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LEZIONE 1 Con approfondimenti ed esercizi

La cellula

• Le ricerche di Hooke nel 1665 e di Schleiden e Schwann nel 1880, basate sulle osservazioni di materiale vivente al microscopio, hanno portato alla teoria cellulare. Questa teoria afferma che la cellula è l’unità fondamentale, strutturale e funzionale, degli esseri viventi, cioè la più piccola parte di un organismo in grado di compiere ogni funzione vitale.

• Le cellule possono avere dimensioni varie, ma sempre molto piccole, quindi devono essere misurate con

unità di misura appropriate, cioè sottomultipli del metro come il micrometro (m), il nanometro (nm), e l’ angstrom (Å) ; per questo sono visibili solo al microscopio. Fanno eccezione le cellule uovo di alcuni uccelli e di alcuni rettili che possono avere anche diametro fino ad 8-10 centimetri.

• Ci sono esseri viventi formati da una sola cellula, come il Paramecio o l’Ameba e vengono chiamati unicellulari. La maggior parte degli organismi, le piante, gli animali, le alghe e molti funghi, sono invece costituiti da più cellule e vengono detti pluricellulari. Il modo in cui le diverse cellule sono organizzate tra loro crea l’infinita varietà degli organismi viventi.

• Le cellule, soprattutto nei pluricellulari, hanno forme diverse in rapporto alle funzioni che svolgono nell’organismo e determinano le caratteristiche dei diversi tessuti e degli organi.

• In tutti gli organismi la cellula presenta sempre le stesse caratteristiche. In essa si distinguono due parti fondamentali: il citoplasma e il nucleo, entrambi circondati da una membrana.

a. La membrana citoplasmatica è una struttura esterna, sottile e flessibile, che delimita e protegge

la cellula, e permette alle sostanze di entrare ed uscire da essa.

b. Il citoplasma è un composto gelatinoso trasparente, composto da acqua, sali minerali e sostanze

organiche. Nel citoplasma si svolgono tutte le funzioni della cellula grazie alla presenza di specifici

organuli: ribosomi, mitocondri, vacuoli, apparato del Golgi, reticolo endoplasmatico.

1. I ribosomi hanno il compito di costruire le proteine.

2. I mitocondri producono l’energia.

3. I vacuoli contengono le sostanze di riserva.

4. L’apparato del Golgi raccoglie, trasporta ed elimina le sostanze di scarto.

5. Il reticolo endoplasmatico è un complesso di cavità e canali che dividono la cellula in

compartimenti; ad esso aderiscono i ribosomi con i quali concorre a costruire le proteine.

c. Il nucleo è un corpo rotondeggiante circondato dalla membrana nucleare che ha le stesse

funzioni della membrana citoplasmatica. Contiene I cromosomi, costituiti dal DNA; grazie alle

informazioni contenute nel DNA, il nucleo regola tutte le attività cellulari, raccoglie e dirama

informazioni, controlla la riproduzione della cellula e determina le caratteristiche degli individui.

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APPROFONDIMENTO Il microscopio ottico

Tra gli strumenti più importanti nello studio delle cellule e dei microrganismi c'è sicuramente il microscopio

ottico. Esso assolve due importanti funzioni:

• ingrandisce oggetti invisibili ad occhio nudo

• permette di vedere separati due oggetti che ad occhio nudo appaiono uniti.

Un uomo dotato di vista normale, per poter leggere una scritta deve porre gli occhi ad una distanza di almeno 25

- 30 cm dal foglio. A tale distanza l'occhio è in grado di separare due punti distanti almeno 0,075 - 0,1 mm. Due

punti più vicini vengono quindi visti come un unico punto. Questa distanza viene detta potere o limite

risolutivo dell'occhio. Siccome le cellule degli

organismi procarioti hanno dimensioni dell'ordine di 2 milionesimi di metro (2 micrometri) e le cellule eucariote

hanno un diametro medio di 10 - 30 micrometri, per studiarle è necessario uno strumento ottico che ci permetta

di valutarne la morfologia: con un buon microscopio ottico che utilizzi la luce bianca siamo in grado di discernere

nitidamente oggetti con un diametro superiore a 0,2 micrometri. Quindi il potere risolutivo del microscopio ottico

è di 0,2 micrometri e non siamo in grado di osservare oggetti di grandezza minore. Con un adatto sistema di lenti

si è in grado di ottenere ingrandimenti superiori a mille volte la dimensione reale dell'oggetto osservato.

Il microscopio ottico è costituito da due sistemi di lenti, inserite alle due estremità di un tubo; in pratica il primo

sistema ingrandisce l’oggetto, il secondo ingrandisce l’immagine ingrandita dal primo. Nel microscopio si

distinguono:

• lo stativo, parte meccanica

• la parte ottica

Lo stativo a sua volta è composto da:

1. un sostegno 2. un tavolino portaoggetti, sul quale vengono appoggiati i vetrini, che presenta un’apertura attraverso cui passa la luce proveniente da una sorgente luminosa. La parte ottica è composta da: 1. un dispositivo d’illuminazione, composto da una lampada e da un condensatore che serve a concentrare la luce; questo sistema viene regolato dalla presenza di un diaframma ad iride; 2. il sistema ottico che nei microscopi composti è costituito da oculare ed obiettivo.

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L’oculare è costituito da due insiemi di lenti che consentono ingrandimenti compresi tra 3 X (cioè tre volte le dimensioni reali) e 20 X. L’obiettivo, anch’esso composto da due o più lenti, può essere a secco, se tra la lente e il vetrino con il preparato c’è solo aria, oppure ad immersione. Gli ingrandimenti più usati sono il 10 X, il 40 X, il 100 X. Moltiplicando l’ingrandimento dell’obiettivo per quello dell’oculare si ottiene l’ingrandimento totale.

Schema di un microscopio ottico: vengono evidenziate le parti più importanti

Foto tratta da S. Campari - Guida al laboratorio di microbiologia - Zanichelli 1992 - ISBN 88-08-10810-4

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Esercizi

1. Cosa si intende per organismo unicellulare?

2. Collega organuli cellulari e relative funzioni:

Ribosomi Regolazione delle attività cellulari

Mitocondri Sintesi proteica

Apparato del Golgi Produzione dell’energia

Membrana cellulare Eliminazione sostanze di rifiuto

Nucleo Protezione della cellula e regolazione degli scambi

3. Il nucleo contiene i _____________________ costituiti da _______________

4. Quali sono la forma e le dimensioni della cellula?

5. Indica se le affermazioni seguenti sono vere o false:

Tutte le cellule hanno membrana, citoplasma e nucleo V F

Le cellule animali possiedono la parete cellulare V F

Le cellule sono visibili soltanto al microscopio V F

I ribosomi serve per la produzione di energia V F

Il nucleo possiede una membrana limitante V F

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LEZIONE 2

I diversi tipi di cellula

• Le cellule hanno un’organizzazione complessa e sono dotate di strutture ed organuli organizzati. I primi organismi comparsi sulla Terra avevano invece una struttura cellulare più semplice. I discendenti di questa cellula primordiale sono gli organismi unicellulari che costituiscono il gruppo di Batteri e Alghe azzurre. In base alla complessità della cellula gli organismi si distinguono perciò in Procarioti ed Eucarioti

a. Procarioti – Batteri ed Alghe azzurre

1.Sono i primi organismi cellulari comparsi sulla Terra e mostrano il minor livello di complessità tra tutte le cellule viventi. 2. Non hanno un nucleo delimitato da membrana e il materiale nucleare è sparso nel citoplasma. 3. La membrana cellulare è contornata da una parete cellulare rigida di spessore e composizione variabile che

protegge la cellula. 4. Hanno dimensioni minori. 5. Non hanno strutture citoplasmatiche 6. Hanno ribosomi più piccoli. 7. Si riproducono per scissione binaria duplicando il materiale genetico e dividendosi in due cellule identiche. 8. Grazie a questo programma biologico semplice i procarioti riescono ad adattarsi anche a condizioni estreme e costituiscono il 50% della biomassa totale dei viventi.

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a. Eucarioti – Protisti, Animali, Piante, Funghi 1.Sono caratterizzati da un’organizzazione complessa. . 2. Hanno nucleo delimitato da membrana e materiale nucleare organizzato in cromosomi

3. Non possiedono parete cellulare. 4. Hanno dimensioni 10 volte maggiori dei procarioti. 5. Presentano organuli membranosi deputati allo svolgimento di specifiche funzioni. 6. Hanno ribosomi più grandi. 7. Si dividono attraverso un meccanismo complesso detto mitosi.

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Cellula animale e vegetale.

Esistono differenze importanti tra la cellula eucaristica animale e quella vegetale.

CELLULA ANIMALE TIPICA CELLULA VEGETALE TIPICA

ORGANELLI Nucleo Nucleolo (all’interno del nucleo) Reticolo endoplasmatico liscio Reticolo endoplasmatico rugoso Ribosomi Citoscheletro Apparato del Golgi Citoplasma Mitocondri Lisosomi Perossisomi Centrosomi Centrioli

Nucleo Nucleolo (all’interno del nucleo) Reticolo endoplasmatico liscio Reticolo endoplasmatico rugoso Ribosomi Citoscheletro Apparato del Golgi Citoplasma Mitocondri Cloroplasti Vacuolo centrale (grande) Perossisomi Vacuoli

STRUTTURE ADDIZIONALI

Membrana plasmatica Flagelli (solo nei gameti) Ciglia

Membrana plasmatica Parete cellulare Plasmodesmi

Le differenze più importanti sono date dalla presenza, nella cellula vegetale di a. cloroplasti, organelli deputai a svolgere la fotosintesi clorofilliana, il processo base della vita

attraverso il quale le piante verdi trasformano il prodotto di scarto CO2 in O2 b. Vacuolo molto grande centrale con funzione di deposito di acqua e di sostanze in essa disciolte c. Parete cellulare rigida, diversa da quella degli eucarioti, che dà forma e rigidità alle cellule vegetali.

Essa rappresenta inoltre una barriera fisica e chimica agli agenti patogeni.

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Esercizi 1. I Batteri e le Alghe azzurre sono ____________________ mentre ____________________ ,

___________________ e Funghi sono procarioti.

2. Quali sono le principali differenze tra cellula animale e cellula vegetale?

3. Indica se le affermazioni seguenti sono vere o false Tutti i procarioti possiedono un nucleo delimitato dalla membrana nucleare V F La cellula procariote è più piccola di quella eucariote V F Gli eucarioti sono i più recenti organismi viventi comparsi sulla terra V F I procarioti sono caratterizzati da un’organizzazione complessa V F La cellula vegetale è delimitata da una parete cellulare V F

4. Individua i collegamenti corretti Hanno dimensioni maggiori Procarioti Hanno materiale nucleare organizzato in cromosomi Cellule animali Costituiscono il 50% della biomassa Cellule vegetali Hanno un grande vacuolo centrale Eucarioti

5. Qual è la funzione dei cloroplasti?

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LEZIONE 3 La divisione e l’organizzazione delle cellule

DIVISIONE CELLULARE

• In tutti gli organismi viventi le cellule si riproducono. La crescita di un individuo infatti non è data da un aumento di dimensione delle sue cellule ma dall’aumento del loro numero attraverso la riproduzione cellulare.

• Unicellulari e pluricellulari attuano meccanismi diversi per riprodursi a. UNICELLULARI

1. Scissione: è tipica dei Batteri ed è il tipo di divisione più semplice, in cui una cellula si divide in due cellule identiche; 2. Gemmazione: è caratteristica di alcuni Funghi e di alcuni unicellulari. Sulla superficie esterna della cellula madre si forma una protuberanza, la gemma, in cui migra una parte di nucleo. Raggiunta una certa dimensione la gemma si stacca dando origine ad una nuova cellula; 3. Sporogenesi: è tipica dei Funghi . All’interno della cellula il nucleo si frammenta ed ogni frammento si circonda di una certa quantità di citoplasma della cellula madre. Ogni nuovo elemento si circonda di una membrana propria, quindi la membrana della cellula madre si spacca liberando le nuove cellule.

b. PLURICELLULARI 1. Mitosi: Negli Animali e nelle Piante la divisione avviene solo per mitosi, un processo

complesso schematizzabile in 4 tappe I fase: il materiale nucleare si duplica e il nucleo scompare; ogni cromosoma è presente in doppia copia; si forma una struttura detta fuso mitotico; II fase: i cromosomi si dispongono al centro della cellula, lungo le fibre del fuso; III fase: le fibre del fuso tirano i cromosomi ai poli opposti della cellula; IV fase: il fuso scompare; i due gruppi di cromosomi si organizzano in due nuovi nuclei con la loro membrana nucleare; la cellula si divide in due cellule figlie con lo steso numero di cromosomi della cellula madre. Per la formazione delle cellule destinate alla riproduzione sessuale, i gameti, esiste una particolare forma di divisione detta meiosi. ORGANIZZAZIONE DELLE CELLULE

• Le cellule degli organismi unicellulari sono completamente autosufficienti e svolgono tutte le funzioni della vita: nutrizione, respirazione, escrezione, riproduzione, sensibilità e movimento.

• Negli organismi pluricellulari le cellule non sono autonome, ma dipendono le une dalle altre. Esse si sono specializzate nel compiere determinate funzioni, per cui esistono cellule protettrici, altre adibite al trasporto di ossigeno e anidride carbonica, altre addette al movimento, altre capaci di ricevere gli stimoli.

• Ad ogni tipo di funzione corrisponde nella cellula una forma precisa adatta alla funzione da svolgere.

• Cellule con la stessa forma e funzione sono organizzate in tessuti: per esempio un insieme di cellule muscolari forma il tessuto muscolare.

• Negli organismi complessi più tessuti costituiscono un organo: per esempio lo stomaco è un organo costituito da tessuto muscolare, ghiandolare e di rivestimento.

• Un insieme di organi diversi che collaborano in modo coordinato per una determinata funzione costituisce un apparato, ad esempio l’apparato digerente.

• Più apparati costituiscono infine un organismo.

• Un gruppo di organismi della stessa specie forma una popolazione.

• Popolazioni di specie diverse formano una comunità.

• Diverse comunità che coabitano formano un ecosistema.

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Esercizi 1. Quali sono i meccanismi di divisione degli organismi unicellulari?

2. Cos’è la mitosi?

3. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false: Prima della mitosi si ha la duplicazione del materiale nucleare V F La scissione è un meccanismo di divisione tipico degli animali V F Le cellule degli organismi unicellulari sono autonome V F Le cellule degli organismi pluricellulari sono scarsamente specializzate V F Negli organismi pluricellulari le cellule sono organizzate in tessuti V F

4. Negli organismi unicellulari più tessuti concorrono a formare un ________________ , più ___________ costituiscono un ______________.

5. Cos’è una comunità? ed un ecosistema?

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GRIGLIA DI VERIFICA E VALUTAZIONE

QUESITO SOLUZIONE PUNTI

1. ……………….. ………… …….

2. ……………….. ………… …….

3. ……………….. ………… …….

4. ……………..... ………… …….

5. ……………….. ………… …….

6. ……………….. ………… …….

7. ……………….. ………… …….

8. ……………….. ………… …….

9. ………………. ………… …….

10. ………………. ………… …….

…….

PUNTEGGIO TOTALE TOTALE

• Ad ogni quesito viene attribuito un punteggio in relazione al grado di difficoltà.

• I punti relativi ai quesiti corretti si sommano per ottenere il punteggio totale.

• Il punteggio totale viene espresso in decimi.

(punteggio totale ottenuto / punteggio totale realizzabile X 10 )

• In relazione al punteggio in decimi si procede alla valutazione della prova: PUNTEGGIO CONOSCENZE ABILITA’ COMPETENZE

< 5 CONOSCENZA DEI CONTENUTI DELL’ UdA LACUNOSA

SVILUPPO DELLE ABILITA’ ASSENTE O SCARSO

UTILIZZAZIONE DELLE CONOSCENZE ASSENTE O STENTATA

5 CONOSCENZA DEI CONTENUTI DELL’ UdA FRAMMENTARIA

SVILUPPO DELLE ABILITA’ PARZIALE. NECESSITA ATTIVITA’ DI RECUPERO

UTILIZZAZIONE DELLE CONOSCENZE INCOMPLETA E IMPRECISA

6 CONOSCENZA DEI CONTENUTI DELL’ UdA ESSENZIALE

SVILUPPO DELLE ABILITA’ SUFFICIENTE. EVENTUALE ATTIVITA’ DI RECUPERO

UTILIZZAZIONE DELLE CONOSCENZE ESSENZIALE

7 CONOSCENZA DEI CONTENUTI DELL’ UdA APPROPRIATA

SVILUPPO DELLE ABILITA’ BUONO. ATTIVITA’ DI CONSOLIDAMENTO

UTILIZZAZIONE DELLE CONOSCENZE ADEGUATO

8 CONOSCENZA DEI CONTENUTI DELL’ UdA AMPIA

SVILUPPO DELLE ABILITA’ PIU’ CHE BUONO. ATTIVITA’ DI CONSOLIDAMENTO

UTILIZZAZIONE DELLE CONOSCENZE APPROPRIATO

9

CONOSCENZA DEI CONTENUTI DELL’ UdA AMPIA E COMPLETA

SVILUPPO DELLE ABILITA’ SICURO E PERSONALE. ATTIVITA’ DI APPROFONDIMENTO

UTILIZZAZIONE DELLE

CONOSCENZE SIGNIFICATIVO

E RESPONSABILE

10

CONOSCENZA DEI CONTENUTI DELL’ UdA COMPLETA E APPROFONDITA

SVILUPPO DELLE ABILITA’ PERSONALE E CREATIVO. ATTIVITA’ DI APPROFONDIMENTO

UTILIZZAZIONE DELLE

CONOSCENZE CONSAPEVOLE

E PERSONALE

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SITOGRAFIA

SITI PER ESERCIZI DI RIEPILOGO, RECUPERO, CONSOLIDAMENTO E APPROFONDIMENTO

https://www.scienzeascuola.it/esercizi-e-test/biologia/questionario-sulla-cellula-struttura-e-funzioni

http://media.studentville.it/APPUNTI_FILES/verifica_di_scienze-_618.pdf

http://www.oilproject.org/esercizio/esercizi-cellula-teoria-cellulare-mitocondri-dna-nucleo-procarioti-eucarioti-

2756.html