Biologia · Unità 1 0.5 CFU

Le basi dell'organizzazione biologica e molecolare della vita: virus, procarioti, eucarioti e macromolecole.

Teoria essenziale

1. L'albero della vita e la teoria cellulare

L'albero della vita rappresenta le relazioni evolutive tra tutti gli organismi viventi. Si divide in tre domini:

Bacteria (batteri veri e propri).
Archaea (archeobatteri, vivono in ambienti estremi).
Eukarya (eucarioti: protisti, funghi, piante, animali).

🔬 Teoria cellulare:

1. Tutti gli organismi viventi sono costituiti da cellule.
2. La cellula è l'unità fondamentale della vita.
3. Tutte le cellule derivano da cellule preesistenti (divisione cellulare).

Proprietà fondamentali della materia vivente

Organizzazione: livelli gerarchici (molecole → organelli → cellule → tessuti → organi → organismi).
Metabolismo: insieme delle reazioni chimiche (anabolismo/catabolismo).
Omeostasi: mantenimento di condizioni interne stabili.
Crescita e sviluppo: aumento di dimensioni e differenziazione.
Riproduzione: trasmissione dell'informazione genetica.
Evoluzione: adattamento all'ambiente attraverso la selezione naturale.

2. Virus: parassiti endocellulari obbligati

I virus sono particelle submicroscopiche costituite da un acido nucleico (DNA o RNA) racchiuso in un capside proteico. Alcuni hanno anche un involucro membranoso (perivirus).

Classi di virus animali (secondo il tipo di acido nucleico):

Virus a DNA a doppio filamento (es. Adenovirus, Herpesvirus).
Virus a DNA a singolo filamento (es. Parvovirus).
Virus a RNA a doppio filamento (es. Rotavirus).
Virus a RNA a singolo filamento positivo (+) (es. Coronavirus, Poliovirus).
Virus a RNA a singolo filamento negativo (−) (es. Virus dell'influenza, Ebola).
Retrovirus (es. HIV): hanno RNA e usano la trascrittasi inversa per produrre DNA.

Ciclo litico e lisogenico (virus batterici - fagi)

Ciclo litico: il virus si replica e distrugge la cellula ospite (lisi).
Ciclo lisogenico: il DNA virale si integra nel genoma dell'ospite (profago) e si replica con esso. Può poi entrare in ciclo litico.

Ciclo di un virus animale

Attacco: legame a recettori specifici sulla membrana cellulare.
Penetrazione: per fusione (virus con involucro) o per endocitosi.
Denudamento: rilascio dell'acido nucleico virale.
Replicazione e sintesi: produzione di componenti virali.
Montaggio: assemblaggio di nuovi virioni.
Rilascio: per gemmazione (virus con involucro) o per lisi.

🔄 Retrovirus:

Possiedono RNA come materiale genetico.
Usano la trascrittasi inversa per sintetizzare DNA complementare (cDNA) dall'RNA.
Il cDNA si integra nel genoma dell'ospite come provirus.
Esempio: HIV (virus dell'immunodeficienza umana).

3. Cellula procariotica

Le cellule procariotiche (Bacteria e Archaea) sono prive di nucleo delimitato da membrana e di organelli membranosi.

Struttura della cellula procariotica

Membrana plasmatica: doppio strato fosfolipidico con proteine.
Parete cellulare: conferisce forma e protezione. Nei batteri è composta da peptidoglicano.
Membrana esterna: presente solo nei batteri Gram-negativi (contiene lipopolisaccaridi).
Capsula: strato di polisaccaridi esterno, aiuta l'adesione e protegge dalla fagocitosi.
Fimbrie e pili: strutture proteiche per l'adesione e il trasferimento genico.
Flagelli: per il movimento (struttura proteica elicoidale).

Colorazione di Gram

Gram-positivi: parete spessa di peptidoglicano → si colorano di viola.
Gram-negativi: parete sottile di peptidoglicano + membrana esterna → si colorano di rosa/rosso.

Trasferimento genico orizzontale nei batteri

Trasformazione: assorbimento di DNA libero dall'ambiente.
Coniugazione: trasferimento di DNA attraverso un ponte di coniugazione (pil).
Trasduzione: trasferimento di DNA mediato da un virus batterico (fago).

4. Cellula eucariotica

Le cellule eucariotiche (protisti, funghi, piante, animali) hanno un nucleo delimitato da membrana e organelli membranosi.

Origine dei compartimenti cellulari

Sistema delle endomembrane: generato per invaginazione della membrana plasmatica (RE, Golgi, lisosomi, endosomi).
Mitocondri e cloroplasti: originati da endosimbiosi di batteri primitivi inglobati in una cellula ospite.

🧬 Organizzazione cellulare:

Dagli organismi unicellulari (es. lieviti, amebe) a quelli pluricellulari complessi (es. uomo).
La compartimentalizzazione permette l'efficienza metabolica e la specializzazione funzionale.

Caratteristica	Procarioti	Eucarioti
Nucleo	Assente	Presente (delimitato da membrana)
Organelli membranosi	Assenti	Presenti (RE, Golgi, mitocondri, ecc.)
Ribosomi	70S	80S (70S in mitocondri e cloroplasti)
DNA	Circolare, nel nucleoide	Lineare, nei cromosomi
Dimensioni	1-10 µm	10-100 µm

5. Macromolecole biologiche

Carboidrati (zuccheri)

Funzione: energetica (glucosio), strutturale (cellulosa), segnalazione (glicoproteine).
Monomeri: monosaccaridi (es. glucosio, fruttosio).
Polimeri: polisaccaridi (amido, glicogeno, cellulosa).

Lipidi

Funzione: riserva energetica, struttura delle membrane, segnalazione (ormoni).
Non sono polimeri veri e propri (non hanno monomeri ripetuti).
Esempi: acidi grassi, trigliceridi, fosfolipidi, steroidi.

Amminoacidi e proteine

Gli amminoacidi sono i monomeri (20 amminoacidi proteici).
Il legame peptidico unisce gli amminoacidi.
Struttura delle proteine: primaria (sequenza), secondaria (α-elica, β-foglietto), terziaria (ripiegamento 3D), quaternaria (multisubunità).
Domini proteici: regioni funzionali indipendenti.
Siti attivi: regioni che legano substrati (enzimi) o ligandi.

🧪 Enzimi:

Catalizzatori biologici (proteine).
Abbassano l'energia di attivazione.
Classi principali: chinasi-fosfatasi (fosforilazione/defosforilazione), ubiquitinasi-deubiquitinasi (marcatura per degradazione), acetilasi-deacetilasi (acetilazione/deacetilazione).

Modificazioni post-traduzionali delle proteine

Fosforilazione: aggiunta di fosfato (regolazione enzimatica, segnalazione).
Acetilazione: aggiunta di acetile (regolazione genica, struttura della cromatina).
Glicosilazione: aggiunta di carboidrati (maturazione proteica, riconoscimento cellulare).
Lipidazione: aggiunta di lipidi (ancoraggio alla membrana).

Nucleotidi e acidi nucleici

Nucleotidi: base azotata + zucchero + fosfato (ATP, GTP).
DNA: doppia elica (Watson-Crick), deposito dell'informazione genetica.
RNA: singolo filamento, funzioni multiple (messaggero, transfer, ribosomiale).

Metabolismo: anabolismo e catabolismo

Catabolismo: degradazione di molecole complesse → energia (reazioni esoergoniche).
Anabolismo: sintesi di molecole complesse → consumo di energia (reazioni endoergoniche).
Reazioni di condensazione: unione di monomeri con eliminazione di H₂O.
Reazioni di idrolisi: rottura di polimeri con aggiunta di H₂O.

Esempi svolti

🧬 Esempio 1 – Virus
Qual è la differenza tra il ciclo litico e il ciclo lisogenico di un batteriofago?
Soluzione: Nel ciclo litico, il virus si replica e lisa la cellula ospite. Nel ciclo lisogenico, il DNA virale si integra nel genoma ospite e si replica passivamente con esso.

🧬 Esempio 2 – Cellule
Quale struttura è presente nei batteri Gram-positivi ma non nei Gram-negativi?
Soluzione: i batteri Gram-positivi hanno una spessa parete di peptidoglicano; i Gram-negativi hanno una parete sottile e una membrana esterna.

🧬 Esempio 3 – Modificazioni post-traduzionali
Quale modificazione post-traduzionale è coinvolta nella regolazione della struttura della cromatina?
Soluzione: l'acetilazione degli istoni (e la deacetilazione) regola la struttura della cromatina e l'espressione genica.

Esercizi guidati

✏️ Esercizio 1 – I virus sono considerati organismi viventi? Perché?

Soluzione: I virus non sono considerati organismi viventi perché non hanno una struttura cellulare, non hanno metabolismo autonomo e non si replicano al di fuori di una cellula ospite. Sono parassiti endocellulari obbligati.

✏️ Esercizio 2 – Quale organello cellulare ha origine endosimbiotica?

Soluzione: I mitocondri (e i cloroplasti nelle piante) hanno origine endosimbiotica. Derivano da batteri primitivi inglobati in una cellula ospite.

✏️ Esercizio 3 – Quale tipo di RNA è coinvolto nella sintesi proteica come stampo per la sequenza amminoacidica?

Soluzione: L'mRNA (RNA messaggero) contiene la sequenza di codoni che determina la sequenza amminoacidica delle proteine.

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