MEDICAL DNA PRESENTATION

BIOLOGIA E CHIMICA

ANNO SCOLASTICO 2023-2024

START

L'ACQUA

Una scienza con tante discipline

LA CELLULA

LE CARATTERISTICHE COMUNI DEI VIVENTI

GRUPPI FUNZIONALI

LA VARIETà DEGLI ESSERI VIVENTI

L'ACQUA

Le proprietà chimiche e fisiche dell’acqua sono molto influenzate dal legame a idrogeno, che si forma grazie alla presenza nella molecola di ossigeno e idrogeno. L’acqua può formare forti legami intermolecolari con molte molecole. Per questo è il solvente più diffuso in natura e nei sistemi naturali non si trova mai pura.

• la densità allo stato solido è minore di quella allo stato liquido

• la tensione superficiale è più alta di ogni altro liquido
• il calore di vaporizzazione e il calore specifico sono elevati

L'IDROSFERA

• L’idrosfera è l’insieme di tutte le acque terrestri.
• Le acque naturali non sono mai completamente pure e si distinguono in base alla quantità di sali disciolti in:

• Il ciclo idrologico è la circolazione continua delle molecole d’acqua che si spostano dagli oceani all’atmosfera e alle terre emerse.

L'ACQUA COME RISORSA

I consumi di acqua da parte dell’uomo possono essere divisi in alcune principali categorie:

-uso domestico/detergente, per cucinare, per l’igiene personale, lavare i capi di abbigliamento

-uso agricolo, per irrigare le coltivazioni e per gli allevamenti.

-Acqua potabile, per soddisfare il bisogno primario di bere

-uso industriale: acqua impiegata nel processo produttivo di beni e merci

-produzione di energia: per il trasferimento di calore negli impianti termoelettrici e termonucleari e per il loro raffreddamento, senza dimenticare che le acque di fiumi e laghi si usano direttamente per la produzione di energia idroelettrica.

• Alcune sostanze, quando si sciolgono nell'acqua, liberano ioni idrogeno (H+) carichi positivamente: tali sostanze sono dette acidi.
• Per esempio la molecola dell'acido cloridrico (HCI) in acqua si dissocia producendo ioni H+ e ioni CI: di conseguenza, si ottiene una soluzione acida.

• Nonostante contengano numerosi tipi di molecole, le cellule sono minuscole: nel 1665 Robert Hooke (1635-1703) stimò che in poco più di 5 centimetri quadrati di sughero, esaminati con la lente d'ingrandimento, ci fossero 1 259 712 000 cellule.
• Il diametro di una cellula varia da 1 a 100 micrometri.

Il più piccolo oggetto che un essere umano riesce a distinguere misura circa 0,2 mm. Inoltre, la distanza che deve separare due oggetti affinché l'occhio li percepisca come oggetti distinti prende il nome di risoluzione;

IL MICROSCOPIO OTTICO

IL MICROSCOPIO ELETTRONICO

La dimensione delle cellule è limitata dal rapporto tra superficie e volume.

• Il volume determina il livello di funzionalità di una cellula, cioè la quantità di attività svolta dalla cellula nell'unità di tempo.

• La superficie determina la quantità di sostanze che la cellula può scambiare con l’esterno.

Le cellule hanno dimensioni ridotte, in modo da avere una grande superficie rispetto al loro volume. Ciò garantisce scambi efficienti con l’esterno.

Il modello a mosaico fluido

Tutte le cellule sono delimitate da membrane che hanno una struttura dinamica e flessibile, detta mosaico fluido, costituita da un doppio strato di fosfolipidi in cui sono immerse proteine integrali e periferiche. -Lipidi, proteine e carboidrati.

Poiché al microscopio elettronico tutte le membrane cellulari si somigliano, e poiché si convertono rapidamente l'una nell'altra, potremmo aspettarci che esse siano tutte chimicamente identiche.

DOPPIO STRATO FOSFOLIPIDICO

GRUPPO FOSFATO

Esso deriva dalla dissociazione acida dell’acido fosforico:

GRUPPO ACIDI GRASSI

Con il termine acidi grassi si indicano gli acidi monocarbossilici alifatici derivati o contenuti in forma esterificata in un grasso vegetale o animale, olio o cera. Sono, prevalentemente ma non esclusivamente, con una catena da 4 a 30 atomi di carbonio, in un numero pari, senza ramificazioni e aciclici (cioè costituiti da molecole che non presentano catene chiuse ad anello); possono essere saturi (se la loro molecola presenta solo legami singoli C-C) o insaturi (se presentano doppi legami C=C)

COLESTEROLO

In alcune membrane, tra i fosfolipidi si può trovare anche il colesterolo, che può rappresentare fino al 15% del contenuto lipidico. Il colesterolo è un componente tipico delle membrane delle cellule animali, e contribuisce a dare maggiore resistenza alla membrana.

Gli acidi grassi dei fosfolipidi rendono l'interno idrofobico della membrana piuttosto fluido. Questa fluidità consente alle molecole di scorrere lateralmente lungo il piano della membrana: in poco più di un secondo, una molecola di fosfolipide della membrana plasmatica può spostarsi da un'estremità all'altra della cellula.

La fluidità di una membrana dipende dalla sua composizione lipidica e dalla temperatura.

LE PROTEINE

-Le proteine sono polimeri di amminoacidi.-CATENE POLIPEPTIDICHE-Svolgono molteplici funzioni e ognuna di esse ha una forma specifica indispensabile per il lavoro che deve svolgere.

Le proteine derivano dalla combinazione di 20 amminoacidi.

STRUTTURA PRIMARIA

Le catene polipeptidiche sono sequenze di amminoacidi che si uniscono mediante legami peptidici, ciascuno dei qualicoinvolge un gruppo amminico e un gruppo carbossilico. Ogni catena polipeptidica ha una specifica sequenza lineare definita dal numero, dal tipo e dall’ordine degli amminoacidi che contiene.

La struttura primaria di una proteina è la sequenza degli amminoacidi nella catena polipeptidica.

STRUTTURA SECONDARIA

La struttura secondaria è il ripiegamento dovuto ai legami a idrogeno tra le parti costanti degli amminoacidi.

STRUTTURA TERZIARIA

La struttura terziaria è la conformazione finale della molecola causata dalle interazioni tra i gruppi R.

STRUTTURA QUATERNARIA

Alcune proteine hanno una struttura quaternaria, cioè sono formate da più catene ripiegate.

La configurazione, cioè la forma della proteina, dipende dalla struttura primaria ed è essenziale per la sua funzione.La denaturazione è la perdita della struttura secondaria e terziaria di una proteina, causata da calore, radiazioni,sostanze chimiche.

I CARBOIDRATI SULLA MEMBRANA PLASMATICA

Oltre ai lipidi e alle proteine , molte membrane contengono quantità notevoli di carboidrati.-Superficie esterna della membrana. I carboidrati associati alle membrane possono formare glicolipidi e glicoproteine.

Un glicolipide è un carboidrato unito a un lipide tramite legami covalenti.Una glicoproteina consiste di una o più catene corte di carboidrato unite a una proteina tramite legami covalenti. I carboidrati compongono, in questo modo, una sorta di «codice di riconoscimento» sulla superficie esterna delle membrane fondamentale per il processo di riconoscimento e l'adesione tra cellule.

LE CELLULE

PROCARIOTE

EUCARIOTE

+ NEgli alimenti

+ NEL TRATTO GASTROINTESTINALE

+ probiotici

+ NELLA PRODUZIONE DI FARMACI

+ nel suolo

PROBIOTICI

- Bifidobatteri e Lactobacilli: Questi batteri sono comuni negli alimenti fermentati. La parola "probiotico" ha origine dalle parole greche "pro", che significa "a favore di", e "biotikos", che significa "la vita". L'Organizzazione Mondiale della sanità li definisce: "microrganismi viventi che, quando somministrati in dosi sufficienti, conferiscono un beneficio alla salute dell'ospite." L'intestino è il loro sito di azione principale, ma, in realtà vanno ad agire su un territorio più ampio, interessano tutto l'organismo, infatti, sono utili nelle aree dell'organismo dove c'è una maggiore carica batterica, ovvero a livello orale, cutaneo o vaginale.

+ INFO

• Il loro ruolo più evidente è nel mantenimento dell'equilibrio della flora intestinale, che è fondamentale per il corretto funzionamento del sistema digestivo. Questi microrganismi benefici possono migliorare la digestione, aiutare nell'assorbimento dei nutrienti e ridurre l'insorgenza di disturbi gastrointestinali.

• Svolgono un ruolo cruciale nel sostenere il sistema immunitario, contribuendo a difendere l'organismo da infezioni e malattie.

• La ricerca scientifica continua a esplorare nuove aree di applicazione dei probiotici, come il loro potenziale ruolo nella gestione di condizioni infiammatorie, allergie e persino salute mentale. Tuttavia, è importante notare che gli effetti specifici dei probiotici possono variare in base al ceppo e alla quantità consumata, quindi la consulenza con un professionista della salute è consigliata prima di iniziare eventuali integratori.

QUALI CARATTERISTICHE DISTINGUONO UN SASSO DA UNA PIANTA?

COME HANNO AVUTO ORIGINE GLI ORGANISMI CHE POPOLANO LA TERRA?

BIOLOGIA

La biologia studia tutti gli esseri viventi: dai batteri grandi meno di un millimetro fino ai trenta metri della balenottera azzurra

COME SI SONO EVOLUTI GLI ORGANISMI CHE POPOLANO LA TERRA?

Gli organismi rispondono ai cambiamenti dell'ambiente esterno regolando il proprio ambiente interno

Tutti gli organismi sono fatti di cellule

La vita è organizzata in livelli gerarchici

Le cellule contengono delle informazioni ereditarie

Le cellule ricavano dall'ambiente energia e nutrienti

Gli esseri viventi interagiscono gli uni con gli altri

Tutti gli esseri viventi sono comparsi per evoluzione a partire da un antenato comune

La scoperta della cellula risale al 1600 e si deve a Robert Hooke

• Uno dei suoi risultati più famosi riguarda i perfezionamenti di un microscopio ottico: invenzione di nuove lenti e un nuovo sistema di illuminazione

Nel 1838, i biologi tedeschi Schleiden e Schwann, che studiavano rispettivamente le piante e gli animali, rimasero colpiti dalle somiglianze tra le loro osservazioni e conclusero che sia i vegetali sia gli animali sono costituiti dallo stesso elemento di base: LA CELLULA.

Il più piccolo oggetto che un essere umano riesce a distinguere misura circa 0,2 mm. Inoltre, la distanza che deve separare due oggetti affinché l'occhio li percepisca come oggetti distinti prende il nome di risoluzione;

IL MICROSCOPIO OTTICO

IL MICROSCOPIO ELETTRONICO

ATOMI

CELLULE

MOLECOLE

SI RIPRODUCE E CRESCE

SISTEMI INANIMATI

• Ciò avviene grazie a due tipi di molecole:
• DNA (nucleotidi-geni)
• PROTEINE (amminoacidi)

• Il codice genetico chiarisce come queste sequenze di nucleotidi sono tradotte in seguenze di amminoacidi.
• LA TRASCRIZIONE (RNA)
• LA TRADUZIONE, cioè la sintesi della proteina.

• Regolano le reazioni chimiche che avvengono nelle cellule;
• Formano i muscoli e altre strutture del corpo;
• Ci difendono da malattie;
• Trasportano vari tipi di sostanze.

ETEROTROFI

AUTOTROFI

SONO CAPACI DI TRAFORMARE SOSTANZE INORGANICHE IN SOSTANZE ORGANICHE

COLORO CHE RICAVANO NUTRIMENTO DA ALTRI ORGANISMI

• Vengono definiti anche consumatori: primari, se si nutrono di altri organismi autotrofi, secondari, terziari o di ordine superiore se si nutrono di eterotrofi.

• Vengono definiti anche organismi fotosintetici poichè utilizzano la luce solare per produrre molecole ricche di energia.

• L'omeostasi è la capacità degli esseri viventi di adattare il proprio metabolismo (tutte le reazioni chimiche che avvengono all'interno di un essere vivente) alle variazioni dell'ambiente esterno.

Ameba, organismo unicellulare acquatico

ORGANISMO

è un sistema biologico composto da parti costituito da parti che concorrono a renderlo autonomo

1. Nel corso dell'evoluzione in un organismo pluricellulare le cellule si sono specializzate in determinate funzioni vitali con perdita di capacità di svolgere altre funzioni.

GERARCHIA INTERNA

TESSUTI ORGANI (con funzioni interconnesse)

Apparati

Sistemi

ORGANISMO

STESSA REGIONE GEOGRAFICA, CONDIVIDONO IL TERRITORIO

POPOLAZIONE

GERARCHIA ESTERNA

Possono esistere interiazioni di vario tipo: o non vogliono coalizzarsi con altre popolazioni o vengono a crearsi le:

COMUNITà

Interazioni tra comunità differenti e ambiente

ECOSISTEMA

CHARLES DARWIN

Osservò che la prole somigliava ai genitori sotto numerosi aspetti e questa osservazione è alla base del concetto biologico di specie

Sviluppò la teoria dell'evoluzione per selezione naturale

molte specie in natura non riescono a sopravvivere e a riprodursi

La specie è un gruppo di organismi che si somigliano e che possono accoppiarsi tra di loro generando prole feconda

Selezione naturale, se non fosse così: crescita illimitata.

EVOLUZIONE

BIOLOGI

Raggruppano gli esseri viventi in tre

DOMINI

• ACHEI
• BATTERI
• EUCARIOTI

Gli achei e i batteri sono costituiti da cellule procariote: sono organismi unicellulari microscopici che molte volte formano colonie e vivono in quasi tutti gli ambienti terrestri, a volte anche dentro piante ed animali.

REGNI

CARL LINNAEUS

Più di 250 anni fa mise a punto e propose il suo sistema binomiale di nomenclatura per attribuire ad ogni specie il suo nome scientifico

Costituito da un nome in maiuscolo che va ad indicare il genere di appartenenza, uno in minuscolo che va ad indicare la specie di appartenenza e tra parentesi potrebbe essere posta l'iniziale di colui o colei che li ha coniati.

Classifica la specie in base alla specie morfologica (aspetto simile)

Canis lupis (L)

GRUPPI FUNZIONALI

Un gruppo funzionale è un atomo o un gruppo di atomi che determina le proprietà chimiche di un composto organico, permettendone la classificazione.

IDROCARBURI

AROMATICI

ALIFATICI

GRUPPI ALCHILICI

Alchile, In chimica organica, indica il gruppo funzionale corrispondente ad un alcano privato di un atomo di idrogeno.-ALCANI (metodo di sostituzione) -Et-ile

GRUPPO OSSIDRILICO

Il gruppo idrossile (gruppo idrossilico o idrossile secondo la nomenclatura IUPAC, o impropriamente ossidrile o ossidrilione) è un gruppo funzionale di formula -OH.-ALCANI (metodo di sostituzione) -Etan-olo -Alcol o polialcol

GRUPPO ACIDI CARBOSSILICI

Gli acidi carbossilici sono una classe di molecole organiche che contengono uno o più gruppi carbossilici.-ALCANI (metodo di sostituzione) -Metan-oico

GRUPPI ALDEIDI

Formula di struttura di un'aldeide generica è quella riportata qui di fianco.-ALCANI (metodo di sostituzione) -Butan-ale

CHETONI

I chetoni, o acetoni, sono dei composti organici di formula generale R-CO-R', caratterizzati dalla presenza di un gruppo carbonile C=O.-ALCANI (metodo di sostituzione) -Propan-one

THANKS!

Per sopravvivere, gli organismi interagiscono con l'ambiente che li circonda, da cui traggono le sostanze nutritive che traformano per ricavare energia e costruire il loro corpo. Ma, questi stessi interagiscono anche con altri esseri viventi, infatti si ha l'evoluzione specie: vengono generate varie forme di vita: la biodiversità.

Il microscopio elettronico permette di osservare la struttura interna delle cellule. Esso impiega degli elettromagneti per mettere a fuoco un fascio di elettroni, proprio come un microscopio ottico usa lenti di vetro per focalizzare un raggio di luce. Dato che gli elettroni sono invisibili, per creare un'immagine visibile il microscopio elettronico li dirige su uno schermo fluorescente o su una pellicola fotografica. Per poter essere attraversato dagli elettroni, il materiale da osservare, chiamato campione, deve essere estremamente sottile. La risoluzione di un microscopio elettronico è di circa un milione di volte superiore all'occhio umano. I microscopi elettronici ingrandiscono i campioni molto di più di quelli ottici e si ha una risoluzione migliore, ma le cellule si possono osservare soltanto da morte, poiché devono essere preparate per l'osservazione nel vuoto. Immagini in bianco e nero o a colori.

Polialcoli

• Quando è presente più di un OH

È una grandezza che esprime la quantità di calore necessaria per far vaporizzare un grammo di liquido alla temperatura di ebollizione. Nell’acqua ha un valore molto elevato, poiché è richiesta molta energia per portare l’acqua allo stato di vapore.

Nell’acqua ha un valore molto elevato, il calore specifico, poiché è richiesta molta energia per portare l’acqua allo stato di vapore. Al calore specifico si deve l’effetto mitigatore del clima delle grandi masse d’acqua, che cedono calore all’ambiente molto lentamente.

Negli organismi viventi sono presenti 20 amminoacidi che differiscono in base alle proprietà chimiche dei loro gruppi R, alcuni sono polari, altri sono dotati di carica elettrica, altri ancora sono idrofobici.

ALANINA

GLICINA

FENILALANINA

ACIDO ASPARTICO

SERINA

CISTEINA

I legami a idrogeno fra le molecole adiacenti rendono la superficie particolarmente coesa. Il risultato è una notevole resistenza alla penetrazione di corpi esterni e la tendenza a formare gocce.

Polialcoli

• Quando è presente più di un OH

ALIFATICI

CRIODECAPPAGGIO

Il raffreddamento stabilizza i legami a idrogeno, che obbligano le molecole ad assumere posizioni distanziate da spazi vuoti più ampi. Allo stato solido, quindi, aumenta il volume occupato da una certa massa d’acqua liquida: la densità diminuisce e il ghiaccio galleggia sull’acqua.

Il microscopio ottico forma immagini ingrandite degli oggetti utilizzando lenti di vetro e la luce visibile. Questo strumento ha un potere di risoluzione di circa 1000 volte superiore rispetto all'occhio umano e permette di vedere la dimensione e la forma delle cellule e alcune strutture intracellulari. Se vogliamo osservare cellule vive, si può usare il microscopio ottico a contrasto di fase, ma le strutture cellulari interne sono difficili da distinguere sotto la luce visibile, perciò spesso le cellule subiscono un trattamento chimico che ne colora i componenti con tinte diverse (microscopia a fluorescenza)

Il microscopio elettronico permette di osservare la struttura interna delle cellule. Esso impiega degli elettromagneti per mettere a fuoco un fascio di elettroni, proprio come un microscopio ottico usa lenti di vetro per focalizzare un raggio di luce. Dato che gli elettroni sono invisibili, per creare un'immagine visibile il microscopio elettronico li dirige su uno schermo fluorescente o su una pellicola fotografica. Per poter essere attraversato dagli elettroni, il materiale da osservare, chiamato campione, deve essere estremamente sottile. La risoluzione di un microscopio elettronico è di circa un milione di volte superiore all'occhio umano. I microscopi elettronici ingrandiscono i campioni molto di più di quelli ottici e si ha una risoluzione migliore, ma le cellule si possono osservare soltanto da morte, poiché devono essere preparate per l'osservazione nel vuoto. Immagini in bianco e nero o a colori.

Il microscopio ottico forma immagini ingrandite degli oggetti utilizzando lenti di vetro e la luce visibile. Questo strumento ha un potere di risoluzione di circa 1000 volte superiore rispetto all'occhio umano e permette di vedere la dimensione e la forma delle cellule e alcune strutture intracellulari. Se vogliamo osservare cellule vive, si può usare il microscopio ottico a contrasto di fase, ma le strutture cellulari interne sono difficili da distinguere sotto la luce visibile, perciò spesso le cellule subiscono un trattamento chimico che ne colora i componenti con tinte diverse (microscopia a fluorescenza)

ZOOLOGIA

BOTANICA

• ITTIOLOGIA
• ENTOMOLOGIA
• ORNITOLOGIA

TECNOLOGIA

• BIOTECNOLOGIE
• BIOINFORMATICA
• INGEGNERIA GENETICA

ULTERIORI SCOPERTE: RAGGI X E CRISTALLOGRAFIA

ERNST MAYR

Nel 1940 propone la specie biologica