Principi di biologia
Prof.ssa Flavia Frabetti
Tecnici di lab. 2009-10
BIOLOGIA è la scienza della vita,
che indaga le caratteristiche dei sistemi viventi
biologia animale
biologia cellulare
biologia molecolare
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Biologia
Cellulare
Moderna
Integrazione dei
contenuti
GENETICA
Evoluzione metodologie
di indagine
BIOCHIMICA
CITOLOGIA
morte
programma
interno
riproduzione
crescita e sviluppo
PROPRIETA’ COMUNI
degli
ESSERI VIVENTI
capacità di
PRENDERE,
TRASFORMARE
USARE
l’energia
dell’ambiente
esterno
ordine
adattamento
all’ambiente
omeostasi
reattività
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TEMI - TRASVERSALI
FONDAMENTALI
IN
BIOLOGIA E GENETICA
1) gerarchia dell’organizzazione
2) correlazione tra struttura e funzione
3) ricerca della unità nella diversità
4) interazione tra organismi ed ambiente
5) la base cellulare della vita
6) l’ereditarietà della informazione genetica
1. GERARCHIA DELL’ORGANIZZAZIONE BIOLOGICA
L’organizzazione biologica si basa su una gerarchia di livelli
strutturali
Dimensione
+
atomo
molecola
macromolecola
organulo
cellula
tessuto
organo
sistema/apparato
organismo
Organizzazione
+
3
2. CORRELAZIONE TRA STRUTTURA e FUNZIONE
ai vari livelli gerarchici
organismo
cellula
tessuto
organulo
molecola
3. UNITA’ NELLA DIVERSITA’
>1.500.000 specie identificate
5 Regni (1969):
Monera
Fungi
Protista
Plantae
Animalia
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PRINCIPALI CARATTERISTICHE DEI 5 REGNI
Procarioti
Monera
Protista
No
Sì
Sì
Sì
Sì
Assente
Assente in più forme
Presente
Presente
Presente
Nutrizione
Autotrofa o
Eterotrofa
Fotosintetica e/o
eterotrofa
Eterotrofa per
assorbimento
Fotosintetica
Eterotrofa per
ingestione
Movimento
Flagelli,
strisciando o no
Ciglia e flagelli,
ameboidi, fibrille
contrattili
Non mobili
Non mobili.
Ciglia e flagelli
nei gameti.
Ciglia e flagelli,
fibrille contrattili
Assente
Meccanismi primitivi
Assente
Assente
Presente, spesso
complesso
CELLULAMembrana
nucleare
Pluricellularità
Sistema
nervoso
Eucarioti
Fungi
Plantae
Animalia
Classificazione 1977: 6 REGNI
3
6
ANTENATO
COMUNE
Albero filogenetico= rappresentazione schematica bidimensionale
che mostra le relazioni di discendenza comune tra gli organismi.
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4. INTERAZIONE TRA ORGANISMI ED AMBIENTE
NON ESISTE VITA NEL VUOTO
LA CELLULA E’ UN SISTEMA APERTO
materia
energia
1. mantenimento
delle strutture
CELLULA
l’informazione
è interna
alla cellula
2. lavoro
meccanico
chimico
elettrico
rifiuti
perdita di energia
5. BASE CELLULARE DELLA VITA
La cellula è l’unità strutturale e funzionale degli organismi viventi.
Struttura minima in grado di compiere tutte le attività minime della vita.
cellula PROCARIOTA
cellula EUCARIOTA
NUCLEO
0.1-10 µm
10-100 µm
6
Le forme cellulari sono le più varie:
Le cellule
L’evoluzione ha scelto la cellula per veicolare
l’informazione. Perché?
1 cellula ⇒ tante cellule ⇒ 1 cellula ⇒tante cellule …
I 4 processi essenziali tramite i quali l’embrione è costruito sono:
proliferazione cellulare
specializzazione cellulare (differenziamento)
interazioni cellulari
movimento cellulare
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DIFFERENZIAMENTO
- Come si stabilisce un pattern di espressione genica
- Come è reso stabile ed ereditabile
- Staminalità/ meccanismi di differenziamento
ACCRESCIMENTO
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Gameti aploidi (n = 23)
CICLO
VITALE
MEIOSI
FECONDAZIONE
GONADI
Mitosi e
sviluppo
Zigote diploide
(2n = 46)
Adulti pluricellulari diploidi (2n = 46)
6. EREDITARIETA’ DELLA INFORMAZIONE BIOLOGICA
ORDINE
INFORMAZIONE
sono necessarie
INFORMAZIONI o ISTRUZIONI
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INFORMAZIONI
ISTRUZIONI
CONSERVATE
TRASMESSE
Simiglianze
notevoli
nello sviluppo
nei primi stadi
Come è organizzata l’INFORMAZIONE BIOLOGICA?
Le istruzioni biologiche sono:
il progetto interno della cellula
contenute nel DNA
in sequenze specifiche di 4 “nucleotidi” diversi
A
G
T
C
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IL DNA HA UN DUPLICE RUOLO:
DNA
1. Ereditarietà
2. Controllo
cellulare
espressione
delle informazioni:
informazioni
trasmesse alla
progenie
DNA
DNA
RNA
DNA
DNA
PROTEINE
ESPRESSIONE DELLA INFORMAZIONE BIOLOGICA
DNA
proteina
dal
progetto
alla
costruzione
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La GENETICA
è la scienza che studia le leggi dell’ereditarietà
Il significato etimologico ci riporta alla parola gene,
ed i geni sono l’oggetto di studio di questa disciplina
Che cosa rende una specie ciò che essa è?
Che cos’è che causa la variabilità interna
ad una specie?
Settori della genetica
Genetica di trasmissione o genetica classica
Genetica molecolare
Genetica di popolazione
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Escherichia coli
Saccharomyces cerevisiae
Caenorhabditis elegans
Danio rerio
Mus musculus
Drosophila melanogaster
Arabidopsis thaliana
Homo sapiens
La genomica e la genetica del futuro
Ramo della genetica che cerca di comprendere
il contenuto, l’organizzazione, la funzione e l’evoluzione
di interi genomi
Genomica strutturale > Bioinformatica
Genomica funzionale
Genomica comparativa
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LA GENOMICA
1990: lancio del PROGETTO GENOMA
1995: sequenziamento del H.Influentiae
dal 1997 al 2002: successione veloce di eventi con il sequenziamento di
S.Cerevisiae
Bacillo tubercolosi
C.Elegans
Cromosoma 22 e 21
Bozza del genoma umano
Bozza topo
14 aprile 2003:
sequenza completa, accurata dei 23
cromosomi componenti il genoma umano
Gli “OGGETTI” in studio
Proteoma
Metaboloma
Tutti i metaboliti cellulari
Genoma
Trascrittoma
Insieme di
tutte le
Tutte le molecole di RNA Tutte le proteine codificate
molecole di trascritte a partire da un
dal genoma
DNA di una genoma
cellula
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Gli “OGGETTI” in studio
INTERATTOMA
scienza: da scire = conoscere
Max Perutz, Nobel, biochimico
“fare una scoperta è come innamorarsi e, allo stesso
tempo, raggiungere la vetta di un monte dopo una
difficile scalata, è un’estasi provocata non da una
droga, ma dalla rivelazione di un volto della natura
che nessuno ha mai scorto prima”
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