le_molecole_della vita - Tirocinio Formativo Attivo – Area Scienze

Tirocinio Formativo Attivo classe 59
Corso di
Complementi di Scienze
A.A. 2011/2012
Michela A. Denti
[email protected]
Le molecole della vita. La cellula
Classe di concorso
CLASSE A059 – SCIENZE MATEMATICHE, CHIMICHE,
FISICHE E NATURALI NELLA SCUOLA SECONDARIA DI
PRIMO GRADO
La chimica dei processi biologici: l’acqua e i sali minerali, i carboidrati,i lipidi, gli
aminoacidi e le proteine, nucleotidi e acidi nucleici.
Biologia: i costituenti fondamentali della materia vivente; struttura e funzione delle
macromolecole.
L’organizzazione e l’espressione del genoma. I meccanismi di controllo. La sintesi
proteica.
Le cellule somatiche: struttura cellulare , metabolismo cellulare, respirazione cellulare.
Curtis Invito alla biologia.
Cap2 Le biomolecole
Cap 3 origine ed evoluzione della cellula
Cap4 struttura e funzioni della cellula
Cap 5 Comunicazione tra cellula e ambiente
Cap 6 Scambi energetici tra cellule
Cap 7 Glicolisi e respirazione
Cap8 La fotosintesi
Cap 14 Codice genetico e sintesi proteica
Cap15 Regolazione dell’espressione genica
Curtis Invito alla biologia. Blu con chimica
CapA6 Le molecole della vita
CapA7 La cellula: struttura e funzioni
Curtis Biologia, un’introduzione. Multimediale
CapB1 Le biomolecole
Cap B2 La cellula: struttura e funzioni
Cap B3 Scambi energetici nelle cellule
Mappe dei capitoli
Verifiche, test online etc
Introduction to the cell
10 µm
Dividing yeast cells. These single-celled organisms
divide rapidly by budding off new daughter cells. Yeast
has been widely exploited as a model organism, being
especially valuable for studies of the cell cycle.
An egg cell. The DNA of this single cell contains the
genetic information needed to specify construction of
an entire multicellular animal in this case, a frog,
Xenopus laevis
1 mm
L’origine della vita •  Le prime cellule si sarebbero autoassemblate spontaneamente a par$re da molecole presen$ nei mari primi$vi, dando così origine alla vita. •  Evoluzione prebiologica: secondo la teoria di Oparin dell’evoluzione chimica, la comparsa della vita sulla Terra ha portato alla formazione di compos$ complessi che si sarebbero poi combina$ dando luogo a piccoli aggrega$ deE coacerva1. 6
Cur$s et al. Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2011 Procario$ ed eucario$ Nelle cellule procariote il materiale gene$co non è racchiuso da una membrana. Nelle cellule eucariote il materiale gene$co è formato da diversi cromosomi contenu$ in uno spazio ben definito, il nucleo. 7
Cur$s et al. Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2011 DIVERSITY
a
b
c
d
(a)  Eubacteria;note dividing cells. These are Lactococcus lactis, which are used to produce
cheese.
(b) A mass of archaebacteria (Methanosarcina) that produce their energy by converting carbon
dioxide and hydrogen gas to methane.
(c) Blood cells, shown in false color. The red blood cells are oxygen-bearing erythrocytes, the
white blood cells (leukocytes) are part of the immune system and fight infection, and the
green cells are platelets that provide substances to make blood clot at a wound.
(d) Large single cells: fossilized dinosaur eggs.
e
f
g
h
(e) A colonial single-celled green alga, Volvox aureus. The large spheres are made up of many
individual cells, visible as blue or green dots. The yellow masses inside are daughter colonies,
each made up of many cells.
(f) A single neuron of the cerebellum, which can form more than a hundred thousand
connections with other cells through the branched network of dendrites. The cell was made
visible by introduction of a fluorescent protein; the cell body is the bulb at the bottom.
(g) Cells can form an epithelial sheet, as in the slice through intestine shown here. Each fingerlike tower of cells, a villus, contains many cells in a continuous sheet. Nutrients are transferred
from digested food through the epithelial sheet to the
blood for transport to other parts of the body.
(h) Plant cells are fixed firmly in place in vascular plants, supported by a rigid cellulose
skeleton. Spaces between the cells are joined into tubes for transport of water and food.
La teoria endosimbion$ca I mitocondri e i cloroplas$ derivano da procario$ primi$vi entra$ all’interno di cellule più grandi con le quali hanno stabilito una relazione simbio$ca. 10
Cur$s et al. Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2011 Eterotrofi e autotrofi Gli organismi eterotrofi ricavano da fon$ esterne l’energia e le molecole necessarie per costruire le proprie struOure. Gli organismi autotrofi sinte$zzano in modo autonomo biomolecole ricche di energia aOraverso la fotosintesi clorofilliana. 11
Cur$s et al. Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2011 Forme di vita sulla Terra In seguito alla formazione degli organismi pluricellulari, sulla Terra è comparsa un’enorme varietà di forme di vita. 12
Cur$s et al. Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2011 Capitolo A6
Le molecole
della vita
13
Cur$s et al. Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2011 TOPOLINO
8 Maggio 1994
Grazie al “gene gun”….
…i paperi si ritrovano dentro la cellula
…arrivano nel nucleo…
…ed inseriscono
i geni di loro interesse!
Il risvolto economico delle biotecnologie…
…e le quotazioni in borsa
•  La sostanziale unità del vivente…
Tutto ha avuto origine da un progenitore comune!
Il DNA è uguale per tutti…
……e il codice genetico è universale!
Le biomolecole TuE i tessu$ sono forma$ da biomolecole che sono compos$ del carbonio. 1) Carboidra8 2) Lipidi 3) Proteine 4) Acidi nucleici 25
Cur$s et al. Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2011 L’acqua Una molecola d’acqua è formata da un atomo di ossigeno e due di idrogeno, uni$ da legami covalen$. È una molecola polare, che forma legami a idrogeno con altre molecole d’acqua. Ha proprietà caraOeris$che: •  coesione; •  adesione; •  capillarità; •  calore specifico elevato. 28
Cur$s et al. Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2011 Legami deboli:
- Legami idrogeno
- Forze di van der Waals
- Legami ionici
- Forze idrofobiche
Forze di van der Waals
forze di dispersione di London
geckos La capacità dei gechi di
camminare su superfici lisce è
dovuta alle forze di van der
Waals.
Forze idrofobiche
La formazione dei polimeri TuOe le biomolecole (tranne i lipidi) sono polimeri, forma$ da monomeri. CONDENSAZIONE IDROLISI 37
Cur$s et al. Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2011 Turre le cellule contengono 4 famiglie di piccole molecole
- Zuccheri (carboidrati): fonte di energia
- Acidi grassi: componenti delle membrane
- Amminoacidi: componenti delle proteine
- Nucleotidi: componenti degli acidi nucleici (DNA ed RNA)
I carboidra$ Nelle cellule i carboidra8 hanno un’importante funzione struOurale, ma sono anche la principale fonte di energia. 39
Cur$s et al. Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2011 Vari $pi di carboidra$ 40
Cur$s et al. Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2011 Carbohydrates
Carbohydrates
Carbohydrates
Carbohydrates : the structure of glucose
In the structural formulas shown in (A), (B) and (E), the atoms are shown as chemical symbols
linked together by lines representing the covalent bonds. The thickened lines here are used to
indicate the plane of the sugar ring, in an attempt to emphasize that the -H and -OH groups are
not in the same plane as the ring.
(A) The openchain form
(B) cyclic or ring form
(C) A ball-and-stick model in
which the three-dimensional
arrangement of the atoms in
space is shown
(D) A space-filling model,
which also uses the van der
Waals radii to represent the
surface contours of the
molecule.
(E) The chair form is
an alternative way to draw
the cyclic molecule that
reflects the geometry more
accurately than the
structural formula in (B).
Carbohydrates
Carbohydrates
I polisaccaridi nelle cellule AMIDO CELLULOSA GLICOGENO 47
Cur$s et al. Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2011 I lipidi I lipidi sono molecole struOurali che si caraOerizzano perché sono: •  idrofobici; •  molecole organiche in grado di liberare energia. 48
Cur$s et al. Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2011 Fosfolipidi e cere Mol$ lipidi hanno un ruolo struIurale. 49
Cur$s et al. Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2011 Fatty
acids
A fatty acid is composed of a
hydrophobic hydrocarbon
chain to which is attached
a hydrophilic carboxylic
acid group. Palmitic acid is
shown here. Different fatty
acids have different
hydrocarbon tails.
(A) Structural formula.
(B)  Ball-and-stick model.
(C) Space-filling model.
Fatty
acids
Fatty
acids
phosphate
glycerol
Fatty acids
Fatty
Phospholipid structure and the orientation of phospholipids in
membranes. In an aqueous environment, the hydrophobic tails of phospholipids
acids
pack together to exclude water. Here they have formed a bilayer with the
hydrophilic head of each phospholipid facing the water.
Fatty
acids
Il colesterolo Il colesterolo è uno steroide, viene prodoOo nel fegato a par$re da grassi di origine animale ed è presente in mol$ alimen$. L’eccessiva presenza di colesterolo nel sangue può causare problemi di salute (come l’aterosclerosi). 56
Cur$s et al. Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2011