RIPASSO “Biologia” Prof.ssa Flavia Frabetti.

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1 RIPASSO “Biologia” Prof.ssa Flavia Frabetti

2 PROPRIETA’ COMUNI degli ESSERI VIVENTI
riproduzione morte crescita e sviluppo capacità di PRENDERE, TRASFORMARE USARE l’energia dell’ambiente esterno PROPRIETA’ COMUNI degli ESSERI VIVENTI programma interno ordine reattività adattamento all’ambiente omeostasi

3 TEMI TRASVERSALI FONDAMENTALI IN BIOLOGIA
1) gerarchia dell’organizzazione 2) correlazione tra struttura e funzione 3) unità nella diversità 4) interazione tra organismi ed ambiente 5) base cellulare della vita 6) ereditarietà della informazione genetica

4 GERARCHIA DELL’ORGANIZZAZIONE BIOLOGICA
3- Tessuto 6- Organismo 5- Sistema 4- Organo 1- Molecola 2- Cellula

5 BASE CELLULARE DELLA VITA
La cellula è l’unità strutturale e funzionale degli organismi viventi. Struttura minima in grado di compiere tutte le attività minime della vita. cellula EUCARIOTA cellula PROCARIOTA

6 Teoria cellulare (Schleiden e Schwann 1839 Virchow 1859):
1. tutti i viventi sono costituiti di cellule 2. le cellule sono unità in cui avvengono i processi vitali 3. “Omnis cellula e cellula”, ogni cellula deriva da un’altra cellula, capacità riproduttiva Weismann 1880 Importante corollario: tutte le cellule viventi hanno una origine in comune Teoria cellulare Schleiden botanico tedesco Theodor Schwann, a German cytologist and physiologist Vircow era un medico patologo che per primo studiò le cellule patologiche al microscopio Weismann: biologo tedesco, secondo grande teorico dell’evoluzionismo del 19° sec. dopo Darwin ( ). Il primo a parlare di cellule somatiche e germinali distinguendole Rifiutare la teoria della generazione spontanea o abiogenesi (Aristotele): Redi Spallanzani brodo sigillato e bollito: obiezione perde il fluido vitale Pasteur : con il famoso La cellula come UNITA’ CONCETTUALE dei viventi come l’atomo lo è della materia

7 Strutture Funzioni Unità Diversità
ORDINE ED ORGANIZZAZIONE STRUTTURALE Strutture Funzioni Unità Diversità Una struttura non è una realtà statica e definita nel tempo: continua trasformazione INTEGRAZIONE FUNZIONALE TRA LE PARTI Cellule diverse per: Posizione reciproca degli organuli Dimensioni e volume occupato Numerosità relativa degli stessi

8 Le forme cellulari sono le più varie:

9 L’evoluzione ha portato ad organismi pluricellulari
Ciò ci fa ragionare su: 1) natura modulare degli organismi 2) presenza di una copia del patrimonio genetico in ogni cellula dell’organismo Azione modulare a tutti i livelli: molecole (es.azione di complessi multiproteici), Tessuti fatti di più cellule, organismo fatto da più cellule NATURA INTRENSECAMENTE MODULARE DELLA VITA: LE CELLULE OGNUNA CON UNA COPIA DEL GENOMA IL ciclo di un individuo passa attraverso 1 cellulatante cellule una cellula cellule e così via La struttura pluricellulare è utile in tante situazioni: si possono perdere un certo numero di cellule senza mettere a repentaglio l’individuo. Alcune cellule logorate possono essere ripristinate in modo autonomo La fase di accrescimento può non turbare il piano generale del corpo Per motivi simili le macchine sono di norma costruite sulla base di un piano modulare, ma nessun congegno porta in sé, nei singoli moduli, le istruzioni per mantenersi e funzionare Consentire una selettività/specificità nei contenuti Incredibile grado di conservazione in strutture e meccanismi Confinare i processi metabolici differenti e le proteine in compartimenti diversi: compartimenti specializzati ed integrazione tra essi Consentire l’azione localizzata di complessi multienzimatici dinamici

10 Le cellule si sono originate grazie alla formazione di membrane

11 Membrane biologiche Importanza biologica Definizione: “Pellicola oleosa sottilissima” Membrana plasmatica Membrane interne 1) Concetto di membrana: importanza biologica teoria cellulare rottura della simmetria 2) Definizione: pellicola oleosa sottilissima Osservare spessore doppio strato lipidico ca. 5nm (50 atomi) 3) Organizzazione: Membrana plasmatica Membrane interne 4) Unità nella diversità Unità nella diversità

12 Struttura e funzione

13 Struttura: modello a mosaico fluido - Cosa significa?
A) Fluidità delle membrane sistema dinamico B) Le membrane sono MOSAICI strutturali e funzionali Le proteine delle membrane sono di diversi tipi e quindi con funzioni diverse

14 Mantenere una permeabilità altamente selettiva
Trasporto regolato in modo attivo Trasporto di membrana molecole piccole molecole grosse trasporto passivo trasporto attivo (con pompe o cotrasportatori) endocitosi esocitosi diffusione semplice diffusione facilitata (da canali o permeasi)

15 Tutte le caratteristiche di una cellula dipendono
dalle molecole che contiene

16 cellula organuli strutture sopra-molecolari macromolecole molecole organiche piccole

17 COSTITUENTI CHIMICI DELLA CELLULA INORGANICI ACQUA SALI MINERALI ORGANICI GLUCIDI LIPIDI PROTEINE ACIDI NUCLEICI - DNA - RNA

18 Cellula batterica PROTEINE (15%)

19 ? POLIMERI = grandi molecole costituite dall’unione di
molte subunità identiche o simili MONOMERI ENORME VARIABILITA’ nella cellula, tra cellule, tra individui, tra specie ? pochi monomeri di base (40-50 tipi) varia la SEQUENZA per grandi lunghezze variabilità potenziale infinita logica: piccole molecole comuni a tutti gli organismi ordinate a formare macromolecole peculiari

20 Polimero NON INFORMATIVO
POLISACCARIDE come il glicogeno GGGGGGGGGGGG POLIMERO INFORMATIVO PROTEINE ed ACIDI NUCLEICI ARPE RAPE PERA

21 PROTEINE dal greco “al 1° posto”
più del 50% del peso secco degli organismi viventi molecole informazionali, polimeri di aminoacidi molecole estremamente varie dal punto di vista funzionale NH3+ COO- H R C gruppo aminico carbossilico catena laterale La funzione di una proteina dipende dalla specifica CONFORMAZIONE NATIVA

22 FUNZIONI DELLE PROTEINE
STRUTTURALI CONTRATTILI DI TRASPORTO DI DIFESA ENZIMATICHE ORMONALI RECETTORIALI

23 acido desossiribonucleico
ACIDI NUCLEICI DNA RNA DNA acido desossiribonucleico RNA acido ribonucleico = POLIMERI DI NUCLEOTIDI P ZUCCHERO PENTOSO BASE AZOTATA 1’ 2’ 3’ 4’ 5’

24 Le istruzioni biologiche (o progetto interno della cellula)
sono contenute nel DNA. L’informazione biologica è contenuta in una sequenza di 4 nucleotidi entro la molecola di DNA A G T C In analogia all’alfabeto e ai messaggi verbali: ARPE RAPE PERA con 4 lettere ottengo, dalle diverse sequenze, diversi significati!

25 Nel “libro” DNA, le pagine sono scritte in codice
TTAGCACTACCGTATTTGCGCATTACCAGATTAGAGAAATGCTAGTCGATCTATCGATCGGCTATTCGCAAAGCTGCGCGACTGCGATGCGCTAGCATGCGATTCGCGATCGCCGAGCGCTCGCGAGCGCGCTAGCGGAATACTATATAGCGCGGATCAGTCTAGATCTATGAGATCGATAGCGATCTAGAGATAGGATCGAGATCGAGGCGAGATCATATGAGCGCGGCTATTTAGGCTTAGAGGATTCGGAGATTCGGAGCTTAGGATTACAGAGAGCTTCTTAGGCGCTCCCGGTATCGCTCCCATCCCATATTAAAATCTATCGATCGAGCTCTCCAATGCGATCGATAGGACTAGTAGCTAGCTAGCTGAGCATGATAGGCTCGATGAGCATGAGATGCATGTACGACTGCATAGGCATGACTGATCGACTGCATCATGACGCATGACTGCATGCATGACTGCATATGACGGACTCGCATTAGCACTACCGTATTTGCGCATTACCAGATTAGAGAAATGCTAGTCGATCTATCGATCGGCTATTCGCAAAGCTGCGCGACTGCGATGCGCTAGCATGCGATTCGCGATCGCCGAGCGCTCGCGAGCGCGCTAGCGGAATACTATATAGCGCGGATCAGTCTAGATCTATGAGATCGATAGCGATCTAGAGATAGGATCGAGATCGAGGCGAGATCATATGAGCGCGGCTATTTAGGCTTAGAGGATTCGGAGATTCGGAGCTTAGGATTACAGAGAGCTTCTTAGGCGCTCCCGGTATCGCTCCCATCCCATATTAAAATCTATCGATCGAGCTCTCCAATGCGATCGATAGGACTAGTAGCTAGCTAGCTGAGCATGATAGGCTCGATGAGCATGAGATGCATGTACGACTGCATAGGCATGACTGATCGACTGCATCATGACGCATGACTGCATGCATGACTGCATATGACGGACTCGCATTAGCACTACCGTATTTGCGCATTACCAGATTAGAGAAATGCTAGTCGATCTATCGATCGGCTATTCGCAAAGCTGCGCGACTGCGATGCGCTAGCATGCGATTCGCGATCGCCGAGCGCTCGCGAGCGCGCTAGCGGAATACTATATAGCGCGGATCAGTCTAGATCTATGAGATCGATAGCGATCTAGAGATAGGATCGAGATCGAGGCGAGATCATATGAGCGCGGCTATTTAGGCTTAGAGGATTCGGAGATTCGGAGCTTAGGATTACAGAGAGCTTCTTAGGCGCTCCCGGTATCGCTCCCATCCCATATTAAAATCTATCGATCGAGCTCTCCAATGCGATCGATAGGACTAGTAGCTAGCTAGCTGAGCATGATAGGCTCGATGAGCATGAGATGCATGTACGACTGCATAGGCATGACTGATCGACTGCATCATGACGCATGACTGCATGCATGACTGCATATGACGGACTCGCA GENE Nel “libro” DNA, le pagine sono scritte in codice Oggi si conviene che questo testo non sia di semplice lettura e possa contenere più codici di cui siamo ancora all’inizio nella interpretazione Una pagina molto interessante della storia della biologia/genetica è stata quella di interpretare il codice genetico: 1964. Ma oggi trapelano altri codici altri sistemi superiori che possono poi materialmente organizzare la lettura di questo testo e di questi ne parleremo molto sia in biologia che in genetica.

26 L’informazione genetica?
Dove è scritta l’informazione genica: DNA Cromatina / cromosomi Nucleo eucariotico Come è organizzata l’informazione genica: Genoma Geni - come concetto - “struttura del gene eucariota tipo” Come si esprime l’informazione genica: Trascrizione e Traduzione Codice genetico Meccanismi di CONTROLLO della espressione genica

27 nel DNA sono codificate le istruzioni che programmano
filamento di DNA doppia elica di DNA doppio filamento di DNA costruzione del nucleotide nel DNA sono codificate le istruzioni che programmano tutte le attività cellulari COMPLEMENTARIETA’ DELLE BASI Struttura e funzione

28 NUCLEO Lamina cromatina nucleare cromatina reticolo endoplasmatico
nucleolo m. nucleare interna m. nucleare esterna

29 CROMATINA La cromatina è un complesso tra DNA eucariotico e proteine. Le proteine principali sono gli istoni Il grado di condensazione varia durante il ciclo vitale della cellula, nucleo interfasico: Eucromatina Eterocromatina

30 core = ottamero istonico fibre di cromatina di 30 nm: nucleosomi
breve regione di DNA scaffold proteico cromatina a “collana di perle” core = ottamero istonico fibre di cromatina di 30 nm: nucleosomi impaccati domini ad ansa legati ad un supporto proteico nucleosoma IL livello di ripiegamento successivo a quello della fibra a30nm è rappresentato da un ripiegamento della struttura in DOMINI AD ANSA Che mostrano una lunghezza media di bp. Questa struttura è stabilizzata dall’aggangio ad uno scaffold (IMPALCATURA) di proteine al quale sono legate le anse riavvolgimento ulteriore cromosoma in metafase

31 Eucromatina attivamente espressa cioè trascrivibile Eterocromatina inattiva cioè non trascrivibile Può essere però di 2 tipi: costitutiva sequenze mai trascritte facoltativa sequenze non trascritte in alcune cellule, varia secondo l’attività trascrizionale del tipo cellulare.

32 Come è organizzata l’informazione?
Una enorme quantità di informazione dentro ad ogni singola cellula: il GENOMA Aprendo ogni libro si trovano brani così scritti: …..ATCCGAGCTTTACGTACGGTTACCGGATCGAGCATACT……

33 il complesso dell'informazione genetica di una cellula
Genoma il complesso dell'informazione genetica di una cellula la massa totale del DNA cellulare il patrimonio ereditario dell'organismo a cui appartiene

34 Organizzazione generale
del genoma umano Il genoma umano è distribuito in cromosomi: 22 AUTOSOMI 1 ETEROCROMOSOMA (X o Y) Corredo aploide bp ovvero 3,2 Gbp Contenenti, si stima, circa geni

35 UNA REGIONE DI DNA TRASCRITTA
Gene - come concetto GENE IL GENE È UNA REGIONE DI DNA TRASCRITTA

36 Gene - struttura ESONI (in giallo), intervallate da lunghi INTRONI (in grigio) PROMOTORE DNA TATA E 1 I 1 E 2 I 2 E 3 -25 +1 Trascritto Primario o pre-mRNA Esone 1 Esone 2 Esone 3 AUG UGA mRNA AUG UGA 5’ UTR 3’ UTR Proteina NH2 COOH

37 Immagine mentale della attivazione dei geni lungo il DNA:
I geni lungo il DNA sono come “luci di Natale” lungo la matassa dei fili: si accendono e si spengono ad intermittenza e con una intensità che va da MASSIMA luminosità a MINIMA luminosità e può essere modulata cioè regolata

38 DNA 1. Ereditarietà 2. Controllo cellulare IL DNA HA UN DUPLICE RUOLO:
informazioni trasmesse alla progenie espressione delle informazioni: DNA RNA PROTEINE DNA DNA

39 unità responsabili delle caratteristiche ereditarie.
I geni sono le unità responsabili delle caratteristiche ereditarie. Un carattere è in generale un aspetto dell'oggetto che osserviamo. Desamparados-“Abbandonati” Picasso, 1917

40 Che ruolo assolve l’RNA nel flusso di informazione genetica dal
DNA alle proteine? Esemplificazione del flusso di informazione genetica: DNA RNA proteine replicazione o duplicazione trascrizione della informazione traduzione

41 ESPRESSIONE DELLA INFORMAZIONE BIOLOGICA
DNA dal progetto alla costruzione proteina

42 ESPRESSIONE della INFORMAZIONE GENETICA
L’informazione genetica, contenuta nel DNA, ha lo scopo di: 1) mantenere lo stato vitale (strutture e funzioni) 2) realizzare l’adattamento (risposta ad un cambiamento) 3) determinare il differenziamento (specializzazione di strutture e funzioni)

43 Sintesi delle proteine
1. Trascrizione Sintesi delle proteine 2. Traduzione tRNA rRNA mRNA

44 Direzione della trascrizione
PROMOTORE Promotore RNA polimerasi Direzione della trascrizione

45 Codice genetico è un codice a triplette dette “codoni”
43=64 codoni in totale codice genetico anni ‘60

46 Inizio sintesi proteica
Met Inizio sintesi proteica Met Ser 5’ AUG 3’ mRNA Allungamento sintesi proteica Met-Ser Met-Ser-Pro- Thr Pro 5’ 3’ mRNA Terminazione sintesi proteica NH3 COO- Met-Ser-Pro-Thr STOP! 5’ UGA 3’ mRNA

47 “Ciclo cellulare” o ciclo di divisione cellulare
ciclo riproduttivo della cellula cioè la sequenza ordinata di eventi per cui una cellula duplica il suo contenuto e si divide Negli organismi pluricellulari avviene per consentire: 1) sviluppo dalla prima cellula (zigote), 2) rinnovamento delle cellule che muoiono nell’adulto 3) riparazione a eventi accidentali di perdita cellulare

48 Descrizione del ciclo di divisione cellulare
6 - 8 ore 8-10 ore 4 - 6 ore La fase G1: fase di maggior durata (10-11 ore in media) la cellula controlla ambiente est. e proprie dimensioni controllo importante, prima dell’ingresso in S punto di restrizione (o START!) oltrepassato il quale la cell. si divide.ù Fase S (o di sintesi): in media dura 7-9 ore attività preminente la duplicazione del DNA la sintesi proteica è limitata alle proteine della cromatina Fase G2 (o gap2, intervallo 2): in media dura 3-4 ore intervallo di sicurezza per verificare se la duplicazione sia avvenuta e sia stata completata Interfase = G1+S+G2 min Mitosi (M) è il processo di divisione nucleare che ultima con la citocinesi o citodieresi ovvero la divisione del citoplasma

49 M FASE S Sintesi o duplicazione del DNA
Replicazione del DNA o duplicazione del DNA, meccanismo atto a mantenere invariato il patrimonio informativo ed è indispensabile premessa di ogni processo di divisione cellulare.

50 Avviene sulla base della complementarietà delle basi
DUPLICAZIONE DNA A C G T T G C A Avviene sulla base della complementarietà delle basi Meccanismo molecolare SEMICONSERVATIVO A C G T T G C A A C G T T G C A

51 Cosa sono i cromosomi? Molecole di DNA!
dicromatidici DUPLICAZIONE DEL DNA Dimensioni medie: 2nm diametro 8 cm lunghezza Li vediamo solo quando: 1 µm di diametro alcuni µm di lunghezza

52 2n 23 23 Con eccezione delle cell. germinali, le cellule umane hanno
CORREDO CROMOSOMICO DIPLOIDE CON DUE SERIE DI CIASCUN CROMOSOMA 2n Con eccezione delle cell. germinali, le cellule umane hanno due copie di ognuno dei cromosomi: uno di origine materna ed una di origine paterna 23 coppie di cromosomi 46 cromosomi Corredo cromosomico DIPLOIDE

53 DA 1 CELLULA SI OTTENGONO 2 CELLULE GENETICAMENTE
DIVISIONE CELLULARE MITOSI CELLULE SOMATICHE 2n CORREDO CROMOSOMICO DIPLOIDE 2n CORREDO CROMOSOMICO DIPLOIDE DA 1 CELLULA SI OTTENGONO 2 CELLULE GENETICAMENTE UGUALI TRA LORO E ALLA CELLULA MADRE

54 RISULTATO DELLA MEIOSI:
MEIOSI I Profase Metafase Anafase Telofase citodieresi 2n CELLULA DIPLOIDE DIVISIONE RIDUZIONALE n MEIOSI II Profase Metafase Anafase Telofase citodieresi DIVISIONE EQUAZIONALE n RISULTATO DELLA MEIOSI: 4 CELLULE APLOIDI DIVERSE TRA LORO E ALLA CELL MADRE

55 Significato della MEIOSI
1) Porta alla APLOIDIA, premessa indispensabile per la fecondazione (unione di 2 patrimoni ereditari diversi) 2) Il crossing over e l’assortimento indipendente dei cromosomi portano ad un rimescolamento del patrimonio ereditario di ogni singolo gamete rispetto a quello dell’organismo che lo produce

56 Gameti aploidi (n = 23) MEIOSI FECONDAZIONE GONADI Zigote diploide (2n = 46) Mitosi e sviluppo Adulti pluricellulari diploidi (2n = 46)

57 ASSORTIMENTO INDIPENDENTE
VARIABILITA’ GENETICA CROSSING OVER ASSORTIMENTO INDIPENDENTE (METAFASE I) FECONDAZIONE MEIOSI

58 Riproduzione sessuata o gamica
“Sessualità” indica un processo di ricombinazione genica. Riproduzione sessuata o gamica quando RIPRODUZIONE, cioè la formazione di un nuovo organismo è accompagnata da SESSUALITA’, cioè l’organismo figlio ha una combinazione genica diversa da quella dagli organismi che lo hanno generato

59 FECONDAZIONE unione dei due gameti

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61 EREDITARIETA’ DELLA INFORMAZIONE BIOLOGICA
ORDINE INFORMAZIONE sono necessarie ISTRUZIONI che devono essere CONSERVATE e TRASMESSE

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63 BIOLOGIA è la scienza della vita che indaga le caratteristiche dei sistemi viventi
biologia animale biologia cellulare biologia molecolare

64 Max Perutz, Nobel, biochimico
scienza: da scire = conoscere Max Perutz, Nobel, biochimico “fare una scoperta è come innamorarsi e, allo stesso tempo, raggiungere la vetta di un monte dopo una difficile scalata, è un’estasi provocata non da una droga, ma dalla rivelazione di un volto della natura che nessuno ha mai scorto prima”