Le basi biologiche della vita

Alessandro Prinetti, Silvia Sirchia, Cristina Gervasini, Monica Miozzo

• Publisher: Elsevier
• Year: 2015
• eBook ISBN: 9788821434129
• Topic: Biological Sciences
• Subtopic: Genetics & Genomics
• Index: Biological Sciences

Il libro, indirizzato agli studenti del corso di laurea in scienze infermieristiche, è suddiviso in tre parti: Biologia, Biochimica e Genetica umana; prevede anche schede sintetiche di chimica che, pur non rientrando nel programma del corso, sono nozioni essenziali per la comprensione della materia. Numerosi test di autovalutazione, presenti sul sito, consentono allo studente una costante verifica dell'apprendimento.

Capitolo 1 Organizzazione strutturale e funzionale degli organismi viventi

Monica Miozzo

Silvia Sirchia

Classificazione degli organismi viventi

Gli esseri viventi sono straordinariamente vari per morfologia, dimensione, struttura e funzione, tanto che può risultare difficile riuscire a distinguere forme viventi diverse, per esempio stabilire se un organismo è una pianta o un animale: è il caso dei coralli, animali che per molto tempo sono stati considerati appartenenti al regno vegetale, perché più simili alle alghe che a un animale. Nonostante le infinite diversità, tutti gli esseri viventi hanno una caratteristica in comune: la vita.

Gli esseri viventi possono essere classificati in base:

• al numero di cellule: si distinguono esseri viventi unicellulari o pluricellulari;

• alla necessità di ossigeno: possono essere aerobi (se hanno bisogno di ossigeno) o anaerobi (se non ne hanno bisogno);

• al nutrimento: possono essere eterotrofi (consumatori) o autotrofi (produttori).

I livelli di organizzazione degli esseri viventi pluricellulari possono essere rappresentati con una scala con gradi crescenti di complessità che inizia dall’atomo, la parte più piccola della materia, e giunge alla biosfera, che comprende tutti gli organismi viventi sul nostro pianeta. Tutti gli elementi posti su uno stesso gradino sono costituiti da quelli del gradino inferiore e sono i costituenti degli elementi del gradino del livello superiore. Per esempio, il livello molecole deriva dagli elementi del livello precedente (atomi) connessi tra di loro. Salendo la scala, e quindi la complessità, più molecole in connessione tra loro costituiscono il gradino superiore, dove si trovano le macromolecole biologiche (molecole di grandi dimensioni, per esempio proteine e acidi nucleici). Questo significa che ogni scalino della scala dell’organizzazione degli organismi viventi “ospita” elementi che sono presenti in tutti gli scalini successivi. Schematizzando quanto detto riguardo la scala dell’organizzazione degli organismi viventi, partendo dall’elemento “cellula”, la scala si sviluppa nei seguenti livelli a complessità via via crescente (Figura 1.1):

• cellula: la più piccola unità della materia vivente;

• tessuto: gruppi di cellule che svolgono una specifica funzione (per esempio, il tessuto muscolare cardiaco);

• organo: gruppi di cellule o tessuti che svolgono una funzione specifica (per esempio, il cuore);

• apparato: gruppi di cellule, tessuti e organi che svolgono una specifica funzione (per esempio, sistema cardiovascolare);

• organismo pluricellulare: essere vivente costituito da più cellule che, sebbene assolvano a diverse funzioni, hanno un identico corredo genetico;

• specie: insieme di individui simili che possono accoppiarsi e produrre prole vitale e fertile;

• popolazione: insieme di individui di una stessa specie che popolano lo stesso ecosistema;

• comunità: insieme di individui che sono in relazione tra di loro e condividono lo stesso ambiente;

• ecosistema: relazioni degli organismi tra loro e con il loro ambiente;

• biosfera: tutti i viventi in connessione con il loro ambiente; atmosfera (aria), litosfera (terra), idrosfera (acqua) e biosfera (vita).

Figura 1.1 I principali livelli di organizzazione degli esseri viventi pluricellulari.

Nel suo insieme, questa classificazione indica che un essere vivente isolato non è in grado di vivere, ha bisogno di essere interconnesso con altri esseri viventi della stessa specie e di altre specie e con il territorio e, di conseguenza, con l’intero pianeta.

Cellula: “piccola stanza” della vita

Nel 1665, il fisico inglese Hooke, osservando con il microscopio alcune strisce di sughero, notò che esse erano costituite da piccole unità a forma di scatola: chiamò questi elementi cellule (dal latino cella, “piccola stanza”). Il naturalista francese Dujardin, ben 170 anni dopo, osservò che all’interno delle cellule vi era un “riempimento fluido vivo”, il citoplasma. Egli comprese che le cellule stesse erano degli esseri viventi autonomi, capaci di funzionare autonomamente, come organismi unicellulari, o di unirsi a formare esseri viventi pluricellulari.

Nel 1838, i biologi tedeschi Schleiden e Schwann e il fisiologo Virchow proposero la teoria cellulare della vita secondo la quale:

• la cellula è l’unità più piccola di materia vivente in cui è organizzato un essere vivente;

• tutti gli organismi viventi sono costituiti da una o più cellule;

• tutte le cellule derivano da altre cellule.

Gli organismi viventi, proprio perché capaci di vita, svolgono le seguenti attività fondamentali: nascere, nutrirsi, crescere, permettere le reazioni chimiche vitali che avvengono al loro interno, interagire con l’ambiente e con altri esseri viventi, riprodursi e morire.

La biologia (dal greco bios, “vita”, e logia, “scienza”) studia gli esseri viventi e perciò la cellula, che è appunto la più piccola forma di vita e mantiene esattamente tutte le caratteristiche degli organismi viventi.

Per osservare le cellule servono i microscopi, perché esse hanno generalmente un diametro di pochi micron (millesimo di millimetro, μm = 10^-3 mm) e, quindi, non sono visibili a occhio nudo. L’osservazione al microscopio ha permesso di scoprire che esse hanno un’organizzazione interna notevolmente complessa.

In genere la cellula (Figura 1.2) è composta da tre parti fondamentali.

• Membrana plasmatica: un involucro fluido in cui è contenuto il citoplasma; questa barriera separa la cellula sia dalle altre cellule sia dall’ambiente circostante. La membrana, a sua volta, è una struttura capace di assolvere a diverse funzioni, tra cui la regolazione dell’ingresso e dell’uscita di molecole dalla cellula.

• Citoplasma: una sostanza gelatinosa ricca di acqua, sali, molecole organiche e piccoli organelli. Nel citoplasma si trova il nucleo e avviene la maggior parte delle attività cellulari.

• Nucleo: struttura racchiusa da un involucro poroso, chiamato membrana nucleare, all’interno del quale si trova il DNA, sede delle informazioni genetiche necessarie e specifiche per ogni organismo. Il DNA e l’informazione in esso contenuta è trasmesso intatto alle cellule figlie durante la divisione cellulare (vedi Capitolo 13).

Figura 1.2 Rappresentazione schematica di una tipica cellula animale.

(Da: Pollard TD, Earnshaw WC: Biologia cellulare, 2 ed., Milano, 2008, Elsevier.)

Benché la membrana plasmatica e il citoplasma siano presenti nelle cellule di tutti gli organismi viventi, il nucleo è una struttura che caratterizza solo gli organismi più evoluti, sia unicellulari sia pluricellulari. Questi organismi viventi appartengono al gruppo, o dominio, degli eucarioti, termine di derivazione greca che indica proprio la presenza del nucleo in queste cellule (karyon, “nucleo”).

Procarioti ed eucarioti

Tutti gli organismi viventi appartengono a uno dei due domini della vita: procarioti ed eucarioti. La differenza fondamentale riguarda proprio il nucleo: nei procarioti, a differenza degli eucarioti, il DNA non è organizzato nel nucleo, ma è libero nel citoplasma.

Tra procarioti ed eucarioti esiste una notevole distanza evolutiva, in quanto i secondi sono comparsi sulla Terra molto tempo dopo,...

Table of contents

• Cover
• Title Page
• Front matter
• Copyright
• Autori
• Presentazione
• Table of Contents
• Capitolo 1: Organizzazione strutturale e funzionale degli organismi viventi
• Capitolo 2: Macromolecole dell’informazione
• Capitolo 3: Gene ed espressione genica
• Capitolo 4: Codice genetico e sintesi proteica
• Capitolo 5: Mutazioni e cancro
• Capitolo 6: Energia e metabolismo
• Capitolo 7: La chimica della vita all’opera : gli enzimi
• Capitolo 8: Nutrienti e digestione
• Capitolo 9: Utilizzo di carboidrati, grassi e aminoacidi per la produzione di energia
• Capitolo 10: Le scorte energetiche dell’organismo
• Capitolo 11: Come la cellula utilizza l’energia
• Capitolo 12: Come comunicano tra di loro le diverse parti dell’organismo vivente?
• Capitolo 13: Ciclo vitale : gametogenesi, fecondazione e ciclo cellulare
• Capitolo 14: Cromosomi umani e citogenetica
• Capitolo 15: Dal genotipo al fenotipo
• Capitolo 16: Trasmissione dei geni nelle generazioni
• Capitolo 17: Test genetici
• Glossario
• Indice analitico