Biologia riassunti

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Il sistema digerente

Tranne qualche eccezione ,tutti gli animali possiedono un tubo digerente costituito da un lungo canale che si estende dalla bocca all’ano. Nei vertebrati il tubo digerente è ripiegato su se stesso per avere una maggiore superficie di lavoro e di scambio di sostanze;questo apparato digerente comprende anche le ghiandole salivari,il pancreas,il fegato e la cistifellea i quali producono enzimi e altre sostanze essenziali per la digestione. Il cibo serve sia per produrre energia per produrre ATP sia per prendere sostanze chimiche che il corpo umano non può produrre come gli aminoacidi che servono per la sintesi delle proteine. Il processo digestivo comprende due tappe: la demolizione delle molecole del cibo e il loro assorbimento all’interno del corpo. Il canale digerente inizia con la cavità orale e comprende la bocca ,la faringe ,l’esofago ,lo stomaco ,l’intestino tenue e crasso e l’ano. Ognuno di questi è specializzato per una delle tappe dell’intero processo, ma tutti hanno una struttura di base simile. Il tubo digerente è costituito da quattro strati: uno strato più interno, la mucosa, formata da tessuto epiteliale e connettivo; la sottomucosa che è costituita da tessuto connettivo e contiene fibre nervose e vasi sanguigni e linfatici; la tonaca muscolare e la sierosa, un rivestimento esterno di tessuto connettivo. L’epitelio del tubo digerente contiene molte cellule caliciformi che secernono muco e in alcuni tratti, ghiandole che secernono enzimi digestivi. Le contrazioni coordinate di questi muscoli producono costrizioni ad anello che servono a mescolare il cibo mediante un insieme di movimenti di tipo ondulatorio noto come peristalsi; questi movimenti fanno avanzare il cibo lungo il canale digerente. In alcuni punti lo strato di mescolatura diventa più spesso dando luogo a fasce più consistenti dette sfinteri. Questi contraendosi e rilasciandosi, agiscono come delle valvole che controllano il passaggio del cibo da una zona all’altra del tubo; ne sono esempi il cardias che separa l’esofago dallo stomaco e il piloro che impedisce, se contratto, il passaggio del cibo dallo stomaco verso l’intestino tenue.
Il processo di demolizione del cibo inizia nella bocca. Molti vertebrati hanno denti specializzati e particolarmente adattati a lacerare o frantumare il cibo. L’uomo possiede 32 denti che sono cosi suddivisi: 4 incisivi specializzati nel taglio, 2 canini per afferrare e lacerare, 4 premolari per triturare e 6 molari con la stessa funzione dei premolari. La lingua anch’essa tipica dei vertebrati, ha nei mammiferi la funzione di muovere e rimescolare il cibo ed è dotata di bottoni gustativi che contengono recettori sensoriali per alcune sostanze chimiche; tramite i neuroni sensoriali le informazioni sulle proprietà chimiche degli alimenti vengono trasmessi al cervello che le elabora permettendo di distinguere i sapori. Mentre il cibo è masticato,viene anche inumidito dalla saliva,una secrezione acquosa prodotta da tre paia di grosse ghiandole salivari. La saliva contiene muco che lubrifica il cibo perché possa essere facilmente inghiottito;negli uomini e negli altri mammiferi,la saliva contiene anche un enzima digestivo, l’amilasi che inizia la demolizione degli amidi già in bocca. Essa agisce idrolizzando,il quale comporta alla rottura di ogni legame. I carnivori come i lupi che lacerano e ingoiano il cibo senza masticarlo non hanno enzimi digestivi nella saliva. La secrezione della saliva è controllata dal sistema nervoso autonomo:la salivazione ha inizio in seguito alla presenza di cibo nella bocca,ma anche per il semplice odore o per l’idea del cibo.
Il cibo misto con saliva viene chiamato bolo e scende nell’esofago attraverso un’azione volontaria, ma nella faringe, dove vi è il bivio tra esofago e trachea, avviene un’azione involontaria. L’epiglottide una “lingua” di cartilagine ad ogni deglutizione si abbassa ostruendo la trachea, in questo modo il bolo prenderà sicuramente la strada giusta, l’esofago. Il bolo si muove nell’esofago attraversi la peristalsi ovvero un movimento muscolatorio a onde che fa in modo che lo costringe a scendere lentamente. Il cibo arriva allo stomaco passando per il cardias, che separa l’esofago dallo stomaco. Lo stomaco è un organo a forma di sacco che può essere ripiegato o dilatato completamente. Il PH dello stomaco è acido, 1-2, poiché le ghiandole dello stomaco producono succhi gastrici che contengono acido cloridrico, per distruggere i batteri e un enzima peptidico proteolitico che distrugge le proteine, pepsina che entra in funzione solo quando entra a contatto con l’acido. Queste ghiandole secernono anche muco per proteggere le pareti dello stomaco che potrebbero essere digerite dai succhi gastrici. La vista del cibo provoca la secrezione dei succhi gastrici e la presenza del cibo con proteine fa produrre la gastrina, un ormone che fa aumentare la produzione di succhi gastrici e fa aumentare le contrazioni dello stomaco. Il chimo, cibo parzialmente digerito, entra nell’intestino tenue dove si completa la scissione del cibo e le molecole passano nei vasi sanguigni. Nell intestino ci sono dei villi, delle estensioni della mucosa che aumentano l’area superficiale e dei microvilli che si trovano sulle singole cellule epiteliali. Il duodeno, la parte iniziale dell’intestino è la più attiva nel processo digestivo. Altri organi aiutano a digerire il cibo, come il fegato che secerne la bile, che si trova nella cistifellea, che emulsiona i grassi riducendoli a goccioline facendo aumentare la superficie d’attacco degli enzimi idrolitici. Il pancreas è una ghiandola che secerne ormoni succhi digestivi e un liquido alcalino che alza il PH del cibo e neutralizza l’acidità che si era creata nello stomaco. Nell’intestino l’amilasi pancreatica trasforma amidi in disaccaridi, la lipasi idrolizza i grassi in glicerolo e acidi grassi e le proteine vengono trasformate in aminoacidi da diversi enzimi. Le attività digestive sono controllate da ormoni come la secretina e la colecistochinina che regolano l’immissione di liquidi provenienti dalle ghiandole nell’intestino. Anche il sistema nervoso collabora, coordinando i movimenti e attivando gli enzimi.
La maggior parte delle sostanze entrano nel sangue attraverso i capillari dei villi attraverso trasporto attivo, mentre gli acidi grassi più complessi entrano nel sangue per diffusione passiva. Gli acidi grassi vengono ricomposti in grassi ed entrano nel sistema circolatorio.

Autore: Federico Ferranti con l’aiuto di Daniele Ridolfi
Fonte: http://www.riassuntiliceo.altervista.org/terzof/cap25.doc
www.terzof.altervista.org

Biologia riassunti

Introduzione al corpo umano
L’uomo è un vertebrato e possiede uno scheletro interno osseo e articolato che sostiene il corpo e cresce con esso.
Il corpo umano contiene una cavità suddivisa in più compartimenti come la cavità toracica e quella addominale separate da un diaframma, un sottile muscolo a forma di cupola. La prima contiene il cuore i polmoni e l’esofago e la seconda vari organi tra cui lo stomaco l’intestino e il fegato. I mammiferi sono endotermi (gli uomini più precisamente omeotermi: mantengono la temperatura costante leggermente superiore a quella dell’ambiente esterno) a sangue caldo e generano calore per mantenere la temperatura corporea costante. Gli endotermi possono mantenere livelli di attività fisica più elevati degli esseri ectotermi che regolano la loro temperatura corporea assorbendo calore dall’ambiente. I mammiferi sono anche ricoperti di qualcosa (pelo piume) e hanno sviluppato sistemi per ricevere ed elaborare le informazioni ambientali. Tutti i mammiferi (tranne i monotremi) partoriscono figli vivi e si prendono cura di essi. Il corpo umano è formato da cellule che sono organizzate in tessuti; diversi tessuti uniti e coordinati formano gli organi; vari organi costituiscono i sistemi.
I tessuti sono di 4 tipi:

Tessuti epiteliali: costituiti da strati contigui di cellule formano un rivestimento. I tessuti epiteliali possono essere divisi in squamoso cubico e cilindrico a seconda della forma. Possono essere formati da uno strato di cellule o da più strati: epitelio semplice o composto. Una superficie dello strato epiteliale è attacca ad uno strato connettivo detto membrana basale composta da polisaccaridi e proteine fibrose. Alcuni tessuti epiteliali secernono muco per lubrificare le superfici. Altre cellule epiteliali sono raggruppate per formare ghiandole che producono sostanze da riversare all’esterno. L’insieme di cellule che formano un tessuto è unito tra loro da uno strato appiccicoso di polisaccaridi e proteine e le cellule comunicano per mezzo di strutture chiamate giunzioni comunicanti. Altri tipi di giunzione come i desmosoni e le giunzioni occludenti saldano tra loro cellule. I desmosoni sono placche di materiale fibroso avvolte da fascette di filamenti di citoplasma che entrano ed escono dalle cellule adiacenti; essi si trovano in tutti i tessuti che soggetti a sollecitazioni muscolari. Le giunzioni occludenti hanno la funzione di far aderire strettamente le cellule in modo da non far passare niente.
Tessuti connettivi: hanno la funzione di sorreggere e proteggere gli altri tipi di tessuti, e sono costituiti da cellule e matrice (o sostanza fondamentale) che è una sostanza fluida e amorfa che separa le cellule che spesso contiene le fibre. Esistono vari tipi di fibre: di connessione e di sostegno, elastiche e reticolari. I tessuti connettivi sono classificati in base al tipo di matrice: Nel sangue e nella linfa la sostanza è acquosa e contiene ioni e molecole. La sostanza dell’osso è piena di duri cristalli come il calcio. Il tessuto osseo è resistente ma leggero.
Tessuto muscolare: le cellule di questo tessuto possono contrarsi per permettere il movimento. Ci sono tre tipi di tessuto muscolare: striato, cardiaco e liscio. I muscoli striati o scheletrici sono volontari perché sono sotto il nostro controllo. Il muscolo cardiaco e quelli lisci sono involontari. La contrazione di questi tessuti è data da l’interazione di due proteine: la miosina e l’actina. Nei muscoli striati e cardiaci sono raggruppate in modo regolare e formano le striature mentre in quello liscio no. Il muscolo scheletrico è circa il 40% del peso corporeo nei maschi e il 20% nelle donne, esso è attaccato all’osso o direttamente o tramite tendini. Quando il muscolo si contrae le ossa si muovono intorno ad un’articolazione che è tenuta unita da legamenti e contiene un liquido lubrificante. La maggior parte di questi muscoli lavora in coppie e sono detti antagonisti, uno si rilassa mentre l’altro si contrae.
Tessuto nervoso: le unità fondamentali di questo tessuto sono i neuroni che trasmettono impulsi nervosi e sono nutriti e sostenuti dalle cellule gliali. I neuroni variano per forma e dimensione e sono costituiti da un corpo cellulare che contiene il nucleo e i dispositivi metabolici della cellula, dai dendriti, estensioni citoplasmatiche numerose corte e filamentose che ricevono gli stimoli dalle altre cellule insieme al corpo cellulare e da un assone o fibra nervosa capace di condurre un segnale elettrochimico (impulso nervoso) a grandi distanze. I neuroni ricevono segnali e li trasmettono. Esistono 4 tipi di neuroni: sensoriali che ricevono informazioni e le trasmettono al sistema nervoso centrale, gli interneuroni che trasmettono i segnali all’interno di regioni del sistema nervoso centrale, i neuroni di associazione che trasmettono segnali da una parte all’altra del sistema nervoso centrale e i neuroni motori che trasmettono i segnali ai muscoli o alle ghiandole (effettori). I neuroni possono raggiungere grandi lunghezze. I nervi collegano la periferia del corpo con il sistema nervoso centrale e quest’ultimo con gli effettori. Ogni nervo è formato da molti assoni che possono trasmette ognuno un segnale diverso.

I processi del corpo umano sono finalizzati a risolvere i problemi che si creano con l’ambiente. La condizione fondamentale per la sopravvivenza di un organismo è quella di mantenere l’ambiente interno costante, tutto l’insieme di caratteristiche chimico fisiche. Questo è detto omeostasi. Al fine di mantenere l’omeostasi tutti i sistemi collaborano. Gli organismi più piccoli avranno più difficoltà di mantenere l’omeostasi rispetto a quelli più grandi.
I sistemi viventi possono mantenere l’organizzazione solo grazie ad un dispendio di energia. Le cellule degli organismi più grandi hanno bisogno di trasformare il cibo in molecole semplici in modo tale da nutrirsi. Questo processo è detto metabolismo. Nel corpo umano ci sono due sistemi di controllo: endocrino, che secerne ormoni ed è responsabile dei cambiamenti in tempi lunghi, mentre quello nervoso si occupa delle risposte rapide. Questi due sistemi sono correlati tra loro, il sistema nervoso si divide in centrale e periferico che si divide a sua volta in sensoriale (percepisce gli stimoli dell’ambiente) e motorio che si divide a sua volta in somatico (i muscoli scheletrici) e autonomo (muscoli involontari) che si divide a sua volta in simpatico e parasimpatico. I sistemi di controllo agiscono attraverso meccanismi a feedback (retroazione), che possono essere negativi o positivi, un esempio è quando si rimane al freddo e allora il sistema endocrino produrrà ormoni che stimolano le cellule in modo tale da alzare la temperatura corporea.

Autore: Federico Ferranti
Fonte: http://www.riassuntiliceo.altervista.org/terzof/cap24.doc

Origine delle specie e modelli evolutivi

La specie è un insieme di individui morfologicamente simili che si accoppiano e producono prole fertile. Ciò che favorisce il mantenimento di una specie è l’isolamento riproduttivo ( isolamento che hanno organismi di diverse specie che non si accoppiano tra loro) che può essere interrotto da flussi genici. Se viene interrotto può avvenire una speciazione, ovvero un insieme di processi evolutivi che possono portare alla formazione di una nuova specie.
Ci possono essere due tipi di speciazione, allopatrica e simpatrica:

Allopatrica, diverso territorio, quando una parte di popolazione si separa da una specie e va a formare una nuova specie in un altro territorio.
Simpatrica, stesso territorio, quando una parte di popolazione si separa da una specie e va a formare una nuova specie nello stesso territorio ma potrebbe essere diverso habitat.

La speciazione simpatrica può essere favorita dalla poliploidia ovvero la tendenza di alcuni organismi di moltiplicare i cromosomi (soprattutto vegetali). Questo può avvenire durante la meiosi quando i cromosomi non si separano, non disgiunzione, e si formano due gameti diploidi e il risultato sarà un organismo tetraploide. In altri casi la poliploidia può originare nuove specie a partire da ibridi. Un ibrido è il prodotto di due genitori di specie differenti. Gli ibridi sono sterili poiché hanno cromosomi di due specie diverse e non possono separarli durante le meiosi, ma se questi cromosomi raddoppiano (poliploidia) diventerebbero due per ogni specie e cosi si potrebbero dividere durante la meiosi e l’ibrido tornerebbe fertile. Si formerebbe una nuova specie in quanto un ibrido sterile non può essere considerato specie mentre uno fertile si. Questo avviene soprattutto nelle piante.
Gli organi vestigiali sono degli organi che in passato servivano ad una specie ma che ora non servono più e l’evoluzione (selezione naturale) li sta eliminando. Sono una prova fondamentale dell’evoluzione.
I meccanismi per mantenere l’isolamento riproduttivo di due specie imparentate possono essere divisi in due categorie: il meccanismo di isolamento prezigotico, che impedisce l’accoppiamento e la fecondazione tra membri di specie differenti, e il meccanismo di isolamento postzigoto, che impedisce, a membri di specie differenti che sono riusciti ad accoppiarsi, la produzione di prole fertile. I meccanismi postzigotici rafforzano quelli prezigotici. I meccanismi prezigotici sono:

Rituali Comportamentali, In alcune specie di pesci, durante la stagione riproduttiva, il maschio e la femmina cominciano a compire una serie di approcci elaborati, se questi non avvengono non si producono discendenti. Solo membri della stessa specie, che sono a conoscenza del rituale, potranno produrre prole.
Segnali Visivi, Tra le lucciole, c’è il lampeggiamento che funge da richiamo per il partner, ed ogni specie ha un proprio tipo di lampeggiamento
Richiami sonori, lo stridio dei grilli, il canto degli uccelli che serve per identificare gli individui della stessa specie
Segnali chimici, che vengono lasciate o dal maschio o dalla femmina per attirare il partner.
Differenze temporali, altre specie invece, hanno determinate stagione riproduttive. Se le stagioni riproduttive di due specie diverse coincideranno, entreranno, nel corso del tempo, incompatibilità fisiologiche che manterranno l’isolamento.

Se due individui di specie diverse riescono comunque ad accoppiarsi, l’isolamento postzigotico fa sì che, la prole risulterà sterile o che non raggiunga la maturità riproduttiva.
La macroevoluzione è quella branchia della biologia che si occupa dei processi evolutivi che avvengono a livello di grandi gruppi di individui, tipo le specie. Le prove concrete dei cambiamenti evolutivi a questo livello sono i reperti fossili, che ci forniscono diversi modelli di cambiamento evolutivo. Esistono vari tipi di modelli evolutivi:

Uno di questi è l’evoluzione convergente: specie diverse, imparentate alla lontana, sottoposte a pressioni selettive simili, esempio vivere nello stesso ambiente, tendono a sviluppare adattamenti simili (cactus, stesse struttura, ma diverso il fiore prodotto).
Si parla di evoluzione divergente quando una popolazione si isola dal resto della specie, e sotto particolari pressioni selettive, comincia a seguire un evoluzione differente (orso polare, tipo di orso bruno emigrato ai poli divenuto carnivoro in assenza di piante).
Il cambiamento filetico è quando una specie, sottoposta a pressioni di selezione direzionale, accumula gradualmente cambiamenti fino a che può essere considerata una nuova specie.
La cladogenesi avviene quando un’unica linea evolutiva si suddivide in due o più linee distinte. Specie formatesi per cladogenesi hanno pertanto un antenato comune, come i fringuelli di Darwin. Uno dei processi alla base della cladogenesi è la radiazione adattativa, quando una specie tende ad occupare tutti i territori e quindi in ogni territorio si formerà una specie diversa.

Talvolta, a favorire la radiazione adattativa è l’assenza di specie presistenti, che, nella maggior parte dei casi, si sono estinte. L’estinzione più massiccia di tutte si verificò nel Permiano, quando si estinsero l’80% delle specie esistenti. L’estinzione di massa più conosciuta è indubbiamente quella dei dinosauri, avvenuta nel Cretaceo. A provocarla sembra sia stato un meteorite di 10km di diametro che, entrando in collisione con la Terra, avrebbe alzato un gran cumulo di polvere per mesi determinando una condizione di buio. Molti sono scettici, perché comunque affermano che l’estinzione di dinosauri sia avvenuta in un lunghissimo periodo di tempo.
Stando all’ipotesi degli equilibri punteggiati, la cladogenesi è il modello evolutivo principale, e credono che la selezione naturale opera tra le specie così come tra gli indiviidui.
Esistono delle caratteristiche biologiche che non si possono spiegare mediante la selezione di tipo naturale. Una di queste caratteristiche è la socialità degli insetti. Il più alto grado di socialità si è venuto a sviluppare negli isotteri (termiti) e negli imenotteri (api, vespe e formiche). Queste due specie hanno sviluppato quella che i biologi chiamano eusocialtà, ovvero una socialità molto evoluta , spinta al punto tale che ci sono degli individui nella colonia (suddivisa in caste) che si sacrificano per gli altri. Ci sono pertanto individui all’interno di queste colonie che non si riproducono (perché sterili, che compongono le caste sterili) ed hanno lo scopo di proteggere o procacciare il cibo. Le caste sterili sono costituite da femmine sterili.
Ma come può un gene favorire la sterilità? La selezione naturale agisce tutte le volte per migliorare la fitness dell’individuo, perciò dovrebbe portare all’eliminazione di questo gene. E’ nata così, per spiegare il fatto, una nuova branca della biologia evoluzionistica, che prende il nome di selezione di gruppo (kin selection), che spiega pertanto questo comportamento altruista che hanno gli insetti di tipo sociale. Si è arrivati a questo tipo di selezione osservando la biologia riproduttiva di queste specie, caratterizzata dall’aplodiplodia (ciclo biologico in cui un sesso aploide e l’altro diploide). Se la femmina produce uova fecondate, produrrà tutte quante femmine, se l’uovo non è al contatto con lo sperma (per partenogenesi), si produrranno tutti maschi, che risulteranno essere tutti apolidi. Le donne producono le uova e al loro fianco vi è una sorta di spermateca, contenente gli spermatozoi maschili prodotti precedentemente. Sostanzialmente, queste possono scegliere se produrre individui maschi o individui femmine. Se le uova vengono a contatto con lo sperma, c’è fecondazione e si producono tutte femmine. Il padre di tutti gli individui femmine, essendo apolide, da a tutti lo stesso filamento di DNA. Le femmine tutte hanno il DNA paterno uguale tra loro e si dicono così imparentate. In questo modo, essendo le femmine enormemente imparentate tra loro (al 75%), si spiega il comportamento altruista di queste specie. Le femmine verranno sistemate nelle caste e a seconda del tipo di alimentazione che riceveranno diventando sterili o fertili poiché il cibo stimolerà o meno la produzione di ormoni. Individui sterili si sacrificano per favorire la riproduzione di altri individui, che geneticamente parlando, sono praticamente uguali a loro. Solo a questo punto, il comportamento altruistico, ha un significato biologico.
Una colonia di formiche potrebbe essere paragonata ad un organismo umano. Ogni formica sarebbe una cellula, poiché ogni formica ha un proprio compito come ogni cellula del nostro organismo.

Autore: Federico Ferranti
Fonte: http://www.riassuntiliceo.altervista.org/terzof/cap22.doc

Selezione naturale e adattamento

Ci sono molte discussioni riguardanti la selezione naturale: alcuni dicono che tende a eliminare gli alleli meno favorevoli e a ridurre la variabilità, per latri invece è il contrario. Il polimorfismo è quando nella stessa popolazione vi sono più forme fenotipicamente distinte: può essere temporaneo se una forma sostituisce gradualmente l’altra o bilanciato se le proporzioni tra i fenotipi sono stabili. Un esempio di polimorfismo bilanciato e quello delle chiocciole Cepaea, di cui ne esistono molte varietà ognuna con un guscio diverso, ma appartenente alla stessa popolazione. Si è visto che a seconda del terreno, e quindi della capacità di mimetizzazione alcune chiocciole sono avvantaggiate in certe zone rispetto ad altre ma queste altre svantaggiate non scompaiono dalla popolazione. Gli studiosi ancora non sono certi del motivo per il quale avvenga ciò ma ipotizzano che ci siano altri fattori che influenzano la sopravvivenza.
Il fenotipo non indica solo l’aspetto fisico, ma anche gli aspetti fisiologici e i comportamenti riscontrabili da un individuo. Un fenotipo è di solito l’espressione di molti geni differenti per cui una particolare caratteristica può essere ottenuta attraverso un certo numero di vie genotipiche differenti. Il fenotipo non è determinato solo dal genotipo ma anche dall’interazione del genotipo con l’ambiente, come nel caso dei gemelli che sin dalla nascita hanno alcune piccole differenze, come il peso corporeo dovuto alle differenze presenti all’interno dell’ambiente intrauterino. Il fenotipo e il genotipo sono unici per ogni essere.
Esistono vari tipi di selezione:

Stablizzante, che tende ad eliminare gli individui con caratteri estremi e favorisce gli intermedi.
Divergente, che tende ad eliminare i caratteri intermedi e favorisce quelli estremi
Direzionale, che tende a favorire UNA caratteristica fenotipica estrema che sostituisce l’altra.
Frequenza dipendente, che tende a favorire fenotipi meno comuni a discapito di quelli comuni.
Selezione Sessuale, quando vi è “la lotta tra membri di un sesso per la conquista dell’altro”.

Poichè i maschi producono più gameti delle femmine le femmine investono più energie, perciò i maschi cercheranno di accoppiarsi con più femmine e le femmine cercano il partner migliore con cui accoppiarsi e solo loro a scegliere. La competizione tra maschi può essere diretta(per il territorio, per le femmine) o indiretta (costruzione del nido e rituali di corteggiamento).
Si pensa che la selezione sessuale sia alla base del dimorfismo sessuale ovvero le differenze tra maschi e femmine che non riguardano la riproduzione.
La selezione naturale produce un adattamento, adattamento può avere tre significati:

Può indicare una condizione di sintonia con l’ambiente.
Una particolare caratteristica (un occhio, una mano) che è adattata contribuisce all’integrazione dell’organismo con l’ambiente
Può significare il processo evolutivo che si verifica nel corso di molte generazioni e che produce organismi sempre più in armonia con l’ambiente.

Il cline è la variazione graduale di un carattere o di un complesso di caratteri nella stessa specie in base all’ambiente in cui si trova. Molte specie per esempio presentano dei clini nord-sud, ovvero gli animali che vivono più a sud sono diversi da quelli che vivono a nord. L’ecotipo è ciascuno dei fenotipi di una stessa specie che occupa habitat diversi. La coevoluzione è un processo dove due o più specie interagiscono tanto strettamente da costituire ognuna un forte fattore selettivo per l’altra da far avvenire adattamenti simultanei. Un esempio è la coevoluzione tra fiori e i loro impollinatori.
Un esempio di adattamento cromatico è il mimetismo, molti animali hanno una colorazione aposematica ovvero una serie di colori che fanno riconoscere quali organismi sono tossici poiché devono essere riconoscibili. Il mimetismo mulleriano (chiamato cosi perché studiato per la prima volta da Muller) è un esempio di colorazione aposematica, infatti specie diverse tra loro ma tossiche tendono ad avere colorazioni simili poiché si vogliono far riconoscere dal predatore a causa del loro particolare colore cosicché il predatore che ha mangiato un insetto tossico e che è stato male ricorderà quella forma e non caccerà più insetti di quella forma e colore. Il mimetismo batesiano (chiamato cosi perché studiato per la prima volta da Bates) è quando un animale non velenoso imita nella forma e nei colori animali velenosi per essere identificato dal predatore come velenoso e non commestibile e quindi non essere cacciato.

Autore: Federico Ferranti
Fonte: http://www.riassuntiliceo.altervista.org/terzof/cap21.doc

Basi genetiche dell’evoluzione
Una popolazione è il gruppo di organismi che si riproducono tra loro in un certo spazio e in un determinato periodo di tempo. Il pool genico è l’insieme di tutti gli alleli di tutti i geni di tutti gli individui di una popolazione. Sappiamo che il DNA trasmesso ai figli è una replica di quello ricevuto dal padre e dalla madre, a meno che non si verifichino mutazioni. . Per determinare la fitness (il successo biologico) di un individuo dobbiamo prendere in considerazione la frequenza dei suoi alleli nelle generazioni successive. Per esserci variabilità in una popolazioni devono esserci delle variazioni genetiche che permettano l’evoluzione. Darwin fu il primo a capire che queste mutazioni sono importanti. Oggi si studia l’ampiezza della variabilità di una specie. Furono effettuati degli studi riguardanti le setole del 4° e 5° segmento addominale delle Drosophila melanogaser. Furono effettuati degli incroci per aumentare e diminuire il numero di queste setole. La media delle setole era 36, riducendole si arrivò a 30 mentre aumentandole si arrivò a 56. Però ci furono dei problemi riguardante la fertilità dei moscerini con meno setole, in quanto diventarono sterili e si estinsero. Anche una parte di quelli con un alto numero di setole diventarono sterili ma si riuscì, facendo terminare gli incroci, ad avere una ripresa della popolazione. Gli studiosi riuscirono a mappare il DNA della Drosophila e scoprirono che molti geni intervengono per la formazione di queste setole, ma il problema di molti biologi che incrociano le specie è quello della fertilità, poiché incrociando alcune caratteristiche in modo veloce il genotipo diventa sterile e si rischia l’estinzione della popolazione. Per misurare l’ampiezza della variabilità genica di una popolazione si ricorre a studi molecolari.
Si prende infatti una stessa proteina per ognuno dei diversi individui della popolazione e si analizza con il metodo dell’elettroforesi, che ci permette di scoprire anche piccole variazioni tra queste proteine. In questo processo le proteine vengono disposte lungo una lastra di materiale gelatinoso ed esposte ad un campo elettrico. A seconda della carica elettrica degli amminoacidi che la compongono, la proteina si allontanerà da questo. Se le proteine non si dispongono lungo la stessa linea, allora in quella popolazione vi sono mutazioni genetiche. Riesco dunque a definire due proteine differenti anche se hanno un solo amminoacido diverso tra loro.
La legge di Hardy-Weinberg, serve per prevedere come varieranno le frequenze alleliche nel tempo. Questa legge dice che le frequenze alleliche sono stabili (e seguono la seguente equazione p²+q²+2pq=1 in cui p e q sono le frequenze alleliche) nel tempo se una popolazione presenta queste caratteristiche:

non devono verificarsi mutazioni;
dalla popolazione non devono ne uscire ne entrare individui
la popolazione deve essere numericamente grande perché si possano applicare le leggi della probabilità, la popolazione deve essere valida statisticamente.
l’accoppiamento è casuale
tutti gli alleli hanno lo stesso successo riproduttivo.

All’equazione di equilibrio della legge di Hardy-Weinberg ci si arriva con il calcolo combinatorio ipotizzando che l’apparizione di un dato allele è un caso probabilistico (nel calcolo combinatorio, estrazione). Il calcolo combinatorio è quella branchia della matematica che si occupa del calcolo delle probabilità in modo teorico . La probabilità che un qualcosa avvenga in un estrazione singola è data dal rapporto tra il numero dei casi buoni (in un estrazione singola uno) e il numero delle possibilità. (la possibilità che esca testa in un estrazione singola, lancio di una moneta, è del cinquanta percento, poiché 1:2=0.5 = 50%). La probabilità composta è la probabilità che più di un evento si verifichi contemporaneamente è data dal prodotto delle probabilità semplici.
La legge dei grandi numeri afferma che la frequenza reale con cui si verifica un evento, tende ad eguagliare la probabilità teorica quando il numero delle estrazioni tende all’infinito.
Si può dunque usare la legge della probabilità composta soltanto quando la frequenza allelica eguaglia la frequenza teorica, e questo avviene per un grande numero di estrazioni. Pertanto la popolazione di Hardy-Weinberg deve essere costituita da moltissimi elementi e valida statisticamente.
Nella loro equazione infatti la probabilità (frequenza per la legge dei grandi numeri) che appaia A è p, la probabilità composta, che entrambi i genitori producano A (generando un elemento omozigote dominante) è p al quadrato. Lo stesso vale per a. Per quanto riguarda la frequenza eterozigote, questa può essere data sia da aA che da Aa e per tanto si esprime con 2pq. Probabilità è frequenza sono uguali solo dato un numero elevatissimo di individui. Per arrivare a questa i due biologi si sono serviti della legge della probabilità composta.
Questa legge viene usata al contrario perché se si ha una frequenza allelica che rimane stabile nel tempo allora la popolazione soddisferà le 5 caratteristiche sopra elencate.
Ci sono molti fattori che influenzano le frequenze alleliche:

Le mutazioni, che possono avvenire durante la duplicazione del DNA, possono avvenire in tutti i geni e per molte cause: raggi X, ultravioletti, radiazioni. Esse avvengono spontaneamente e per caso, possono essere favorevoli o sfavorevoli e sono alla base dei cambiamenti evolutivi, ma raramente determinano la direzione di essi.
Flusso genico, il movimento di alleli verso l’interno e verso l’esterno di una popolazione, possono avvenire tramite l’immigrazione o l’emigrazione di un essere. Esso può introdurre nuovi alleli o cambiare le frequenze alleliche e agisce in opposizione della selezione naturale.
La deriva genetica è il fenomeno per cui certi alleli scompaiono diminuiscono o aumentano come risultato di eventi casuali.
Effetto del fondatore, una piccola parte di una popolazione che si stacca da essa poiche tende ad occupare tutti gli habitat disponibili, potrebbe non rappresentare geneticamente la popolazione da cui si è staccata perché un allele raro potrebbe essere comune e viceversa. Ne consegue che quando questa piccola popolazione crescera di numero n on sarà uguale alla popolazione iniziale. Questo è un fenomeno di deriva genetica.
Collo di bottiglia, quando una popolazione si riduce drasticamente a causa di un evento che non ha niente a che fare con la selezione naturale. Se si scende al di sotto di un numero non si riuscirà a ristabilire la variabilità genetica della popolazione che sarà costretta all’estinzione. In questo caso degli alleli potrebbero aumentare, diminuire o scomparire del tutto. Questo è un fenomeno di deriva genetica.
Gli accoppiamenti non casuali, come nel caso delle oche bianche e azzurre che convivono nella stessa popolazione, in cui i maschi azzurri si accoppiano con le femmine azzurre e i bianchi con le femmine bianche. Questo può provocare variazioni del genotipo ma senza alcun cambiamento nelle frequenze alleliche.

La riproduzione sessuata è vantaggiosa in quanto aumenta la variabilità di una specie in tre modi, mediante l’assortimento indipendente durante la meiosi, il crossing over e la combinazione dei genomi parentali. Tra gli animali e le piante esistono vari modi per favorire nuove combinazioni genetiche, come autosterilità di molte piante che fanno in modo che individui simili siano sterili tra di loro attraverso alleli multipli. Oppure gli ermafroditi, che producono sia cellule uovo sia sperma, che quando incontrano un altro essere si accoppiano per due volte perché donano e ricevono sperma. La variabilità è mantenuta dalla diploidia che protegge gli alleli recessivi rari insieme alla selezione naturale, che agisce in modo che essi non scompaiano. Gli individui eterozigoti hanno un maggiore successo riproduttivo rispetto agli omozigoti, superiorità dall’eterozigote. In questo modo si mantiene la variabilità genetica e si mantengono entrambi gli alleli nella popolazione. In Africa, dove la malaria fa milioni di vittime gli individui eterozigoti per l’anemia falciforme (una malattia genetica, che causa il malfunzionamento dei globuli rossi) sono molto presenti poiché il protozoo responsabile della malaria non attacca i globuli rossi malati e negli eterozigoti per l’anemia falciforme molti globuli rossi sono malati. Mentre gli omozigoti per l’anemia muoiono subito a causa del malfunzionamento di globuli rossi gli eterozigoti possono vivere e in Africa sono avvantaggiati poiché hanno meno probabilità di contrarre la malaria. Per ragioni ancora sconosciute le donne eterozigote sono più fertili delle donne omozigote.
Gli Ultradarwinisti, credono che ci sia una totale gradualità nell’azione della selezione naturale, ovvero che tutto avvenga in modo lento e graduale, come il biologo Dawkins.
I sostenitori della teoria degli equilibri punteggiati, come Jay Gould, dicono che non agisce lentamente ma a fasi, dopo un periodo di stasi vi è un picco dove avviene tutto insieme

Autore: Federico Ferranti
Fonte: http://www.riassuntiliceo.altervista.org/terzof/cap22.doc

Darwin e la teoria evolutiva
Prima della teoria di Charles Darwin ci furono molte persone che cercarono di capire come gli esseri viventi erano nati e la loro storia.
Il primo fu Aristotele che pensava che ci fosse una scala della natura dove l’uomo era la cima della scala e gli organismi più semplici erano il gradino più basso. Secondo Aristotele gli organismi viventi erano sempre esistiti mentre per gli scienziati del 1800 (con gli insegnamenti della Bibbia) erano stati creati per un atto divino(creazionismo). Si pensava anche che gli organismi rimanessero immutati nel corso del tempo e che le specie non si evolvessero, ogni specie era stata creata perfettamente adattata all’ambiente(fissismo). Linneo pubblicò due libri dove descriveva tutte le specie di piante, ma era un incallito creazionista. Il primo evoluzionista fu Anassimandro. Buffon fu tra i primi a suggerire che le specie si potessero evolvere. Egli ipotizzò che oltre alle creature create da Dio vi fossero specie create “dalla Natura e dal Tempo”. Egli credeva che c’era un antenato comune e i suoi discendenti erano degenerati in numerose specie. Il nonno di Charles Darwin, Erasmus, espresse idee evoluzionistiche che non furono mai espresse in pubblico, ma influenzarono Charles.
Le basi della teoria evolutiva furono date dai geologi con Hutton che credeva che la terra era stata modellata da processi lenti e casuali (acqua, vento, clima). Questa è detta teoria dell’attualismo era importante per 3 ragioni:

Perché implicava che la Terra avesse una lunga storia e non i 6000 anni di cui predicava la Bibbia.
Poiché diceva che il cambiamento è normale nel corso degli eventi.
Poiché era discorde con le teorie della Bibbia.

Verso la fine del 1700 si iniziò a studiare i fossili e non solo a collezionarli. L’inglese Smith fu uno dei primi a capire che la terra è formata di vari strati rocciosi (Stratigrafia: scienza biologica che studia la sovrapposizione degli strati delle rocce nel tempo) grazie ai fossili poiché ad ogni strato corrispondevano dei “fossili guida”( resti di organismi che avevano ampia distribuzione geografica) che permettevano di capire l’età dei vari strati.
Georges Cuvier fu la figura dominante dell’inizio dell’Ottocento, egli fondò la paleontologia dei vertebrati, ovvero lo studio delle testimonianze fossili dei vertebrati. Lui comparò l’anatomia dei vertebrati e mise in correlazioni le parti (sopratutto le ossa), secondo lui ogni organismo è assemblato in modo perfetto è tutto è assemblato in correlazione al resto sia morfologicamente che dimensionalmente. Egli fu un fissista e spiegava l’estinzione delle specie per vie di catastrofi come il diluvio universale(catastrofismo).
Lamarck fu il primo grande evoluzionista, purtroppo la sua carriera di biologo fu ostacolata da Cuvier, che essendo fissista (il contrario dell’evoluzionista) non condivideva le teorie di Lamarck. Egli pensava che tutti gli organismi erano imparentati ogni specie derivasse da una meno complessa. Secondo Lamarck le creature erano spinte da un impulso naturale verso una maggiore complessità, per questo motivo si evolvevano e diventavano più complesse. Egli elaborò una prima teoria sull’evoluzionismo, teoria dell’ereditarietà dei caratteri acquisiti:

Gli organi si sviluppano a seconda dell’uso di essi. Un muscolo molto usato si sviluppa di più di un altro meno usato. Uso e Disuso degli organi, questa prima parte è esatta.
Questi cambiamenti vengono trasmessi alle generazioni successive. Seconda parte sbagliata perché il codice genetico da trasmettere alle generazioni successive rimane uguale dalla nascita alla morte.

Charles Darwin era un borghesetto inglese “wig”. Il padre voleva che diventasse un medico, ma gli studi da medico non lo attiravano. Era un eclettico, una mente brillante. Fu influenzato da Charles Lyell che si opponeva alla teorie delle catastrofi e affermava che i cambiamenti della Terra erano avvenuti in tempi lunghi (attualista). Darwin fu invitato a partire con il brigantino Beagle come naturalista, accettò senza esitare e partì per questo viaggio intorno al mondo. Darwin trovo grande materiale di studio nelle Galapagos, una serie di isole vulcaniche vicine tra loro. Darwin scopri che in queste isole, dove rimase un mese dato che era l’ultima sosta prima della traversata del Pacifico, vi erano tante specie di testuggini e di fringuelli. Ogni isola aveva una propria specie di testuggine e di fringuello.
Questa diversità tra le specie poteva derivare da: tutte le specie venivano da fuori le Galapagos o un solo fringuello era venuto da fuori e si era specializzato e differenziato. Questa seconda ipotesi era la più accreditata. Questi fringuelli si erano specializzati nella nutrizione, ovvero avevano tutti un becco diverso a seconda di quale era il loro cibo.
Tornato in Inghilterra Darwin lesse un libro di Malthus che si allarmava in quanto la popolazione mondiale aumentava mentre le risorse diminuivano. Per Darwin coloro che possedevano determinate caratteristiche vantaggiose, ricavate da una mutazione, avevano una maggiore probabilità di riproduzione e di trasmissione dei geni, selezione naturale. Perciò gli esseri con il vantaggio trasmettevano questo vantaggio ai figli e gli esseri con quel vantaggio aumentavano, mentre gli esseri che non lo avevano diminuivano. Alla fine rimangono solo esseri con quella caratteristica. Secondo Darwin queste variazioni avvenivano per caso, invece oggi sappiamo che avvengono per via di mutazioni. Nel caso delle giraffe quelle col collo lungo hanno più probabilità di trasmettere questa caratteristica ai figli mentre le altre hanno meno possibilità. Col tempo la popolazione delle giraffe sarà tutta a collo lungo. Questi processi avvengono lentamente. Nella maggior parte delle specie il numero di individui che nasce e maggiore di quello degli individui che si riproducono. Dopo un periodo di tempo lungo la selezione naturale porta ad un cambiamento tale da differenziare i gruppi di organismi e porta alla formazione di nuove specie. Questa teoria di Darwin rivoluzionò il mondo scientifico.
Spesso l’evoluzione è un processo lento ma alcune volte ci sono stati dei cambiamenti in modo rapido detti microevoluzione. Un caso è quello della selezione artificiale che viene fatta dall’uomo incrociando varie specie dello stesso organismo e creando specie sempre più varie e strane. Un altro caso è quello della falena delle betulle (Biston Betularia): di questa ne esistono due varianti, una scura e una chiara. Prima dell’industrializzazione le falene scure erano una piccolissima percentuale, poiché non riuscivano a mimetizzarsi sui licheni delle betulle,che erano chiari e venivano catturate dai predatori, dopo l’industrializzazione i licheni scomparvero dai tronchi per via dei gas e i tronchi incominciarono a diventare più scuri. Questo favorì le falene scure che da quel momento furono facilitate nella mimetizzazione, mentre quelle chiare subirono una drastica riduzione a causa della difficoltà nella mimetizzazione. Un altro caso è quello degli insetti resistenti agli insetticidi, questi differivano dagli altri insetti per un solo gene che gli permetteva di non respirare per 30 minuti e diventare immuni ai DDT, mentre i normali riuscivano a fare la stessa cosa solo per 60 secondi. Un altro esempio può essere quello dei batteri che mutano e diventano resistenti agli antibiotici, in questo caso il processo è molto rapido e questa resistenza è portata dai plasmidi, piccole molecole di DNA.
Secondo Darwin i fossili fornivano una prova poco significativa di come si era svolta l’evoluzione, mentre per gli studiosi moderni essi forniscono una prova schiacciante, poiché si possono vedere come le specie si sono evolute nel tempo. Le strutture omologhe (diversa funzione) di molti animali, per esempio gli arti anteriori di molti mammiferi, che hanno le ossa ordinate secondo uno stesso modello. Anche dal punto di vista di organizzazione molecolare possiamo trovare molte omologie, questo ci fa capire che abbiamo degli antenati in comune e che ci siamo evoluti da questo essere in maniera diversa. Le strutture analoghe sono quelle che hanno diversa derivazione embrionale ma che hanno la stessa funzione, esempio le ali degli insetti e quelle degli uccelli. Grazie ai successivi studi della genetica possiamo rispondere ad alcuni quesiti a cui Darwin non aveva potuto dare risposta. La combinazione della teoria di Darwin con i principi della genetica mendeliana viene chiamata teoria sintetica.

Autore: Federico Ferranti
Fonte: http://www.riassuntiliceo.altervista.org/terzof/cap17.doc

Regolazione dell’espressione genetica

Esistono dei geni che devono essere sempre tradotti nella stessa quantità e sono detti costitutivi. Alcuni geni devono essere tradotti solo in alcuni momenti e la loro produzione va regolata, cioè può essere interrotta e ripresa. Nei procarioti (E.Coli) il triptofano essendo un aminoacido molto costoso da produrre la sua produzione può essere interrotta. Se il batterio ha già triptofano a sufficienza non serve produrre gli enzimi che servono alla produzione del triptofano stesso. L’operone è l’insieme di tutti i frammenti di Dna e proteine che regolano questo meccanismo di produzione. Sul Dna prima della seq. di nucleotidi che codificano gli enzimi c’è un operatore che segue il promotore. Se c’è triptofano, esso si lega ad un repressore (una proteina codificata dal regolatore). La molecola (in questo caso è il triptofano) che si lega al repressore è detta corepressore. L’insieme di corepressore e repressore si attaccano sull’operatore e ostacolano il promotore perciò l’RNA-Polimerasi non può trascrivere quel segmento di DNA. Questo è detto operone triptofano.
L’operone lattosio o operone LAC si attiva quando c’è il lattosio. Il lattosio è un disaccaride formato da glucosio e galattosio, ma deve essere spezzato nei due monosaccaridi, per far ciò serve produrre due molecole, una proteina di membrana chiamata, lattosio permeasi che aumenta la permeabilità del lattosio per farlo entrare nella cellula, e il beta-galattosidasi l’enzima che scinde il legame tra i due monosaccaridi. Quando non c’è lattosio il repressore copre il promotore e non permette la trascrizione, quando c’è lattosio (allolattosio) esso si attacca al repressore (e si chiama induttore) e fa togliere il repressore dall’operatore e permette la trascrizione. Il procariote è sensibile anche al glucosio poiché se c’è glucosio a sufficienza nella cellula ma c’è anche lattosio non serve produrre gli enzimi. La trascrizione di questo gene si attiva solo quando c’è lattosio e non c’è glucosio. Per poter trascrive questo gene l’ RNA-Polimerasi deve attaccarsi ad un CAP, proteina, che funge da gancio per tener attaccata DNA e RNA-Polimerasi. Il CAP si attacca solo se non c’è glucosio. L’AMP ciclico (adenosin-monofosfato) è quel messaggero chimico che fa capire al CAP se deve lavorare. Se c’è AMP c’è glucosio e quindi il CAP non funziona.

Autore: Federico Ferranti
Fonte: http://www.riassuntiliceo.altervista.org/terzof/cap16.doc

Codice genetico e sintesi proteica

Negli anni Quaranta si pensava che il gene identificasse un enzima poi con degli studi accurati si passo a dire che il gene identifica una proteina, ma la definizione corretta è il gene = catena polipeptidica. Per arrivare alla proteina partendo dal DNA ci vuole un passaggio intermedio ovvero, RNA. L’RNA (acido ribonucleico) si differenzia dal DNA per tre differenze principali:

Lo zucchero che compone il RNA è il ribosio anziché il deossiribosio.
La timina è sostituita dall’uracile, che si lega all’adenina.
Il RNA è costituito dal filamento singolo.

Il RNA serve per la sintesi delle proteine poiché il DNA non può uscire dal nucleo e la sintesi avviene nel citosol, nei ribosomi. Esistono tre tipi di RNA:

mRNA, RNA messaggero quello coinvolto nella trascrizione, cioè quello che trasporta le informazione copiate dal Dna al ribosoma.
tRNA, RNA trasportatore quello che trasporta le triplette di nucleotidi ai ribosomi per la sintesi proteica.
rRNA, RNA ribosomiale quello che compone per 2/3 il ribosoma.

Per fare l’RNA serve la trascrizione ovvero bisogna trascrive l’RNA a partire dal DNA. La trascrizione è catalizzata dall’RNA-Polimerasi che partendo dal promotore, una sequenza di nucleotidi che fa capire all’RNA-Polimerasi dove deve agire e che inizia 20 nucleotidi prima del gene, inizia a despiralizzare il DNA e a trascriverlo sul filamento singolo detto “stampo”. Successivamente altri nucleotidi vengono aggiunti al primo, e si forma un tratto di catena ibrida DNA-RNA in corrispondenza del DNA despiralizzato. L’enzima RNA-Polimerasi si muove lungo il DNA, despiralizzando via via nuovi segmenti di DNA, mentre la doppia catena di DNA si riforma lasciando libero il filamento di RNA appena formato. Quando l’ultima base è stata aggiunta alla catena di RNA, l’ibrido DNA-RNA si slega, la doppia catena di DNA si riavvolge e sia l’enzima sia l’RNA si staccano. La sequenza di DNA nella quale hanno sede queste reazioni si chiama terminatore (o sequenza di terminazione). Dopo la trascrizione l’RNA non è stabile e per staccarsi ha bisogno dell’RNA-Polimerasi. Negli eucariote l’RNA-Polimerasi trascrive un gene per volta, l’RNA detto trascritto primario è composto da esoni e introni, i primi sono le parti codificanti e sono più corti, i secondi dono più lunghi e non contengono codice (si pensa abbiano a che fare con lo splicing, ma gli studiosi non ne sono sicuri). In seguito gli introni vengono rimossi tramite lo splicing, un operazione taglia e cuci, che taglia gli introni e ricongiunge gli esoni, adesso l’RNA è detto trascritto secondario. Sull’RNA ci sono scritte le informazione per produrre la proteina che poi verrà sintetizzata nel ribosoma. Nelle cellule eucariote ci sono tre diverse RNA-Polimerasi. Ciascuno di questi enzimi è responsabile della trascrizione di una differente classe di geni.

L’RNA-Polimerasi I, che risiede nel nucleolo, è responsabile della trascrizione dei geni per la produzione di tutto l’RNA ribosomiale (rRNA). Questo è l’enzima con la più elevata attività di sintesi.
RNA-Polimerasi II, localizzata nel nucleoplasma (la parte di nucleo che esclude il nucleolo), responsabile della sintesi dell’RNA messaggero (mRNA).
RNA-Polimerasi III, anch’essa presente nel nucleoplasma, che sintetizza l’RNA di trasporto (tRNA) e rRNA.

Per determinare ogni singolo aminoacido ci vogliono tre nucleotidi, poiché essendo venti né 4 né 16 combinazioni basterebbero (con un nucleotide si hanno 4 combinazioni, con 2 nucleotidi 16, con 3 nucleotidi 64 combinazioni). I tre nucleotidi sono dette triplette, la sequenza di nucleotidi è detta codone. Però molti aminoacidi possono avere più di un codone perché 61 codoni codificano 20 aminoacidi e 3 sono segnali di arresto.

Sul filamento di mRNA si attacca all’estremità 5’una serie di adenine (poliadeninazione) e sul 3’ una cappa (guanosina)
La traduzione è quel processo mediante il quale si trasferiscono delle informazioni da un linguaggio (acidi nucleici) ad un altro (aminoacidi). La traduzione avviene nel ribosoma, nel citoplasma.
Esso si può suddividere in due parti:

una subunità grande di 50 S avente almeno 34 proteine (L1-L34) e due molecole di RNA (23 S e 5 S),
una subunità piccola di 30 S contenente almeno 21 proteine (S1-S21) ed un RNA di 16 S.

Durante la traduzione l’estremità 5’della molecola di mRNA si attacca alla subunità più piccola ponendo in evidenza il primo codone, che di solito è AUG (metionina che in seguito si staccherà). Ora entra in gioco il tRNA, che è una molecola dalla forma di un quadrifoglio, la catena termina sempre con la sequenza CCA presso l’estremità 3’ dove si lega l’aminoacido. Dalla parte opposta rispetto all’aminoacido si trova la tripletta di aminoacidi detta anticodone, cioè il complementare del codone del mRNA dove si attaccherà il tRNA. Esistono circa 50 tipi di tRNA, uno per ogni codone. Una terza parte di tRNA funziona da riconoscimento per l’enzima aminoacil-tRNA-sintetasi che deve attaccare l’aminoacido al CCA. Esistono 20 tipi di aminoacil-tRNA-sintetasi uno per ogni aminoacido. Il tRNA con l’anticodone complementare UAC si lega all’mRNA, poi si attacca la subunità più grande del ribosoma che ha la funzione di attaccare gli aminoacidi. Il filamento di mRNA scorre sulla subunità più piccola e nuovi tRNA si legano, dopo che gli aminoacidi si sono legati il tRNA si stacca e cosi potrà essere riutilizzato per trasportare nuovi aminoacidi. Questo processo dura fino a che sul mRNA si incontra un segnale di arresto che non fa attaccare tRNA e la catena di aminoacidi si stacca. Cosi si è formata la proteina.

Autore: Federico Ferranti
Fonte: http://www.riassuntiliceo.altervista.org/terzof/cap15.doc

Basi chimiche dell’ereditarietà

Agli inizi del XX non si avevano dubbi riguardo all’esistenza dei geni, ma non si sapeva cosa trasportava i caratteri ereditari.
Nel 1928 lo scienziato Griffith provò che il principio responsabile della trasmissione dei caratteri fosse una molecola semplice. Fece degli esperimenti sui batteri della polmonite dei topi, pneumococco della polmonite (cocco = forma sferica, bacillo = forma non sferica). Questi batteri erano di due ceppi:

Lisci: quelli virulenti portatori della malattia
Rugosi: non virulenti e innocui

Egli isolò i due ceppi di batteri distrusse le cellule dei batteri lisci facendoli diventare molecole semplici, poi unì queste molecole con i batteri rugosi che assorbirono queste molecole e infetto i topi da laboratorio con questi batteri rugosi. Il risultato fu che questi batteri rugosi una volta assorbite le molecole di quelli lisci mutavano e diventarono virulenti uccidendo i topi.
Griffith capì che esiste una molecola responsabile della trasmissione dei geni.
Negli anni seguenti gli studiosi cercarono di capire quale era la molecola responsabile della trasmissione dei geni, 2 erano quelle ipotizzate:

Le proteine, le favorite essendo composte da aminoacidi, che essendo 20 c’è maggiore possibilità di combinazione tra essi.
L’acido deossiribonucleico (DNA che si chiama così perchè si trova solo nel nucleo della cellula e per differenziarla dal RNA), che è composto da una base azotata ( di 4 tipi divisi a loro volta in purine e pirimidine) da uno zucchero a 5 atomi di carbonio e da un gruppo fosfato.

Lo studioso Avery nel 1944 condusse degli esperimenti per capire quale delle 2 molecole fosse.
Prese lo stesso batterio della polmonite e uccise allo stesso modo le cellule e le fece diventare molecole semplici poi prima di mescolarle con i batteri rugosi aggiunse alle molecole un enzima che distrugge le proteine ipotizzando che senza di esse non si sarebbero potuti trasmettere i geni.
Ma il risultato fu lo stesso di Griffith, ovvero tutti i topi da laboratorio morirono per la polmonite.
Allora egli ripeté l’esperimento ma introdusse al posto dell’enzima che distrugge le proteine quello che distrugge il DNA. I batteri rugosi non assorbirono le caratteristiche virulente e i topi rimasero portatori sani. Avery poté concludere dicendo che nei batteri la molecola che trasmette i geni è il DNA. Ma poiché i batteri sono organismi complessi bisognava dimostrare che anche organismi più semplici trasmettono le loro caratteristiche attraverso il DNA.
Nel 1952 Hershey e Chase fecero un esperimento con dei virus che attaccano i batteri detti batteriofagi. Questi virus sono poco costosi, è facile allevarli in laboratorio e si riconoscono bene al microscopio per la loro particolare forma. I virus sono più semplici dei batteri, vengono definiti unità di replicazione biologica perché il virus inietta il DNA nell’ospitante e ne sfrutta i ribosomi per moltiplicarsi e alla fine fa scoppiare la cellula. I virus sono formati da una testa che serve per attaccarsi all’ospitante e da un capside formato da proteine che contiene il DNA. I due scienziati isolarono due campioni di fagi e marcarono i primi con l’isotopo radioattivo del fosforo (quindi era radioattivo il DNA) e gli altri con l’isotopo radioattivo dello zolfo (quindi le proteine erano radioattive). I virus infettarono i batteri e successivamente gli scienziati isolarono i batteri infetti dai corpi virali; esaminando i batteri infettari essi scoprirono che solo quelli infettati da virus col DNA radioattivo erano radioattivi mentre gli altri no. Loro dedussero che il DNA dei virus passava nei batteri mentre le proteine rimanevano nel corpo virale senza DNA.
Ora che si conosceva la funzione del dna bisognava conoscere la sua struttura tridimensionale. Il problema era che il DNA non si può vedere al microscopio quindi bisognava trovare un altro metodo: Watson e Crick pensarono che il metodo migliore fosse la diffrazione a raggi X, ma si formò un altro problema: per l’osservazione precisa tramite la diffrazione bisognerebbe cristallizzare la molecola che altrimenti risulterebbe posizionata nello spazio in modo caotico, questa cristallizzazione blocca gli atomi e fa in modo che risultino fissi. Cristallizzare il DNA era molto complicato perché la posizione degli atomi era molto complessa e non si doveva cambiare lo stato fisico degli atomi. La cristallizzazione fu effettuata da una scienziata di nome Rosalind Franklin una vera esperta in questo campo. La diffrazione avviene puntando un laser a raggi X contro un cristallo di DNA, quando i raggi impattano sugli atomi essi rifraggono i raggi in modo diverso e formano una figura (figura di diffrazione) che viene proiettata su una pellicola. Attraverso un operazione matematica, chiamata Trasformata di Fourier, si può capire la struttura della figura rifratta (nel caso dl DNA una specie di X).
I due scienziati costruirono un modello di DNA e osservarono molte cose: è formato da una doppia elica, formato da nucleotidi(ogni nucleotide è formato da un gruppo fosfato, zucchero a 5 atomi di carbonio e da una base azotata), le basi azotate si uniscono tra loro con dei legami idrogeno (sono legami deboli perché devono permettere la duplicazione), il DNA si avvolge verso destra.. Misurando questa doppia elica si accorsero che le basi purine si potevano unire con le pirimidine e in particolare la guanina con la citosina e la timina con l’adenina poiche tra A e T ci possono essere soltanto 2 legami idrogeno e tra C e G 3 (legge di complementarità delle basi). Inoltre scoprirono che la distanza tra ogni base azotata è di 0,34 nm (passo d’elica) e quella di 10 basi è di 3,4 nm, quindi appurarono che la struttura è regolare e simmetrica, inoltre dopo ogni 10 passi d’elica la scala si ritrova nello stesso punto. Un’altra scoperta fondamentale fu quella dell’antiparallelismo dei filamenti (un filamento è una singola parte dell’elica) cioè i due filamenti sono paralleli ma viaggiano al contrario per poter avere i legami sempre uguali, es:i gruppi fosfato si legano agli zuccheri sui carboni 3 e 5 sia sul filamento destro che su quello sinistro. Una caratteristica fondamentale del DNA è quella di poter fornire copie esatte di se stesso. Nel momento della duplicazione la molecola si apre lungo la linea mediana, le basi si separano all’altezza dei legami idrogeno e ogni filamenti funge da stampo poiché per la legge di complementarietà delle basi ogni base azotata può legarsi ad una sola altra base, se c’è A si dovrà unire con T, se c’è G solo con C etc. La duplicazione avviene durante la fase S del ciclo cellulare, ovvero al duplicazione dei cromosomi ed è un processo molto rapido. La duplicazione inizia sempre da una specifica sequenza di nucleotidi detta punto di origine della duplicazione che richiede un enzima, proteine (elicasi che gira in senso contrario al DNA, sinistroso, e lo svolge), e insieme alla DNA-Polimerasi che spezza i legami idrogeno aprendo così al doppia elica. A questo punto può iniziare la fase di sintesi, ovvero i nucleotidi che si trovano sparse nel nucleo, che vengono assorbite dall’uomo durante la digestione( senza queste basi in più non potrebbe avvenire la duplicazioni), si attaccano ai filamenti divisi, questa fase è caratterizzata da un gruppo di enzimi noti come DNA-Polimerasi, la regione dove avviene la sintesi è detta bolla di replicazione, i suoi estremi sono detti forcelle di replicazione. La primasi sistema i primer sul filamento vecchi che sono frammenti di poche basi azotate di RNA che servono a far capire alla DNA-Polimerasi dove deve agire. Questi primer vengono sistemati in un solo punto nel filamento guida mentre in quelle ritardato vengono posti in più punti per favorire l’uso dei frammenti di Okazaki. Dopo bisogna togliere i primer perché sono frammenti di RNA mentre bisogna creare due unità di DNA identiche, allora entra in gioco l’esonucleasi che toglie i primer e la DNA-Polimerasi ricostruisce il DNA. Infine la ligasi unisce i frammenti di Okazaki La duplicazione avviene in 2 direzioni e viene detta bidirezionale, la duplicazione avviene fino a quando tutte le bolle che si sono formate sul filamento si sono congiunte e si sono formati 2 eliche dette semiconservative poiché un filamento è nuovo e uno è vecchio. I nucleotidi usati per costruire il nuovo filamento sono composti da tre gruppi fosfato(tipo ATP) che una volta staccati liberano energia che viene sfruttata dalla DNA-Polimerasi per attaccare i nucleotidi al vecchio filamento. I filamenti sono antiparalleli e la DNA-Polimerasi può agire solo sul filamento in direzione 5’ 3’e non in quell’altro, il filamento dove può agire la DNA-Polimerasi è detto filamento guida, mentre l’altro è detto filamento ritardato. Il filamento ritardato e sintetizzato in modo discontinuo sotto forma di singoli frammenti chiamati frammenti di Okazaki. Per motivi ancora sconosciuti la sintesi dell’ultimo frammento di Okazaki non può avvenire per cui ogni duplicazione il cromosoma perde alcuni nucleotidi, ma si è scoperto che alla fine dei cromosomi esiste una sequenza di basi che si ripete molte volte che permette di non creare danni dalla perdita di questi nucleotidi, questa sequenza è detta telomero, per cui i cromosomi posso duplicarsi 20-30 volte prima di perdere il contenuto genetico. Si è scoperto che esiste un enzima, detto telomerasi, che si trova in molte cellule (anche in quelle cancerose) che ricostruisce i telomeri e permette di mantenere integri i cromosomi. La DNA-Polimerasi serve per staccare i due filamenti, attaccare i nucleotidi nuovi e correggere gli errori se per qualche motivo viene aggiunta una base invece che un’altra, Proofreading, anche altri fattori possono influenzare la duplicazione es: i raggi ultravioletti che possono creare cancri alla pelle per via di errori nella duplicazione del DNA. Si è scoperto che le possibilità di combinazioni tra le basi raggiungono numeri astronomici per via della lunghezza del DNA e questo porta alla infinita varietà delle specie.

Autore: Federico Ferranti
Fonte: http://www.riassuntiliceo.altervista.org/terzof/cap14.doc

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