I VERTEBRATI

I vertebrati sono un sottotipo di Cordati, così detti perché provvisti di uno scheletro osseo interno (endoscheletro) costituito da materiale vivente che cresce con l’animale fino al raggiungimento delle sue dimensioni definitive. La parte più importante di questo endoscheletro è la colonna vertebrale o spina dorsale, costituita da vertebre che circondano il cordone nervoso; fra le vertebre si trovano dei dischi cartilaginei che rendono la colonna vertebrale una struttura ossea flessibile. Nell'endoscheletro, oltre alla colonna vertebrale, si riconoscono: il cranio, che protegge l'encefalo, le costole e le due cinture (o cingoli) di attacco agli arti, dette cintura pettorale (scapolare), cui si attaccano gli arti anteriori, e cintura pelvica, cui si attaccano gli arti posteriori.

cintura pettorale nell'uomo

Cintura pelvica nell'uomo

Sono inoltre caratterizzati da un'epidermide  pluristratificata, appendici pari che nei tetrapodi sono articolate attraverso cinti alla colonna vertebrale, un cuore e una circolazione chiusa, un sistema nervoso centrale formato da un encefalo e da un midollo spinale.


Pesci 

I Pesci sono i più antichi vertebrati comparsi sulla Terra. A seconda dei vari adattamenti agli ambienti in cui vivono, presentano le forme più disparate. Un organo che caratterizza molti pesci, anche se non tutti, è la vescica natatoria, che è piena di gas, e permette perciò di modificare il proprio peso specifico (cioè il rapporto tra il peso e il volume del corpo), in modo da poter scendere e risalire nell'acqua senza muovere le pinne. 
Se la VN si dilata (inflazione-secrezione di gas), si ha un aumento di volume, il pesce risale in superficie.
Se la VN si decomprime (deflazione-riassorbimento o uscita di gas), si ha una diminuzione di volume, il pesce scende in profondità.

I Pesci producono tantissime uova, poiché devono affrontare molte insidie e pochi riescono a sopravvivere: il merluzzo depone fino a sei milioni di uova per volta. La fecondazione è perlopiù esterna: la femmina depone le uova e il maschio le feconda deponendovi sopra i propri spermatozoi. In questo caso i pesci sono chiamati “ovipari”, cioè l’embrione si sviluppa all'interno dell’uovo, dopo che è stato deposto dalla femmina. Nel caso in cui, invece, le uova siano trattenute nel corpo della femmina fino alla schiusa, i pesci si dicono “ovovivipari”.
Sono eterotermi, cioè “a temperatura corporea variabile”.

Anfibi 

 
Il vocabolo anfibio deriva dal greco e significa “doppia vita”, poiché questi animali conducono parte della loro esistenza in acqua e parte sulla terraferma. Prima di diventare adulti, essi subiscono delle trasformazioni che cambiano completamente il loro aspetto. Dalle uova sgusciano giovani, chiamati girini, che assomigliano a piccoli pesci: in un secondo momento il girino, dallo stadio di larva, si trasforma in un adulto totalmente sviluppato. Durante la metamorfosi, al girino cominciano a spuntare le zampe e le branchie si riducono fino a scomparire: ad esse si sostituiscono i polmoni, organi necessari per respirare aria. Infine scompare la coda fino ad essere totalmente riassorbita.
Sono eterotermi, cioè “a temperatura corporea variabile”.

Rettili

Il termine rettile deriva dal latino reptilis, che significa “strisciante”. Effettivamente gli animali più rappresentativi di tutta la classe sono i serpenti, ma i Rettili comprendono anche quadrupedi come tartarughe e coccodrilli. 

I Rettili sono piuttosto simili agli Anfibi, ma possiedono un vantaggio in più: sono capaci di vivere anche in luoghi aridi, lontani dall'acqua. Possiedono polmoni per respirare e vengono comunemente chiamati “vertebrati a sangue freddo”; in realtà il loro sangue ha una temperatura che dipende da quella dell’ambiente, rispetto alla quale è di poco superiore, quindi è più corretto definirli animali eterotermi, cioè “a temperatura corporea variabile”. Il loro corpo è ricoperto da squame, e si riproducono per mezzo di uova. La riproduzione dei rettili è sessuata con fecondazione interna; le uova, fornite di guscio impermeabile, vengono deposte sempre sulla terraferma (in alcuni casi le uova si sviluppano all'interno dell’organismo del genitore).

Uccelli 

Gli uccelli sono animali perfettamente conformati per il volo; infatti, il loro scheletro è molto leggero grazie a ossa pneumatizzate, cioè contenenti aria all'interno. 

Gli arti anteriori degli uccelli sono trasformati in ali, mentre quelli posteriori sono retrattili; il loro corpo è ricoperto di penne e piume che consentono un’ottima protezione con il minimo di peso. Possiedono anche un eccezionale organo prensile: il becco, il cui nome appropriato è “ranfoteca” ed è formato da due astucci cornei. Alla classe degli Uccelli appartengo circa 9000 specie molto diverse tra loro sia per aspetto fisico, sia per abitudini di vita: alcune vivono nell'acqua, dove trovano cibo abbondante, altre, invece di usare le ali, si arrampicano sugli alberi con le zampe e il becco, altre ancora invece non sono più in grado di volare. Ovviamente, ogni specie ha tutto ciò che le serve per vivere nel proprio ambiente: zampe palmate per nuotare, zampe robuste per correre e razzolare, artigli per afferrare le prede. La fecondazione è interna e la femmina depone sul terreno le uova, ricoperte da un guscio di protezione.

Mammiferi

I Mammiferi sono animali omeotermi: mantengono una temperatura corporea costante all'incirca sui 37°C. Il nome “mammifero” (letteralmente “portatore di ghiandole mammarie”) deriva da una delle caratteristiche che li contraddistinguono, infatti per un certo periodo di tempo allattano i propri piccoli con il latte secreto dalle ghiandole mammarie. Il corpo è rivestito di peli, che mancano o sono ridotti nelle specie adattate alla vita acquatica (Cetacei come delfini e balene) e in quelle provviste di squame (come armadilli, pangolini). Ad esclusione di Cetacei (come delfini e balene), Sireni (come dugonghi) e Pinnipedi (come foche e otarie), in cui gli arti sono trasformati in pinne, tutti i Mammiferi possiedono quattro arti e vengono quindi chiamati quadrupedi. I Mammiferi quadrupedi si suddividono in Plantigradi (es. orsi), Digitigradi (es. cani e gatti) e Unguligradi (es. cavalli) a seconda che nel camminare appoggino a terra tutta la pianta del piede, soltanto le dita, oppure le ultime falangi. A seconda della prole, i Mammiferi si possono suddividere in tre gruppi: monotremi, marsupiali e placentati. I monotremi sono ovipari, le femmine depongono uova e i piccoli si sviluppano al loro interno, come ad esempio l’ornitorinco e l’echidna. I marsupiali sono vivipari, i piccoli cioè nascono incompleti e terminano il loro sviluppo all'interno del marsupio della madre, una tasca presente nell'addome, in cui i neonati si trasferiscono (es. canguro e opossum). I piccoli dei placentati invece si sviluppano all'interno dell’utero materno e nascono in uno stadio di sviluppo molto avanzato.

CLASSIFICAZIONE DEGLI ESSERI VIVENTI

Classificare significa raggruppare secondo il criterio delle affinità e delle somiglianze, ma non solo delle caratteristiche esteriori.
Per esempio: i pipistrelli (classe: mammiferi) e gli uccelli (classe: uccelli) hanno le ali e sono in grado di volare, ma appartengono a classi diverse.
I delfini e i pipistrelli appartengono alla Classe dei Mammiferi perchè entrambi hanno mammelle per allattare, sangue caldo e respirano con i polmoni.
Della classificazione si occupa una specifica branca della biologia, chiamata SISTEMATICA.
Si deve al naturalista svedese CARLO LINNEO (1707 - 1778) la prima classificazione scientifica dei viventi.

Nomenclatura binomiale

La nomenclatura binomiale è una convenzione standard utilizzata in sistematica per conferire il nome ad una specie. Come suggerisce il termine binomiale, il nome scientifico di una specie viene coniato dalla combinazione di due nomi:

1. - il nome del genere a cui appartiene la specie
2. - un epiteto che caratterizza e distingue quella specie dalle altre appartenenti al quel genere.

Il nome scientifico ha una derivazione latina o greca. Il primo termine (nome generico) porta sempre l'iniziale maiuscola, mentre il secondo termine (nome specifico) viene scritto in minuscolo; entrambi i nomi vanno inoltre scritti in corsivo (ad esempio Homo sapiens). Quando il genere è stato precedentemente trattato nel testo o quando sono già state elencate delle specie di quel genere, il nome generico può essere abbreviato con la sua lettera iniziale (H. sapiens) ma non deve mai essere omesso.

Quello che un italiano chiama, usando il nome comune, “struzzo” ha un nome scientifico che lo identifica in tutto il mondo: Struthio camelus.

Questa nomenclatura binomia è stata introdotta nel XVIII secolo dallo svedese Carlo Linneo. 

La sistematica utilizza  sette raggruppamenti detti categorie sistematiche. Le categorie sistematiche sono ordinate in senso gerarchico dalla più piccola alla più grande:
Specie, genere, famiglia, ordine, classe, phylum, regno.

Quale è la categoria fondamentale? 

La specie è la categoria fondamentale. La specie è l'insieme di tutti gli individui con caratteristiche assai simili che, accoppiandosi, generano figli simili ai genitori e fecondi, cioè capaci a loro volta di generare figli. ESEMPIO: asino e cavalla appartengono a specie diverse perché generano il mulo che è sterile (incapace di generare figli). 

Genere: raggruppa specie simili tra loro, per esempio cane e lupo appartengono al genere Canis; 

Famiglia: raggruppa generi simili tra loro. La volpe, il cane e il lupo vengono raggruppati nella famiglia dei canidi; 

Ordine: raggruppa più famiglie simili tra loro. Il cane e il leone vengono raggruppati nall'ordine dei carnivori;

Le altre categorie sistematiche 

Classe: raggruppa gli ordini simili tra loro. Gli animali che partoriscono, possiedono le mammelle per allattare, e la pelle coperta di peli sono raggruppati nella classe dei mammiferi;

Phylum o tipo: raggruppa diverse classi simili; 
I Cordati rappresentano un phylum di animali comprendente organismi di diversa forma e complessità, quali i Vertebrati, gli Urocordati ed i Cefalocordati. Questo phylum è basato su una struttura di sostegno interna o notocorda.

Regno: è la categoria sistematica più ampia e comprende più phyla.

Il lupo comune avrà quindi la seguente classificazione (dalla specie al regno):

• Canis lupus (specie)
  • Canis (genere)
    • Canidi (famiglia)
      • Carnivori (ordine)
        • Mammiferi (classe)
          • Cordati (phylum)
            • Animali (regno)

Esistono 5 regni secondo la teoria moderna: 

1. monere: sono organismi microscopici, unicellulari, procarioti (privi cioè di un nucleo) in altre parole tutti i tipi di batteri; 
2. protisti (Protista): sono un gruppo eterogeneo di organismi unicellulari, con caratteristiche nutrizionali simili a quelle delle piante (protisti autotrofi, come le alghe rosse e le alghe verdi), o a quelle di funghi e animali (protisti eterotrofi, tra cui sono annoverate le amebe, i foraminiferi, i radiolari). La principale caratteristica che differenzia i protisti dalle monere è il fatto di essere organismi eucarioti. (video 1, 2, 3)
3. funghi (Fungi): sono organismi eucarioti, unicellulari - come i lieviti - o più frequentemente pluricellulari, formati da filamenti (ife) più o meno strettamente ammassati in una struttura complessivamente chiamata micelio. 
4. piante (Plantae): sono organismi eucarioti, pluricellulari, autotrofi 
5. animali (Animalia): sono organismi eucarioti, pluricellulari, eterotrofi

Il tutto può essere raggruppato nei tre domini Bacteria, Archea e Eukarya.

GENETICA

CROMOSOMI

Il cromosoma è l'unità di materiale ereditario capace di replicazione autonoma e formato da DNA e proteine (vedi cromatina) spiralizzato fino a risultare visibile al microscopio ottico durante le fasi della divisione cellulare.

PATRIMONIO GENETICO 

Ogni cellula umana contiene in una zona specifica (il nucleo) un’intera libreria (il genoma) formata da 23 coppie di libri (i cromosomi) divisi in capitoli (i geni) scritti in una lingua speciale (il DNA).
Signifiato di Cromosomi omologhi: si definiscono cromosomi omologhi una coppia di cromosomi, ognuno proveniente da ciascun genitore ed entrambi aventi la stessa forma e lunghezza, la stessa sequenza genica di base ed il centromero nello stesso punto.

I cromatidi fratelli sono la coppia dei cromatidi uniti per il centromero, che derivano dalla replicazione di un cromosoma.

Le 23 coppie di cromosomi omologhi nell'uomo. X e Y sono i cromosomi sessuali.

L’uomo possiede 23 coppie di cromosomi in ogni cellula, a formare un totale di 46 cromosomi per cellula. I componenti di ciascuna coppia cromosomica contengono gli stessi geni e ciascun componente della coppia viene chiamato omologo. Un omologo è ereditato da ciascun genitore. L’ultima coppia determina il nostro sesso, a seconda che sia XX (femmine) o XY (maschi).

Il totale dei 46 cromosomi (e quindi l’intero patrimonio genetico di una cellula) viene chiamato genoma. I cromosomi non vagano liberamente nella cellula, ma sono racchiusi in un compartimento specifico: il nucleo.

MITOSI

La mitosi è un processo di riproduzione asessuata delle cellule eucariotiche grazie al quale da una singola cellula si formano 2 cellule figlie geneticamente identiche alla progenitrice. Il termine mitosi deriva dal greco mìtos, "filo": nome dovuto all'aspetto filiforme dei cromosomi durante la profase.





MEIOSI

La meiosi è un processo di divisione mediante il quale una cellula eucariota con corredo cromosomico diploide da origine a quattro cellule con corredo cromosomico aploide. Da una cellula madre si formano quattro cellule figlie, tutte diverse fra loro.




GENI, ALLELI, EREDITARIETÀ, DOMINANZA, RECESSIVITÀ

GENI

I geni sono sequenze di DNA situate in posizioni fisse e specifiche del cromosoma. Determinano le caratteristiche fisiche degli organismi (es. colore occhi, colore capelli). Non sono altro che una serie di nucleotidi con una specifica sequenza che servirà poi, mediante il processo di TRASCRIZIONE E TRADUZIONE, a generare una proteina responsabile alla determinazione di un particolare carattere dell'organismo.

ALLELI
Ciascuno dei due stati alternativi di uno stesso gene, uno di origine materna e l'altro di origine paterna, che occupano la stessa posizione su cromosomi omologhi e che controllano variazioni dello stesso carattere. Gli alleli di un gene possono codificare prodotti uguali oppure diversi. Per uno stesso gene gli organismi possono essere:

1. Omozigoti: se i due alleli sono identici, cioè, codificano la stessa variante dello stesso stesso gene (es. il gene che codifica per gli occhi scuri è ricevuto sia dal padre che dalla madre)
2. Eterozigoti: se i due alleli sono diversi, cioè, codificano due diverse varianti dello stesso gene (es. il gene che codifica per gli occhi scuri è ricevuto dal padre e quello per gli occhi chiari dalla madre)

DOMINANZA E RECESSIVITÀ
Un allele può funzionare da “dominante” e l’altro da “recessivo”:  il gene dominante prevale sul recessivo, producendo effetti sul tratto ereditario. Il gene occhi marroni/scuri prevale sul gene occhi azzurri/chiari, che è quindi il recessivo. La trasmissione del colore degli occhi è  uno dei tipici esempi utilizzato per spiegare normalmente il meccanismo di ereditarietà dei geni dominanti e recessivi.  esempio semplificato
gene occhi scuri =  allele A [A maiuscola] gene occhi chiari = allele a [a minuscola]
eterozigote = Aa >> prevale OCCHI SCURI omozigote recessivo = aa >>  OCCHI CHIARI omozigote dominante = AA >>  OCCHI SCURI
La situazione è in realtà più complessa, il colore degli occhi è un tratto influenzato da più di un gene, due geni maggiori e altri minori che contribuiscono alla moltitudine di variazioni del colore degli occhi. Abbiamo infatti occhi azzurri, verdi, grigi, marroni, neri  e tutte le variazioni annesse, ma in questa sede possiamo semplificare e accontentarci del risultato occhi chiari, occhi scuri.

Secondo la teoria dell'eredità mendeliana un bambino che riceve un allele dominante da uno dei due genitori, avrà la forma dominante del tratto stesso. Soltanto quelli che hanno ricevuto l'allele recessivo da entrambi i genitori manifestano il carattere recessivo. I tratti puramente mendeliani sono una piccola minoranza di tutti i tratti, dato che la maggior parte dei tratti mostra dominanza incompleta, codominanza e contributi da molti geni.

DOMINANZA INCOMPLETA: nessuno dei due alleli per un carattere è dominante sull'altro. Il carattere manifestato dall'eterozigote è un carattere intermedio tra quelli dei due omozigoti.
CODOMINANZA: due alleli di uno stesso gene si manifestano entrambi in modo completo negli individui eterozigoti. 
CONTRIBUTO DA MOLTI GENI: descritto sopra per il colore degli occhi, il colore degli occhi è un tratto influenzato da più di un gene.

LE CARATTERISTICHE GENERALI DELLE CELLULE

LA CELLULA È LA PIÙ PICCOLA PORZIONE DI UN ESSERE VIVENTE IN GRADO DI SVOLGERE UNA VITA, ENTRO CERTI LIMITI, AUTONOMA.

Gli organismi sono costituiti da cellule: alcuni sono unicellulari, cioè formati da una sola cellula; gli altri sono detti pluricellulari, cioè da molte cellule.

DISEGNO DI UN BATTERIO: ORGANISMO UNICELLULARE

ORGANISMI PLURICELLULARI: LE CELLULE SI SPECIALIZZANO

La maggior parte delle cellule mostra tutte le caratteristiche tipiche degli organismi. Esse:
– crescono,
– si riproducono,
– sono in grado di trasformare la materia e l’energia,
– rispondono agli stimoli provenienti dall'ambiente esterno,
– mantengono il controllo del proprio ambiente interno.
Dal punto di vista strutturale tra le cellule c’è una grande somiglianza. Esse:

1. hanno del materiale ereditario (il DNA) che permette loro la riproduzione.
2. sono delimitate da una membrana esterna che le separa dall'ambiente circostante.
3. all'interno è presente il citoplasma, una sostanza semiliquida.

Contemporaneamente, vi è un secondo aspetto importante: la loro varietà. La cellula di un batterio ha caratteristiche che permettono di distinguerla da quelle di un essere umano; le cellule delle piante sono molto diverse da quelle degli animali; le cellule che formano i muscoli nel nostro corpo sono completamente differenti da quelle del cervello.

I diversi tipi di cellule presentano inoltre dimensioni che variano da qualche centimetro fino a grandezze molto inferiori al millimetro. Dato che quasi tutte le cellule sono molto piccole, gli organismi di grandi dimensioni sono formati da miliardi di cellule.
Una «tipica» cellula animale o vegetale ha un diametro compreso tra 0,01 mm (che equivale a 10 µm) e 0,1 mm (che equivale a 100 µm). 

Le dimensioni e la forma delle cellule dipendono dalla loro funzione. Le uova di uccello sono voluminose perché contengono una grande quantità di sostanze nutritive, necessarie allo sviluppo dell’embrione. I globuli rossi del sangue umano hanno dimensioni molto ridotte per poter scorrere all'interno dei vasi sanguigni più sottili.
Nel caso della dimensione delle cellule, l’unità di misura più usata è il micrometro (µm). 1 µm è la milionesima parte di un metro: 1 µm = 10⁻⁶ m. Per esprimere le dimensioni delle molecole che formano le cellule si usa un’unità di misura ancor più piccola, il nanometro (nm), che è un millesimo di micrometro: 1 nm = 10⁻⁹ m.

Cellule procariotiche ed eucariotiche

Esistono due tipi di cellule molto differenti dal punto di vista della struttura: le cellule procariotiche e le cellule eucariotiche. La  principale differenza tra le cellule di questi due tipi riguarda l’organizzazione del materiale genetico:

– nelle cellule eucariotiche il DNA è circondato da una doppia membrana che lo separa dal citoplasma e dalle altre strutture cellulari.

TIPICA CELLULA EUCARIOTICA

–nelle cellule procariotiche, invece, il DNA è concentrato in una zona (il nucleoide), ma non è separato dal resto della cellula.

TIPICA CELLULA PROCARIOTICA

La cellula procariotica e quella eucariotica hanno in comune la membrana plasmatica (o membrana cellulare). Essa forma un sottile confine e controlla il flusso delle molecole tra l’interno della cellula e l’ambiente esterno.

MEMBRANA PLASMATICA

Attraverso la membrana cellulare, le cellule introducono le sostanze di cui hanno bisogno e eliminano i prodotti di rifiuto.
La membrana è formata principalmente da fosfolipidi, molecole organiche del gruppo dei lipidi che contengono fosforo.
Inserite nel doppio strato di fosfolipidi si trovano molte proteine. Esse svolgono funzioni fondamentali per la vita della cellula, come il trasporto di sostanze attraverso la membrana.
La membrana non è una struttura rigida: la maggior parte delle proteine e delle molecole di fosfolipidi può «scorrere» lateralmente.

Tutti gli esseri viventi – tranne i batteri – sono costituiti da cellule eucariotiche, che sono più grandi e più complesse di quelle procariotiche appena descritte.

Vi sono alcuni elementi comuni tra le cellule eucariotiche e quelle procariotiche: per esempio, entrambe possiedono una membrana plasmatica, dei ribosomi e un citoplasma. La differenza più evidente tra questi due tipi di cellule consiste nel fatto che il ci-
toplasma delle cellule eucariotiche comprende dei compartimenti a loro volta delimitati da membrane, detti organuli. Tra gli organuli più importanti vi sono:

– il reticolo endoplasmatico rugoso ha un aspetto granulare dovuto ai ribosomi attaccati alle membrane che lo costituiscono. È formato da una serie di sacchetti appiattiti, tra loro interconnessi. Ha funzione di sintesi (cioè di «costruzione») delle proteine,
prodotte dai ribosomi.

–il reticolo endoplasmatico liscio comunica direttamente con il reticolo rugoso. L’organulo è formato da una rete di tubuli interconnessi privi di ribosomi. Una delle funzioni principali è la sintesi dei lipidi, che servono a riparare e costruire tutte le membrane della cellula.

–i mitocondri sono circondati da due membrane, separate da uno spazio intermembrana. La membrana interna racchiude un liquido chiamato matrice mitocondriale. In questa matrice avvengono alcune delle reazioni chimiche della respirazione cellulare, il
processo attraverso il quale le cellule ricavano energia.

–i lisosomi sono sacchetti chiusi che contengono proteine con funzioni digestive.

–l’apparato di Golgi è formato da una pila di sacchetti appiattiti (non collegati tra loro). L’apparato di Golgi accoglie e modifica le sostanze prodotte dal reticolo endoplasmatico.

Anche il materiale genetico – che nelle cellule procariotiche è semplicemente concentrato in una zona – in quelle eucariotiche si trova in un organulo specifico: il nucleo.
Il nucleo è l’organulo più voluminoso della cellula eucariotica. Al suo interno, si trova il DNA associato a proteine. Il nucleo è avvolto dalla membrana nucleare, un doppio involucro attraversato da pori tramite i quali le sostanze entrano ed escono dal nucleo.

Organismi autotrofi ed eterotrofi

Tanti organismi autotrofi eucarioti sono fotoautotrofi.

Ciò vuol dire che per sintetizzare le molecole organiche usano come base le sostanze inorganiche e la luce come fonte di energia (ad esempio le piante, le alghe e alcuni batteri), che viene catturata dalle molecole di clorofilla presenti nei cloroplasti.
Questo processo è normalmente chiamato fotosintesi clorofilliana.     
Il cloroplasto è un tipo di organulo presente nelle cellule delle piante e nelle alghe eucariotiche. All'interno di questi organuli si svolge il processo della fotosintesi clorofilliana: l'energia luminosa viene catturata dai pigmenti di clorofilla (e non solo) e viene convertita in energia chimica (ATP e NADPH).                          

CLOROPLASTO

Altri organismi sono invece chemioautotrofi.  Utilizzano sostanze inorganiche sia come base per la sintesi di molecole organiche sia come fonte di energia (ad esempio nitrobatteri, ferrobatteri).

Ciò che distingue gli organismi autotrofi eucarioti da quelli procarioti è l'assenza di cloroplasti in quest’ultimi. Invece dei cloroplasti il processo nei procarioti avviene nel citoplasma e sulla membrana.

VIDEO

CARATTERISTICHE DEGLI ESSERI VIVENTI

FUNZIONI FONDAMENTALI

SI NUTRONO, prendendo dall'esterno le sostanze nutritive.
RESPIRANO assorbendo dall'aria (o dall'acqua) l'ossigeno necessario per bruciare le sostanze nutritive e produrre energia.
UTILIZZANO le sostanze introdotte per avere una fonte di energia e per crescere.
ELIMINANO LE SOSTANZE DI RIFIUTO.
REAGISCONO agli stimoli (muovendosi o modificando la loro attività).
SI RIPRODUCONO, generando individui simili, della stessa specie.

APPROFONDIMENTO


Definire la vita in maniera semplice, ancora oggi non è possibile. Risulta semplice distinguere una pianta da una roccia o da un animale, ma ai gradini più bassi della scala biologia i confini fra composti e molecole della vita risultano più sfumati, incerti. Le particelle o atomi che costituiscono gli essere viventi non sono infatti diversi da quelli che costituiscono la materia non vivente, ma aggregandosi costituiscono molecole e composti diversi. Si preferisce definire pertanto le caratteristiche principali, unificanti degli esseri viventi.

 L'osservazione e la ricerca biologica hanno individuato alcune caratteristiche fondamentali:

1. Negli esseri viventi le molecole si aggregano, costituendo strutture complesse, idonee a svolgere speciali funzioni; struttura e funzioni sono strettamente correlate.
2. L'unità elementare, di base, della vita è la cellula; vi sono poi livelli di organizzazione di complessità crescente a partire da quello cellulare.
3. Gli esseri viventi crescono e si sviluppano. La crescita consiste in un aumento della quantità di sostanza vivente; essa è dovuta all'aumento del numero delle cellule. Con lo sviluppo, si formano strutture specializzate e viene raggiunta l'organizzazione tipica del corpo. 
4. Gli organismi hanno la capacità di riprodursi, generando individui simili a sé.
5. Qualunque sia la complessità dell'organizzazione, questa è caratteristica di ciascuna specie animale o vegetale e viene trasmessa nella discendenza di generazione in generazione.
6. Le macromolecole informazionali sono costituite da acido deossiribonucleico o DNA, salvo rarissimi casi nei quali risultano invece costituite da acido ribonucleico RNA.
7. Gli organismi prelevano dall'ambiente sostanze ed energia che utilizzano in vario modo. Essi inoltre hanno capacità di mantenere un ambiente interno costante anche al variare dalle condizioni ambientali esterne.
8. Gli organismi percepiscono gli stimoli e le variazioni ambientali (sensibilità) e sono capaci di dare a essi risposta.
9. Organismi anche molto semplici sono capaci di spostarsi nell'ambiente compiendo un movimento autonomo.
10. Le varietà di forme di vita presenti oggi sul nostro Pianeta si sono evolute da organismi più semplici e questi a loro volta da cellule organizzatesi in tempi remoti.

I COMPONENTI DELLA VITA

I Composti Organici

I composti organici sono composti chimici formati da carbonio, idrogeno, ossigeno e talvolta da qualche altro atomo (azoto, zolfo, fosforo, ecc.).

L'atomo fondamentale dei composti organici è l'atomo di carbonio. Le versatili proprietà chimiche dell'atomo di carbonio gli permettono di dar luogo a catene di atomi (lineari, ramificate, aperte e chiuse) tramite legami covalenti (semplici e multipli) con se stesso o con altri atomi.
Per la loro stessa natura, anche se costituiti dagli stessi elementi che caratterizzano i composti organici, non appartengono a questa categoria i carbonati, i cianuri, i cianati e gli ossidi CO2 e CO.
Il carbonio è in grado di formare molecole organiche molto grandi, dette macromolecole, le quali sono polimeri, cioè lunghe molecole costituite da molecole più piccole, delle monomeri.

Questi composti del carbonio sono chiamati composti organici.

I principali composti organici sono:

1. ZUCCHERI (GLUCIDI)
2. GRASSI
3. PROTEINE
4. ACIDI NUCLEICI

ZUCCHERI

I glucidi, o zuccheri, noti anche come carboidrati, sono composti ternari, cioè formati da tre tipi di atomi, carbonio, idrogeno e ossigeno. Le molecole dei glucidi possono essere semplici o complesse (queste ultime derivano dalla condensazione di due o più molecole semplici; e a loro volta possono essere scisse in molecole semplici per idrolisi). In base alla loro complessità crescente, i glucidi si suddividono in monosaccaridi, disaccaridi e polisaccaridi.

Monosaccaridi

Detti anche zuccheri semplici (perché non si scindono per idrolisi in molecole più piccole), sono costituiti da catene di 3, 4, 5 o 6 atomi di carbonio. Nel sangue dell'uomo e degli altri vertebrati circola il monosaccaride glucosio che, nelle piante, viene prodotto attraverso la fotosintesi clorofilliana. Altri importanti monosaccaridi sono il fruttosio, presente nella frutta e in molti vegetali e il galattosio che, con il glucosio, forma un disaccaride, il lattosio. Ribosio e desossiribosio  sono due monosaccaridi costituenti degli acidi nucleici (DNA e RNA).

Disaccaridi

Derivano dall'unione di due molecole di monosaccaridi.Esempi:maltosio: due molecole di glucosio.saccarosio (comune zucchero da tavola):  una molecola di glucosio e una di fruttosio.lattosio (zucchero contenuto nel latte): una molecola di glucosio e una di galattosio.

Polisaccaridi 

Sono formati da lunghe catene di monosaccaridi. Essi rappresentano forme di riserva degli zuccheri. Negli animali il polisaccaride di riserva è il glicogeno (si trova nei muscoli e nel fegato); nelle piante è l'amido. Entrambi sono polimeri del glucosio.

La cellulosa è un polisaccaride costituito da un gran numero di molecole di glucosio (da circa 300 a 3.000 unità) che ha una funzione di sostegno della parete delle cellule vegetali. 

Le catene sono disposte parallelamente le une alle altre e si legano fra loro per mezzo di legami ad idrogeno molto forti, formando fibrille, catene molto lunghe, difficili da dissolvere.

GRASSI

Sono composti organici largamente diffusi in natura. Sono insolubili in acqua (definiti per questo idrofobi), mentre sono solubili in solventi organici. Tra i grassi vanno ricordati i trigliceridi, utilizzati per produrre energia o con funzioni di riserva energetica all'interno delle cellule adipose. 
Un trigliceride è un lipide costituito da una molecola di glicerolo a cui sono legati 3 acidi grassi. Il glicerolo (1,2,3-propantriolo) è un alcol con tre atomi di carbonio.

Gli acidi grassi sono formati da lunghe catene di atomi di carbonio legati tra loro e collegati ad atomi di idrogeno e, ad una estremità della catena, ad atomi di ossigeno (gruppo COOH).
Le code formate dagli acidi grassi possono essere dritte oppure presentare delle piaghe e quindi essere "storte".

• i grassi hanno una forma della "coda" dritta (figura A); gli atomi di carbonio hanno legami semplici C-C; sono chiamati SATURI e questa caratteristica ne permette l'allineamento uno sopra l'altro (tendono quindi ad essere solidi a temperatura ambiente, figura C).
• negli oli la forma della "coda" è storta (figura B) e sono chiamati INSATURI, questo determina le loro caratteristiche curve a gomito per la presenza dei doppi legami di carbonio al loro interno C=C. Tendono perciò ad essere liquidi a temperatura ambiente (figura D).

La quantità dei "gomiti" nelle molecole di acidi grassi è importante per determinare quanto è fluido il lipide e il suo punto di fusione.

Altri lipidi, i fosfolipidi e il colesterolo sono importanti costituenti delle membrane cellulari che avvolgono le cellule.
I fosfolipidi sono simili ai trigliceridi dal punto di vista strutturale, ma ci sono solo due code (idrofobe) e la "testa" è chimicamente un po' diversa ed è idrofila.

Il colesterolo ha una struttura formata da 4 anelli che mettono in comune gli atomi di carbonio. Il colesterolo, se in eccesso nel sangue, può portare ad aterosclerosi. Però è utile nelle membrane.

PROTEINE

Le proteine, oltre al carbonio, l'idrogeno e l'ossigeno, contengono atomi di azoto. Sono, perciò, composti organici quaternari (lipidi e glucidi sono, invece, composti organici ternari).
Le proteine sono costituite da amminoacidi, legati tra loro a formare lunghe catene. Gli amminoacidi sono formati da un gruppo amminico, da un gruppo carbossilico e da un gruppo laterale R.

Esistono 20 tipi di amminoacidi, e questi sono diversi gli uni dagli altri solo per il gruppo laterale R; le combinazioni possibili sono moltissime. 

Sono proteine i costituenti principali delle strutture cellulari, gli enzimi, gli ormoni, gli anticorpi, ecc.
I legami che uniscono tra loro gli amminoacidi sono detti legami peptidici, per cui le proteine vengono anche dette polipeptidi.

Struttura delle proteine

La struttura primaria di una proteina è costituita dalla sequenza degli amminoacidi che la compongono.

La struttura secondaria descrive la formazione di legami idrogeno tra i gruppi CO e NH dello scheletro polipeptidico di amminoacidi adiacenti nella struttura primaria. Ci sono due principali tipi di struttura secondaria: 

Alfa-elica
Foglietto-beta (beta-sheet)

La struttura terziaria di una proteina è la conseguenza di interazioni attrattive tra i gruppi R di amminoacidi anche molto distanti tra loro nella sequenza della struttura primaria della proteina.

La struttura quaternaria è determinata dalla combinazione di più catene di amminoacidi.

GLI ACIDI NUCLEICI

Gli acidi nucleici sono composti formati da molecole di grandi dimensioni e complessità, così detti perché presenti nel nucleo cellulare di tutti gli organismi viventi. Rivestono straordinaria importanza biologica in quanto sono depositari dell'informazione genetica e della sua trasmissione di generazione in generazione, cioè sono responsabili della trasmissione dei caratteri ereditari, nonché responsabili della direzione e del controllo della sintesi delle proteine (sintesi proteica) necessarie alla vita degli organismi.
Vi sono due tipi di acidi nucleici: l'acido desossiribonucleico o DNA e l'acido ribonucleico o RNA. Sono entrambi polimeri di elevata massa molecolare, formati dalla combinazione di unità più semplici (monomeri) detti nucleotidi.
I nucleotidi sono a loro volta formati da tre componenti:

1. un radicale fosforico (o gruppo fosfato);
2. uno zucchero monosaccaride pentoso (con 5 atomi di carbonio);
3. una base azotata, che varia a seconda del nucleotide.

I nucleotidi del DNA e i loro legami: A si lega con T e G si lega con C

In evidenza le basi azotate dei nucleotidi dell'RNA

I nucleotidi del DNA e dell'RNA si distinguono per lo zucchero (desossiribosio nel DNA; ribosio nell'RNA) e per una delle quattro basi azotate che possono contenere (adenina, A, guanina, G, citosina, C e timina, T nel DNA; le prime tre più l'uracile, U, al posto della timina, nell'RNA). 

DNA
La molecola del DNA è costituita da due filamenti di nucleotidi collegati da legami a idrogeno e avvolti in una doppia spirale (doppia elica). Il collegamento avviene tra le basi azotate dei due filamenti, che si abbinano a coppie esclusive ``adenina A - timina T (A-T)'' e ``citosina C- guanina G (C-G)''.

Questa particolare struttura permette al DNA di replicarsi (cioè duplicarsi) con relativa semplicità: le due eliche si separano gradualmente e su ciascuna può crescere un'altra elica, con la formazione infine di due doppie eliche uguali.

Le informazioni sono memorizzate secondo un ``linguaggio'' chimico, basato sull'ordine con cui si susseguono nella molecola del DNA le quattro diverse basi azotate (codice genetico).
Le informazioni sono trasmesse, tramite l'RNA, nei siti della cellula dove avviene la sintesi proteica, in modo che gli amminoacidi si uniscano tra di loro secondo un ordine ben determinato, tale da produrre una specifica proteina. 

RNA

La molecola di RNA è formata da un solo filamento avvolto a elica. Esistono vari tipi di RNA con funzioni specifiche; i tre principali sono l'RNA-messaggero (m-RNA) e l'RNA di trasporto (t-RNA) e l'RNA ribosomiale (r-RNA). 
Sull'm-RNA vengono trascritte le informazioni del DNA.

L'r-RNA, insieme ad alcune proteine, forma i ribosomi, gli organuli in cui viene attuata la sintesi proteica.
Il t-RNA deve tradurre le informazioni dell'm-RNA nella sintesi corretta delle proteine attraverso l'unione di amminoacidi nella giusta successione. Il t-RNA è costituito da una singola catena di RNA relativamente breve, che ha una caratteristica forma di trifoglio; ad una estremità della catena si attacca un amminoacido; dalla parte opposta si ha una sequenza di 3 nucleotidi, detta anticodone, perché complementare ad una tripletta dell'RNA messaggero detta codone. Il codone (in inglese codon) viene definito come una sequenza specifica di 3 nucleotidi (tripletta) lungo l'mRNA che codifica l'informazione per l'inserimento di uno specifico amminoacido durante la sintesi proteica o per la fine della stessa (definito codone di stop). 

Struttura del t-RNA

Sintesi proteica

La corrispondenza tra codone, anticodone e amminoacido legato al t-RNA è estremamente precisa; ad una tripletta, infatti, può corrispondere solo un amminoacido particolare; poiché, tuttavia, le triplette possibili sono 64, mentre gli amminoacidi sono 20, ad ogni amminoacido corrisponde in quasi tutti i casi più di una tripletta, per cui possiamo riconoscere 61 tRNA diversi che trasportano i 20 tipi di amminoacidi.

REAZIONI CHIMICHE ED ENZIMI

Una reazione chimica è un processo in cui una o più molecole (chiamate reagenti) si trasformano in altre molecole (dette prodotti della reazione).
Una reazione chimica presuppone la rottura di alcuni legami e/o la formazione di nuovi legami.
Gli enzimi sono dei catalizzatori biologici il cui scopo è quello di aumentare la velocità delle reazioni, in genere abbassando l’energia d’attivazione necessaria perché queste avvengano. 

L’enzima infatti interagisce con il substrato (la molecola o le molecole che partecipano alla reazione) attraverso il proprio sito attivo. Per questo motivo ogni enzima deve avere una specifica forma tridimensionale che gli consente di riconoscere e di catalizzare uno o più reagenti specifici. Ogni enzima è specifico per una sola reazione, come una chiave va bene per una sola serratura. Un’altra importante caratteristica degli enzimi è che essi non si consumano durante una reazione, ma appunto rimangono disponibili per delle prossime reazioni.