Materiali sull’argomento “Gli organismi viventi” LiLu2: I cl Materiali sull’argomento “Gli organismi viventi” LiLu2: I cl. (settembre 2014) Tiziano Terrani Liceo di Lugano 2, 6942 SAVOSA LiLu2/TT 1 cl Gli organismi viventi 1

Che cosa hanno in comune questi organismi? LiLu2/TT 1 cl Gli organismi viventi

Il colore, la forma …? LiLu2/TT 1 cl Gli organismi viventi

… la caratteristica essenziale e più Per un biologo … … la caratteristica essenziale e più significativa è che sono tutti costituiti di cellule! Questo fatto sfugge al senso comune (ed è sfuggito all’attenzione degli studiosi fino a inizio 19° secolo) per il semplice motivo che le cellule sono microscopiche! Approfondimento Le basi della teoria cellulare furono poste verso il 1830: il perfezionamento dei microscopi, in particolare la correzione dell'aberrazione cromatica, permise di trovare analogie fra formazioni diverse come la cartilagine dei tessuti animali e le cellule vegetali. Gli autori che fecero queste osservazioni furono, nel biennio 1838-1839, Matthias Jacob Schleiden e Theodor Schwann, i quali sono considerati i veri ideatori della teoria cellulare per aver identificato nella cellula l'unità presente in tutti gli esseri viventi, piante (Schleiden) o animali (Schwann). Fu infine Rudolf Virchow nel 1858 a concludere che ogni cellula nasce da un'altra cellula preesistente ("Omnis cellula e cellula"). Da Wikipedia (7.7.14) modificato. LiLu2/TT 1 cl Gli organismi viventi

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Le cellule dei vegetali cellule della foglia cellula fotosintetica con cloroplasti LiLu2/TT 1 cl Gli organismi viventi

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Le cellule degli animali cellule dell’intestino LiLu2/TT 1 cl Gli organismi viventi

Gli organismi viventi sono fatti di cellule LiLu2/TT 1 cl Gli organismi viventi

La vita si manifesta nelle cellule La cellula è l’unità strutturale e funzionale della vita! Approfondimento: cellule eucariotiche e cellule procariotiche LiLu2/TT 1 cl Gli organismi viventi

Gli organismi viventi sono costituiti da una o più cellule! unicellulari (una sola cellula) pluricellulari (molte cellule: da poche centinaia a centinaia di migliaia di miliardi) sono microscopici sono di regola visibili a occhio nudo: macroscopici LiLu2/TT 1 cl Gli organismi viventi

Come è fatta una cellula? Tutte le cellule hanno in comune le seguenti parti fondamentali! l’informazione genetica (DNA) Contiene tutte le istruzioni riguardanti la struttura ed il funzionamento della cellula citoplasma membrana cellulare È una soluzione acquosa in cui si trovano (sciolte o in sospensione) molte sostanze inorganiche e organiche È un involucro che delimita il citoplasma: fa contemporaneamente da confine (barriera) e interfaccia per gli scambi di materiali, energia e informazioni fra l’ambiente interno e l’ambiente esterno. LiLu2/TT 1 cl Gli organismi viventi

Come è fatta una cellula? Quasi tutte le cellule (ad eccezione di quelle animali) posseggono un secondo involucro, esterno alla membrana cellulare! parete cellulare È molto più spessa e robusta della membrana cellulare; conferisce alla cellula una forma più stabile; è permeabile alla maggior parte delle sostanze ed è impregnata di acqua. LiLu2/TT 1 cl Gli organismi viventi

Le dimensioni delle cellule Le cellule sono microscopiche, avendo (di regola) dimensioni inferiori a 0.1 mm Esistono però due categorie fondamentali di cellule che si caratterizzano anche per le differenti dimensioni: cellule eucariotiche mediamente* fra 15 e 100 μm (millesimi di millimetro) cellule procariotiche mediamente* ca. 1-2 μm (millesimi di millimetro) In natura esistono sempre delle eccezioni: alcuni batteri (procariotici) hanno una lunghezza di oltre 10 μm, mentre i globuli rossi umani (eucariotici) hanno un diametro di appena 7.2 μm! * LiLu2/TT 1 cl Gli organismi viventi

Differenze fra cellule eucariotiche e procariotiche* Oltre che per le dimensioni, questi due tipi di cellule si differenziano nella loro organizzazione interna: le cellule eucariotiche posseggono una compartimentazione del citoplasma che si realizza con la presenza di membrane interne che delimitano i cosiddetti organelli cellulari. nucleo cellulare Può essere considerato un organello cellulare che delimita il DNA rispetto al citoplasma! organelli cellulari * Il termine eucariotico significa, letteralmente, con un nucleo evidente, ben formato (da eu = bene e karion = nucleo) LiLu2/TT 1 cl Gli organismi viventi

Cfr. tra cellule eucariotiche e cellule procariotiche batteri sulla superficie di una cellula della mucosa boccale Fotografia dal microscopio ottico (I.O. = 1000 x) LiLu2, TT/04 LiLu2/TT 1 cl Cellula Gli organismi viventi 16

Gli unici organismi con cellule procariotiche sono i batteri la loro cellula è procariotica batteri unicellulari protozoi, alghe unicellulari, funghi unicellulari, … la loro cellula è eucariotica ORGANISMI VIVENTI pluricellulari piante, animali e funghi le loro cellule sono eucariotiche LiLu2/TT 1 cl Gli organismi viventi

Organismi unicellulari LiLu2/TT 1 cl Gli organismi viventi

Esempio (modello) di cellula eucariotica animale Collegamento a La cellula LiLu2/TT 1 cl Gli organismi viventi 19

Esempio (modello) di cellula eucariotica vegetale LiLu2/TT 1 cl Gli organismi viventi

Modello di cellula batterica (procariotica) LiLu2, TT/04 LiLu2/TT 1 cl Cellula Gli organismi viventi 21 21

L’ambiente esterno di una cellula per poter essere metabolicamente attiva, una cellula deve essere immersa in una soluzione acquosa Tenuto conto delle loro dimensioni microscopiche delle cellule, è evidente che bastano piccolissime quantità di acqua per rendere possibile la vita delle cellule!  Un batterio immerso in uno strato di acqua di 0.1 mm è paragonabile ad un uomo immerso in un lago profondo 50 m! È per questa ragione che nel suolo possono vivere miliardi di microrganismi! LiLu2/TT 1 cl Gli organismi viventi

Come funziona una cellula? Nella cellula la maggior parte della massa è rappresentata dall’acqua (il “solvente della vita”). Una piccola percentuale è data dai sali minerali e altri composti inorganici, mentre il resto è formato da composti organici, principalmente: PROTEINE GRASSI CARBOIDRATI ACIDI NUCLEICI (DNA, RNA) Fondamentalmente una cellula deve mantenere integre le sue componenti, ricostruendo quelle difettose o consumate, in certe fasi della sua esistenza aumenta il proprio volume e a dipendenza della sua specializzazione svolge determinate funzioni (cellule contrattili, cellule ghiandolari, cellule nervose, …) e naturalmente si riproduce. Per fare tutto ciò al suo interno avvengono innumerevoli reazioni chimiche che trasformano il cibo che la cellula ha assorbito nei materiali cellulari e in quelli necessari a svolgere la sua funzione. Naturalmente la cellula ha anche costantemente bisogno di energia che si procura nell’ambiente esterno. L’insieme delle reazioni chimiche che avvengono nel citoplasma è chiamato metabolismo. L’incessante lavorìo chimico produce anche materiali di scarto che la cellula deve espellere nell’ambiente esterno. LiLu2/TT 1 cl Gli organismi viventi

Come funziona una cellula? l’informazione genetica dice quali trasformazioni devono essere fatte! cibo, ossigeno e stimoli ambientali materiali energia informazioni materiali energia informazioni scarti metabolici, calore e segnali per altre cellule trasformazioni chimiche = metabolismo Fondamentalmente le cellule devono ricevere materiali, energia e informazioni dall’ambiente esterno per poter funzionare. Possiamo considerare cibo (nutrimento) tutto ciò che entra nelle cellule allo scopo di consentire il mantenimento della struttura cellulare e la sua funzionalità. LiLu2/TT 1 cl Gli organismi viventi

Vivere? Vivere significa far giungere alle cellule tutto ciò che occorre per mantenere la loro struttura (come sono fatte) e per farle funzionare (trasformano al loro interno molte sostanze e ne costruiscono di nuove, soprattutto proteine: metabolismo cellulare) e per permettere loro di riprodursi. RIPRODUZIONE CELLULARE ACCRESCIMENTO CELLULARE LiLu2/TT 1 cl Gli organismi viventi

NON hanno struttura cellulare! Virus? NON hanno struttura cellulare! LiLu2/TT 1 cl Gli organismi viventi

Cellule eucariotiche, procariotiche e virus ca. 30 μm cellula umana (eucariotica) virus 0.1- 0.2 μm cellula batterica (procariotica) ca. 1-2 μm LiLu2/TT 1 cl LiLu2, TT/04 Cellula Gli organismi viventi 27 27

Composizione chimica degli organismi viventi? acqua, sali minerali vari ed elementi in traccia sostanze inorganiche carboidrati (zuccheri o glucidi) proteine grassi (lipidi) acidi nucleici vitamine, … sostanze organiche = « composti del carbonio » LiLu2/TT 1 cl TT/2011-2012 Corpo umano: introduzione e generalità Gli organismi viventi 28

Confronto fra le dimensioni cellulari e quelle molecolari Cellula intestinale ingrandita 50 milioni di volte una molecola di acqua è lunga ca. 0.4 nm una cellula intestinale è lunga ca. 30 μm ingrandendo 50 milioni di volte (x 5.107) la molecola di acqua si otterrebbe un modello dove la molecola è lunga 2 cm Golfo di Agno 1 2 1 km 1 2 cm Molecola d’acqua ingrandita 50 milioni di volte ingrandendo 50 milioni di volte (x 5.107) la cellula intestinale si otterrebbe un modello dove la cellula è alta 1.5 km! LiLu2/TT 1 cl Gli organismi viventi 29