Caratteristiche dei viventi e biomolecole

Cosa rende qualcosa "vivo"? I viventi hanno sette caratteristiche fondamentali: sono formati da cellule, crescono e si sviluppano, si riproducono, regolano il loro metabolismo (omeostasi), rispondono agli stimoli, possiedono informazione genetica e sono soggetti a evoluzione.

La materia vivente è composta principalmente da quattro elementi: ossigeno, carbonio, idrogeno e azoto. Questi formano le quattro principali biomolecole: proteine, carboidrati, lipidi e acidi nucleici.

💡 Da ricordare: Tutti gli esseri viventi, dal batterio più piccolo all'elefante più grande, condividono queste sette caratteristiche fondamentali!

Tipi cellulari: procarioti ed eucarioti

Le cellule procariote sono le più semplici e piccole $0,5-5 μm$. Il loro DNA è libero nel citoplasma come singola molecola circolare e hanno solo i ribosomi come organelli.

Le cellule eucariote sono più grandi $10-100 μm$ e complesse. Il loro DNA è racchiuso nel nucleo e possiedono numerosi organelli specializzati: mitocondri per l'energia, reticolo endoplasmatico per la sintesi proteica, e apparato di Golgi per modificare le proteine.

Le cellule vegetali hanno in più la parete cellulare di cellulosa e i cloroplasti per la fotosintesi. Questa diversità cellulare permette funzioni sempre più specializzate negli organismi complessi.

💡 Trucco per ricordare: "Pro-cariote" = "prima del nucleo", "Eu-cariote" = "vero nucleo"!

Metabolismo e trasporto cellulare

Il metabolismo cellulare include due processi opposti: l'anabolismo (costruisce molecole usando energia) e il catabolismo (demolisce molecole liberando energia). L'ATP (adenosintrifosfato) è la "moneta energetica" che collega questi processi.

La membrana plasmatica è semipermeabile e regola gli scambi con l'esterno. Il trasporto può essere passivo (senza energia, seguendo il gradiente di concentrazione) o attivo (con energia ATP, contro gradiente).

Questo sistema di controllo degli scambi permette alla cellula di mantenere le condizioni interne ottimali per la vita, indipendentemente dalle variazioni esterne.

💡 Analogia utile: La membrana cellulare funziona come un filtro intelligente che decide cosa far entrare e uscire dalla cellula!

Catabolismo del glucosio e fotosintesi

Il glucosio è il carburante principale delle cellule. La sua demolizione avviene in fasi: prima la glicolisi (nel citoplasma), poi la respirazione cellulare (nei mitocondri). In totale, da una molecola di glucosio si ottengono 38 molecole di ATP!

La fotosintesi clorofilliana è il processo opposto: i vegetali usano l'energia solare per trasformare CO₂ in glucosio. Gli organismi autotrofi (piante) producono il proprio cibo, mentre quelli eterotrofi (animali, funghi) devono procurarselo dall'ambiente.

I virus sono entità particolari: non sono cellule ma parassiti obbligati che possono riprodursi solo infettando cellule ospiti. Contengono DNA o RNA racchiuso in un involucro proteico.

💡 Connessione importante: Fotosintesi e respirazione cellulare sono processi complementari - una produce quello che l'altra consuma!

Divisione cellulare e riproduzione

La divisione cellulare permette la crescita, il rinnovamento dei tessuti e la riproduzione. Nei procarioti avviene per scissione binaria, negli eucarioti attraverso mitosi (cellule identiche) o meiosi (cellule diverse con metà cromosomi).

La mitosi ha quattro fasi (profase, metafase, anafase, telofase) e produce due cellule figlie identiche alla madre. La meiosi produce quattro gameti diversi tra loro, fondamentale per la riproduzione sessuale.

Il crossing-over durante la meiosi aumenta la variabilità genetica scambiando pezzi di cromosomi omologhi. Questo è il motivo per cui i fratelli non sono mai identici (tranne i gemelli omozigoti)!

💡 Per gli esami: Ricorda che mitosi = crescita e riparazione, meiosi = riproduzione sessuale!

Genetica mendeliana ed ereditarietà

Mendel scoprì le leggi dell'ereditarietà studiando le piante di pisello. Ogni carattere è determinato da un gene che esiste in forme alternative chiamate alleli. Un organismo possiede due alleli per ogni gene, uno da ciascun genitore.

Gli individui omozigoti hanno due alleli uguali (RR o rr), gli eterozigoti ne hanno due diversi (Rr). L'allele dominante (R) si manifesta sempre, quello recessivo (r) solo in omozigosi.

Il genotipo è l'insieme dei geni, il fenotipo sono le caratteristiche visibili. Il genoma include tutto il materiale genetico, anche le parti non codificanti.

💡 Trucco mnemonico: Dominante = si "domina" sempre, Recessivo = "recede" quando c'è il dominante!

Cromosomi e malattie genetiche

I geni sono localizzati sui cromosomi (teoria cromosomica dell'eredità, 1903). Le cellule umane hanno 46 cromosomi: 22 coppie di autosomi più una coppia di cromosomi sessuali (XX per le femmine, XY per i maschi).

Il cariotipo è l'insieme delle caratteristiche dei cromosomi di un organismo. Le malattie genetiche possono essere autosomiche (legate agli autosomi) o legate ai cromosomi sessuali, come emofilia e daltonismo.

Il DNA è formato da deossiribosio, gruppo fosfato e quattro basi azotate (adenina, guanina, citosina, timina). Watson e Crick scoprirono la struttura a doppia elica con basi complementari.

💡 Regola d'oro: A-T e G-C sono sempre appaiati nella doppia elica del DNA!

Dal DNA alle proteine

La replicazione del DNA è semiconservativa: ogni nuova molecola contiene un filamento vecchio e uno nuovo. L'RNA differisce dal DNA per lo zucchero (ribosio), una base diversa (uracile al posto di timina) e la struttura a singolo filamento.

Esistono tre tipi di RNA: mRNA (trasporta l'informazione genetica), rRNA (componente dei ribosomi) e tRNA (trasporta gli amminoacidi). Il processo va dal DNA all'RNA (trascrizione) e dall'RNA alle proteine (traduzione).

I cromosomi eucarioti sono costituiti da DNA associato a proteine chiamate istoni, formando la cromatina. Questo complesso permette di compattare enormi quantità di DNA nel piccolo nucleo cellulare.

💡 Flusso dell'informazione: DNA → RNA → Proteine (dogma centrale della biologia molecolare)!

Mutazioni e ingegneria genetica

Le mutazioni sono cambiamenti del patrimonio ereditario. Possono essere geniche (singolo gene), cromosomiche (struttura del cromosoma) o genomiche (numero di cromosomi). Esempi: delezione, duplicazione, sindrome di Down.

L'ingegneria genetica permette di modificare il DNA per produrre sostanze utili. Il processo include: isolamento del gene, costruzione del DNA ricombinante, inserimento in cellule ospiti, clonazione e purificazione del prodotto.

La teoria dell'evoluzione di Darwin spiega come le specie cambiano nel tempo attraverso la selezione naturale. Il neo-darwinismo integra le idee di Darwin con la genetica di Mendel, spiegando l'origine della variabilità genetica.

💡 Concetto chiave: Le mutazioni forniscono la variabilità su cui agisce la selezione naturale!

Classificazione dei viventi

La classificazione di Linneo organizza la diversità biologica in categorie gerarchiche: dominio, regno, phylum, classe, ordine, famiglia, genere, specie. La nomenclatura binomia usa due nomi latini per indicare ogni specie.

I cinque regni sono: Monere (batteri), Protisti (organismi unicellulari eucarioti), Funghi (decompositori), Piante (autotrofi pluricellulari) e Animali (eterotrofi pluricellulari). Ogni regno ha caratteristiche distintive di struttura cellulare e nutrizione.

Le piante si suddividono in tallofite (come i muschi) e altre categorie più complesse. Questa organizzazione sistematica ci aiuta a comprendere le relazioni evolutive tra gli organismi viventi.

💡 Per ricordare: La classificazione va dal generale (dominio) al particolare (specie), come un indirizzo postale al contrario!