Istituto Comprensivo Massarosa 2
Percorsi per capire
Laboratori del Sapere Scientifico
Origine delle cellule e concetti generali
Paolo Ercolini
biologo
Piano di Conca, 11 novembre 2013
Fonti internet rilevate dal docente
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Si ritiene che tutti gli organismi, così come tutte le cellule che li
compongono, discendano per evoluzione da un antico
antenato comune.
L’evoluzione comporta due processi essenziali:
1. La variazione casuale dell’informazione genetica trasmessa
da un individuo ai propri discendenti;
2. La selezione a vantaggio di quell’informazione genetica che
aiuta chi la possiede a sopravvivere e a propagarsi.
L’evoluzione è il principio centrale della biologia, quello
che ci consente di dare un senso alla stupefacente
varietà del mondo vivente.
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Tutte le creature viventi sono fatte di cellule, piccoli
compartimenti avvolti da una membrana e colmi di
soluzioni acquose, concentrate di sostanze chimiche.
Le forme di vita più semplici sono
cellule solitarie che si
propagano dividendosi in due.
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Ciascun organismo vivente, anche il più complesso,
deriva da una sola cellula iniziale: l’uovo.
Da una prima cellula anche nell’essere umano, nel corso
dello sviluppo, si formeranno miliardi di cellule.
Divisione dopo divisione, esse si moltiplicheranno
andando sempre più a specializzarsi nei singoli organi
che compongono un individuo
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Ogni singola cellula del nostro organismo, sia essa del
fegato del sistema nervoso o della pelle, si comporta
come un individuo. Infatti essa si nutre e produce
rifiuti, che poi va ad eliminare.
Tutto ciò prende il nome di metabolismo cellulare.
Le cellule nutrite dal sangue con la sua circolazione in
tutto il corpo, assorbono zuccheri, proteine e grassi.
Ogni secondo il nostro corpo si modifica e sempre più
cambia.
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Ci accorgiamo dei cambiamenti del nostro corpo,
osservando le foto scattate a distanza di anni. In
questo caso possiamo comprendere a fondo il
significato dell’invecchiamento cellulare.
Cambiamento che si ha anche a livello del nostro
cervello. Esso attraverso una ininterrotta
eliminazione e ricrescita delle cellule che lo
costituiscono, cambia e si modifica negli anni.
Tutti i suoi elementi di base vengono gradualmente
eliminati e sostituiti con altri.
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Tutto cambia nel cervello, tranne le memorie che malgrado la
stessa continua sostituzione di ogni singola molecola,
restano “allocate” in centri ben definiti del nostro cervello.
Ma cosa avviene quando gli anni cominciano ad
accumularsi nel corpo umano?
Sintomi:
imbiancarsi dei capelli;
perdita di elasticità;
incurvarsi della schiena;
riduzione delle masse muscolari;
lento metabolismo e accumulo di grassi.
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Si ha anche la perdita di olfatto,
soprattutto i sapori poiché i
calici gustativi delle papille poste
sulla lingua si dimezzano.
Il cervello perde lentamente, ma
inesorabilmente molti neuroni,
interconnessioni neuronali ed altre
cellule. Ma recenti studi affermano
che i neuroni si rigenerano sempre.
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La perdita di elasticità fa ridurre anche l’udito perché le
piccole ossa che lo compongono si decalcificano.
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Lo scheletro diventa più fragile perché il tessuto osseo
viene riassorbito (soprattutto i Sali di calcio che lo
rendono resistente) più di quanto sia ricostruito e ciò
provoca una debolezza strutturale. Si riduce, anche se
di poco, la capacità polmonare.
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Osservando un animale o una
pianta diremmo che esistono
sostanziali differenze.
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Ad una attenta e microscopica osservazione troviamo
elementi comuni:
acqua;
sostanze inorganiche ed organiche identiche;
acidi desossiribonucleici (DNA);
acidi ribonucleici (RNA);
organismi unicellulari ;
organismi pluricellulari.
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La cellula può essere paragonata ad una macchina
ad energia chimica, che per costruire e mantenere
la propria organizzazione, ricorre all’energia e alle
sostanze inorganiche ed organiche che sottrae
dall’ambiente circostante.
Le piante verdi lo fanno usando l’energia luminosa
del sole, trasformandola in energia chimica. In
questo processo chiamato fotosintesi , vengono
sintetizzati zuccheri ed altri composti organici
partendo da sostanze semplici come l’anidride
carbonica (CO2) e l’acqua.
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Rappresentazione schematica della fotosintesi
Idrogeno
Amido
Acqua e
Ossigeno
Glucosio
Anidride Carbonica
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Sono detti AUTOTROFI gli organismi che
utilizzano energia luminosa per sintetizzare il
nutrimento necessario sia per la loro vita sia per
quella di tutti gli organismi ETEROTROFI.
La luce direttamente o
indirettamente è la fonte prima
di energia per quasi tutti gli
organismi viventi…
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PRINCIPALI SUDDIVISIONI DEGLI ORGANISMI VIVENTI
Procarioti
Batteri
Cianoficee
Eucarioti
unicellulari
Protozoi e
funghi
Varie alghe
Eucarioti
pluricellulari
Animali
Piante
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Gli organismi procariotici sono unicellulari o, se
pluricellulari, semplici aggregati di cellule uguali e
indipendenti.
La cellula procariotica ha dimensioni dell’ordine di
qualche micrometro (µm = 10-6).
La cellula del batterio Escherichia coli procariotica ha
dimensioni di circa 1 X 2 µm, mentre un’alga
procariotica, la Cianoficea Anacystis nidulans,
presenta un diametro di circa 4 µm.
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La parte più esterna di una cellula è costituita dalla
parete cellulare, una struttura rigida che conferisce
a ciascun organismo la sua forma caratteristica e
che serve a controbilanciare la pressione osmotica
del citoplasma che spinge verso l’esterno la
membrana cellulare.
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Il citoplasma, massa semifluida, occupa circa la
metà del volume totale della cellula e vi si trovano
tutte le sostanze chimiche vitali tra cui sali, ioni,
zuccheri, una grande quantità di enzimi e proteine
e la maggior parte dell’RNA. Il liquido (sostanza)
costituisce circa il 75-85% delle sostanze
contenute nel citoplasma, ed è formato inoltre da
sali minerali, sostanze organiche e inorganiche. La
matrice citoplasmatica può essere definita
plasmagel o plasmasol a seconda dello stato di
aggregazione delle proteine disperse.
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Il citoplasma
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Gli elementi principali di una cellula
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La membrana citoplasmatica funziona da filtro
selettivo per le varie molecole che entrano nella
cellula e fuoriescono da questa.
Il trasporto di tali molecole avviene, in genere, su
siti specifici e con dispendio di energia (trasporto
attivo).
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I processi spontanei di diffusione e di osmosi
riguardano poche sostanze e non sono sufficienti a
garantire alla cellula tutti gli scambi con l’ambiente
esterno di cui ha bisogno. Per ovviare alla necessità di
trasferire attraverso la membrana i nutrienti essenziali
o i rifiuti metabolici, le cellule hanno sviluppato dei
sofisticati sistemi di trasporto attivo che fanno uso di
specifici canali proteici ciascuno dei quali permette il
passaggio di una o poche più particelle.
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Le sinapsi chimiche avvengono a livello di
terminazione delle cellule nervose.
Quando i potenziali di azione si attivano, le sinapsi sono
stimolate a liberare un neurotrasmettitore.
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Effetto delle droghe a
lungo tempo
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La maggior parte delle reazioni metaboliche di una
cellula avvengono nel citoplasma. Proprio in questa
zona si rinviene il nucleo, all’interno del quale è
contenuto il DNA.
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La sintesi delle proteine
Il DNA si duplica, ma se l’informazione contenuta
in un gene da origine al colore dei capelli, ad
esempio, in che modo essa determina la scelta del
colore indicato?
Da particolari proteine che sono presenti negli
organismi. In altre parole se un individuo ha i
capelli di colore nero, significa che esso possiede
una ben specifica proteina che determina quel
colore.
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Ma come e dove si formano dunque le proteine?
Nella cellula e per questo processo sono coinvolti:
• apparato del Golgi;
• RNA messaggero, di trasporto e ribosomiale;
• ribosomi.
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Apparato del Golgi
In tutte le cellule sia vegetali che animali, sono
individuabili una o più aree, in genere dislocate
vicino al nucleo, dove un reticolo detto
endoplasmico, dà origine ad un sistema
complesso di cisterne e canali a superficie liscia. Si
tratta dell’Apparato del Golgi la cui funzione è
quella di raccogliere e di portare all’esterno della
membrana cellulare proteine, enzimi, ormoni,
polisaccaridi, che la cellula secerne.
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Il ribosoma rappresenta la macchina esecutrice della sintesi
proteica. Possiede due subunità, la maggiore (60 S) e la
minore (40 S), la maggiore contiene gli rRNA 28 S, 5.8 S e 5
S, mentre la minore contiene l’rRNA 18 S.. La subunità
minore funge da sostegno e da sito di ingresso dell’mRNA
da tradurre, mentre la subunità maggiore è la principale
macchina catalizzatrice del complesso.
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Questi organuli sono
da considerarsi come le
“centrali” di energia
delle cellule. Essi
entrano in azione
quando la cellula ha
bisogno di energia e
sono tanto più
numerosi quando si
trovano in una cellula
che “lavora” molto. In
una cellula muscolare
ad esempio, ve ne sono
oltre 50 mila.
I mitocondri
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