La biologia è lo studio scientifico della vita e delle diverse forme viventi

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1 La biologia è lo studio scientifico della vita e delle diverse forme viventi Negli ultimi decenni enorme sviluppo di questa disciplina Forte impatto sulla cultura e su vita quotidiana Ricadute su settori come medicina, alimentazione, agricoltura, rapporti sociali, psicologia, scienze forensi, etc

2 CARATTERI GENERALI DELLA MATERIA VIVENTE LE CARATTERISTICHE GENERALI DELLA MATERIA VIVENTE LA TEORIA CELLULARE APPROCCIO AI FENOMENI BIOLOGICI

3 Scala metrica µm = 10-3 mm; nm = 10-3 µm; Ǻ = 10-1 nm

4 Malgrado l enorme biodiversità, esistono proprietà comuni a tutti gli esseri viventi Ordine (esistenza di strutture ordinate) Progetto interno Regolazione (dell ambiente interno) Crescita e sviluppo (ogni organismo segue un modello caratteristico della propria specie); Uso di energia (per le funzioni vitali) Risposta all ambiente (o irritabilità ) Capacità di riprodursi Evoluzione

5 I sistemi viventi hanno un organizzazione gerarchica in cui ogni livello strutturale ha come base quello sottostante La gerarchia parte dalle molecole per arrivare agli ecosistemi e alla biosfera.

6 Le cellule rappresentano il livello più basso dell organizzazione della vita e sono organizzate in organismi uni- o pluri-cellulari. Le cellule sono le unità strutturali e funzionali di cui sono costituiti i viventi. La cellula è l unità fondamentale della vita. È infatti la struttura più semplice in grado di compiere tutte le attività richieste per la vita.

7 Gli esseri viventi si riproducono Gli esseri viventi reagiscono agli stimoli

8 I sistemi viventi contengono le istruzioni chimiche che controllano la loro struttura e funzione Il DNA contiene l informazione genetica per costruire le molecole che costituiscono cellule ed organismi. L informazione è replicata e trasmessa da una generazione alla successiva. Il DNA si trova in tutte le cellule e l informazione genetica è codificata nello stesso modo in tutti gli organismi.

9 I viventi sono impegnati in attività metaboliche Grazie al metabolismo ottengono energia dall ambiente crescere riprodursi e la usano per sintetizzare molecole mantenere ordine interno ecc.

10 Gli organismi e i loro ambienti formano reti interconnesse O 2 CO 2 CO 2 Ogni organismo interagisce con l ambiente in cui vive formando una rete complessa di relazioni che collegano tra loro gli esseri viventi ed il loro ambiente. Gli ecosistemi cono caratterizzati da: H 2 O -Riciclo di materia: trasferimento delle sostanze nutritive chimiche dall atmosfera e dal suolo, ai produttori, ai consumatori, ai decompositori e indietro all ambiente. -Flusso di energia: gli ecosistemi ricevono energia dal sole e la trasformano in energia chimica; fluisce attraverso il sistema trasformandosi in attività cellulari parte di essa è dispersa nell ambiente come calore (flusso a senso unico).

11 Le forme di vita si possono classificare in 3 domini tre grandi categorie tassonomiche : Eubacteria (eubatteri) procarioti Archeabacteria (archebatteri o archei); Eukarya, il dominio degli eucarioti, suddiviso nei 4 regni dei protisti,funghi, piante animali. Eubacteria SEM 3250 Protista Fungi Archebacteria SEM Plantae Animalia

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13 LA TEORIA CELLULARE CELLULA UNITA FONDAMENTALE MATERIA VIVENTE Membrana plasmatica Citoplasma DNA

14 LA TEORIA CELLULARE ORGANISMI MONOCELLULARI PROCARIOTI EUCARIOTI Accrescim.e divis. Accresc. e moltipl.org. PLURICELLULARI COSTITUITI DA CELL.EUCARIOTICHE (da poche unità a ) Differenziamento Cellulare Riproduzione Sessuata gameti zigote

15 Cellule procariotiche e cellule eucariotiche Tratti comuni: DNA come materiale genetico, citoplasma racchiuso da membrana Differenze: dimensioni, grado complessità, presenza nucleo, organelli e compartimentazione interna

16 Batteri con pilum sessuale

17 Procarioti con sistema di membrane

18 Micoplasmi: cellule procariotiche completamente prive di parete Cellule procariotiche Batteri GRAM + (ac. Teicoico) Batteri GRAM (lipopolisaccaridi e proteine) Tutte contengono una parete cellulare costituita per lo più da peptidoglicani (N-acetil glucosamina e N-acetil muramico)

19 Cellula eucariotica animale Nelle cellule eucariotiche si evidenziano le compartimentalizzazioni

20 Cellula eucariotica vegetale

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22 Strutture presenti nelle cellule eucarioti (protozoi e metazoi) procarioti (batteri) cromatina si si membrana plasmatica si si membrana nucleare si no ribosomi si si mitocondri o cloroplasti si no apparato Golgi si no reticolo endoplasmico si no lisosomi e perossisomi si no citoscheletro si no

23 Procarioti ed eucarioti differiscono per molti aspetti: Presenza o assenza di un nucleo circondato da membrana Uso delle membrane interne per separare le funzioni Tubuli e filamenti In cellule eucariotiche: Microtubuli delle ciglia e dei flagelli Microfilamenti di actina delle fibre dei muscoli e di altre strutture coinvolte nella motilità Filamenti intermedi (particolarmente diffusi nelle regioni cellulari soggette a stress) Microtubuli, microfilamenti e filamenti intermedi costituiscono anche il citoscheletro Esocitosi e d endocitosi Organizzazione del DNA: La maggior parte delle cellule eucariotiche contengono almeno 1000 volte più DNA di E. coli Nelle cellule eucariotiche il DNA è organizzato in cromosomi Segregazione dell informazione genetica: Cell. Procariotiche: scissione binaria Cell. Eucariotiche: mitosi e meiosi Espressione del DNA: maturazione RNA in eucarioti

24 L ambiente intracellulare è acquoso (citosol) Stabilizzato dal citoscheletro Il citoplasma Il citosol = 50% membrana plasm. Cambia assetto durante il ciclo cell. Le fibre si estendono dalla membrana plasm. al nucleo Alcune ancorano la cell. a strutture extracell.

25 APPROCCIO AI FENOMENI BIOLOGICI Eseguire le prime osservazioni Formulare un ipotesi verificabile Prendere come riferimento le conoscenze già esistenti Progettare un esperimento controllato Raccogliere i dati Interpretare i risultati Ricavare delle conclusioni ragionevoli

26 Procarioti ed eucarioti, pur mostrando notevole differenza di complessità strutturale, condividono le stesse basi molecolari: entrambi usano il DNA come materiale chimico per costituire i geni, le unità discrete dell informazione ereditaria. Solo in alcuni virus il materiale genetico è l RNA

27 Virus: Virus: aggregati molecolari! Viroidi: piccole molecole di RNA circolare ( nucleotidi), probabilmente passano da una cellula vegetale all altra quando le superfici adiacenti sono danneggiate. Prioni: particelle infettive proteiche (mucca pazza); versioni strutturali anomale delle normali proteine della cellula; forse la proteine colpisce i recettori in grado di ricevere i segnali nervosi.

28 I virus sono parassiti cellulari: Organizzazione semplice: acido nucleico (DNA o RNA) + rivestimento Sopravvivenza e riproduzione dipendono dalle cellule infettate non sono veri organismi viventi Testa Coda Fibre della coda DNA Virus batterico a DNA Proteine RNA Involucro esterno RNA Rivestimento proteico Virus vegetale a RNA Estroflessione glicoproteica Virus animale ad RNA

29 L evoluzione è il concetto che unisce tutti campi della biologia Unità e diversità si spiegano con l evoluzione: la vita evolve di continuo e tutti gli organismi sono imparentati tra loro Esiste una sorprendente unità soprattutto nei livelli gerarchici più bassi dell organizzazione biologica (es DNA e codice genetico, sistemi biochimici, etc).

30 CARATTERISTICHE GENERALI DELLA MATERIA VIVENTE ADATTAMENTO ALL AMBIENTE EVOLUZIONE: LAMARCK AMBIENTE ORGANISMI GENERAZIONI SUCCESSIVE modificazioni trasmissione DARWIN MUTAZIONI GENETICHE CASUALI Individui avvantaggiati o non nell AMBIENTE Selezione Naturale

31 Il naturalista inglese Charles Darwin pubblicò uno dei libri più importanti e controversi mai scritti (L origine delle specie per selezione naturale) in cui propose la teoria della selezione naturale. (1) Popolazione con varie caratteristiche ereditarie 1 (2) Eliminazione degli individui con certe caratteristiche 2 (3) Riproduzione degli organismi sopravvissuti 3 La selezione naturale è un meccanismo di «rielaborazione» che si verifica quando le popolazioni o gli organismi, con variazioni ereditabili, vengono esposti a fattori ambientali che favoriscono il processo riproduttivo di alcuni individui rispetto ad altri.

32 Evoluzione biologica (Darwin e Wallace) 1) Gli organismi viventi danno origine a molti discendenti 2) Le variazioni ereditabili fanno sì che alcuni individui competano con più successo per cibo, spazio e accoppiamento 3) Gli individui di successo (fitness) trasmettono i loro tratti alla generazione successiva 4) I tratti di successo diventano più comuni, quelli sfavorevoli meno comuni popolazione in continuo cambiamento BIODIVERSITA L evoluzione dipende dalla variabilità del DNA (mutazioni)

33 Tutti gli organismi mostrano adattamenti, cioè caratteristiche che si sono evolute mediate la selezione naturale. Orca Pangolino Esiste anche la selezione artificiale, operata dall uomo: es. razze canine, varietà di ortaggi Problemi legati alla selezione naturale: la diffusione della antibiotico resistenza, soprattutto in ambiente ospedaliero

34 Forma e struttura del becco degli uccelli riflettono l adattamento ad uno specifco tipo di alimentazione

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