTANZE INORGANICHE. Le sostanze organiche sono formate quasi sempre dagli stessi elementi chimici: carbonio, idrogeno, ossigeno, azoto, fosforo, zolfo. Tra questi elementi chimici il più importante è il CARBONIO. ƒ La scienza che studia le caratteristiche e il comportamento dei composti contenenti carbonio si chiama CHIMICA ORGANICA. ƒ La scienza che studia i composti organici che formano gli esseri viventi si chiama BIOCHIMICA. ƒ Le molecole che formano gli esseri viventi si chiamano MOLECOLE BIOLOGICHE o MACROMOLECOLE BIOLOGICHE. ƒ Le molecole biologiche sono : i CARBOIDRATI, i LIPIDI, LE PROTEINE, gli ACIDI NUCLEICI. ƒ Queste molecole sono dei POLIMERI: cioè molecole formate da lunghe catene date dall'unione di tante parti più piccole e spesso uguali tra loro, chiamate MONOMERI. 14 I CARBOIDRATI => I carboidrati sono anche chiamati ZUCCHERI, essi comprendono zuccheri "semplici" e zuccheri ''complessi", essi sono presenti nella pasta, nel riso, nel pane e nelle patate. => I CARBOIDRATI FORNISCONO ENERGIA SUBITO UTILIZZABILE. Infatti i muscoli per contrarsi, prendono energia dalla combustione dei carboidrati (che nel nostro organismo "bruciano" grazie all'ossigeno), così come un'automobile si muove grazie alla combustione della benzina. Altri nomi dei carboidrati sono: GLUCIDI o POLISACCARIDI. I carboidrati sono formati dai seguenti elementi: carbonio, idrogeno e ossigeno. Queste importanti molecole sono contenute nella pasta, nel pane, nel riso, ma li troviamo anche nella frutta e nei vegetali. La loro funzione principale è quella di dare energia. II tipo più semplice di carboidrato si chiama MONOSACCARIDE. Esempi di monosaccaridi sono: il GLUCOSIO e il FRUTTOSIO, zuccheri che si trovano nella frutta e nel miele. Quando due monosaccaridi si uniscono formano un DISACCARIDE. Esempio il SACCAROSIO, che è il normale zucchero da tavola. Quando invece molte molecole di monosaccaride si uniscono si forma un POLISACCARIDE. Alcuni polisaccaridi contengono migliaia unità di zuccheri semplici, cioè i monosaccaridi. I principali polisaccaridi sono: l'AMIDO IL GLICOGENO LA CELLULOSA AMIDO: prodotto dai vegetali, ed è un polimero formato da tante unità (monomeri) di GLUCOSIO, che è uno zucchero semplice. 1 vegetali immagazzinano nutrimento sotto forma di amido. L'amido è contenuto nella pasta, nel pane, nel riso, nelle patate, è utilizzabile solo se prima viene cotto. 17 carbonio, idrogeno, ossigeno. ƒ CERE: sono grassi che si trovano nei vegetali e in alcuni animali, la loro funzione è di protezione. Nei vegetali formano una sottile pellicola sulle foglie o sul fusto, che impedisce la perdita di acqua da parte della pianta. Negli animali, soprattutto in animali che vivono a contatto con l'acqua (anatre, cigni, castori, lontre) le cere formano un sottile strato di protezione: infatti se le piume o la pelliccia si riempisse di acqua, questi animali non potrebbero stare a galla e affonderebbero. I lipidi vengono usati dalle cellule per immagazzinare energia. Quando l'organismo ha bisogno di energia, i lipidi vengono distrutti in molecole più piccole, le quali possono dare più facilmente energia. OSSERV9A SUL LIBRO LA FORMULA DI UN TRIGLICERIDE!!! 18 LE PROTEINE Le proteine sono indispensabili alla crescita e si trovano soprattutto nei cibi di origine animale. Le proteine sono anche chiamate PROTIDI o PEPTIDI hanno prevalentemente una funzione PLASTICA: cioè rappresentano "i mattoni" necessari per accrescere l'organismo. Sono fondamentali nella fase di crescita di un essere vivente, ma anche quando in seguito a un danno, ad una ferita l'organismo deve "riparare" le parti mancanti. Le proteine sono contenute nella carne, nel latte , nei formaggi e nel pesce, ma anche nei legumi (fagioli, piselli, fave, lenticchie). Le proteine animali sono le più complete rispetto a quelle vegetali, infatti si dicono NOBILI o ad alto valore biologico. Le proteine sono molecole complesse, cioè sono polimeri formati da molecole più semplici dette monomeri, chiamati a loro volta AMMINOACIDI, gli elementi chimici che le formano sono: il CARBONIO, l'IDROGENO, l'AZOTO e l'OSSIGENO. In generale le proteine sono formate da un numero elevato di atomi. Gli amminoacidi sono uniti tra loro per formare una proteina, attraverso un LEGAME CHIMICO chiamato LEGAME PEPTIDICO. Infatti una proteina si chiama anche POLIPEPTIDE quando è formata da una lunga catena di amminoacidi legati con legame peptidico. In natura esistono solamente venti tipi di amminoacidi, ma una grandissima varietà di proteine. Questo è possibile perché nella formazione di una proteina è fondamentale l'ordine con cui si legano gli amminoacidi tra loro: cioè primo, secondo, terzo amminoacido e così via. => L'ORDINE CON CUI GLI AMMINOACIDI SI LEGANO TRA LORO È LA STRUTTURA PRIMARIA DI UNA PROTEINA E RENDE UNICA LA PROTEINA STESSA <= 19 =>gli amminoacidi sono caratterizzati dalla presenza nella loro struttura di un gruppo —NH2 (GRUPPO AMMINICO)e da un gruppo —COOH (GRUPPO CARBOSSILICO). Il legame tra i vari amminoacidi per formare una proteina, si stabilisce tra il gruppo —NH2 di un amminoacido e il gruppo —COOH di un altro amminoacido. Le proteine possono avere altre strutture: la STRUTTURA SECONDARIA, LA STRUTTURA TERZIARIA, la STRUTTURA QUATERNARIA. Gli ENZIMI sono particolari proteine che regolano tutte le reazioni chimiche che avvengono negli esseri viventi, essi sono importantissimi e la loro presenza è indispensabile per le normali funzioni vitali. Gli enzimi regolano quasi tutti i processi vitali: digeriscono il cibo, liberano energia, aiutano la formazione di nuove molecole, cioè rendono possibile la vita. 22 catene di nucleotidi che si formeranno. Quindi da una sola molecola di DNA se ne formeranno due, le quali avranno nella loro doppia elica una catena di nucleotidi della molecola "madre" e una catena di nucleotidi nuova. La duplicazione del DNA avviene grazie ad un enzima: la DNA POLIMERASI; le tappe per la duplicazione del DNA sono le seguenti: 1. La doppia elica del DNA di apre grazie all'enzima DNA polimerasi; 2. Sulle due catene aperte e separate si uniscono nuovi nucleotidi (arrivano dal citoplasma della cellula) fino a formare le nuove catene; 3. Le due nuove catene si appaiano (cioè si uniscono alle catene "madri" grazie alle basi complementari e si formano due nuove molecole di DNA; 4. Ognuna delle due nuove molecole di DNA ha : una catena "nuova" e una catena "madre"; 5. Le informazioni scritte nel DNA sottoforma di codice sono conservate perché il legame tra le basi azotate è sempre complementare; 6. La duplicazione del DNA avviene nel nucleo della cellula eucariote o nel citoplasma di una cellula procariote. ™ RNA: ACIDO RIBONUCLEICO L'acido ribonucleico o RNA aiuta a trasmettere le informazioni contenute nel DNA necessaria alla vita. È formato da: ƒ Quattro basi azotate chiamate: ADENINA URACILE GUANINA 23 CITOSINA ƒ Uno zucchero chiamato: RIBOSIO ƒ UN GRUPPO FOSFATO (cioè una molecola che contiene come elemento chimico il fosforo) L'RNA è formato da una sola catena di nucleotidi, in una cellula eucariote si trovano tre tipi di RNA: m RNA (RNA messaggero), t RNA (RNA di trasporto), r RNA (RNA ribosomiale). 24 I SALI MINERALI, L'ACQUA E LE VITAMINE I sali minerali sono importanti perché aiutano a regolare le funzioni dell'organismo e forniscono materiali indispensabili per la costruzione di tutti gli organismi. Una parte degli organismi è formata da SALI MINERALI, che contengono i seguenti elementi chimici: SODIO, CLORO, POTASSIO, MAGNESIO, FERRO e una grande quantità del peso del corpo umano è dovuta al CALCIO. Tra gli esseri viventi, l'uomo in particolare ha bisogno di 15 diversi minerali, la maggior parte dei quali si trova nella carne, nelle uova, nel latte, nei vegetali verdi e nella frutta. I minerali non danno energia, ma svolgono importanti funzioni vitali. PER ESEMPIO: II cloruro di sodio, cioè il comune sale da cucina, viene perso dal nostro corpo in maniera costante: attraverso la sudorazione, con le urine e con le feci. In un clima temperato (come nella maggior parte dell'Italia) è necessaria una quantità giornaliera di 4 g di cloruro di sodio per compensare la sua perdita. La maggior parte di questo sale è contenuta negli alimenti, il resto deve essere aggiunto se si vuole conservare la buona salute. Una maggior quantità di sale è necessaria nei giorni caldi, perché in queste condizione aumenta la sudorazione. Chi svolge una intensa attività fisica (un lavoro pesante o dello sport) quando fa molto caldo può avere una perdita di sali così elevata da produrre crampi muscolari o colpi di calore. Bisogna però tener presente che troppo sale fa male alla salute! Infatti fa alzare la pressione del sangue. => Perché i sali minerali sono importanti: CLORURO DI SODIO: è importante per la composizione del sangue, è necessario per la digestione e per la trasmissione dell'impulso nervoso. POTASSIO e MAGNESIO: necessari per la contrazione muscolare. 27 4 LA CELLULA E LA TEORIA CELLULARE LA CELLULA E L'UNITÀ STRUTTURALE E FUNZIONALE DI TUTTI GLI ESSERI VIVENTI Questo significa: =>UNITÀ STRUTTURALE: tutti gli esseri viventi sono formati da una o più cellule. Gli esseri viventi formati solo da una cellula si chiamano organismi UNICELLULARI. Gli esseri viventi formati da più cellule, si chiamano organismi PLURICELLULARI. =>MUNITÀ FUNZIONALE: le funzioni fondamentali di una sola cellula sono le stesse di un organismo più "grande"; le caratteristiche degli esseri viventi (METABOLISMO, RISPOSTA AGLI STIMOLI, RIPRODUZIONE, CAPACITÀ DI OMEOSTASI, MOVIMENTO) sono le caratteristiche fondamentali di una singola cellula e perciò della vita. Le prime cellule furono osservate da uno scienziato inglese nel 1665, Robert Hooke attraverso uno strumento molto semplice, costruito da lui stesso: il MICROSCOPIO OTTICO, la cui funzione è quella di ingrandire le immagini e di poter vedere così parti molto piccole non osservabili ad occhio "nudo". OSSERVA SUL LIBRO COME È FATTO UN MICROSCOPIO OTTICO!!! =>il microscopio ottico è uno strumento che ingrandisce le immagini grazie a delle lenti. Una lente è un pezzo ricurvo di materiale trasparente di vetro o di plastica, che devia i raggi luminosi riuscendo a ingrandire le immagini. Grazie ad un fabbricante olandese, esperto di lenti: Anton Van Leeuwenhoek, si devono i miglioramenti nella fabbricazione di microscopi proprio nell'epoca di Robert Hooke. Con il passare dei secoli i microscopi diventarono sempre più complessi e 28 di conseguenza anche le osservazioni sulle cellule furono perfezionate, sino ad arrivare a vedere non solo cellule ma anche parti più piccole interne ad esse. Robert Hooke osservò al microscopio ottico delle sottili fette di sughero, sostanza ricavata dalla corteccia delle piante, egli si accorse che il sughero è formato da tante piccole scatolette, tutte uguali tra loro: Hooke chiamò "celle" queste piccole scatolette e da qui nacque il nome di "cellula". =>questa prima osservazione fu molto importante, perché così nacque l'idea che gli esseri viventi sono formati da tante unità (le scatolette osservate da Robert Hooke) separate e non da una materia continua e tutta uguale. =>il termine cellula usato per la prima volta da Robert Hooke è diventato fondamentale nel linguaggio della Biologia. =>negli organismi pluricellulari cellule uguali e con uguale funzione formano i TESSUTI. Per esempio il TESSUTO EPITELIALE (un tipo di tessuto epiteliale è la pelle) è formato da cellule uguali nella forma e nella loro funzione di rivestimento e protezione dell'organismo. Il TESSUTO MUSCOLARE è formato da cellule uguali specializzate nelle funzione di contrazione muscolare. =>insiemi di tessuti,anche diversi formano gli ORGANI. Per esempio : il cuore, il fegato, lo stomaco sono degli organi. =>organi diversi formano gli APPARATI. Per esempio: l'APPARATO RESPIRATORIO, APPARATO CIRCOLATORIO, L'APPARATO DIGERENTE. 29 TEORIA CELLULARE In base agli studi di R: Hooke e di altri scienziati e grazie all'utilizzo di microscopi sempre più precisi e complessi è stata formulata la TEORIA CELLULARE: 1. TUTTI GLI ORGANISMI VIVENTI SONO COSTITUITI DA UNA O PIÙ CELLULE; 2. LA CELLULA È L'UNITÀ FONDAMENTALE DELL'ORGANIZZAZIONE DEGLI ESSERI VIVENTI; 3. TUTTE LE CELLULE DERIVANO DA ALTRE CELLULE PREESISTENTI CHE SI SONO RIPRODOTTE; Negli ultimi anni gli scienziati hanno potuto osservare le cellule con microscopi sempre più potenti dei microscopi ottici iniziali. Ad esempio il MICROSCOPIO ELETTRONICO ha permesso ai biologi di vedere sempre più particolari dell'interno cellulare. Questi particolari nel loro insieme formano 1' ULTRASTRUTTURA della cellula , l'ultrastruttura non comprende solo la struttura interna, ma anche la superficie della cellula. OSSERVA SUL LIBRO LE IMMAGINI DELLA CELLULA AL MICROSCOPIO OTTICO E AL MICROSCOPIO ELETTRONICO! 32 5 L'ORGANIZZAZIONE CELLULARE E GLI ORGANULI (cellula eucariote) Una cellula è racchiusa dalla MEMBRANA CELLULARE o MEMBRANA PLASMATICA, che forma la parte più esterna della cellula. La membrana cellulare divide due ambienti (o zone): l'AMBIENTE EXTRACELLULARE e l'AMBIENTE INTRACELLULARE. L'ambiente extracellulare è tutto ciò che è esterno alla cellula: esso può essere l'acqua se la cellula appartiene ad un essere unicellulare, per esempio un Protista, che vive nell'acqua; oppure possono essere altre cellule se la cellula appartiene ad una essere pluricellulare. La membrana cellulare ha il compito di proteggere la cellula ma anche di regolare il passaggio di sostanze nutritive (molecole) e di sostanze nocive e di scarto : cioè la membrana lascia entrare e uscire dalla cellula alcune sostanze, ma impedisce il passaggio ad altre. Questa funzione della membrana cellulare si dice di PERMEABILITÀ SELETTIVA e per questo la membrana cellulare è una membrana SELETTIVAMENTE PERMEABILE. La membrana cellulare è formata dalle seguenti molecole: FOSFOLIPIDI e PROTEINE. OSSERVA SUL LIBRO COME È FATTA LA MEMBRANA CELLULARE!!!! I fosfolipidi sono disposti in modo da formare un doppio strato chiamato DOPPIO STRATO FOSFOLIPIDICO. Le proteine sono inserite in mezzo a questo doppio strato oppure sono sulla superficie esterna della membrana e hanno la funzione di regolare il passaggio delle sostanze in entrata e in uscita dalla cellula. Nell'interno della cellula si trova il CITOPLASMA. 33 Il citoplasma contiene acqua, enzimi, proteine, granuli di glicogeno (nelle cellule animali) e granuli di amido (nelle cellule vegetali) e altre sostanze a seconda del tipo di cellula. Nel citoplasma avvengono le reazioni chimiche del metabolismo. Nella parte centrale di una cellula eucariote si trova il NUCLEO, che è circondato dalla MEMBRANA NUCLEARE. La membrana nucleare ha dei piccoli fori chiamati PORI NUCLEARI, sono delle piccole aperture che permettono il passaggio delle molecole. All interno del nucleo vi è il DNA. Nel nucleo di una cellula eucariote vie una zona chiamata NUCLEOLO, dove vengono fabbricati i RIBOSOMI. Nel citoplasma di una cellula eucariote si trovano gli ORGANULI. Gli organuli sono parti specializzate della cellula, ogni parte ha un compito specifico. Gli organuli sono circondati da membrane simili alla membrana cellulare. I nomi degli organuli sono: MITOCONDRI RIBOSOMI APPARATO DI GOLGI RETICOLO ENDOPLASMATICO LISCIO RETICOLO ENDOPLASMATICO RUGOSO CITOSCHELETRO CLOROPLASTI CENTRIOLI VACUOLO CIGLIA FLAGELLI OSSERVA SUL LIBRO LE IMMAGINI DI OGNI ORGANULO E LA TABELLA A PAGINA SEGUENTE!!!! 34 ORGANULO CELLULA ANIMALE CELLULA VEGETALE FUNZIONE Mitocondri SI SI Producono molecole che danno energia partendo dal glucosio Ribosomi SI SI Servono per formare le proteine Apparato di Golgi SI SI Serve per formare biomolecole e per trasportarle dentro e fuori la cellula Reticolo endoplasmatico liscio SI SI Serve per racchiudere e formare biomolecole Reticolo endoplasmatico rugoso SI SI Serve per formare le proteine e per contenerle Citoscheletro SI SI Dà sostegno a tutta la cellula Cloroplasti NO SI Servono per la fotosintesi clorofilliana Centriolo SI NO Servono per la riproduzione delle cellule Vacuolo NO SI Serve per contenere acqua, sali minerali, biomolecole e dà sostegno alla cellula Ciglia e flagelli SI SI Servono per il movimento delle cellule o dei liquidi intorno 37 all'esterno della cellula, i flagelli sono presenti singolarmente o al massimo se ne trovano due, sono lunghi e hanno un movimento a "frusta". 38 6 LA SINTESI DELLE PROTEINE LE PROTEINE SONO LE BIOMOLECOLE CHE CONTRIBUISCONO ALLA STRUTTURA E AL FUNZIONAMENTO DI TUTTI GLI ESSERI VIVENTI =>DNA è l'acido nucleico che porta le informazioni per la produzione, cioè per la SINTESI di tutte le proteine un essere vivente<= Le informazioni del DNA sono informazioni di tipo "chimico"e risiedono lungo tutta la doppia elica del DNA: è la disposizione dei nucleotidi lungo la doppia elica a formare il CODICE GENETICO. Dal codice genetico dipendono tutte le caratteristiche di un essere vivente. => LA PARTE DI DNA IN CUI È CONTENUTA L'INFORMAZIONE PER LA SINTESI DI UNA O PIÙ PROTEINE SI CHIAMA GENE. =>L'UNITÀ DEL CODICE GENETICO È UNA TRIPLETTA DI NUCLEOTIDI E SI CHIAMA CODONE. =>ad ogni tripletta di nucleotidi corrisponde l'informazione per un amminoacido<= =>la combinazione delle triplette di nucleotidi del DNA risulta essere di 64 nucleotidi per individuare i 20 amminoacidi necessari per formare le proteine. =>La corrispondenza tra le triplette dei nucleotidi e gli amminoacidi prende il nome di CODICE GENETICO. => per formare una o più proteine il codice del DNA deve essere TRASCRITTO e TRADOTTO. 1) TRASCRITTO: in una cellula eucariote il DNA non si sposta mai dal nucleo, perciò perché le "informazioni" del DNA siano utili è necessario un 39 meccanismo che possa portare al di fuori del nucleo queste "informazioni". 2) TRADOTTO: quando le "informazioni" sono fuori dal nucleo attraverso un altro meccanismo, producono la sintesi di una o più proteine. OSSERVA LA TABELLA DEL CODICE GENETICO SUL LIBRO!!! 42 7 LA RIPRODUZIONE La riproduzione degli esseri viventi non è necessaria al mantenimento in vita dell'individuo, ma è essenziale alla SOPRAVVIVENZA DELLA SPECIE. Ogni essere vivente deve la sua esistenza al fatto che prima di lui altri organismi della sua stessa specie (i suoi antenati), si sono riprodotti. Gli esseri viventi si riproducono in due modi: in modo SESSUATO e in modo ASESSUATO, cioè la riproduzione può essere RIPRODUZIONE SESSUATA o RIPRODUZIONE ASESSUATA. =>Riproduzione sessuata o GAMICA: avviene mediante l'unione di cellule riproduttive speciali i GAMETI; i gameti maschili sono gli SPERMATOZOI e i gameti femminili sono le CELLULE UOVO. =>Riproduzione asessuata o AGAMICA: avviene senza l'intervento di cellule speciali. La distinzione tra i due modi di riproduzione non è netta perché alcuni organismi possono riprodursi in entrambi i modi e altri organismi hanno delle fasi della loro vita in cui si riproducono in modo sessuato e altre fasi in cui si riproducono in modo asessuato: questi organismi alternano riproduzione gamica con riproduzione agamica 43 RIPRODUZIONE ASESSUATA CICLO CELLULARE E MITOSI La riproduzione asessuata è tipica degli organismi più semplici, come gli organismi unicellulari procarioti. In essa è un solo individuo (cellula madre) che produce i figli (cellule figlie), che sono sempre identici al genitore. Per esempio nell'ameba, nel paramecio, nei batteri la riproduzione è identica alla MOLTIPLICAZIONE CELLULARE: in particolare nei batteri si chiama SCISSIONE. Nei batteri il DNA è un'unica e grande molecola immersa nel citoplasma, che prima della divisione cellulare, si duplica formando due copie complete del codice del DNA, successivamente la cellula batterica si divide in due nuove cellule, ciascuna delle quali contiene una propria copia delle informazioni del DNA. ƒ La riproduzione cellulare degli organismi eucarioti è più complessa perché: ƒ Il DNA degli eucarioti è più grande di quello dei procarioti; ƒ Il DNA è unito a delle proteine (chiamate ISTONI); ƒ Il DNA forma delle strutture complesse chiamate CROMOSOMI. ƒ Quindi la riproduzione delle cellule eucariote avviene con un meccanismo che tiene conto di tali complessità e che si chiama MITOSI. Questo meccanismo di riproduzione mantiene le informazioni del codice del DNA completo durante le fasi della riproduzione cellulare , inoltre mitosi vuoi dire divisione del nucleo, l'effettiva divisione cellulare si completa solo quando è terminato il processo altamente organizzato della mitosi; quindi la mitosi consiste nella distribuzione in ognuna delle nuove cellule di una serie completa di informazioni genetiche codificate. 44 CICLO CELLULARE E FASI DELLA MITOSI Il CICLO CELLULARE sono tutti gli eventi che si veriiìcano durante la vita di una cellula eucariote. Il CICLO CELLULARE è formato dall'INTERFASE, dalla MITOSI e dalla CITODIERESI. INTERFASE durante questo periodo la cellula cresce, produce nuovi organuli e il proprio DNA si duplica; i cromosomi durante l'interfase sono in una forma disordinata e filamentosa chiamata CROMATINA, terminata l'interfase inizia la MITOSI. =>MITOSI<= È formata da quattro momenti: PROFASE, METAFASE, ANAFASE e TELOFASE. PROFASE: ƒ la cromatina assume una forma ordinata e si trasforma in cromosomi: i cromosomi essendo costituiti da DNA risultano duplicati, perché il DNA ha svolto la duplicazione durante l'interfase. ƒ Le due copie identiche di ogni cromosoma prendono il nome di CROMATIDI FRATELLI. ƒ I cromatidi fratelli sono uniti tra loro da una struttura (somigliante ad un "bottone") chiamata CENTROMERO. ƒ Durante la profase il nucleolo e la membrana nucleare scompaiono; nelle cellule animali compaiono i centrioli alle estremità opposte della cellula e si forma un'altra importante struttura fatta da filamenti di proteine: il FUSO MITOTICO. Le estremità opposte del fuso si chiamano POLI. 47 RIPRODUZIONE SESSUATA e MEIOSI La maggior parte degli organismi pluricellulari si riproduce mediante riproduzione sessuata. Riproduzione sessuata o GAMICA: avviene mediante l'unione di cellule riproduttive speciali i GAMETI; i gameti maschili sono gli SPERMATOZOI e i gameti femminili sono le CELLULE UOVO. I gameti vengono prodotti nelle parti del corpo dell'organismo pluricellulare chiamate GONADI o ORGANI SESSUALI. Nel sesso maschile le gonadi sono i TESTICOLI, nel sesso femminile le gonadi sono le OVAIE. Il nuovo essere vivente si ottiene con la FECONDAZIONE. =>FECONDAZIONE: unione del gamete maschile con il gamete femminile, cioè unione dello spermatozoo con la cellula uovo. Tutte le altre cellule del corpo sono chiamate CELLULE SOMATICHE. Ogni specie è caratterizzata da un numero costante di cromosomi, cioè la quantità di informazioni del DNA è sempre costante negli organismi della stessa specie e si tramanda dai genitori ai figli. Per esempio nella specie umana il numero di cromosomi è di 46. Il numero 46 dei cromosomi è riferito alle cellule somatiche, perché nei gameti il numero di cromosomi è sempre la metà. Quindi negli spermatozoi e nelle cellule uovo della specie umana il numero di cromosomi è 23. ƒ II numero di cromosomi nelle cellule somatiche si dice DIPLOIDE e si indica con 2n e ogni cromosoma è presente a coppia; ƒ Nelle cellule somatiche le coppie di cromosomi si dicono CROMOSOMI OMOLOGHI; ƒ I cromosomi omologhi contengono lo stesso tipo di informazioni, i 48 cromosomi omologhi derivano metà dal gamete maschile (quindi dal padre) e metà dal gamete femminile; ƒ II numero di cromosomi nei gameti si dice APLOIDE e si indica con n; ƒ In ogni gamete è contenuto un solo membro per ogni coppia di omologhi; ƒ Ogni cromosoma omologo è formato da due CROMATIDI FRATELLI identici; ESEMPIO: ¾ le cellule somatiche della specie umana hanno 23 COPPIE DI CROMOSOMI OMOLOGHI, cioè i 46 cromosomi caratteristi ci della specie umana. ¾ I gameti della specie umana hanno un solo membro per ogni coppia di omologhi, cioè 23 cromosomi. 49 =>LA MEIOSI<= I gameti vengono prodotti attraverso un particolare tipo di divisione cellulare chiamato MEIOSI. ƒ La meiosi porta al dimezzamento del numero di cromosomi nei gameti; ƒ La meiosi avviene nelle cellule degli organi riproduttivi, cioè nelle gonadi; ƒ La meiosi ha delle fasi simili alle fasi della mitosi; ƒ La meiosi è formata da DUE DIVISONI DEL NUCLEO, cioè si ha la MEIOSI 1 e la MEIOSI 2. MEIOSI 1 ¾ Nella meiosi 1 i cromosomi di ciascuna coppia di omologhi si separano e si portano in due nuove cellule. ¾ Questa prima divisione si dice RIDUZIONALE , perché il numero di cromosomi di dimezza diventando aploide; ¾ nella meiosi 1 (in particolare nella PROFASE 1) avviene un fenomeno molto importante: il CROSSING OVER; ¾ alla fine della meiosi 1 si sono separati i componenti delle coppie di cromosomi omologhi e si ottengono due cellule sessuali aploidi, ma non ancora pronte per la fecondazione; =>CROSSING OVER: i cromosomi di ogni coppia di omologhi si avvicinano e si scambiano "pezzetti" di DNA MEIOSI 2 ¾ all'inizio della meiosi 2 ogni cromosoma omologo ha ancora due cromatidi fratelli uniti dal centromero; ¾ nella meiosi due si separano i cromatidi fratelli; ¾ il risultato della meiosi 2 sono quattro gameti aploidi; I CROMOSOMI SESSUALI