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Prima parte Evoluzione e complessità Marco Federici classe 3a cucina Istituto alberghiero Porto SantElpidio – ISITPS Tutor prof. Stroppa Pierluigi Tratte.

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1 Prima parte Evoluzione e complessità Marco Federici classe 3a cucina Istituto alberghiero Porto SantElpidio – ISITPS Tutor prof. Stroppa Pierluigi Tratte da Zullini

2 Obiettivi Conoscere la struttura delle membrane interne di alcuni organuli Conoscere le reazioni cellulari che avvengono in esse Dimostrare che esistono strutture complesse in natura, sia a livello microscopico che a livello macroscopico

3 Metodologia Lezioni frontali partecipate con proiezioni di immagini e animazioni Elaborazione di set anticipatori Uso frequente del feedback Lavori di gruppo Invito alla produzione di relazioni e poster Role playing Costruzione di modelli che simulano i fenomeni che avvengono negli organismi viventi

4 Mezzi e strumenti Libri di testo Riviste scientifiche Laboratorio scientifico Personal computer e videoproiettore Microfono e macchina fotografica digitale adibita anche alle riprese Lavagne dardesia, magnetica e luminosa Modelli Cartelloni e poster

5 Partiamo da due organuli della cellula: il mitocondrio e il cloroplasto Tratte da Zullini I due organuli in figura hanno entrambi: Una doppia membrana, di cui lesterna liscia e linterna ripiegata Nel mitocondrio la membrana interna forma le creste mitocondriali, mentre nel cloroplasto forma tilacoidi raggruppati in grani

6 Perché la membrana interna è ripiegata? La membrana interna è ripiegata per aumentare la superficie dazione dei processi della respirazione cellulare (nei mitocondri) e della fotosintesi clorofilliana (nei cloroplasti) Iniziamo dalla respirazione cellulare..

7 La respirazione cellulare La respirazione cellulare avviene nelle creste mitocondriali dei mitocondri; essa è catalizzata da enzimi respiratori e consiste nella combustione di glucosio in presenza di ossigeno: C 6 H 1 2 O 6 + 6O 2 6CO 2 + 6H 2 O + Energia (36ATP)

8 Rappresentazione della membrana interna del mitocondrio a) Prendendo un astuccio si inserisce un foglio di carta; si osserva che esso vi entra per una piccola superficie; b) Se il foglio di carta si accartoccia osserviamo che esso entra tutto dentro lastuccio! Conclusioni. Se lastuccio rappresenta la membrana esterna del mitocondrio e il foglio di carta la membrana interna, è ovvio che nel caso b) aumenta la superficie di questultima e quindi aumenta anche il processo della respirazione cellulare.

9 Animazione astuccio

10 Metodologia di spiegazione b Prendendo una scatola di bottiglie di vino, mostriamo il divisorio tra le bottiglie: Conclusioni: se la scatola rappresenta la membrana esterna del mitocondrio e il divisorio la membrana interna, si osserva che nel caso b) aumenta la superficie di quest ultima e quindi aumenta anche il processo della respirazione cellulare a)se è chiuso la sua superficie è minore b) se lo apriamo la sua superficie è maggiore

11 Animazione divisorio la scatola rappresenta la membrana esterna del mitocondrio e il divisorio la membrana interna; L alunno Lamkoutar illustra che se il divisorio è chiuso la sua superficie è ridotta se confrontata con quella del divisorio aperto.

12 Passiamo al cloroplasto e alla fotosintesi clorofilliana

13 La fotosintesi clorofilliana La fotosintesi clorofilliana è la reazione che avviene negli organuli cloroplasti grazie alla luce del Sole catturata dal pigmento clorofilla : CO 2 + H 2 O + Energia Solare C 6 H 1 2 O 6 + O 2 6CO 2 + 6H 2 O + Energia Solare C 6 H 1 2 O 6 + 6O 2 bilanciando:

14 Simulazione dei grani e dei tilacoidi Un piatto rappresenta un tilacoide e una pila di piatti un grano

15 Altri esempi: le ammoniti Ammonite madreperlacea proveniente dalla Russia. Da Venturi

16 La linea di sutura delle ammoniti Interno di ammonite dal calcare massiccio della Gola della Rossa Serra San Quirico (AN) Linterno della conchiglia delle ammoniti è concamerata. Le pareti che dividono le camere non sono dritte ma ondulate.

17 La linea di sutura delle ammoniti Anche in questo caso è stata premiata la complessità invece che la semplicità. Infatti, avere le pareti dritte, quindi semplici, avrebbe comportato un grande spessore delle stesse per resistere alla pressione idrostatica. Ecco così che avere le pareti ondulate ( anziché dritte e spesse) è stato vantaggioso: il peso della conchiglia è diminuito ma la resistenza alla pressione idrostatica è rimasta elevata.

18 Altri esempi: il corpo umano Immagine tratta da Zullini

19 Modello del corpo umano Immagine tratta dal corpo umano della scuola

20 Intestino L intestino è formato da un lungo tubo ripiegato su se stesso per offrire una maggiore superficie di assorbimento dei principi nutritivi nel volume della cavità addominale Immagine tratta dal corpo umano della scuola

21 Il Cervello Il cervello è formata da una membrana ripiegata su se stessa in modo da offrire unampia superficie nel piccolo volume della scatola cranica. Immagine tratta dal corpo umano della scuola

22 Il cervello dell uomo e quello della scimmia Questa immagine mostra che il cervello dell uomo (a sinistra) è più grande e più ricco di pieghe di quello della scimmia (a destra).

23 Le linee di sutura delle ossa del capo

24 Incastro delle mani La linea di sutura delle ammoniti e della scatola cranica si può simulare anche unendo le mani…

25 Tessuto spugnoso dellosso Osservando le immagini sovrastanti si può notare il tessuto osseo spugnoso. Tale tessuto impartisce, nello stesso tempo, resistenza e leggerezza all osso. Negli spazi vuoti offerti dalle trabecole cè il midollo osseo; in esso si producono gli elementi figurati del sangue: globuli bianchi, globuli rossi e piastrine.

26 La struttura interna delle ossa Ecco la struttura interna delle ossa con il tessuto osseo compatto allesterno e quello spugnoso allinterno Immagine tratta da Zullini

27 Conclusioni Le strutture complesse sono un esempio di evoluzione convergente? Di sicuro esse si sono dimostrate utili per: Ottimizzare gli spazi (membrane interne degli organuli, organi cervello e intestino) per far avvenire molte reazioni chimiche in piccoli volumi Aumentare la resistenza delle strutture rendendole leggere (linea di sutura delle ammoniti, tessuto osseo spugnoso)

28 Bibliografia Cheshire G. Evolution A little history of a great idea (2008) Zullini A., Sparvoli A. e Sparvoli F. Scienze della natura (2006) Venturi F., Rossi S. Subasio, origine e vicende di un monte appenninico. (2003)


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