Esperienza di Laboratorio: “Gocce d’acqua per un giorno” Argomen( tra,a(: La biologia dell’invisibile (unità di misura -­‐ la cellula animale e vegetale) Il microscopio ottico I 5 regni I microrganismi acquatici: Batteri – Protozoi -­‐ Alghe Cosa andremo ad osservare (scheda di laboratorio) Quanto è piccola una cellula? Il volume della cellula può variare da 1 μm3 a 1000 μm3. • Le cellule possono essere procario(che o eucario(che Le cellule procariotiche ed eucariotiche possiedono due strutture comuni: • la membrana plasmatica; • il citoplasma. Le cellule procariotiche sono molto più piccole di quelle eucariotiche e hanno una struttura di base più semplice. Le cellule procariotiche sono comparse per prime Le cellule procariotiche (da pro, prima e karyon, nucleo) sono prive di un nucleo racchiuso da una membrana. Gli organismi unicellulari costituiti da cellule procariotiche, i procarioti, sono classificati in due domini: • Archaea (archei); • Bacteria (batteri). Le cellule eucariotiche contengono organuli specializzati Le cellule eucariotiche (da eu, buono, e karyon, nucleo) hanno un nucleo delimitato da una membrana ben distinta, che racchiude il DNA. Gli organismi eucariotici, ossia protisti, funghi, piante e animali, fanno tutti parte del dominio degli Eukarya (eucarioti). La cellula procariotica La cellula procariotica ha dimensioni tra 1 e 10 μm. Archei e batteri sono organismi formati da cellule procariotiche. Caratteristiche di un procariote Una cellula procariote non ha un vero e proprio nucleo ma un nucloide o zona nucleare che è come un gomitolo immerso nel citoplasma. Non ha veri e propri organelli, infatti sono cellule prive di compartimentazione; però ci sono delle vescicole, che sono delle protuberanze della membrana (detta plasmalemma). Le funzioni biochimiche avvengono sulle pieghe del plasmalemma. Caratteristiche di un procariote Parete cellulare e capsula l
Membrane interne l
Flagelli e pili l
La cellula eucariotica Ha dimensioni comprese tra 10 e 100 μm. Protisti, vegetali, funghi e animali sono organismi formati da cellule eucariotiche. Ed ha una struttura molto più complessa di quella procariotica Gli organuli degli eucarioti L’interno della cellula eucariotica è caratterizzata dalla presenza degli organuli, compartimenti delimitati da membrane, all’interno dei quali avvengono determinate reazioni chimiche. La struttura di una cellula animale La struttura di una cellula vegetale Oganuli per la sintesi e l’assemblaggio Nucleo Sintesi “traduzione”: acidi nucleici Assemblaggio “unione”: ribosomi Reticolo endoplasmatico ruvido e liscio Sintesi: proteine; lipidi Apparato di Golgi Modifica delle proteine Oganuli per la sintesi e l’assemblaggio Nucleo Sintesi: acidi nucleici Assemblaggio: ribosomi L’informazione genetica necessaria per sintetizzare le proteine è contenuta nel nucleo. Tale informazione viene trasmessa da una generazione alla successiva dai geni, che si possono considerare le «unità ereditarie» della cellula. Essi sono costituiti da DNA e si trovano nei cromosomi. Oganuli per la sintesi e l’assemblaggio Reticolo endoplasmatico ruvido e Liscio Sintesi: proteine; lipidi Il reticolo endoplasmatico ruvido (RER) è contraddistinto dalla
presenza di ribosomi sulla membrana e sintetizza le proteine. Il reticolo endoplasmatico liscio (REL) non presenta ribosomi alla superficie e sintetizza lipidi di vario tipo. Proteine e lipidi vengono inglobati all’interno di vescicole di trasporto e diretti all’apparato di Golgi. Oganuli per la sintesi e l’assemblaggio Apparato di Golgi Modifica e confeziona le proteine Transitando nell’apparato di Golgi, proteine e lipidi subiscono degli interventi e trasformazioni sostanziali. Le sostanze vengono quindi impacchettate in vescicole di trasporto e dirette verso la membrana plasmatica, dove avrà luogo la secrezione (o esocitosi). Organuli per la demolizione Lisosoma Perossisoma Vacuolo Organuli per la demolizione I lisosomi contengono enzimi che digeriscono le macromolecole e i rifiuti cellulari. I perossisomi hanno un aspetto simile a lisosomi svuotati e demoliscono gli acidi grassi. Nei vacuoli delle piante vengono accumulate sostanze di riserva (acqua, zuccheri, sali); essi hanno inoltre funzione di sostegno mantenendo il turgore. Cellula animale Cellula vegetale Organuli che trasformano l’energia I cloroplasti e i mitocondri sono le «centrali energetiche» cellulari. Tali organuli gestiscono la produzione di energia tramite i processi di fotosintesi e respirazione. Organuli che trasformano l’energia Mitocondrio C6H12O6 + 6O2 glucosio ossigeno Gli organismi eucariotici producono energia (ATP) attraverso il processo della respirazione cellulare, che consente di liberare l’energia immagazzinata nel glucosio usando ossigeno. La formula chimica della respirazione è: 6CO2 + 6H2O anidride carbonica acqua I mitocondri demoliscono i carboidrati e producono ATP La respirazione cellulare ha sede nei mitocondri. Essi sono suddivisi in comparti: la membrana esterna, lo spazio intramembrana, la membrana interna, le creste e la matrice. Il glucosio viene demolito nella matrice, mentre nelle creste si produce l’ATP. Organuli che trasformano l’energia I Cloroplasti catturano l’energia solare e producono carboidrati Le piante e le alghe usano l’energia del Sole per produrre carboidrati (glucosio) e ossigeno a partire dall’anidride carbonica e dall’acqua, attraverso il processo della fotosintesi. La formula chimica della fotosintesi è: 6CO2 + 6H2O anidride carbonica acqua C6H12O6 + 6O2 glucosio ossigeno Il Microscopio: A cosa serve ? Il microscopio è uno strumento che rende visibili gl
i oggetti più piccoli. Il microscopio compie tre operazioni: 1) Ingrandimento: l’immagine del campione è ingrandita 2) Risoluzione: i dettagli nell’immagine sono separati 3) Contrasto: i dettagli sono resi visibili all’occhio umano o ad altri strumenti atti a rilevarli Tanto piccolo da usare il microscopio Lo strumento che ci consente di osservare le cellule più piccole di 0,1 mm è il microscopio. Tanto piccolo da usare il microscopio Il più piccolo oggetto che l’occhio umano riesce a distinguere misura 0,2 mm, cioè 200 μm, per andare oltre bisogna usare i microscopi. Cosa ci permette di osservare il microscopio? Il microscopio ottico composto (LM) si avvale della luce e di un sistema di lenti per ingrandire le immagini. Il limite di risoluzione è di 0,2 μm. Nel microscopio elettronico a trasmissione (TEM), il campione è investito da un fascio di elettroni (lunghezza d’onda minore della luce). Le immagini sono quindi a risoluzione più fine: il TEM più potente arriva a 0,1 nm. Il microscopio elettronico a scansione (SEM) raccoglie e mette a fuoco gli elettroni che sono dispersi dalla superficie del campione, generando un’immagine tridimensionale. Ha un potere di risoluzione di 10 nm. Le componenti del microscopio: parte meccanica e parte ottica • La parte meccanica è composta da: -­‐ uno stativo, che costituisce un sostegno centrale metallico su cui sono inseriti gli altri pezzi; lo stativo poggia su una pesante base; -­‐ un tavolino porta oggetti, con apertura al centro per consentire alla luce di passare e attraversare il vetrino; -­‐ il tubo ottico: in cui sono inseriti i due sistemi di lenti (oculare e obiettivo); Le componenti del microscopio: parte meccanica e parte ottica • La messa a fuoco dell'immagine viene effettuata mediante: -­‐ una vite macrometrica, che consente gli spostamenti verticali del tubo ottico; -­‐ una vite micrometrica, che consente solo minimi movimenti verticali del tubo ottico. Le componenti del microscopio: parte meccanica e parte ottica • La parte ottica è costituita da: -­‐ 2 sistemi di lenti: obiettivo e oculare; l'obiettivo è inserito nella parte più bassa del tubo ottico, in prossimità del preparato; l'oculare è alla sommità del tubo ottico; i microscopi ottici possono essere dotati di 1 o 2 oculari (si diranno per questo: monoculari o binoculari); possono poi essere presenti vari obiettivi, inseriti in un supporto a revolver, che può essere ruotato (si usa un obiettivo per volta); -­‐ apparato di illuminazione: può essere costituito da una semplice lampada inserita direttamente alla base,o da uno specchietto a due facce, orientabile, per convogliare i raggi luminosi verso il • Potere di ingrandimento Esistono oculari con diverso potere d'ingrandimento; di solito si utilizza il 10x (che significa che l'immagine è ingrandita 10 volte), ma possono essere impiegati anche oculari diversi. Anche gli obiettivi possono avere diverso potere di ingrandimento, per esempio: 4x, 10x, 40x, 100x. La capacità di ingrandimento di un microscopio dipende dai sistemi di lenti impiegati e si ottiene moltiplicando il potere di ingrandimento dell'obiettivo per quello dell'oculare. Es.: oculare 10x e obiettivo 40x = potere di ingrandimento 400x (questo significa che le dimensioni reali dell'oggetto appariranno ingrandite di 400 volte). I 5 regni • I microrganismi acquatici che osserveremo sono: Batteri -­‐ Protozoi -­‐ Alghe • Le Monere: Batteri – Alghe azzurre sono organismi unicellulari talvolta mobili grazie a sottili filamenti, o striscianti. Possono essere agenti patogeni: -­‐ esempi di malattie batteriche sono la tubercolosi, il tetano, il colera, la polmonite -­‐ si combattono con gli antibiotici. Negli esseri umani, spesso non hanno effetti negativi o sono addirittura utili. Svolgono funzioni utili per i viventi: -­‐ alcuni batteri metabolizzano l'azoto gassoso dell'atmosfera; -­‐alcuni batteri demoliscono sostanze organi-­‐che e rifiuti. Vivono in tutti gli ambienti. Sono resistenti a condizioni ambientali avverse. • I Protisti : Protozoi (Flagellati, Ameba, Ciliati) – Alghe unicellulari (Volvox, Euglena) sono organismi unicellulari, mobili, di dimensioni talvolta cospicue. Sono formati da una sola cellula di tipo eucariotico. Vivono tutte in ambienti umidi e acquatici Molte sono specie parassite -­‐ alcune sono pericolose per gli esseri umani (per es. Trypanosoma e Plasmodium) Molti protisti sono capaci di fotosintesi, e vengono detti protofiti, altri sono eterotrofi e vengono detti protozoi. Producono gameti mobili. Talvolta costituiscono comunità pluricellulari, ma mai tessuti. I Funghi sono formati da cellule isolate o riunite in filamenti (ife). Possono essere patogeni di animali e piante. Svolgono ruoli fondamentali in natura -­‐ producono la penicillina -­‐ servono per lievitare il pane e per ottenere il vino -­‐ demoliscono i materiali organici dei rifiuti animali e vegetali -­‐ cooperano con le piante in associazioni benefiche Possono formare pseudotessuti e strutture multicellulari complesse. In natura vivono negli strati superficiali del suolo. • Le Piante: Alghe pluricellulari (verdi,dorate,rosse) sono organismi pluricellulari fotosintetici formati da tessuti; sono prevalentemente terrestri. La colonizzazione delle terre emerse è stata resa possibile dalla formazione di tessuti e sistemi di rivestimento in grado di evitare l’essiccamento. L’altra strategia di adattamento riguarda la formazione di strutture in grado di reperire gli elementi indispensabili allo sviluppo: H2O, Sali minerali luce e CO2 Gli Animali comprende organismi molto diversificati tra loro. Sono organismi pluricellulari eterotrofi, formati da tessuti. Producono gameti, quello maschile è munito di flagello ed è mobile. Le loro cellule sono prive di parete, per lo più contrattili Caratteristica la presenza di una simmetria corporea -­‐ simmetria bilaterale -­‐ simmetria raggiata Colonizzano tutti gli ambienti: aria, acqua e terra. • Cosa andremo ad osservare (scheda di laboratorio) • Cosa andremo ad osservare (scheda di laboratorio) FINE ora tocca a voi e …….buona caccia !!!
