L’elettricità è una delle forme di energia più sfruttate nella vita di tutti i giorni. L’elettricità è l’energia dell’atomo. La forza che agisce attirando i corpi leggeri verso la plastica, l’ambra o il vetro e
chiamata forza elettrica. Un corpo che esercita la forza elettrica, cioè un corpo elettrizzato, crea intorno a se un campo elettrico. L’attrazione gravitale funziona in modo simile, tutti i corpi che si
trovano nel campo gravitazionale originato dalla massa della Terra ne vengono attratti. Gli atomi, le particelle che formano la materia, sono costituiti da un nucleo che contiene protoni, particelle
subatomiche che hanno carica elettrica positiva; intorno al nucleo ruotano gli elettroni, particelle con carica elettrica negativa. Ogni atomo ha lo stesso numero di protoni ed elettroni, per questo è
neutro. La forza elettrica non attira sempre i corpi: può attrarli o respingerli. Due corpi con cariche di segno uguale, si respingono. Due corpi con cariche di segno opposto, si attraggono. Per scoprire
se un corpo è elettrizzato si può utilizzare l’elettroscopio che rivela la presenza di cariche elettriche. L’elettroscopio è costituito da un contenitore di vetro e da un’asta metallica al suo interno.
All’estremità inferiore dell’asta sono poste, due sottili lame d’oro che stanno in posizione verticale, all’estremità superiore, che fuoriesce dal contenitore di vetro, è fissato un pomello di metallo.
Toccando il pomello dell’elettroscopio con un corpo elettrizzato, la carica è trasportata attraverso il pomello e l’asta fino ad arrivare alle lame, che caricandosi dello stesso segno, si respingono. Non
è difficile per gli elettroni passare da un corpo all’altro. I casi dove i corpi si attraggono sono esempi di elettrizzazione per strofinio. Anche un semplice contatto comporta trasferimento di elettroni da
un corpo all’altro, cioè elettrizzazione per contatto. La risposta è che un corpo può elettrizzarsi anche senza entrare in contatto con un altro corpo, cioè per induzione elettrica. Non tutti i materiali
permettono agli elettroni di spostarsi con la stessa facilità. I metalli, proprio come il nostro corpo e la Terra, sono buoni conduttori di elettricità, in essi le cariche elettriche si spostano rapidamente.
Ciò è dovuto al fatto che gli elettroni più esterni dei loro atomi hanno un legame debole con il nucleo e sono liberi di muoversi. La plastica, il vetro, il legno, sono materiali isolanti: in essi le cariche
elettriche si muovono con difficoltà perché gli elettroni dei loro atomi hanno forti legami con il nucleo. Nei corpi elettrizzati le cariche elettriche acquistate stanno ferme. Un corpo elettrizzato
contiene un eccesso di cariche elettriche dello stesso segno che hanno un’energia potenziale elettrica, detta potenziale elettrico, la quale trasformata in energia cinetica, mette in moto gli elettroni.
Il potenziale elettrico è tanto maggiore quanto più numerose sono le cariche elettriche accumulate. Quando i due estremi di un conduttore hanno un diverso potenziale elettrico, cioè quando tra
essi c’è una differenza di potenziale elettrico, chiamata tensione elettrica, gli elettroni si spostano lungo il conduttore per annullare questa differenza. Maggiore è la tensione elettrica ai due estremi
di un conduttore, più grande è la forza che muove gli elettroni. L’unità di misura della tensione elettrica e il volt (V). la quantità di corrente elettrica che scorre in un conduttore non è sempre la
stessa, può essere costituita da un numero maggiore o minore di elettroni, chiamata intensità di corrente e si misura in ampère (A). La tensione elettrica produce un flusso di elettroni, cioè corrente
elettrica. Una colta che gli elettroni hanno raggiunto l’estremo del conduttore che aveva potenziale elettrico più basso, la tensione elettrica si annulla e il flusso di cariche elettriche si rompe. Per
continuare a disporre di corrente elettrica è necessario un dispositivo che conservi la tensione elettrica tra i due estremi del conduttore. I due metalli tendono a caricarsi uno negativamente e l’alto
positivamente a causa si reazioni chimiche dovute al contatto con la soluzione acida. Collegando le estremità della pila, dette elettrodi, si ottiene un passaggio di corrente. Le moderne pile a secco,
così chiamate perché non utilizzano più soluzioni chimiche come conduttori, sono ancora costruite secondo lo stesso principio. Se si dispone di un generatore di tensione si può creare un circuito
elettrico, un percorso chiuso nel quale una differenza di potenziale fa circolare corrente elettrica. Un circuito semplice può essere costituito da un filo elettrico, il conduttore, una pila; nel circuito è
inserito un utilizzatore, la lampadina e un interruttore, che serve a interrompere il flusso di corrente quando non serve. Tutti i materiali oppongono una certa resistenza al passaggio della corrente
elettrica al proprio interno. Questo accade a causa dell’attrito tra gli elettroni in movimento e gli atomi di cui sono costituiti i conduttori. Gli ottimi conduttori, oppongono poca resistenza: gli isolanti
hanno una resistenza molto elevata. La resistenza produce calore: gli elettroni in movimento urtano contro gli atomi del conduttore e li mettono in vibrazione, l’energia cinetica della vibrazione
diventa energia termica e il conduttore si riscalda. Questo fenomeno che si chiama effetto termico, è alla base del funzionamento della lampadina. La pila, cioè il generatore di corrente, può avere
tensioni elettriche diverse. Inserendo prima una pila e poi l’altra, si può osservare che la tensione è maggiore la luminosità della lampadina aumenta, quindi l’intensità di corrente aumenta al
crescere della tensione elettrica. A parità di tensione, si può sostituire il conduttore con un altro di resistenza minore. Se il conduttore ha resistenza minore, la lampadina si illumina di più, cioè
l’intensità di corrente aumenta. La relazione tra intensità di corrente, tensione elettrica e resistenza del conduttore è descritta dalla 1° legge di Ohm. Questa legge afferma che l’intensità della
corrente elettrica (I), è direttamente proporzionale alla tensione elettrica (V) e inversamente proporzionale alla resistenza del condutture (R). I ug. V : R. La resistenza dipende anche dalla sezione
e dalla lunghezza del conduttore. La resistenza di un conduttore aumenta all’aumentare della sua lunghezza e diminuisce all’aumentare della sua sezione. Questa è la seconda legge di Ohm, che
afferma che la resistenza (R) di un conduttore dipende dalla natura del materiale di cui esso è costituito, ed è direttamente proporzionale alla sua lunghezza (I) e inversamente proporzionale all’area
della sua sezione (s). R ug. p(natura del materiale) I : s. Anche i liquidi possono essere isolanti o conduttori. L’acqua pura, è un isolante elettrico, ma quando forma una soluzione con sali minerali
è un buon conduttore. Immergendo due elettrodi, negativo e positivo, in una soluzione acquosa di cloruro di sodio, questo composto si dissocia in atomi di sodio con carica elettrica positiva e atomi
di cloro con carica elettrica negativa. Gli atomi di sodio, cioè ioni, essendo positivi, sono attratti dall’elettrodo negativo, che cede loro elettroni. Gli ioni coro negativi sono attratti dall’elettrodo
positivo a cui cedono gli elettroni in eccesso. Sull’elettrodo negativo si forma una patina di sodio, all’elettrodo positivo si liberano bollicine, perché il cloro è un gas. Questo fenomeno chiamato
elettrolisi, significa “scioglimento per elettricità”.
Il colore dei capelli, degli occhi, del naso, la corporatura, la carnagione sono i caratteri di una persona. Alcuni sono osservabili altri no. I figli ereditano dai genitori delle somiglianze. Solo alla metà
dell’800, la trasmissione dei caratteri ereditari, o ereditarietà, è stata indagata con metodo scientifico. I meccanismi che regolano l’ereditarietà sono studiati dalla genetica. Alla metà del 900, le basi
biologiche della trasmissione dei caratteri ereditari sono state identificate nei cromosomi e nel DNA. Gregor Mendel, monaco australiano che insegnava scienze e nel tempo libero coltivava l’orto
del suo monastero, in Moravia, fu il primo a studiare l’ereditarietà su basi scientifiche, con degli esperimenti basati su incroci tra piante di piselli. La pianta mostra un certo numero di caratteri che si
possono presentare in due versioni: per esempio, possono essere rossi o bianchi, semi gialli o verdi, steli lunghi o corti. Mendel iniziò gli esperimenti incrociando piante di pisello di due linee pure,
che erano differenti per il colore del fiore. Scelse piante di pisello che da molte generazioni producevano solo fiori rossi e piante che producevano solo fiori bianchi e la definì generazione parentale,
che indicò con la lettera P. Chiamo invece prima generazione filiale le piante ottenute dall’incrocio delle piante genitrici delle linee pure, e le indicò con la F. Al momento della fioritura, scoprì che i
fiori della generazione F1 erano tutti rossi. Egli ripetè l’esperimento e constatò che si manifestava sempre solo uno dei caratteri della generazione P: chiamò quindi dominante il carattere che veniva
espresso, e recessivo quello che sembrava scomparso. Formulò la legge della dominanza o prima legge di Mendel: dall’incrocio di individui appartenenti a linee pure che differiscono per un solo
carattere di linee pura si ottengono ibridi in cui si manifesta uno solo dei caratteri parentali, quello dominante. Rimaneva da chiedersi se il carattere recessivo non si manifestava nella generazione
F1, fosse veramente scomparso o rimaneva nascosto in attesa di comparire in una nuova generazione successiva. Per scoprirlo, Mendel incrociò le piante della generazione F1 e osservò le nuove
piante che chiamò seconda generazione filiale o F2: parte di queste presentavano il carattere dominante, ma in altre era riapparso quello recessivo. Quello recessivo era presente negli ibridi, anche
se in essi non si fosse manifestato. Mendel effettuò molti altri incroci e trovò che il rapporto tre carattere dominante e carattere recessivo della generazione F2 era sempre di 3 a 1. Ipotizzò che
ciascun carattere fosse controllato da due fattori presenti nella stessa pianta: uno proveniente dal gamete paterno (il granulo di polline), l’altro dal gamete materno (l’ovulo). Negli esemplari di linea
pura, i due fattori dovevano essere uguali, mentre negli ibridi dovevano essere diversi. Nella seconda generazione, però, il fattore recessivo si separava da quello dominante e poteva ricomparire.
Così Mendel affermò la legge della segregazione dei caratteri o seconda legge di Mendel: dall’incrocio di individui ibridi nascono figli in cui i due fattori appaiono separati, secondo il rapporto
costante di 3 a 1, cioè 3 individui mostrano il fattore dominante e uno quello recessivo. Mendel si chiese cosa sarebbe successo incrociando piante differenti tra loro per due o più caratteri. Incrociò
così una pianta di pisello di linea pura per il seme giallo e liscio con una pianta di linea pura per il seme verde e rugoso. Nella generazione F1 comparvero tutte piante a semi gialli e lisci, come
previsto dalla prima legge dell’ereditarietà. Nella generazione F2, oltre a piante caratterizzate da entrambi i caratteri dominanti o entrambi i caratteri recessivi, ne comparvero altre che
manifestavano un carattere dominante e uno recessivo. Era come se le coppie di caratteri, uniti nelle piante di linea pura, si trasmettessero separatamente. Egli formulò così la legge
dell’indipendenza dei caratteri o terza legge di Mendel: nell’incrocio tra individui che differiscono per più caratteri, ogni carattere, viene trasmesso indipendentemente dall’altro. I cromosomi, che
si trovano all’interno del nucleo cellulare, contengono il manuale di istruzione della vita delle singole cellule e dell’intero organismo. In ogni cromosoma sono stati individuati dei geni, che
controllano uno specifico carattere. Mendel aveva ipotizzato che ogni carattere fosse determinato da due fattori: ereditati l’uno dal padre e l’altro dalla madre. Nel nucleo di ogni cellula del corpo i
cromosomi sono presenti in coppie, formate da un cromosoma di origine paterna e un altro di materna. Essi sono detti omologhi e i geni corrispondenti alleli. Il gene controlla il colore dei capelli di
un uomo, e può comparire in due varianti: l’allele che determina il carattere “ capelli scuri” (fattore dominante), e l’allele che determina il carattere “capelli chiari” (fattore recessivo). Se i due alleli
sono uguali, l’individuo è omozigote per quel carattere, se sono diversi è eterozigote. Negli omozigoti il carattere considerato si manifesta sempre. Negli eterozigoti si manifesta solo l’allele
dominante. Un papà e un figlio, possono avere i capelli entrambi scuri, ma essere l’uno omozigote e l’altro eterozigote per quel carattere. Il DNA è una lunghissima molecola costituita da due catene
parallele avvolte a spirale, in cui si susseguono, secondo una diversa frequenza da individuo a individuo, quattro tipi di nucleotidi. Essi sono lettere con cui è scritto il codice con tutte le istruzioni
ereditarie, cioè il codice genetico, la loro combinazione determina la sintesi delle proteine degli organismi e degli esseri umani. L’insieme dei geni che servono a costruire tutte le proteine di un
organismo è detto patrimonio ereditario o genoma: esso determina le differenze tra gli individui. Anche il sesso è un carattere ereditario. Dalle 23 coppie di cromosomi omologhi presenti nelle
nostre cellule, 22 sono omologhi nei maschi, e nelle femmine la 23° è costituita dai cromosomi sessuali: nella donna sono identici e vengono indicati come XX, nell’uomo sono diversi: c’è un
cromosoma X e uno di forma diversa, Y. I gameti femminili contengono tutti un cromosoma X, mentre i gameti maschili contengono il cromosoma X o Y. A nascere maschio o femmina dipende dal
tipo di spermatozoo che feconda l’ovulo. Il corredo cromosomico di un individuo costituisce il suo patrimonio ereditario, cioè le caratteristiche. I cromosomi sessuali contengono geni responsabili di
altri caratteri che, se vengono alterati, possono provocare malattie ereditarie. I cambiamenti della struttura ereditaria di un organismo sono chiamati mutazioni, causate dagli agenti mutageni. Una
mutazione genica (che altera un gene del DNA) può bloccare la produzione di una proteina o causare la produzione di una proteina sbagliata, determinando l’insolvenza di una malattia genetica.
Altri problemi nascono delle mutazioni cromosomiche e delle mutazioni genomiche, che alterano il numero dei cromosomi. Se un gene manca non resta che sostituirlo. È un compito al quale
cercano di far fronte le terapie genetiche.
