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SCIENZE
La biologia è una scienza, dal Latino SCIRE=Sapere, opera attraverso il metodo scientifico che segue il modello di Galilei, parte dall’osservazione e dalla raccolta dei dati per poi arrivare a decretare un’ipotesi. La scienza procede per ragionamenti sistematici: gli scienziati fanno osservazioni accurate e si pongono domande critiche. Un’ipotesi per essere valida deve verificare, mediante esperimenti, dei risultati validi e ripetibili. Maggiori temi della biologia
- interazione dei sistemi biologici
- struttura e funzione sono intercorrelate in tutti i sistemi biologici
- Le informazioni devono essere trasmesse all’interno degli organismi e tra gli organismi
- la vita dipende da un input continuo di energia dal sole (fotosintesi organismi autotrofi). Ogni attività richiede energia (uomo – cibo organismi eteretrofi)
- L’evoluzione è il processo mediante il quale le popolazioni di organismi cambiano nel tempo. STRUTTURA DELLA CELLULA Tutti gli organismi sono composti da piccole strutture: le cellule. Gli organismi composti da una cellula sono detti unicellulari, quando sono composti da più cellule vengono chiamati pluricellulari. Le cellule sono la sede in cui ha vita il metabolismo cellulare. Le cellule sono considerate come l’unità di base di qualsiasi organo. Negli organismi con più cellule le cellule formano organi, apparati e le strutture più complesse. Ogni cellula è caratterizzata da un proprio ciclo vitale nascono, crescono, vivono e muoiono, ma prima di morire ogni cellula deve duplicarsi. LA TEORIA CELLULARE Circa 330 anni fa fu usata per la prima volta, in senso biologico, la parola “cellula”. Nel XVII secolo, Robert Hooke, per mezzo di un microscopio di sua invenzione, notò che il sughero e altri tessuti vegetali erano formati da piccole cavità separate da pareti, che egli chiamò cellule. Successivamente si vide che quello che osservava Hooke non erano di per sé cellule ma tessuti cellulari. Egli diede le basi per quella che oggi chiamiamo cellula che in particolare viene approfondita dalla biologia molecolare. Come descritto prima i temi fondamentali della biologia includono l’evoluzione e la trasmissione dell’informazione: Relativa alla genetica, alla fenetica e alle reazioni metaboliche.
TEORIA CELLULARE:
Cellule unicellulari cellule pluricellulari Tutte le cellule hanno una membrana cellulare che determina forma e volume detta PLASMATICA. Tutte le cellule subiscono uno sviluppo cellulare che consiste in tutti i cambiamenti che avvengono durante il ciclo cellulare. All’interno della cellula gli organismi regolano i loro processi metabolici: il metabolismo cellulare è un fenomeno chimico che regola l’insieme delle attività chimiche degli organismi (fotosintesi, respirazione…). Affinché le reazioni avvengono in maniera regolare c’è un fenomeno l’omeostasi che regola l’equilibrio interno delle reazioni cellulari. Si tratta di sistemi di controllo che regolano le reazioni cellulari. Ciò che attiva il metabolismo, in particolare nel mondo animale, sono degli stimoli in grado di provocare una reazione visibile: vista; Tatto; olfatto. (es. mosche - > Retina (vista) / piante carnivore sensori, in questi due casi si attivano gli enzimi della digestione). Gli organismi si riproducono , gli studiosi inizialmente pensavano che I processi riproduttivi fossero dettati dall’ambiente circostante (es. rane - > dal fango del Nilo; vermi - > cranio cavallo in decomposizione) PAUSTER: oggi sappiamo che organismi generano gli stessi organismi e soltanto organismi della stessa specie possono dare vita attraverso la riproduzione ad organismi della stessa specie. Riproduzione : asessuata (da una cellula attraverso un meccanismo di clonazione si da vita ad altre cellule) sessuata (mediante accoppiamento) che permette l’evoluzione della specie rifacendosi alla teoria Darwiana, attraverso l’adattamento della specie più forte. Questo ha fatto sì che alcune strutture degli organismi si siano modificati attraverso il processo evolutivo per dar vita a quella che è la loro struttura attuale. Le popolazioni si evolvono e si adattano all’ambiente es. Pelliccia Orso (coperta di grasso per resistere alle temperature); Lingua/rana; Piumaggio/uccelli. Così migliorano la capacità di un organismo di sopravvivere in un particolare ambiente. LIVELLI DI ORGANIZZAZIONE BIOLOGICA Si evidenzia una gerarchia nel mondo biologico. Gli organismi hanno differenti livelli di organizzazione.
CONSUMATORI DI 1 LIVELLO , cioè quelli che si nutrono direttamente di prodotti disponibili all'esterno, un esempio possono essere i batteri CONSUMATORI DI 2 LIVELLO , si nutrono di altri organismi, quindi come ad es. tutti i carnivori che si nutrono di altri organismi che a loro volta erano considerato consumatori di 1 livello DECOMPOSITORI : si nutrono di sostanze che possono essere vive o morte (funghi e alcuni batteri). Tutti questi organismi sono caratterizzati da cellule eucariote e procariote però sono tutti organismi eterotrofi cioè che hanno bisogno di assimilare sostanze dall'esterno per poter attivare il proprio metabolismo. Gli organismi hanno sempre un nome e vengono classificati secondo uno schema che prende il nome di nomenclatura binomiale che fu stabilito da Karl Linneo nel XVIII secolo. La nomenclatura binomiale si basa su una struttura dei nomi in latino e ancora oggi se uno vuole descrivere una specie nuova, un nuovo organismo, lo fa secondo questo schema e quindi lo descriverà in latino (DOMINIO – REGNO-PHYLUM – CLASSE-ORDINE). Il sistema di nomenclatura binomiale si basa su un sistema di dominio (eucarioti e procarioti che a loro volta si divide in regni, 5 regni, che a loro volta viene diviso in phylum che presenta all'interno di un regno determinate caratteristiche che si divide in classi e a loro volta si dividerà in ordine. Le classi e l'ordine vengono divise in Famiglia, genere e specie. Quella che noi osserviamo, l'uomo sapiens, alla quale apparteniamo è la specie, l'homo è il genere. La stessa cosa per le piante, la rosa canina appartiene al genere delle rose e alla specie (?) Questo tipo di classificazione degli organismi vale per tutti i regni, sia esso animale, vegetale o appartenente ad altri regni tipo funghi o batteri. Sicuramente tutti gli organismi hanno subito un processo di evoluzione che è alla base della biologia. Cioè che ad un unico organismo si sono differenziate 2 domini, 5 regni, con differenti phylum a cui appartengono differenti famiglie per genere e specie. Il regno che presenta più famiglie è quello vegetale, mentre quello che presenta più specie è quello del regno animale. Come vengono rappresentate queste divisioni, cioè dai domini fino ad arrivare al genere e alla specie, attraverso un albero che prende il nome di albero della vita o meglio conosciuto dal punto di vista scientifico come cladogramma. Alla base di questo albero abbiamo i batteri, caratterizzate da cellule procariote e poi abbiamo tutti gli organismi caratterizzati da cellule eucariote che appartengono al dominio degli Archea. Quindi esistono due batteri, quello dei Bacteri e degli Archea, che si dividono sempre in cellule eucariote e procariote. Poi abbiamo i regni che appartengono a quello dei batteri, dei protisti, alghe o funghi, delle piante e degli animali. Tutti gli organismi viventi rispondono agli stimoli ambientali e sono soggetti alla selezione naturale, che ha portato da una lenta evoluzione, da un organismo unicellulare ad organismi pluricellulari. E gli ecosistemi che sono formati da popolazioni, si evolvono in funzione degli organismi, e di tutti
quei processi che derivano dai cambiamenti climatici. Anche gli organismi viventi, mutano in relazione a questi cambiamenti, modificando le loro caratteristiche e secondo la legge dell'evoluzione del più forte: solo gli organismi che riescono ad adattarsi a questi cambiamenti climatici riescono a sopravvivere, gli altri purtroppo tendono pian piano a scomparire o ad estinguersi. Abbiamo detto che le cellule sono caratterizzate da due divisioni fondamentali: quella più semplice che è la cellula procariota e quella più complessa che prende il nome di cellula eucariota. La cellula procariota caratterizza gli organismi anche più semplici che sono i batteri, come potete vedere dalle immagini è caratterizzata da una struttura che ne delimita la forma e il volume, e prende il nome di membrana plasmatica. Molte di queste cellule presentano all'esterno della membrana una parete che conferisce rigidità alla cellula più spessa e alcune di queste cellule possono presentare delle strutture che permettono alla cellula di muoversi e che quindi sono delle strutture di movimento che prendono il nome di Pili. In alcuni casi insieme ai pili sono presenti dei flagelli, cioè dei pili più lunghi che fanno sì che la cellula si muova in ambiente liquido o semi denso. Molte cellule procariote possono presentare un unico flagello in posizione abicale o più flagelli disposti lungo la parete cellulare. Queste cellule caratterizzano organismi semplici unicellulari, cioè tutti gli organismi che presentano una cellula eucariota sono tutti organismi unicellulari. La membrana plasmatica delimita l'interno della cellula che è caratterizzato da una struttura semi densa che prende il nome di citoplasma. All'interno del citoplasma troviamo il DNA cellulare, quindi il codice genetico di questa cellula libero nel citoplasma sottoforma di una struttura semidensa che prende il nome di nucleoide e gli unici organelli presenti nella cellula eucariota che si chiamano ribosomi che sono responsabili della sintesi proteica. Quindi facciamo un riassunto la cellula procariota, quella più semplice, che caratterizza il primo organismo che hanno clonizzato la nostra terra e sono i batteri, e sono organismi unicellulari, caratterizzati da una membrana plasmatica che può essere circondata da una parete cellulare, che a sua volta la superficie può contenere dei pili in movimento, e può presentare dei flagelli per movimenti più ampi, o flagelli in posizione abicale. All'interno della sostanza, troviamo una sostanza semidensa, citoplasma, che è immersa in una struttura che è il nucleoide, formato dal codice genetico della cellula, cioè dal DNA. Gli organelli presenti sono i ribosomi, responsabili sempre della sintesi proteica. Alcune cellule procariote insieme alla membrana e alla parete possono presentare una struttura ancora più rigida di protezione che prende il nome di capsula, questo perchè questi organismi sono batteri che si possono trovare in tanti ambienti anche di tipo estremo (a temperature elevate, o fredde). La cellula eucariota, cellula uova dal greco, è caratterizzata dalla presenza di più organelli all'interno, ha una forma più grande ed ogni organello ha una propria funzione, ed è delimitato dalla propria membrana plasmatica che ne individualizza la forma e il contenuto, ha un organello principale chiamato nucleo, all'interno del quale
Le cellule procariote si riproducono solo in maniera asessuata. Ogni cellula che si genera dà vita ad un nuovo organismo, perché le cellule eucariote danno vita solo ad organismi unicellulari come i batteri. Cosa hanno in comune le cellule eucariote e procariote? Oltre ai ribosomi, tutte le cellule sono caratterizzate da una membrana che prende il nome di membrana cellulare o plasmatica. Le membrane cellulari sono tutte caratterizzate da un doppio strato di fosfo-lipidi. All'interno di questo strato di fosfolipidi, formati da lipidi con testa idrofobi, e da una doppia catena fosfolipidica, repellenti all'acqua. Questo doppio strato fosfolipidico è attraversato da proteine, che possono essere intrinseche (cioè attraversare interamente la membrana) o solo in maniera parziale, possono essere presenti amminoacidi che attraversano completamente la parete e possono presentare carboidrati che si possono posizionare sulla membrana o attraversarla in parte. Questo tipo di membrana prende il nome di membrana a mosaico fluido, perché tutte le membrane sono formate da un doppio strato fosfolipidico, testa all'esterno e coda all'interno, a mosaico perché vengono attraversate da altri elementi che sono mobili all'interno della membrana, formando un mosaico fluido, le componenti possono essere cioè le proteine possono attraversare la membra e sono dette proteine intrinseche, oppure attraversare solo in maniera parziale e quindi proteine estrinseche, possono essere attraversate da catene di amminoacidi e possono essere caratterizzate dai carboidrati, che possono posizionarsi in maniera periferica o attraversarla tutta. Quando vengono prodotte le proteine o i carboidrati, questi possono muoversi da una cellula all'altra attraverso la membrana. La membrana ha funzione di scambio per le altre cellule. L'organello più importante, è il nucleo , perchè a differenza delle cellule procariote dove non è presente, racchiude all'interno il materiale genetico, ed è il centro di comando di tutte le cellule, perchè il materiale genetico detta inizio e fine di tutte le reazioni che avvengono all'interno della cellula, e lo fa attraverso strutture che si condensano il materiale genetico e prendono il nome di cromosomi. I cromosomi sono presenti in tutte le cellule eucariotiche, e racchiudono al loro interno il materiale genetico in maniera condensata, tutte le strutture spiralizzate sono il DNA. I cromosomi sono formati da 4 braccia, tenute insieme da una struttura centrale. Che prende il nome di centromero. Questa struttura centrale si posiziona nel mezzo e forma 4 braccia uguali o in una forma con un braccio più lungo e uno più corto. Tutti i cromosomi possono essere divisi a metà in forma longitudinale formando 2 strutture che prendono il nome di cromatidi. I cromosomi sono importantissimi nei processi di divisione cellulare che caratterizzano tutte le cellule eucariote che sono nel processo di divisione della mitosi, e della meiosi. La mitosi è la divisione cellulare asessuata, mentre la meiosi è la divisione cellulare sessuata, che porta la formazione di gameti. La mitosi genera due cellule figlie identiche alla cellula madre, mentre la meiosi formerà 4 cellule figlie, diverse dalla cellula madre che le ha generate. Questo cosa vuol dire che tutte le
riproduzioni asessuate generano cellule identiche alla cellula madre, mentre le divisioni di origine sessuata generano cellule figlie, diverse ma con caratteri comuni alla cellula madre. Da un punto di vista evolutivo, tutti gli organismi che si dividono per via asessuata hanno più possibilità di sopravvivere ai cambiamenti climatici, quindi gli organismi che sono in grado di fare una divisione di tipo sessuata, hanno più probabilità di sopravvivere rispetto agli organismi che si dividono per via asessuata. Gli organismi che si dividono per meiosi sono gli organismi più complessi e che quindi hanno un processo di divisione più lento e un ciclo vitale più lungo rispetto agli organismi che si dividono in maniera asessuata. Gli organismi che si dividono in maniera sessuata come i batteri, caratterizzati da cellula procariota, hanno ciclo vitale estremamente breve e si moltiplicano velocemente. Noi siamo caratterizzati da cellule eucariote, con sistema ed apparati e strutture più complesse con ciclo vitale estremamente lungo, così come ce l'ha quello delle piante. IL NUCLEO L’altra volta, abbiamo parlato delle cellule e abbiamo detto che ci sono le cellule più semplici e sono procariote e quelle più complesse che sono l’eucariote. Gli organismi più complessi sono caratterizzati dalle cellule eucariote qual è la prima differenza che si nota subito è che la cellula procariota è molto semplice, infatti al suo interno c’è poco, come ci sono pochi organelli come i ribosomi che sono responsabili della sintesi proteica. Mentre nella cellula eucariota, è una piccola macchina in cui ci sono gli organelli che hanno ognuno la sua funzione e l’organello più importante, il principale è il nucleo. Il nucleo dice alla cellula come deve agire e quali funzioni deve attivare, infine il nucleo è il motore della cellula. Una cellula procariota semplice si dividerà in maniera semplice, perché c’è poco da dividere, una cellula eucariota è soggetta a delle divisioni più complesse, ha dei meccanismi di divisione più complessi e diversi. Una cellula procariota produrrà sempre cellule identiche alla cellula che l’ha generata. Nel caso specifico della cellula eucariota esistono due meccanismi di divisione: quello asessuata e quella sessuata. Una divisione asessuata è sempre determinata da un meccanismo che prende il nome di mitosi , mentre una divisione di tipo sessuata genera dei gameti e prende il nome meiosi, ed ha una differenza fondamentale rispetto alle altre divisioni, genera cellule che sono diverse dalla cellula che l’ha generata. Questi tipi di divisioni, mitosi e meiosi, avvengono all’interno delle cellule eucariote, e in particolar modo riguardano i cromosomi che si trovano all’interno del nucleo. Quindi qualsiasi cellula eucariota che stiamo osservando, sarà presente sempre un nucleo ed il nucleo può essere considerato il centro di comando della cellula. Il nucleo è la sede dell’informazione genetica, perché contiene i cromosomi. Infatti i cromosomi sono fatti di DNA e i filamenti di DNA, grazie alla presenza della
Attraverso lo studio cellulare. Lo studio della cellula si può fare in due modi: o attraverso la biologia molecolare, quindi che ci dice come è fatta ogni singola base del DNA che caratterizza un organismo, ma il concetto di mitosi e meiosi è stato studiato negli anni attraverso la microscopia ottica o elettronica, cioè attraverso l’osservazione. Allora come si fa ad osservare una cellula? Le cellule possono essere osservate al loro interno e vedremo insieme che alcune di queste osservazioni riguardano i cromosomi che sono talmente grandi che si possono vedere anche al microscopio ottico e quindi sono possibili spiegazioni che voi da future insegnanti proteste e far vedere in classe ai vostri futuri bambini. Normalmente i cromosomi si trovano all’interno del nucleo ed ogni organismo, che è caratterizzato da una cellula eucariota, ha un numero specifico di cromosomi, tranquilla, specie appartenente all’uomo da una parte ne ha un determinato numero. Nell’ambito dei vegetali, il numero di cromosomi è molto alto ad esempio la pianta di banana ha più di 100 cromosomi, e vedremo anche perché i vegetali hanno più cromosomi delle cellule animali. Quanti più sono o quanto più grandi sono i cromosomi tanto più è facile osservarli al microscopio. Esistono due tipi di microscopi: Il microscopio ottico che può ingrandire l’oggetto che voi osservate fino a 100 volte, rispetto alla misura iniziale; Il microscopio elettronico che arrivano ad osservare cose estremamente piccole e ingrandiscono milioni di volte fino ad arrivare ad osservare grandezze che sono dell’ordine dei micron, quindi potete vedere all’interno della cellula, strutture piccolissime In particolar modo i cromosomi si tendono ad osservare con i microscopi ottici, però sono colorati. Vedete queste immagini (slide 5) ed il colorante che viene utilizzato per osservare i cromosomi è il dati. Questi sono i singoli nuclei (immagine in blu) e questi sono cromosomi che si stanno dividendo. Domanda di una ragazza sul colorante. Risp: Il dati è un colorante che si attacca alla base azotata dei cromosomi e sono quelle che contengono il DNA e quindi voi li riuscite a vedere rispetto al resto della cellula in particolar modo queste immagini(slide 5) sono quelle di un microscopio ottico con focale che utilizza dei filtri per mettere in evidenza la fluorescenza di questi coloranti e vedete che realmente quelle immagini che voi avete studiato e vedremo adesso della mitosi e meiosi in natura, sono proprio così. Vedete questi qua, sono cromosomi e questa è una base decatomica, questi cromosomi formano un fuso, vedete il fuso? Ok? Vedete! Queste sono altre fasi! Qual è la cosa importante e che all’interno del
nucleo, queste fasi fanno sì che nell’ambito della mitosi, dalla cellula madre si generano le cellule figlie perfettamente identiche alla cellula madre e qual è un esempio abbastanza lampante no, pensate quando vi fate un taglio cosa succede? Si formano le cellule, quelle che si sono divise per mitosi perché daranno vita a delle cellule che sono identiche alla cellula madre. Invece quando voi volete generare un bambino, lo zigote che si viene a formare, la cellula uovo vostra che viene fecondata dallo spermatozoo, va … e come si dividerà? Per meiosi, vi trovate?!! Ora andiamo a vedere come è fatto il nucleo. Vedete abbiamo detto prima che questa è la parete che si è formata la membrana, questi sono i buchetti che si chiamano: pori nucleari. La membrana nucleare può essere chiamata anche involucro nucleare. All’interno c’è una struttura tondeggiante che prende il nome di nucleolo , poi vedremo successivamente a cosa serve. Il nucleolo, se osservate le cellule eucariote, è sempre circondato da un insieme di membrane che formano un reticolo, queste membrane che si appoggiano al nucleo prendono il nome di reticolo endoplasmatico rugoso, perché rugoso? Perché i ribosomi sono responsabili per la sintesi delle proteine ed il primo passaggio per la sintesi delle proteine avviene nel nucleo. Quindi la formazione del RNA messaggero che si forma nel nucleo ed esce dai pori dello stesso, arriva sui ribosomi e continua la sintesi delle proteine. Abbiamo detto che all’interno del nucleo esiste sempre una sorta di zona tondeggiante, un piccolo organello che prende il nome di nucleolo. Vedete questa immagine(slide9), è un’immagine in microscopia elettronica, perché pensate siamo capaci attraverso questi microscopi, di vedere un nucleo. Voi immaginate quanto è grande un nucleo? Una particella di micron e si vede la doppia membrana, i cromosomi all’interno ed il nucleolo.Qual’ è la funzione di questo nucleolo? La sua funzione è quello di essere responsabile della sintesi dell’RNA ribosomiale, cioè all’interno di questo nucleolo si formano i ribosomi che si andranno a mettersi sul reticolo endoplasmatico all’interno, vi ricordate di che cosa è fatta all’interno una cellula eucariota? Di citoplasma, una sorta di sostanza condensa. Il nucleolo però, che si osserva, nel nucleo di una cellula eucariota non è sempre presente. È presente soltanto nelle fasi del ciclo cellulare che precedono la divisone della cellula. Quindi quando una cellula si divide o per mitosi o per meiosi, il nucleolo scompare perché lascia spazio ai cromosomi di posizionarsi in tutte le fasi della mitosi in maniera precisa per dar vita a due cellule nuove. Quando la cellula ha finito il processo di divisione, quindi quando dalla cellula si sono formati o due o più cellule, vedremo, il nucleolo si ricompone e quindi continua nuovamente la sua attività di formazione dell’RNA ribosomiale. Normalmente all’interno di una cellula eucariota, il nucleolo è presente il numero di uno, però ci sono alcuni casi in cui è presente, soprattutto nel mondo vegetale ci possono essere più nucleoli ed in base al numero, anche le dimensioni variano; perché se è presente nel numero di uno,
alcune cellule che caratterizzano le ghiandole, quindi che secernano soltanto. Oppure ci sono alcune cellule, gli organismi animali che caratterizzano il sistema nervoso che prendono il nome di neurone e qui le cellule hanno un nucleo soltanto una delle funzioni cellulari, vedete qui tutta la cellula, il nucleo si trova al centro rispetto al corpo cellulare. Se prendiamo le cellule che caratterizzano il grasso, che sono i lipidi, abbiamo che il nucleo è nella posizione periferica perché la gran parte del volume cellulare è occupato dal grasso della regione lipidica. Esistono delle cellule che non hanno il nucleo, quello più importanti sono quelle dei globuli rossi, che perdono il nucleo. Quindi nascono con il nucleo, ma che lo perdono, il nucleo una volta che si sono differenziate. Anche queste cellule, vedremo più avanti, hanno l’unico compito di trasportare i gas coinvolti nel processo di respirazione. Anche le piastrine hanno un compito ben preciso, una volta che si sono differenziate e perdono il nucleo e nei rettili, avete presente un rettile? Tipo? Risposta: coccodrillo. Le squame della superfice più rigida, cornea, non hanno il nucleo, perché in quel caso hanno la funzione difensiva. Quindi sono cellule differenziate e nel caso specifico delle squame, sono cellule morte. Sulle cellule senza nucleo le vedremo anche in altri regni vegetali. Questo è un esempio di nucleo (slide 23) con pori e tutto il reticolo citoplasmatico. Abbiamo detto che il nucleo come tutti gli altri organelli è formato da un involucro nucleare, una doppia membrana e questa membrana ha dei fori. Se osserviamo l’immagine sembrerebbe che questi fori sono dei veri e propri buchi. Invece non è così ma sono caratterizzati da dei canali che a loro volta sono formati da alcuni elementi fondamentali che regolano l’entrata e l’uscita delle informazioni che sono registrate. Non è un buco ma vengono regolati. Si tratta di una sorta di struttura che prende il nome di struttura a canestro che fa entrare e uscire le informazioni al momento giusto. Infatti questi passaggi di informazioni tra l’interno e l’esterno e viceversa sono sempre controllati e la natura di questa struttura a canestro che caratterizza questi fori è sempre di natura proteica. Addirittura si è visto che sono circa 30 proteine che caratterizzano questo foro. Mentre le proteine si vanno a disporre e a formare la struttura a canestro del foro si determinano le nucleoporine. (Passa poi alla Slide “cromosomi eucariotici”) All’interno del nucleo la struttura più importante è il cromosoma. Perché i cromosomi sono i principali portatori di informazione genetica, cioè sono formati da DNA. Questo DNA non è sotto forma di singolo filamento, ma è avvolto su se stesso grazie alla presenza di una struttura che prende il nome di istone e questa sua condensazione gli conferisce la forma a quattro braccia. Il DNA però per potersi spiralizzare e condensare ha bisogno anche di una struttura che prende il nome di cromatina. La cromatina fa in modo che il DNA si spiralizzi e da vita alla forma del cromosoma. Ogni cromosoma è formato da 4 braccia tenute insieme da una struttura che prende il nome di centromero. Grazie alla presenza della cromatina i
cromosomi si spiralizzano e prendono questa forma. Il DNA grazie alla presenza degli istoni e della cromatina si condensa e dà vita ai cromosomi. Al microscopio si notano i cromosomi con le quattro braccia. Gli istoni sono delle proteine attorno alle quali il DNA con la cromatina si avvolge. Gli istoni sono delle proteine sulla quale si avvolge l’elica del DNA grazie alla presenza della cromatina. (Slide “cromatina e cromosomi”) Quello che capiamo è che il DNA, ovvero la molecola che contiene l’informazione genetica, all’interno del nucleo è spiralizzata grazie alla cromatina e alle proteine e forma il cromosoma, costituito da quattro braccia con una porzione che li attacca, chiamata centromero. (Slide “cromosomi”) Ogni organismo è caratterizzato da quello che viene definito il cariotipo. Il cariotipo è il corredo cromosomico che caratterizza ogni specie. Qualsiasi specie, animale o vegetale che sia, che è caratterizzato da una cellula eucariota, avrà il suo cariotipo, che consiste in un numero sempre uguale di cromosomi ma anche nello stesso tipo di cromosomi, cioè cromosomi che hanno la stessa forma, che prende il nome di morfologia. Nella specie umana abbiamo 46 cromosomi uguali a due a due, quindi possiamo dire che abbiamo 22 coppie di cromosomi più due cromosomi, che sono i cromosomi sessuali, cioè quelli responsabili della riproduzione. Nell’individuo maschio questi cromosomi saranno X e Y, mentre nell’individuo femmina questa coppia di cromosomi sarà X e X. Quindi possiamo affermare che nella nostra specie ci sono 44 cromosomi più due cromosomi di tipo sessuale, diversi se stiamo osservando un individuo maschile o uno femminile, gli altri 44 sono uguali in tutte le specie, sia come dimensione che come forma. E finalmente sia arrivati al tipo di divisione che possono avere questi cromosomi: la mitosi e la meiosi. (Slide “la mitosi”) Abbiamo detto che le cellule eucariote, cioè tutte le cellule che hanno il nucleo, possono dividersi attraverso il processo di mitosi o di meiosi. Che cosa è la mitosi? È una serie di eventi che permette di trasmettere il contenuto del proprio DNA nella cellula alle cellule figlie, generando delle cellule figlie identiche alla cellula madre. Come lo può fare? Perché attraverso questa divisione si formano dei cromosomi che sono identici a quelli della cellula madre in ogni cellula figlia e per fare questo il numero cromosomi della cellula madre sarà identico a quello della cellula figlia. L’ 80%, 90% di tutte le cellule eucariote si divide per mitosi (cellule delle pelle, cioè quelle epiteliali, anche quelle somatiche, o le cellule che caratterizzano le foglie, delle piante, le radici, il tronco). Solo le cellule che hanno il compito di formare i gameti e trasmetterli si divideranno per meiosi. RISPOSTA ALLA DOMANDA SUI GLOBULI ROSSI DI QUALCUNO: Le cellule prima si dividono poi si differenziano cioè vanno nella parte del corpo, del vegetale o della
prima duplicare il suo DNA e lo fa nella fase S. Quindi nella fase S il DNA si duplica, si ha la sintesi del DNA. Ogni ciclo cellulare è caratterizzato da quattro fasi: la fase g appena le cellule si dividono avrete delle cellule più piccole. Queste cellule crescono e raggiungono la loro dimensione definitiva, quindi sono pronte per potersi dividere. Entrano nella fase S, nella fase S si duplica il DNA quindi la cellula si sta preparando alla divisione. Una volta terminata questa fase S, si passa alla fase g2 in cui tutti gli organelli si dispongono in modo tale da dare la possibilità al nucleo di potersi dividere. A questo punto il nucleo è pronto per potersi dividere. I cromosomi si sono duplicati e la cellula è pronta per entrare in divisione. Viene descritta sempre prima la mitosi e poi la meiosi perché fanno parte delle stesse fasi solo che le mitosi queste fasi le fa una volta soltanto. Invece la meiosi fa due divisioni. D’altronde la differenza fondamentale è che la mitosi ha due cellule, la meiosi quattro. Quindi nella mitosi abbiamo una divisione, nella meiosi sono due divisioni. RIPETIZIONE Quando parliamo di cicli cellulari ovvero mitosi e meiosi, ci sono alcuni aspetti che sono uguali, mentre la mitosi ha un unico ciclo di divisione, fatto da alcune fasi; la meiosi ha le stesse fasi, lo stesso tipo di divisione che si ripete due volte. Quindi mentre nella mitosi abbiamo la formazione di due cellule da una cellula madre, nella meiosi visto che abbiamo due volte la divisione, avremo quattro cellule. (Argomenti complicati: divisione cellulare, respirazione, fotosintesi) (Slide “ciclo cellulare”) Ogni ciclo cellulare è formato da una fase di preparazione del nucleo, che prende il nome di interfase ; una fase in cui è evidente che il materiale genetico si è duplicato, che prende il nome di profase ; una fase che prende il nome di metafase , in cui i cromosomi si sono posizionati lungo l’asse centrale della cellula e i cromosomi omologhi si sono posti l’uno di fronte all’altro lungo la stessa linea. Sempre nella metafase avremo che ai poli opposti della cellula vi sono due strutture che prendono il nome di centrioli, che fanno si da formare dei filamenti che prendono il nome di fuso mitotico a cui si attaccano i cromosomi. (Slide “anafase”) A questo punto nella fase successiva, che prende il nome di anafase, il cromosoma che è formato da due cromatidi, ovvero due braccia da un lato e due dall’altro, viene catturati uno da un fuso e uno dall’altro polo; i filamenti si accorciano e tirano metà cromosoma verso il polo cellulare e l’altra metà verso l’altro polo. (Slide “telofase”) Quando le tre fasi dei cromosomi hanno raggiunto il polo opposto della cellula, la divisione entra in una fase che prende il nome di telofase: la membrana nucleare crea una sorta di invaginazione centrale, si stringe fino ad
arrivare alla citochinesi, in cui avremo che ritorneranno due cellule ognuna con metà dei cromosomi da una parte e dall’altra. (Ritornare alla slide “ciclo cellulare”, otto quadratini neri per intenderci) La cellula si prepara, interfase, il DNA si duplica, profase; in metafase i cromosomi si dispongono lungo l’asse centrale, ci sono i due cetrioli, si forma il fuso, i cromosomi trovano giusto nel mezzo; in anafase metà cromosoma va verso un polo perché il filamento del fuso si accorcia e l’altra metà va verso l’altro polo. In telofase abbiamo metà cromosomi da una parte e metà cromosomi dall’altra parte, la cellula incomincia a formare una sorta di invaginazione centrale fino a quando nell’ultima fase, che è la citochinesi, si vengono a creare due cellule, perfettamente identiche alla cellula madre. Perché sono perfettamente identiche? Perché metà cromosomi sono andati da una parte e l’altra metà dall’altra parte, ma prima di separarsi si erano duplicati, quindi nell’ambito della duplicazione avremo che dividendosi le due cellule che si sono formate, per numero di cromosoma e per tipologia di cromosoma sono identiche alla cellula madre che le ha generate. (Slide “meiosi” in fondo giallo) La meiosi invece è differente perché abbiamo una cellula iniziale che possiede il doppio del corredo cromosomico, e proprio per questo si definisce diploide. Perché possiede il doppio del corredo cromosomico? Esempio: nell’ambito della fecondazione la cellula uovo viene fecondata dallo spermatozoo quindi sono due cellule che si uniscono, perciò hanno il doppio del corredo cromosomico. Il DNA si duplica, i cromosomi omologhi si appaiano nella struttura centrale, nella prima metafase; si forma il fuso mitotico, metà cromosomi vanno da una parte e metà dall’altra parte, si formano due cellule che rispetto a quella iniziale sono sempre diploidi, si duplicano nuovamente con tutte e quattro le fasi però nella seconda divisione non si duplicano i cromosomi quindi si sono divise, si ridividono e si vengono a formare quattro cellule. Queste quattro cellule rispetto alla cellula che le ha generate sono aploidi, ovvero hanno metà del corredo cromosomico. Queste quattro cellule prendono il nome di gameti. L’altra cosa che si nota nello schema è che i cromosomi non sono sempre uguali durante tutta la divisione. C’è una ricombinazione genica che avviene nella prima meiosi. I cromosomi omologhi si mettono lungo l’asse però si scambiano dei pezzetti: questo meccanismo, prende il nome di struttura a chiasmo e nello specifico prende il nome di crossing over, fa si che un pezzetto di un cromosoma va su un cromosoma nuovo e l’altro pezzetto va sull’altro cromosoma, quindi si scambiano dei pezzetti di cromosomi. Abbiamo i cromosomi omologhi che si appaiano a due a due, questi cromosomi omologhi formano delle strutture che prendono il nome di chiasma, cioè si uniscono in alcuni punti, nell’unirsi si scambiano
si generano due cellule figlie identiche per numero di cromosomi e per tipologia di cromosomi, quindi uguale alla cellula madre che le ha generate. Il ciclo cellulare non è uguale per tutte le cellule. Ci sono alcune cellule che una volta che hanno finito la loro funzione vanno incontro alla morte cellulare programmata. La morte cellulare programmata prende il nome di apoptosi. Molti organismi animali hanno un ciclo di metamorfosi come per esempio le rane. Nascendo girino nella prima fase della sua vita gli mancano i polmoni, si comporta come un pesce, respira con le branchie. Quando passa allo stato successivo le cellule che caratterizzavano l’apparato che formava le branchie non servono più quindi quelle cellule vanno incontro a morte programmata. Quindi questa morte cellulare è molto frequente in quegli organismi che hanno fasi della vita differenti e che hanno una metamorfosi nella loro fase, es: bruco e farfalla. Ci sono delle cellule che non hanno una apoptosi programmata ma che muoiono per cause esterne: Alzheimer. L’Alzheimer determina la morte delle cellule nervose e in quel caso non è programmato per quel ciclo vitale, ma è una malattia. Queste cellule una volta che muoiono non possono più riprodursi. La scorsa volta abbiamo detto che mentre le cellule procariote si dividono in maniera abbastanza semplice invece le cellule eucariote hanno una divisione più complessa che si basa sulla mitosi e sulla meiosi. La maggior parte delle cellule eucariote hanno all'interno tanti organelli ed ognuno svolge una funzione. Abbiamo detto già precedentemente che come tutte le cellule, anche gli organelli presentano una membrana a cui dà forma e delimita il volume e il contenuto dell’organello stesso. La membrana è formata da fosfolipidi, attraversati da amminoacidi, proteine o componenti di tipo zuccherino. Alcune cellule però oltre alla membrana, possono presentare una parete cellulare , che è uno degli elementi che differenza una cellula animale da una vegetale, nel senso che le cellule vegetali possiedono sempre una parete di tipo cellulare. La parete cellulare delle cellule vegetali è formata in quantità maggiore da un polisaccaride che non è altro che un polimero di tipo 1-4 Beta del glucosio: questo polisaccaride (polimeri formati da più di 10 molecole di monosaccaride) prende il nome di cellulosa. Quindi la cellulosa è una molecola formata da molecole di glucosio, ovvero una molecola formata da sei atomi di carbonio(il glucosio è quello che normalmente chiamiamo zucchero). I legami tra una molecola e l’altra prendono il nome di 1-4 Beta perchè si trovano in questa determinata posizione (1-4 atomo di carbonio nella posizione Beta) e ci sono questi legami perché ogni molecola è ruotata di 180° gradi rispetto alla molecola che la precede (il che significa che in una la posizione dell’idrogeno è in alto, nell’altra in basso-vedi esempio slide). Oltre alla cellulosa in questa catena, proprio per la presenza di tanti atomi di idrogeno, si vengono a formare molti legami idrogeno che
danno vita ad una struttura cristallina che prende il nome di microfibrilla .Infatti se guardiamo lo schema della cellulosa, ci rendiamo conto che quelle verdi sono tutte le molecole di glucosio mentre queste strutture fibrillari, che si formano tra un legame di idrogeno e quello successivo della catena adiacente, prendono appunto il nome di microfibrille(vedi slide successiva).Queste microfibrille sono tenute insieme da delle strutture di legame tra una catena di cellulosa e l'altra che prende il nome di emicellulosa , che sono sempre dei polisaccaridi formate però da un unico filamento, sottostanti alla struttura della cellulosa o all’interno stesso della parete. Le pareti possono essere più o meno spesse e quindi avremo delle strutture di pareti a due, tre, quattro… filamenti in relazione alla cellula vegetale che stiamo osservando. Considerate che gli organismi vegetali possono essere di tipo unicellulare, quindi formati da un’unica cellula, oppure pluricellulare come nelle piante, in cui una parete di una cellula è unita alla parete della cellula adiacente, attraverso una sostanza semidensa di tipo viscoso che prende il nome di lamella mediana , formata a sua volta da polisaccaridi, le cui sostanze principali sono le pectine che gli conferiscono proprio questo aspetto viscoso alla sostanza. Tutte le cellule vegetali presentano una parete, detta parete primaria. Dunque, la parete primaria è formata dalle catene di cellulosa, formate da polisaccaridi con un legame 1-4 Beta, legate tra di loro dalle emicellulose, da microfibrille, da proteine o all’interno da sostanze di tipo pectiche. Le due pareti si tengono uniti attraverso la lamella mediana, formata solo da sostanze peptiche; tanto è vero, che essa rispetto alla parete, è morbida ed ha uno strato viscoso che parte alla parete di una cellula di aderire con quella successiva. Tutte le cellule vegetali posseggono una parete primaria, alcune di esse possono presentare anche una parete secondaria , che normalmente ha una struttura più rigida e spessa è all’interno presenta sempre una sostanza che prende il nome di lignina. Si pensi alla corteccia del fusto di una pianta, caratterizzata sempre da cellule con una parete secondaria. Una volta che queste pareti si formano non possono essere eliminate perché si tratta di strutture permanenti. La parete secondaria quando presenta una grande quantità di lignina, così come capita per la corteccia delle piante, subisce un processo che prende il nome di lignificazione. Alcune cellule però possono presentare all'interno della loro parete secondaria altre sostanze, ad esempio quelle del sughero, in cui c'è un processo di suberificazione. Se osservate lo stelo di una rosa, noterete che la parete è più spessa ma è liscia e in questo caso avviene un processo di cutinizzazione. In alcuni casi le cellule possono avere un processo di mineralizzazione, cioè ricoprirsi di un ulteriore guscio formato da minerali come il calcio, il silicio ecc., che ricopre la parete primaria conferendogli una struttura rigida, come avviene nelle alghe. In altri casi la parete secondaria può subire un processo di pigmentazione, cioè oltre alla clorofilla che conferisce un colore verde a tutte le strutture vegetali, può presentare
