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INDICE
IL MICROSCOPIO ..................................................................................................................3
Come si usa il microscopio? .................................................................................................5
Esperimento: alla scoperta di microrganismi ......................................................................7
ATOMI E MOLECOLE.........................................................................................................10
LA CELLULA .......................................................................................................................11
Curiosità: come mai si chiama CELLULA? .......................................................................12
Che cosa è la cellula? ..........................................................................................................13
La struttura della cellula......................................................................................................14
Simili ma anche diverse… ..................................................................................................18
In sintesi… .............................................................................................................................19
Riassumendo… ...................................................................................................................20
E’ tutto collegato! ...............................................................................................................21
Il DNA e le sue informazioni .................................................................................................23
Costruiamo un modello di DNA .........................................................................................24
Esperimento: Estraiamo il DNA .........................................................................................25
Esercizi di verifica ..................................................................................................................30
ALTRI ESPERIMENTI: ........................................................................................................33
PAROLE NUOVE: ................................................................................................................34
2
IL MICROSCOPIO
[Scheda di approfondimento]
I nostri occhi senza l’aiuto di lenti non riescono a vedere oggetti molto piccoli (più piccoli
di 0,2- 0,1 mm). Nel 1'600 è stato inventato il microscopio: uno strumento per permettere
all’uomo di poter osservare oggetti piccolissimi; attraverso delle lenti il microscopio
ingrandisce gli oggetti e permette di distinguere elementi altrimenti non visibili a occhio
nudo. E’ stato proprio grazie a questo strumento che gli studiosi hanno scoperto che tutti gli
esseri viventi hanno un elemento di base in comune: la cellula.
Nel microscopio l’oggetto da osservare viene illuminato dal basso, viene visto in
trasparenza: la luce lo attraversa per arrivare al nostro occhio. Per questo motivo gli oggetti
da osservare al microscopio devono essere trasparenti e sottili; in caso l’oggetto non sia per
sua natura trasparente o non abbastanza sottile, deve essere tagliato in pezzetti sottilissimi.
Di solito nei laboratori scientifici scolastici viene usato il microscopio ottico.
Con questo strumento possiamo ingrandire un oggetto da osservare e distinguere particolari
vicini tra loro fino a 0,2 µ.
1 µ= 1/1000 di mm
L’uomo può vedere fino a 1/10 di mm.
Il microscopio ottico è costituito da 2 sistemi di lenti inserite all’estremità di un tubo:
-
Il primo ingrandisce l’oggetto
-
Il secondo ingrandisce l’ immagine ingrandita dal primo.
Questo strumento ha 3 parti:
1. SISTEMA OTTICO con
-
Un oculare cioè un sistema di lenti che si trova nella parte superiore a cui si avvicina
l’occhio per guardare.
-
Un obiettivo cioè un sistema di lenti in fondo al tubo porta lenti dalla parte dell’
oggetto da osservare ( 40x=40 volte ingrandita).
3
-
Tubo porta lenti
2. SISTEMA D’ ILLUMINAZIONE
composto anche solo da uno specchio, posto sotto l’oggetto da osservare, a sua volta
appoggiato su un vetrino.
3. STATIVO con
-una base
-un tavolino portaoggetti
- un supporto curvo
4
Come si usa il microscopio?
5
6
Esperimento: alla scoperta di microrganismi
Materiali:
-
Microscopio
-
Vetrini
-
Acqua
-
Vaschetta
-
Erba
-
Contagocce
Procedimento:
Raccogliere dell’erba e porla sul fondo della vaschetta.
Versare sopra l’acqua fino a riempire in parte la vaschetta.
Lasciare riposare per alcuni giorni, sino a
quando l’acqua si intorbiderà e si
trasformerà in infuso.
Metterne una goccia sul portaoggetti e coprire con il coprioggetti.
Osservare al Microscopio.
Osserva attentamente e disegna quello che vedi.
7
Rispondi alle domande:
1. Che forma hanno?
2. Che cosa osservi dentro al loro corpo?
3. Di che cosa si nutrono?
4. Sono animali o vegetali?
5. Sono formati da una cellula o da più cellule?
8
Curiosità di un microrganismo: il Paramecio
Il Paramecio ha il corpo rivestito da una membrana sulla quale sono impiantati
numerosissimi, sottili e brevi filamenti: le ciglia. Queste gli permettono di muoversi,
nuotando rapidamente e di rallentare in presenza di batteri, piccoli esseri di cui si nutre.
Sulla membrana cellulare esiste un’ apertura detta CITOSTOMA che è una specie di
bocca, anch’essa dotata di ciglia. Il movimento delle ciglia crea nell’ acqua delle correnti
che attirano i batteri e li risucchiato all’interno . I batteri vengono inglobati e digeriti da
organismi chiamato vacuoli nutritivi che si spostano all’ interno della cellula.
9
ATOMI E MOLECOLE
Tutta la materia, compresa quella che costituisce gli organismi viventi più complessi, è
costituita da combinazioni di elementi come l’ossigeno (aria), il carbonio (diamante,
grafite), il calcio ( uova, ossa, denti) e il ferro ( sangue).
La più piccola particella di un elemento si chiama atomo. Se gli atomi si uniscono tra loro
formano le molecole.
Una molecola d’acqua è costituito da 2 atomi di idrogeno e 1 atomo di ossigeno.
Negli esseri viventi si trovano molecole organiche.
L’aggregazione di molecole prende il nome di cellula dal latino cella, cameretta, piccolo
vano, stanzetta.
10
LA CELLULA
Avete presente le città medievali, quelle
costruite su territori più elevati, città fortificate,
circondate da mura alte e forti, ma soprattutto
autonome? Bene, la cellula, cioè l’argomento di
cui parleremo in questo capitolo assomiglia
molto a una città fortificata!.... Ora scopriremo
il perché!
-Città fortificata-
Il corpo umano è una macchina meravigliosa, un insieme di meccanismi differenti, ognuno
dei quali ha una funzione particolare. Ogni elemento che compone questa macchina
straordinaria è fondamentale per il suo corretto funzionamento.
Se analizziamo l’organismo umano scopriamo che esso è formato da apparati (c’è quello
digerente, escretore, respiratorio, circolatorio, di rivestimento (o epiteliale), locomotore,
riproduttore) o da sistemi (quello nervoso).
Ogni apparato o sistema è costituito a sua volta da più organi che collaborano tra loro.
Ogni organo svolge una funzione precisa ed è formato da gruppi di tessuti.
Ogni tessuto è costituito da un insieme di cellule che svolgono lo stesso compito.
Le cellule sono una piccolissima porzione di materia vivente che tutti gli esseri viventi
hanno in comune e sono il luogo dove è custodito il segreto della vita.
La forma e la funzione di ogni cellula dipendono da luogo in cui la cellula si trova
11
Curiosità: come mai si chiama CELLULA?
E' stato lo studioso Robert Hooke che usò per la prima volta
la parola cellula. Difatti, mentre osservava al microscopio
una sottilissima fetta di sughero, scoprì che questo
materiale era costituito da tantissimi oggetti piccolissimi a
forma di scatola, che ricordavano le piccole celle
dell'alveare. Hooke inventò la parola
CELLULA (→
piccola cella) per definire tali strutture.
Inizialmente si pensava che queste cellule al loro interno
fossero vuote, ma poi uno studioso francese ne scoprì il
contenuto, comprendendo, inoltre, che le cellule erano degli
esseri viventi autonomi.
12
Che cosa è la cellula?
Ma che cosa è precisamente la cellula?
La cellula, come abbiamo già affermato prima, è il luogo dove è racchiuso il segreto della
vita.
La cellula è l’unità di base della materia vivente.
Le cellule, inoltre, possiedono tutte le proprietà degli esseri viventi: nascono, si nutrono,
crescono, si riproducono e muoiono. Ogni cellula è indipendente dalle altre, ma devono
funzionare tutte insieme per garantire la sopravvivenza dell’organismo che costituiscono.
Le cellule hanno forme e dimensioni diverse, a seconda della loro funzione.
Sapete, nel nostro corpo ci son più di 75 milioni di cellule!
Ma quanto sono grandi? Le dimensioni delle cellule si misurano in micron (si indica con
µ) (o micrometro µm); il micron è misura di lunghezza pari a 1/1000 di millimetro (è come
se tagliassimo un capello in 1000 parti). La maggior parte delle cellule ha una lunghezza che
varia dai 10 ai 100 micron. Di solito esse non sono visibili a occhio nudo, dato che il nostro
occhio non riesce a distinguere gli oggetti più piccoli di 1/10 di millimetro (cioè di 100
micron). Per osservarle, quindi, dobbiamo usare strumenti specifici, come il microscopio.
Ci sono comunque cellule più grandi, che possiamo, quindi, vedere con i nostri occhi, come
la cellula uovo degli uccelli che può raggiungere il diametro di 8 cm (ad es. l’uovo di
struzzo).
La cellula uovo dell’uomo misura 100 µ.
Nella stessa specie o classe di animali di mole diversa non cambiano le dimensioni delle
cellule ma il loro numero.
13
Le ricerche degli studiosi hanno portato alla creazione della teoria cellulare che afferma che:
1) tutti gli esseri viventi sono formati da una sola cellula ( unicellulari) o da più
cellule ( pluricellulari)
2) le reazioni chimiche di un organismo avvengono all’interno delle cellule
3) la cellula si origina dalle cellule
4) le cellule contengono le informazioni ereditarie degli organismi di cui fanno parte
La struttura della cellula
Se pensiamo alla cellula
come una casa singola (o
unicellulare)
i funghi sono file di case
le alghe un isolato,
(completa)
le piante i grattacieli
e
gli
animali
dei
complessi residenziali con
più servizi.
14
Ogni cellula ha al suo interno un’organizzazione complessa, ha delle “mura” esterne e degli
organuli al suo interno, i quali permettono alla cellula di svolgere le funzioni necessarie alla
sua sopravvivenza e riproduzione.
Osserviamo la struttura della cellula:
- la membrana cellulare è una pellicola (disegna)
molto sottile che riveste e separa la cellula
dall’ambiente esterno, regola, inoltre, lo
scambio di sostanze tra la cellula e
l’ambiente esterno, selezionandole in base
alla necessità
- il nucleo rappresenta la parte più
importante della cellula, difatti, può essere
definita come la “stazione di comando”:
contiene tutte le informazioni per il
controllo delle funzioni vitali della cellula
stessa. Ha una forma tondeggiante e si
trova di solito al centro della cellula,
immerso nel citoplasma. E’ protetto da
una membrana, detta membrana nucleare.
Al suo interno c’è il materiale genetico,
quello addetto cioè alla conservazione e
trasmissione dell’informazione biologica,
questo materiale ha la forma di vari fili
“attorcigliati” e si chiama DNA, e forma i
cromosomi.
15
- il citoplasma (dal greco kytos = cellula
e –plàsma = materia) è il corpo della
cellula, si trova tra la membrana
cellulare e il nucleo. E’ formato da una
sostanza
gelatinosa,
detta
citosol
(formata da acqua, sali minerali e
sostanze organiche) e dagli organuli
(cioè piccole strutture che svolgono
varie funzioni) immersi in questa
“gelatina”.
E’
l’ambiente
dove
avvengono le reazioni chimiche che
permettono la vita della cellula.
Tra i principali organuli troviamo:
i mitocondri hanno la forma di un
fagiolo (con tante creste al suo interno) e
rivestono il ruolo di “centrali elettriche”
perché producono l’energia necessaria
alla vita della cellula. Al loro interno,
difatti, avviene la respirazione cellulare:
processo in cui gli zuccheri, reagendo con
l’ossigeno, vengono demoliti in acqua ed
anidride carbonica liberando l’energia
necessari alla cellula per compiere le sue
funzioni.
16
i ribosomi hanno la forma sferica, è
dove
avviene
proteine
(
il
“montaggio”
vedi
delle
riquadro
di
approfondimento)
i
lisosomi
hanno
la
forma
tondeggiante, è il centro di demolizione e
riciclaggio, il luogo cioè dove vengono
distrutte le sostanze nocive e di rifiuto
i vacuoli sembrano delle bolle e hanno
la funzione di serbatoi: contengono acqua,
sostanze nutritive e sostanze di rifiuto che
devono essere eliminate
l’apparato di Golgi è formato da pile di
sacchi appiattiti a “fisarmonica”, può
essere definito come la stazione di
raccolta, imballaggio e distribuzione dei
materiali che vanno esportati dalla cellula
LE PROTEINE
Le proteine ( dal greco protos= primo elemento ) sono gli elementi essenziali per
la crescita e la riparazione , il buon funzionamento e la struttura di tutte le cellule
viventi .
Sono presenti in diversi tipi di cibi come carne, pesce, latte, e legumi.
Ogni cellula e tessuto del corpo contiene proteine ( muscoli, ossa, unghie,
capelli…).
Ammontano al 20% del peso corporeo.
“ La vita dell’ omo si fa delle cose mangiate” [Leonardo da Vinci]
17
Simili ma anche diverse…
Se osserviamo attentamente una cellula animale e una vegetale, si potrà notare che hanno
molti elementi in comune, ma che per alcuni differiscono.
Le differenze principali sono le seguenti:
- la dimensione la cellula vegetale è più grande di quella animale, può arrivare ad
essere 5 volte maggiore rispetto a lei
- la parete cellulare la cellula vegetale è rivestita da questa parete spessa e rigida, le
dà forma e sostegno (è composta principalmente da cellulosa)
- i cloroplasti nella cellula vegetale troviamo i cloroplasti, organuli dalla forma
ovoidale che contengono la clorofilla, il pigmento (sostanza colorata che conferisce il
colore al corpo in cui si trova) verde che permette di captare l’energia solare per fare
la fotosintesi clorofilliana (fabbricano gli zuccheri). Proprio per questo motivo,
generalmente, i cloroplasti sono concentrati vicino alla superficie della cellula
- un vacuolo più grandenella cellula vegetale si trova un solo vacuolo o più vacuoli
ma con dimensioni maggiori. Hanno un ruolo importante nel mantenere la parete
cellulare rigida ed eretto il corpo della pianta.
18
In sintesi…
19
Riassumendo…
Chi
Che cosa fa
Com’è
Si trova nella cellula
ANIMALE
PARETE
CELLULARE
Dà f
orma e sostegno
E’ spessa e
Riveste e la cellula e rio
È una pellicola
CELLULARE
con l’ambiente esterno
molto sottile
È’ la stazione di comando.
Forma
Contiene i cromosomi
tondeggiante
NUCLEO
X
rigida
MEMBRANA
VEGETALE
X
X
X
X
E’ formato da
CITOPLASMA
sostanza
X
gelatinosa e
È la centrale elettrica della
MITOCONDRI
cellula, è dove avviene la
respirazione cellulare
Forma di un
fagiolo
X
X
X
X
X
X
X
X
“monta” le pr
RIBOSOMI
Forma sferica
oteine
LISOSOMI
Centro di demolizione e
Forma
riciclaggio
tondeggiante
VACUOLI
APPARATO DI
GOLGI
Stazione di raccolta,
imballaggio e
distribuzione
Pile di sacchi
appiattiti
Contengono la clorofilla.
CLOROPLASTI
Forma ovoidale
X
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E’ tutto collegato!
Tutte le funzioni della cellula sono collegate tra loro.
Osservando lo schema seguente potrete notare che le varie attività svolte dai diversi
elementi che compongono la cellula sono tutte connesse tra loro, collegate da una rete di
relazioni.
21
Inserisci nei riquadri giusti:
Gli zuccheri sono assorbiti dai mitocondri e
trasformati in ENERGIA
H20 e CO2 entrano nella cellula attraverso la
Gli zuccheri sono assorbiti dai mitocondri e
trasformati in ENERGIA
l’energia solare
membrana cellulare
L’energia, con le sostanze nutritive, viene
L’energia, con le sostanze nutritive, viene
usata dai ribosomi per produrre PROTEINE
usata dai ribosomi per produrre PROTEINE
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Il DNA e le sue informazioni
Come fa il nucleo ad essere la “stazione di comando” della cellula? Al suo interno ci sono
dei filamenti, i cromosomi, formati da una sostanza chimica: il DNA, sigla di un termine
inglese che significa acido desossiribonucleico, una specie di nastro-memoria
delle
informazioni ereditarie che, attraverso un codice cifrato, contiene tutte le informazioni
dell’organismo. Ogni informazione (es. il colore dei capelli) è contenuta in un gene, che
corrisponde ad un pezzetto di DNA.
In un cromosoma ci sono più geni. In ognuna delle nostre cellule si trovano 46 cromosomi,
ereditati dai genitori: 23 dalla mamma e 23 dal papà.
Le caratteristiche per cui da una cellula della pelle si formeranno sempre cellule della pelle
o da quelle di una radice di una pianta solo cellule della radice, sono contenute nel DNA.
E’ infinito il numero dei modi in cui i geni si possono combinare tra loro, e da questo
consegue che i cromosomi sono differenti per ogni individuo. Per questo motivo ogni
individuo ha un proprio DNA.
I gatti generano sempre gattini, anche se diversi, neri, bianchi, striato o macchiati; così dal
seme che genera una pianta di mais si formeranno solo piante di mais, anche se un po’
diverse dalla pianta madre.
Nel 1950 due studiosi americani hanno
studiano il DNA, hanno scoperto che la sua
struttura assomigliava ad un’elica ed hanno
provato a costruirne un modello.
Nel modello il DNA assomiglia ad una scala
a pioli, dove i due montanti non sono dritti,
ma a forma di “ricciolo”.
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Costruiamo un modello di DNA
Materiali:
- spago
- filo
- pongo colorato
- forbici
- righello
Procedimento:
- tagliare 15 pezzetti di spago lunghi 4 cm
- tagliare due fili di rafia lunghi 30 cm
- annodare le estremità di ogni spago ai due fili di rafia, costruendo così una scala a
pioli
- posizionare il pongo colorato, rivestendo ogni singolo piolo, costituendo le coppie:
verde (A) + giallo (T)
rossa (G) + blu (C)
- modellare la scala, ruotando i due fili di rafia, per ottenere la forma a doppia elica
NB. Le coppie possibili sono solo 2, ma cambia la loro disposizione lungo “la scala”.
24
Esperimento: Estraiamo il DNA
Materiale:
- 1 contenitore graduato da 100 cl
- 3 gr. di sale
- 10 cl di detersivo per piatti
- 1 siringa
- 1 bicchiere
- 4 cucchiaini
- 1 cucchiaio
- 1 provetta da 10 ml
- 1 bottiglietta di plastica
- Acqua demineralizzata (quella che si usa per stirare)
- Alcol etilico
2. Mettere un po’ d’alcol nella bottiglietta e tenetelo
in freezer per qualche ora
1. Preparare la soluzione che romperà le cellule per scovare il DNA,
contenuto nel nucleo.
In un becker da 100 cl versate 80 cl di acqua demineralizzata e il sale.
Mescolate fino alla scomparsa del sale.
25
3.
Aggiungere il detersivo liquido per i piatti alla soluzione con la siringa
4. Aggiungere altra acqua fino ad arrivare a 100 cl
6. Con un cucchiaino mescolare LENTAMENTE la soluzione,
SENZA PRODURRE BOLLE, fino a che non diventa omogenea.
Ora la soluzione “spacca- cellule” è pronta!
5. Mettere un cucchiaio d’acqua in bocca ed agitare con forza per 30
secondi. Non ve ne accorgerete, ma alcune cellule si staccheranno dalla
bocca. “Sputare” l’acqua in un bicchiere pulito.
26
7. Mettere un cucchiaino piccolo di “saliva” e mezzo cucchiaino
della soluzione “spacca- cellule” nella provetta
8. Tappare il contenitore e capovolgerlo, o farlo
oscillare con ESTREMA DELICATEZZA per 3 0 4
volte. Non si deve creare schiuma.
Ora le cellule delle guance rilasciano il DNA
contenuto nel nucleo
9. Far scorrere LENTAMENTE un cucchiaino piccolo
di alcol etilico ghiacciato nella provetta
27
10. Osservare quindi dei filamenti del vostro DNA in formazione tra i 2 strati
di liquido. Dopo un po’ di tempo comparirà un batuffolo bianco nello
strato di alcol etilico (in alto). Si tratta di un sale di DNA!!!
AVETE OSSERVATO....
Le cellule contengono il DNA all’interno di un corpuscolo chiamato
nucleo. La soluzione con sale e detersivo rompe la protezione della
cellula e del nucleo. Inoltre, il DNA non si scioglie nell’alcol, quindi
si forma un sale di DNA che comincia a precipitare: è quello il
batuffolo bianco.
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INTANTO, NEI LABORATORI DI RICERCA…
I geni sono sezioni di DNA. La modifica, replicazione (cioè la
clonazione) sostituzione o introduzione di geni in un altro organismo
sono tutte operazioni dell’ingegneria genetica. Gli obiettivi sono tanti:
dallo sviluppo di nuovi antibiotici e vaccini, alla produzione, ad
esempio, di organismi cosiddetti transgenici, cioè piante o animali che
possono essere molto utili in agricoltura.
29
Esercizi di verifica
Collega ogni termine alla sua definizione:
Chi
PARETE CELLULARE
Che cosa fa?
E’ dove avvengono le reazioni
chimiche
MEMBRANA
È’ la stazione di comando. Contiene i
CELLULARE
cromosomi
NUCLEO
CITOPLASMA
MITOCONDRI
Chi
RIBOSOMI
Riveste e la cellula e regola lo scambio
con l’ambiente esterno
Dà forma e sostegno
È la centrale elettrica della cellula, è
dove avviene la respirazione cellulare
Che cosa fa?
Serbatoi di acqua, sostanze nutritive e
di rifiuto
LISOSOMI
Centro di demolizione e riciclaggio
VACUOLI
Contengono la clorofilla
APPARATO DI GOLGI
“monta” le proteine
CLOROPLASTI
Stazione di raccolta, imballaggio e
distribuzione
30
Orizzontale:
2 Può essere cellulare o nucleare
4 E' la cellula che ha anche la parete cellulare
5 Strumento usato per ingrandire oggetti non sempre visibili a occhio nudo
8 E' la stazione di comando della cellula
9 “Monta” le proteine
31
Verticale:
1 E' una specie di nastro-memoria delle informazioni ereditarie
3 Sono la centrale elettrica della cellula
6 Contengono la clorofilla
7 E' la cellula che non ha la parete cellulare
11 E' l'unità di base della materia vivente
13 Simili a bolle
10 Si indica con µ
12 Sono i centri di demolizione e riciclaggio della cellula
14 Nome da cui deriva "Cellula"
15 E’ formato da sostanza gelatinosa ed organuli
Completa:
La cellula è circondata dalla ……………………………………….. . Dentro troviamo il
nucleo e il citoplasma, composto sa una sostanza ………………. detta citosol e da vari
……………………
I mitocondri sono la ………………………………………… della cellula.
Nei ribosomi avviene il montaggio delle ………………………………
I lisosomi sono il centro di …………………….. e ………………………………
I
…………………………..
contengono
clorofilla
e
sono
presenti
solo
nella
cellula……………..
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ALTRI ESPERIMENTI:
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PAROLE NUOVE:
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