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Benvenuti nel corso MOOC NPTEL sulla bioingegneria un'interfaccia con la biologia e la medicina. Nelle ultime due lezioni abbiamo discusso varie tematiche e cerchiamo di capire perché la biologia è richiesta per gli ingegneri, in che modo la disciplina della bioingegneria ha reso enorme impact.Today, iniziamo con alcuni fondamentali e discuteremo delle proprietà e dei processi di vita. Alcune delle proprietà e dei processi che si associano alla vita ma che prima dona la vita?Così in modo molto semplicissimo possiamo dire che la vita è ciò che fanno le persone viventi, vediamo la teirattività e possiamo identificare facilmente che ciò che vive e ciò che è morto. A livello cellulare, i loro vari percorsi biochimici che regolano la produzione di energia che è un'energia chimica ottenuta dalle molecole alimentari. E poi questa energia è richiesta per i processi di vita. Vivere il mondo ha tanta diversità e complessità.Come dare un senso a loro?Analizziamo quindi alcune proprietà della vita e vi fornirò alcune illustrazioni per varie proprietà mostrando un organismo illustrativo. Tutte queste foto sono tratte dal libro Campbell che è il libro consigliato a IITBombay per questo corso di laurea. I numeri della figura si riferiscono anche alla versione Campbell Version. Così potete seguire questo libro e potete seguire anche queste leggende e i dettagli da thisbook. Come potete vedere nell'immagine, la butterfly viene mostrata cercando di ottenere l'energia fromil nettare dei fiori. L'hummingbird può usare questa energia chimica che viene immagazzinata nel suo cibo e ora canita il volo e altre parole. Guardiamo al girasole. Quanto orderliness abbiamo in questo fiore, vi illustri molto splendidi esampioni la struttura simmetrica che caratterizza la vita. Ora guardiamo al Jack Rabbit che illustrano il regolamento. Come il flusso sanguigno è regolato nei vasi sanguigni e anche l'orecchio in questo caso aiuta a mantenere la temperatura corporea costante e si sa quando il coniglio corre digiuno genera molto calore, così ora l'orecchio scambia quei cambi di calore nelle vie aeree circostanti per mantenere la temperatura corporea. Guardiamo a questo cavalluccio pigmeo che fornisce esempio per l'adattamento evolutivo. L'aspetto di questo cavalluccio pigmeo è praticamente camuffato l'ambiente che si sa di poter vedere nel colore rosso e tali adattamenti evoluti sulle tante generationsar in realtà si sa probabilmente diventare parte dell'ereditario.E questo è qualcosa che si sa che fa parte del darwinismo che talora si parlerà come una parte dell'evoluzione che quanti di questi sappiano cambiamenti positivi che dobbiamo adattare possono effettivamente conoscere meglio all'ambiente potrebbero davvero passare dall'ereditario e possono passare da quello alla prossima generazione. Guardiamo questo seedling di quercia, uno degli esempi di una pianta che mostra il growthand development che è necessario per tutti. Questa informazione ereditata nell'impianto sarà proseguita fino al prossimo plantlet la seedlingsand poi è richiesta per la crescita e lo sviluppo di organismo. Potete vedere tutti questa flytrap di Venere ed è interessante esempio che come in responseto l'ambiente questa trappola sia rapidamente sappiate ottenere i suoi stimoli e conosciamo getsclosa non appena vede la damigella che sbarca su questa trappola preditore. Così in risposta all'ambiente può far scattare quelle condizioni ambientali. Ora parliamo di saperne la riproduzione che è uno degli organismi viventi. Nell'esempio si può vedere la giraffa ma che è abbastanza comune ad ogni essere vivente dove una baby giraffa è in piedi vicino alla madre, si illustrare che la riproduzioni è un processo così essenziale per la vita d'insieme. Così ora parliamo dei temi unificanti della vita. Come pensiamo alle forme di vita?Tanta organizzazione più grande ci lascia iniziare da quello. Così il livello di organizzazione biologica si sta partendo dalla biosfera, ecosistema, comunità, guardando l'organismo di popolazione, poi gli organi, i tessuti, le cellule, le organelli e le molecole. Quindi tutte queste proprietà sono richieste a livello di sistemi e molto più grande biologicalorganizzazione è necessaria per le forme di vita realmente accaduta. E questa informazione poi deve trasmettere da uno alla generazione successiva e in teprocesso che è il dogma centrale è uno dei concetti fondamentali dove l'informatizzazione dal DNA è trascritta al Forma di RNA e poi tradotto con le proteine che formano il dogma centrale per l'informazione al flusso. Ora guardiamo all'energia e alla materia. Il trasferimento di energia e di materia è molto cruciale perché come i flussi di energia nell'ecosistema sono governati con intricento relazione di vari processi che sono coinvolti in questa chemicalcicing. Le interazioni sono ovviamente molto chiave per i processi biologici, le forme di vita a accadimenti sia a livello ambientale con organismo che anche al biomolecule tipo di biomolecole come interagiscono è molto cruciale per le forme di vita a governare. Ora pensiamo all'evoluzione che è uno del tema centrale della biologia, un concetto molto interessante e mentre andiamo avanti nelle lezioni vedremo che comprendiamo questi sapienti le proprietà biochimiche e conoscendo queste biomolecole e poi finendo di relazionarsi che a livello evolutivo fornisce molto interessante e in piedi il tema centrale della biologia che è l'evoluzione. Così gli organismi hanno una morfologia molto distinta a livello biochimico. Così sullo schermo vi sto mostrando un'immagine. Si può identificare cosa sia questo particolare organismo?D'accordo, quindi avete menzionato bene, sono i batteri che è Escherichia coli. Ora guardiamo alla prossima immagine. Questa è la frutta fly Drosophila melanogaster. Vediamo ora questa immagine vegetale. Questo è Thale cress o Arabidopsis thaliana. Guardiamo questo verme. Che cos' è questo?Questo è un verme rotondo o C. elegans. Qual è questa immagine?Questo sai piccole cose microscopiche che sai qualcosa che somiglia a quelle sono yeastsaccharomyces cerevisiae. E ovviamente conosci l'umano che è Homo sapiens. Quindi se li guardi a livello morfologico, sono molto diversi, molto distintesi ma quando vai al loro livello di DNA, RNA e livello proteico alle proprietà biochimiche che troverai ti troverai sorpreso di fatto a vedere che a livello molecolare ci si trova ad uniformità. Quindi allora che probabilmente ci indica che siamo tutti insorti da qualche antenato comune. Ora arriviamo alla parte fondamentale che è cellula e lasciamo discutere su quale cellula isa?Fatemi prima provare a misurarvi nella discussione e cercare di scoprire la vostra comprensione abouta cell. È una delle unità strutturali e funzionali della vita. Ci potrebbero essere più definizioni di cellula. È l'unità di base di un organismo di una struttura e di una funzione. È fondamentale per vivere sistemi di biologia come si conosce il modo in cui si definiscono gli atomi nel campo della chimica. Ed è una della più semplice raccolta di materia che può essere viva. Così in molti modi si può definire la cellula ma fondamentalmente sta definendo un sistema di biologia vivente.Abbiamo miliardi di cellule nel nostro corpo e immaginate solo quei miliardi di cellule che lavorano torealmente in maniera molto orchestrata insieme per governare molte delle processioni di vita e quello che stiamo studiando in questo momento solo una cellula e come quella cellula, organellee le loro proprietà come sono regolate. Immaginate di sapere che il sistema vivente è così complesso e di come sia meravigliosamente itis governare che miliardi di cellule devono esibirsi in un manneroso molto obbediente se iniziano a esibirsi in questo modo regolamentato che può aggiungere il toor che può causare qualche malattia. Quindi quello che ho mostrato voi qui siete a conoscenza del corpo umano, ci sono miliardi di cellette possibili e ora se guardate uno del nucleo cellulare che ha tutti i contenuti nucleari, ha tutti i cromosomi poi ci troviamo a guardare i segmenti di DNA e poi siamo definiamo che con i geni siamo interessati a studiare per esempio. Così come sapete piccole unità stiamo parlando se si pensa a partire dall'essere umano. Ora solo che si sa analogamente a quella come una cellula se si pensa di conoscere un macchinario come un aeroplano o come un'auto, il modo in cui si conosce un sacco di circensi intricati all'interno di queste macchine all'interno di queste macchine si conosce la auto o velivolo. Allo stesso modo nella cella anche per comunicare da uno ad altri organelli, l'informaziona passare da uno ad altro livello tutto questo richiede molta coordinazione ed è nolente che in un circuito che potete vedere in auto sul lato destro ma che dice il circuitmostrato nel lato sinistro per questa cellula e ci sono di fatto conoscete gli scienziati che si arrecciano per capire la cellula più come in un circuito in che modo può ostacolare o come questo possa accelerare il diverso tipo di funzioni. Questo è qualcosa che si conosce un'area interessante dove molto le persone ingegneristiche vagano per studiare la cellula come si sa nel modo elettrico per vedere che si sa come i differentcircuiti stanno governando queste funzioni di vita. Quindi se non si pensa alla cellula a livello strutturale, la maggior parte delle cellule si trova nel diametro di 1 a 100 micron e ovviamente si conosce la cellula più grande come si sa quando si va a prendere l'uovo di gallina che è visibilmente possibile vedere dagli occhiali più piccoli, quando si vuole iniziare a guardare le cellule più piccole allora si ha bisogno dei microscopedi leggeri quando la maggior parte della cellula vegetale e animale che si vuole vedere può essere vista con il microscopio leggero. E poi se si vogliono guardare i loro dettagli ultra - strutturali, diversi tipi di organelli o youwant per studiare batteri o virus, quelle cose che si devono vedere con la microscopia elettronica.Così per studiare le cellule quello che veramente so ha fatto una grande rivoluzione in biologia è lo yousa vari tipo di microscopia avanzata.La nostra capacità di conoscere la cellula su diversi organelli cellulari e guardare i loro dettagli ultra strutturati è stata possibile solo a causa di vari avanzamenti che erano accaditi nel microscopio fidato.Quindi non parleremo più dettagliatamente in questo momento di conoscere vari tipi di microscopia ma ho illustrato un'immagine qui sullo schermo che vi mostra varie sezioni takenda diverse celle e diversi tipi di microscopia che servono per ottenere quelle immagini. Ad esempio da sinistra se vedete l'immagine del campo brillante per l'esemplare non macinato e poi sul lato destro di quello è la colorata immagine è shown.Poi, la prossima è l'immagine a contrasto di fase e poi abbiamo una shown.n.n.c. a interferenza differenziale, abbiamo l'immagine della fluorescenza, poi sulla destra lato di che abbiamo un confocalsenza e poi il prossimo è confocale con immagine e poi possiamo vedere la deconvoluzioneimmagine sul lato destro. E questa è la super resolutione; di nuovo abbiamo le modifiche di quella variante nel lato destro. Ora si guarda alla terza immagine che è il microscopio elettronico a scansione o SEM e thenwe hanno la microscopia elettronica di trasmissione o TEM.I sono sicuro che ci si deve chiedere ora che ci sono molti tipi di microscopia disponibilie come sono sapienti fornire queste informazioni. Quindi in realtà tutte le varianti della microscopia leggera sono mostrate qui tranne quella come la microscopia elettronica a scansione e la microscopia elettronica di trasmissione che isa parte dei microscopi a elettroni, poggiare tutto è microscopia leggera.La microscopia leggera vi permetterà di visualizzare una cella dal vivo mentre la microscopia elettronica può studiare solo quando si hanno le cellule morte perché si deve fare le sezioniquando si sta guardando i dettagli ultra - strutturali. Per cui basta avere un certo senso e sentire che se volete guardare le cellule della vita dovete usare la microscopia leggera e le sue varianti. Se state guardando il dettaglio ultra - strutturale allora dovete sistemare la cellula, dovete far conoscere la cellula sarà morta infatti e thenyou può usare diversi tipi di scansione del nostro elettrone di trasmissione microscopia ok. Quindi ora veniamo a vari tipi di cellule e sullo schermo vi sto mostrando un imagecan che riconoate qual è questa immagine?Che tipo di organismo sta illustrando questa particolare immagine?D'accordo, quindi hai ragione, sono i batteri, è la cellula procariotica e quando noi sayprokaryote significa pro mezzo prima e karyon significa nucleo. Così questo non possiede un nucleo molto vero. Così vi mostro qualche freccia e dovete indovinare dai vostri previousstudi e dalla precedente comprensione di un batterio che ciò che organelli è presente su schermo. Ora quello che viene mostrato qui è un cromosoma batterico, sì che avete ragione è flagella e si passa alla parete cellulare e ora potete vedere il membrane.Poi, abbiamo ribosomi le minuscole particelle e nucleoide è conoscere il principale componentodel DNA batterico che è in realtà free-floating nel citoplasmo; non è racchiusa una membrana nucleare insidea che tipo di voi sapete fa una distinzione tra i prokaryotescon gli eucarioti d'accordo.Così ora guardiamo a questa immagine e potete indovinare quale sia questa particolare cellula?Ok questa è una cellula animale che arriva dagli eucarioti Così ora torniamo alle frecce e cerchiamo di scoprire le etichette per loro. Così la primissima è che è giusto che sia nucleo. Quindi qual è il ruolo del nucleo?Ok al ruolo di ognuno di loro in un po' più di dettaglio in un po' di tempo ma idealmente si sa che tutte le informazioni genetiche sono custodite con le varie testate nucleari che si trovano nel nucleo che avete DNA, RNA, questi materiali lì e questa informationdeve poi passare dai vari altri organelli che li circondano per passare da fromone alla cellula successiva. E poi molti di voi conoscono intricati comunicazione sono effettivamente coinvolti all'interno della cellula e da fromone anche ad altre cellule. Così parleremo di queste cose ma diciamo che continuiamo a cercare di indovinare, ora la prossima freccia che è la plasma membrane.Poi, arrivano le minuscole particelle, che sono ribosomi e poi abbiamo questi, quelli più verdi quello che viene mostrato è il Golgi apparatus.Poi, abbiamo i mitocondri e i perossisomi. Questi sono gli elementi citoscheletrici e ora abbiamo dei centrosommi, finalmente questo è un reticolo endoplasmatico mostrato in rete laggiù, abbiamo poi lisosomi su di voi sapete cosa avete studiato in passato per quanto riguarda la cellula e le loro diverse organelle. Vi parleremo di nuovo della loro funzione in qualche tempo ma cerchiamo di provare per farti conoscere l'unicità morfologica dai procarioti a diversi tipi di eucarioticcell. E ora proviamo a indovinare cos' è questa immagine mostrata sullo schermo per questa cellula eucariotica. Così questa è una cellula vegetale e ora ci facciamo passare per guardarci conoscere i diversi componentidi queste cellule vegetali s.Sì, così nella freccia ciò che viene mostrato ora, è un nucleo endoplasmatico, poi ribosoma, c'è qualcosa di molto diverso rispetto alle cellule animali che è un volume molto più grande un vacuole.Poi, abbiamo degli elementi citoscheletrici. Ora abbiamo dei cloroplasti che è di nuovo conosci uno di la caratteristica distintiva delle cellule vegetali, plasmodesmata.Poi, abbiamo una parete cellulare una molto spessa e un membrane.Poi, questi sono perossisomiti, mitocondri, apparato di Golgi. Dunque molti di questi organelli sono comuni sia nella cellula vegetale che in quella animale ma ci sono alcune organelle uniche che conferiscono alle cellule vegetali più adattabilità per lei sanno lievito il campo aperto nell'ambiente. E fanno molti processi che stanno facendo diversi rispetto alle cellule animali. Così parleremo delle funzioni in qualche tempo ma ora passiamo a ripensare alle ampie categorie di procarioti e eucarioti. Così sostanzialmente come abbiamo discusso pro significa primitivo e karyon significa nucleo e eu significa avanzato. Quando abbiamo un confine lontano del nucleo allora diciamo che questa è la cellula eucariotica dove si diffonde nel citoplasmo allora si tratta di un prokaryote. Così i diversi organismi potrebbero essere divisi in 3 gruppi fondamentali. I batteri, precedentemente noti come Eubatteri o Archaea che è precedentemente noto come Archaebacteriaed Eukarya che è un eucariote. Questa distinzione può essere fatta sulla base delle loro caratteristiche biochimiche in quanto poichè questi gruppi fondamentali sono noti come domains.A scienziato Carl Woese, ha suggerito di raggruppare questi organismi in 3 domini sulle basisdelle loro proprietà di RNA ribosomale 16S. Mostra il dominio Eukarya, dominio Archaea e batteri di dominio ma mostra anche che si sa dai proteobatteri e dai cianobatteri quando si sa che più Archaea e theEukarya sono stati generati soprattutto i metanogeni, i termofili, gli animalia, i funghi e il plantae.Poi, abbiamo capito che è stato visto il trasferimento genico orizzontale e probabilmente cloroplastsabbia mitocondri ha svolto un ruolo importante in quel processo. Così sostanzialmente quando pensiamo a 3 domini di vita, abbiamo batteri, coppia di esampioni mostrate Escherichia, Salmonella, abbiamo Bacillus.In caso di Archaea, abbiamo esempi come Methanococcus, Archaeoglobus e Halobacteriumand in caso di Eukarya abbiamo esempi come Saccharomyces, Homo sapiens e Zea mays. E così questi rami indicano lo schema di divergenza dagli antenati comuni. E la distinzione di sequenza del DNA definisce che questi sono i 3 principali domini della vita. Il percorso evolutivo potrebbe effettivamente essere analizzato in base alle loro proprietà biochimiche. Guardiamo uno delle classi di voi conoscete questi 3 domini della vita Archaea in qualche dettaglio moredettaglio, parleremo dei sapori più funzionali sia per i prokaryotesche eucarioti che conosci nelle lezioni successive ma che diciamo che parleremo brevemente di Archaea.Quali sono gli Archaea?Sono super creature perché possono vivere nell'ambiente molto caldo che è come un termofoni. Possono vivere nei campi del sale. Possono anche vivere nell'ambiente del gas metano o conosciuti come metanogeni. Quindi questi sono a conoscenza di condizioni ambientali molto estreme e l'organismo per sopravvivere nelle ditte deve davvero adattarsi a quelli e poi solo loro sanno sopravvivere con i thoseconditions. Così questa Archaea sono in realtà procarioti che sono distanti per i batteri simili. Le loro membrane cellulari hanno alcune proprietà chimiche che li rendono diversi da entrambi prokaryotesand eukaryotes. Significa che hanno una certa unicità come la loro membrana cellulare non contiene ingrassia ma contiene qualche molecola di ramo che è nota come isoprenes, quindi guardarli sembra che non siano il prokaryote ma piuttosto avessero certi saperi che conferiscono loro qualche identità unica.E immaginate biologicamente perché è importante per noi conoscere questo tipo di organizzatore perché dobbiamo studiare queste condizioni estreme. Immaginate di sapere quando le persone osservano la natura e osservano anche le condizioni della natura estrema, che tipo di organismi possono crescere e sopravvivere a quelli che possono essere davvero tradotti nelle reali condizioni di vita quotidiana. Per esempio, l'invenzione della reazione a catena della polimerasi o PCR è appena successa perché KaryMullis, ha osservato che conosci quello dei batteri che vive nella primavera calda, molto caldo meteo, condizioni calde, può sopravvivere in quel tipo di conosci temperatura calda e quindi probabilmente la sua fisiologia si intende con i suoi enzimi sono significati in modo da poter sopportare temperature molto elevate. Così Thermus aquaticus è stato l'organismo che ha isolato e poi ha ottenuto le enzimatiche di Taq polimerasi che ora viene utilizzata per fare la reattazione della catena polimerasi PCR.In questo modo, basta immaginare che questa intera molecola biologia che è yousa uno dei fondali per usare la reazione a catena della polimerasi PCR è talmente dipendente da questo enzima. E questo non è stato possibile ottenere se qualcuno non ha fatto una stretta osservazione che ne risaputa qualche gruppo di batteri che potrebbero vivere in queste condizioni di caldo. Così è importante per noi fare questi tipi di osservazioni dalla natura non solo thenormale ma anche ciò che si trova nelle condizioni molto avverse. Così Archaea in realtà se si guarda al loro comportamento biochimico sono probabilmente moresimali agli eucarioti, sebbene abbiano più somiglianza con gli eucarioti che se si pensa di conoscere la loro similitudine con i batteri. Sia Archaea che eucarioti il loro genoma si codificano per le proteine istoniche omologhe, che potrebbero essere associate al DNA e che non è il caso quando si pensa ai batteri di prokaryotesina. Anche RNA e componenti proteici di questi Archaea e ribosomi sono molto più simili agli eucarioti come rispetto ai batteri. Ora questo riassume l'albero della vita di cui abbiamo discusso. Abbiamo i procarioti, abbiamo i batteri e abbiamo Archaea e probabilmente c'era un antenato comune di tutte le forme di vita che ha dato origine a questi tipi di diversità.Vi spiego questo in più dettaglio nella seguente animazione. Tutti gli organismi viventi da vari periodi di evoluzione sono stati ritrovati per esibire una notevole somiglianza a livello biochimico. Le informazioni genetiche sono custodite sotto forma di DNA o RNA.Lo stesso insieme di 20 aminoacidi formano gli elementi strutturali delle proteine. Le vie metaboliche similari e diverse proteine con similitudine strutturale sono state per avere ruoli simili in diversi organismi. Tutti questi pungono verso l'esistenza di un antenato comune da cui vari organizzarsi in diversi punti di tempo. Diverse proteine sono stati identificati che possiedono strutture tridimensionali tridimensionali simili svolgono funzioni molto strettamente correlate in organismi che sono separati in evoluzionover miliardi di anni. Una tale proteina è la proteina vincolante della scatola TATA che svolge un ruolo importante nel regolazione del gene. Sono un gruppo di organismi procariotici che sono nettamente correlati ai batteri. Sono comunque più simili agli eucarioti che ai batteri. Sia gli Archaea che i genomi eucariotici codificano le proteine dell'istone omologo che sono notoriamente presenti nei batteri. L'RNA ribosomiale e le proteine o Archaea da vicino somiglianza a quelle degli eucarioti; tuttavia, Archaea è in grado di crescere in condizioni ambientali estreme come le alte temperature, le concentrazioni di sale, ecc. Una delle più recenti classificazioni degli organismi viventi è un sistema a 3 dominio in consistenza di batteri, Eukarya e Archaea sebbene, Archaea fosse in origine considerata come batteri. Sono stati poi classificati nel loro dominio a causa di diverse differenze nei percorsi teirmetabolici e nella genetica. Eukaryote si è evoluto attraverso diverse relazioni endosimbiotiche tra batteri vari e Archaea.So oggi nelle a partire dalle forme di vita abbiamo iniziato a discutere di processi andproprietà che sono associati alla vita e abbiamo evidenziato vari esempi su cui discutere su di esso che potrebbe effettivamente visualizzare il tipo di diversità che abbiamo ma è stillare di voi sapete un tema unificante che abbiamo perché stiamo ancora condividando molti di voi conoscono proprietà comuni e quelli sono governati in diversi sapori animali, organismi diversi e quelle proprietà sono shared.Poi, abbiamo iniziato a discutere della cellula e si conosce l'almeno una panoramica di thecell, una distinzione tra cellule procariotiche ed eucariotiche e poi provare a dare a youthe feel di quanto diverso conosci le forme di vita più grandi o l'albero della vita è originateappositamente dai procarioti, eucarioti e dall'Archaea e da alcuni di loro conosci le caratteristiche di base delle forme Archaeal. Continueremo la nostra discussione sulla cellula e le sue proprietà che guardano alla struttura e alle sue proprietà per vari organelli cellulari e come governano in modo diverso tu conosci processes.Inoltre, parleremo di come le cellule comunicano tra di loro e come anche la comunicazione sia accaduta all'interno della cellula. Così facciamo discutere questi punti nella lezione successiva. Grazie.