Biologia per infermieristica: procarioti, eucarioti e membrana plasmatica

Programma di Biologia

• Introduzione alla biologia, il metodo scientifico.
• Organismi autotrofi ed eterotrofi.
• Caratteristiche generali procarioti ed eucarioti; virus.
• Teoria cellulare; organizzazioni morfo-funzionale della cellula eucariotica.
• Struttura e funzione della membrana plasmatica, endocitosi e esocitosi, giunzioni cellula-cellula e cellula-matrice extracellulare.
• Struttura e funzione degli organelli cellulari: sistema delle endomembrane (reticolo endoplasmatico, apparato del Golgi, vescicole di trasporto, lisosomi), citoscheletro, mitocondri e respirazione cellulare.
• Struttura del nucleo, nucleolo, morfologia e organizzazione molecolare dei cromosomi; cariotipo; ciclo cellulare; mitosi e meiosi
• Ciclo cellulare, mitosi e meiosi; cenni sui meccanismi di morte cellulare
• Struttura e ruolo biologico degli acidi nucleici. Meccanismi fondamentali dell'informazione genetica; duplicazione del DNA, trascrizione e traduzione; codice genetico e mutazioni puntiformi; RNA messaggero, transfer e ribosomiale. Cenni sulla regolazione dell'espressione genica.

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Il Metodo Scientifico Sperimentale

Nelle loro ricerche, i biologi utilizzano strumenti e procedure. Davanti a un fenomeno di cui non conoscono la causa:

• Compiono osservazioni sistematiche
• Formulano una domanda
• Elaborano un'ipotesi, ossia una possibile soluzione alla domanda
• Conducono esperimenti per verificare la validità delle previsioni
• Analisi dei dati

Esempio: Fleming e la Scoperta della Penicillina

nel 1928 Fleming divenne titolare della cattedra di batteriologia e, durante l'estate dello stesso anno, mentre stava svolgendo ricerche sul presunto agente patogeno dell'influenza (che solo in seguito si scoprì essere di natura virale e non batterica), si assentò dal suo laboratorio per un breve periodo di vacanza di circa 3 giorni, dimenticando di distruggere alcune colture di Staphilococcus aureus. Al rientro, notò in una piastra petri un alone chiaro inusuale: in quella zona, le colonie di Staphilococcus aureus non erano cresciute.

1. OSSERVAZIONE: LE COLONIE BATTERICHE NON CRESCEVANO INTORNO A QUELLE FUNGINE
2. IPOTESI: LE COLONIE DI FUNGHI POSSONO SINTETIZZARE SOSTANZE CHE INIBISCONO LA CRESCITA BATTERICA?
3. ESPERIMENTO: DUE TUBI CON TERENO DI COLTURA PER BATTERI Tubo A: Nel terreno ha aggiunto le colonie fungine di queste muffe, che non avevano fatto crescere i batteri, presenti sulla piastra Tubo B: Controllo (terreno di coltura in assenza di microrganismi, funghi e batteri) ... dopo giorni ha filtrato il brodo di coltura per rimuovere i funghi dal tubo A. successivamente ha aggiunto colonie batteriche in entrambi i tubi.
4. ANALISI DEI RISULTATI: NEL TUBO A NON ERANO CRESCIUTE COLONIE BATTERICHE; NEL TUBO B ERANO CRESCIUTE COLONIE BATTERICHE.
5. CONCLUSIONI: NEL TUBO A I FUNGHI HANNO SECRETO SOSTANZE BATTERICIDE

Fleming identifico in un secondo momento la muffa come appartenente al genere Penicillium. Quando riuscì ad isolare ed estrarre, anche se non totalmente, questo nuovo composto, lo chiamò penicillina: ne descrisse la stabilità a PH neutro ed acido, l'attività selettiva sui Gram positivi e su alcuni Gram negativi ed inizò a studiarne la tossicità in animali da esperimento.

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Il Metodo Sperimentale

• INIZIO
• OSSERVAZIONE
• IPOTESI
• ESPERIMENTI NO Si è verificata l'ipotesi? Provare nuova ipotesi SI CONCLUSIONE/TEORIA
• FINE

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Biologia: Studio della Vita

Dal greco: bìos = VITA e logos = STUDIO

• La VITA può essere descritta come l'insieme di proprietà e di caratteristiche che distinguono gli organismi viventi della materia
• Ciò che ha assicurato la diffusione ed il mantenimento delle forme viventi è una serie di proprietà che permettono di distinguere gli esseri viventi e non viventi.

Caratteristiche degli Organismi Viventi

• La vita può essere descritta come l'insieme di proprietà e di caratteristiche che distinguono gli organismi viventi dalla materia non vivente
• La diffusione ed il mantenimento delle forme viventi sono garantiti da proprietà comuni a tutti gli esseri viventi.
  • Composti da cellule
  • Crescono e si sviluppano
  • Si riproducono
  • Rispondono agli stimoli esterni
  • Capaci di prendere, trasformare e usare energia
  • Evolvono e si adattano all'ambiente

Organismi Autotrofi ed Eterotrofi

ORGANISMI AUTOTROFI:

• Energia ricavata da materiale inorganico come CO2, acqua, luce solare
• Tutte le piante e alcuni batteri hanno questi tipo di nutrizione

ORGANISMI ETEROTROFI:

• Acquisiscono energia e composti chimici partendo da sostanze organiche elaborate da organismi autotrofi o provenienti da altri organismi eterotrofi. Non sono in grado di sintetizzare le proprie sostanze nutritive Tutti gli animali e i funghi hanno questo tipo di nutrizione

Livelli di Organizzazione Biologica

... i livelli di organizzazione: ATOMO - MOLECOLA PICCOLE - MOLECOLE GRANDI - CELLULA - TESSUTO - ORGANO - APPARATO/SISTEMA - ORGANISMI

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La Scala di Dimensioni

LA SCALA DI DIMENSIONI: se stiamo parlando di una molecola (acqua) abbiamo alcune dimensioni = angstrom se stiamo parlando della molecola del DNA = nanometro

• 1 um (micrometro) = 106 metri es: cellula tipo batterio
• 1 nm (nanometro) = 10-9 metri
• 1 A (Angstrom) = 10-10 esempi: cellula epiteliale = 100 micron cellule del sangue = 10 micron molecola d'acqua = 4 Angstrom atomo di idrogeno = 1 Angstrom molecola DNA = 2 nm mioglobina = 4,5 nm filamento actina = 6 nm doppio strato lipidico = 5 nm ribosoma = 30 nm Microscopio elettronico HIV = 100 nm Ciglio = 250 nm Batterio = 1 um Mitocondrio = 2 um Cloroplasto = 8 um
• Microscopio ottico Linfocita = 12 um Cellula epiteliale = 30 um Paramecio = 1,5 mm Uovo di rana = 2,5 mm Occhio umano

La cellula va da pochi micron fino a 100 micron, o di più se è una cellula neuronale. Molecole di DNA = nanometri

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Il Concetto di Cellula

• Robert Hooke (1665) Usando un microscopio di sua invenzione, notò che il sughero e altri tessuti vegetali erano formati da piccole cavità separate da pareti; egli chiamò queste cavità "celle".
• Teoria cellulare: dopo una serie di esperimenti hanno scoperto che: (Schleiden e Schwann 1839)
  1. Tutti gli organismi sono costituiti da cellule
  2. La cellula è l'unità strutturale della vita, è una unità organizzativa e autonoma (Virchow 1855)
  3. Le cellule derivano solo per divisione cellulare da un'altra cellula

LA CELLULA COME UNITÀ DI BASE DEI VIVENTI COME L'ATOMO LO È DELLA MATERIA

Proprietà Fondamentali delle Cellule

LE PROPRIETÀ FONDAMENTALI DELLE CELLULE

• Ogni cellula ha una struttura complessa, formata da diversi componenti subcellulari (organelli)
• Ogni organello ha forma e disposizioni riproducibili in tutti gli individui della stessa specie
• La composizione molecolare di ogni tipo di organello è costante
• Le cellule contengono un programma genetico codificato nel DNA (all'interno del nucleo negli eucarioti). Non esisterebbe una cellula se non conterrebbe materiale genetico. Troviamo cromosomi costituiti da una serie di geni che si trovano sulla molecola del DNA.
• Il DNA contiene l'insieme dei geni che servono a guidare la formazione di tutte le molecole funzionali all'interno di ogni singolo organello cellulare
• Le cellule sono in grado di riprodursi (come gli organismi viventi)
• Divisione di una cellula "madre" in 2 cellule "figlie"
• Prima della divisione il DNA si duplica in modo che ogni cellula figlia riceva una copia completa del DNA della cellula madre
• Le cellule sono in grado di acquisire ed utilizzare energia
• Nelle cellule animali l'energia è fornita sotto forma di molecole di glucosio
• Il glucosio viene demolito per produrre una forma di energia chimica rappresentata dall'ATP (adenosina trifosfato) ... il rendimento energetico: da ogni molecola di glucosio attraverso la respirazione cellulare vengono prodotte complessivamente 36 molecole di ATP (eucarioti)/ 38 molecole di ATP (procarioti)
• Le cellule svolgono azioni meccaniche:
  • sostegno e mantenimento della morfologia
  • trasporto di molecole e frazioni subcellulari
• Le cellule sono in grado di recepire e reagire a stimoli e segnali chimico-fisici che provengono dall'esterno
• L'impulso viene sempre comunque convertito in un messaggio chimico/molecolare trasferito all'interno della cellula
• Le cellule si autoregolano
• Contenendo, compensando e riparando fluttuazioni pericolose della loro composizione e funzione ... CELLULA: l'unità più piccola della materia vivente.

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Cellule Procariotiche ed Eucariotiche

LE CELLULE POSSONO ESSERE PROCARIOTICHE O EUCARIOTICHE Le cellule procariotiche ed eucariotiche possiedono alcune strutture comuni:

• la membrana plasmatica
• il citoplasma le cellule procariotiche sono molto più piccole di quelle eucariotiche e hanno una struttura di base più semplice.

La Cellula Procariota

Pro = prima Carion = nucleo

La cellula per esistere deve avere il DNA, ma in questo caso non è separato dal nucleo. Le cellule procariotiche hanno:

• La membrana plasmatica: racchiude la cellula, separando il suo interno dall'ambiente esterno e regolando il traffico di materiali in entrata e in uscita
• La parete cellulare: solo negli eucarioti e nei procarioti vegetali
• Il nucleoide: è la regione della cellula in cui è localizzato il DNA, che controlla crescita, il mantenimento e la riproduzione della cellula
• Il citosol: è costituito principalmente da acqua in cui sono disciolti ioi, piccole molecole e macromolecole solubili, come le proteine
• I ribosomi sono complessi formati da RNA e proteine

Il DNA forma un'unica lunga molecola chiusa ad anello ed è diverso dal DNA nucleare della cellula eucariotica. Sono presenti diversi ribosomi dispersi nel citoplasma, ma sono più piccoli di quelli della cellula eucariotica. Le dimensioni della cellula procariotica sono molto minori, tuttavia le funzioni vitali vengono svolte con successo, come è testimoniato dalla grande diffusione dei batteri. I flagelli sono utilizzati come propulsori e sono fondamentali per la locomozione

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