la_cellula

MODULO “ LE BASI DELLA VITA”
OBIETTIVO GENERALE/FINALITA’: individuare i processi fondamentali che caratterizzano
l’unità e la varietà di tutti i viventi.
CONCETTI ORGANIZZATORI: struttura, funzione, sistema, modello, livello di organizzazione,
unitarietà, diversità.
PREREQUISITI:
Stati di aggregazione della materia
la struttura della materia vivente (lipidi, proteine, acidi nucleici, carboidrati)
soluzioni, legami chimici, le reazioni chimiche
concetto di sistema, di litosfera, idrosfera ed atmosfera
concetto di energia, di temperatura e di calore
principali raggruppamenti sistematici
concetto di evoluzione.
COMPETENZE: al termine di questo modulo l’allievo dovrà essere in grado di
⇒ Elencare e descrivere le molecole biologiche.
⇒ Argomentare architettura e funzioni della cellula.
⇒ Individuare e discutere i processi metabolici cellulari.
⇒ Esprimere i concetti biologici utilizzando un linguaggio appropriato
⇒ Descrivere i meccanismi alla base della riproduzione e della trasmissione dei caratteri
ereditari.
⇒ Descrivere e usare il microscopio ottico
⇒ Motivare i fenomeni biologici collegando in senso reticolare più argomenti.
DESCRITTORI: Al termine del modulo l’allievo dovrà essere in grado di:
A. Descrivere le proprietà biologiche dell’acqua
B. Illustrare i composti del carbonio spiegandone la struttura e le funzioni biologiche
C. Discutere l’organizzazione della cellula procariote ed eucariote
D. Descrivere le componenti principali della cellula eucariota.
E. Analizzare le differenze tra i vari tipi di cellule (procariote/eucariote;
animale/vegetale)
F. Distinguere e descrivere i meccanismi di trasporto cellulare
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G. Evidenziare i rapporti della cellula con l’ambiente esterno dal punto di vista energetico
H. Individuare e descrivere le diverse fasi della glicolisi.
L. Elencare e descrivere le diverse fasi della fotosintesi e della respirazione, evidenzando
differenze e analogie
M. Richiamare la struttura e il significato funzionale del DNA come vettore
informazionale
N. Descrivere le fasi della sintesi proteica
O. Illustrare le fasi della mitosi e della meiosi, indicando analogie e differenze
P. Esprimere le differenze tra riproduzione agamica e gamica
Q. Motivare l’importanza del rimescolamento genetico.
R. Descrivere le leggi che governano l’ereditarietà
S. Illustrare l’espressione genica e il differenziamento cellulare
T. Indicare e discutere le diverse tipologie di mutazioni a caico del DNA e le
conseguenze
U. Argomentare le applicazioni biotecnologiche.
Articolazione CONTENUTI del modulo
⇒ “La materia vivente: le biomolecole”: i carboidrati; i lipidi; le proteine; le vitamine; gli
acidi nucleici.
⇒ “La biologia e i suoi strumenti”
⇒ “Struttura della cellula”:
I. La teoria cellulare;
II. L’organizzazione della cellula procariote e caratteristiche salienti;
III. Cellula eucariote: forma, dimensioni, numero; componenti.
IV. Le funzioni della membrana cellulare e i meccanismi di trasporto
V. Gli organuli cellulari: struttura e funzioni
VI. Cellula vegetale e animale a confronto
VII. Le funzioni della cellula: … della vita autonoma e di relazione.
⇒ “I tessuti animali e vegetali“.
⇒ “ Il metabolismo” cellulare: glicolisi, ATP; respirazione, fotosintesi.
⇒ DNA, RNA, proteine e riproduzione cellulare/organismi:
DNA: struttura e replicazione semiconservativa
RNA e sintesi proteica: trascrizione e traduzione
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L’informazione genetica
Espressione genica e differenziamento
I cromosomi, cromosomi sessuali, omologhi, crossing over
La mitosi e la meiosi: significato, differenze e variabilità genetica
La riproduzione agamica e gamica
U.D. “LA CELLULA”
OBIETTIVI FORMATIVI
⇒ Prendere coscienza che la vita possiede una struttura discontinua (tante cellule) e
relazionale (tessuti, organi, apparati …… biomi).
⇒ Spiegare che molte funzioni degli organismi sono riconducibili alle funzioni cellulari,
poiché la cellula è l’unità funzionale.
OBIETTIVI METODOLOGICI
⇒ Avere ben chiaro l’uso del microscopio
⇒ Riconoscere il significato del laboratorio di biologia.
OBIETTIVI GNOSEOLOGICI
⇒ Contestualizzare storicamente la scoperta della teoria cellulare
⇒ Differenziare i seguenti termini: procariota, eucariota, autotrofo, eterotrofo,
unicellulare, coloniale, pluricellulare.
⇒ Indicare e descrivere i vari tipi di microscopio.
⇒ Elencare gli organuli cellulari e illustrarne struttura e funzioni.
⇒ Confrontare cellula procariota e eucariota, cellula vegetale e animale
⇒ Individuare e discutere le funzioni della vita autonoma e di relazione.
⇒ Distinguere e analizzare tessuti vegetali e animali.
⇒ Elaborare le nuove informazioni in modo autonomo e strutturato.
OBIETTIVI OPERATIVI
⇒ Distinguere e riconoscere in immagini microscopiche le diverse strutture cellulari e i
tessuti più importanti.
⇒ Usare il microscopio ottico; preparare semplici vetrini da microscopia.
⇒ Riconoscere la vetreria e gli strumenti più importanti presenti in un laboratorio
scolastico di biologia.
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La Cellula
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Il microcosmo cellulare costituisce l’unità strutturale e fondamentale di un organismo in grado di
funzionare in modo autonomo.
Tutti i viventi sono costituiti da una o più cellule, per cui possono essere suddivisi in:
Organismi unicellulari;
Organismi pluricellulari.
Al primo gruppo appartengono:
1. Archeobatteri, eubatteri, alghe azzurre, protozoi, alghe e funghi unicellulari;
2. Il secondo comprende le piante, gli animali e i funghi.
Negli organismi pluricellulari le cellule si coordinano e formano livelli di organizzazione
superiori: i tessuti, caratterizzati da cellule specializzate a svolgere determinate funzioni; gli
organi, composti da più tessuti, che effettuano anch'essi specifiche funzioni; gli apparati o
sistemi, nei quali diversi organi interagiscono per il compimento di funzioni superiori; infine,
l'organismo. Ogni elemento di un livello è dotato di capacità che l'elemento al livello inferiore
non possiede. Così una singola cellula nervosa è capace di trasmettere impulsi nervosi a un'altra
cellula, ma non è in grado di elaborare pensieri. Strutture come i virus e i prioni non vengono
considerati viventi perché mancano di un’organizzazione cellulare.
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La cellula viene definita come “ l’unità morfologica” dei viventi perché ogni vivente è
costituito almeno da una cellula. Con l’espressione “ unità funzionale” intendiamo dire che,
in buona parte, le funzioni dell’organismo si riconducono alle funzioni svolte dalle singole
cellule: sono esse che respirano, si nutrono, reagiscono agli stimoli, interagiscono facendo
crescere, muovere e riprodurre l’organismo. In una parola, la cellula è “l’unità di vita“, il più
piccolo territorio di vita.
Verso la Teoria cellulare
Le cellule furono osservate per la prima volta nel 1665 dall’inglese Robert Hooke, che
studiò con un microscopio rudimentale sottili fettine di sughero e vide che esse erano formate
da elementi di forma regolare. Egli chiamò cellule questi elementi (dal latino cellula, "piccola
stanza, celletta, simile a quelle di un alveare"), perché esse avevano l'aspetto di piccole
scatole. Ciò che egli vide erano in realtà pareti di cellule vegetali morte.
Nel 1673 Antoni van Leeuwenhoek effettuò invece osservazioni su globuli rossi, su piccoli
organismi presi da acque stagnanti e su spermatozoi (che considerava piccoli animali,
"animalunculi").
Nel 1824 il medico e botanico francese Dutrochet affermò che tutti i tessuti viventi erano
formati da cellule, senza considerarle come unità organiche elementari.
Nel 1830 Theodor Schwann compì studi al microscopio sulla cartilagine di animali e vide
che questa era formata da cellule simili a quelle delle piante, e ipotizzò che le cellule sono gli
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elementi costitutivi fondamentali di piante e animali; analoghe conclusioni trasse verso la
metà dell'Ottocento Matthias Schleiden.
Nel 1831 il botanico scozzese R. Brown scoprì all’interno di cellule di orchidee una
passerella più scura che chiamò nucleo.
Nel 1859/60 Rudolf Virchow affermò che le cellule devono essere le "unità vitali" di tutti gli
organismi e che ogni cellula deriva da un'altra cellula.
L'insieme degli studi al microscopio e le osservazioni di numerosi ricercatori permisero di
arrivare alla moderna definizione della cosiddetta teoria cellulare, secondo la quale:
1) tutti i viventi sono formati da una o più cellule;
2) le cellule costituiscono le unità fondamentali di ciascun organismo;
3) tutte le cellule derivano da altre cellule.
Aspetti generali delle cellule: forma, dimensioni e numero
Le dimensioni cellulari variano, ma si mantengono spesso nell’ordine dei micron. Una
cellula è piccola se misura meno di un micron o qualche micron, come le cellule batteriche
che sono le più piccole, avendo una lunghezza dell'ordine di 1 µm (un milionesimo di metro,
10–6 m). Una cellula è grossa se misura qualche decina di micron: le cellule umane si attestano
in media sui 10 micron. Le cellule uovo nella donna arrivano a 70 micron. Comunque, la
cellula eucariota ha un diametro di 10-100 micron. Le cellule vegetali sono più grandi delle
cellule animali. Le dimensioni delle cellule sono indipendenti dalle dimensioni
dell’organismo, le quali dipendono dal numero delle cellule. Questa scelta di cellule piccole
anziché grandi, è legata all’efficienza degli scambi cellula-ambiente esterno, che a sua volta
dipende dal rapporto superficie membrana/volume citoplasma (in altre parole dalla superficie
relativa). L’efficienza di scambi aumenta nel caso di cellule piccole, diminuisce nel caso di
cellule grandi.
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FORMA - Le cellule dei tessuti animali hanno forma molto varia, secondo il tipo e della
funzione. Se osservate isolatamente tendono ad assumere una forma sferica in quanto libere di
accrescersi in tutte le direzioni, mentre nei tessuti possono avere forma a bastoncino, a spirale,
dai contorni irregolari, stellate, poliedriche, cubiche, cilindriche ecc. Le cellule nervose (o
fibre nervose), che hanno grossolanamente forma stellata, sono dotate di sottili prolungamenti
che possono raggiungere anche diversi metri di lunghezza (come avviene, ad esempio, nelle
fibre nervose che innervano il collo delle giraffe).
Le cellule vegetali hanno solitamente forma poliedrica, con una lunghezza compresa tra i 20 e
i 30 µm; la regolarità della loro forma è dovuta al fatto che esse possiedono, al contrario delle
cellule animali, pareti cellulari rigide.
Numero: Un uomo adulto di 70 kg è costituito da circa 100.000 miliardi di cellule.
Nonostante la diversità delle forme e delle funzioni, tutte le cellule eucariote condividono
alcune caratteristiche fondamentali:
⇒ Tutte le cellule sono delimitate da una membrana (detta membrana plasmatica o
plasmalemma) che delimita la cellula e racchiude il citoplasma.
⇒ Citoplasma: formato da una componente semifluida, il citosol, contenente acqua
(85%), sali minerali e molecole organiche, in cui si trovano immerse strutture dette
organuli o organelli citoplasmatici (nelle cellule eucariote, vedi avanti), ciascuno
preposto a una particolare funzione, da un’impalcatura di sottili filamenti e tubuli che
sostengono la cellula, detta citoscheletro.
⇒ Nucleo: centrale operativa, grazie alla presenza del DNA.
Le cellule sono la sede di reazioni chimiche che permettono loro di crescere, di produrre
energia e di eliminare le scorie. Nel loro insieme, tutte queste reazioni sono denominate
metabolismo (termine derivante da una parola greca che significa "cambiamento,
trasformazione"). Le reazioni nella cellula avvengono in presenza di speciali catalizzatori,
detti enzimi, costituiti da molecole proteiche. Le informazioni necessarie allo svolgimento di
tutte le attività metaboliche delle cellule e, in sostanza, le informazioni che rendono possibile
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la vita, sono contenute negli acidi nucleici (molecole informazionali), presenti all'interno
delle cellule stesse: l'acido desossiribonucleico (DNA) fa da stampo per la produzione di
acido ribonucleico (RNA) il quale, interagendo con strutture proteiche dette ribosomi,
determina la sintesi di molecole proteiche. In tal modo avviene la formazione degli enzimi i
quali, a loro volta, permettono lo svolgimento di tutte le attività cellulari.
Le cellule sono capaci di riprodursi: ciascuna di esse si divide in due cellule figlie mediante
un processo che prende il nome di mitosi. La capacità di dividersi delle cellule è differente in
base al tipo cui esse appartengono. Si possono riconoscere tre categorie:
1. cellule soggette al rinnovamento, che per tutta la vita dell'individuo sono
continuamente sostituite da cellule nuove (come avviene nella cute);
2. cellule in espansione, che smettono di dividersi quando l'individuo ha completato la
sua crescita, ma che possono occasionalmente riprendere a dividersi come
conseguenza di ferite o traumi (come avviene nel fegato, nella tiroide, nel tessuto
muscolare liscio);
3. cellule statiche, che perdono la capacità di dividersi prima ancora che l'accrescimento
dell'organismo sia completo (ad esempio, le cellule nervose).
I principali tipi di molecole organiche che compongono la cellula sono le proteine (formate
dall'unione di molte subunità o amminoacidi), i carboidrati (zuccheri semplici e
polisaccaridi, cioè lunghe catene di molecole di zuccheri), i grassi (tra i quali sono molto
importanti i fosfolipidi, costituenti fondamentali della membrana plasmatica) e gli acidi
nucleici (composti dall'unione di molti nucleotidi).
Le cause per cui ci volle più di un secolo per capire che tutti gli esseri viventi sono formati da
cellule sono essenzialmente due:
1. In primo luogo gli strumenti usati nel XVII secolo non permettevano osservazioni
particolarmente accurate;
2. In secondo luogo le cellule animali e vegetali osservate al microscopio apparivano così
varie e diversificate tra loro che non si sospettava che la struttura di base potesse essere la
stessa.
La formulazione della teoria cellulare fece acquisire la consapevolezza dell’uniformità degli
esseri viventi nonostante la loro diversità.
Inoltre, la scoperta di un’organizzazione comune a tutti i viventi permise di capire che doveva
esserci un collegamento tra gli organismi più semplici e quelli più complessi.
Procarioti ed Eucarioti
Ogni cellula possiede due caratteristiche fondamentali:
1. la presenza di una membrana cellulare, cioè una sorta di pellicola che la separa
dall’ambiente esterno;
2. la presenza, al suo interno, di un progetto chimico, che contiene tutte le informazioni utili
alla cellula per svolgere tutte le sue funzioni vitali, rappresentato da molecole di DNA, che ha
una struttura di base simile in tutti gli esseri viventi: ciò fa ritenere che gli esseri viventi
abbiano avuto un unico antenato.
Le cellule, in base alla loro organizzazione interna, possono essere distinte in due grandi
categorie: cellule procariote ed eucariote.
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Le cellule procariote (dal greco pro = primitivo, karion = nucleo) sono tipiche degli organismi
appartenenti al regno delle monere (archeobatteri, eubatteri e alghe azzurre), comparsi sulla Terra
per primi circa 3,2 miliardi di anni fa. Esse sono relativamente piccole (con un diametro
generalmente compreso fra 1 e 5 µm) e hanno una struttura interna alquanto semplice; il loro
DNA si presenta come un’unica molecola circolare e si trova concentrato in una regione del
citoplasma, senza essere delimitato da alcuna membrana nucleare. Esse sono prive di organuli, a
eccezione dei ribosomi, molto piccoli. Le funzioni cellulari sono effettuate da complessi
enzimatici analoghi a quelli delle cellule eucariote. Gli organismi formati da cellule procariote
sono detti procarioti.
Le cellule eucariote (dal greco eu = bene, cioè evoluto, karion = nucleo) costituiscono tutti gli
altri organismi viventi (i protozoi, le piante, i funghi e gli animali) sono molto più grandi
(solitamente il loro asse maggiore è compreso fra i 10 e i 50 µm); in esse il DNA è racchiuso da
una membrana, formando così un particolare organulo chiamato nucleo. Queste cellule
possiedono organuli immersi nel citoplasma, ognuno deputato a svolgere una particolare
funzione. Gli organismi formati da cellule eucariote sono detti eucarioti.
Il termine procariote deriva dal greco e significa "prima del nucleo"; il termine eucariote significa
"vero nucleo".
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LA CELLULA PROCARIOTA
La cellula procariota, oltre ad essere assai più piccola dell’eucariota (circa 1000 volte), è anche più
semplice dal punto di vista strutturale.
Schematicamente, infatti, la cellula procariota presenta:
Una parete cellulare
Una membrana cellulare
Un citoplasma ricco di proteine e ribosomi
La molecola circolare del DNA con sede nel nucleoide.
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La parete cellulare è un involucro protettivo formato da peptidoglicani o mureine (dal greco
murus = parete), cioè catene parallele di polisaccaridi tenuti insieme da brevi catene proteiche. Essa
costituisce una struttura rigida responsabile della forma della cellula, parzialmente porosa, cioè in
grado di far passare molecole di piccole dimensioni.
Al di sotto di esse si trova la membrana cellulare o plasmatica, caratterizzata da una struttura
omogenea sia nella cellula procariota che in quella eucariota, essendo simile ai binari di un treno.
Essa è costituita da proteine e lipidi (fosfolipidi e glicolipidi …), in base ad un modello detto a
“mosaico fluido”. Ruolo fondamentale della membrana è regolare gli scambi di materiali fra
ambiente esterno e interno.
Il citoplasma presenta una matrice a prevalenza di acqua con sostanze chimiche varie: sali
minerali, molecole organiche. La sua consistenza è gelatinosa. La percentuale dei sali minerali
sciolti nell’acqua del citoplasma è simile a quella del mare: ciò ha indotto a pensare che la vita si
sia originata nel mare.
Nel citoplasma sono immersi numerosi ribosomi, organuli di piccole dimensioni formati da due
piccole sub-unità, una più piccola e l’altra più grossa, costituiti per il 40% da proteine e per il 60%
da acidi nucleici, specialmente da RNA ribosomiale.La funzione dei ribosomi è di sintetizzare le
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proteine. Il DNA della cellula procariota forma un singolo filamento aggrovigliato a forma di
anello (il cromosoma circolare). Esso contiene tutte le informazioni necessarie alla cellula per le
sue funzioni vitali.Il DNA deve necessariamente aggrovigliarsi su se stesso per poter stare in uno
spazio molto stretto.
Caratteristiche salienti della cellula procariota:
1. Incredibile vitalità riproduttiva
2. Non prevede nel suo ciclo vitale la morte. Negli eucarioti le cose cambiano: la vita diviene un
fenomeno di durata variabile, limitato nel tempo, poiché il piano organizzativo si complica.
3. Quando le condizioni ambientali diventano difficili, la cellula procariota produce forme di
resistenza, dette spore, capaci di sopravvivere a temperature molto basse o molto alte e in
condizioni di siccità.
ORGANIZZAZIONE DI UNA CELLULA EUCARIOTA
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La cellula eucariota presenta un piano organizzativo distinto in tre componenti fondamentali:
1. La membrana cellulare;
2. Il nucleo;
3. Il citoplasma contenente vari organuli cellulari.
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Membrana plasmatica: struttura e funzioni
FUNZIONI - La membrana plasmatica è un sottile involucro (70-80 Å) non inerte, ma attivo. La sua
forma muta continuamente generando invaginazione o estroflessioni. Infatti, le proteine di membrana
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si muovono continuamente, capovolgendosi orizzontalmente e verticalmente nel doppio strato
fosfolipidico. Questo modo di vedere la membrana è chiamata “modello a mosaico fluido”.
Tanto attivismo è motivato dalla ragione che la membrana assicura alla cellula alcune funzioni
importanti:
⇒ Delimita e separa la cellula dall’ambiente esterno,
⇒ Conferisce la forma alla cellula stessa.
⇒ Controlla i materiali in entrata e in uscita, attraverso il trasporto passivo e attivo e regola
gli scambi con l’ambiente esterno, mantenendo quello interno compatibile con le funzioni
vitali (omeostasi).
⇒ Permette il trasporto di materiali e di segnali tra i diversi scomparti della cellula.
⇒ Consente agli organismi unicellulari di esplorare l’ambiente in cui vivono, mentre alle
cellule dei pluricellulari permette di comunicare tra loro.
La membrana presenta due proprietà: semipermeabilità e permeabilità selettiva.
STRUTTURA: i componenti della membrana plasmatica.
È costituita da:
⇒ un doppio strato continuo di molecole di fosfolipidi, dello spessore di 8-10 nm (un
nanometro corrisponde a un miliardesimo di metro)
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⇒ numerose proteine (globulari e filamentose), che l’attraversano parzialmente o
completamente
⇒ colesterolo
⇒ glicolipidi e glicoproteine, cioè glucidi (o antigeni di membrana) uniti a fosfolipidi e
proteine.
I fosfolipidi sono particolari lipidi o grassi, formati da una "testa" di glicerolo legato a un gruppo
fosfato, e da due "code" di acidi grassi. Essi formano una struttura flessibile, ma stabile, in quanto in
ambiente acquoso assumono spontaneamente la loro disposizione a doppio strato, con le teste idrofile
rivolte all’esterno e le code idrofobe verso l’interno. I fosfolipidi oltre a 1 conferire stabilità alla
membrana, 2 ne influenzano la permeabilità. Rispetto alla procariota presenta una maggiore varietà
di fosfolipidi e anche una certa percentuale di colesterolo, la cui presenza conferisce 1 stabilità e
resistenza alla struttura della membrana, 2 regola la fluidità del doppio strato lipidico, 3 favorisce
gli scambi. Il colesterolo, presente soprattutto nella membrana delle cellule animali, stabilizza la
membrana in relazione alle variazioni di temperatura, impedendo allo strato fosfolipidico sia di
divenire troppo fluido alle alte temperature (compatibili con la vita) sia di irrigidirsi eccessivamente
alle basse temperature. Le membrane biologiche essendo fluide, sono molto dinamiche, cioè soggette
a continuo rimaneggiamento. Non costituiscono solo l’involucro cellulare, ma delimitano gli
organuli, suddividono la cellula in compartimenti e funzionano anche da barriera selettiva nei
confronti dell’ambiente esterno, nel senso che permettono il passaggio solo a piccole molecole come
H2O, CO2, O2, oppure a molecole non polari, mentre impediscono l’accesso a particelle polari come
ioni o di grandi dimensioni come zuccheri e proteine.
LE PROTEINE di membrana svolgono numerose funzioni:
⇒ proteine canale e navetta, carrier, pompa (per il trasporto)
⇒ proteine enzimi (per la sintesi di molecole)
⇒ proteine recettori (per legarsi a sostanze e il riconoscimento).
GLUCIDI: piccole molecole ramificate (oligosaccaridi) legate alle proteine o alla testa dei
fosfolipidi e fuoriescono come antenne dalla superficie della membrana. Grazie ad essi le cellule
sono in grado di riconoscersi (antigeni di membrana). La capacità di riconoscimento è importante
per permettere alle cellule di organizzarsi in tessuti e organi.
MOSAICO FLUIDO: il termine mosaico si riferisce al fatto che le proteine presenti sono di
diverso tipo. Il termine fluido fa riferimento alla capacità dei fosfolipidi e delle proteine di
muoversi lungo la membrana in rapporto alle esigenze della cellula.
La funzione di barriera svolta dalla membrana permette la regolazione della composizione
chimica, fisica e strutturale della cellula (cioè l’omeostasi).
La maggior parte degli ioni e delle molecole idrosolubili non è in grado di attraversare
spontaneamente tale barriera, che è di natura lipidica; per farlo, necessita di una specifica
proteina trasportatrice (detta carrier) o di una struttura, detta canale, formata da una grossa
proteina infissa nello spessore della membrana e dotata di una cavità centrale. Avvalendosi di
questi meccanismi di trasporto, la cellula può mantenere la concentrazione interna degli ioni e
delle piccole molecole su valori diversi da quelli che caratterizzano l'ambiente esterno.
Un altro sistema mediato dalla membrana plasmatica per operare scambi fra l'ambiente
intracellulare e quello extracellulare è quello dell’eso-endocitosi: nel primo caso, la
membrana si estroflette e forma piccole vescicole contenenti le sostanze da trasportare, che si
distaccano dalla cellula e raggiungono l'ambiente esterno; nel secondo caso, vescicole
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provenienti da altre cellule si fondono con la membrana della cellula interessata, e liberano
nel citoplasma di questa le sostanze che contenevano. Questo meccanismo permette, in
particolare nelle cellule animali, di trasportare attraverso la membrana plasmatica
macromolecole, particelle di grandi dimensioni e perfino cellule intere.
La membrana plasmatica può presentare estroflessioni a forma di dita, che prendono il nome
di microvilli e hanno la funzione di aumentare la superficie di scambio tra la cellula e
l'ambiente esterno. Esse sono tipiche, ad esempio, nelle cellule che rivestono la superficie
dell'intestino, nelle quali il gran numero di microvilli (che formano il cosiddetto orletto a
spazzola) garantisce una grande capacità di assorbimento delle sostanze nutritive.
La membrana rappresenta anche, oltre che un filtro per le sostanze in entrata e in uscita, il
mezzo con cui la cellula si "fa riconoscere" dalle altre. Essa contiene molecole particolari, di
solito formate da zuccheri legati a proteine, che corrispondono a una sorta di "carta
d'identità" in base alla quale la cellula viene riconosciuta come facente parte del sé, ossia
dell'organismo stesso, e non viene attaccata dal sistema immunitario, oppure come estranea
(non sé) e come tale, da distruggere. L'insieme delle molecole che caratterizzano i diversi tipi
di cellule e di tessuti dell'organismo è chiamato complesso maggiore d’istocompatibilità
(MCH), responsabile del fatto che i tessuti trapiantati agiscono da antigeni e sono attaccati
dall'organismo ricevente (fenomeno del rigetto). Pertanto, si sottopone il paziente a terapia
immunodepressiva prima di un trapianto.
Nelle cellule animali, la membrana plasmatica non presenta generalmente strati esterni di
rivestimento.
Nei batteri e nei vegetali, invece, all'esterno della membrana si trova una parete rigida,
alquanto spessa e robusta, costituita da polisaccaridi complessi (nel caso delle piante
superiori, soprattutto da cellulosa).
Tale struttura nei batteri ha una funzione protettiva; mentre, nei vegetali, oltre a questa
funzione, la parete svolge anche un ruolo di sostegno e serve a mantenere la forma tipica
della cellula.
La parete limita i movimenti della cellula, come pure l'ingresso e la fuoriuscita di materiali.
LA STRUTTURA DELLE MEMBRANE BIOLOGICHE
La membrana cellulare è fondamentale per l’omeostasi della cellula cioè per la stabilità interna
della cellula (mantenere costante la composizione, la struttura fisica, chimica e la morfologia).
Osservata al microscopio appare costituita da tre strati:
-
sui lati esterni c’è una doppia fila di fosfolipidi
-
al centro le proteine.
I fosfolipidi hanno una testa idrofila carica negativamente (polare), il gruppo fosfato, rivolto verso
l’esterno e una parte o coda apolare, insolubile, acidi grassi, rivolta verso l’interno (coda contro
coda). Ciò consente alla membrana di svolgere un’importante funzione selettiva. Infatti, i lipidi
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fungono da barriera sia per le sostanze polari sia per quelle idrofile come gli zuccheri. I lipidi
formano la struttura delle membrane e favoriscono l’azione delle proteine.
A questo scheletro lipidico si ancorano alcune proteine che sono addette a regolare il flusso dei
materiali. Le proteine possono attraversare completamente il doppio strato lipidico (proteine
intrinseche) oppure sporgere dalla membrana (proteine estrinseche o periferiche o
superficiali).
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Le porzioni proteiche che si trovano all’interno dello strato lipidico sono apolari (regione
idrofobica delle proteine), mentre le parti che fuoriescono sono polari (regione idrofilica delle
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proteine). Le proteine assicurano alla membrana le funzioni di comunicazione, giacché esse
hanno attitudine a legarsi ad altri composti a causa di particolari siti detti recettori.
Molti stati patologici dell’uomo sono spiegati con guasti nelle strutture e funzioni delle
membrane cellulari.
Gli strati proteici assicurano alla membrana una certa polarità permettendo il trasporto ionico.
Esse hanno anche funzione di riconoscimento delle sostanze e di trasporto:
1. Proteine canale o navetta (intrinseche) che creano un passaggio attraverso lo strato lipidico;
2. Proteine carrier o trasportatrici, checambiano forma provvisoriamente;
3. Proteine pompa, per il trasporto attivo.
Le molecole fosfolipidiche e proteiche possono essere agganciate a brevi catene di oligosaccaridi
formando le glicoproteine e i glicolipidi, con funzione di riconoscimento cellulare. Inoltre, come
già detto, tra i lipidi ci sono anche molecole di colesterolo, la cui presenza conferisce stabilità e
resistenza alla struttura della membrana.
La membrana non è rigida né indeformabile ma presenta una certa elasticità, fluidità: sia i
fosfolipidi sia le proteine possono, infatti, facilmente spostarsi come se fossero immerse in un
fluido (un mare di lipidi nel quale galleggiano le proteine come iceberg). Poiché le proteine sono
distribuite come le tessere di un mosaico e sono in grado di muoversi come se fossero in un fluido
tipo olio, questo modello di struttura è chiamato “modello a mosaico fluido“. La fluidità
strutturale dipende dal fatto che le molecole fosfolipidiche e le proteine non sono legate tra loro
chimicamente.
Tale modello strutturale, per la sua fluidità, è soggetto a continuo rimaneggiamento e permette
il mantenimento dell’omeostasi cellulare.
Le membrane cellulari svolgono diverse funzioni:
⇒ Compartimentazione
⇒ Ricezione e trasmissione di segnali
(messaggi ormonali)
⇒ Regolazione degli scambi
⇒ Sintesi ATP
MECCANISMI di TRASPORTO DELLE SOSTANZE
Le cellule hanno bisogno di un continuo scambio di sostanze con l’ambiente esterno. La struttura
della membrana plasmatica è tale da permettere il passaggio solo ad alcune sostanze, e per questo
motivo è definita semipermeabile o selettivamente permeabile.
Una condizione per il passaggio delle sostanze attraverso le membrane è che le sostanze siano
solubili in acqua. E’ la struttura stessa della membrana a regolare la velocità del passaggio.
I meccanismi di trasporto sono classificati in due gruppi:
1 TRASORTO
PASSIVO
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Diffusione
Diffusione
semplice
facilitata
Osmosi
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2 TRASPORTO
ATTIVO
Con proteine
pompa
trasporto di massa
(esocitosi ed endocitosi)
A. TRASPORTO PASSIVO
1. La diffusione semplice
La diffusione è un processo fisico molto lento, caotico e consiste “nel passaggio di sostanze da
una zona a maggior concentrazione a una a minor concentrazione”, lungo il gradiente di
concentrazione. Riguarda O2, CO2, H2O. La velocità di diffusione dipende da:
⇒ Differenza di pressione (∆p)
⇒ Distanza da percorrere
⇒ Differenza di temperatura (∆T)
⇒ Dimensioni delle particelle interessate.
⇒ Differenza di concentrazione (∆C)
La forza risultante è detta pressione di diffusione.
Il movimento delle particelle e caotico, casuale e continuo, fino a quando non si è raggiunto un
equilibrio dinamico, dopo di che le molecole si muovono ancora, ma senza produrre alcun
cambiamento di concentrazione, cioè senza modificare l’equilibrio raggiunto, il cui mantenimento
risulta estremamente importante per la cellula, in quanto contribuisce all’omeostasi. La diffusione
può essere accelerata aumentando la concentrazione delle sostanze o l’agitazione delle molecole.
Anche le dimensioni delle molecole sono importanti: le piccole si diffondono più rapidamente.
Questo fenomeno pone un limite alle dimensioni cellulari: a causa della lentezza della diffusione
le sostanze si muovono a una velocità sufficiente solo se lo spazio cellulare è molto piccolo. Per
questo motivo la cellula ha dimensioni microscopiche.
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2. L’OSMOSI
Significa spinta. E’ la diffusione d’acqua attraverso una membrana semipermeabile, da una zona
in cui l’acqua ha una concentrazione maggiore a un’altra a concentrazione minore: cioè, da una
zona più diluita (meno sali) verso una zona meno diluita (presenta più sali). La membrana è
semipermeabile nel senso che è permeabile solo all’acqua, mentre non lascia passare il soluto, in
quanto rappresentato da particelle più grosse dei pori.
Pertanto, l’osmosi (meccanismo simile alla diffusione) si verifica quando esiste una differenza di
concentrazione tra il citoplasma e l’ambiente esterno, ma le molecole del soluto presentano
dimensioni tali da non poter attraversare la membrana.
In tal caso si può raggiungere un equilibrio tra le due soluzioni, con il movimento dell’acqua
(osmosi). L’acqua esercita sulla membrana una pressione detta osmotica o, nei vegetali, pressione
di turgore.
La definizione di OSMOSI è divisibile in tre parti:
⇒ La sostanza che si diffonde è l’acqua
⇒ la diffusione avviene attraverso una membrana semipermeabile
⇒ le molecole devono muoversi da una zona a concentrazione maggiore di acqua ad
una zona a concentrazione minore di acqua.
Possono verificarsi tre situazioni:
⇒ la concentrazione dentro e fuori la cellula è uguale: le soluzioni si dicono isotoniche e il
flusso d’acqua in uscita ed in entrata è uguale;
⇒ la concentrazione dentro la cellula è maggiore rispetto all’esterno: la soluzione esterna è
ipotonica (più diluita) e il flusso d’acqua in entrata nella cellula è maggiore di quello in
uscita, per cui le cellule animali, non avendo parete cellulare, se immerse in una soluzione
IPOTONICA possono scoppiare (citolisi), mentre la cellula vegetale è soggetta a gonfiarsi
e diventare turgida, senza scoppiare a causa della parete cellulare, conferendo alla cellula
rigidità e sostegno;
⇒ la concentrazione dentro la cellula è minore rispetto all’ambiente esterno: la soluzione
esterna viene detta ipertonica e il flusso d’acqua in entrata è minore di quello in uscita,
per cui la cellula perde acqua e avvizzisce: la cellula animale raggrinzisce, mentre la
vegetale è soggetta a plasmolisi (perdita di turgore), che consiste nel distacco della
membrana e del citoplasma dalla parete cellulare, con appassimento della pianta.
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3. DIFFUSIONE O TRASPORTO FACILITATO
Diffusione e osmosi sono due meccanismi di trasporto naturale, che avvengono passivamente,
senza richiedere consumo di energia (ATP). Esiste anche un altro meccanismo di trasporto
passivo, che permette il passaggio di piccole molecole o ioni carichi elettricamente, detto
trasporto facilitato, in quanto il passaggio delle sostanze è reso possibile dalla presenza di
alcune proteine di membrana che funzionano come canali o come carrier.
Avviene secondo il gradiente di concentrazione e riguarda zuccheri (glucosio), amminoacidi,
nucleotidi, ioni. Le proteine canale formano dei canali permanenti attraverso la membrana
(proteine canalizzate). Le proteine carrier (trasportatori) possiedono siti specifici per
determinate molecole da trasportare, cambiano conformazione per facilitare il passaggio
delle molecole delle molecole attraverso il doppio strato fosfolipidico e, poi, riacquistano la
conformazione iniziale. Le carrier sembrano prelevare ioni e molecole per farle attraversare la
membrana. Poiché la membrana ha un numero limitato di trasportatori, la velocità della
diffusione facilitata è minore di quella della diffusione semplice. Tutte e tre le forme di
trasporto passivo sono reversibili, cioè avvengono in un senso o nell’altro, a seconda del
gradiente di concentrazione o di diffusione.
B. TRASPORTO ATTIVO
Il trasporto attivo è un meccanismo che avviene con consumo di energia, cioè di ATP. Il
trasporto, mediato da un trasportatore, avviene contro-gradiente, cioè da una regione a
concentrazione minore verso una regione a concentrazione maggiore e in diverse forme:
1. Mediante trasportatori (proteine pompa), grazie a proteine di membrana che,
spendendo ATP, agiscono come pompe che espellono o immettono forzatamente sostanze. Le
proteine in questione presentano un sito specifico per la particella da trasportare: ogni proteina
è altamente specifica nel senso che è in grado di trasportare un solo tipo di molecola. Un
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esempio è la pompa sodio-potassio che funziona contro gradiente e spende energia. Gli ioni
Na+ vengono pompati fuori della cellula gli ioni K+ all’interno. Il trasporto attivo è importante
per l’omeostasi della cellula, basti pensare che i pesci del mare eliminano sale dalle proprie
cellule attraverso le branchie, mediante questo meccanismo.
2. Altri meccanismi di trasporto: trasporto di massa: esocitosi ed endocitosi.
Sono forme di trasporto attivo che intervengono quando la cellula deve introdurre al suo
interno o liberare all’esterno, materiali grossi o in grande quantità. In questi casi non sono le
sostanze ad attraversare la membrana, ma è la membrana che prima avvolge e poi trasferisce,
e, infine, libera le sostanze (proteine, polisaccaridi). A seconda della direzione in cui si
compie, il trasporto di massa viene detto endocitosi (cioè flusso verso l’interno) o esocitosi,
flusso verso l’esterno.
ENDOCITOSI
Si tratta di un processo in cui la membrana cellulare si in vagina, si introflette, formando una
vescicola che avvolge la particella e si chiude su di essa, formando un vacuolo dove vengono
versati enzimi digestivi prodotti dai lisosomi, scindendo la sostanza inglobata. Il meccanismo
dell’endocitosi è distinto in fagocitosi, se le particelle sono solide, pinocitosi o picnocitosi se
le particelle sono liquide. Sono molto diffusi negli unicellulari, ma sono presenti anche nei
pluricellulari (strategia difensiva dei globuli bianchi).
ESOCITOSI
E’ il processo inverso. La cellula lo utilizza per espellere sostanze di rifiuto e per secernere
sostanze utili ad altre cellule. All’interno del citoplasma si formano alcune vescicole
contenenti le sostanze da espellere. Tali vescicole si spostano verso la membrana plasmatica,
fino a fondersi con essa, quindi si aprono verso l’esterno, dove liberano il contenuto. Tale
processo è utilizzato sia per riversare all’esterno sostanze di sintesi (ormoni, enzimi) sia i
prodotti di rifiuto.
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Giunzioni intercellulari
In un organismo pluricellulare le cellule si collegano l'una all'altra mediante giunzioni
intercellulari. Nelle piante superiori le cellule sono connesse mediante "ponti" di citoplasma
(plasmodesmi).
Nella maggior parte degli animali, le cellule sono legate fra loro mediante una rete a maglie
relativamente larghe, costituita da grosse molecole organiche (la cosiddetta matrice
extracellulare) e mediante punti di adesione fra le membrane plasmatiche (giunzioni cellulari).
Citoplasma: citosol, citoscheletro, organelli citoplasmatici
Il citoplasma della cellula eucariota presenta alcune differenze sostanziali rispetto alla cellula
procariota:
•
Al suo interno presenta una fitta rete tridimensionale di proteine filamentose: tale
struttura è chiamata citoscheletro, che dà la forma alla cellula;
•
Sono presenti numerosi organuli cellulari aventi ciascuno un compito ben definito;
•
Presenta una forte compartimentazione (cioè è suddiviso in porzioni minori da
membrane divisorie) rappresentata dal reticolo endoplasmatico.
L'intero volume della cellula, con esclusione del nucleo, è occupato dal citoplasma: è il
contenuto della cellula, escluso il nucleo ed è la sede delle varie attività cellulari ed ha anche
il compito di immagazzinare materiali di riserva. La parola deriva dal greco kytos = cavità e
plasso = formo: ciò che forma (riempie) la cavità cellulare.
E’ costituito da:
⇒ Una frazione corpuscolare (i vari organelli), considerati come compartimenti o
distretti specializzati per consentire le reazioni chimiche cellulari che costituiscono il
metabolismo cellulare.
⇒ Una liquida, una soluzione acquosa concentrata, di aspetto gelatinoso, viscoso,
denominata citosol, nella quale si trovano sospesi gli organuli cellulari, composto da
70-90% di acqua, sali, zuccheri, proteine, grassi. Il citoplasma si può suddividere in
una parte interna, detta endoplasma (= ialoplasma + organelli) e una parte esterna
o ectoplasma.
⇒ Una impalcatura di tubuli e filamenti che sostengono la cellula, detta citoscheletro.
Il citosol è un gel acquoso, contenente molecole di varie dimensioni. Costituisce il sito di
molte funzioni importanti, come la demolizione delle molecole e la sintesi di numerose
macromolecole che sono le unità costitutive della cellula. Molte molecole presenti nel citosol
sono libere di muoversi per tutte le regioni della cellula; altre hanno una minore libertà di
movimento, poiché fanno parte di strutture ordinate, gli organuli, che determinano nella
cellula una compartimentazione utile allo svolgimento delle reazioni metaboliche.
Organuli della cellula eucariote
Nucleo // con doppia membrana: stanza dei bottoni o centrale operativa.
E’ il centro di controllo o regolatore (centrale operativa) della cellula, l'organulo di maggiori
dimensioni all'interno della maggior parte delle cellule vegetali e animali: è delimitato da una
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doppia membrana e ha forma e dimensioni variabili a seconda del tipo cellulare. All'interno
del nucleo si trovano il DNA (patrimonio genetico della cellula) e proteine (dette istoni),
solitamente presenti in coppie, in un numero variabile e caratteristico di ciascuna specie. I
filamenti di acido desossiribonucleico si compattano in piccole strutture dette cromosomi.
Quando la cellula non è in fase di divisione, i filamenti cromosomiali non sono distinguibili
l'uno dall'altro, in quanto le molecole di DNA e le proteine associate formano una massa
intricata a cui si da il nome di cromatina; appena prima della divisione cellulare si
ispessiscono e diventano visibili singolarmente. In ciascun cromosoma il DNA è presente
sotto forma di una singola molecola, molto lunga e avvolta su se stessa a spirale, contenente
sequenze di coppie di basi azotate che costituiscono i geni.
La sostanza nucleare è costituita da cromatina e da linina, immerse nel succo nucleare o
cariolinfa.
Chimicamente la sostanza nucleare è costituita da proteine e acidi nucleici. Il DNA è
localizzato nella cromatina, l’RNA nella cariolinfa e nei nucleoli.
La doppia membrana è dotata di pori che consentono le comunicazioni tra il nucleo e il resto
della cellula (ossia il citoplasma). All'interno del nucleo si trova una regione specializzata,
detta nucleolo, che è deputata all'assemblaggio di particolari organuli, i ribosomi. Questi, una
volta sintetizzati, migrano nel citoplasma e costituiscono la sede della sintesi proteica.
In che modo il nucleo svolge il ruolo di centrale operativa?
Il nucleo controlla questo processo inviando nel citoplasma diverse molecole con funzione di
messaggeri. I geni e le funzioni contenuti nel DNA vengono, infatti, copiati fedelmente
all'interno del nucleo in una molecola di acido ribonucleico (il DNA funge da stampo),
chiamata RNA messaggero (mRNA), che passa nel citoplasma e, interagendo con i ribosomi,
dirige la formazione di molecole proteiche a partire da singoli amminoacidi.
E’ dirigendo la sintesi proteica che il nucleo controlla e dirige l’intera attività cellulare.
La cellula senza nucleo non può vivere. Infatti, gli elementi del nucleo sono:
⇒ Membrana
⇒ Nucleolo
⇒ Cromatina = DNA + proteine, formando i cromosomi.
Pertanto, il nucleo è la sede delle informazioni ereditarie.
Citoscheletro o cito-muscolatura: intelaiatura di fibre proteiche. L’impalcatura della
cellula.
Un sistema di filamenti proteici, denominato citoscheletro o citomuscolatura, è presente nel
citosol di tutte le cellule animali e vegetali. Nelle cellule animali, che mancano di una parete
cellulare rigida, questo sistema ha un'importanza particolare, in quanto contribuisce a
mantenere la struttura e la forma della cellula. Consiste in una fitta maglia di strutture
filamentose (microfilamenti e filamenti intermedi) e tubulari (microtubuli) che attraversano il
citoplasma. Costituisce il sostegno meccanico della cellula. Non si limita a dotare la cellula di
un’impalcatura inerte di sostegno, ma agisce direttamente come motore di processi quali:
⇒ Trasporto di organelli e sostanze da una zona all’altra del citoplasma;
⇒ Ripartizione del corredo cromosomico, divisione della cellula in due, nella mitosi;
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⇒ Il battito di ciglia e flagelli;
⇒ Locomozione ameboide della cellula;
⇒ Taluni mutamenti di forma dell’embrione durante il suo sviluppo.
Il citoscheletro, quindi:
Fornisce un'impalcatura per l'organizzazione interna della cellula e funziona da supporto per
organuli cellulari ed enzimi.
Regola/ pilota la posizione e gli spostamenti degli organuli, che non occupano posizioni fisse.
Esso, inoltre, permette alla cellula di compiere alcuni movimenti. In molti tipi di cellule il
citoscheletro è una struttura dinamica, continuamente scomposta e riassemblata.
È costituito da tre tipi principali di filamenti proteici che possono allungarsi o accorciarsi per
addizione o sottrazione di molecole proteiche:
1. Microtubuli: strutture tubulari di tubulina (proteina), con diametro di circa 20-25
nm. Sono la principale impalcatura della cellula: sono fondamentali durante la mitosi.
Formano ciglia e flagelli con lo scopo di aumentare la capacità di movimento. Nelle
cellule animali i microtubuli si formano dai centrioli. Un microtubulo è formato da 13
bacchette affiancate, ognuna delle quali è un polimero di una proteina globulare, la
tubulina. Sono dotati di polarità come i filamenti di actina. Sono strutture dinamiche:
si formano dal centrosoma, assumono disposizione a raggiera e possono formarsi e
disfarsi facilmente. Ciò li rende adatti sia ad assecondare i cambiamenti di forma e i
movimenti di una cellula, sia a diventare il motore durante la mitosi (fuso mitotico =
gabbia di microtubuli).
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2. Microfilamenti di actina: sono microfilamenti, più piccoli dei precedenti, con
diametro di circa 5-8 nm. Servono per i movimenti citoplasmatici e per la contrazione
muscolare. Contribuiscono a mantenere la forma della cellula e alla motilità cellulare,
partecipano alla citodieresi e allo sviluppo embrionale. Sono polimeri di proteine
globulari.
3. Filamenti intermedi (di cheratina): con diametro di 8-10 nm. Sono connessi tra loro
e con altre strutture cellulari, grazie a numerose proteine accessorie. Non se ne
conosce la funzione precisa. Sono polimeri di proteine fibrose, non globulari come
l’actina. Sono come una fune fatta di tante cordicelle ritorte e sono stabili, non
solubili, e non partecipano ai movimenti. Meritano il nome di scheletro cellulare. Sono
fatti di filamenti cheratinici gli annessi cutanei come le squame, i peli, le penne, le
unghie, i becchi, le corna dei vertebrati.
Queste strutture consentono, quindi, alla cellula di modificare la sua forma, per muoversi e per
inglobare materiali presenti nell’ambiente, agli organelli di muoversi all’interno della cellula.
A questi tre tipi di strutture proteiche possono associarsi numerose altre proteine: la miosina
che interagisce con il citoscheletro producendo movimento; altre servono a collegare le
strutture del citoscheletro con i componenti cellulari; altre controllano l’assemblaggio del
citoscheletro.
Ciglia e flagelli
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Molte cellule possiedono sulla superficie strutture flessibili, simili a "peli", denominate ciglia o
flagelli, contenenti un fascio centrale di microtubuli che funziona da motore del movimento. Ciglia e
flagelli si flettono dando luogo a un battito regolare, simile a quello di una frusta, reso possibile
dall'energia conservata sotto forma di molecole di adenosina trifosfato (ATP) all'interno dei
microtubuli.
Nell'uomo, ad esempio, si trovano flagelli negli spermatozoi, dei cui movimenti sono responsabili;
sono presenti ciglia nell'epitelio che riveste le vie respiratorie, allo scopo di rimuovere e fare defluire
in una certa direzione particelle estranee e muco. Filamenti di actina, raccolti in grossi fasci, si
trovano in tutte le cellule muscolari, delle quali, insieme a un'altra proteina, chiamata miosina,
rendono possibile i movimenti di contrazione.
Negli animali e nelle piante anche i movimenti associati alla divisione cellulare dipendono dai
filamenti di actina e miosina e dai microtubuli; questi, infatti, guidano i cromosomi e gli altri
componenti della cellula madre a spostarsi verso i due poli della cellula, in modo da ripartirsi poi
nelle due cellule figlie.
Strutturalmente sono quasi identici: nove coppie di microtubuli disposti in cerchio, legati da una
trama di proteine, con una coppia di microtubuli centrali.
Differiscono per:
⇒ lunghezza, spessore (dimensioni)
⇒ numero
⇒ tipo di movimento.
CARATTERISTICA
CIGLIA
FLAGELLI
1. lunghezza
fino a 10 micron
fino a 100 micron
numerose
poco numerosi
simili a spighe
movimento ondulatorio
sottili
spessi
2. numero
3. movimento
4. spessore
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Mitocondri: organelli delimitati da doppia membrana
I mitocondri hanno una struttura particolare, osservabile al microscopio elettronico: ciascun
mitocondrio si presenta come un corpuscolo dalla caratteristica forma a fagiolo o di sigaro o
sferica, delimitato da due membrane separate, la più interna delle quali presenta numerose
pieghe (dette creste) che servono per aumentare la sua superficie e la capacità respiratoria.
Nello spazio compreso fra le creste, detto matrice, sono presenti ribosomi e filamenti di DNA
mitocondriale, che contiene le istruzioni per la sintesi del 5-10% delle proteine presenti nel
mitocondrio. Sulle creste avvengono l’acetilazione e il ciclo di Krebs; sulla matrice
mitocondriale (liquido denso tra le creste) avviene la catena respiratoria.
Una cellula può contenere da una decina fino a migliaia di questi organuli. La loro membrana
esterna, proteica, è liscia, mentre quella interna, lipidica, presenta numerose pieghe dette
creste mitocondriali, che contengono diversi enzimi necessari alla respirazione cellulare. Le
creste, come una fisarmonica, aumentano la capacità respiratoria. La respirazione cellulare è
la principale via metabolica attraverso cui la cellula eucariote trae l’energia necessaria ai
processi vitali. I mitocondri costituiscono la sede del processo di respirazione cellulare,
mediante il quale la cellula ricava energia (sotto forma di molecole di ATP) bruciando
molecole di glucosio, derivanti dalla demolizione delle sostanze nutritive, alla presenza di
ossigeno. Essi sono i polmoni della cellula giacché sono le centrali energetiche.
Le cellule che richiedono ossigeno per il processo di respirazione cellulare sono dette aerobie.
Le cellule anaerobie si trovano in organismi (alcuni batteri) che vivono in assenza di ossigeno,
nei quali i mitocondri mancano. Nel mitocondrio si trova una molecola circolare di DNA e
ribosomi più piccoli di quelli presenti nel citoplasma. Ogni mitocondrio è in grado di dividersi
in due, come i cloroplasti.
La funzione dei mitocondri è triplice:
1. Produzione dell’energia
2. Immagazzinamento dell'energia
3. Ridistribuzione dell’energia.
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Ribosomi: RNA + proteine. Sono un supporto per la sintesi proteica.
I ribosomi sono minuscoli organuli (100-200 angstrom) formati da due parti più piccole, cioè
da due subunità, entrambe di forma tondeggiante, di cui una più grande. Ciascuna subunità è
formata da molecole di RNA associate a proteine. La subunità grande presenta due siti per la
sintesi proteica (a sinistra il sito P e a destra il sito A) ed è costituito da 3 molecole di r-RNA
e da 49 proteine; mentre, la subunità piccola è costituita da 1 molecola di r-RNA e da 33
proteine.
È a livello di questi organuli che avviene la sintesi delle proteine. I ribosomi sono organuli
presenti anche nei procarioti. I ribosomi liberi sintetizzano proteine che rimarranno dentro la
cellula, mentre i ribosomi associati al RE producono proteine destinate all’esterno della
cellula. Rappresentano il sistema sintetizzatore o costruttore delle cellule.
I ribosomi possono trovarsi anche ammucchiati in catenelle di 4/5: i polisomi.
Reticolo endoplasmatico e apparato di Golgi / Unica membrana.
Una rete tridimensionale di membrane che delimitano canali, vescicole e cavità, tra loro
comunicanti, costituisce il reticolo endoplasmatico, l’organulo più esteso, occupando il 50%
delle membrane cellulari. Rappresenta il compartimento cellulare, dove avviene la sintesi di
gran parte degli elementi delle membrane, e dei materiali destinati a essere esportati
all'esterno della cellula. Non è una rete permanente, perché le membrane cambiano forma e
collegano parti diverse della cellula a seconda dell’attività cellulare. E’ una sorta di
canovaccio su cui si distinguono diversi organuli.
E’ frutto dell’invaginazione ripetuta della membrana plasmatica o plasmalemma. Tali
membrane delimitano TUBULI, CISTERNE, VESCICOLE appiattite. Il R.E. funge da
fabbrica di proteine e lipidi, d’accumulo e di trasporto. Inoltre, provvede a mettere in
comunicazione il nucleo con il citoplasma, presiede alla comunicazione nutritiva e di
messaggi tra le varie parti della cellula, fungendo da ponte.
Il R.E. può essere:
⇒ REG, rugoso o granulare o ergastoplasma, se alla superficie presenta i ribosomi per la sintesi
proteica; svolge diverse funzioni legate alla lavorazione delle proteine sintetizzate sui
ribosomi: formazione di glicoproteine, produzione di membrane con assemblaggio di proteine
e fosfolipidi.
⇒ REL, liscio, senza ribosomi. Grazie a vari sistemi enzimatici, svolge un ruolo rilevante:
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•
nella disattivazione di sostanze tossiche ingerite con gli alimenti in modo da neutralizzarle
ed eliminarle,
•
sintetizza i lipidi cellulari
•
interviene nel metabolismo dei glucidi, con demolizione del glucosio e produzione di energia.
APPARATO di GOLGI: immagazzinamento e smistamento di materiali
L'apparato di Golgi è una struttura formata da vescicole appiattite simili a squame di cipolla,
dette dittiosomi e da vescicole tondeggianti, in cui si raccolgono i prodotti secreti dalla cellula e
da vescicole di transizione. Può essere apparato cis con membrane dette dittiosomi e trans con
vescicole più piccole.
In altre parole sono sacchi appiattiti, impilati e connessi tra loro (dittiosomi) e sferici, in
collegamento con il R.E., anch'esse delimitate da membrane, e ricevono le molecole sintetizzate
nel reticolo endoplasmatico, le elaborano e le indirizzano a diversi siti interni o esterni alla
cellula. Fu individuato nel 1889 dal medico bolognese Camillo Golgi.
Esso svolge il compito di modificare molecole prodotte nel RE, impacchettarle in vescicole e
smistarle/trasportarle in altre regioni della cellula: insomma, costituiscono una stazione di
modificazione e di smistamento.
In altri casi, le vescicole del Golgi rendono innocue sostanze tossiche o in eccesso, segregandole
al proprio interno.
Le sostanze arrivano dal RE per mezzo di vescicole.
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Inoltre, sono anche sede di sintesi di sostanze lipidiche e glicoproteiche.
Concludendo, l'apparato di Golgi è una stazione di imballaggio, di smistamento, ma anche di
sintesi.
Lisosomi, perossisomi e vacuoli
I lisosomi sono organuli piccoli (0,2÷0,5 micron), di forma irregolare, che contengono enzimi
responsabili della digestione di numerose molecole inutili o nocive per la cellula. Si formano per
gemmazione dall’apparato di GOLGI. Hanno una forte carica digestiva (chiamati anche SACCHI
SUICIDI), sono capaci di autolisi, cioè di distruzione di un’intera cellula, centri di demolizione o
digestione (lisi) e riciclaggio, abbondanti nei globuli bianchi che distruggono i microbi.
I perossisomi sono vescicole delimitate da membrana, che costituiscono un ambiente isolato e
circoscritto per reazioni nel corso delle quali vengono generate e demolite forme particolarmente
pericolose e reattive dei perossidi di idrogeno. Si originano dal REL e contengono proteine
enzimatiche, con funzione di ossidare e neutralizzare sostanze tossiche o di demolire acidi grassi.
I vacuoli, tipici della cellula vegetale, sono piccole cavità delimitate da una membrana, con
funzione di accumulo di sali, sostanze di riserva, scorie del metabolismo cellulare. Un vacuolo
può occupare anche il 90% del volume cellulare. E’ separato dal citoplasma da una membrana
chiamata tenoplasto.
Nella cellula vengono continuamente formate e distrutte piccole vescicole membranose, deputate
al trasporto dei materiali da un organulo all'altro. In una tipica cellula animale, il complesso degli
organuli delimitati da membrana può occupare fino a metà del volume totale della cellula. Fra il
reticolo endoplasmatico, l'apparato di Golgi, i lisosomi, la membrana plasmatica e l'ambiente
extracellulare esiste uno scambio continuo di sostanze, mediato da vescicole che si staccano dalla
membrana di un organulo per fondersi con quella di un altro.
CENTRIOLI
Sono organuli presenti nella maggior parte delle cellule animali, rari nei vegetali, con struttura
cilindrica, formati da 9 triplette di microtubuli. Agiscono come:
⇒ Organizzatori del fuso mitotico, per facilitare la distribuzione dei cromosomi alle due
cellule figlie.
⇒ Centro organizzatore del citoscheletro.
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Cellula vegetale: strutture e organuli
La cellula vegetale si differenzia da quella animale per la presenza di alcune strutture tipiche:
•
la parete cellulare, che conferisce rigidità alla cellula;
•
i plastidi
•
il vacuolo vescicola piena di liquido acquoso, capace di occupare sino al 90% dello spazio
dello spazio dell’intera cellula.
Parete cellulare: composizione, struttura e funzioni
La parete costituisce uno strato rigido e robusto, posto all'esterno della membrana cellulare.
Rappresenta un supporto meccanico ai tessuti e svolge un ruolo importante negli scambi fra le
cellule. È composta:
⇒ da sottili molecole di cellulosa (componente principale) che, unendosi tra loro, formano
microfibrille che, avvolgendosi come i fili di una corda, danno origine a fibrille di maggiore
diametro, le macrofibrille. Le molecole si dispongono parallelamente una all'altra, su piani
sovrapposti, in ognuno dei quali esse assumono una particolare direzione. Il risultato è una
struttura dotata di una resistenza pari a quella di una lamina di acciaio.
⇒ Un altro costituente della parete è la lignina, che le conferisce rigidità;
⇒ Inoltre, vi sono sostanze grasse, quali la cutina (nelle pareti delle cellule dell'epidermide
fogliare), la suberina (nelle pareti delle cellule del sughero) e le cere, che riducono le
perdite d'acqua per disidratazione.
Ha una struttura complessa:
⇒ Parete primaria (al centro)
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⇒ Parete secondaria interna
⇒ Lamella mediana a base di pectina, all’esterno.
La parete non seleziona le sostanze, è una struttura morta e limita le possibilità di mobilità dei
vegetali e di comunicazione, lasciando passare solo piccole molecole (H2O, O2, CO2) e
monosaccaridi. Gli scambi fra le cellule vegetali contigue sono garantiti dai PLASMODESMI,
sottili canali che attraversano la parete cellulare. Le sue funzioni sono:
⇒ Circonda
⇒ Protegge
fungine
⇒ Sostiene la cellula vegetale.
contro
le
infezioni
Plastidi
I plastidi si possono considerare formazioni granulari, simili a sacche membranose, nelle quali la
cellula può accumulare sostanze.
⇒ I leucoplasti sono plastidi nei quali viene confinato l'amido di riserva, in attesa di
utilizzazione; alcuni leucoplasti possono sintetizzare oli e proteine (negli organi di riserva
come bulbi, tuberi).
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⇒ I cromoplasti sono plastidi nei quali si accumulano pigmenti detti carotenoidi, di colore rosso
o giallo (nei fiori, nei frutti, nelle carote).
⇒ I cloroplasti sono plastidi particolari, di colore verde, organi della fotosintesi, delimitati da
una membrana e contenenti, nel loro interno:
pile (dette grana) di sacchetti membranosi appiattiti (detti tilacoidi), connesse fra loro da
membrane, dette lamelle intergrana.
Stroma, soluzione densa di clorofilla, proteine e grassi.
Nelle membrane interne si trovano molecole di clorofilla. I cloroplasti rappresentano la sede
del processo chiamato fotosintesi clorofilliana, che sfrutta l'energia dell'irradiazione solare
per produrre ossigeno e molecole organiche, a partire da anidride carbonica e acqua.
I cloroplasti, come i mitocondri, presentano una propria molecola di DNA circolare, ribosomi
simili a quelli batterici e sono in grado di dividersi in modo autonomo. Per questo, si ritiene che
anche i cloroplasti siano antichi procarioti stabilitisi nel citoplasma di cellule più grandi (teoria
dell’endosimbiosi). Ogni mm2 della superficie di una foglia può contenere 500.000 cloroplasti.
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Vacuolo
Nelle cellule vegetali mature è presente un grosso vacuolo centrale, ossia una cavità delimitata
da una membrana e piena di un liquido detto succo vacuolare (acqua + proteine + sali disciolti),
costituisce per la cellula vegetale una sorta di idroscheletro. Esso, infatti, esercita una pressione
contro la superficie della cellula che è racchiusa dalla parete rigida, e in tal modo produce
un'azione di sostegno per la cellula stessa. Il vacuolo agisce anche da sede di raccolta di scorie
del metabolismo. Questa struttura cellulare è delimitata da una membrana, detta tenoplasto. Il
vacuolo, come i lisosomi, deriva dall’apparato di Golgi.
Quali vantaggi offre il vacuolo alla cellula vegetale?
•
Consente l’accrescimento della cellula con un minimo aumento di citoplasma e, quindi, di
nutrienti;
•
Accumulo di sali e altri composti, per mantenere la cellula turgida senza danneggiarla, in
quanto è presente la parete, fenomeno importante per il sostegno;
•
Funzione digestiva, poiché contiene in soluzione enzimi deputati alla demolizione di molecole
biologiche, sostituendo i lisosomi che nella cellula vegetale sono assenti.
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Divisione cellulare
Il corpo degli organismi pluricellulari è composto da molti miliardi di cellule, unite fra loro a
formare tessuti e organi deputati a svolgere funzioni specifiche. Tutte le cellule di un particolare
organismo vegetale o animale derivano da un'unica cellula, l'uovo fecondato, che subisce
numerose divisioni. Il processo con cui una cellula si divide in due cellule figlie è detto mitosi;
nel corso di questo, essa duplica il proprio DNA in modo che ogni cromosoma sia presente in
duplice copia; al principio della mitosi si forma una particolare struttura, che per la sua forma
viene detta fuso mitotico, costituita da microtubuli. Il fuso dirige la migrazione dei due corredi
cromosomici completi ai poli opposti della cellula madre. I due corredi cromosomici vengono,
poi, suddivisi equamente fra le due cellule figlie.
Differenziamento
Le cellule presenti nei diversi tessuti di un organismo pluricellulare spesso differiscono in modo
impressionante sia per struttura sia per funzione. Ad esempio, le differenze esistenti fra una
cellula nervosa, una cellula epatica e un globulo rosso di un mammifero sono così estreme che è
difficile comprendere come esse possano contenere la stessa informazione genetica. Poiché tutte
le cellule di un organismo animale o vegetale sono prodotte per divisioni successive a partire
dallo stesso uovo fecondato, tutte, a parte alcune eccezioni, devono necessariamente contenere la
stessa informazione genetica.
Le cellule si differenziano le une dalle altre perché sintetizzano e accumulano molecole di RNA
e proteine diverse, senza per questo alterare la sequenza del proprio DNA. Questo processo,
denominato appunto "differenziamento", comporta l'attivazione e la disattivazione selettiva, in
una sequenza programmata, di geni diversi. Tali modificazioni delle caratteristiche delle cellule
sono spesso irreversibili e, pertanto, una cellula nervosa umana non può trasformarsi in un
globulo rosso o regredire allo stadio di cellula embrionale immatura.
Trasmissione dei segnali
Il compimento efficiente e armonico delle diverse funzioni dell'organismo è dovuto ai sistemi di
comunicazione esistenti tra le cellule e tra queste e l'ambiente esterno. L'importanza di questi
meccanismi di controllo, diventa particolarmente evidente proprio quando essi vengono meno,
come nel caso dei tumori che spesso portano alla morte dell'organismo. Il sistema di
trasmissione dei segnali di molti organismi viventi è simile, per certi aspetti, al sistema elettrico
di un'automobile. La molecola che funge da messaggero, prodotta e secreta da una cellula, in
genere agisce su molecole, chiamate recettori, localizzate sulla superficie o all'interno di altre
cellule; l'interazione tra messaggero e recettore può dare inizio a una cascata di reazioni
biochimiche all'interno del citoplasma della cellula ricevente. Le modificazioni causate da queste
reazioni, ad esempio la variazione della concentrazione di ioni e molecole specifiche, possono
contribuire a regolare l'attività delle proteine, in particolare degli enzimi.
NUMERO DELLE CELLULE
Le dimensioni di un individuo non dipendono dalle dimensioni delle sue cellule, ma dal loro
numero.
Per esempio, un uomo adulto contiene 60- 100.000 miliardi di cellule.
Alcune cellule, dette LABILI, pelle, sangue, hanno vita breve in quanto di continuo rinnovate,
poiché soggette ad usura.
Altre, muscolari, nervose, dette PERENNI, cessano di dividersi e per questo un danno al cervello
può avere conseguenze irreparabili.
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FORMA E DIMENSIONI DELLE CELLULE
La forma delle cellule dipende da fattori meccanici (contatto) e dalla funzione.
⇒ A causa del contatto reciproco tendono a una forma poliedrica, nel fegato, nel tubo
digerente.
⇒ A causa della funzione:
1. le cellule muscolari sono allungate
2. le cellule della pelle sono appiattite e ravvicinate, per formare un’efficace barriera
protettiva
3. i globuli rossi sono a forma di disco schiacciato nel centro
4. le cellule vegetali sono sagomate dalla parete cellulare.
Le dimensioni: 10-100 micron nelle cellule vegetali, 10-30 micron nella cellula animale.
I VANTAGGI DELLA PLURICELLULARITA’
1. Maggiore protezione nei confronti di eventuali incidenti mortali
2. maggiori possibilità di resistere a condizioni ambientali poco favorevoli, grazie al contributo
di tutti gli elementi cellulari per adattare l’organismo alle mutate condizioni.
3. a causa della specializzazione cellulare, il risultato finale sarà inevitabilmente migliore e più
accurato, con minor logorio individuale e minor dispendio energetico (suddivisione dei
compiti).
4. Però, in alcuni casi la pluricellularità può risultare scomoda: a causa della specializzazione
la singola cellula ha perso la capacità di compiere alcune funzioni vitali, per cui da sola non
è più in grado di provvedere al suo nutrimento, alla sua incolumità e alla sua riproduzione.
CONFRONTO CELLULA EUCARIOTA-PROCARIOTA
CARATTERISTICA
1. ORGANISMI
2. Dimensioni cellula
3. Parete cellulare
4. Membrana
cellulare
5. Membrana Nucleo
6. DNA
PROCARIOTA
unicellulari
1 –10 micron
Presente
Presente
Assente
1
molecola
circolare
nel
citoplasma
7. Ribosomi
Più piccoli
8. Reticolo End. (RE) Assente
9. Mitocondri
Assenti
10. App. del Golgi
Assenti
11. Lisosomi
Assenti
12. Cloroplasti
Assenti
13. Metabolismo
Anaerobico o aerobico
14. RNA e proteine
Sintetizzati
nello
stesso
compartimento cellulare
15. Citoplasma
Senza citoscheletro, endocitosi ed
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EUCARIOTA
Uni/pluricellulari
10 –100 micron
Solo nei vegetali
Presente
Presente
Una o più con cromosomi nel
nucleo
Normali
Presente
Presenti
Presenti
Presenti
Presenti nelle piante verdi
Aerobico
RNA sintetizzato nel nucleo;
proteine nel citoplasma
Con citoscheletro, endocitosi ed
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esocitosi
16. Divisione cellulare Per scissione binaria
17. Nucleolo
Assente
esocitosi
Mitosi e meiosi
Presente
CONFRONTO CELLULA ANIMALE-VEGETALE
CARATTERISTICA
1. dimensioni
2. Parete cellulare
3. Cloroplasti
4. Vacuolo
5. Centrioli
6. Granuli di amido
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ANIMALE
10-30 micron
Assente
Assenti
Assente
Presenti
No. Glicogeno
VEGETALE
10-100 micron
Presente
Presenti nelle piante verdi
Presente
Rari
Presenti
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IL MICROSCOPIO = osservazione di cose piccole
Ha rappresentato un apparecchio fondamentale per lo sviluppo della biologia, in quanto ha
permesso di osservare le cellule. Viene chiamato microscopio composto per distinguerlo dalla
lente di ingrandimento o microscopio semplice. È ottico perché utilizza la luce ordinaria.
Le proprietà di un microscopio sono:
⇒ Il potere di risoluzione o di discriminazione, cioè la capacità di percepire due oggetti
molto piccoli come separati (la capacità di nitidezza, di discriminare due punti molto
vicini). Il massimo per un microscopio ottico = 0,2 micron.
⇒ Il potere di ingrandimento.
PARTI del microscopio
⇒ Meccanica o stativo: basamento o piede, braccio con tubo metallico, tavolini
portaoggetti, vite macrometrica e micrometrica. Sul basamento è fissata la sorgente
luminosa o lampadina.
⇒ Apparato ottico, o sistema ingranditore: obiettivi con ingrandimenti 4, 10, 20, 40, 60,
100 x ….. (immagine ingrandita e capovolta, cioè intermedia), oculare con
ingrandimenti 5, 10, 15x …… (immagine finale, ingrandita ulteriormente).
L’ingrandimento totale è dato dal prodotto tra gli ingrandimenti dell’obiettivo per quelli
dell’oculare. Il massimo ingrandimento per una buona osservazione è di circa 600 volte.
Oltre la risoluzione, cioè la visione dei particolari, diminuisce.
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⇒ Sistema d’illuminazione: specchio, condensatore (serve a concentrare la luce
sull’oggetto), diaframma (regola la quantità di luce in transito verso l’alto), filtro ottico
(un disco di vetro violetto per sbiancare la luce gialla della lampada).
OPERAZIONI PRELIMINARI: uso di coloranti biologici, riduzione del tessuto in sezioni
sottili con il microtomo, includere il tessuto in cera o resina plastica per renderlo rigido.
⇒ Con il microscopio ottico si usa la luce naturale, si ottengono ingrandimenti 1000 – 1500
volte e un potere risolutivo di 0,2 micron.
⇒ Con il microscopio elettronico si utilizza la luce di un fascio di elettroni, il potere di
ingrandimento arriva fino a 100.000 volte, mentre il potere risolutivo è di 0,0002 micron
(0,2 nanometri), cioè 1000 volte maggiore.
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I PREPARATI MICROSCOPICI
L’oggetto da osservare va preparato in modo opportuno.
⇒ Poiché la luce sale dal basso, l’oggetto da osservare deve essere appoggiato su un vetrino
portaoggetti: una lastrina di vetro di circa 2 cm x 6 cm.
⇒ In secondo luogo, l’oggetto deve essere sottile, tagliato in fettine sottili con il microtomo.
⇒ In terzo luogo, l’oggetto deve essere colorato perché non si distinguerebbe nulla.
⇒ Infine, il tutto va coperto con una sottile laminetta di vetro detta vetrino coprioggetto.
Dopo aver terminato l’osservazione, il preparato può venire smontato, i vetrini lavati e
riutilizzati (= preparato estemporaneo).
Altre volte si rende il preparato permanente per rivederlo in seguito. A tale scopo si incolla il
coprioggetto con un mastice chiamato balsamo del Canada.
T.E.M. = microscopio elettronico a trasmissione con ingrandimenti fino a 600.000 volte, potere
risolutivo è di 0,0002 micron (0,2 nanometri), cioè 1000 volte maggiore. Si ottiene
un’immagine bidimensionale.
S.E.M. = elettronico a scansione. Si ottengono immagini tridimensionali; il potere risolutivo è
minore (10 nanometri), ingrandimenti anche di 30-50.000x, ma le immagini rivelano un mondo
tridimensionale, su schermo TV.
IL MICROSCOPIO STEREOSCOPICO (a tre dimensioni, visione globale e in rilievo)
E’ uno strumento molto utile a livello scolastico, ma poco diffuso.
Esso dà pochi ingrandimenti, ma permette una visione globale dell’oggetto e in rilievo.
L’oggetto non deve venire né tagliato né colorato. La luce può arrivare dal basso (luce
trasmessa), ma anche, aspetto interessante, dall’alto (luce riflessa), per cui si possono osservare
oggetti opachi.
L’obiettivo è doppio e offre pochi ingrandimenti: 0.5, 1, 3, 4, 5, 7 ….
L’oculare è pure doppio e assicura 10 ingrandimenti. Complessivamente, quindi,
l’ingrandimento totale va da 5 a 70x.
VISIONE GLOBALE DELLA CELLULA
La cellula dal punto di vista fisiologico (cioè funzionamento), è divisibile in quattro scomparti:
1. Quello informatico possiede le informazioni per la regolazione e la riproduzione della
cellula; è costituito dal DNA, dai cromosomi, e dal nucleo;
2. quello energetico fornisce l’energia (ATP) a tutto il sistema; è costituito dai cloroplasti e
dai mitocondri;
3. quello sintetizzatore riceve le istruzioni dal DNA e produce i materiali necessari alla
cellula; è costituito dall’RNA e dai ribosomi;
4. quello effettore assicura l’attività cellulare: scambi con l’esterno, movimenti, contrazione,
impulso nervoso, evidenziazione dei caratteri fisici personali. La membrana plasmatica
porta gli antigeni che danno alla cellula la sua individualità propria, la propria identità.
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ORGANIZZAZIONE CELLULARE
Le cellule non si accumulano in modo qualunque, ma si organizzano secondo tre modalità
principali:
1. Unicellulare: l’organismo è costituito da una sola cellula isolata e capace di vita
autonoma.
2. Coloniale: più organismi unicellulari si uniscono in gruppi (colonie) tenuti insieme dalla
fusione della parete cellulare; ogni organismo mantiene la sua individualità.
3. Pluricellulare: l’organismo è costituito da più cellule, incapaci di vivere isolate e legate
per il benessere di tutto l’organismo. Possiamo individuare due sottolivelli di organismi
pluricellulari:
• Organismi con tallo, con cellule uguali
• Organismi con cormo nei quali la differenziazione cellulare è notevole. Le cellule si
riuniscono in insiemi detti tessuti; ne sono esempi le piante. Anche gli animali hanno
una struttura pluricellulare, e le loro cellule formano i tessuti.
IL LABORATORIO DI BIOLOGIA
Un laboratorio di biologia non contiene soltanto i microscopi e i microtomi di cui abbiamo
parlato. Esso è provvisto anche di altri strumenti:
⇒ I banconi sono coperti di mattonelle in ceramica in modo che sia facile pulirli e non
vengano corrosi da acidi;
⇒ Sui banconi sono alloggiati i rubinetti per l’acqua e per il gas, al quale è collegato il
tipico fornello da laboratorio chiamato becco di Bunsen (15);
⇒ La vetreria è costituita da vari attrezzi di vetro:
Armadio e contenitori di reagenti
Acqua distillata
Provette cilindriche e allungate (fig 5)
Beker o bicchieri (9)
Beute dalla forma conica (8)
Capsule di Petri (3)
Cilindri graduati (6)
Matraccio e pallone (7)
Imbuto (10)
Bilancia (13)
Essiccatore (14)
Treppiede (16)
Burette lunghe e graduate con rubinetto alla base (17)
Pipette (18)
Pinze (19)
Crogiolo (20)
Mortaio (21)
Stufa termostata (a temperatura costante) per la coltivazione dei batteri (22).
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FUNZIONI DELLA CELLULA
Funzioni della vita autonoma: interessano l’organismo nei confronti di se stesso.
Sono:
1. la nutrizione, il cui significato è la conservazione della vita individuale. Consiste
nel prendere nutrimento dall’esterno in forma solida (fagocitosi) o in forma liquida
(pinocitosi). Fagocitosi + pinocitosi = metabolismo cellulare.
2. la riproduzione, mediante la quale l’organismo provvede alla conservazione della
specie.
•
Funzioni della vita di relazione: interessano l’organismo nei confronti degli esseri
con cui viene a contatto e dell’ambiente in cui vive. Sono:
1. il movimento: mediante ciglia e flagelli (strutture permanenti con modello 9+2) o
pseudopodi (estroflessioni temporanee del citoplasma).
2. l’eccitabilità: capacità di reagire agli stimoli.
•
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COSTITUZIONE
•
Reticolo endoplasmatico
Ribosomi
Apparato di Golgi
Mitocondri
Centrioli
Vacuolo e Plastidi
(vegetali)
Lisosomi, perossisomi
DI RELAZIONE
CITOPLASMA
•
•
•
•
•
•
FUNZIONI DELLA VITA
•
•
ECCITABILITA’ E
MOVIMENTO:
Percezioni di sensazioni
Reazioni alle sensazioni
MEMBRANA PLASMATICA
nutrizione
NUCLEO
Membrana nucleare
Succo nucleare
Nucleoli
Cromosomi (DNA + Proteine)
AUTONOMA
Pinocitosi
riproduzione
Fagocitosi
ATTIVITA’ DI LABORATORIO
OSSERVAZIONE DI CELLULE VEGETALI: spellatura di cipolla
STRUMENTI E MATERIALI
Microscopio ottico
Vetrini (portaoggetti
e coprioggetto)
Coltello
Pinzetta
Lametta
Contagocce
di Pasteur
/Pipetta
Blu di metilene
Acqua distillata
Cucchiaino
Cipolla
Tempo di esecuzione: mezz’ora per allestimento vetrini + mezz’ora per le osservazioni.
PROCEDIMENTO:
1. Staccare una squama della cipolla; incidere con la lametta un quadrato di 2 x 2 mm di
lato dalla parte interna carnosa. Prelevare, con la pinzetta, la pellicola di rivestimento.
2. stendere sul vetrino il frammento di cipolla. Aggiungere, con il contagocce, una goccia
di acqua distillata.
3. Mettere il vetrino coprioggetti.
4. Esaminare prima a piccolo e poi a forte ingrandimento, disegnando con uno schizzo ciò
che si vede.
Ripetere l’osservazione con un altro pezzettino di epidermide. Insieme all’acqua aggiungere
un po’ di blu di metilene. Annotazioni: quali strutture cellulari sono riconoscibili?
Rappresentare ciò che si vede.
5. Suggerimenti: le cellule vegetali si riconoscono facilmente perché presentano contorni
regolari a causa della parete cellulare.
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OSSERVAZIONE DI CELLULE ANIMALI: la mucosa boccale
Problema: evidenziare le differenze strutturali della cellula animale rispetto a quella
vegetale.
STRUMENTI E MATERIALI
Cucchiaino
Vetrini
Microscopio
Contagocce
Blu di metilene
Acqua
Tempo di esecuzione: mezz’ora
PROCEDIMENTO
⇒
⇒
⇒
⇒
⇒
Con il cucchiaino raschiare delicatamente la parete interna della guancia
Deporre il muco raccolto sul vetrino portaoggetti
Aggiungere al campione una goccia di colorante e mescolare
Coprire con vetrino coprioggetti
Osservare al microscopio a 10x e 40x: si noteranno cellule appiattite, dalla forma poligonale,
irregolare, con un nucleo centrale, più scuro. Elencare le differenze osservabili rispetto alla cellula
vegetale.
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