Biologia, dal 2D al 3D

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1 Biologia, dal 2D al 3D

2 Biologia dal greco βιολογία, composto da βίος, bìos = "vita" e λόγος, lògos = che significa studio, discorso" Biologia = studio della vita o meglio degli esseri viventi, cioè della loro struttura, funzione, crescita, riproduzione, evoluzione, distribuzione, tassonomia e delle loro interazioni.

3 Scienze Biologiche Manifesto degli Studi di Scienze Biologiche I ANNO ISTITUZIONI di MATEMATICHE 6 FISICA e LABORATORIO di MISURE FISICHE 8 CITOLOGIA ed ISTOLOGIA e LABORATORIO 9 ZOOLOGIA e LABORATORIO 10 CHIMICA GENERALE ed INORGANICA e LABORATORIO 8 EMBRIOLOGIA, ANATOMIA COMPARATA e LABORATORIO 9 BOTANICA e LABORATORIO 10 Università degli Studi di Genova 17/25

4 II ANNO CHIMICA ORGANICA e LABORATORIO 8 ECOLOGIA 6 INGLESE 4 INFORMATICA 4 IGIENE GENERALE 6 CHIMICA BIOLOGICA e LABORATORIO 9 FISIOLOGIA ANIMALE e LABORATORIO 10 FISIOLOGIA VEGETALE 6 A SCELTA LIBERA 6

5 III ANNO C.F.U. BIOLOGIA MOLECOLARE e LABORATORIO 9 GENETICA 8 MICROBIOLOGIA e LABORATORIO 8 FARMACOLOGIA 6 PATOLOGIA GENERALE, IMMUNOLOGIA e LABORATORIO 6 BIOLOGIA dello SVILUPPO e LABORATORIO 6 A SCELTA LIBERA 6 TIROCINIO 8 PROVA FINALE 4

6 Ma chi sono gli esseri viventi? E come si studiano?

7 diversi tra loro per aspetto

8 e dimensione

9 ma simili come struttura e organizzazione Tutti gli esseri viventi sono costituiti da cellule; la cellula rappresenta l unità fondamentale di tutti gli esseri viventi (procarioti ed eucarioti); la cellula è caratterizzata da DNA, RNA e da una membrana che la delimita Un essere vivente è un organismo: può essere unicellulare o pluricellulare Tutti gli esseri viventi derivano da una cellula capostipite. I pluricellulari derivano da una cellula specializzata: la cellula uovo fecondata

10 L informazione contenuta nel DNA (sequenze di nucleotidi) viene trasferita nel RNA (sequenze di nucleotidi) che la traduce in proteine (sequenze di aminoacidi) Trascrizione Traduzione DNA RNA Proteina Replicazione Ma esiste anche la transcriptasi inversa!!!!

11 In un organismo unicellulare la dimensione della cellula dipende dalla quantità di DNA E la cellula uovo?

12 In un organismo pluricellulare le dimensioni dipendono dal numero di cellule che lo costituiscono. Negli organismi pluricellulari le cellule, pur avendo lo stesso DNA, hanno forma e dimensione diversa dimensioni e forma delle cellule dipendono dalla loro funzione (Differenziazione)!!!!: p.e. globulo rosso, neurone, cellula uovo e spermatozoo

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15 Metodi di Studio Metodi Fisici: elettrofisiologia, ultracentrifuga, spettroscopia etc, Metodi chimici: analisi chimica, analisi quantitative etc. Metodi informatici: gestione sequenze DNA, etc. E infine Metodi che utilizzano la

16 Che sono ovviamente quelli fondamentali per lo studio delle cellule e delle loro associazioni (tessuti e organi) e che soddisfano di più il nostro senso estetico

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18 Lo studio della Biologia ha veramente inizio con l invenzione del microscopio e con la messa a punto dei metodi che ne hanno permesso l utilizzo.

19 nome di cellule (piccole celle= piccoli spazi delimitati da pareti. cella) HOOKE 1655 Hooke con un descrive piccole cavità in sezioni di sughero dando loro il

20 1674 van Leeuwenhoek mette in evidenza e descrive i protozoi, batteri, spermatozoi, cellule del sangue...

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22 Tutto un mondo da scoprire e disegnare Limitato però ad oggetti di piccole dimensioni e trasparenti Ma questo va bene solo in pochi casi

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24 Spellatura di foglia

25 Cellule sfaldate mucosa boccale

26 Lo studio degli organismi pluricellulari e di grosse dimensioni è più complicato Un po come un libro, se lo volete leggere dovete sfogliarlo pagina dopo

27 Bisogna prelevare piccole porzioni del campione (come per biopsie), sezionarlo in sezioni sottili di pochi micron, colorarlo, avendo avuto cura che non venga rovinato da batteri o muffe, e poi osservarlo! non è facile e non è immediato La messa a punto delle tecniche ha richiesto quasi 200 anni!!!!

28 da una struttura a tre dimensioni si ottengono delle sezioni a due dimensioni. l immagine al microscopio di queste sezioni sarà diversa dall originale; ma se cambiamo il piano di sezione, l immagine che otteniamo sarà uguale o diversa?

29 A metà dell 800 le tecniche sono state messe a punto e nel 1838 Schleiden e Schwann propongono la teoria cellulare Le cellule sono provviste di nucleo e si dividono mediante mitosi. Nel 1879 Flemming descrive con grande chiarezza i cromosomi E I cromosomi sono responsabili dell ereditarietà (1902 Sutton e Boveri)

30 Inizia quindi, con il novecento, lo studio della struttura microscopica e della funzione dei diversi tipi di cellule e tessuti che vanno a formare gli organi e gli apparati dei vari organismi. Nasce l ISTOLOGIA e la FISIOLOGIA sia animale che vegetale

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32 Apice radicale di cipolla

33 Ma come sono disposti i geni nei cromosomi? Le scoperte avvengono sempre per caso. L importante è vedere, osservare e correlare. Studiando la Drosofila, Morgan nel 1911 mise in evidenza i cromosomi politenici e così vide che i geni sono disposti in maniera lineare nei cromosomi. I caratteri ereditari vengono trasmessi dai cromosomi Ma i cromosomi sono costituiti da DNA e Proteine. Chi porta i caratteri? IL DNA!!!! nel 50 Alfred Hershey e Martha Chase affermarono che era il DNA a trasmettere i caratteri eraditari prendendo in esame un Batteriofago. Era il DNA del virus infatti a causare l infezione della cellula batterica.

34 La microscopia ha risolto anche altri problemi riguardanti i cromosomi: numero, localizzazione, mutazioni, eccesso di DNA nelle femmine etc. l uso della colchicina che blocca le cellule in metafase, ha definito il numero dei cromosomi e ha permesso di vedere cellule in mitosi anche in altri tessuti oltre il testicolo!!!

35 E se poi si mettono le cellule in soluzione ipotonica i cromosomi sono più distanziati!!! 1956 Tjio JH and Levan A. The chromosome number of man. Hereditas, 1956, 42:

36 Il corpo di Barr 1949 Eterocromatina facoltativa legata al cromosoma X

37 Minni è un mosaico di gruppi di cellule in cui è attivo uno o l'altro cromosoma X X B X b (X B =black) (X b =orange)

38 Ma negli anni è stato inventato il microscopio elettronico e il microscopio a fluorescenza sono state messe inoltre a punto le tecniche di autoradiografia, immunoistochimica ibridazione in situ coltura cellulare, etc

39 Associazioni tra cellule e controllo secrezione

40 Tubulo renale di ratto acquaporina verde ATPasi rossa e dapi. Tipi cellulari diversi

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42 Prenatal Diagnosis of Anueploidies by FISH in interphase nuclei: chromosomes 13, 18, 21,

43 Ruolo di sintesi, rimaneggiamento e smistamento di proteine, non destinate al citosol, dimostrato da George Palade nel 1960 al ME. Dopo breve incubazione con AA radioattivo (3-minute label), l autoradiografia ha messo in evidenza le proteine appena sintetizzate nel RER. Dopo ulteriore incubazione con AA non radioattivo, le proteine sono rintracciabili nel golgi quindi nei granuli di secrezione

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45 Cellule in coltura, immunofluorescenza actina viola, tubulina verde, DNA giallo

46 L aspetto delle cellule cambia con i due microscopi, al ME compaiono gli organelli citoplasmatici e si possono visualizzare sintesi proteica, trascrizione etc. La risoluzione è decisamente maggiore e si vedono strutture di alcuni nanometri

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49 plasmacellula

50 Ma a cosa serve il RER? L uso della autoradiografia su sezione sottile ha messo in evidenza che il RER è sede di sintesi di proteine!!!

51 Nel 53 la doppia elica del DNA e dieci anni dopo la sua visualizzazione e quella della trascrizione e traduzione

52 E ovviamente anche negli eucarioti

53 Trascrizione di rrna