Diapositiva 1 - Dipartimento di Farmacia
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Facoltà di Farmacia Corso di Laurea in Chimica e Tecnologia Farmaceutiche Insegnamento di Biologia animale e Microbiologia AA 2007 - 2008 Gli organismi viventi Tutti gli organismi viventi sono composti da cellule. Nuove cellule sono generate da cellule preesistenti. Il corpo di un animale è formato da miliardi di cellule, in questi organismi pluricellulari, i processi vitali dipendono dalle funzioni coordinate delle cellule organizzate per formare organi e tessuti e apparati. Alcune delle forme di vita più semplici sono unicellulari come i protozoi sono quindi costituite da un’unica cellula. 2 Ambiente esterno e membrane cellulari Ogni cellula è distinta dall’ambiente esterno per mezzo di una membrana plasmatica, la membrana regola una serie di fenomeni importanti per la biologia cellulare. Le cellule contengono l’informazione genetica che risiede nel DNA. All’interno delle cellule è possibile riconoscere strutture interne chiamate organelli con precise funzioni. La membrana è in grado di regolare il passaggio di materiale tra ambiente sterno e interno. 3 Gli organismi viventi Sviluppo e ambiente Gli organismi viventi si sviluppano mediante aumento del numero di cellule o delle loro dimensioni oppure di entrambi. •Alcune delle forme di vita più semplici sono unicellulari come i protozoi sono quindi costituite da un’unica cellula. •Esistono due tipi di cellule le procariotiche esclusive di forme di vita inferiori per organizzazione (batteri) ed eucariotiche per tutti gli altri organismi queste contengono organelli e nucleo delimitato da membrana. 5 Metabolismo: reazioni chimiche avvengono continuamente all’interno di ogni organismo vivente, sono reazioni essenziali per il nutrimento, per la crescita. E la trasformazione dell’energia. Per metabolismo si intendo le reazioni metaboliche che devono essere accuratamente regolate per garantire l’equilibrio interno. (omeostasi). Quando un prodotto ad esempio è in quantità sufficiente la sua produzione viene limitata. Un esempio tipico è quello del glucosio disponibile nel sangue quando il suo livello aumenta viene immagazzinato, mentre se il suo livello diminuisce viene liberato nel sangue. Tutte le forme di vita rispondono agli stimoli di natura diversa: fisici chimici provenienti dall’ ambiente esterno ma anche dall’ambiente interno. 6 Ambiente e stimoli Diversità degli stimoli: cambiamenti di colore, o intensità e direzione della luce, ma anche temperatura, pressione e suono, anche di natura chimica in relazione all’aria e all’acqua. Negli organismi unicellulari l’intero organismo è in grado di rispondere agli stimoli Tutte le forme di vita rispondono agli stimoli di natura diversa: fisici chimici provenienti dall’ ambiente esterno ma anche dall’ambiente interno 7 Gli organismi viventi Movimento e locomozione La risposta agli stimoli è talvolta il movimento a volte la locomozione In alcune forme di vita lo spostamento può essere il risultato di un movimento di tipo ameboide (scivolamento) in altre forme è l’oscillazione di piccole parti come ciglia e flagelli a determinare il movimento (i batteri utilizzano la rotazione dei flagelli). Anche le forme di vita vegetali sono in grado di rispondere agli stimoli, in relazione alla presenza di luce, acqua, etc. 9 Generazione spontanea Francesco Redi e Louis Pasteur chiarirono definitivamente i principi relativi alla riproduzione degli organismi viventi, prima di allora si credeva alla generazione spontanea Ciascun essere vivente deriva da un altro organismo vivente mediante riproduzione sessuata o asessuata L’ameba è un organismo che si riproduce in modo asessuale semplicemente dividendosi in due, dopo avere raddoppiato il suo materiale genetico La stragrande maggioranza di piante e animali si riproducono mediante riproduzione sessuale. 11 Gli organismi viventi In tutti gli organismi viventi avvengono reazioni chimiche e trasformazioni chimiche. Crescita, nutrimento, riparazioni di danni cellulari, trasformazione dell’ energia in forme utilizzabili. 12 Organizzazione biologica Livelli di organizzazione Livello chimico, con atomi, molecole e cellule. Per cellula intendiamo il componente più semplice della materia vivente in grado di svolgere tutte le unzioni necessarie per vivere. Le cellule si organizzano in tessuti che a loro volta sono integrati in organi ma un organismo è molto di più dell’associazione degli organi che lo compongono. 13 Organizzazione ecologica riproduzione La riproduzione sessuale avviene mediante cellule specializzate spermatozoi e cellule uovo che si uniscono a formare l’uovo fecondato che originerà l’individuo adulto. La prole è il prodotto dell’interazione dei due assetti genetici forniti sia dal padre che dalla madre. Le variazioni genetiche sono alla base dei processi vitali dell’evoluzione e dell’adattamento. Per adattamento si intende la capacità di una specie di evolvere (milioni di anni),e adattarsi all’ambiente che la circonda. 16 Informazione genetica L’informazione di cui necessita un organismo vivente sottoforma di impulsi elettrici o sostanze chimiche. Negli organismi che si riproducono in modo sessuato, ogni figlio è combinazione delle caratteristiche (geni) dei suoi genitori. Watson e Crick nel 1953 hanno scoperto la molecola del DNA costituita da geni alla base del materiale ereditario. La loro scoperta portò alla comprensione del codice genetico che può codificare milioni di informazioni differenti necessarie allo sviluppo dell’organismo e della sua diversità. Il DNA è un esempio dell’unicità della vita il suo modello di trasmissione dei caratteri è valido per qualsiasi essere vivente. Il DNA è il codice per la sintesi delle proteine. 17 I geni sono responsabili del controllo dello sviluppo e del funzionamento di ciascun organismo. Le proteine sono grosse molecole derivate dalla lettura del codice genetico. Le loro funzioni sono numerose e diversificate se si pensa alle cellule nervose o muscolari. Sono determinati per la struttura e funzione cellulare, trasporto, comunicazione, messaggeri chimici, ormoni. Possono regolare processi di trasformazione e sviluppo nei processi metabolici di un organismo. ormoni Informazione genetica 18 Informazione genetica Il DNA contiene la ricetta per creare tutte le proteine necessarie all’organismo, queste molecole sono importanti nel determinare struttura e funzione delle cellule e dei tessuti. Alcune proteine svolgono un ruolo importante per la comunicazione cellulare con l’ambiente esterno o fra le cellule o con l’interno cellulare. Le loro funzioni sono molte possono servire come marker per fare in modo che le altre cellule riconoscano la cellula, altre proteine disposte sulla superficie servono come recettori di segnali chimici. Possono regolare i processi di trasformazione e di sviluppo nei processi metabolici di un organismo pluricellulare. Uno dei campi di interesse è il passaggio di informazioni che riguarda le cellule del sistema immunitario. 19 Trasmissione dell’ informazione Gli ormoni sono messaggeri chimici in grado di trasmettere informazioni da una parte all’altra dell’organismo, un ormone può indurre una cellula a produrre una particolare proteina o altro. Molti organismi usano segnali elettrici per trasmettere informazioni, la maggior parte degli organismi superiori possiede un sistema nervoso in grado di trasmettere le informazioni sia sottoforma di segnale elettrico che mediante molecole dette neuro trasmettitori. Le informazioni possono essere trasmesse da un individuo ad un altro : mediante rilascio di composti chimici, stimoli sonori o visivi. La trasmissione di queste informazione fa parte della comunicazione che può essere mediata da diverse forme di comportamento. 20 La teoria dell’evoluzione è il concetto unificante in biologia, spiega come le popolazioni di organismi sono cambiate nel tempo. Elementi tipici di questa teoria sono presenti in tutti i campi della biologia. Informazione genetica 21 Specie classificazione Fino ad oggi sono state identificate 1,7 milioni di specie viventi, i biologi usano un sistema binomiale per classificare gli organismi formato da due sostantivi di cui il primo indica il genere e il secondo la specie. La sistematica è un modo per organizzare e classificare e assegnare un nome alle molteplici forme di vita. Stabilisce anche le correlazioni tra organismi differenti. La tassonomia valuta la nomenclatura e la classificazione degli organismi. La sistematica è ancora basata sull’opera del botanico svedese Carlo Linneo (XVIII° secolo). 22 Specie classificazione L’unità di base per classificare è la specie cioè un gruppo di organismi con natura struttura e funzione e comportamento simili, in natura si incrociano solo tra di loro e tutti i membri hanno un insieme comune di geni oltre che derivare da un antenato comune. Le specie strettamente correlate tra di loro costituiscono il genere, un certo numero di generi correlati costituiscono le famiglie, che a loro volta possono essere raggruppati in classi le classi in phyla e quindi in regni assegnati poi a i domini. Il sistema binomiale si basa sull’attribuzione ad ogni organismo vivente di un nome doppio in cui la prima parte indica il genere e la seconda la specie. Il nome descrive a volte una caratteristica di un particolare organismo vivente, e viene istinto in due parti una distingue il gener ela seconda la specie. 23 Specie classificazione Ciascuna categoria è più generale ed inclusiva di quella che segue DOMINIO REGNO PHYLUM CLASSE ORDINE FAMIGLIA GENERE SPECIE 24 Eucarioti Procarioti unicellulari EUKARYA EUBACTERIA ARCHAEA animali funghi archeobatteri REGNI eubatteri Antenato comune piante protisti Regno protisti La sistematica si è evoluta mediante le attuali tecnologie molecolari, i Biologi non sono in accordo su correlazione e classificazione ma molti assegnano gli organismi a tre domini e sei regni. Eucarioti uni o pluricellulari alcuni protisti sono fotosintetici protozoi alghe Muffe d’acqua protisti 26 Le piante hanno la cuticola che è una copertura cerosa per evitare la perdita di acqua ma anche stomi e gametangi Piante non vascolarizzate (muschi) Eucarioti pluricellulari in grado di svolgere attività fotosintetica Piante vascolarizzate (felci conifere piante e fiori) Muffe d’acqua piante 27 Evoluzione e teoria della selezione naturale Gli organismi possono essere assegnati a tre domini e sei regni. Ogni organismo è il prodotto dell’interazione tra i suoi geni e le condizioni dell’ambiente. Organismi appartenenti ad una sola specie identici tra loro potrebbero soccombere ad un eventuale cambiamento dell’ ambientale andando incontro all’ estinzione. Gli adattamenti sono risultato di processi evolutivi che avvengono in periodo molto lunghi e coinvolgono molti generazioni. L’evoluzione della specie fu teorizzata da Charles Darwin nel 1859, nel suo trattato l’autore formulava alcuni postulati: 28 Evoluzione e teoria della selezione naturale 1. Ogni individuo è differente dall’altro nell’ambito della stessa specie (noi sappiamo che è vero perché conosciamo la struttura del DNA). 2. Nascono più organismi di quelli in grado di sopravvivere. 3. Gli individui competono per usufruire delle risorse naturali come cibo, spazio, luce e gli individui che hanno caratteristiche vantaggiose hanno più possibilità di originare una progenie. 4. Gli individui che sopravvivono si riproducono e trasmettono le loro caratteristiche alle generazioni future. (La diversità degli individui è prodotta in maniera casuale dalle mutazioni a carico del DNA, sia fisiche che chimiche, le mutazioni sono ereditabili). 29 Si tratta di tre specie animali con un antenato comune che ha colonizzato nel corso delle generazioni tre ambienti con caratteristiche di presenza alimentare differenti. In relazione al tipo di alimentazione le specie quindi hanno sviluppato un becco dalla forma diversa. In questo caso a determinare la adattamento è stato l’ambiente, che metteva a disposizione un particolare tipo di alimentazione. Energia Per organismi autotrofi (Piante, alghe, batteri) si intendono organismi definiti produttori che sono in grado di impiegare l’energia solare come fonte di energia e materiali semplici per produrre in maniera autonoma il proprio alimento. Sono in genere fotosintetici e sono in grado di sintetizzare molecole complesse a partire da CO2 e acqua. L’energia luminosa è trasformata in energia chimica ed è accumulata nei legami chimici delle molecole dell’ alimento prodotto. L’ossigeno è un sottoprodotto della fotosintesi CO2 + acqua + E zuccheri + O2 31 GLI ECOSITEMI DIPENDONO DA UN CONTINUO APPORTO DI ENERGIA. GLI ECOSISTEMI SONO COSTIUTI DA TRE TIPI DI ORGANISMI PRODUTTORI, DECOMPOSITORI, CONSUMATORI. GLI ORGANISMI NON SONO IN GRADO DI CREARE ENERGIA, DURANTE OGNI TRASFORMAZIONE L’ENERIA VIENE DISPERSA NELL’AMBIENTE. I PRDOUTTORI (AUTOTROFI) RICAVANO ENERGIA DALLA LUCE SOLARE, MENTRE I CONSUMATORI DA DALLA DEGRADAZIOONE DI ZUCCHERI E ALTRE MOLECOLE. 32 NUTRIZIONE ALTRE ATTIVITA’ OMEOSTASI, MOVIMENTO DI MATERIALI, ACCRESCIMENTO E SVILUPPO, RIPRODUZIONE SINTESI LOCOMOZIONE Materia prima STRUTTURE E MATERIALI NECESSARI ENERGIA Carburante RESPIRAZIONE CELLULARE (Degradazione delle molecole) 33 Energia ZUCCHERI + + O2 O2 CO2 CO2 + + ACQUA ACQUA + +E E ZUCCHERI CONSUMATORI PRODUTTORI CO2 + acqua + E zuccheri + O2 Energia Per organismi eterotrofi si intendono organismi consumatori che dipendono dai produttori per cibo, energia, e ossigeno. Ricavano energia (gli eterotrofi) degradando il glucosio e altre molecole originariamente prodotte durante la fotosintesi,quando durante la respirazione cellulare si ha la rottura dei legami chimici l’energia immagazzinata viene resa disponibile per i processi vitali. Batteri e funghi sono decompositori fanno in modo che i componenti dei materiali di scarto possano essere riutilizzati. 35
