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Materiali sull’argomento “Gli organismi viventi” LiLu2: I cl. (settembre 2014)
Tiziano Terrani
Liceo di Lugano 2, 6942 SAVOSA
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Che cosa hanno in comune questi organismi?
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Il colore, la forma …?
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Per un biologo …
… la caratteristica essenziale e più
significativa è che sono tutti costituiti di cellule!
Questo fatto sfugge al senso comune (ed è sfuggito all’attenzione degli studiosi fino a inizio 19° secolo) per il semplice motivo che le cellule sono microscopiche!
Le basi della teoria cellulare furono poste verso il 1830: il perfezionamento dei microscopi, in particolare la correzione dell'aberrazione cromatica, permise di trovare analogie fra formazioni diverse come la cartilagine dei tessuti animali e le cellule vegetali. Gli autori che fecero queste osservazioni furono, nel biennio 1838-1839, Matthias Jacob Schleiden e Theodor Schwann, i quali sono considerati i veri ideatori della teoria cellulare per aver identificato nella cellula l'unità presente in tutti gli esseri viventi, piante (Schleiden) o animali (Schwann). Fu infine Rudolf Virchow nel 1858 a concludere che ogni cellula nasce da un'altra cellula preesistente ("Omnis cellula e cellula").
Da Wikipedia (7.7.14) modificato.
Approfondimento
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Le cellule dei vegetali
cellule della foglia
cellula fotosintetica con cloroplasti
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Le cellule degli animali
cellule dell’intestino
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Gli organismi viventi sono fatti di cellule
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La vita si manifesta nelle cellule
La cellula è l’unità strutturale e funzionale della vita!
Approfondimento: cellule eucariotiche e cellule procariotiche
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Gli organismi viventi sono costituiti da una o più cellule!
ORGANISMI VIVENTI
unicellulari (una sola cellula)
pluricellulari
(molte cellule: da poche centinaia a centinaia di migliaia di miliardi)
sono microscopici
sono di regola visibili a occhio nudo: macroscopici
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Come è fatta una cellula?
membrana cellulare
È una soluzione acquosa in cui si trovano (sciolte o in sospensione) molte sostanze inorganiche e organiche
l’informazione genetica (DNA)
Tutte le cellule hanno in comune le seguenti parti fondamentali!
È un involucro che delimita il citoplasma: fa contemporaneamente da confine (barriera) e interfaccia per gli scambi di materiali, energia e informazioni fra l’ambiente interno e l’ambiente esterno.
Contiene tutte le istruzioni riguardanti la struttura ed il funzionamento della cellula
citoplasma
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Come è fatta una cellula?
parete cellulare
È molto più spessa e robusta della membrana cellulare; conferisce alla cellula una forma più stabile; è permeabile alla maggior parte delle sostanze ed è impregnata di acqua.
Quasi tutte le cellule (ad eccezione di quelle animali) posseggono un secondo involucro, esterno alla membrana cellulare!
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Le dimensioni delle cellule
Le cellule sono microscopiche, avendo (di regola) dimensioni inferiori a 0.1 mm
Esistono però due categorie fondamentali di cellule che si caratterizzano anche per le differenti dimensioni:
cellule procariotiche
cellule eucariotiche
mediamente* ca. 1-2 μm (millesimi di millimetro)
mediamente* fra 15 e 100 μm (millesimi di millimetro)
In natura esistono sempre delle eccezioni: alcuni batteri (procariotici) hanno una lunghezza di oltre 10 μm, mentre i globuli rossi umani (eucariotici) hanno un diametro di appena 7.2 μm!
*
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Differenze fra cellule eucariotiche e procariotiche*
Oltre che per le dimensioni, questi due tipi di cellule si differenziano nella loro organizzazione interna: le cellule eucariotiche posseggono una compartimentazione del citoplasma che si realizza con la presenza di membrane interne che delimitano i cosiddetti organelli cellulari.
organelli cellulari
nucleo cellularePuò essere considerato un organello cellulare che delimita il DNA rispetto al citoplasma!
* Il termine eucariotico significa, letteralmente, con un nucleo evidente, ben formato (da eu = bene e karion = nucleo)
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16LiLu2, TT/04 Cellula 16
Cfr. tra cellule eucariotiche e cellule procariotiche
batteri sulla superficie di una
cellula della mucosa boccale
Fotografia dal microscopio ottico (I.O. = 1000 x)
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Gli unici organismi con cellule procariotiche sono i batteri
ORGANISMI VIVENTI
unicellulari
pluricellulari le loro cellule sono eucariotiche
batteri
protozoi, alghe unicellulari, funghi unicellulari, …
piante, animali e funghi
la loro cellula è eucariotica
la loro cellula è procariotica
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Organismi unicellulari
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Esempio (modello) di cellula eucariotica animale
Collegamento a La cellula
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Esempio (modello) di cellula eucariotica vegetale
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21LiLu2, TT/04 Cellula 21
Modello di cellula batterica (procariotica)
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L’ambiente esterno di una cellula
ambiente esterno
per poter essere metabolicamente attiva, una cellula deve essere immersa in
una soluzione acquosa
Tenuto conto delle loro dimensioni microscopiche delle cellule, è evidente che bastano piccolissime quantità di acqua per rendere possibile la vita delle cellule!
Un batterio immerso in uno strato di acqua di 0.1 mm è paragonabile ad un uomo immerso in un lago profondo 50 m!
È per questa ragione che nel suolo possono vivere miliardi di microrganismi!
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Come funziona una cellula?
Nella cellula la maggior parte della massa è rappresentata dall’acqua (il “solvente della vita”). Una piccola percentuale è data dai sali minerali e altri composti inorganici, mentre il resto è formato da composti organici, principalmente:
PROTEINE
GRASSI
CARBOIDRATI
ACIDI NUCLEICI (DNA, RNA)
Fondamentalmente una cellula deve mantenere integre le sue componenti, ricostruendo quelle difettose o consumate, in certe fasi della sua esistenza aumenta il proprio volume e a dipendenza della sua specializzazione svolge determinate funzioni (cellule contrattili, cellule ghiandolari, cellule nervose, …) e naturalmente si riproduce. Per fare tutto ciò al suo interno avvengono innumerevoli reazioni chimiche che trasformano il cibo che la cellula ha assorbito nei materiali cellulari e in quelli necessari a svolgere la sua funzione. Naturalmente la cellula ha anche costantemente bisogno di energia che si procura nell’ambiente esterno. L’insieme delle reazioni chimiche che avvengono nel citoplasma è chiamato metabolismo. L’incessante lavorìo chimico produce anche materiali di scarto che la cellula deve espellere nell’ambiente esterno.
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materiali
energia
informazioni
Come funziona una cellula?
cibo, ossigeno e stimoli ambientali
materiali
energia
informazioni
scarti metabolici, calore e segnali per
altre cellule
trasformazioni chimiche =
metabolismo
l’informazione genetica dice quali trasformazioni devono
essere fatte!
Fondamentalmente le cellule devono ricevere materiali, energia e informazioni dall’ambiente esterno per poter funzionare.
Possiamo considerare cibo (nutrimento) tutto ciò che entra nelle cellule allo scopo di consentire il mantenimento della struttura cellulare e la sua funzionalità.
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Vivere?
Vivere significa far giungere alle cellule tutto ciò che occorre per mantenere la loro struttura (come sono fatte) e per farle funzionare (trasformano al loro interno molte sostanze e ne costruiscono di nuove, soprattutto proteine: metabolismo cellulare) e per permettere loro di riprodursi.
RIPRODUZIONE CELLULARE
ACCRESCIMENTO CELLULARE
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Virus?
NON hanno struttura cellulare!
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27LiLu2, TT/04 Cellula 27
ca. 30 μm
Cellule eucariotiche, procariotiche e virus
cellula umana(eucariotica)
cellula batterica(procariotica)
virus
ca. 1-2 μm
0.1- 0.2 μm
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28TT/2011-2012 Corpo umano: introduzione e generalità 28
Composizione chimica degli organismi viventi?
carboidrati (zuccheri o glucidi)proteinegrassi (lipidi)acidi nucleicivitamine, …
acqua, sali minerali vari ed elementi in traccia sostanze inorganiche
sostanze organiche
= « composti del carbonio »
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Confronto fra le dimensioni cellulari e quelle molecolari
una molecola di acqua è lunga ca. 0.4 nm
una cellula intestinale è lunga ca. 30 μm
ingrandendo 50 milioni di volte (x 5.107) la molecola di acqua si otterrebbe un modello dove la molecola è lunga 2 cm
0 1 2
ingrandendo 50 milioni di volte (x 5.107) la cellula intestinale si otterrebbe un modello dove la cellula è alta 1.5 km!
Cellula intestinale ingrandita 50 milioni
di volte
Golfo di Agno
1 km
0 1 2
cm
Molecola d’acqua ingrandita 50 milioni
di volte