Per l’insegnante: La presentazione si propone di descrivere:

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1 Per l’insegnante: La presentazione si propone di descrivere: che cosa determina la diversità tra i caratteri degli organismi viventi; la struttura e la funzione del materiale ereditario; come avviene la duplicazione del DNA.

2 Per iniziare Perché si può trovare una somiglianza fra i membri di una stessa famiglia? Che cosa rende lisci, ricci, mori, rossi o biondi i capelli di una persona? Per l’insegnante: La discussione iniziale ha lo scopo di introdurre al tema del patrimonio genetico di ogni individuo e alla ereditarietà dei caratteri. È piuttosto intuitivo, e ormai generalmente noto, che le somiglianze in una famiglia dipendono dalla trasmissione dei caratteri ereditari. Più difficile è formulare un’ipotesi su che cosa determini in un individuo la presenza di un determinato carattere. In questo caso, la domanda troverà risposta nella slide successiva.

3 Caratteri diversi = proteine diverse
La diversità tra gli individui dipende dal tipo di proteine che un organismo possiede. Per l’insegnante: La maggior parte delle molecole contenute nelle cellule sono proteine, oppure molecole sintetizzate, cioè costruite grazie all’intervento di enzimi, che sono anch’essi proteine. Poiché le caratteristiche biologiche di tutti gli esseri viventi dipendono dal “materiale” con cui essi sono fatti, i caratteri di ogni individuo sono determinati proprio dai tipi di proteine che egli possiede. Non è opportuno addentrarsi nella regolazione genetica del colore dei capelli, ma si tenga presente che è dovuta al tipo e alla distribuzione di melanina nella corteccia capillare. Nei capelli neri prevalgono le eumelanine; in quelli rossi, biondi e castani, le feomelanine. Nella produzione delle melanine giocano un ruolo fondamentale l’enzima tirosinasi e l’amminoacido tirosina.

4 Come sono fatte le proteine
Le proteine sono formate da lunghe catene di molecole più piccole, gli amminoacidi. In natura esistono solo 20 diversi amminoacidi che, combinandosi diversamente, formano un numero altissimo di proteine. Per l’insegnante: Ogni singola proteina può essere formata da una catena o da più catene di amminoacidi, e ogni catena può comprendere da poche centinaia a 3500 o più amminoacidi. È bene ricordare che, indipendentemente dalla lunghezza della catena, le cellule costruiscono le proteine unendo un amminoacido per volta. Si può aggiungere che ogni amminoacido è formato da un gruppo carbossilico acido, un gruppo amminico basico e da un gruppo di atomi detto gruppo R, diverso per ciascun amminoacido. Nel disegno è rappresentata la struttura della proteina emoglobina.

5 A che cosa servono le proteine
Le proteine svolgono negli organismi viventi migliaia di funzioni. Ecco due esempi: emoglobina trasporta ossigeno nel sangue miosina e actina regolano la contrazione muscolare Per l’insegnante: Le molecole proteiche svolgono innumerevoli funzioni essenziali per mantenere in vita la cellula e l’intero organismo, ma non solo. Esse, infatti, hanno un ruolo fondamentale nella trasmissione e nell’espressione dei caratteri che differenziano una specie dall’altra e, in misura minore, i vari individui di una stessa specie tra loro. Potrebbe essere interessante chiedere ai ragazzi se conoscono il nome di qualche proteina e la sua funzione.

6 Perché proteine diverse?
Nel nucleo di tutte le cellule di un organismo si trova una molecola particolare, il DNA, nella quale sono contenute tutte le istruzioni necessarie perché l’organismo possa costruirsi le sue proteine. Per l’insegnante: A lungo gli scienziati hanno cercato di scoprire come un individuo possa avere proteine diverse da un altro e, più in particolare, come possa sempre costruire le sue proteine e non quelle di un altro. La ricerca proseguì per quasi tutta la prima metà del XX secolo fino a quando si scoprì che nel nucleo era contenuto il materiale ereditario, così chiamato perché viene trasmesso, pur con qualche variazione, dai genitori alla prole, determinando quelle caratteristiche somiglianze che si osservano tra i membri di una stessa famiglia.

7 DNA e proteine: due linguaggi diversi
Le informazioni contenute nel DNA sono scritte in un linguaggio dato dalla: Le proteine, invece, sono scritte con un linguaggio molto diverso dato dalla: Per l’insegnante: Per costruire una determinata proteina non bisogna sbagliare l’ordine degli amminoacidi. Se la sequenza degli amminoacidi non è corretta, la proteina perde la sua funzionalità. Si potrebbe fare l’esempio dell’emoglobina, la proteina che ha la funzione di trasportare l’ossigeno nel sangue. La sua struttura si basa su una precisa sequenza di circa 150 amminoacidi: valina, istidina, leucina... Per fabbricare l’emoglobina occorre "montare" gli amminoacidi esattamente nella giusta sequenza. Ma come fa la cellula a “conoscere” l’ordine esatto degli amminoacidi? Occorre che il DNA contenuto nel nucleo “dica”, cioè dia le informazioni su quali e quanti aminoacidi servono, e in quale ordine devono succedersi. sequenza di basi azotate sequenza di amminoacidi

8 Il DNA trasmette informazioni
La molecola di DNA è in grado di fare delle copie praticamente perfette di se stessa; in questo modo, durante la divisione delle cellule: le informazioni per la produzione delle proteine Per l’insegnante: Una delle caratteristiche fondamentali per ogni essere vivente è la capacità di saper trasmettere di generazione in generazione le informazioni indispensabili per il mantenimento della specie. Anche le cellule hanno necessità di trasmettere le informazioni quando si dividono: per esempio, se una cellula che produce insulina non trasmettesse alle sue cellule figlie le informazioni necessarie per produrre questo ormone, si creerebbe una situazione gravissima perché nell’arco di poco tempo non ci sarebbero più cellule in grado di produrre insulina. si ritrovano in ogni nuova cellula prodotta dall’organismo. vengono trasmesse di generazione in generazione.

9 La struttura del DNA La molecola di DNA è un acido nucleico ed è costituita da due lunghe catene avvolte a elica. Ogni catena è composta da unità che si ripetono, chiamate nucleotidi. Per l’insegnante: La molecola di DNA è estremamente lunga; se si potesse srotolare, quella contenuta in una cellula umana misurerebbe circa 1,5 metri.

10 I nucleotidi Il nucleotide è l’unità fondamentale del DNA, ed è formato da: una molecola di acido fosforico una molecola di desossiribosio Per l’insegnante: I disegni aiutano a chiarire come è fatto un nucleotide: -l’acido fosforico, conosciuto anche come gruppo fosfato, è composto da fosforo e ossigeno; il desossiribosio è una molecola di zucchero a cinque atomi di carbonio; la base azotata è una molecola contenente un atomo di azoto. Le basi azotate della molecola di DNA possono essere di quattro tipi diversi: adenina (indicata con la lettera A), guanina (G), timina (T) e citosina (C). una base azotata

11 La forma del DNA In ogni catena i nucleotidi si susseguono, lasciando orientate le basi azotate verso l’interno della doppia elica, in modo che esse possano collegarsi con quelle dell’altra catena formando coppie fisse: A -T e G - C. Per l’insegnante: Le molecole delle basi azotate sono fatte in modo tale da potersi legare tra loro formando sempre delle coppie fisse. In questo modo i nucleotidi che compongono le due catene del DNA sono collegati per mezzo delle basi azotate, quasi come i montanti di una scala a pioli. Inoltre, la molecola di DNA è attorcigliata a elica.

12 Come si duplica il DNA Durante la duplicazione le due catene di DNA si separano, servendo ognuna come stampo per la costruzione di una nuova catena. Al termine della duplicazione si ricavano due molecole di DNA esattamente identiche all’originale. Per l’insegnante: Per far comprendere meglio il meccanismo della duplicazione si può paragonare la doppia elica di DNA a una cerniera lampo che si apre e si chiude; infatti, le due catene che compongono il DNA si possono separare in maniera analoga a quelle di una cerniera. Via via che si separano, accanto a ciascuna catena viene ricostruita una copia di quella mancante, utilizzando i nucleotidi liberi presenti nel nucleo. Ogni catena serve quindi da stampo per quella nuova. A ogni adenina viene legata una timina, a ogni guanina una citosina e viceversa. Alla fine del processo si avranno due molecole di DNA perfettamente identiche all’originale. In questo modo, le informazioni necessarie per la costruzione di tutte le proteine dell’organismo contenute nella cellula madre vengono trasmesse alle cellule figlie. La duplicazione del DNA ha un’importanza fondamentale, perché consente la riproduzione cellulare e la trasmissione dei caratteri ereditari dai genitori ai figli.

13 Il DNA, insieme a diverse proteine si organizza in una struttura che è detta CROMOSOMA.
I cromosomi sono costituiti da cromatina, che consiste di fibre contenenti DNA e proteine. Quando una cellula non è in divisione, la cromatina si trova sotto forma di lunghi filamenti. Durante la divisione le fibre di cromatina si condensano e si rendono visibili come strutture distinte. Nelle cellule umane i cromosomi si possono osservare durante la divisone cellulare e distinguere per forma e dimensioni.

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15 Il numero dei cromosomi è tipico per ogni specie.
Specie umana: 46 cromosomi

16 OGNI COPPIA DI CROMOSOMI CONTIENE UN CROMOSOMA DI ORIGINE PATERNA E UN CROMOSOMA DI ORIGINE MATERNA
I cromosomi sono presenti in coppie nelle cellule somatiche e i membri di una coppia sono i cromosomi omologhi. Se una cellula contiene 2 cromosomi di ogni tipo , cioè due serie di cromosomi, si dice che possiede un corredo cromosomico diploide; se invece è presente un cromosoma di ogni coppia di omologhi, si dice che il corredo è aploide. Nell’uomo il numero diploide è 46 e il numero aploide è 23

17 MITOSI PROCESSO DI DIVISIONE CELLULARE CHE GARANTISCE LA CONSERVAZIONE E LA DISTRIBUZIONE DELLO STESSO NUMERO DI CROMOSOMI DA UNA CELLULA MADRE ALLE DUE CELLULE FIGLIE. IL MATERIALE CROMOSOMICO SI RADDOPPIA UNA VOLTA E LA CELLULA SI DIVIDE UNA VOLTA. La mitosi produce sempre due cellule geneticamente identiche alla cellula madre.

18 Cellula figlia 46 cr Cellula madre 46 cromosomi

19 Gli organismi superiori si riproducono mediante l’unione di due cellule sessuali specializzate, i gameti (aploidi) che si uniscono a formare un’unica cellula chiamata zigote (diploide). MEIOSI I gameti sono prodotti nelle gonadi (testicolo e ovaio) a partire dalle cellule germinali Se i gameti (cellule uovo e spermatozoi) avessero lo stesso numero di cromosomi delle cellule del genitore che lo produce, allora lo zigote avrebbe un n° doppio di cromosomi e questo raddoppiamento si verificherebbe ad ogni generazione. Il mantenimento di un numero costante di cromosomi è assicurato mediante un tipo particolare di divisione cellulare “riduzionale” chiamato meiosi.

20 Il termine meiosi significa infatti “rendere più piccolo”, in riferimento al fatto che il numero dei cromosomi viene dimezzato. Durante la meiosi una cellula diploide va incontro a 2 divisioni cellulari, producendo potenzialmente 4 cellule aploidi. Meiosi 1: i membri di ogni coppia di cromosomi omologhi prima si uniscono, poi si separano e vengono distribuiti in nuclei distinti. Meiosi 2: i cromatidi che costituiscono ciascun cromosoma omologo si separano e vengono distribuiti ai nuclei delle cellule figlie

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22 Differenze tra mitosi e meiosi

23 SOMMARIO IL NUMERO DEI CROMOSOMI E’ CARATTERISTICO DI CIASCUNA SPECIE. NELL’UOMO 46 CROMOSOMI DIVISI IN COPPIE DI OMOLOGHI : CORREDO CROMOSOMICO DIPLOIDE OGNI COPPIA DI CROMOSOMI CONTIENE UN CROMOSOMA DI ORIGINE PATERNA E UN CROMOSOMA DI ORIGINE MATERNA PRODUZIONE DI CELLULE APLOIDI  GAMETI (SPERMATOZOI E CELLULE UOVO) LA FUSIONE DI 2 GAMETI (APLOIDI) DURANTE LA FECONDAZIONE PORTA ALLA FORMAZIONE DI UN NUOVO INDIVIDUO (DIPLOIDE) DETTO ZIGOTE I GAMETI SONO PRODOTTI NELLE GONADI (TESTICOLO, OVAIO) A PARTIRE DALLE CELLULE GERMINALI TRAMITE UNA DIVISIONE CELLULARE RIDUZIONALE: MEIOSI TUTTE LE ALTRE CELLULE DELL’ORGANISMO SONO DETTE CELLULE SOMATICHE, SONO DIPLOIDI E SI DIVIDONO TRAMITE UNA DIVISIONE CELLULARE: MITOSI

24 Geni e cromosomi a OGNI CROMOSOMA E’ COSTITUITO DA UNA SUCCESSIONE LINEARE DI GENI O LOCI. b c d GENE: UNITA’ EREDITARIA FONDAMENTALE LOCUS: POSIZIONE OCCUPATA DA UN GENE SU UN CROMOSOMA. OGNI PAIO DI CROMOSOMI CONTIENE GLI STESSI GENI NELLO STESSO ORDINE MA NON NECESSARIAMENTE IN FORMA IDENTICA.

25 ALLELI: FORME DIVERSE DI UNO STESSO GENE

26 Una cellula si riproduce per scissione: che cosa accade al suo DNA?
Riflettiamo insieme Una cellula si riproduce per scissione: che cosa accade al suo DNA? Perché le cellule figlie sono esattamente identiche alla madre? Per l’insegnante: La discussione proposta è piuttosto impegnativa ma utile per preparare le lezioni sulla mitosi e sulla meiosi. Basterà evidenziare che nella riproduzione asessuata il DNA non fa altro che duplicare se stesso, mentre in quella sessuata vengono coinvolti i DNA di due individui diversi e che, pertanto, il DNA del figlio sarà diverso da quello dei genitori. Il gamete maschile di un individuo feconda il gamete femminile di un altro individuo. Come sarà il DNA del figlio?