UNITÀ 1Biologia,

Scienza della vita

UNITÀ 2La materia

vivente e la sua

composizione

UNITÀ 3La cellula: unità

elementare

della vita

UNITÀ 4Il nucleo

e la riproduzione

cellulare

LA VITA

E LA CELLULA

GLI INTERROGATIVI☐ Che cosa distingue un essere

vivente da un oggetto inanimato?

☐ Quali molecole e strutture sono

presenti in ogni essere vivente?

☐ Perché la cellula è considerata

l’unità elementare della vita?

I SAPERI☐ L’organizzazione degli esseri

viventi

☐ Le molecole organiche

degli esseri viventi

☐ La struttura e le funzioni

della cellula

LE COMPETENZEDA ACQUISIRE☐ Distinguere i diversi livelli

di organizzazione

degli esseri viventi

☐ Indicare il ruolo dei diversi

composti organici nelle attività

e nelle strutture di ogni

organismo vivente

☐ Utilizzare un microscopio ottico

per visualizzare cellule e tessuti

☐ Fornire una visione d’insieme

delle attività cellulari,

collegandole agli organuli

citoplasmatici e nucleari

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AZIONI AMBIENTE

Il nostro comportamento incide profondamente sulla

nostra salute e, contemporaneamente, sulla “salute”

dell’ambiente che ci circonda. L’ambiente fornisce a

noi (e a tutti gli altri esseri viventi) le risorse neces-

sarie per la sopravvivenza. Alcune di queste risorse

(rinnovabili) si rinnovano continuamente attraverso

complessi cicli naturali; altre risorse (esauribili) sono

destinate invece a esaurirsi in tempi più o meno bre-

vi. Lo sfruttamento delle risorse ambientali, oltre ad

accelerare il loro esaurimento, porta alla produzione

e all’accumulo di quantità enormi di rifiuti (solidi, li-

quidi e gassosi) che influiscono negativamente sulla

nostra salute e su quella dell’intero pianeta.PE

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Biologia,Scienza della vita

ObiettiviPDF

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PERCORSO AMBIENTE

Il futuro della vita sulla Terra dipende da noi: è necessario adottare comportamenti “sani” che, individualmente o collettivamente,

possano contribuire alla soluzione dei problemi ambientali e garantire la sopravvivenza nostra e delle generazioni future.

• Ricerca nel libro (all’inizio di ogni Unità, nei Percorsi ambiente e nei Percorsi salute) le Azioni ambiente e le Azioni salute,

ossia i comportamenti da adottare nelle attività quotidiane per consentire a tutti un futuro “pulito” e sano.

LE AZIONI

• Salva le risorse del pianeta: adotta uno stile di vita sobrio, consumando

solo l’essenziale.

• Riutilizza più che puoi gli oggetti di uso quotidiano, senza buttarli subito.

• Ripara vestiti ed elettrodomestici rotti: darai nuova vita a questi oggetti

senza riempire di rifiuti le discariche.

• Ricicla il più possibile: butta separatamente carta, plastica e vetro, ma an-

che pile esauste e medicinali scaduti.

• Rispetta l’ambiente e le sue forme di vita.

AP

PR

EN

DO

FAC

EN

DO

Esecuzione

1. Ritaglia da una rivista dieci fotografie di oggetti inanimati e dieci di es-

seri viventi, verificando che questi ultimi possiedano le proprietà elen-

cate nel testo.

2. Scrivi una breve relazione che motivi le tue scelte.

CACCIA AL VIVENTE

Il confine tra gli esseri viventi e gli oggetti inanimati non sempre è così evidente: la sola osservazione può, a volte, indurci in errore.

Questa Unità ti consentirà di tracciare un preciso confine tra la materia vivente e quella inanimata, illustrandoti brevemente le pro-

prietà che consentono di distinguere i viventi dagli oggetti inanimati. Con la breve attività che ti proponiamo, prova a raggruppare

immagini di organismi viventi diversi tra loro e immagini che rappresentino oggetti di vario genere, cercando di distinguerli in base

alle tue attuali conoscenze. Aiutandoti con lo studio di questa Unità, potrai completare l’attività e sarai forse in grado di dare una

risposta alla domanda: che cos’è la vita?

Risultati e riflessioni

Con questa breve attività il tuo concetto di essere vivente, che fino a oggi ti avrà fatto pensare soprattutto agli animali e all’uo-

mo, troverà una più precisa definizione, che ti consentirà di distinguere con maggior facilità gli esseri viventi dai non viventi,

anche se, a volte, l’apparenza inganna...

Materiali occorrenti

• riviste illustrate (National Geographic, Focus,

Le Scienze ecc.)

• forbici

• carta e penna

Biologia, Scienza della vita Unità 1

SV 3

1. Anche i minerali hannospesso una struttura organizzata:le particelle che li costituiscono(atomi, molecole, ioni) sonotra loro collegate ordinatamentea formare una struttura cristallina.L’organizzazione, da sola,non è una proprietà sufficientea identificare un essere vivente.

2. Anche gli organismi microscopici, come questi cianobatteri fotografatial microscopio, sono formati da cellule e quindi sono esseri viventi.

3. I caratteri ereditari, come il colore degli occhi, si trasmettono da unagenerazione alla successiva tramite il codice genetico “scritto” nel DNA.

1. La vita e gli esseri viventi

La Biologia (dal greco bios, vita, e logos, discorso) è la Scienza della vita e ha come oggetto di

studio gli esseri viventi.

Il concetto di vita è un concetto astratto, che non trova ancora oggi una de�nizione comunementeaccettata; ciò che distingue gli esseri viventi dagli oggetti inanimati è un insieme di proprietà che,presenti contemporaneamente, li caratterizzano proprio come tali [ 1].

☐ Organizzazione: tutti gli esseri viventi sono costituiti da parti diverse organizzate in modo noncasuale. Ogni essere vivente è un essere organizzato, a cui diamo il nome di organismo.

☐ Struttura cellulare: tutti gli organismi sono costituiti da cellule. La cellula è la più parte piccoladi un organismo in grado di svolgere tutte le funzioni che caratterizzano un essere vivente. Trale innumerevoli forme di vita possiamo distinguere organismi unicellulari (e perciò microsco-pici, invisibili a occhio nudo) formati da una sola cellula, e organismi pluricellulari (piante,funghi e animali) formati anche da migliaia di miliardi di cellule [ 2].

☐ Riproduzione: tutti gli esseri viventi sono in grado di riprodursi, generando organismi simili aquelli da cui sono stati creati.

☐ Codice genetico universale: tutte le caratteristiche che rendono i �gli simili ai loro genitori(caratteri ereditari) sono determinate da informazioni ereditarie, trasmesse di generazionein generazione, contenute in una complessa molecola presente in ogni cellula, il DNA [ 3].Queste informazioni sono scritte in un codice (codice genetico) rappresentato dalla sequenzadelle basi del DNA e riconosciuto universalmente, da tutti gli esseri viventi.

☐ Produzione di energia: ogni essere vivente è in grado di utilizzare sostanze organiche per pro-durre energia. L’energia presente nei legami chimici delle sostanze organiche viene liberata emessa a disposizione delle cellule nel corso di complesse trasformazioni chimiche. Le sostanzeorganiche vengono utilizzate per produrre energia e anche come “materiali da costruzione” perle diverse parti dell’organismo.

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Scienza della Vita – La vita e la cellula

Quali proprietà distinguonoun essere vivente da un oggettoprivo di vita?

?

Un organo è una parte del corpoche ha sede, forma, strutturae funzioni specifiche e che ècostituita da cellule appartenentia uno o più tessuti.

Un sistema o apparato è uninsieme di organi.

!

4. Sviluppo e accrescimento.

La maggior parte degli organismi nel corso della vita deve modellare le formedel corpo e delle sue parti (processo di sviluppo).L’organismo aumenta la propria massa corporea (accrescimento), per raggiungerele dimensioni tipiche dell’adulto.L’accrescimento è particolarmente evidente negli organismi pluricellulari come l’essereumano, che da una sola cellula deve svilupparsi attraverso precise tappe (sviluppoembrionale e fetale), durante le quali vengono modellate le forme generali del corpoe formati gli organi, per poi crescere fino all’età adulta.

☐ Risposta agli stimoli e adattamento all’ambiente: ogni organismo è in grado di reagire a sti-moli ambientali, elaborando una risposta che consente di adattarsi allo stimolo stesso. Questoè particolarmente evidente negli animali, provvisti di sistemi nervosi più o meno complessi, ingrado di cogliere modi�cazioni ambientali (stimoli) come, per esempio, l’odore di una preda,e di elaborare una risposta, in questo caso il movimento verso la preda per catturarla. Ancheorganismi unicellulari, come le amebe o i parameci, sono in grado di avvertire la presenza delcibo e muovere il proprio corpo cellulare verso di esso [ 4].

2. I viventi, corpi organizzatiUna delle proprietà che distinguono un essere vivente da un oggetto inanimato è l’organizzazio-

ne: le diverse parti che lo costituiscono sono tra loro collegate in modo da formare strutture ingrado di svolgere speci�che funzioni.Se, per esempio, consideriamo un organismo pluricellulare complesso come il corpo umano, pos-siamo individuare parti diverse, chiamate organi, in grado di svolgere speci�che funzioni, collega-te tra loro a formare sistemi o apparati, in grado di svolgere, a loro volta, funzioni più complesse.L’intero corpo umano può essere considerato un insieme di sistemi di organi tra loro collegati:ogni funzione vitale, infatti, è resa possibile grazie al funzionamento coordinato di sistemi o appa-rati diversi. Per esempio, alla respirazione partecipano, oltre ai polmoni e agli altri organi dell’ap-parato respiratorio, anche il sistema muscolare scheletrico che, controllato dal sistema nervoso,mette in azione i muscoli respiratori, mentre l’apparato cardiocircolatorio convoglia il sangue aicapillari polmonari per catturare l’ossigeno introdotto nei polmoni con l’inspirazione.

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Biologia, Scienza della vita Unità 1

Che cosa sono i livelli diorganizzazione dei viventi?Che cos’è un ecosistema?E la biosfera?

?

Un tessuto è un insiemedi cellule di forma e funzioni simili,collegate tra loro per mezzodi una sostanza extracellulare piùo meno abbondante.

Gli organuli (o organelli) sonopiccole parti della cellula che,come piccoli organi, hanno forma,struttura e funzioni specifiche.

!

5. Livelli di organizzazione.

Le partiorganizzate,

visibili a occhionudo (organi

e apparati),rappresentano

il livello diorganizzazionemacroscopico.

Le parti visibili soloal microscopio (cellulee tessuti) rappresentanoil livello di organizzazionemicroscopico.

L’organizzazioneinterna a ogni singolacellula (gli organulicitoplasmatici)rappresentail livellodi organizzazionesub-cellulare,visibile nei dettaglicon il microscopioelettronico.

La disposizione ordinatadelle numerosissime molecole,che formano ciascun organulo,rappresenta il livellodi organizzazione molecolare.

Catalogare

Scomponi un organismo

nei suoi vari livelli

di organizzazione, ordinandoli

in una lista dal più grande

al più piccolo. Completa

il lavoro aggiungendo

illustrazioni (disegni, foto

ritagliate da riviste o riprese

da Internet).

ApprendoFacendoA

Ma l’organizzazione dei viventi non si ferma al singolo organismo: gli individui di una stessa specie

che vivono nel medesimo territorio costituiscono una popolazione.In uno stesso territorio convivono popolazioni diverse, che costituiscono una comunità biolo-

gica. Le popolazioni che formano una comunità biologica in un dato territorio sono quelle chemeglio si adattano alle condizioni �siche, chimiche e climatiche di quel particolare ambiente: èimpensabile trovare una popolazione di orsi polari nella foresta equatoriale!L’ecosistema è un sistema naturale organizzato che si realizza, in un dato territorio, per l’intera-zione tra i fattori ambientali non viventi (fattori abiotici: temperatura, umidità, piovosità, insola-zione ecc.) e le popolazioni che costituiscono la comunità biologica (fattori biotici).La biosfera, in�ne, rappresenta il più alto livello di organizzazione dei viventi, essendo costituitadall’insieme degli ecosistemi presenti sul nostro pianeta [ 6].

I livelli di organizzazione. Sistemi, apparati e organi di un organismo pluricellulare sono parti or-ganizzate visibili a occhio nudo e rappresentano quindi un livello di organizzazione macroscopico.Ogni organo è costituito da cellule specializzate (spesso raggruppate a formare tessuti), visibilisolamente con il microscopio ottico (e più dettagliatamente con il microscopio elettronico): cellu-le e tessuti rappresentano un livello di organizzazione microscopico.Ogni singola cellula, osservata a forte ingrandimento, rivela a sua volta un’organizzazione in-terna, caratterizzata dalla presenza di microscopici organuli, ciascuno specializzato nello svol-gimento di speci�che funzioni cellulari: gli organuli rappresentano un livello di organizzazione

microscopico subcellulare.Ciascun organulo subcellulare è poi costituito da numerosissime molecole (macromolecole orga-niche come le proteine, i lipidi, i glucidi) collegate tra loro in un ordine preciso, che rappresenta illivello di organizzazione molecolare degli esseri viventi [ 5].

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Scienza della Vita – La vita e la cellula

Science Words

Biologia Biology

biosfera biosphere

codice genetico genetic code

comunità biologica biological community

organismo organism

organuli organelles

popolazione population

sistema system

tessuto tissue

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6. L’organizzazione dei viventi.

Un brancodi cervi forma una

popolazione: sonoindividui di una

stessa specie chevivono all’interno

del medesimoterritorio.

In un ecosistema,come le grandi

foreste dell’Americasettentrionale,

interagiscono fattoribiotici (popolazioni

che formano unacomunità biologica)

e fattori abiotici (laluce, l’acqua, l’energia

solare ecc.).

Popolazioni diverse,quelle che meglio

si adattanoalle condizionidi un territorio,possonocondivideregli stessi spazi,

dando originea una comunità

biologica.

Lavorare sull'eBook

• Autoverifica

Schematizzare

Riproduci (con un disegno o realizzando un collage

di fotografie) il ciclo della materia (vivente/non vivente,

organica/inorganica), individuando i tre ruoli fondamentali

(produttori-consumatori-decompositori) svolti dai diversi

organismi che rappresenti nel disegno.

ApprendoFacendoA

Che cosa sono catene e retialimentari? Che cosa si intendecon i termini “produttori”e “decompositori”? Quale ruolosvolgono i decompositoriin una rete alimentare?

?

Catene e reti alimentari. Le relazioni tra gli individui delle diverse specie, all’interno di unacomunità biologica di un ecosistema, sono relazioni di tipo nutrizionale: ogni organismo etero-

trofo si nutre di altri organismi o di suoi prodotti, realizzando complesse catene e reti alimentari

tra le diverse popolazioni.Poiché tutti gli organismi di una comunità biologica dipendono per la loro sopravvivenza dallacapacità di procurarsi le sostanze organiche necessarie alla loro vita, alla base delle reti alimentaritroviamo gli organismi autotrof (piante, alghe e batteri fotosintetici) in grado di utilizzare l’energiasolare per produrre le sostanze organiche di cui necessitano: per questo vengono detti produttori.Gli animali, che sono eterotrof, ricavano il loro nutrimento dalle sostanze organiche che forma-no il corpo degli altri organismi viventi: gli erbivori dai vegetali, i carnivori dai corpi degli altrianimali (sia erbivori, sia carnivori). Poiché consumano materia vivente, sono detti consumatori.In�ne, batteri, funghi, protozoi e alcuni piccoli animali invertebrati (come i lombrichi) si nutronodei resti di animali e piante, degradando le sostanze organiche di cui sono costituiti e restituendocosì all’ambiente quelle semplici sostanze inorganiche (anidride carbonica, ammoniaca ecc.) chepossono poi essere riutilizzate dai produttori per formare nuova materia vivente. Questi organi-smi sono perciò detti decompositori.La presenza di produttori, consumatori e decompositori consente il riciclo della materia vivente einorganica in un ecosistema, realizzando un equilibrio dinamico tra le popolazioni che formanola comunità biologica.

SV 7

Biologia, Scienza della vita Unitˆ 1

IL COMPOST

Il compost è un materiale che si ottiene dalla decom-

posizione (e umidificazione) controllata di materiali

organici da parte di organismi decompositori: inset-

ti, lombrichi, funghi e microrganismi come i batteri.

Un compost “maturo” può essere utilizzato come fer-

tilizzante per le piante.

Per realizzare un buon compost i piccoli organismi del

suolo devono agire in condizioni ottimali di equilibrio

tra le diverse componenti organiche (carboniose, più

scure e dure, e azotate, verdi, umide e molli), la pre-

senza di ossigeno e il giusto grado di umidità.

I residui organici utilizzati per il compostaggio sono in

gran parte scarti vegetali o della cucina (frazione umida

dei rifiuti domestici); la produzione del compost consen-

te di ridurre del 30%-40% la quantità di rifiuti da smaltire

(trasformandola in fertilizzante, il compost appunto).PE

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La materia viventee la sua composizione

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PERCORSO AMBIENTE

MATERIALI ORGANICI

PER IL COMPOST

Residui carboniosi

• paglia secca

• rametti triturati

Residui azotati

• erba potata e foglie

• frazione umida dei rifiuti domestici

Altri

• carta (evitare quella patinata) e cartone

• tessuti naturali (lana o cotone al 100%)

• fondi di caffè

• filtri del tè

• gusci d’uovo e di noci

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FA

CE

ND

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Risultati e riflessioni

Potrai facilmente notare che in ogni provetta rimane un uguale residuo nero, costituito da carbonio, che brucia se avvicinato

a una fiamma (per esempio quella di un fiammifero).

LE SOSTANZE ORGANICHE

Che cos’hanno in comune tutti gli esseri viventi? Nonostante le forme di vita abbiano aspetti esteriori estremamente variabili,

chimicamente gli organismi viventi si assomigliano tutti: molta acqua e sostanze organiche, ossia composti del carbonio (in parti-

colare zuccheri, grassi, proteine e acidi nucleici).

Attraverso questa attività potrai, con l’aiuto dell’insegnante, individuare la presenza dei composti del carbonio (i composti organi-

ci) in materiali derivanti da differenti esseri viventi (che generalmente utilizziamo come cibo).

Materiali occorrenti

• un fornello

• un pezzetto di patata

• un pezzetto di carota

• un pezzetto di carne

• fiammiferi

• tre provette

Esecuzione

1. Metti un campione

di ogni sostanza

in ogni provetta.

2. Poni le provette

sul fornello (con l’aiuto

dell’insegnante).

3. Lascia riscaldare

a lungo le provette.

LE AZIONI

• Organizza una buona raccolta dif-

ferenziata dei tuoi rifiuti.

• Utilizza la frazione umida

per la produzione del com-

post: otterrai un buon fer-

tilizzante e ridurrai signi-

ficativamente il volume

dei rifiuti prodotti.

La materia vivente e la sua composizione Unità 2

SV 9

Con biodiversità si intende la varietàdi organismi viventi presenti nellabiosfera. La conoscenza e lo studiodella biodiversità sono il requisitoper impostare gli interventi disalvaguardia e conservazionedelle diverse forme di vita.

!

1. Aspetti diversi del mondodei viventi.

Anche gli organismi microscopici unicellulariappartengono al mondo dei viventi.

Tutti glianimali sono

esseri viventi, masi distinguono performa, dimensioni eabitudini di vita.

Anche le piantesono organismi

costituiti da cellulee, perciò, esseri

viventi.

2. Piccole molecole(monomeri) si uniscono tra loro performare molecole più voluminose, i polimeri.

1. Le molecole della vitaGli esseri viventi presentano tra loro notevoli di�erenze nella forma, nelle dimensioni, nel mododi vivere, nel modo di procurarsi il nutrimento e di riprodursi. Tuttavia, nonostante questa gran-de biodiversità, tutti gli organismi sono costituiti da cellule, unità elementari della vita [ 1].Tutti gli organismi presentano perciò una composizione chimica simile e sono costituiti, oltreche da idrogeno e ossigeno (che si legano a formare l’acqua), da un altro importante elemen-to: il carbonio, che va a costituire, negli organismi viventi, un enorme numero di compostichimici diversi tra loro, i composti organici.

I composti organici. L’atomo di carbonio è un atomo particola-re, perché è in grado di legarsi ad altri atomi uguali, formando ca-

tene più o meno lunghe alle quali si legano, come le foglie ai ramidi un albero, atomi di altri elementi, in particolare di idrogeno,ossigeno e azoto.Si formano così molecole molto grandi e complesse che vengonochiamate macromolecole (dal greco macro, grande). La maggiorparte delle macromolecole è formata da polimeri, lunghe mo-lecole costituite dall’unione di molte molecole più piccole, dettemonomeri [ 2].Questi composti del carbonio sono componenti essenziali degliorganismi viventi e sono stati chiamati, perciò, composti organici.I principali composti organici che costituiscono gli esseri viventisono gli zuccheri, i grassi, le proteine e gli acidi nucleici.

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Scienza della Vita – La vita e la cellula

3. La frutta possiede un elevatocontenuto del monosaccaride fruttosio.

Che cosa sono monoe disaccaridi?Da quali atomi sono composti?

?

5. Il latte contiene un disaccaridemolto importante, il lattosio, unionedi galattosio e glucosio.

4. I carboidrati più semplici sonoi monosaccaridi.I disaccaridi sono composti da duemonosaccaridi.

Monosaccaride

Disaccaride

2. Gli zuccheri o glucidiGli zuccheri o glucidi, chiamati anche carboidrati, sono composti organici formati da atomi dicarbonio, di idrogeno e di ossigeno, e quindi de�niti ternari; vengono utilizzati dagli organismiviventi per produrre energia.Le molecole più piccole, i monosaccaridi, possono unirsi tra loro a formare molecole più volumi-nose; se sono costituite da due monosaccaridi condensati insieme, vengono chiamate disaccaridi,mentre i polisaccaridi sono formati da lunghe catene di monosaccaridi collegati fra loro.

Monosaccaridi. I monosaccaridi sono le sostanze che gli esseri viventi utilizzano per l’immedia-ta produzione di energia per le cellule. Sono solubili in acqua e, perciò, circolano liberamente neiliquidi corporei. Nel sangue dell’uomo e degli altri vertebrati circola il monosaccaride glucosio

che, nelle piante, viene prodotto mediante la sintesi cloro�lliana.Altri importanti monosaccaridi sono il fruttosio, presente nella frutta e in molti vegetali [ 3], e ilgalattosio, che si lega con il glucosio per formare un disaccaride, il lattosio.Il ribosio e il desossiribosio sono, in�ne, due monosaccaridi a cinque atomi di carbonio (glialtri citati in precedenza ne contengono invece sei), importanti costituenti degli acidi nucleici(DNA e RNA) [ 4].

Leggere sull'eBook

• Le formule chimichedei composti organici

PDF

Disaccaridi. I disaccaridi derivano dall’unio-ne (condensazione) di due molecole di mono-saccaridi:☐ due molecole di glucosio formano il maltosio;☐ una molecola di glucosio e una di fruttosio

vanno a formare il saccarosio, il comunezucchero da tavola, che si ricava dalla lavo-razione della barbabietola e dalla canna dazucchero;

☐ una molecola di glucosio e una di galattosioformano il lattosio, lo zucchero contenutonel latte [ 5].

I disaccaridi, per poter essere utilizzati a scopoenergetico, devono prima essere scissi, cioè oc-corre separarli nelle due molecole di monosac-caridi che li costituiscono.

SV 11

La materia vivente e la sua composizione Unità 2

Che ruolo svolgonoi polisaccaridi?Da quali molecole sono composti?

?

Leggere sull'eBook

• Struttura dei trigliceridi

PDF

glucosio7. La cellulosaè un costituentefondamentale dellaparete delle cellulevegetali.

molecola di cellulosa

microfibrilla

fibrilla

cellulavegetale

parete cellulare

fi brille di cellulosache costituisconola parete cellulare

amido

amilosio

amilopectina

glicogeno

6. Amido e glicogeno sonoentrambi polimeri del glucosio,a funzione di riserva energetica;differiscono nelle catene,più ramificate nel glicogeno.L’amido comprende l’amilosioe l’amilopectina.

3. I lipidi o grassiI lipidi sono sostanze organiche ternarie, come i glucidi (sono composte cioè prevalentementeda carbonio, idrogeno e ossigeno), ma contengono spesso altri atomi (azoto e fosforo). La loroprincipale caratteristica è l’insolubilità in acqua (e in soluzioni acquose come il sangue), mentresono solubili in solventi organici (etere, acetone, cloroformio, benzolo ecc.).I grassi vengono utilizzati prevalentemente per produrre energia o immagazzinati come riserve

energetiche, in particolare nei vertebrati che, al contrario di molti vegetali, come i legumi o le pa-tate, non sono in grado di immagazzinare grandi quantità di zuccheri sotto forma di polisaccaridi.Nei vertebrati, infatti, gli zuccheri in eccesso vengono trasformati in grassi (trigliceridi), che siaccumulano come riserve energetiche in speciali cellule chiamate cellule adipose. Nei semi e neifrutti di alcune piante i lipidi vengono immagazzinati sotto forma di oli. Alcuni lipidi complessi(come fosfolipidi, glicolipidi, colesterolo) sono componenti delle membrane cellulari.I trigliceridi sono composti derivati dalla condensazione di una molecola di glicerolo con tremolecole di acidi grassi; sono presenti in natura monogliceridi e digliceridi, nei quali al glicerolosono legate, rispettivamente, solo una e due molecole di acidi grassi.Le molecole dei trigliceridi sono neutre, non possiedono cioè gruppi polari dotati di cariche elet-triche. Per questo sono fortemente idrofobiche (dal greco idro, acqua e fobia, paura: hanno pauradell’acqua) e non sono solubili in acqua, sulla quale galleggiano formando grosse gocce di grasso.I trigliceridi di�eriscono tra loro per i tipi di acidi grassi legati al glicerolo e queste di�erenzedeterminano le caratteristiche dei grassi che li contengono e, in particolare, la loro consistenza eil loro punto di fusione.

Polisaccaridi. I polisaccaridi sono composti organici voluminosi, costituiti da molte molecoledi monosaccaridi (glucosio) legate a formare lunghe catene. Essi rappresentano forme di riservadegli zuccheri, da cui l’organismo vivente (animale o vegetale) può staccare, una a una, le molecoledi glucosio per produrre energia. Negli animali il polisaccaride di riserva è il glicogeno (si trovanei muscoli e nel fegato), mentre nelle piante è l’amido. La cellulosa, in�ne, è un polisaccaride cheha una funzione di sostegno, come costituente della parete delle cellule.Glicogeno, amido e cellulosa sono polisaccaridi formati da lunghe catene di molecole di glucosio;la di�erenza tra queste tre macromolecole non è nei suoi componenti, ma nel tipo di legame trale molecole di glucosio [ 6 e 7].

SV 12

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Scienza della Vita – La vita e la cellula

code idrofobiche

teste idrofile

9. I fosfolipidi, immersi in acqua,tendono spontaneamentea formare un doppio strato,con le teste idrofi le rivolte versol’acqua e le code idrofobicheche sono a contatto tra loro.

Quali grassi è consigliabile limitare per prevenirel’insorgenza dell’aterosclerosi e delle malattiecardiovascolari a essa correlate, come l’infartodel miocardio o l’ictus cerebrale?

?

Che cosa significa idrofobicoe idrofilo?

?

8. Nei trigliceridi contenuti nel burro troviamol’acido butirrico, un acido grasso saturo; nell’oliod’oliva l’acido oleico, monoinsaturo e negli oli di semidiversi acidi grassi polinsaturi, come l’acido linoleico.

Sperimentare

Procurati tre bicchieri contenenti acqua

e aggiungi al primo un cucchiaio di sale,

al secondo uno di zucchero, al terzo

uno di olio e mescola le sostanze: quale

tra queste non si scioglie nell’acqua?

Quali altre sostanze comuni puoi immaginare

che non si sciolgano?

ApprendoFacendoA

Grassi saturi e grassi insaturi. Gli atomi di carbonio degli acidi grassi possonoessere collegati tra loro da legami semplici (C–C) oppure possono essere presentilegami doppi (C=C), chiamati punti di insaturazione; perciò gli acidi grassi ven-gono anche suddivisi in:☐ saturi, privi di doppi legami; sono presenti soprattutto nei grassi solidi (acido

butirrico, palmitico, stearico);☐ monoinsaturi, con un solo doppio legame, come l’acido oleico, che costituisce

circa i 2/3 degli acidi grassi presenti nell’olio d’oliva;☐ polinsaturi, con due o più doppi legami, come l’acido linoleico, linolenico, ara-

chidonico ecc.; nell’essere umano questi ultimi tre acidi grassi, in particolare l’a-cido linoleico, sono molto importanti e vengono de�niti essenziali in quanto l’or-ganismo non è in grado di sintetizzarli in quantità su�ciente a soddisfare il suostesso fabbisogno. È necessaria, perciò, laloro introduzione con gli alimenti.

Questa suddivisione tra grassi saturi e insa-turi è importante, perché dalla presenza didoppi legami dipende lo stato �sico (cioèsolido o liquido) dei lipidi: i grassi solidi

(di origine animale) sono prevalentemen-te costituiti da trigliceridi contenenti acidigrassi saturi, mentre gli oli (vegetali) con-tengono acidi grassi mono o polinsaturi.I grassi polinsaturi svolgono un’importan-te azione preventiva nei confronti dellaaterosclerosi, una patologia delle arteriela cui insorgenza, al contrario, sembra es-sere favorita da un’alimentazione ricca diacidi grassi saturi (e, in generale, dai gras-si animali) [ 8].

Fosfolipidi e glicolipidi. Fosfolipidi e glicolipidi sono lipidicomplessi. Nei fosfolipidi, come nei trigliceridi, il glicerolosi lega agli acidi grassi, ma al posto di una delle molecoledi acidi grassi si lega un gruppo fosfato (dotato di cari-ca elettrica, quindi polare) collegato, a sua volta, a un altrogruppo polare.Una parte della molecola dei fosfolipidi (quella legata agli aci-di grassi) è dunque priva di cariche elettriche ed è perciò idro-fobica, mentre un’altra parte (quella legata al gruppo fosfato) èpolare e quindi idro�la: la molecola ha una “testa” idrofla (ilgruppo fosfato) e una “coda” idrofobica (gli acidi grassi). In ac-qua i fosfolipidi si dispongono allineati gli uni accanto agli altri,con le teste idro�le rivolte verso l’acqua e le code idrofobe che“si allontanano” dall’acqua.I fosfolipidi costituiscono una componente fondamentale del-le membrane cellulari, nelle quali si dispongono formandoun doppio strato, con le code idrofobe disposte le une controle altre e le teste idro�le rivolte verso l’acqua [ 9].Nei glicolipidi, invece del gruppo fosfato, la testa polare(idro�la) è costituita da una molecola glucidica formata da unnumero limitato di monosaccaridi legati tra loro (oligosaccari-de); come i fosfolipidi, anche i glicolipidi sono importanti com-ponenti delle membrane cellulari.

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La materia vivente e la sua composizione Unità 2

Da che cosa è determinatala struttura di una proteina?

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• La regolazione del colesteroloematico

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10. Struttura delle proteine.

sequenzadi amminoacidi

foglietti beta

forma tridimensionale

associazionedi più polipeptidi

alfa elica

Per mezzo dei legami covalenti tra i gruppi R degli amminoacidisi realizza la struttura terziaria.La struttura primaria

della proteina è data dallasequenza degli amminoacidi.

I gruppi R dei diversi amminoacidipossono attrarsi o respingersi,ripiegando la proteina su se stessa,realizzando la struttura secondaria.

La struttura quaternaria èdata dalla combinazione dipiù catene di amminoacidi

Il colesterolo e gli steroidi. Gli steroidi, di cui fa parte il colesterolo, sono composti insolubiliin acqua, ma di struttura diversa dagli altri lipidi.Anche il colesterolo è un’importante componente delle membrane delle cellule animali, per cui ècontenuto negli alimenti di origine animale, in particolare la carne, i formaggi, il burro e il tuorlod’uovo. Nell’uomo il colesterolo è utilizzato anche per produrre ormoni steroidei, come gli or-moni sessuali maschili e femminili, il cortisolo e altri ormoni prodotti dalla corteccia surrenale.Un eccesso di colesterolo nel sangue (ipercolesterolemia) predispone l’individuo all’aterosclerosie quindi alle malattie cardivascolari.

4. Le proteineLe proteine, oltre al carbonio, l’idrogeno e l’ossigeno, contengono anche atomi di azoto. Sono quindicomposti organici quaternari (lipidi e glucidi sono, invece, composti organici ternari). Le proteinesono costituite da amminoacidi legati tra loro a formare lunghe catene. Come le parole di�erisconoper il numero e l’ordine delle lettere, così le proteine di�eriscono tra loro per il numero e la sequen-za degli amminoacidi: esistono venti tipi di amminoacidi, per cui le combinazioni possibili sonomoltissime. Riconosciamo perciò molti tipi di proteine con funzioni tra loro diversissime: sonoproteine i costituenti principali delle strutture cellulari, gli enzimi, gli ormoni, gli anticorpi ecc.I legami che uniscono tra loro gli amminoacidi sono detti legami peptidici, per cui le proteinevengono dette anche polipeptidi. La forma tridimensionale di ogni proteina è determinata dallasequenza degli amminoacidi che la costituiscono, che rappresenta perciò la struttura primaria

della proteina stessa. Le interazioni tra amminoacidi della stessa catena o di catene polipeptidi-che a�ancate determinano la forma �nale della proteina, de�nendone la struttura secondaria,terziaria e quaternaria [ 10].La struttura secondaria può assumere la forma di un’elica (alfa elica), come nel caso della cheratina(la proteina dei capelli) o della miosina (proteina delle cellule muscolari), oppure a foglietti ripiegati(foglietti beta), come le proteine della seta o quelle della tela del ragno.Le proteine che mantengono una struttura secondaria per tutta la loro lunghezza sono proteine

fbrose; le proteine globulari, invece, si ripiegano ulteriormente su se stesse, realizzando una com-plessa struttura terziaria tridimensionale. Sono proteine globulari gli enzimi, gli anticorpi, alcuniormoni, i recettori presenti sulla membrana delle cellule: la forma tridimensionale è fondamentaleper le funzioni biologiche che la proteina deve andare a svolgere.Molte proteine presentano una struttura quaternaria, data dalla combinazione di più catene di am-minoacidi: l’emoglobina, importante proteina del sangue, è costituita da quattro catene di ammi-noacidi che circondano una parte centrale nella quale è contenuto il ferro (a cui si lega l’ossigeno).

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zio

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Scienza della Vita – La vita e la cellula

Quali sono le unità elementari,ossia i monomeri,che costituiscono gli acidi nucleici?Perché gli acidi nucleici sonoimportanti?

?

11. I nucleotidi del DNAe dell’RNA: lo zucchero presenteè diverso (ribosio nell’RNAe desossiribosio nel DNA);inoltre nell’RNA una base azotataè diversa (l’Uracile invecedella Timina presente nel DNA).

DNA RNA

5. Gli acidi nucleiciGli acidi nucleici sono le macromolecole più complesse e più importanti degli esseri viventi.Come le proteine, anche gli acidi nucleici sono costituiti da unità elementari (monomeri) che sicollegano tra loro a formare una lunga catena che assume una forma caratteristica (per esempio,una scala a chiocciola nel DNA, a trifoglio nell’RNA di trasporto). Le singole unità si chiamanonucleotidi.Esistono due diversi acidi nucleici: il DNA (Acido Desossiribo Nucleico) e l’RNA (Acido RiboNucleico). Gli acidi nucleici hanno un’importanza determinante per tutti gli esseri viventi: inessi, infatti, è contenuto il codice genetico usato per la trasmissione dei caratteri ereditari e leinformazioni necessarie per lo svolgimento di tutte le reazioni chimiche che sono alla base del“fenomeno” vita.

I nucleotidi. Gli acidi nucleici sono costituiti da lunghe catene di unità elementari, i nucleotidi(allo stesso modo in cui le proteine sono costituite da lunghe catene di amminoacidi).I nucleotidi sono più complessi degli amminoacidi. Infatti, ogni nucleotide è costituito da tre partiunite insieme: un gruppo fosfato (P), uno zucchero (Z) a cinque atomi di carbonio (ribosio nell’RNAe desossiribosio nel DNA) e una base azotata (B), ossia una molecola complessa contenente azoto.Il fosfato (P) è legato allo zucchero (Z) e allo zucchero è legata la base azotata (B).I nucleotidi si legano tra loro per formare le lunghe catene degli acidi nucleici; il gruppo fosfato diun nucleotide si lega allo zucchero del successivo nucleotide.La base azotata è la parte variabile del nucleotide. Infatti, nel DNA possiamo distinguere quattrodiverse basi azotate, ossia quattro tipi di nucleotidi, ognuno contenente una di queste basi azotate:☐ Adenina (A);☐ Guanina (G);☐ Citosina (C);☐ Timina (T).

Nell’RNA invece della Timina troviamo un’altra base azotata, l’Uracile (U). Possiamo così distin-guere quattro diversi nucleotidi sia nel DNA sia nell’RNA.Le basi azotate (e quindi i nucleotidi) sono complementari: alla Guanina si collega sempre laCitosina, e all’Adenina la Timina (o l’Uracile, nell’RNA).Come perline di quattro colori diversi in una collana, così i quattro tipi di nucleotidi si possonocollegare in sequenza diversa e questa sequenza ha un’importanza fondamentale perché rappre-senta il codice genetico per la trasmissione dei caratteri ereditari [ 11].

SV 15

La materia vivente e la sua composizione Unità 2

Com’è la struttura degli acidinucleici?

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12. Modello del DNA propostoda Watson e Crick nel 1957.

13. James Dewey Watson(Chicago, 5 aprile 1928)è il biologo statunitenseche scoprì la strutturadella molecola del DNA insiemeal fisico britannico Francis Crick(1916-2004). Ciò valseai due scienziati il Premio Nobelper la medicina nel 1962.

Applicare concetti

Il DNA è formato da due catene di nucleotidi complementari. Per meglio memorizzare le corrispondenze

tra le basi completa il disegno proposto inserendo le basi mancanti nella catena complementare del DNA.

Se fosse una catena di RNA quali basi azotate si troverebbero?

ApprendoFacendoA

AT C

G

T

AC

Struttura del DNA. Nel DNA le basi azotate di una catena polinucleotidica sono appaiate allebasi complementari (A con T e C con G) dell’altra catena; tra le basi complementari si realizzanodeboli legami (legami a idrogeno) che mantengono unite le due catene.Come vedremo, parti delle due catene si potranno temporaneamente separare per consentire la tra-scrizione dell’informazione genetica su un RNA messaggero; le due catene si potranno poi separarecompletamente per realizzare la duplicazione del DNA.

Struttura degli acidi nucleici. Il DNA e l’RNA, acidi nucleici, polimeri deinucleotidi, presentano tra loro tre importanti di�erenze:1. nella struttura dei singoli nucleotidi, nell’RNA troviamo lo zucchero ribosio,

nel DNA il desossiribosio, che ha un atomo di ossigeno in meno del ribosio;2. tra le basi azotate, nel DNA c’è la Timina (T), negli RNA l’Uracile (U);3. in�ne, il DNA è costituito da due catene di nucleotidi complementari, appaia-

te e disposte a formare una specie di scala a chiocciola, mentre gli RNA sonoin gran parte costituiti da una catena singola [ 12 e 13].

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Scienza della Vita – La vita e la cellula

14. I tre tipi di RNA:mRNA (RNA messaggero),copia di una porzionedi DNA, rRNA (RNAribosomiale), costituentedei ribosomi, e tRNA (RNAdi trasporto), a cui sonolegati gli amminoacidi.

rRNA

RNAribosomiale

RNAmessaggero

mRNA

RNAdi trasporto

Quali tipi di RNA conosci? Che tipo di funzioni svolgono?

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tRNA

Science Words

acidi nucleici nucleic acids

amminoacidi amino acids

biodiversità biodiversity

disaccaridi disaccharides

enzima enzyme

legame peptidico peptide bond

lipidi lipids

molecola molecule

monosaccaridi monosaccharides

polisaccaridi polysaccharides

proteina protein

struttura primaria primary structure

struttura secondaria secondary structure

struttura terziaria tertiary structure

struttura quaternaria quaternary structure

vita life

zucchero sugar

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• Autoverifica

In presenza di enzimi lÕenergia di attivazione aumentao diminuisce? E la velocità della reazione?

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• RNA: la scoperta del messaggero

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6. Reazioni chimiche ed enzimiLa materia vivente è costituita da macromolecole che si trasformano continua-mente per mezzo di reazioni chimiche. Una reazione chimica è un processoin cui una o più molecole (chiamate reagenti) si trasformano in altre molecole(dette prodotti della reazione). Una reazione chimica presuppone la rottura dialcuni legami e/o la formazione di nuovi legami.Le reazioni chimiche sono alla base della vita delle cellule di tutti gli organi-smi viventi e avvengono per e�etto della collisione tra molecole; perché la col-lisione sia abbastanza violenta da rompere o stabilire nuovi legami, e quindida innescare la reazione chimica, occorre una quantità di energia, più o menoelevata a seconda della reazione, che viene detta energia di attivazione.Alcune sostanze, dette catalizzatori, sono in grado di ridurre l’energia di attiva-

zione necessaria a innescare una reazione chimica e ne possono perciò aumen-

tare la velocità. Nelle cellule i catalizzatori “biologici” sono rappresentati daglienzimi, costituiti da molecole proteiche.Gli enzimi non prendono parte alle reazioni chimiche, ma le accelerano riducen-do l’energia di attivazione necessaria. Una volta che la reazione è avvenuta, l’en-zima è nuovamente disponibile per ripetere la reazione, teoricamente all’in�nito.Ogni enzima è speci�co per una sola reazione, poiché possiede una formatridimensionale, ossia una struttura chimica che va bene solo per i reagentidella reazione che catalizza, come una chiave va bene solo per una serratura.Tutte le reazioni chimiche che la cellula svolge sono catalizzate da enzimi spe-

cifci e perciò la vita della cellula (e dell’organismo intero) dipende dalla sua ca-pacità di produrre tutti gli enzimi di cui ha bisogno per le sue reazioni chimiche.Un piccolissimo errore nella costruzione di un enzima può determinare an-che danni irreparabili alla cellula; perciò la produzione degli enzimi (chesono, chimicamente, delle proteine) è guidata con precisione dalle informa-zioni genetiche del “cervello” della cellula, cioè il suo nucleo.

Struttura degli RNA. I tre tipi principali di RNA sono:RNA messaggero (mRNA), RNA ribosomiale (rRNA) eRNA di trasporto (tRNA).1. L’RNA messaggero (mRNA) è una co-

pia di un pezzo di DNA (ossia di ungene), una sequenza di nucleotidiche forma una singola catena, che hail compito di trasferire l’informazio-ne genetica dal nucleo ai ribosomi,nel citoplasma.

2. L’RNA ribosomiale (rRNA), insiemead alcune proteine, forma i ribosomi,gli organuli in cui viene attuata la sintesi

proteica, cioè la produzione delle proteine.3. Gli RNA di trasporto (tRNA), chiama-

ti anche RNA transfer, sono costituiti dauna singola catena di RNA, relativamentebreve, che ha una caratteristica forma atrifoglio; a un’estremità della catena (corri-spondente al “gambo” del trifoglio) si attacca un amminoacido; dalla parteopposta (corrispondente alla punta della foglia centrale del trifoglio) trovia-mo una sequenza di tre nucleotidi, una tripletta detta anticodone, perchécomplementare a una tripletta dell’RNA messaggero detta codone [ 14].

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La materia vivente e la sua composizione Unità 2