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1 Corso di Laurea in BIOTECNOLOGIE BIOLOGIA GENERALE (CFU 6+1) a.a. 2018/2019 docente: ViGoria InfanIno Studio: DiparImento di Scienze I piano : vigoria.infanino@unibas.it Slides: hgp://www2.unibas.it/infanino/ Libri di Testo consigliai Alberts B. " L'essenziale di biologia molecolare della cellula". Edizione Zanichelli. Becker W.M. "Mondo della cellula". Edizione Pearson Slides e appunti forniti dal docente disponibili sul sito del corso 1

2 Studiare la vita a livelli diversi Branche diverse della biologia studiano la vita a livelli diversi uilizzando una ampia varietà di strumeni. La disponibilità di nuovi strumeni fa emergere domande nuove ai ricercatori Ecologi studiano le specie nel loro ambiente naturale Ecologia - Studio a livello di: popolazione/comunità/ Anatomici e fisiologi studiano come le stru<ure degli organismi sono correlate con le loro funzioni ecosistema Anatomia e fisiologia - Studio a livello di: tessuto/ organo/organismo Biologi cellulari u@lizzano il microscopio per comprendere come le cellule funzionano Biologia cellulare - Studio a livello di: cellula 2

3 Biologi molecolari e biochimici studiano le molecole e le macromolecole che cos@tuiscono le cellule Biologia molecolare - Studio a livello: molecolare/ anatomico I biologi dei sistemi possono studiare gruppi di molecole. Il microarray mostrato nella figura analizza l espressione contemporanea di mol@ geni Biologia dei sistemi (Systems biology) - Studio a tul i livelli, quello indicato in figura è il molecolare Livelli di Organizzazione 1 atomi 2 molecole e macromolecole 3 cellule 5 organi 4 tessuti 6 organismo 10 biosfera 7 popolazione 9 ecosistema 8 comunità 3

4 La comprensione della biologia La chiave è la curiosità metodi generali 1. Scienza basata sulle scoperte 2. Dimostrazione delle ipotesi Dimostrazione delle ipotesi/metodo scienifico Cinque fasi 1. Le osservazioni vengono effe<uate in funzione del fenomeno naturale. 2. Queste osservazioni portano alla formulazione della ipotesi che cerca di spiegare il fenomeno. 3. Vengono quindi condol esperimeni per determinare se tali previsioni sono valide. 4. Vengono quindi analizzai I dai ogenui dagli esperimen@. 5. L ipotesi iniziale viene accegata o rifiutata. 4

5 Osservazione Le foglie dell acero cadono in autunno quando i giorni sono più freddi e più corti Ipotesi La minore esposizione alla luce del giorno causa la caduta delle foglie Esperimento Piccole piante di acero sono cresciute in due serre dove l unica variabile è il tempo di esposizione alla luce Gruppo di controllo: La quantità di luce rimane costante per 200 giorni Gruppo sperimentale : La quantità di luce si riduce progressivamente per 200 giorni Una analisi statistica può valutare se i dati provenienti dai campioni di controllo e quelli sperimentali risultano significativamente differenti. Nell esempio risultano tali. Conclusione L ipotesi è accettata La biologia è una scienza sperimentale Applicazione del metodo sperimentale 5

6 La biologia è una scienza sperimentale Interpretare i risultati e trarne conclusioni. Necessità di un giusto campionamento (utilità della statistica: indispensabile l analisi statistica dei dati). Avanzare una teoria (suffragata da un certo numero di ipotesi verificate) Proprietà della vita Livelli di Organizzazione Diversità -Ambien@ molto vari dove vivono organismi diversi tra loro Unità Tu<e le forme di vita a<uali manifestano un insieme di cara<eris@che comuni Basate sulla evoluzione biologica 6

7 Diversità Diversità 7

8 SeGe caragerisiche della vita 1. Cellule ed organizzazione 2. Uso dell energia e metabolismo 3. Risposta ai mutameni ambientali 4. Regolazione ed omeostasi 5. Crescita e sviluppo 6. Riproduzione Unità 7. Evoluzione biologica (a) Cellule ed organizzazione: gli organismi mantengono un ordine interno. La più semplice unità dell organizzazione è la cellula (b) Uso dell energia e metabolismo: per mantenere il loro ordine interno, gli organismi necessitano dell energia. Questa è utilizzata nelle reazioni chimiche conosciute con il nome di metabolismo (c) Risposta ai mutamenti ambientali: gli organismi rispondono ai mutamenti ambientali per promuovere la loro sopravvivenza (d) Regolazione ed omeostasi: gli organismi regolano le loro cellule ed i loro corpi per mantenere relativamente stabili le condizioni interne, questo processo è chiamato omeostasi 8

9 (e) Crescita e sviluppo: la crescita produce un maggior numero di cellule con dimensioni maggiori, mentre lo sviluppo produce organismi con un insieme definito di caratteristiche (f) Riproduzione: per mantenere la vita per molte generazioni gli organismi si devono riprodurre. Per via del materiale genetico, la progenie tende ad avere tratti simili ai genitori (g) Evoluzione biologica: popolazioni di organismi cambiano durante il corso di molte generazioni. L evoluzione induce tratti che promuovono la sopravvivenza ed il successo riproduttivo Le caratteristiche della VITA: Tutti gli esseri viventi rispondono agli stimoli - Movimento biologico 9

10 Aumento dimensione delle singole cellule Crescita ORGANISMI VIVENTI Sviluppo Aumento numero di cellule Metabolismo Risposta agli stimoli Serve per mantenere Omeostasi: stato di equilibrio interno Riproduzione Asessuata Sessuata Le caratteristiche della VITA Tutti gli esseri viventi sono composti da una o più cellule NUOVE CELLULE sono formante esclusivamente da divisioni di cellule esistenti 10

11 TEORIA CELLULARE 1665 (Hook) : creazione del primo microscopio ottico e osservazioni su sezioni di sughero utilizzo per prima volta del termine cellula (Schleiden) 1838 (Schwann): le piante e gli animali sono costituiti da cellule 1855 (Virchow): divisione cellulare Tutte queste osservazioni portarono alla formulazione della teoria cellulare, caposaldo della biologia TEORIA CELLULARE Il termine cellula fu coniato per la prima volta nel 1665 da Robert Hooke il quale osservando al microscopio ottico composto (detto così per la presenza di più lenti) uno strato sottile di sughero si accorse che tale sezione era formata da tanti comparti separati da pareti cioè piccole stanze che chiamò cellule. 11

12 L olandese van Leeuwenhoek ( ) utilizzando il microscopio semplice (costituito da una sola lente ed un ingrandimento 200x) osservò e descrisse molte specie di protozoi, alghe e batteri : I tedeschi Schleiden per i tessuti vegetali e Schwann per quelli animali enunciarono la TEORIA CELLULARE. Alcune loro concezioni si r i v e l a r o n o successivamente errate ma essi erano perfettamente scusabili. Schleiden sosteneva che la riproduzione cellulare era dovuta ad una sorta di gravidanza della cellula. Schwann riteneva invece che le cellule si originassero da pezzetti di tessuto nel liquido che si trova tra cellula e cellula. Finché nel 1859 Virchow coniò il famoso aforisma: Ogni cellula deriva da un altra cellula, valida ancora oggi. La moderna TEORIA CELLULARE può essere ricondotta a quattro affermazioni principali: 12

13 TEORIA CELLULARE 1. Tutta la materia vivente è formata da cellule 2. Tutte le cellule derivano da altre cellule 3. L informazione genetica è trasmessa da una generazione all altra 4. Le reazioni chimiche che costituiscono il metabolismo avvengono all interno delle cellule La cellula: La più piccola porzione di materia vivente dotata di tutte le caratteristiche della materia vivente medesima 13

14 Dimensioni delle cellule unità di misura internazionali Dimensioni delle cellule Le cellule hanno (quasi tutte) dimensioni molto piccole. Ad es. una cellula di E.coli ha un volume di 2x10-12 ml. Vi sono anche cellule molto grandi come ad es. l acetabularia (genere di alga unicellulare lunga 5 cm!). 14

15 Origine della specie per selezione naturale (Darwin, Wallace 1859) - Concetto unificante della biologia - Ogni membro di una specie è diverso - La prole è sovrabbondante - Competizione per le risorse - Trasmissione dei caratteri vantaggiosi Classificazione La tassonomia si occupa di raggruppare le specie sulla base di un progenitore comune 3 domini Ba<eri- procario@ unicellulari Archeaba<eri- procario@ unicellulari Eucario@- eucario@ unicellulari o pluricellulari 4 regni Pro@s@, funghi, piante ed animali 15

16 16

17 17

18 Una specie viene posizionata in gruppi progressivamente più piccoli che sono più vicini Questo metodo so<olinea l unità e la diversità di specie differen@ Esempio del giaguaro 18

19 L energia della vita 19

20 CHEMIOAUTOTROFI ricavano l energia dall ossidazione di molecole inorganiche Nitrosomonas e Nitrobacter: due generi di bageri che ricavano energia dall ossidazione dell azoto 20

21 PROCARIOTI EUCARIOTI Batteri Protisti, animali, piante e funghi Membrana cellulare Cellule piccole con interno omogeneo Cellule più grandi e con nucleo 21

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