ORGANISMI UNICELLULARI

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1 CAP. 1 Concetti di base su struttura, sviluppo, riproduzione e classificazione dei vegetali e degli animali. Diversità degli organismi. Procarioti ed eucarioti. Autotrofi e eterotrofi. Concetti di base su struttura, sviluppo, riproduzione degli organismi Caratteristiche degli esseri viventi: Capacità di riproduzione: gli organismi sono in grado di dare origine ad altri organismi simili a sé stessi e di trasmettere le loro caratteristiche alla discendenza grazie alla presenza del patrimonio genetico. La riproduzione assicura la continuità della specie nel tempo. Capacità di crescita degli organismi: è la capacità di aumentare il numero delle cellule di cui il loro corpo è costituito, utilizzando le molecole contenute negli alimenti. Capacità di trasformare composti chimici attraverso processi metabolici. Il metabolismo (dal greco metabolé, trasformazione) è la totalità dei processi chimici che si verificano in un organismo. Autoregolazione: gli organismi viventi assumono, trasformano ed eliminano sostanze mantenendo un ambiente interno costante pur attraverso continue trasformazioni, cioè processi di sintesi e scissione (questo insieme di processi viene anche definito omeostasi). Capacità di movimento tipica di alcuni gruppi di organismi e in particolare degli animali. Capacità di trasformarsi in organismi diversi (evoluzione). La materia vivente si presenta sempre suddivisa in piccole unità chiamate cellule. La cellula infatti è l unità funzionale di tutti gli esseri viventi. Ogni cellula è in grado di riprodursi, crescere e rispondere agli stimoli. Si possono distinguere: ORGANISMI UNICELLULARI: cioè costituiti da una sola cellula, che deve provvedere da sola a tutte le funzioni della vita e cioè nutrirsi, riprodursi. ORGANISMI PLURICELLULARI: cioè costituiti da molte cellule che si specializzano a gruppi per determinate funzioni. Livelli di organizzazione della materia vivente Le cellule contengono strutture chiamate organuli cellulari (nucleo, mitocondri, etc.). Ciascuno di questi organuli è costituito da molecole legate fra di loro (es: proteine, acidi nucleici, lipidi etc.). Le molecole sono a loro volta costituite da atomi legati insieme e che a loro volta sono costituiti da protoni, elettroni e neutroni. 1

2 Se si parte invece dalle cellule, considerando strutture via via più grandi formate dalla loro aggregazione allora vediamo che organismi costituiti da molte cellule (organismi pluricellulari) presentano (Fig. 1.1): Tessuto: insieme di cellule dello stesso tipo o i differenti tipologie, specializzate generalmente per compiere la stessa funzione (tessuto epiteliale: tessuto costituito da cellule a contatto che rivestono il corpo e tappezzano i vasi e le cavità interne). Organo: è formato da più tessuti (Es: Lo stomaco presenta tessuti diversi: un tessuto di rivestimento interno che produce succhi gastrici e muco, un tessuto muscolare che gli permette di contrarsi, un tessuto esterno che lo collega ad altri organi). Apparato: è formato da più organi che collaborano alla stessa funzione (Es: l apparato digerente è costituito da diversi organi ---> bocca, esofago, fegato, intestino etc. tutti questi organi collaborano alla demolizione meccanica e chimica degli alimenti). Se si parte invece dagli organismi pluricellulari, considerando strutture via via più grandi formate dalla loro aggregazione allora vediamo che: Popolazione: è costituita da un insieme di individui della stessa specie che vivono in un determinato luogo. Comunità: è l insieme di individui di tutte le popolazioni che vivono in un determinato luogo. Ecosistema: comprende oltre alle comunità che vivono in un determinato luogo anche la parte abiotica (aria, acqua e suolo). 2

3 Fig. 1.1 Livelli di organizzazione (da Lawrence et al., 1996) 3

4 Classificazione degli organismi animali e vegetali Gli organismi viventi possono essere classificati sulla base di affinità morfologiche ed anatomiche e di affinità filogenetiche, cioè sulla base della loro storia ancestrale. Questo significa che organismi appartenenti allo stesso gruppo hanno una storia simile e sono più simili di altri organismi appartenenti a gruppi diversi. La categoria di livello più basso è la specie. TASSONOMIA: è un sistema che fornisce un nome agli organismi, raggruppandoli in categorie a seconda delle somiglianze e delle differenze e della loro storia evolutiva o filogenesi e dandone una descrizione. Le categorie vengono chiamate TAXA ( singolare TAXON) Ogni organismo è classificato secondo il Sistema binomio (genere e specie) fondato da Linneo. Le categorie tassonomiche principali sono: REGNO: comprendono organismi appartenenti a divisioni o phyla diversi. DIVISIONE o PHYLUM comprende organismi appartenenti a classi affini Divisione: viene usato per procarioti, alghe e vegetali. Phylum: usato per Protozoi e animali. CLASSE: comprende organismi di ordini affini. ORDINE: comprende organismi appartenenti a famiglie affini. FAMIGLIA: comprende organismi di generi simili GENERE comprende una o più specie strettamente affini. Gruppo di specie strettamente imparentate derivate presumibilmente da un antenato comune. SPECIE: è un unità naturale costituita da un gruppo di individui riproduttivamente isolati, cioè capaci di generare figli fecondi soltanto se accoppiati tra loro. ESEMPIO: nome volgare: lupo CLASSIFICAZIONE secondo il sistema tassonomico: REGNO: Animalia SUBPHILUM: Vertebrata DIVISIONE o PHYLUM: Chordata CLASSE: Mammalia ORDINE: Carnivora FAMIGLIA: Canidae 4

5 GENERE: Canis SPECIE: Canis lupus Secondo la nomenclatura binomia di Linneo il lupo viene chiamato: Canis lupus L. (Dove genere e specie vanno scritti in corsivo e seguirà, in carattere normale, l iniziale del cognome, o da parte di esso, dell autore che l ha descritto e gli ha dato per primo un nome scientifico). Classificazione biologica Principali regni in cui gli organismi sono suddivisi (Fig.1.2): REGNO PROCARIOTI o MONERA: a questo regno appartengono organismi semplici come i batteri, organismi di piccole dimensioni, tra 0,1-20µm, unicellulari, mancanti di un nucleo ben definito, cioè delimitato da membrane (presentano un nucleoide). Il loro modo di procurarsi energia per vivere e produrre le proprie molecole è vario; essi possono essere fotoautotrofi, come i cianobatteri, chemioautotrofi o eterotrofi. Fig.1.2 Classificazione dei cinque Regni (da Hickman e Roberts, 2000). REGNO PROTISTI: a questo regno appartengono organismi come le alghe e i protozoi; sono organismi eucarioti, cioè con nucleo delimitato da una doppia membrana, unicellulari o coloniali. Possono somigliare a piante, animali o funghi. Essi si distinguono in: Protozoi unicellulari le cui cellule sono simili a quelle animali. Vivono in acqua, nel terreno o all interno di altri organismi; Alghe unicellulari o coloniali, fotosintetizzanti; Muffe mucose o mucillaginose: simili a funghi. 5

6 REGNO PIANTE: Organismi eucarioti autotrofi fotosintetizzanti, pluricellulari, con cellule che presentano esternamente alla membrana cellulare la parete cellulare. REGNO FUNGHI: Organismi eucarioti eterotrofi, forniti di pareti cellulari per lo più di chitina, decompongono organismi morti e riciclano sostanze nutritizie. REGNO ANIMALI: Organismi eucarioti eterotrofi, capaci di movimento, con cellule prive di parete cellulare; si nutrono solitamente per ingestione. Sulla base del metabolismo alimentare gli esseri viventi possono essere suddivisi in : Organismi autotrofi AUTOTROFI o PRODUTTORI: Organismi che sintetizzano sostanze organiche a partire da sostane inorganiche, usando fonti di energia esterne (sole). Questi organismi non hanno bisogno per la loro nutrizione di sostanze organiche già pronte. Es: Questi organismi utilizzano la CO 2 come fonte di carbonio e la convertono, unitamente all acqua in sostanze organiche complesse. Gli organismi autotrofi possono essere suddivisi in organismi: Fotoautotrofi: se utilizzano come fonte di energia l energia solare; Chemioautotrofi: se utilizzano l energia derivante dall ossidazione di donatori inorganici di elettroni. (Alcuni batteri ottengono l energia dall ossidazione di Fe 2+ a Fe 3+ ) Organismi eterotrofi ETEROTROFI o CONSUMATORI: Organismi che devono assumere sostanze organiche già sintetizzate nell ambiente esterno per ricavarne energia e trasformarle nelle proprie molecole. Questi organismi non sono capaci di sintetizzare sostanze organiche partendo da CO 2, acqua e sali minerali, ma devono consumare sostanze organiche preformate, prodotte dagli organismi autotrofi. 1.3 Organismi procarioti ed eucarioti Tutti gli organismi sono costituiti da una o più cellule, la cellula è l unità organizzativa fondamentale della vita. In natura esistono due tipi di cellule: cellule procariotiche cellule eucariotiche per cui gli organismi si possono suddividere in organismi (Fig.1.3) : PROCARIOTI: a cui appartengono i batteri e le cianofite (dette anche Alghe Azzurre) 6

7 EUCARIOTI: a cui appartengono tutti gli altri organismi. Fig.1.3 Cellula procariotica a sinistra- e cellula eucariotica- a destra- (da Brum et al., 2000) Cellula procariotica Cellula circondata da parete cellulare Membrana plasmatica costituita da doppio strato lipidico e proteine Citoplasma contenente proteine con funzione di enzimi Presenza di ribosomi Presenta un nucleoide: regione della cellula in cui è presente un unica molecola di DNA (cromosoma), non separata dal citoplasma circostante mediante una membrana. La cellula è priva di organuli delimitati da membrana Sono cellule presenti negli organismi procarioti. Le cellule procariotiche hanno diametro compreso tra 0,2-0,3? m lunghezza 0,3-100? m. Cromosoma formato da una molecola circolare di DNA. Cellule eucariotica Manca di parete Membrana plasmatica costituita da doppio strato lipidico e proteine Citoplasma con proteine con funzione di enzimi Presenza di ribosomi Presenta un nucleo circondato da membrana. Il citoplasma presenta numerosi organuli delimitati da membrana (nucleo, mitocondri, etc) E presente negli organismi eucarioti. La maggior parte di queste cellule ha una dimensione compresa tra ? m Cromosomi formati da una molecola lineare di DNA. 7