7
[
B I O L O G I A
7. Biologia
]
La biologia (dal greco bìos vita e lògos discorso) è la scienza della vita; essa comprende tutte le discipline che studiano la forma e la
struttura (per esempio l’anatomia e la citologia), le attività funzionali (fisiologia e biochimica) e il comportamento degli esseri viventi (etologia).
La biologia generale è, invece, una scienza di sintesi che tratta i fenomeni generali e fondamentali relativi a tutti gli esseri viventi.
In questa sezione verranno presi in esame i principali argomenti di
questa complessa materia, trattando, in particolare, la composizione
chimica degli esseri viventi, la struttura generale della cellula, il metabolismo cellulare e le nozioni fondamentali della genetica.
Livelli di organizzazione degli esseri viventi
Un essere vivente, animale o vegetale, presenta un corpo costituito
da parti facilmente rilevabili a occhio nudo per le loro notevoli
dimensioni: gli organi (per es.: il cuore in un animale e le foglie in
una pianta).
L’insieme degli organi costituisce i sistemi o apparati (per es.: l’apparato circolatorio negli animali, l’apparato fogliare nelle piante). Osservando un organo con una lente di ingrandimento esso risulta costituito da tessuti i quali, esaminati al microscopio ottico (M.O.), si rivelano costituiti da cellule.
Dall’osservazione di una cellula al M.O. si distinguono all’interno di
essa degli organelli, aventi ciascuno una funzione ben precisa.
L’esame al microscopio elettronico (M.E.) degli organelli evidenzia
che essi sono costituiti dall’aggregazione di molecole chimiche di
grandi dimensioni: le macromolecole.
109
B I O L O G I A
Le macromolecole, a loro volta, derivano dall’associazione di piccole molecole che risultano formate da atomi.
LA MATERIA E GLI ATOMI
La materia, ossia tutto ciò che esiste, è costituita da unità elementari:
gli atomi.
Un atomo è formato da un nucleo centrale contenente i protoni aventi carica positiva e i neutroni elettricamente neutri, e dagli elettroni, carichi negativamente, che ruotano vertiginosamente intorno al nucleo.
In ogni atomo il numero dei protoni è sempre uguale a quello degli
elettroni per cui esso risulta elettricamente neutro; tale numero è detto numero atomico.
Esistono poco più di un centinaio di atomi diversi, corrispondenti ad
altrettanti elementi, intendendo per elemento una sostanza costituita da
atomi uguali.
Gli atomi dei diversi elementi sono ordinati, in base al loro numero
atomico crescente, nella tavola periodica degli elementi; infatti, la legge della periodicità indica che le caratteristiche fisiche e chimiche degli elementi variano in funzione del loro numero atomico.
In un atomo gli elettroni sono disposti a strati, detti anche gusci o livelli energetici. Per ogni strato esistono diversi orbitali che rappresentano
le regioni in cui è più probabile che si trovino gli elettroni.
Il numero massimo di elettroni che può essere contenuto nello strato più esterno è di 8. Alcuni elementi, come i gas rari, si trovano in
condizioni di massima stabilità poiché presentano lo strato esterno
completo con 8 elettroni (ottetto completo). Invece, la maggior parte
degli atomi presenta lo strato esterno incompleto, cioè con meno di
8 elettroni, per cui tendono a raggiungere la condizione di stabilità
cedendo, acquistando o mettendo in comune il numero di elettroni
necessario a completare l’ottetto.
Dall’unione di due o più atomi di un solo elemento o di elementi
diversi si formano le molecole.
Un atomo che ha perso o acquistato elettroni si definisce ione: quando un atomo perde elettroni si carica positivamente e viene detto
ione positivo o catione, come per esempio lo ione sodio (Na); se,
invece, un atomo acquista elettroni si carica negativamente e viene detto ione negativo o anione, come per esempio lo ione cloro (Cl–).
110
7
Livelli di organizzazione degli esseri viventi
[
LEGAME CHIMICO
B I O L O G I A
]
Tutti gli atomi che non presentano una configurazione elettronica
(disposizione degli elettroni intorno al nucleo) stabile tendono a raggiungerla cedendo, acquistando o mettendo in comune gli elettroni
dello strato più esterno, cioè formando legami chimici.
Il legame è dunque la forza che mantiene uniti gli atomi. Si distinguono legami chimici forti e legami chimici deboli.
Tra i legami chimici forti distinguiamo:
– il legame ionico che consiste nel trasferimento di elettroni dallo strato esterno di un atomo a quello di un altro atomo;
– il legame covalente che consiste nella condivisione di una coppia
di elettroni (doppietto elettronico) tra due atomi.
Tra i legami chimici deboli distinguiamo:
– il legame dipolo-dipolo si forma tra molecole polari (cioè quelle che
presentano una carica positiva o una carica negativa) che si dispongono in modo da opporre l’estremità con carica positiva dell’una
all’estremità con carica negativa dell’altra;
– il legame di Van der Waals si forma tra molecole non polari;
– il legame idrogeno si forma tra molecole polari e precisamente tra
l’atomo H (parzialmente positivo) di un dipolo e una coppia di elettroni libera di una molecola adiacente.
COMPOSIZIONE CHIMICA DEGLI ESSERI VIVENTI
Qualsiasi essere vivente, animale o vegetale, presenta gli stessi costituenti chimici la cui proporzione può variare leggermente a seconda della specie.
Tali costituenti si distinguono in: inorganici e organici.
I costituenti inorganici comprendono: l’acqua e i sali minerali.
L’acqua (H2O) è il composto inorganico più abbondante negli organismi viventi (70-80%).
Nella cellula l’acqua è presente in due forme: libera e legata. L’acqua
libera (95%) è utilizzata come solvente per gli ioni minerali e come
mezzo disperdente delle macromolecole, ed è indispensabile per l’attività metabolica cellulare, in quanto, processi come le reazioni enzimatiche avvengono esclusivamente in un mezzo acquoso.
111
7
[
7. 1 Q U E S I T I D I B I O L O G I A
B I O L O G I A
]
TEST DI VERIFICA
S O L U Z I O N I
A
P A G I N A
1 4 9
01 La formula generale n(CH2O) indica:
■
■
■
■
a
b
c
d
un enzima
un acido nucleico
un carboidrato
un acido grasso
02 Gli steroidi sono:
■
■
■
■
a
b
c
d
lipidi
proteine
carboidrati
vitamine
03 Gli zuccheri a sei atomi di C sono detti:
■
■
■
■
a
b
c
d
saturi
esosi
pentasaccaridi
tetrasaccaridi
04 Il DNA è l’unità biochimica di tutti:
■
■
■
■
a
b
c
d
gli organismi vegetali
gli organismi animali
gli organismi viventi
non è l’unità biochimica
05 Quale fra le seguenti molecole non è contenuta nel DNA?
■
■
■
■
a
b
c
d
Ribosio
Timina
Adenina
Tutte le precedenti
06 Gli acidi ribonucleici sono costituiti da:
■ a
■ b
nucleosidi
nucleotidi monofosfato
143
B I O L O G I A
■ c
■ d
solo basi azotate
nessuna delle precedenti
07 I grassi i cui C presentano doppi legami sono detti:
■
■
■
■
a
b
c
d
saturi
insaturi
complessi
aminoacidi
08 Nel nucleo dell’atomo sono contenuti:
■
■
■
■
a
b
c
d
solo elettroni
elettroni e protoni
protoni e neutroni
protoni, elettroni e neutroni
09 Cosa indica il pH?
■ a
■ b
■ c
■ d
L’acidità o la basicità di una soluzione
Quanti fra gli idrogeni prodotti si legano con l’ossigeno per
formare H2O
Il peso degli idrogeni prodotti
La radioattività prodotta da una soluzione
10 Qual è il pH di una soluzione in cui prevale la concentrazione di
ioni OH–?
■
■
■
■
a
b
c
d
pH 7
pH 7
pH 7
pH 10
11 Il glicogeno è:
■
■
■
■
a
b
c
d
un alcool
un lipide
una proteina
un polisaccaride
12 Cos’è la citologia?
■
■
■
■
a
b
c
d
La scienza che studia le diverse specie vegetali
La scienza che studia il comportamento animale
La scienza che studia le specie animali
La scienza che studia la cellula
13 Cosa sono i procarioti?
■
■
■
■
144
a
b
c
d
Organismi unicellulari
Organismi pluricellulari
Organismi costituiti da cellule eucariotiche
Organismi costituiti da almeno due cellule vegetali
7
[
Commenti ai quesiti
di biologia
(pagina 143)
02 a Gli “steroidi” sono “lipidi”
costituiti da quattro anelli di C fusi tra
loro e legati talvolta ad altri gruppi
laterali.
03 b Tra gli esosi vi sono il “glucosio” e il “fruttosio”.
04 c Il “DNA” (acido deossiribonucleico) è un acido presente nel nucleo
cellulare; esso è formato da due catene adiacenti disposte in modo da formare una doppia elica in cui le due
catene sono unite tra loro da legami
idrogeno. Ciascuna catena è formata
dal susseguirsi di basi puriniche e pirimidiniche, acido fosforico e deossiribosio. I “cromosmi” sono pezzi di DNA.
05 a Il ribosio è lo zucchero presente nell’ “RNA”; nel “DNA” è invece presente il “2-deossiribosio”.
06 b Un “nucleotide” è l’insieme di
uno “zucchero”, una “base” e un
“acido fosforico”.
07 b Gli “acidi grassi” o semplicemente i “grassi” sono tutti composti
a catena lineare che varia da tre a
diciotto atomi di C. Gli acidi grassi
“insaturi”, come per esempio l’acido
oleico CH3(CH2)7CH CH(CH2)7COOH,
contengono uno o più “doppi legami”.
La presenza dei doppi legami abbassa il loro punto di fusione.
08 c
I “protoni” e i “neutroni” giacciono
nel nucleo dell’atomo, mentre gli
“elettroni” gli ruotano intorno.
La somma del numero dei protoni
(Z) e dei neutroni (n) è detta “numero di massa (A)”.
09 a Il “pH” corrisponde al logaritmo decimale negativo delle concentrazioni degli ioni H : “pH” “– log10
[H]”. In termini più semplici diremo
che il pH è uguale all’esponente con
segno cambiato, della concentrazione [H] espressa come potenza di 10.
Esempio:
se [H] 10–7 pH 7 (sol. neutra)
se [H] 10–3 pH 3 (sol. acida)
se [H] 10–10 pH 10 (sol. basica)
Una soluzione si definisce quindi
“neutra” quando la [H] 10–7,
“basica” [H] 10–7, “acida” se [H]
10–7.
]
01 c I “carboidrati” detti anche
“zuccheri”, “glucidi” o “saccaridi”
presentano una struttura base costituita da atomi di C a cui si legano atomi di H e O nel rapporto di 2 : 1, es.:
C6H12O6, C5H10O5.
B I O L O G I A
Soluzioni
10 c Qualora la [OH–] 10–7 (10–6,
10–5 ecc.) la soluzione è “basica” e il
pH 7 in quanto la [H] è (10–8,
10–9, ecc.). Il prodotto ionico, infatti, di
[OH–] • [H] deve sempre essere
uguale a 1 • 10–14.
Esempio:
[H] 10–8 → [H] • [OH–] 1 • 10–14 → [OH–] 1 • 10–14
––––––––––––––
1 • 10–6
1 • 10–8
quindi se [H] 10–8, la [OH–] 10–6
11 d Il “glicogeno” è un “polisaccaride di D-glucosio” con struttura
simile all’amilopectina, ma più ramificato. Si trova nelle cellule animali
(fegato e tessuto muscolare) e funge
da riserva energetica, essendo all’occorrenza capace di scindersi e liberare “glucosio”.
12 d La “citologia” è la scienza che
studia l’unità biologica più elementare, costituita dalla cellula.
13 a Si definiscono “procarioti” gli
organismi unicellulari, costituiti da
una cellula procariotica, una cellula
che non è in grado di associarsi ad
altre dello stesso tipo per formare
149
