1

La cellula

2

Che cosa hanno in comune gli esseri viventi?

Compila la tabella indicando se i nomi riportati appartengono a viventi o ai non viventi, spiega

perché i non viventi sono stati definiti tali

Vivente Non

vivente

Perché non vivente?

Vulcano

Albero

Gallina

Tappo di sughero

Virus

Tavolo di legno

Fiore

Sasso

3

HISTORY OF THE DISCOVERY OF THE CELLS TO THE MODERN MODEL

Man took (1) a long time to understand that the fundamental singularities of all

living beings are cells.

In 1665 an English scientist and inventor, Robert Hooke, watching a piece of cork through a

rudimentary microscope, discovered (2) that it is composed by many minuscule boxes, very

similar to the monks’ cells in the monasteries (the word “cell” comes from this similitude).

With his optical instruments, however, he is not able to realize what these cells are and how

they are connected to the life of the whole plant.

In 1673 an important contribution to the cells study comes from the Dutch inventor Anton van

Leeuwenhoek, who, at London Royal Society, talks about his observations of the red blood cells,

of sperm and of myriads of microscopic “animalcules”, present in ponds.

More than a century passes before biologists start to understand the role of cells in living

beings.

At the beginning scientists studied only plants cells, animal cells were studied around 1830,

when a German zoologist, Theodor Schwann, noticed that in the cartilage there are cells very

similar to ones in plants.

In 1839 Schwann, after studying these cells for a long time, put forward (3) the theory that

the cells are the constituent elementary particles of plants and animals.

During 1800’s, a German botanist, Mattias Schleiden, improved his theory saying :” It is easy

to understand that the life processes of individual cells are certainly the first basis of life,

absolutely essential and fundamental.

After few years, along with the improvements of observational tools, some biologists notice

that living cells can increase their dimensions and divide themselves into smaller cells, but

always as living cells.

In 1860 an Austrian pathologist, Rudolf Virchow wrote (4): “ Each animal looks like the sum of

vital units. Each vital unit owns all the features of life”. Moreover, he also said that all cells

come from cells!

The three principles of modern CELL THEORY arise directly from Virchow’s statements:

a) Each living organism is composed of one or more cells.

b) The cells are the functional unit of the living organism.

c) All cells come from pre-existing cells.

(1) Ha impiegato

(2) Scoprì

(3) Formulò

(4) Scrisse, ha scritto

4

Storia della scoperta delle cellule fino al modello odierno

https://it.wikipedia.org/wiki/Teoria_cellulare

1.

www.luzzago.it/index.php/download_file/view/2778/1028/

L’uomo ha impiegato molto tempo a comprendere che l’unità fondamentale di ogni essere vivente

è la cellula. Nel 1665 lo scienziato e inventore inglese Robert Hooke guardando con un

microscopio rudimentale un sottile pezzo di sughero scoprì che era formato da tante piccolissime

scatole, simili alle stanzette a cella dei monaci nei monasteri (da qui il termine “cellula”). Con gli

strumenti ottici che aveva a disposizione egli, però, non era in grado di spiegare che cosa fossero

queste cellule e in che modo fossero correlate alla vita dell’intera pianta. Un grosso contributo allo

studio delle cellule venne nel 1673 dall’inventore olandese Anton van Leeuwenhoek il quale riferì

alla Royal Society di Londra le sue osservazioni sui globuli rossi, sullo sperma e su miriadi di

microscopici “animaluncoli” presenti nell’acqua degli stagni. E’ passato poi più di un secolo prima

che i biologi cominciassero a capire il ruolo delle cellule negli esseri viventi. All’inizio oggetto di

studio erano le cellule vegetali, le cellule animali furono studiate solo intorno al 1830 circa, quando

lo zoologo tedesco Theodor Schwann osservò che la cartilagine conteneva cellule che ricordavano

esattamente quelle delle piante. Nel 1839 Schwann dopo aver studiato tanto le cellule, era

sufficientemente convinto della sua teoria, secondo la quale le cellule erano le particelle elementari

costitutive di piante e animali. Alla metà dell’Ottocento, il botanico tedesco Mattias Schleiden

perfezionò la teoria dicendo: “E’ facile intuire che i processi vitali delle singole cellule sono

certamente la base prima, assolutamente indispensabile e fondamentale della vita”.

Nel giro di alcuni anni, grazie anche al perfezionamento degli strumenti di osservazione, alcuni

biologi osservavano che le cellule viventi potevano crescere di dimensioni e dividersi in cellule

più piccole, ma pur sempre vive. Nel 1860 il patologo austriaco Rudolf Virchow scrisse: “Ogni

animale appare come la somma di unità vitali, ciascuna delle quali reca in sé tutte le caratteristiche

della vita”. Inoltre disse che tutte le cellule derivano da cellule!

I tre principi della moderna TEORIA CELLULARE discendono direttamente dalle affermazioni

di Virchow:

1. Ogni organismo vivente è costituito da una o più cellule.

2. Le cellule sono le unità funzionali degli organismi viventi

3. Tutte le cellule provengono da cellule preesistenti.

5

Livelli di organizzazione della materia sulla Terra

La vita ha una base chimica ma le sue specifiche qualità si esprimono solo a partire dal livello

cellulare. Le interazioni tra i costituenti di ciascun livello e dei livelli inferiori consentono lo sviluppo

dei livelli superiori

Biosfera Parte della Terra abitata da organismi

viventi che comprende sia componenti

viventi che non viventi

Ecosistema Insieme di una o più comunità e

dell’ambiente fisico in cui vive

Comunità Due o più popolazioni di specie

diverse che vivono e interagiscono

nella medesima area

Popolazione Gruppo di organismi della stessa

specie che vivono nella stessa area

Specie Organismi molto simili

potenzialmente interfecondi

Organismo

multicellulare

Singolo essere vivente formato da

molte cellule

Sistema di

organi

(apparati)

Insieme di due o più organi che

cooperano per svolgere una specifica

funzione del corpo

sist. nervoso

app. circolatorio

Organo Struttura di un organismo, formata in

genere da più tessuti, organizzati in un

unità funzionale

cervello cuore

Tessuto Gruppo di cellule (molto simili) che

svolgono una funzione specifica

epitelio

Cellula La più piccola unità vivente

neurone

Organulo Struttura contenuta in una cellule

adibita ad una funzione specifica

mitocondrio cloroplasto

Molecola Combinazione di atomi

acqua zucchero DNA

Atomo La più piccola parte di un elemento

che ne conservi le proprietà chimiche

e fisiche

atomo

Particella

subatomica

Particella costituente dell’atomo

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Caratteristiche dei viventi

L'osservazione e la ricerca biologica hanno individuato alcune caratteristiche fondamentali:

• L'unità elementare, di base, della vita è la cellula; vi sono poi livelli di organizzazione di

complessità crescente a partire da quello cellulare. La struttura e le funzioni dei viventi sono

strettamente correlate.

• Gli esseri viventi crescono e si sviluppano. La crescita consiste in un aumento della sostanza

vivente; essa è dovuta alla moltiplicazione del numero delle cellule e al loro sviluppo, cioè la

formazione di strutture specializzate grazie alle quali viene raggiunta l'organizzazione tipica

dell’organismo.

• Gli organismi hanno la capacità di riprodursi, generando individui simili a sé.

• Gli organismi prelevano dall'ambiente sostanze ed energia che utilizzano in vario modo. Essi

inoltre hanno capacità di mantenere un ambiente interno costante anche al variare dalle condizioni

ambientali esterne.

• Gli organismi percepiscono gli stimoli e le variazioni ambientali (sensibilità) e sono capaci di

dare a essi risposta.

• Organismi anche molto semplici sono capaci di compiere movimenti autonomi.

• Le varietà di forme di vita presenti oggi sul nostro Pianeta si sono evolute da organismi più

semplici e questi a loro volta da cellule organizzatesi in tempi remoti.

Ogni essere vivente quindi, compie un ciclo grazie alle funzioni vitali

ESSERI VIVENTI

NASCONO

CRESCONO

MUOIONO

Grazie alle

funzioni vitali

Compiono

un ciclo

vitale

ciclo

Movimento

Utilizzano ossigeno per

ricavare energia dagli

zuccheri

Utilizzano sostanze per

crescere, svolgere le

funzioni vitali e produrre

energia

Producono organismi

simili a se stessi

Producono risposte ai

cambiamenti

dell’ambiente

Reazione

agli stimoli Respirazione Nutrizione Riproduzione

7

La cellula

La cellula è un essere vivente o una sua parte, quindi svolge tutte le funzioni dei viventi.

Le dimensioni della maggior parte delle cellule variano da uno ad alcune decine di micrometri (millesima

parte di un millimetro), il che le rende solitamente non identificabili ad occhio nudo. Un globulo rosso ad

esempio ha un dimetro di otto micrometri, questo significa che in un millimetro quadrato ne entrerebbero

quasi sedici. Fanno eccezione le uova, infatti esse sono le cellule più grandi, quelle di struzzo raggiungono

le dimensioni di una palla da baseball.

La cellula è delimitata dalla membrana cellulare che la protegge e media i suoi scambi con

l’ambiente esterno.

Al suo interno, immerse in una matrice gelatinosa, il citoplasma, si trovano delle strutture che

svolgono tutte le funzioni vitali:

a. nucleo: contiene le informazioni per il funzionamento della cellula.

b. mitocondri: producono energia.

a. ribosomi: producono le proteine necessarie a costruire, far funzionare e far comunicare la

cellula.

b. reticolo endoplasmatico e apparato di Golgi: modificano le proteine prodotte dai ribosomi,

producono altre sostanze e le trasportano dove necessario.

c. lisosomi: degradano la sostanze inutili interne alla cellula.

d. centrioli: guidano la divisione cellulare.

NUCLEO RETICOLO ENDOPLASMATICO

CENTRIOLI

MITOCONDRIO

APPARATO DI GOLGI

LISOSOMI

CITOPLASMA

MEMBRANA CELLULARE

8

La membrana plasmatica Si può immaginare la membrana plasmatica o cellulare di una cellula come un guardiano che

permette il passaggio solo di sostanze specifiche e di messaggi dall’ambiente esterno a quello

interno della cellula. Svolge diverse funzioni:

isola il citoplasma dall’ambiente esterno,

regola lo scambio di materiali tra il citoplasma e l’ambiente esterno,

permette la comunicazione tra le cellule,

identifica la cellula come appartenente ad una determinata specie

Si tratta di compiti formidabili per strutture molto sottili, mettendone 10.000 in pila uno sopra

l’altra non raggiungerebbero lo spessore di un foglio di carta. La chiave del funzionamento della

membrana si trova nella sua struttura. Le membrane non sono dei semplici “fogli” omogenei ma

delle strutture complesse costituite da parti differenti che svolgono funzioni molto diverse.

Tutte le membrane di una cellula hanno una struttura simile, sia quella plasmatica sia quelle che

delimitano il nucleo e gli organuli. Per spiegare la struttura delle membrane si può usare il modello

a mosaico fluido, elaborato dai biologi Singer e Nicolson nel 1972, secondo il quale la membrana

è costituita da un “mare” di sostanze chiamate fosfolipidi (il fluido) nel quale galleggiano le

proteine (mosaico). In un fosfolipide si distinguono due parti: una testa che può legarsi con le

molecole di acqua e una coda che invece non si lega con le molecole di acqua.

Le cellule viventi sono sempre circondate di acqua, lo stagno dove vive un’ameba o il fluido che

c’è tra le cellule di un organismo animale. Anche il citoplasma è in massima parte composto di

acqua per cui si può dire che la membrana separa il citoplasma acquoso da un ambiente esterno

acquoso. Per questo motivo i fosfolipidi si sistemano spontaneamente in un doppio strato in cui le

teste sono rivolte verso gli ambiente acquosi e le code verso l’interno.

I fosfolipidi così sistemati sono responsabili della prima funzione della membrana, l’isolamento

del citoplasma dall’ambiente esterno. La membrana contiene anche altre sostanze come il

colesterolo e le proteine che svolgono numerose funzioni che permettono alla cellula di

comunicare e interagire con l’ambiente esterno. Ci sono proteine di trasporto, proteine che

ricevono degli stimoli e proteine di riconoscimento che funzionano da “carta di identità” della

cellula.

GUARDA IL VIDEO: YOU TUBE → Biologia Cellulare - La Membrana (Mondadori-

Le Scienze, 1991).avi

9

Citoplasma Il citoplasma è una massa gelatinosa non omogenea ed occupa più del 50% del volume cellulare.

In esso sono disciolti zuccheri, proteine, sali minerali ed altre sostanze.

Al suo interno vi sono alcuni organuli che collaborano alla vita della cellula ognuno dei quali svolge una

particolare funzione.

All’interno del citoplasma avvengono la maggior parte delle attività cellulari e viene prodotta l’energia

necessaria per la vita della cellula.

Tra questi organuli vi sono: nucleo, mitocondri, ribosomi, reticolo endoplasmatico, apparato del Golgi,

lisosomi, vacuoli…

GUARDA IL VIDEO: YOU TUBE → Biologia Cellulare - Il Citoplasma (Mondadori-Le

Scienze, 1991).avi

Centrioli I centrioli sono dei cilindretti cavi lunghi 0,5 micron e larghi 0,2, si trovano in coppie e si

dispongono generalmente uno perpendicolarmente all’altro.

La loro funzione è quella di guidare la disposizione dei

vari organuli nel corso della riproduzione cellulare.

Questo fenomeno, detto mitosi, richiede una grande

attenzione a fare sì che da una cellula madre si formino

due cellule figlie identiche e per ottenere questo risultato

è necessario che a ciascuna di esse vadano tutti i

componenti necessari a svolgere le funzioni vitali.

10

Nucleo

Il nucleo è l’organulo che regola e guida tutte le funzioni della cellula.

Esso è avvolto da una membrana simile a quella citoplasmatica che però presenta dei grossi pori

che consentono il passaggio di molte molecole.

Il nucleo può essere paragonato ad un libro delle istruzioni, custodito dentro ad una scatolina, da

cui possono uscire delle copie delle varie ricette, destinate alle varie parti della cellula che ne

interpretano il messaggio.

Le istruzioni sono scritte secondo un linguaggio molto particolare, su delle molecole di DNA

(Acido DesossiriboNucleico). Ogni molecola di DNA viene detta cromosoma e può assumere

diverse forme a seconda della fase vitale della cellula.

Quando la cellula sta per rirprodursi, il libro delle istruzioni non deve essere letto per cui ciascuna

molecola di DNA si impacchetta in modo molto preciso e ordinato a formare una specie di

bastoncello. Ogni cromosoma diventa riconoscibile degli altri proprio grazie a questa forma

caratteristica.

Quando invece la cellula deve svolgere le sue funzioni ha bisogno delle istruzioni scritte sulle

molecole di DNA, per cui esse non devono essere impacchettate, ma devono avere delle zone

leggibili. In questa fase le singole molecole non si distinguono tra loro e tutto il DNA sembra un

gomitolo disordinato che si colora in modo spiccato in presenza di particolari sostanze e per questo

viene detto cromatina. Le parti di DNA utili alla cellula vengono trascritte su dei messaggeri, che

escono dal nucleo e vengono tradotte nel citoplasma dai ribosomi.

GUARDA IL VIDEO: YOU TUBE → Biologia Cellulare - Il Nucleo Mondadori-Le

Scienze.avi

NUCLEO CROMATINA

CROMOSOMI NON

IMPACCHETTATI

CROMOSOMI

IMPACCHETTATI

11

Ribosomi

I ribosomi sono piccoli corpuscoli di forma rotondeggiante dal diametro di 120-150 Ǻ (armstrong

la decimillesima parte del micrometro).

Essi producono proteine utilizzando le informazioni

provenienti dal nucleo (RNA messaggero) in un processo

detto di traduzione.

I ribosomi possono trovarsi in due diverse posizioni: liberi nel

citoplasma o adesi al reticolo endoplasmatico.

Ogni ribosoma è formato da due subunità a loro volta formate

da proteine e RNA.

Reticolo endoplasmatico Il reticolo endoplasmatico è una rete di tubuli e cisterne comunicanti che si sviluppa attorno al

nucleo.

Una parte di questo reticolo è ricoperta da ribosomi, è formata da

cisterne e viene detta rugosa, mentre la parte che non presenta

granulosità è formata da tubuli e viene detta liscia.

La funzione del reticolo rugoso è quella di produrre proteine

(grazie ai ribosomi) destinate ad essere incorporate nella

membrana di alcuni organuli o a svolgere dei compiti all’esterno

della cellula dopo essere passate dall’apparato di Golgi.

Il reticolo liscio invece produce lipidi, degrada sostanze tossiche e

accumula o rilascia ioni calcio.

Apparato di Golgi L’apparato di Golgi è formato da tre o quattro cisterne appiattite disposte parallelamente e

leggermente concave. Intorno ad esse si osservano delle piccole vescicole, alcune provengono dal

reticolo endoplasmatico e si fondono tra loro a formare le

cisterne esterne, altre si distaccano dalle cisterne interne.

Tra queste alcune si dirigono verso la membrana

cellulare, con la quale si fondono riversando il loro

contenuto all’esterno della cellula in un processo detto

esocitosi. Altre vescicole si accumulano all’interno della

cellula e vengono poi riversate al suo esterno quando essa

riceve il segnale, in un processo detto secrezione. Altre

ancora formano organuli detti lisosomi.

reticolo rugoso

reticolo liscio

ribosomi

ribosoma messaggero

proteina

nucleo

12

Lisosomi

Alcune proteine fabbricate nel reticolo endoplasmatico e inviate all’apparato di Golgi sono enzimi

digestivi capaci di demolire proteine, grassi e altre sostanze. L’apparato di Golgi ha il compito di

accumulare questi enzimi nei lisosomi, vescicole rivestite da una sottile membrana che

intervengono proprio nella demolizione di particelle di varia natura, dalle proteine ai

microrganismi.

I lisosomi hanno il compito quindi di digerire, cioè di decomporre in parti più semplici, le sostanze

che la cellula ingloba e sono incaricati anche di distruggere organuli cellulari difettosi o che

funzionano male, riciclando i materiali utili.

Mitocondri

I mitocondri occupano in media il 22% del volume cellulare. Generalmente hanno una forma

allungata a bastoncino e sono lunghi 1- 4 μm ed hanno un diametro di circa 1,5 µm.

Ciascun mitocondrio è delimitato da una doppia membrana: quella esterna permette il passaggio

di piccole molecole, quella

interna è selettivamente

permeabile e ripiegata in

estroflessioni chiamate creste

mitocondriali sulle quali si

trovano gli enzimi respiratori.

Nello spazio interposto tra la

membrana esterna e quella

interna si trova un liquido

chiamato matrice mitocondriale

nel quale avvengono alcune delle

reazioni chimiche della

respirazione cellulare, il

processo attraverso il quale le

cellule ricavano energia secondo

la seguente reazione:

zucchero + ossigeno = acqua + anidride carbonica + energia

C6H12O6 + O2 = H2O + CO2 + ENERGIA

Il numero dei mitocondri per cellula è variabile e dipende dal tipo di lavoro effettuato dalla cellula.

La funzione principale del mitocondrio è dunque la produzione di energia.

13

La cellula vegetale La cellula vegetale possiede tutti gli organuli di cui abbiamo parlato, ma oltre ad essi ha altre

specializzazioni esse sono : la parete cellulare, i vacuoli e i cloroplasti.

Parete La parete cellulare è un contenitore rigido che forma una barriera attorno alla membrana. Essa

consente però alla cellula di comunicare con l’ambiente esterno grazie a delle piccole fessure.

Ha funzione di regolazione della pressione osmotica interna alla cellula, cioè della diffusione

dell’acqua dall’ambiente meno concentrato verso quello più concentrato.

Vacuolo Il vacuolo è un grosso compartimento delimitato da una membrana che contiene riserve di acqua

e altre sostanze in essa disciolte (sali minerali, sostanze di scarto dannose o inutili, proteine o

sostanze di riserva come zuccheri e lipidi)

Cloroplasti I cloroplasti sono organuli presenti sia nelle cellule vegetali che in alcuni tipi di alghe. Essi sono

responsabili della fotosintesi clorofilliana, cioè dell’utilizzo dell’energia luminosa per produrre

zuccheri (che fungono da nutrienti) ed ossigeno grazie alla clorofilla. La reazione è la seguente:

luce + acqua + anidride carbonica = zuccheri + ossigeno

ENERGIA + H2O + CO2 = C6H12O6 + O2

CLOROPLASTI

PARETE

VACUOLO

Cellule vegetali dalla classica

forma squadrata che

contengono molti cloroplasti

Cloroplasti isolati da cellule

vegetali

Complessa struttura

interna dei cloroplasti

14

SCHEDE DI LABORATORIO

Introduzione

Il microscopio

Come abbiamo detto le cellule sono piccolissime, per poterle osservare è dunque necessario

utilizzare uno strumento di ingrandimento: il microscopio. Esistono diversi tipi di microscopio con

diverse capacità di ingrandimento e diversi tipi di funzionamento.

I microscopi ottici, utilizzano la luce visibile, sono i più semplici e di più comune utilizzo. Sono

costituiti da un sistema di lenti adatto a focalizzare la luce nell'occhio o in un altro dispositivo

rivelatore. L'ingrandimento tipico dei microscopi ottici migliora la visione a occhio nudo di 500 volte

(500x), ma può raggiungere i 1500x, con un limite di risoluzione teorica di circa 0,2 µm.

Un microscopio, può possedere più obiettivi, che

possono essere scelti in base all'ingrandimento

voluto e sono montati su una struttura chiama

revolver.

La luce emessa dalla sorgente attraversa una

sezione sottile di campione montato su un vetrino.

La luce che attraversa il vetrino viene catturata

prima dall’obiettivo poi dall’oculare.

L’immagine arriva all’occhio ingrandita due volte,

dall’obiettivo e dall’oculare, ad esempio se sto

utilizzando un obiettivo 40x e un oculare 20x, la

mia immagine sarà ingrandita ti 40 x 20 = 800

volte.

Per far sì che l’immagine giunga nitida all’occhio

dell’osservatore occorre porre il vetrino alla giusta distanza dall’obiettivo, questa manovra detta messa

a fuoco, è resa possibile dal fatto che esso è collocato su un tavolino portaoggetti che può alzarsi o

abbassarsi grazie alla vite macrometrica (alcuni microscopi hanno anche una vite micrometrica per la

regolazione più fine).

Molto spesso per rendere più evidenti dei campioni si usano dei coloranti selettivi, cioè sostanze che

si legano ad alcuni componenti in modo da evidenziarne alcune strutture.

Altri microscopi usano altri tipi di onde ed hanno un funzionamento diverso, ad esempio i microscopi

elettronici usano fasci di elettroni.

15

Attività n. 1

Osservazione di cellule al microscopio

Preparazione di un vetrino

16

Attività n. 2

Produzione di un modello

Utilizzando alcuni dei materiali messi a disposizione produci un modello della cellula. Se lo ritieni

opportuno puoi anche modificarli.

Spiega le tue scelte.

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Scheda di riepilogo

1. Indica con delle frecce le parti della cellula che riconosci e scrivine la didascalia indicandone

nome e una piccola descrizione ove possibile.

2. Di che tipo di cellula si tratta? Perché?

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Scheda di riepilogo

1. Completa la tabella completando le caselle vuote

2. Rileggi la scheda iniziale e correggi eventuali errori

3. Scrivi un testo: fai una metafora: se la cellula fosse una città antica, quali sue

componenti potrebbero rappresentare gli organuli che abbiamo studiato?

Principali funzioni

vitali dei viventi

Respirazione Nutrizione Riproduzione Crescita e

interazione con

altre cellule

La cellula respira

grazie ai

………………………..

in cui si verifica la

seguente razione:

………………………….

…………………………

La cellula si

procura le

sostanze nutritive

grazie alla

……………………

che le assorbe

dall’ambiente che

la circonda.

Nelle cellule

………………………. il

nutrimento viene

prodotto dalla

cellula stessa

grazie ai

…………………………..

responsabili della

fotosintesi

clorofilliana

Le cellule si

riproducono

mediante un

processo detto

……………………….

guidato dai

…………………………..

Le cellule si

accrescono o

rigenerano i loro

organi interni

producendo

proteine e lipidi

grazie ai

……………., al

…………………………..

e all’ ………………….

Alcune di queste

sostanze possono

essere anche

espulse e

utilizzate per

comunicare con

altre cellule.

19

APPROFONDIMENTO

Trasporto Tra l’interno e l’esterno di ogni cellula c’è un continuo traffico di sostanze di varia grandezza e

natura chimica. Il loro passaggio è regolato dalla membrana plasmatica (o cellulare).

Se una sostanza riesce ad attraversare la membrana liberamente si parla di trasporto passivo.

Quando invece una sostanza riesce ad attraversare il doppio strato lipidico solo impiegando una

certa quota di energia di parla di trasporto attivo.

Se tra interno ed esterno della cellula esiste una differenza di concentrazione (un gradiente), le

molecole presenti in maggior concentrazione in una regione tenderanno a spostarsi spontaneamente

(trasporto passivo) nella regione di minore concentrazione.

Questi fenomeni di trasporto passivo (cioè senza consumo di energia da parte della cellula) sono

noti anche come diffusione semplice, diffusione facilitata e osmosi.

Nella diffusione semplice molecole molto piccole e sostanza idrofobe (che non amano gli

ambenti acquosi) attraversano la membrana liberamente, senza l’ausilio di canali proteici.

La velocità di questo processo dipende dal gradiente di concentrazione: maggiore è il

gradiente, cioè maggiore è la differenza di concentrazione tra interno ed esterno, più veloce

è il processo.

Nella diffusione facilitata le molecole attraversano la membrana aiutate da proteine di

trasposto, che ne facilitano e velocizzano il passaggio.

L’osmosi è la diffusione di molecole di acqua da una regione in cui la concentrazione di una

sostanza è minore ad una in cui è maggiore. In questo caso quindi non è la sostanza disciolta

nell’acqua a diffondere (perché magari non riesce ad attraversare la membrana), ma l‘acqua

che si sposta nel verso inverso del gradiente di concentrazione.

Nel trasporto attivo le sostanze si muovono contro il loro gradiente (dall’ambiente di minore

concentrazione verso quello di maggiore concentrazione) grazie a proteine di membrana che

funzionano come delle porte selettive che per consentire il passaggio consumano energia.

Infine quando ad attraversare la membrana sono materiali di grandi dimensioni, si verificano dei

processi detti endocitosi (se il materiale entra) ed esocitosi (se il materiale esce), in cui la

membrana forma delle vescicole che li inglobano.

20

APPROFONDIMENTO

Il linguaggio del nucleo Le istruzioni contenute nel nucleo diventano funzioni della cellula grazie ad una complessa e

incredibilmente affascinante sequenza di fenomeni.

L’informazione è scritta sulla molecola di DNA grazie alla sequenza di quattro molecole più

piccole, dette basi azotate, che ne costituiscono i mattoncini, esse sono: adenina (A), guanina (G),

citosina (C) e timina (T). Questi mattoncini formano due filamenti che si avvolgono uno intorno

all’altro formando una specie di scala a pioli attorcigliata su se stessa, detta doppia elica.

La prima tappa di questo percorso è la trascrizione.

Quando una parte di DNA viene letta le due eliche si distaccano e una di esse

viene trascritta su una molecola molto simile che viene detta RNA messaggero (Acido

RiboNucleico). Questa molecola è più piccola del DNA per questo può passare attraverso i pori

della membrana nucleare ed essere così utilizzata nel citoplasma.

La seconda tappa è quella della traduzione.

La traduzione si verifica sui ribosomi, essi associano ad ogni tripletta di basi azotate un mattoncino

delle proteine, detto aminoacido, quindi da una molecola di RNA, si ottiene una catena di

aminoacidi cioè una proteina.

La proteina prodotta, talvolta dopo ulteriori specializzazioni, viene resa capace di svolgere una

funzione

La sequenza quindi è:

DNA trascrizione RNA traduzione PROTEINE (maturazione) FUNZIONE

DNA

RNA

ribosoma

nucleo

proteina

citoplasma

21

APPROFONDIMENTO

Specializzazione delle cellule nei tessuti

Ogni organismo vivente può essere costituito da una sola cellula, e quindi essere unicellulare,

oppure da milioni di cellule come quelle del nostro corpo. Le cellule specializzate a compiere un

dato lavoro sono raggruppate fra loro e formano un tessuto. Nel corpo umano esistono quattro tipi

di tessuti:

il tessuto epiteliale , composto di cellule che coprono e proteggono il corpo e gli organi;

il tessuto muscolare , costituito da cellule che hanno la proprietà di contrarsi, cioè di allungarsi e

accorciarsi quando sono stimolate;

il tessuto nervoso , che è composto da cellule allungate e ramificate che trasportano i “messaggi”

in tutto il corpo : il cervello, i nervi e il midollo spinale sono tutti costituiti da tessuto nervoso;

il tessuto connettivo che lega vari organi e può essere fluido (come sangue), sostenuto (come nelle

cartilagini) e rigido (come nelle ossa).

Più tessuti assieme costituiscono un organo come per esempio il cervello, il cuore, lo stomaco,

l’intestino, il fegato. Ogni organo è diverso da un altro non solo per struttura, forma e aspetto, ma

soprattutto per le funzioni che svolge.

Tessuto epiteliale

Il tessuto epiteliale viene di solito classificato in base alla forma e alla disposizione delle cellule.

Squamoso: presenta cellule appiattite e strettamente connesse tra loro; si trova di solito

nell'epidermide, negli alveoli polmonari e nelle pareti dei vasi sanguigni

Cubico: si trova nelle ghiandole e nei tubuli renali

Cilindrico: si trova nelle pareti di rivestimento del tubo digerente ed anche nella trachea e nei

bronchi

In base al numero di strati viene definito:

semplice o monostratificato

composto o pluristratificato

22

In base alla funzione principale il tessuto epiteliale può essere:

mucoso: quando secerne muco che ha la funzione di idratare e lubrificare;

ghiandolare: quando secerne sudore, saliva, latte, succhi gastrici (nelle ghiandole esocrine)

oppure ormoni (nelle ghiandole endocrine).

Ricapitolando, il tessuto epiteliale:

ricopre le strutture esterne del corpo (epidermide, derma);

ricopre le strutture interne del corpo (mucose);

costituisce le ghiandole che secernono sostanze all'esterno (ghiandole esocrine) o

all'interno (ghiandole endocrine) del corpo;

costituisce delle strutture particolari (cristallino dell'occhio, peli, capelli, unghie)

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Tessuto muscolare

Il tessuto muscolare è costituito da cellule che possiedono la capacità di contrarsi (grazie alla

elevata percentuale delle proteine actina e miosina contenuta in queste cellule) e quindi

permettono al corpo e ad alcune strutture interne di muoversi. Si divide in:

striato o scheletrico: deputato al movimento volontario dello scheletro mediante

connessioni dette tendini (tessuto connettivo che lega il muscolo all'osso)

o legamenti (tessuto connettivo che lega due ossa tra loro); si chiama striato in quanto

presenta delle strutture filamentose (miofibrille) addossate e compatte, formanti un

disegno regolare; cardiaco: presenta anch'esso delle striature e costituisce la parete del

cuore; è responsabile di movimento involontario;

liscio: circonda le pareti degli organi interni (apparato digerente, utero, vescica, vasi

sanguigni); è responsabile di movimento involontario.

cardiaco: presenta anch'esso delle striature e costituisce la parete del cuore; è responsabile

di movimento involontario;

liscio: circonda le pareti degli organi interni (apparato digerente, utero, vescica, vasi

sanguigni); è responsabile di movimento involontario.

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Tessuto nervoso

Il tessuto nervoso è composto dai neuroni, cellule altamente specializzate nelle quali è possibile distinguere tre parti:

corpo cellulare o soma: contiene il nucleo e gli organuli;

dendriti: estensioni citoplasmatiche di solito corte e numerose;

assone: estensione citoplasmatica lunga. Insiemi di assoni, riuniti in fasci, costituiscono i nervi.

I neuroni, per la loro tipologia, si distinguono in:

neuroni sensoriali

interneuroni

neuroni di associazione

neuroni motori

Il tessuto nervoso costituisce nel suo insieme il sistema nervoso centrale (SNC) ed il sistema nervoso

periferico (SNP). Il sistema nervoso centrale a sua volta è composto dall'encefalo e dal midollo spinale, mentre il

sistema nervoso periferico si suddivide in sistema sensoriale e sistema motorio.

Il sistema sensoriale utilizza i neuroni sensoriali e mette in relazione l'organismo con l'ambiente, mentre il sistema

motorio utilizza i neuroni motori e trasmette gli impulsi nervosi del cervello ai muscoli ed alle ghiandole: esso si

suddivide in sistema somatico e sistema autonomo. Il sistema autonomo, a sua volta, si suddivide ulteriormente

in sistema simpatico e sistema parasimpatico.

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Tessuto connettivo

Nel tessuto connettivo le cellule non sono di solito a contatto tra loro ma sono tenute separate da un

materiale extracellulare detto sostanza fondamentale o matrice e da fibrille o fibre.

Le fibrille possono essere:

di connessione e sostegno, come il collagene, presente nella pelle, nei tendini, nei legamenti, nelle

cartilagini e nelle ossa;

elastiche, presenti nelle pareti dei grossi vasi sanguigni;

reticolari, presenti nel fegato.

A seconda della tipologia del materiale extracellulare e del contenuto in fibrille il tessuto connettivo

può essere classificato in:

tessuto connettivo propriamente detto, che a sua volta si divide in lasso (poco

compatto), denso (molto compatto, grazie all'elevato contenuto in collagene) e fibroso (che è ricco

di fibrille e costituisce tendini e legamenti);

tessuto connettivo specializzato, che a sua volta si distingue in cartilagineo, osseo, adiposo e

liquido.

Vediamoli più in dettaglio:

cartilagineo: molto elastico, è costituito da cellule (dette condrociti) secernenti una sostanza

fondamentale ricca di collagene

osseo: molto duro, è costituito da cellule (dette osteociti), immerse in una sostanza detta osseina, una

proteina impregnata da minerali di calcio (carbonati e fosfati) e da collagene. Sono inoltre presenti

cellule specializzate: osteoblasti (deputate alla costruzione dell'osso, molto attive nello sviluppo

embrionale) e osteoclasti (che invece erodono l'osso).

adiposo: costituito da cellule dette adipociti, cioè cellule specializzate nell’accumulo di materiale

lipidico di riserva. Tali cellule possono essere localizzate ovunque nel connettivo interstiziale, isolate

o a gruppi. Nel sottocutaneo sono strettamente connesse fra loro senza interposizione di sostanza

fondamentale. Il tessuto adiposo svolge funzione protettiva, di deposito di materiale nutritizio, di

termoregolazione ecc.

liquido: (sangue e linfa): nel sangue le cellule più diffuse sono i globuli rossi (eritrociti) e i globuli

bianchi (linfociti). Sono poi presenti le piastrine (trombociti). Nella linfa sono presenti solo i linfociti.

La sostanza fondamentale è detta plasma, un liquido giallastro ricco di proteine, costituente circa il

55% del sangue.

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APPROFONDIMENTO

Forme di vita piu’ semplici

Il tipo di cellula che abbiamo studiato viene detta eucariote (Eukaryota; dal greco εὖ eu «vero» e

káryon «nucleo»), essa da sola o in associazione ad altre cellule è l’unità fondamentale di moltissimi

esseri viventi, ma non è il solo tipo di cellula esistente.

Esistono altri due forme di vivente: le cellule procariote e i virus.

Cellule procariote

Le cellule procariote (pro « prima » e kàryon « nucleo ») sono organismi unicellulari che non hanno

nucleo delimitato dalla membrana, il loro DNA infatti è generalmente disperso nel citoplasma in una

regione interna della cellula chiamata nucleoide. Si osservano poi altre differenze rispetto alla cellula

eucariote:

i ribosomi hanno forma diversa e sono più piccoli,

gli organuli delimitati da membrane mancano (nucleo, reticolo, mitocondri, plastidi, Golgi, ecc.),

in alcuni casi si hanno flagelli o pili,

la membrana è protetta da una parete cellulare molto diversa da quella della cellula vegetale

eucariota,

quasi sempre la parete è avvolta da un rivestimento detto capsula o glicocalice, che dà protezione

alla cellula e contribuisce a farla aderire al substrato.

Disegno schematico di cellula procariotica:

1 Pili,

2 Plasmidi,

3 Ribosomi,

4 Citoplasma,

5 Membrana citoplasmatica,

6 Parete cellulare,

7 Capsula (o glicocalice) batterica,

8 Nucleoide,

9 Flagello

Organismi

procariori

Organismi eucariori

pluricellulari e unicelluleri

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Le dimensioni dei procarioti possono variare dai circa 0.1-0,2 µm (di micoplasmi e di alcuni archea)

ai 30 µm (di alcune spirochete) sino agli oltre 700 µm (di Thiotrichaceae e di alcuni clostridi del

genere Epulopiscium) quindi visibili ad occhio nudo. Gli organismi procarioti sono unicellulari, ma

si possono aggregare per formare colonie (come accade nelle cianoficee o alghe azzurre e negli

archea).

I procarioti sono i viventi più numerosi e diffusi sulla Terra. Qualche esempio: il numero di individui

di Escherichia coli presenti nell’intestino nell’arco della vita di un essere umano supera di molto il

numero di tutti gli esseri umani mai vissuti sulla terra; in un cucchiaio di terreno si possono trovare

10.000 miliardi di batteri.

I procarioti vivono in ogni tipo di ambiente, anche nei più estremi, dove nessun’altra forma di vita

riesce a farlo: all’interno delle rocce, nel terreno al di sotto del permafrost, nel fondo degli oceani, nei

deserti, in sorgenti di acque bollenti, a temperature superiori ai 200°, nei ghiacci, in soluzioni molto

acide, come simbionti o parassiti all’interno di altri organismi. I batteri hanno la capacità di formare

cellule quiescenti di resistenza, con pareti ispessite (endospore), che in certi casi possono resistere

alla bollitura e restare dormienti per millenni.

Ogni giorno nuovi batteri vengono scoperti negli ambienti più impensabili ed è probabile che siano

ancora più diffusi di quanto attualmente si creda, il numero totale di specie di procarioti è stimato

tra 2.500 e 10.000, ma è probabile che sia molto superiore.

Le principali caratteristiche usate per classificare i procarioti sono:

la forma: sferica (cocchi), a bastoncino (bacilli), ondulata o ricurva (spirilli e vibrioni)

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l’assenza o il tipo di parete: micoplasmi e alcuni archeobatteri sono privi di parete, batteri

Gram-positivi e Gram-negativi, (questi ultimi comprendenti i patogeni più virulenti).

il tipo di metabolismo:

batteri aerobi (hanno bisogno di ossigeno per vivere);

batteri anaerobi (non hanno bisogno della presenza di ossigeno);

batteri eterotrofi: devono nutrirsi di sostanze complesse come fanno gli animali,

(decompositori, parassiti, e simbionti);

batteri autotrofi fotosintetici: utilizzano energia luminosa per produrre carboidrati;

batteri azotofissatori: fissano l’azoto atmosferico, abbondante e indisponibile per tutti i

viventi;

cianobatteri vivono in genere in colonie; sono organismi pionieri e possono costituire

simbiosi con funghi (licheni) e con altri viventi; la maggior parte di loro è in grado di fissare

l’azoto atmosferico;

archibatteri comprendono molti organismi componenti del plancton degli oceani e specie in

grado di vivere negli ambienti più estremi.

Filogenesi. Si ritiene che i primi viventi apparsi sulla terra, circa 3.5 miliardi di anni fa o anche più,

fossero del tipo degli attuali procarioti. I primi organismi fotosintetici, simili agli attuali cianobatteri,

sarebbero apparsi in seguito, probabilmente tra 2 e 3.4 miliardi di anni fa. A loro si deve la massiccia

produzione di ossigeno che portò alla trasformazione della primitiva atmosfera riducente in atmosfera

ossidante in grado di ospitare la vita degli organismi eucarioti aerobi, che necessitano di ossigeno per

la respirazione. Conseguenza dell’abbondanza di O2 nell’atmosfera fu anche la formazione dello

strato di ozono che schermando le letali radiazioni UV consentì l’emersione dei viventi dall’acqua.

VIRUS

Sono particelle di materia vivente che agiscono da parassiti di cellule o organismi. Non si possono

definire viventi, dal momento che sono privi di organizzazione cellulare, non sono in grado di

riprodursi al di fuori dell’organismo ospite, non aumentano di volume, non rispondono a stimoli

esterni, non si muovono, non hanno un proprio metabolismo.

Sono costituiti da acidi nucleici (DNA o RNA) in catene singole o doppie, avvolti da uno o

più involucri proteici (capsidi).

I virus comprendono gli agenti di numerose malattie di piante, animali e uomo e sono da molti

considerati l'anello di congiunzione tra un composto chimico e un essere vivente.

capsidi acidi nucleici

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