HOEPLI TEST - Teoria ed esercizi LAUREE TRIENNALI DELL AREA SCIENTIFICA

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2 HOEPLI TEST - Teoria ed esercizi LAUREE TRIENNALI DELL AREA SCIENTIFICA

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4 HOEPLI TEST - Teoria ed esercizi MANUALE DI TEORIA ED ESERCIZI LAUREE TRIENNALI DELL AREA SCIENTIFICA Per i corsi di laurea che prevedono un test di verifica delle conoscenze iniziali tra cui: BIOTECNOLOGIE INDUSTRIALI INFORMATICA - SCIENZE DELLA TERRA SCIENZE DELL AMBIENTE E DELLA NATURA SCIENZE E TECNOLOGIE CHIMICHE SCIENZE E TECNOLOGIE ALIMENTARI SCIENZE E TECNOLOGIE AGRARIE SCIENZE E TECNOLOGIE FISICHE - SCIENZE GEOLOGICHE SCIENZE MATEMATICHE - SCIENZE NATURALI SCIENZE GEOLOGICHE E GESTIONE DEL TERRITORIO CHIMICA E TECNOLOGIE SOSTENIBILI EDITORE ULRICO HOEPLI MILANO

5 Copyright Ulrico Hoepli Editore S.p.A via Hoepli 5, Milano (Italy) tel fax Tutti i diritti sono riservati a norma di legge e a norma delle convenzioni internazionali Le fotocopie per uso personale del lettore possono essere effettuate nei limiti del 15% di ciascun volume/fascicolo di periodico dietro pagamento alla SIAE del compenso previsto dall art. 68, commi 4 e 5, della legge 22 aprile 1941, n Le fotocopie effettuate per finalità di carattere professionale, economico o commerciale, o comunque per uso diverso da quello personale, possono essere effettuate a seguito di specifica autorizzazione rilasciata da CLEARedi, Centro Licenze e Autorizzazioni per le Riproduzioni Editoriali, Corso di Porta Romana 108, Milano, autorizzazioni@clearedi.org, sito web ISBN Ristampa Elaborazione dati e impaginazione: Edigeo S.r.l., Milano Stampa: L.E.G.O. S.p.A., Stabilimento di Lavis (TN) Printed in Italy

6 INDICE Prefazione VII Biologia 1 Introduzione alla biologia 3 La chimica biologica 4 La cellula 12 Il metabolismo cellulare 14 La riproduzione cellulare 19 Genetica classica 23 Genetica umana 30 Evoluzione biologica 33 La classificazione degli esseri viventi 36 Il corpo umano 43 Esercizi svolti e commentati 64 Chimica 73 Introduzione alla chimica 75 Struttura dell atomo 79 Teoria atomica. Sistema periodico degli elementi 85 Il legame chimico 94 Composti inorganici 97 Stati di aggregazione della materia 104 Acidi, basi e ph 109 Chimica organica 117 Esercizi svolti e commentati 131 Matematica 139 Introduzione alla matematica 141 Insiemi, numeri e operazioni 141 Algebra 153 Radicali 159 Equazioni 163 Disequazioni 167 Geometria nel piano 173 Geometria solida 179 Geometria analitica 182 Esercizi svolti e commentati 188 Fisica 197 Grandezze fisiche e misure 199 Vettori e operazioni fra i vettori 201 Cinematica 205 Statica 213 Dinamica 215 Termodinamica 226 Elettricità e magnetismo 240 Esercizi svolti e commentati 251 Ulrico Hoepli Editore S.p.A. Indice V

7 Ragionamento logico 261 Introduzione alla logica 263 Intelligenza e memoria 265 Analisi di problemi e Problem Solving 267 Esercizi di logica verbale 305 Esercizi di logica aritmetica 332 Esercizi di logica geometrica 344 Ragionamento logico legato al calcolo delle probabilità 357 Interpretazione di grafici e tabelle 374 Comprensione brani 393 Introduzione ai test di comprensione verbale 395 Tecniche di lettura veloce 398 Esercizi di comprensione dei brani 400 Lingua inglese 419 Richiami di grammatica inglese 421 Esercizi svolti e commentati 432 VI Indice Ulrico Hoepli Editore S.p.A.

8 PREFAZIONE L esame di Stato è certamente uno dei traguardi più significativi nella vita di uno studente e il suo superamento è la brillante conclusione di un importante ciclo di studi. Ma poiché, come recita un noto adagio, gli esami non finiscono mai, a pochi giorni di distanza dalla maturità, i neodiplomati che vorranno proseguire gli studi dovranno affrontare un altro esame legato all accesso universitario. Chi decide, infatti, di iscriversi a uno dei tanti corsi di laurea dell area scientifica deve sostenere un altra prova, una prova che per le matricole ha la peculiare caratteristica di essere a test e di carattere valutativo e non selettivo. La collana Hoepli Test fornisce a coloro che devono affrontare una prova valutativa all inizio dell anno universitario le basi e i metodi per risolvere qualsiasi tipo di quesiti, nozionistici e logici. Questo volume vi consentirà di raggiungere in breve tempo una pluralità di obiettivi: «conoscere i contenuti principali della prova di ammissione; «esercitarsi con domande che simulano quelle ufficiali; «familiarizzare con le materie specifiche della prova d esame; «sviluppare le capacità di ragionamento logico per rispondere anche a domande a prima vista impossibili; «apprendere nozioni e strategie che possono contribuire a migliorare la prestazione. Questo Manuale di Teoria ed Esercizi per l accesso ai corsi di laurea triennale dell area scientifica ha come obiettivo primario aiutare fattivamente lo studente a prepararsi per la prova di verifica delle conoscenze iniziali. Il team di esperti che collaborano alla realizzazione della collana Hoepli Test ha realizzato la parte teorica e le domande all interno di questo volume parametrando tutto secondo gli ultimi programmi d esame, cercando di riportare tutti gli esempi di domande possibili, formulate con scientificità e attenzione, analizzando e assemblando esperienze maturate in varie Università. Le sei regole d oro per affrontare i test È innegabile che una certa familiarità con i test è fondamentale per affrontare con successo una prova: chi ha già avuto esperienze di test di fatto sa cosa aspettarsi ed è più sicuro di sé rispetto a chi non ne ha avute. Si segnalano in tal senso alcuni consigli e strategie che, se ben applicati, permetteranno di migliorare la performance nello svolgimento del test ufficiale. Infatti, anche se i quesiti variano di volta in volta, la logica con cui vengono formulati è analoga. Per risolvere qualsiasi tipo di quesito è bene dunque osservare i seguenti suggerimenti pratici: 1. Considerare sempre il tempo a disposizione per la risoluzione di ogni test. 2. Evitare gli errori relativi alla non corretta interpretazione delle istruzioni iniziali. 3. Procedere con calma e metodo alla risoluzione di ogni quesito. 4. Leggere attentamente la domanda e cercare di capirne il significato. 5. Scegliere la risposta ritenuta esatta tra le alternative fornite. 6. Segnare la risposta ritenuta esatta direttamente sulla scheda delle risposte qualora vi venisse fornita. Ulrico Hoepli Editore S.p.A. Prefazione VII

9 A disposizione degli studenti, sul sito internet si trova una serie di ulteriori materiali utili alla preparazione del test: «aggiornamenti e integrazioni agli argomenti trattati; «ultime notizie su leggi e normative dei corsi di laurea a numero programmato o con test di verifica iniziale; «ulteriori simulazioni ed esercizi. Benché ogni cura sia stata messa nella realizzazione di questo volume della collana, si ringrazia fin d ora chi volesse segnalare eventuali errori e/o suggerimenti al seguente indirizzo di posta elettronica: info@hoeplitest.it. L eventuale errata corrige, costantemente aggiornata, è disponibile, per ciascuno dei libri pubblicati, sul sito VIII Prefazione Ulrico Hoepli Editore S.p.A.

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12 BIOLOGIA Introduzione alla biologia «BIOLOGIA L oggetto di studio La biologia (dal greco bíos = vita e lógos = studio ) è lo studio dei fenomeni vitali e degli organismi viventi. A proporre il termine biologia fu, ai primi dell Ottocento, Jean- Baptiste de Lamarck. La biologia comprende uno spettro molto ampio di discipline, spesso considerate tra loro indipendenti, e studia le caratteristiche fisiche degli organismi e la loro classificazione, l origine e lo sviluppo delle specie, l interazione tra più organismi e tra organismi e ambiente. Nella biologia confluiscono molte sottodiscipline, per cui essa è strutturata in vari livelli: «livello molecolare: biologia molecolare, biochimica e genetica molecolare (studio delle molecole organiche, loro struttura e loro proprietà); «livello cellulare: citologia e biologia cellulare; «livello pluricellulare: fisiologia, anatomia e istologia; «singolo organismo: ontogenia (o biologia dello sviluppo); «popolazione di organismi: genetica delle popolazioni ed etologia (comportamento e adattabilità); «livello multispecie: sistematica (paragone e classificazione di organismi viventi ed estinti); «ambiente: ecologia (studia gli ecosistemi) e studio dell evoluzione. Questo rispecchia il fatto che la materia vivente è organizzata in livelli di complessità crescente: «atomo «molecola «organulo cellulare «cellula «tessuto «organo «apparato «organismo «popolazione «comunità «ecosistema «biosfera Ulrico Hoepli Editore S.p.A. Biologia 3

13 BIOLOGIA «La chimica biologica Bioelementi e biomolecole Gli elementi chimici fondamentali nella costituzione degli esseri viventi sono chiamati bioelementi. Ossigeno, carbonio, idrogeno e azoto sono i più abbondanti, costituendo, insieme con fosforo e zolfo, oltre il 99% della massa totale della maggior parte delle cellule. Gli altri elementi essenziali, presenti in concentrazioni molto più piccole, sono il calcio, il cloro, il potassio, il sodio, il magnesio, lo iodio e il ferro. Presenti in piccolissime quantità (in tracce), sono i cosiddetti oligoelementi: rame, zinco, cobalto, manganese e fluoro. I composti contenenti carbonio vengono definiti composti organici, di cui fanno parte quelli che compongono gli organismi viventi: le biomolecole. Il carbonio svolge un ruolo essenziale nella costituzione delle biomolecole in quanto è capace di formare legami singoli, doppi o tripli stabili con altri atomi di carbonio, generando catene lineari, catene ramificate e strutture cicliche. La forma tridimensionale delle molecole organiche deriva principalmente dal loro scheletro carbonioso e dai gruppi funzionali sostituenti. Le biomolecole sono generalmente macromolecole di elevata massa molecolare, per la maggior parte derivate dalla polimerizzazione di monomeri semplici, e le classi principali sono quattro: carboidrati, proteine, lipidi e acidi nucleici. Le interazioni deboli In una soluzione acquosa sono tre i tipi di interazioni intermolecolari deboli che possono generarsi tra biomolecole: 1. legami a idrogeno; 2. interazioni idrofobiche; 3. interazioni di van der Waals. I legami a idrogeno sono legami che intercorrono fra un atomo fortemente elettronegativo (N, O o F) di una molecola e un atomo di idrogeno legato con legame covalente polare a un altro atomo elettronegativo di un altra molecola. La lunghezza media varia tra 0,26 e 0,31 nm e la forza del legame, data dall attrazione elettrostatica fra le due cariche elettriche parziali opposte, raggiunge l intensità massima se i tre atomi coinvolti sono disposti secondo una linea retta. Figura 1 Legami a idrogeno. 4 Biologia Ulrico Hoepli Editore S.p.A.

14 Gli amminoacidi e le proteine Gli amminoacidi sono costituiti di carbonio, idrogeno, ossigeno come gli zuccheri ma contengono in aggiunta anche l azoto; presentano i gruppi funzionali amminico ( NH2 ) e carbossilico ( COOH). H O H R C a NH2 O O C H C N OH H C H H CH b Figura 2 a) formula generica di a-amminoacido; b) formula spaziale dell L-alanina. Il gruppo amminico e il gruppo carbossilico sono legati all atomo di carbonio centrale detto carbonio a e nella formula generale R rappresenta il gruppo caratteristico di ogni amminoacido (radicale). Essendo legato a quattro diversi atomi o gruppi, il carbonio a degli amminoacidi e un atomo di carbonio asimmetrico. Quindi tutti gli amminoacidi, tranne la glicina, che presenta come radicale un atomo di idrogeno, presentano due forme stereoisomere speculari che vengono indicate con le lettere D ed L. Gli amminoacidi presenti in natura appartengono alla categoria L. Gli amminoacidi presenti negli organismi viventi sono 20 e possono essere suddivisi in base alla natura del gruppo radicale, che li differenzia in: «amminoacidi con radicale apolare; «amminoacidi con radicale polare; «amminoacidi con radicale con carica negativa (acidi); «amminoacidi con radicale con carica positiva (basici). Ulrico Hoepli Editore S.p.A. Biologia 5 «BIOLOGIA Le molecole che presentano questa interazione sono l acqua H 2 O, l ammoniaca NH 3 e i composti derivati come alcooli, acidi carbossilici, ammine. Le interazioni idrofobiche si originano fra le porzioni non polari delle molecole in seguito al tentativo del sistema di raggiungere la condizione di stabilita termodinamicamente piu favorevole, rappresentata dall esposizione all ambiente acquoso della minor superficie possibile di molecole idrofobiche. Le interazioni di van der Waals intercorrono fra molecole neutre, polari o apolari, le cui nuvole elettroniche si influenzino reciprocamente a causa della breve distanza che le separa. La distanza a cui attrazione e repulsione fra i due atomi sono perfettamente bilanciate corrisponde alla somma dei raggi di van der Waals dei due atomi. Tutte queste interazioni, denominate appunto deboli, sono molto meno forti di un legame covalente e sono caratterizzate da una minore stabilita, in quanto si formano e si rompono continuamente. Esse avvengono pero in gran numero e l effetto sinergico che ne deriva contribuisce significativamente alla stabilita molecolare riscontrata nei sistemi biologici, mentre la loro caratteristica di essere fluttuanti dona la versatilita e la dinamicita essenziale allo svolgersi delle principali funzioni metaboliche delle cellule.

15 BIOLOGIA «Figura 3 Formule di struttura dei 20 amminoacidi naturali. Gli amminoacidi sono gli elementi costitutivi delle proteine. Per eliminazione di una molecola di acqua (condensazione), il gruppo amminico di un amminoacido può legarsi al gruppo carbossilico di un altro. Il legame che unisce due amminoacidi prende il nome di legame peptidico. Figura 4 Formazione del legame peptidico. 6 Biologia Ulrico Hoepli Editore S.p.A.

16 L unione di due o più amminoacidi lascia alle due estremità della catena altri due gruppi (amminico e carbossilico) liberi, che possono ulteriormente reagire legandosi ad altri amminoacidi (reazioni di questo genere rientrano nella classe più generale delle polimerizzazioni per condensazione).una catena di più amminoacidi legati attraverso legami peptidici prende il nome generico di polipeptide; uno o più polipeptidi legati tra loro, a volte accompagnati da altre molecole ausiliarie, costituiscono una proteina. Tra gli amminoacidi di interesse commerciale o farmacologico ricordiamo il glutammato sodico, usato nell industria alimentare come esaltatore di sapidità, e la L-diidrossifenilalanina (L-DOPA), che è un farmaco usato per il trattamento del morbo di Parkinson. Le proteine sono composti organici complessi, costituenti fondamentali di tutte le cellule animali e vegetali. Dal punto di vista chimico, una proteina è un polimero costituito di una combinazione variabile di 20 diversi monomeri spesso in associazione con altre molecole e/ o ioni metallici. Le proteine hanno un organizzazione tridimensionale (struttura) moltocomplessaacuiè associata sempre una funzione biologica. Le proteine fibrose svolgono funzioni generalmente biomeccaniche (unghie, peli, strato corneo epidermico ecc.). Le proteine globulari sono invece coinvolte in specifiche e molteplici funzioni biologiche: sono per esempio proteine gli enzimi, i pigmenti respiratori, molti ormoni e gli anticorpi, responsabili della difesa immunitaria. Una proteina può presentare quattro livelli di struttura. La struttura primaria è determinata dalla sequenza lineare degli amminoacidi, legati tra loro dal legame peptidico, un legame covalente. Ogni sequenza di amminoacidi ha proprietà chimiche specifiche, date dalla varietà dei gruppi R, che determinano il modo in cui la catena può ripiegarsi, adottando una struttura tridimensionale stabile da cui dipende la funzionalità della proteina. «BIOLOGIA Figura 5 Struttura primaria della ribonucleasi pancreatica di bovino. La struttura secondaria è determinata da un primo avvolgimento regolare di alcuni tratti della catena polipeptidica, stabilizzato dalla formazione di legami a idrogeno tra il gruppo amminico di un amminoacido e quello carbossilico di un altro amminoacido della stessa catena. Esistono due tipi principali di struttura secondaria. 1. Struttura ad a elica, in cui la catena polipeptidica è avvoltaaformareunaspirale destrogira con i gruppi R che sporgono lateralmente. Perché si formi l a elica i Ulrico Hoepli Editore S.p.A. Biologia 7

17 BIOLOGIA «gruppi R devono essere poco voluminosi per non deformare la spirale e non ostacolare la formazione dei legami a idrogeno. Nel collagene la struttura tridimensionale è data da una tripla elica, formata da tre catene polipeptidiche avvolte l una sull altra. 2. Struttura a foglietto b, in cui tratti diversi della stessa catena polipeptidica o due catene diverse si dispongono gli uni di fronte agli altri in senso parallelo o antiparallelo, con legami a idrogeno tra il gruppo amminico di un amminoacido di una catena e quello carbossilico di un altro amminoacido dell altra catena. Sia le proteine globulari sia le proteine fibrose contengono regioni ad a elica e regioni a foglietto b, ma mentre le proteine fibrose sono spesso formate da più strutture rigide ad a elica, quelle globulari possono contenere, nella stessa catena polipeptidica, regioni ad a elica e regioni a foglietto b. Figura 6 Figura 7 Struttura terziaria di una molecola proteica. 8 Biologia Ulrico Hoepli Editore S.p.A.

18 La struttura terziaria è determinata dal ripiegamento su se stessa della struttura secondaria. Dall integrità di questa struttura dipende la forma tridimensionale della molecola, che ne determina la funzionalità. Questa disposizione nello spazio è mantenuta da complesse interazioni tra i gruppi R dei singoli amminoacidi: «legami a idrogeno; «interazioni idrofobiche tra gruppi apolari; «legami ionici tra gruppi carichi; «legami covalenti S S detti ponti disolfuro tra due gruppi R dell amminoacido cisteina. «BIOLOGIA La struttura quaternaria è quella che deriva dall associazione di due o più unità polipeptidiche, unite tra loro da legami deboli in modo molto specifico, come per esempio avviene nell emoglobina, la molecola responsabile del trasporto dell ossigeno nell organismo. Figura 8 Struttura quaternaria di una molecola proteica (emoglobina). Una proteina può perdere la propria specifica attività biologica se esposta a valori estremi di ph o di temperatura; a tali condizioni essa subisce un processo di denaturazione, reversibile o irreversibile a seconda dei casi, che consiste nella rottura dei legami deboli e nella perdita della struttura tridimensionale della proteina. Denaturare una proteina significa distruggerne la conformazione spaziale, rompendo i legami a idrogeno per mezzo di acidi, basi, calore, radiazioni o agitazione (un esempio comune di denaturazione è la cottura di un uovo nel quale l albumina, che costituisce la maggior parte dell albume, viene denaturata). Una proteina denaturata, pur mantenendo intatta la sua struttura primaria, non è più in grado di esplicare la sua funzione, a meno che non si riesca a ristabilirne la struttura terziaria. Nucleotidi e acidi nucleici Gli acidi nucleici sono macromolecole polimeriche lineari i cui monomeri sono detti nucleotidi. Gli acidi nucleici sono le molecole organiche da cui ogni organismo vivente ricava le informazioni necessarie per la sintesi delle proteine e per lo svolgimento di tutti i processi metabolici cellulari. Un nucleotide è formato di tre parti: un gruppo fosfato, uno zucchero a cinque atomi di carbonio e una base azotata. Ulrico Hoepli Editore S.p.A. Biologia 9

19 BIOLOGIA «NH 2 O HO CH 2 OH O N N HO P OH O N N OH OH H acido fosforico ribosio base azotata (adenina) Figura 9 I tre componenti del nucleotide. Con la reazione di idrolisi di un nucleotide si ottiene una molecola di acido fosforico e un nucleoside, ovvero la molecola formata dall unione dello zucchero con la base azotata. Il gruppo fosfato è uno ione dell acido fosforico (H 3 PO 4 )edèla parte del nucleotide che possiede proprietà acide (da qui il termine acido nucleico ). La base azotata è una molecola organica ad anello che ha proprietà basiche e che contiene azoto. Esistono due tipi di basi azotate: «le basi puriniche (o purine) derivano dalla purina e sono formate da due anelli condensati: sono l adenina (A) e la guanina (G); «le basi pirimidiniche (o pirimidine) derivano dalla pirimidina e sono formate da un solo anello: sono la citosina (C), la timina (T) e l uracile (U). Figura 10 Gli acidi nucleici sono principalmente DNA (acido desossiribonucleico) erna (acido ribonucleico) e sono detti polinucleotidi. Lo zucchero dell RNA è il ribosio, quello del DNA è il desossiribosio. Le quattro basi azotate sono adenina, guanina, citosina e timina nel DNA e adenina, guanina, citosina e uracile nell RNA. 10 Biologia Ulrico Hoepli Editore S.p.A.

20 «BIOLOGIA Figura 11 Molecola di desossiribosio. Nei batteri e nelle cellule di organismi superiori, sono presenti entrambi gli acidi nucleici; alcuni virus possiedono solamente l RNA (quello della poliomielite e l HIV), altri solamente il DNA. Il DNA è contenuto all interno della cellula solitamente come molecola a doppio filamento intrecciato a formare un elica; l RNA invece si trova di solito sotto forma di molecola a singolo filamento. Figura 12 La catena polinucleotidica dell RNA. Negli eucarioti, il DNA si trova nel nucleo e nel mitocondrio, mentre l RNA si trova nel nucleo, ma soprattutto nel citoplasma. Il DNA è la sede dell informazione genetica (caratteri ereditari) e il punto di partenza della loro trasmissione, mentre all RNA spettano mansioni quale la trasmissione delle informazioni contenute nel DNA verso i siti di sintesi proteica. Ulrico Hoepli Editore S.p.A. Biologia 11

21 BIOLOGIA «L RNA esiste infatti in tre varianti all interno della cellula: «RNA messaggero (o mrna), responsabile della trascrizione del codice genetico contenuto nel DNA; «RNA transfer (o trna), responsabile della traduzione in proteine dell RNA messaggero, attraverso il trasporto degli specifici amminoacidi; «RNA ribosomiale (o rrna), costituente i ribosomi deputati alla sintesi proteica. La polimerizzazione dei nucleotidi ha luogo tramite la reazione di condensazione tra lo zucchero di un nucleotide e il gruppo fosfato di quello adiacente, con formazione di un ponte fosfodiesterico. Alcuni nucleotidi svolgono anche altre funzioni, oltre a quella di componenti degli acidi nucleici; diventano, per esempio, trasportatori di energia per le reazioni chimiche negli organismi viventi. Il principale trasportatore dell energia necessaria per la maggior parte delle reazioni chimiche nella cellula è l adenosintrifosfato o ATP. L ATP è un nucleotide, formato dall esterificazione dell adenosina, nucleoside di ribosio legato ad adenina, con tre gruppi fosfato (fig. 13). È uno dei reagenti necessari per la sintesi dell RNA ma, soprattutto, è una sostanza chiave per il metabolismo energetico. Esso viene idrolizzato ad ADP (adenosindifosfato), che viene riconvertito in ATP mediante vari processi. Per formare i legami della molecola di ATP occorre energia, che viene così immagazzinata; la rottura dei legami, viceversa, libera energia utilizzabile nelle reazioni chimiche. Altre molecole trasportatrici di energia contenenti adenosina sono la nicotinammide adenin dinucleotide NAD e il flavin adenin dinucleotide FAD. N NH 2 N adenina O O O N N adenosina HO P~ O P~ O P OH OH OH O CH 2 O HOHO Figura 13 ATP: acido adenosintrifosforico. La cellula La teoria cellulare Uno dei princìpi fondamentali della biologia è la teoria cellulare, formulata nel XIX secolo da Schleiden e Schwann, che sostiene quanto segue: «la cellula è l unità di organizzazione strutturale e funzionale di tutti gli organismi viventi; «tutti gli esseri viventi sono costituiti di una o più cellule, dotate di proprietà comuni, all interno delle quali hanno luogo le reazioni chimiche tipiche di un organismo vivente; 12 Biologia Ulrico Hoepli Editore S.p.A.

22 «ogni cellula si origina da un altra cellula preesistente, poiché le cellule contengono l informazione genetica ereditaria e questa informazione presente nel DNA viene trasmessa dalle cellule madri alle cellule figlie durante la divisione cellulare. Il nome cellula fu introdotto da Robert Hooke quando, nel 1665, osservando al microscopio un pezzo di sughero, notò delle cavità simili a piccole celle, le quali rappresentavano appunto gli spazi occupati in precedenza dalle cellule ormai degenerate. Esistono organismi unicellulari (cioè organismi formati da un unica cellula), però la maggior parte degli esseri viventi è costituita di organismi pluricellulari, che contengono fino a 100 tipi differenti di cellule specializzate per svolgere funzioni specifiche. Le cellule vengono divise, in base alla presenza o meno di un nucleo e a seconda del differente grado di organizzazione, in due gruppi: «cellule procariotiche; «cellule eucariotiche. Le cellule procariotiche sono più semplici e non contengono un nucleo definito, ma presentano la molecola di DNA costituente il patrimonio genetico libero nel citoplasma. Le cellule eucariotiche hanno una struttura interna complessa, con un nucleo racchiuso in una membrana. «BIOLOGIA La cellula procariotica La cellula procariotica è la più semplice cellula esistente, e presenta le seguenti caratteristiche: «ha dimensioni comprese fra 1 10 mm(con1mm = 1/ m); «è delimitata da una parete cellulare che riveste esternamente la membrana cellulare; «il fluido contenuto all interno della membrana cellulare costituisce il citoplasma; «è priva di organuli citoplasmatici delimitati da membrana e non possiede un vero nucleo; «gli enzimi respiratori sono legati alla membrana cellulare in una struttura che prende il nome di mesosoma; «il materiale genetico consiste in una singola molecola di DNA circolare, localizzata in una zona centrale detta nucleoide, non racchiusa all interno di una membrana ma libera nel citoplasma; «nel citoplasma sono presenti i ribosomi, aggregati di RNA e proteine in cui ha luogo la sintesi delle proteine; «si riproduce asessualmente per scissione binaria. Tutti i procarioti sono organismi unicellulari. Tra i procarioti troviamo i batteri e le alghe azzurre. parete cellulare mesosoma membrana cellulare citoplasma ribosomi nucleoide con materiale nucleare Figura 14 Struttura di una cellula procariotica batterica. Ulrico Hoepli Editore S.p.A. Biologia 13

23 BIOLOGIA «La cellula eucariotica La cellula eucariotica è organizzata in maniera più complessa rispetto alla cellula procariotica. Le sue caratteristiche principali sono: «dimensioni comprese fra 10 e 100 mm; «sono presenti nel citoplasma numerosi tipi di organuli delimitati da membrane, con struttura e funzioni specifiche che permettono di svolgere le varie attività cellulari in compartimenti distinti; «è provvista di un nucleo, delimitato da una doppia membrana, che contiene il materiale genetico costituito da DNA che, complessato con proteine, costituisce i cromosomi; «presenta gli enzimi ossidanti responsabili della respirazione cellulare integrati nella membrana interna di particolari organuli detti mitocondri. Gli eucarioti possono essere sia unicellulari (protisti) che pluricellulari (piante, funghi e animali). membrana cellulare membrana nucleare reticolo endoplasmico liscio nucleolo nucleo glicogeno mitocondrio centrioli vescicola corpo di Golgi reticolo endoplasmico liscio reticolo endoplasmico rugoso ribosoma lisosoma Figura 15 Rappresentazione di cellula animale con indicazione degli organuli più significativi. Il metabolismo cellulare Metabolismo, autotrofia ed eterotrofia Si definisce metabolismo il complesso delle reazioni chimiche e fisiche che avvengono in una cellula o in un organismo. Queste trasformazioni della materia sono legate a variazioni della condizione energetica. 14 Biologia Ulrico Hoepli Editore S.p.A.

24 Il metabolismo si divide in due insiemi di processi: «anabolismo (o biosintesi): comprende tutto l insieme dei processi di sintesi delle mole-cole organiche (biomolecole) più complesse a partire da quelle più semplici o dalle sostanze nutritive; le reazioni anaboliche, per avvenire, richiedono energia, fornita loro dall idrolisi dell ATP; «catabolismo: processo opposto all anabolismo che comporta la degradazione di molecole complesse in molecole più semplici e povere di energia, liberando l energia prodotta sotto forma di energia chimica (mediante la sintesi dell ATP) ed energia termica. I processi anabolici sono dunque endoergonici (assorbono energia), mentre quelli catabolici sono esoergonici (sviluppano energia). Se i processi metabolici contengono sia una componente anabolica che una catabolica sono detti anfibolici. Gli organismi in grado di produrre sostanze organiche a partire da sostanze inorganiche semplici prelevate dall ambiente si dicono autotrofi. Essi si dividono in fotoautotrofi, che usano la luce solare come fonte di energia per produrre molecole organiche complesse a partire da acqua e anidride carbonica, e chemioautotrofi, che usano l energia liberata dall ossidoriduzione di sostanze inorganiche per sintetizzare sostanze organiche complesse. Sono organismi autotrofi tutte le piante, le alghe, sia eucariote sia procariote (alghe azzurre o cianobatteri), e molti batteri. Al contrario, gli organismi che non sono in grado di sintetizzare autonomamente molecole organiche partendo da molecole inorganiche semplici si dicono eterotrofi. Si cibano di autotrofi (consumatori primari), di altri eterotrofi (consumatori secondari), oppure di sostanza organica che ottengono da organismi viventi (parassiti) o da prodotti di rifiuto (saprofagi). Sono eterotrofi tutti gli animali (pluricellulari eterotrofi), i protozoi, i funghi e molti batteri. «BIOLOGIA Gli enzimi Gli enzimi sono catalizzatori biologici di natura proteica che aumentano la velocità (sia diretta sia inversa) delle reazioni biochimiche, senza essere consumati. Le sostanze che reagiscono grazie a un enzima sono dette substrati: il substrato si lega all enzima in un punto ben preciso, il sito attivo, inserendosi perfettamente in esso come un meccanismo di chiave-serratura (fig. 16), dando vita al complesso enzima-substrato. substrato (S) sito attivo enzima (E) complesso (ES) Figura 16 Modello chiave-serratura di Fisher. Ulrico Hoepli Editore S.p.A. Biologia 15