Corso integrato: Biologia e Genetica - univpm.it · Marinelli medicina narrativa 2 CFU Biologia...

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Corso integrato: Biologia e Genetica Principato struttura e funzione della cellula 5 CFU Saccucci geni, eredità e mutazioni 4 CFU Marinelli medicina narrativa 2 CFU Biologia (aula Q) : lunedì, ore 11-13.30 mercoledì, ore 11-13.30 giovedì, ore 8.30-11 Variazioni orario: giovedì 15 dicembre (recupero per PROGRESS TEST del 16 novembre) Note: 1. gennaio 2016: lezioni mercoledì 11, giovedì 12, mercoledì 18, giovedì 19, mercoledì 25 2. valutazione scritta (facoltativa), lunedì 30 gennaio 2017, ore 14-18, aula X [email protected]

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Corso integrato: Biologia e Genetica

Principato struttura e funzione della cellula 5 CFU

Saccucci geni, eredità e mutazioni 4 CFU

Marinelli medicina narrativa 2 CFU

Biologia (aula Q) : lunedì, ore 11-13.30

mercoledì, ore 11-13.30

giovedì, ore 8.30-11

Variazioni orario: giovedì 15 dicembre (recupero per PROGRESS TEST del 16 novembre)

Note:

1. gennaio 2016: lezioni mercoledì 11, giovedì 12, mercoledì 18, giovedì 19, mercoledì 25

2. valutazione scritta (facoltativa), lunedì 30 gennaio 2017, ore 14-18, aula X

[email protected]

NOVEMBRE 2016

1) gio 3: Origine della vita. Evoluzione chimica e biologica

2) lun 7: Cenni su struttura/funzione di acidi nucleici e

proteine. Lipidi e membrane biologiche

3) mer 9: Aspetti generali dei modelli cellulari Eucarioti e

Procarioti. Le tre categorie di viventi, Eubatteri, Archea

ed Eucarioti

4) gio 10: Modalità di organizzazione del DNA nei procarioti e

negli eucarioti. La strategia evolutiva degli Eubatteri,

ruolo delle mutazioni e degli scambi orizzontali di DNA

5) lun 14: Evoluzione della cellula Eucariote. Cenni su periodo

Cambriano ed comparsa di organismi pluricellulari. Reti

biologiche, moduli funzionali e “systems biology”

6) gio 17: Cenni sui virus e sul loro possibile ruolo nell’evoluzione

NOVEMBRE 2016

7) lun 21: La struttura del nucleo e dei pori nucleari. Membrana

nucleare, struttura e funzione della cromatina,

organizzazione e struttura del nucleolo

8) mer 23: Il processo di trascrizione e maturazione dell’RNA.

La regolazione della trascrizione in Eucarioti e Procarioti

9) gio 24: Origine e ruolo dei piccoli RNA e dei long non coding

RNA

10) lun 28: Struttura e funzione dei ribosomi. Il meccanismo della

sintesi proteica

11) mer 30: Sintesi proteica nel citosol e destino post-sintetico

delle proteine. Il proteasoma e la degradazione di proteine

nel citosol

DICEMBRE 2016

12) gio 1: Struttura e funzione del reticolo endoplasmatico ruvido

13) lun 5: Il reticolo endoplasmatico liscio ed il suo ruolo nel

meccanismo di detossificazione

14) mer 7: Struttura e funzione dell’apparato di Golgi, secrezione e

biogenesi dei lisosomi. Ruolo biologico dei lisosomi

15) gio 15: Cenni sulla duplicazione del DNA e sui principali

meccanismi di riparazione del DNA. Il ciclo cellulare ed i

meccanismi di controllo

GENNAIO 2017

16) mer 11: Struttura e funzione del citoscheletro. La divisione

cellulare per mitosi, differenze tra mitosi e meiosi

17) gio 12: Senescenza, invecchiamento cellulare e cancro. Cellule

staminali. I vari tipi di morte cellulare, apoptosi - necrosi

- autofagia

18) mer 18: Cenni sui meccanismi di comunicazione tra cellule.

Comunicazione mediante formazione e liberazione di

nanovescicole. Ruolo biologico degli esosomi

19) gio 19: Cenni su aspetti generali del metabolismo. Struttura e

funzione dei mitocondri. Mitocondri e respirazione

cellulare

20) mer 25: Riproduzione degli organismi viventi. I meccanismi

molecolari alla base della formazione dei gameti. Sesso

ed evoluzione

Molecole, Cellule e OrganismiCoordinamento a cura di: E. Ginelli, M. Malcovati

Edizione I/2016N

ISBN9788879599146

EDISES

Biologia = βίος + λόγος

scienza a forte componente storica,

non formula leggi assolute ma

elabora teorie valide oggi, forse

confutabili domani

Definizione di vita

Atomi della vita

Gli atomi che compongono gli esseri

viventi non sono rari o molto pregiati

O

H

H

..

..Acqua

ibridi

La composizione chimica del vivente è

qualitativamente diversa rispetto a quella

dell'ambiente che lo circonda

Un vivente è formato da atomi organizzati in

molecole … un insieme di molecole non è vivo

βίος = Vita = proprietà che un sistema chimico manifesta

quando raggiunge un elevato livello di organizzazione

La cellula è la più piccola struttura vivente

L’organizzazione del vivente si basa su:

Informazione per riprodurre sé stesso

Metabolismo per esistere e crescere

I viventi condividono le stesse caratteristiche: nascita, crescita e

riproduzione sono le più evidenti manifestazioni della vita per i

procarioti (e gli eucarioti unicellulari)

riproduzione crescita riproduzione

Procarioti

Eucarioti

Nascita, crescita, riproduzione, e morte sono le più

evidenti manifestazioni della vita degli organismi

eucarioti pluricellulari

La riproduzione consente di mantenere la vita nel tempo

La vita passa da un individuo all’altro … si perpetua e si

evolve

• L’evoluzione modifica gli

organismi viventi

• Nuove specie discendono da

specie più antiche

La vita che conosciamo

deve originariamente essere

derivata dalla non vita

Le biomolecole si possono formare

spontaneamente

Le biomolecole possono

polimerizzare per formare

macromolecole

Il Pianeta Terra esiste da circa 4,5 miliardi di anni

Universo: antico di oltre 10 miliardi di anni

Siamo certi

dell’esistenza

della vita solo

sulla Terra

Non abbiamo

prove su come

dove e quando

la vita si possa

essere generata

Intensi raggi cosmici

Intrensa radiazione UV

Pioggia di meteoriti

• Il più antico minerale

~ 4,4 mld di anni

• Le più antiche rocce

~ 4,4 mld di anni

Intense scariche elettriche nell’atmosfera

Cicli di evaporazione e precipitazione

Liberazione di gas e di energia termica per vulcanesimo

E’ avvenuta l’attesa sintesi abiotica di biomolecole

Si sono formati amminoacidi in numero poco superiore a 20

metano, acqua, azoto scariche elettriche acido cianidrico

aldeide formica

RCHO + NH3 RCHNH HCN

amminonitrile

immina

- H2O

+ H2O + H2O

- NH3

amminoacido

si formano amminoacidi in numero non molto superiore a 20

E’ stata dimostrata la

presenza di amminoacidi e

altre molecole organiche

anche nelle Nebulose

interstellari

Più L- che D-amminoacidi

- H2O

+ H2O

HCNpolimerizzazione

uracile

si formano le basi puriniche e pirimidiniche presenti nel RNA

adenina

HCHO ribosio

si possono formare zuccheri

a

si possono formare

macromolecole per

disidratazione

Stadi di Evoluzione Chimica

1. Sintesi abiotica di monomeri come

amminoacidi e basi azotate

2. Formazione per

disidratazione di

polimeri come

proteine e acidi

nucleici

3. Brodo

primordiale

4. Confinamento di molecole e macromolecole

in strutture delimitate da membraneProtobionti o Protocellule

Sono stabili, ma il loro

ambiente interno tende a

differire da quello esterno

Hanno un metabolismo elementare,

capacità di crescere e persino di

dividersi, sono distrutti a causa di

fenomeni osmotici

La pompa sodio/potassio è di fatto un meccanismo per pompare

acqua fuori dalla cellula(1) raggio atomico di Na+ è più piccolo

di quello di K+

(2) stessa carica elettrica

(3) maggiore densità di carica

(4) maggiore sfera di solvatazione

scambiando Na+ con K+ si ha un ingresso

consistente di acqua = la cellula si rigonfia

e quindi esplode …

L’aumento di complessità dalle protocellule alle cellule aggrava

l’impatto osmotico con l’ambiente esterno che diventa sempre più

diluito = CRISI OSMOTICA

Poiché non si può diminuire la

concentrazione interna, la soluzione è

eliminare l’acqua che entra per osmosi

5. Presenza di molecole di RNA

autoduplicanti in grado di evolvere

Da evoluzione chimica

a evoluzione biologica

Molecole

organiche

nelle grotte e

nelle lagune

Polimeri

organici e

formazione

di un brodo

primordiale

Formazione

di

protocellule

Formazione

della Terra,

con crosta e

atmosfera

Presenza di

procarioti

nei mari e

negli oceani

Presenza anche

di eucarioti

nei mari e

negli oceani

Organismi

multicellulari

prima nei mari

e poi sulla

terraferma

Evoluzione Chimica

Evoluzione Biologica

Geology: Evidence of life in Earth's oldest rocksNature 537, 500–501 (22 September 2016) doi:10.1038/nature19429 Published online 31 August 2016

When did life first arise on Earth? Analysis of ancient rocks in Greenland that contain

structures interpreted as bacterial in origin suggest that Earth might have been an

abode for life much earlier than previously thought. See Letter p.535

Figure 1: Una roccia vecchia 3,7

miliardi di anni con tracce di

esseri viventi. Analizzando roccie molto antiche,

Nutman et al. hanno identificato

strutture coniche con l’aspetto di

stromatoliti (indicate come linee

nere tratteggiate) che sono possibili

traccie di vita batterica

Molti elementi fanno ritenere che la vita potrebbe

essersi originata molto presto

I più antichi fossili < 4 mld di anni (Procarioti?)