Scienze integrate

Elvidio Lupia Palmieri Maurizio Parotto Silvia Saraceni Giorgio Strumia

Scienze integrate Strutture e funzioni degli organismi

C

La Terra, un pianeta in evoluzione

D

SCIENZE



C


D

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La parte C è di Silvia Saraceni e Giorgio Strumia La parte D è di Elvidio Lupia Palmieri e Maurizio Parotto Realizzazione editoriale: – Coordinamento redazionale: Massimo Evangelisti – Redazione: Vittoria Balandi, Manuela Mantelli – Segreteria di redazione: Deborah Lorenzini – Progetto grafico: Editta Gelsomini – Impaginazione: Roberto Marchetti – Disegni: Roberto Marchetti, Claudia Saraceni, Thomas Trojer – Collaborazioni grafiche: Roberto Marchetti Contributi: – Rilettura critica: Anna Maria Cortesi, Lisa Ricci, Angela Simone – Stesura degli esercizi della parte D: Giorgia Morselli – Revisione degli esercizi della parte D: Paola Fredi Realizzazione del CD-ROM: – Sceneggiature delle animazioni: Licia Gambarelli (parte C), Antonella Testa (parte D) – Revisione delle animazioni: Angela Simone (parte C) – Realizzazione multimediale delle animazioni: Chialab s.r.l., Bologna (parte C); Infmedia s.r.l., Roma (parte D) – Registrazioni audio: formicablu s.r.l., Bologna (parte C) – Speaker: Massimo Rossi (parte C); Bruno Schirripa (parte D) – Esercizi interattivi: Stefania Azzollini (parte D) – Revisione degli esercizi: Paola Fredi (parte D) – Redazione: Matteo Fornesi, con la collaborazione di Vittoria Balandi e Manuela Mantelli – Progettazione esecutiva e sviluppo software: Infmedia s.r.l. (www.infmedia.it) Copertina: – Progetto grafico: Miguel Sal & C., Bologna – Realizzazione: Roberto Marchetti – Immagine di copertina: Artwork Miguel Sal & C., Bologna Prima edizione: marzo 2010

L’impegno a mantenere invariato il contenuto di questo volume per un quinquennio (art. 5 legge n. 169/2008) è comunicato nel catalogo Zanichelli, disponibile anche online sul sito www.zanichelli.it, ai sensi del DM 41 dell’8 aprile 2009, All. 1/B. File per diversamente abili L’editore mette a disposizione degli studenti non vedenti, ipovedenti, disabili motori o con disturbi specifici di apprendimento i file pdf in cui sono memorizzate le pagine di questo libro. Il formato del file permette l’ingrandimento dei caratteri del testo e la lettura mediante software screen reader. Le informazioni su come ottenere i file sono sul sito www.zanichelli.it/diversamenteabili Suggerimenti e segnalazione degli errori Realizzare un libro è un’operazione complessa, che richiede numerosi controlli: sul testo, sulle immagini e sulle relazioni che si stabiliscono tra essi. L’esperienza suggerisce che è praticamente impossibile pubblicare un libro privo di errori. Saremo quindi grati ai lettori che vorranno segnalarceli. Per segnalazioni o suggerimenti relativi a questo libro scrivere al seguente indirizzo: [email protected] Le correzioni di eventuali errori presenti nel testo sono pubblicati nella sezione errata corrige del sito dell’opera (www.online.zanichelli.it/lupiascienzeintegrate) Zanichelli editore S.p.A. opera con sistema qualità certificato CertiCarGraf n. 477 secondo la norma UNI EN ISO 9001:2008 Questo libro è stampato su carta che rispetta le foreste. www.zanichelli.it/la-casa-editrice/carta-e-ambiente/



C


D

SCIENZE

INDICE

C1 All’interno delle cellule 1 Le dimensioni delle cellule 2 Le cellule procariotiche 3 Le cellule eucariotiche degli animali 4 Le cellule eucariotiche delle piante 5 La forma e il movimento delle cellule 6 Le giunzioni cellulari

C4 C6 C8 C10 C12 C14

Sintesi dei contenuti

C16

Per la verifica

C18

C2 Le trasformazioni energetiche nelle cellule 1 Il metabolismo cellulare e gli enzimi 2 Il trasporto passivo 3 Il trasporto attivo 4 La respirazione cellulare 5 La fotosintesi

C22 C24 C26 C28 C30


C32

Per la verifica

C34

C3 Le cellule crescono e si riproducono 1 La vita delle cellule 2 Il DNA e la sua duplicazione 3 L’organizzazione del DNA nei cromosomi 4 L’RNA e le sue funzioni 5 La sintesi dell’RNA 6 La sintesi delle proteine 7 La divisione cellulare 8 Cellule diploidi e cellule aploidi 9 La divisione meiotica e la produzione di gameti

C38 C40 C42 C44 C46 C48 C50 C52 C54


C56

Per la verifica

C58

C4 Il patrimonio genetico delle popolazioni 1 Che cos’è il patrimonio genetico 2 La prima legge di Mendel 3 La seconda legge di Mendel 4 Modelli di trasmissione dei caratteri 5 Il genoma umano 6 Le mutazioni e le anomalie cromosomiche

C62 C64 C66 C68 C70 C72


C74

Per la verifica

C76

IV Lupia Palmieri, Parotto, Saraceni, Strumia SCIENZE INTEGRATE © Zanichelli 2011 Moduli C+D

Test interattivi

PARTE C Struttura e funzioni degli organismi

Approfondimenti

Animazioni

ONLINE

C5 Forme e funzioni degli organismi 1 L’organizzazione strutturale degli animali 2 Apparati e organi degli animali 3 I tessuti animali 4 L’organizzazione strutturale delle piante

C88

Per la verifica

C90

C94 C96 C98 C100 C102


C104

Per la verifica

C106

C7 Scambi gassosi, trasporto e difese immunitarie 1 Il ruolo dell’ossigeno nel metabolismo 2 Gli scambi respiratori negli animali 3 L’apparato respiratorio umano 4 Il trasporto delle sostanze nell’organismo 5 L’apparato cardiovascolare umano 6 Il cuore umano 7 Come è fatto il sangue 8 Il sistema linfatico e il sistema immunitario

C110 C112 C114 C116 C118 C120 C122 C124


C126

Per la verifica

C128

C8 Il controllo dell’ambiente interno e l’escrezione 1 Il rivestimento degli animali 2 Il controllo della temperatura corporea 3 Il controllo della perdita d’acqua e della concentrazione dei sali 4 Gli animali eliminano le sostanze di rifiuto 5 Il sistema escretore umano

Test interattivi

C80 C82 C84 C86


C6 L’alimentazione e la digestione 1 Perché gli animali si nutrono 2 Come si nutrono gli animali 3 La digestione nel tubo digerente umano 4 Il processo di assorbimento nell’intestino umano 5 L’alimentazione umana

Approfondimenti

Animazioni

ONLINE

C132 C134 C136 C138 C140


C142

Per la verifica

C144

V Lupia Palmieri, Parotto, Saraceni, Strumia SCIENZE INTEGRATE © Zanichelli 2011 Moduli C+D

INDICE

C9 I sensi e la trasmissione degli impulsi nervosi 1 La percezione degli stimoli e la loro trasmissione 2 Come funziona la cellula nervosa 3 La trasmissione dell’impulso tra neuroni 4 L’occhio e la ricezione della luce 5 La ricezione degli altri stimoli 6 Il sistema nervoso centrale umano 7 Il sistema nervoso periferico umano 8 I messaggeri chimici e il sistema endocrino

C148 C150 C152 C154 C156 C158 C160 C162


C164

Per la verifica

C166

C10 Il sostegno e il movimento 1 Come si muovono gli animali 2 Lo scheletro degli animali 3 Lo scheletro dei vertebrati e degli esseri umani 4 Come sono fatte le ossa 5 I muscoli

C170 C172 C174 C176 C178


C180

Per la verifica

C182

C11 La riproduzione 1 Riproduzione asessuata e riproduzione sessuata 2 L’apparato riproduttore maschile 3 L’apparato riproduttore femminile 4 La fecondazione e lo sviluppo dell’embrione 5 La gestazione e il parto

C186 C188 C190 C192 C194


C196

Per la verifica

C198

PARTE D La Terra, un pianeta in evoluzione D1 I fenomeni vulcanici 1 Che cos’è un vulcano 2 I diversi prodotti delle eruzioni 3 La forma dei vulcani 4 I tipi di eruzione 5 Fenomeni legati all’attività vulcanica 6 La distribuzione geografica dei vulcani

D4 D6 D8 D10 D12 D14


D16

Per la verifica

D18

VI Lupia Palmieri, Parotto, Saraceni, Strumia SCIENZE INTEGRATE © Zanichelli 2011 Moduli C+D

Test interattivi

Approfondimenti

Animazioni

ONLINE

D2 I fenomeni sismici 1 Che cos’è un terremoto 2 Le onde sismiche 3 Onde sismiche per studiare la Terra 4 La «forza» di un terremoto 5 La distribuzione geografica dei terremoti 6 La difesa dai terremoti Sintesi dei contenuti Per la verifica

D22 D24 D26 D28 D30 D32 D34 D36

D3 La struttura della Terra 1 Un pianeta fatto a strati 2 Le strutture della crosta oceanica: dorsali e fosse 3 L’espansione dei fondi oceanici 4 La Tettonica delle placche 5 Nuove montagne e nuovi oceani 6 La verifica del modello 7 Il motore delle placche 8 La deformazione delle rocce Sintesi dei contenuti Per la verifica

D40 D42 D44 D46 D48 D50 D52 D54 D56 D58

D4 Il modellamento del rilievo 1 La degradazione fisica delle rocce 2 La degradazione chimica delle rocce 3 Il suolo e i movimenti franosi 4 L’azione delle acque correnti 5 Come operano i ghiacciai 6 L’azione del mare sulle coste 7 Il vento come agente modellatore 8 L’evoluzione del rilievo Sintesi dei contenuti Per la verifica

D62 D64 D66 D68 D70 D72 D74 D76 D78 D80

D5 L’evoluzione del pianeta 1 Il passato della Terra 2 I fossili 3 Il processo di fossilizzazione 4 Il Precambriano: da 4600 a 570 Ma fa 5 Il Paleozòico: da 570 a 245 Ma fa 6 Il Mesozòico: da 245 a 65 Ma fa 7 Il Cenozòico: da 65 Ma fa a oggi 8 Il Quaternario: gli ultimi 2,6 Ma Sintesi dei contenuti Per la verifica

D84 D86 D88 D90 D92 D94 D96 D98 D100 D102

Le parole delle scienze della natura

Sdn 1

Test interattivi

Approfondimenti

Animazioni

ONLINE

VII Lupia Palmieri, Parotto, Saraceni, Strumia SCIENZE INTEGRATE © Zanichelli 2011 Moduli C+D

RISORSE ONLINE www.online.zanichelli.it/lupiascienzeintegrate • Schede di approfondimento

• Test interattivi

per ciascuna unità pagine in formato .pdf scaricabili e stampabili

per ciascuna unità quesiti in forma di allenamento e quesiti in forma di verifica

• Animazioni

(online con chiave di attivazione)

unità C1 – Cellule procariotiche ed eucariotiche – La membrana cellulare – Costruire una cellula unità C2 – La permeabilità selettiva – L’osmosi – La glicolisi – Il ciclo di Krebs – La fosforilazione ossidativa – La fotosintesi unità C3 – Gli acidi nucleici – La duplicazione del DNA – La sintesi proteica – La mitosi e la citodieresi – La meiosi unità C4 – L’incrocio monoibrido – La variabilità genetica – L’elettroforesi unità C5 – Piani strutturali e simmetrie – I tessuti

unità C6 – Il sistema digerente unità C7 – Gli scambi gassosi – La circolazione del sangue – Il sistema immunitario unità C8 – I nefroni unità C9 – I neuroni – Gli ormoni unità C10 – Lo scheletro assile – La contrazione muscolare unità C11 – Il sistema riproduttore maschile – Il sistema riproduttore femminile

unità D1 – Le caldere (prima e seconda parte) – I geyser – Lo tsunami generato da un collasso vulcanico – La distribuzione geografica dei vulcani – L’evoluzione dell’Etna unità D2 – Il meccanismo del rimbalzo elastico – Lo tsunami generato da un terremoto – Le onde sismiche P e S e le onde superficiali: schemi di propagazione – Studiare la Terra con le onde sismiche – La distribuzione geografica dei terremoti unità D3 – L’isostasia – Prove paleomagnetiche dell’espansione dei fondi oceanici – Gli atolli corallini – Meccanismi in zone attive che delimitano le placche

VIII Lupia Palmieri, Parotto, Saraceni, Strumia SCIENZE INTEGRATE © Zanichelli 2011 Moduli C+D

– La Tettonica delle placche e i giacimenti minerari – I moti convettivi nel mantello e la Tettonica delle placche (prima e seconda parte) – Schemi di pieghe – Le faglie unità D4 – L’evoluzione del profilo dei corsi d’acqua – L’evoluzione dei meandri di un corso d’acqua – Lo sviluppo di un paesaggio glaciale – Il profilo longitudinale di un ghiacciaio di tipo alpino unità D5 – Oceani e continenti, l’evoluzione della crosta terrestre (prima e seconda parte) – La storia della vita sulla Terra – L’origine di un giacimento di carbone – La formazione di giacimenti petroliferi – L’evoluzione geologica dell’Italia (prima e seconda parte)

PARTE C

Struttura e funzioni degli organismi

[Dr. J. Burgess / SPL / Contrasto]

Lupia Palmieri, Parotto, Saraceni, Strumia SCIENZE INTEGRATE © Zanichelli 2011 Moduli C+D


C 1.All’interno delle cellule

Per osservare una cellula del nostro corpo – come i globuli rossi del sangue che vedi nella fotografia – è indispensabile utilizzare un microscopio. La stessa cosa accade per le cellule che costituiscono l’occhio di un gatto o i petali di un fiore. Forse per questo motivo, quando pensiamo a una cellula tendiamo a immaginarla per forza come un oggetto minuscolo. [S. Nishigana/SPL/Grazia Neri]

Esistono invece cellule visibili a occhio nudo? Cerca la risposta nel paragrafo 1

TEST D’INGRESSO 1 La più piccola unità che presenta tutte le caratteristiche tipi-

che della vita è A C

PAGINA XII

la cellula la molecola organica

B D

l’atomo il DNA

4 La cellulosa è A C

un polisaccaride un acido nucleico

UNITÀ 0 B D

un lipide una proteina

5 Una sostanza che si scioglie in acqua è detta 2 Ci sono organismi formati da una sola cellula.

Vero

PAGINA XII

Falso

UNITÀ 0 A C

3 0,001 m equivalgono a A

3

10 m

insolubile in acqua solubile in acqua

UNITÀ 0 B

–3

10 m

C

–3

10 mm


B D

insolubile in alcol soluto in acqua

1. Le dimensioni delle cellule Gli organismi sono costituiti da cellule: alcuni sono unicellulari, cioè formati da una sola cellula; gli altri sono detti pluricellulari. Da un punto di vista funzionale la maggior parte delle cellule mostra tutte le caratteristiche tipiche degli organismi. Esse: – crescono, – si riproducono, – sono in grado di trasformare la materia e l’energia, – rispondono agli stimoli provenienti dall’ambiente esterno,

1 Quanto sono grandi le cellule Le cellule hanno dimensioni molto variabili: le più grosse sono le uova di uccello (quelle di struzzo arrivano a 15 cm di dia-

Qui in alto, alcuni esempi di cellule di varie dimensioni, dalle più grandi alle più piccole conosciute.

In basso, invece, alcuni esempi di organismi o di componenti più piccoli delle cellule, di varie dimensioni (sempre dal più grande al più piccolo).

100 m

metro); le cellule più piccole sono alcuni batteri lunghi appena 0,0001 mm. Una «tipica» cellula animale o vegetale ha invece un diametro compreso tra 0,01 mm e 0,1 mm. Le dimensioni e la forma delle cellule dipendono dalla loro funzione. Le uova di uccello sono voluminose perché contengono una grande quantità di so-

alcune cellule nervose e muscolari

10 m

1m

uovo di struzzo

10 cm

– mantengono il controllo del proprio ambiente interno. Dal punto di vista strutturale tra le cellule c’è una grande somiglianza. Esse: – hanno del materiale ereditario (il DNA) che permette loro la riproduzione, – sono delimitate da una membrana esterna che le separa dall’ambiente circostante, – all’interno è presente il citoplasma, una sostanza semiliquida.

stanze nutritive, necessarie allo sviluppo dell’embrione. I globuli rossi del sangue umano hanno dimensioni molto ridotte per poter scorrere all’interno dei vasi sanguigni più sottili. Per non essere costretti a scrivere tanti decimali, si usano delle unità di misura più piccole del millimetro. Quando si parla della dimensione delle cellule,

uovo di rana

1 cm

1 mm

ameba

100 μ m

l’unità di misura più usata è il micrometro (μm). 1 μm è la milionesima parte di un metro: 1 μm = 10 –6 m. Per esprimere le dimensioni delle molecole che formano le cellule si usa un’unità di misura ancor più piccola, il nanometro (nm), che è un millesimo di micrometro: 1 nm = 10 –9 m.

globulo rosso umano

10 μ m

1μm

batteri più piccoli

100 nm

mitocondrio

sequoia gigante

C4

essere umano

fagiolo

moscerino

PA R T E C • Struttura e funzioni degli organismi Lupia Palmieri, Parotto, Saraceni, Strumia SCIENZE INTEGRATE © Zanichelli 2011 Moduli C+D

(parte della cellula dove si produce l'energia)

virus

Contemporaneamente, vi è un secondo aspetto importante: la loro varietà. La cellula di un batterio ha caratteristiche che permettono di distinguerla da quelle di un essere umano; le cellule delle piante sono molto diverse da quelle degli animali; le cellule che formano i muscoli nel nostro corpo sono completamente differenti da quelle del cervello. I diversi tipi di cellule presentano inoltre dimensioni che variano da qualche centimetro fino a grandezze molto inferiori al millimetro. Dato che quasi tutte le cellule sono molto piccole, gli organismi di grandi dimensioni sono formati da miliardi di cellule.

QUESITI 1 Perché le uova degli uccelli sono molto voluminose? LEGGI L’IMMAGINE

2 Qual è il diametro espresso in micrometri di un globulo rosso? 3 Qual è il diametro dei batteri più piccoli? 4 Calcola di quanti ordini di grandezza i batteri sono più piccoli delle amebe.

2 I limiti delle dimensioni cellulari Le cellule non possono avere dimensioni né troppo piccole né troppo grandi. Il motivo per cui esistono delle dimensioni minime per le cellule è semplice: per poter sopravvivere e riprodursi le cellule devono contenere al loro interno una certa quantità di strutture e molecole biologiche, come il DNA e le proteine. Ma perché la maggior parte delle cellule non supera determinate dimensioni?

VEDI ANCHE…

ATTIVITÀ

Approfondimento I microscopi

Confronta le dimensioni Una tipica cellula animale ha un diametro di 0,01 mm. Per capire quanto sono piccoli 0,01 mm per noi pensa che per portarla a un diametro di 1 mm abbiamo bisogno di ingrandirla 100 volte. Ora pensa che la cellula da studiare sia un uovo di gallina e prova a disegnarlo ingrandito 100 volte. Quanto diventa grande?

Le dimensioni cellulari sono limitate dalla necessità di avere una superficie esterna abbastanza estesa da poter introdurre un’adeguata quantità di sostanze nutritive ed eliminare le sostanze di rifiuto. Se una cellula aumenta in volume anche la sua superficie esterna lo fa, ma non in misura corrispondente. Se una cellula fosse troppo grande, la sua superficie non sarebbe sufficiente a garantire il passaggio di una quantità adeguata di sostanze.

QUESITI 1 Perché il nostro corpo non è costituito da poche cellule molto grandi? 2 Perché le cellule non possono essere troppo piccole? LEGGI L’IMMAGINE

3 Come varia il rapporto superficie/volume quando la misura del lato del cubo raddoppia?

Il volume della seconda cellula è 8 volte quello della prima, mentre la superficie è solo 4 volte maggiore: il rapporto superficie/volume è pertanto dimezzato.

1 mm 2 mm

superficie volume superficie/volume 10 nm

1 nm

6 mm2 1 mm3 6/1

24 mm2 8 mm3 3/1

0,1 nm

Queste otto cellule hanno un volume complessivo pari a quella di sinistra ma nell’insieme hanno una superficie doppia: il rapporto superficie/volume è pertanto raddoppiato.

DNA (la molecola che contiene le informazioni necessarie alla riproduzione atomo della cellula)

1 mm

2 mm

superficie volume superficie/volume

2

24 mm 8 mm3 3/1

48 mm2 8 mm3 6/1 U N I T À C1 • All’interno delle cellule


C5

2. Le cellule procariotiche Tutte le cellule presentano due caratteristiche fondamentali: – possiedono una membrana che le separa dall’ambiente esterno (chiamata membrana plasmatica), – contengono il materiale genetico (il DNA), che «dirige» le attività chimiche che si svolgono al loro interno e consente loro di riprodursi. Tuttavia, esistono due tipi di cellule molto differenti dal 1 La struttura della cellula procariotica Tutte le cellule procariotiche hanno in comune alcune strutture. 1. La membrana plasmatica separa la cellula dall’ambiente esterno e regola il passaggio di varie sostanze da e verso l’interno. 2. Il nucleoide è la regione della cellula dove è concentrato il materiale genetico; nelle cellule procariotiche il materiale ereditario è rappresentato da una lunga molecola circolare di DNA. 3. Il citoplasma è formato dal citosol (una sostanza di consistenza gelatinosa) e da una serie di particelle insolubili. 4. I ribosomi, sotto il controllo del DNA, sono coinvolti nella sintesi, cioè nella «costruzione», delle proteine. Sono numerosi e si trovano sparsi nel citoplasma.

punto di vista della loro struttura: le cellule procariotiche e le cellule eucariotiche. La principale differenza tra le cellule di questi due tipi riguarda l’organizzazione del materiale genetico: – nelle cellule eucariotiche il DNA è circondato da una doppia membrana che lo separa dal citoplasma e dalle altre strutture cellulari; Alcuni procarioti sono in grado di muoversi nel loro ambiente liquido mediante appendici chiamate flagelli. Ogni flagello batterico, costituito da una proteina detta flagellina, ricorda un piccolo cavatappi. Talvolta la superficie esterna delle cellule procariotiche presenta dei pili, corti filamenti che aiutano i batteri ad aderire alle superfici.

QUESITI 1 Com’è organizzato il materiale genetico nelle cellule procariotiche? LEGGI L’IMMAGINE

2 L’immagine in basso a sinistra mostra un batterio. Con quale tipo di microscopio è stata ottenuta? 3 Qual è la funzione della parete cellulare presente in alcuni batteri?

CHE COSA VEDE IL BIOLOGO nucleoide (DNA) citoplasma

I fosfolipidi hanno una «testa» e una «coda». Addossati l’uno all’altro, formano un doppio strato che è la struttura portante della membrana plasmatica.

ribosomi membrana plasmatica

[L. Standard, UCT / SPL / Contrasto]

la parete cellulare è rigida e contribuisce a stabilizzare la forma delle cellule

la capsula impedisce la disidratazione della cellula

flagelli pili

C6


2 La membrana plasmatica La cellula procariotica e quella eucariotica hanno in comune la membrana plasmatica (o membrana cellulare). Essa forma un sottile confine e controlla il flusso delle molecole tra l’interno della cellula e l’ambiente esterno. Attraverso la membrana cellulare, le cellule introducono le sostanze di cui hanno bisogno e eliminano i prodotti di rifiuto. La membrana è formata principalmente da fosfolipidi, molecole organiche del gruppo dei lipidi che contengono fosforo. La

– nelle cellule procariotiche, invece, il DNA è concentrato in una zona, ma non è separato dal resto della cellula. La maggior parte delle cellule procariotiche ha un diametro compreso tra 2 e 8 μm, mentre le cellule eucariotiche più piccole non vanno al di sotto dei 10 μm di diametro. Tra tutti gli organismi, soltanto i batteri sono cellule procariotiche; tutti gli altri esseri viventi sono formati da cellule eucariotiche. I procarioti sono peraltro gli organismi più numerosi sulla Terra.

VEDI ANCHE…

ATTIVITÀ

Approfondimento Gli antibiotici

Simulazione di una membrana cellulare

Animazione Cellule procariotiche ed eucariotiche [1:45] Animazione La membrana cellulare [1:28]

Sulla superficie esterna vi sono dei carboidrati, legati alle proteine o ai lipidi della membrana. I carboidrati sono dei «segnali» che contraddistinguono i diversi tipi di cellule.

Versa dell’acqua in un barattolo di vetro con tappo avvitabile; aggiungi un cucchiaio d’olio e un pizzico di caffè in polvere. Tappa il barattolo e scuotilo energicamente. L’olio si frammenta in goccioline e tra le molte che si formano è possibile trovarne alcune con all’interno un po’ di caffè. A che cosa puoi paragonare i granelli di caffè? Che cosa ti ricordano le gocce d’olio che contengono il caffè?

CITOPLASMA

Le molecole di colesterolo disperse tra le code idrofobe dei fosfolipidi regolano la fluidità della membrana plasmatica.

Alcune proteine attraversano il doppio strato fosfolipidico da parte a parte, altre sono legate alla superficie della membrana plasmatica.

molecola dei fosfolipidi è formata da due parti che interagiscono con l’acqua in maniera opposta. La «testa» della molecola è idrofila, mentre la doppia «coda» è idrofoba. Le molecole idrofile sono solubili in acqua, le molecole idrofobe, al contrario, non si sciolgono in questo liquido. BUA2 P.39Prodoc.02 prio a causa delle loro caratteristiche chimiche, nell’acqua i fosfolipidi formano spontaneamente una struttura a due strati: le teste idrofile si rivolgono verso l’esterno, mentre le code idrofobe si orientano all’interno, «allontanandosi» dall’acqua.

Inserite nel doppio strato di fosfolipidi si trovano molte proteine. Esse svolgono funzioni fondamentali per la vita della cellula, come il trasporto di sostanze attraverso la membrana. La membrana non è una struttura rigida: la maggior parte delle proteine e delle molecole di fosfolipidi può «scorrere» lateralmente; per questa ragione e per il fatto di essere formata da molti «tasselli» (le varie molecole che la costituiscono) la membrana plasmatica viene spesso definita un mosaico fluido.

QUESITI 1 Descrivi la struttura del doppio strato fosfolipidico. LEGGI L’IMMAGINE

2 Qual è la funzione delle molecole di colesterolo? U N I T À C1 • All’interno delle cellule


C7

3. Le cellule eucariotiche degli animali Tutti gli esseri viventi – tranne i batteri – sono costituiti da cellule eucariotiche, che sono più grandi e più complesse di quelle procariotiche appena descritte. Vi sono alcuni elementi comuni tra le cellule eucariotiche e quelle procariotiche: per esempio, entrambe possiedono 1 Come sono fatte le cellule degli animali Nella cellula eucariotica animale gli organuli più importanti, circondati da membrane, sono – il nucleo, – il reticolo endoplasmatico, – i mitocondri, – i lisosomi, – i perossisomi, – l’apparato di Golgi. Molte attività chimiche delle cellule (chiamate nel loro complesso metabolismo cellulare) si svolgono negli spazi pieni di liquido presenti all’interno degli organuli. Grazie all’esistenza di questi compartimenti, nella cellula eucariotica avvengono contemporaneamente molte reazioni chimiche differenti. Sulle membrane degli organuli si svolgono molti processi del metabolismo cellulare. Senza di esse, le cellule eucariotiche non avrebbero una superficie abbastanza estesa per soddisfare i loro bisogni metabolici. Oltre agli organuli circondati da membrana, le cellule eucariotiche possiedono anche organuli privi di membrana: – i ribosomi, dei quali si è parlato nel paragrafo precedente, – il citoscheletro, – i centrioli. In alcuni tipi di cellule animali è presente anche un flagello, una struttura che, come vedremo nel paragrafo 5, è importante per il movimento.

una membrana plasmatica, dei ribosomi e un citoplasma. La differenza più evidente tra questi due tipi di cellule consiste nel fatto che il citoplasma delle cellule eucariotiche comprende dei compartimenti a loro volta delimitati da membrane, detti organuli.

Il nucleo è l’organulo più voluminoso della cellula eucariotica. Al suo interno, si trova il DNA associato a proteine. Il nucleo è avvolto dalla membrana nucleare, un doppio involucro attraversato da pori tramite i quali le sostanze entrano ed escono dal nucleo. All’interno del nucleo si trova il nucleolo, il sito dove vengono assemblati i ribosomi. Il reticolo endoplasmatico rugoso ha un aspetto granulare dovuto ai ribosomi attaccati alle membrane che lo costituiscono. È formato da una serie di sacchetti appiattiti, tra loro interconnessi. Ha funzione di sintesi (cioè di «costruzione») delle proteine, prodotte dai ribosomi. Il reticolo endoplasmatico liscio comunica direttamente con il reticolo rugoso. L’organulo è formato da una rete di tubuli interconnessi privi di ribosomi. Una delle funzioni principali è la sintesi dei lipidi, che servono a riparare e costruire tutte le membrane della cellula. Inoltre, nelle cellule dei muscoli, esso immagazzina ioni calcio (Ca2+), indispensabili per la contrazione.

flagello

membrana plasmatica

citoplasma

I mitocondri sono circondati da due membrane, separate da uno spazio intermembrana. La membrana interna racchiude un liquido chiamato matrice mitocondriale. In questa matrice avvengono alcune delle reazioni chimiche della respirazione cellulare, il processo attraverso il quale le cellule ricavano energia. Altre fasi della respirazione cellulare coinvolgono la membrana interna e lo spazio intermembrana.

C8


Anche il materiale genetico – che nelle cellule procariotiche è semplicemente concentrato in una zona – in quelle eucariotiche si trova in un organulo specifico racchiuso da una membrana: il nucleo. Tra le cellule eucariotiche, quelle degli animali e quelle delle piante presentano poi numerose differenze. Vediamo prima com’è fatta la cellula eucariotica animale; nel prossimo paragrafo ci occuperemo invece di quella vegetale.

ribosomi

VEDI ANCHE…

ATTIVITÀ

Unità C1 • PARAGRAFO 1: Le dimensioni delle cellule

Studia una cellula

Approfondimento Sperimentazione sugli animali o in vitro? Animazione Costruire una cellula [1:00]

I lisosomi sono sacchetti chiusi che contengono proteine con funzioni digestive. I lisosomi sono prodotti dal reticolo endoplasmatico ruvido e dall’apparato di Golgi, e hanno diversi tipi di funzioni digestive: a) demoliscono le sostanze nutritive inglobate dalle cellule; b) partecipano alla distruzione dei batteri nocivi; c) sono il centro di riciclaggio degli organuli danneggiati.

L’uovo è una cellula animale facile da studiare. Immergi un uovo in un bicchiere, nel quale avrai mescolato in parti uguali dell’acqua e dell’aceto. Lascia l’uovo immerso per due giorni osservandolo a intervalli regolari. Il guscio verrà progressivamente sciolto dall’aceto. Rimarrà quindi esposta la sottile membrana che si trova sotto il guscio. Questa è semipermeabile e lascia passare parte dei liquidi presenti nel bicchiere. Se osservi l’uovo vedrai, infatti, che ha aumentato il proprio volume.

I perossisomi derivano dal reticolo rugoso e sono la sede di alcune reazioni chimiche che demoliscono le sostanze tossiche.

nucleolo

L’apparato di Golgi è formato da una pila di sacchetti appiattiti (non collegati tra loro). L’apparato di Golgi accoglie e modifica le sostanze prodotte dal reticolo endoplasmatico.

Le molecole da rielaborare arrivano all’apparato di Golgi attraverso delle vescicole di trasporto, sacchetti sferici avvolti da una membrana.

QUESITI Il citoscheletro, composto di filamenti e tubuli, conferisce una forma caratteristica per ogni tipo di cellula.

1 Qual è la funzione del nucleo? 2 Che cos’è il nucleolo? 3 Quali funzioni svolge il reticolo endoplasmatico? LEGGI L’IMMAGINE

4 Il nucleo è circondato dalla membrana nucleare e 왏 dal reticolo endoplasmatico rugoso 왏 dall’apparato di Golgi.

Il centriolo è un organulo che interviene durante la divisione cellulare.

U N I T À C1 • All’interno delle cellule Lupia Palmieri, Parotto, Saraceni, Strumia SCIENZE INTEGRATE © Zanichelli 2011 Moduli C+D

C9

4. Le cellule eucariotiche delle piante Tutte le cellule eucariotiche presentano un’organizzazione interna molto simile, ma esistono anche alcune differenze; in particolare, queste differenze sono evidenti tra le cellule animali e quelle vegetali. Al pari delle cellule animali, quelle vegetali presentano: – un nucleo, contenente il materiale genetico,

1 Come sono fatte le cellule delle piante Le cellule eucariotiche delle piante presentano alcune differenze importanti rispetto a quelle degli animali. 1. La cellula vegetale è delimitata da una parete cellulare piuttosto rigida, che conferisce alla cellula una forma in genere poliedrica. La parete cellulare delle piante ha una composizione chimica diversa da quella che circonda le cellule procariotiche. 2. La cellula vegetale non possiede i centrioli (perché grazie alla rigida parete cellulare non ha bisogno di un citoscheletro particolarmente strutturato) e i lisosomi (perché le cellule vegetali hanno una «digestione» delle sostanze nutrienti molto più semplice di quelle animali). 3. La cellula vegetale possiede alcuni organuli caratteristici che mancano nella cellula animale: i cloroplasti (dove avviene la fotosintesi clorofilliana) e il vacuolo centrale (che serve soprattutto a immagazzinare l’acqua).

– – – – – –

il citoplasma, una membrana plasmatica, i ribosomi, il reticolo endoplasmatico rugoso e quello liscio, i mitocondri, i perossisomi,

La parete cellulare circonda la membrana plasmatica. La parete è piuttosto spessa e rigida perché è costituita di cellulosa, un polisaccaride formato da molecole di glucosio. La parete cellulare protegge la cellula e contribuisce a mantenerne la forma.

reticolo endoplasmatico rugoso

I cloroplasti sono la sede del processo della fotosintesi, cioè utilizzano la luce solare per sintetizzare zuccheri a partire da molecole inorganiche, come l’anidride carbonica e l’acqua. Il cloroplasto al suo interno è suddiviso da alcune membrane. Quelle più interne formano una serie di dischi «impilati» (chiamati tilacoidi) che catturano l’energia solare, necessaria per la fotosintesi.

perossisoma

Il vacuolo centrale ha la forma di un sacchetto e svolge numerose funzioni: a) agisce come un lisosoma delle cellule animali; b) immagazzina acqua contribuendo a far aumentare le dimensioni della cellula; c) immagazzina sia sostanze chimiche essenziali sia prodotti di rifiuto del metabolismo cellulare.

C 10


reticolo endoplasmatico liscio

– l’apparato di Golgi, – il citoscheletro. In alcuni casi – per esempio nelle alghe flagellate – le cellule vegetali sono dotate di flagelli. Diversamente dalle cellule animali, le cellule vegetali presentano: – una parete cellulare, che circonda la membrana plasmatica, – alcuni organuli caratteristici, come il vacuolo centrale e i cloroplasti.

VEDI ANCHE…

ATTIVITÀ

Unità C1 • PARAGRAFO 3: Le cellule eurcariotiche degli animali

Estraiamo la clorofilla dalle cellule vegetali

Animazione Costruire una cellula [1:00]

nucleo

La membrana plasmatica, come nelle cellule animali, isola la cellula dall’ambiente esterno e regola lo scambio di sostanze.

Tritura delle foglie di spinaci, in un mortaio o in un vaso di vetro, aggiungendo man mano dell’alcol a 95° (quello per fare i liquori). Lascia riposare il pestato per qualche minuto, poi versalo in un bicchiere, filtrandolo attraverso un colino. Questa sarà la tua soluzione di clorofilla. Prendi della carta da filtro e tagliane una striscia di 2 cm di larghezza e 10 cm di lunghezza; a 3 cm da un’estremità versa consecutivamente un po’ di gocce della soluzione di clorofilla. Metti l’estremità della striscia di carta così bagnata in un altro bicchiere (con 1 cm d’acqua dentro) e appoggiala al bordo, verticale.

citoplasma

nucleolo

ribosomi vescicola di trasporto

L’acqua, salendo per capillarità nel filtro, trasporterà con sé la clorofilla e gli altri pigmenti presenti nelle foglie, che formeranno delle bande colorate.

apparato di Golgi

QUESITI

mitocondrio

1 Quale funzione svolgono i cloroplasti?

citoscheletro

2 Gli animali li possiedono? LEGGI L’IMMAGINE

3 Che forma hanno i cloroplasti? 4 La parete cellulare si trova all’interno o all’esterno della membrana plasmatica? U N I T À C1 • All’interno delle cellule Lupia Palmieri, Parotto, Saraceni, Strumia SCIENZE INTEGRATE © Zanichelli 2011 Moduli C+D

C 11

5. La forma e il movimento delle cellule Le cellule eucariotiche contengono al loro interno una rete di fibre di sostegno molto sottili che costituiscono nel loro complesso il citoscheletro. In realtà si tratta di fibre di tipo diverso – i microfilamenti, i filamenti intermedi e i microtubuli – che svolgono funzioni differenti. 1 Il supporto interno delle cellule La «rete» del citoscheletro è costituita da tre tipi principali di fibre che hanno dimensioni, caratteristiche e funzioni diverse. 1. I microfilamenti, le fibre più sottili, sono dei «bastoncini» rigidi, composti principalmente da una proteina chiamata actina. Ogni microfilamento è formato da due catene di actina

avvolte a elica. Tramite i microfilamenti, la cellula può cambiare forma e muoversi, aggiungendo coppie di molecole di actina a un’estremità del filamento e togliendole dall’estremità opposta. Il movimento delle amebe e di alcuni globuli bianchi che circolano nel sangue umano si basa su questo meccanismo. 2. I filamenti intermedi hanno una struttura simile a quella di

Le fibre del citoscheletro si estendono in tutto il citoplasma, contribuendo a stabilizzare l’architettura e a dare una forma definita alla cellula. Il citoscheletro è una struttura dinamica che si modifica e si sposta a seconda delle attività compiute dalla cellula. Olun «cavo». I filamenti intermedi funzionano come rinforzo strutturale per la cellula e tengono bloccati alcuni organuli; per esempio, i mitocondri sono spesso «ancorati» alla membrana da un intreccio di filamenti intermedi. 3. I microtubuli sono le fibre più spesse e ricordano dei tubetti dritti, cavi all’interno. Come i microfilamenti, i microtubuli sono in grado di aumentare

o diminuire la loro lunghezza tramite l’aggiunta di coppie di molecole di tubulina, la proteina che li costituisce. I microtubuli, oltre a fornire un supporto strutturale alla cellula, trattengono gli organuli al loro posto e li guidano nei loro movimenti nel citoplasma. Per esempio, i microtubuli funzionano come «piste» lungo le quali si muovono le vescicole di trasporto e i lisosomi.

membrana plasmatica I microtubuli giocano un ruolo importante al momento della divisione della cellula in due cellule «figlie».


25 nm

ribosomi

mitocondrio

I microfilamenti sono spesso uniti in fasci che attraversano il citoplasma come dei cavi o sono intrecciati tra loro come le maglie di una rete.

I filamenti intermedi sono particolarmente abbondanti nelle cellule sottoposte a tensioni di tipo meccanico, come quelle della pelle.

7 nm

8

10 nm

QUESITI 1 I procarioti possiedono un citoscheletro? LEGGI L’IMMAGINE

2 Associa a ciascun tipo di fibra il suo diametro: Microtubuli ................ Microfilamenti ................. Filamenti intermedi .............. 3 Con quale microscopio sono state ottenute le fotografie di questa pagina?

C 12


tre ad avere un ruolo fondamentale per il sostegno della cellula, esso contribuisce anche ai movimenti cellulari, come la contrazione, o allo spostamento di alcuni organuli all’interno del citoplasma. L’importanza del citoscheletro per il movimento delle cellule è facilmente osservabile nelle ciglia e nei flagelli, appendici che caratterizzano alcuni organismi eucarioti unicellulari o particolari tipi di cellule negli eucarioti pluricellulari. 2 Le ciglia e i flagelli Sono appendici esterne delle cellule, costituite da gruppi di microtubuli, avvolti dalla membrana plasmatica. Sia le ciglia sia i flagelli sono essenzialmente appendici utilizzate per il movimento, hanno la stessa struttura e si muovono con un meccanismo identico (un battito simile a quello di una frusta). Questi due diversi tipi di appendici si distinguono es-

senzialmente per le dimensioni: le ciglia sono corte e numerose; i flagelli sono più lunghi e, in genere, molto meno numerosi. Ciglia e flagelli si trovano nei protisti (organismi unicellulari), dei quali costituiscono l’organo del movimento (nell’acqua), ma anche in alcune cellule degli organismi pluricellulari. Per esempio la maggior parte degli animali possiede cellule riproduttive maschi-

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ATTIVITÀ

Unità C1 • PARAGRAFO 1: Le dimensioni delle cellule

Costruisci la struttura tipica di di ciglia e flagelli

li flagellate (come nel caso degli spermatozoi per gli esseri umani).

QUESITI 1 Quali sono le differenze tra ciglia e flagelli? 2 Quali sono le analogie? LEGGI L’IMMAGINE

3 Con quale microscopio è stata ottenuta la fotografia di questa pagina?

Quasi tutte le ciglia e i flagelli degli eucarioti presentano la stessa struttura. Costruiamone un modello. Procurati presso un negozio di bricolage o articoli per giardinaggio 10 metri di tubo sottile per irrigatori automatici (di solito di colore nero). Tagliane 20 pezzi lunghi 50 cm e uniscili a due a due con del nastro adesivo. Prendi una coppia di tubicini e avvolgila con della carta igienica per lo spessore di circa 1 cm. Poi circondala con le altre 9 coppie, fissando anch’esse con il nastro adesivo. Ecco il tuo flagello (deve assomigliare a quello del disegno in basso). Verificane la flessibilità e la resistenza.

4 Perché è a colori?

CHE COSA VEDE IL BIOLOGO

[Microfield Scientific LTD / SPL / Contrasto]

l'alga unicellulare Chlamydomonas vive in acqua e si sposta grazie ai due flagelli

ha un diametro di circa 10μm

anche i flagelli sono lunghi circa 10μm

sezione trasversale di un flagello

microtubuli centrali

sezione longitudinale di un flagello

coppia di microtubuli esterni

I flagelli (come le ciglia) sono formati da una specie di cilindro, composto da nove coppie di microtubuli che circondano una coppia centrale.

il cilindro di microtubuli è avvolto da una estroflessione della membrana plasmatica


C 13

6. Le giunzioni cellulari Gli organismi procarioti sono per la maggior parte organismi unicellulari che vivono isolati, oppure vivono in colonie di cellule non aggregate tra loro. Gli involucri esterni di questi organismi interagiscono soprattutto con le sostanze in cui sono immersi e meno fre1 Le giunzioni delle cellule animali Le cellule adiacenti di molti tessuti animali sono in comunicazione tra loro attraverso le giunzioni cellulari. Esistono tre tipi principali di giunzioni. 1. Le giunzioni occludenti uniscono strettamente le cellule contigue di un tessuto. Nello spazio tra una cellula e l’altra non può passare alcuna molecola. In altre parole, queste giunzioni portano alla forma-

zione di uno strato di cellule «a tenuta stagna». 2. I desmosomi tengono unite le cellule tra loro, oppure alla matrice extracellulare, la sostanza in cui si trovano immerse le cellule dei tessuti. Queste giunzioni – al contrario delle giunzioni occludenti – consentono il passaggio di materiali negli spazi che sono presenti tra le cellule. 3. Le giunzioni comunicanti permettono all’acqua e ad altre piccole molecole di fluire da

quentemente si trovano a contatto diretto con altre cellule simili. La maggior parte degli organismi eucarioti, al contrario, è costituita da aggregati di cellule che funzionano in maniera coordinata. Per poter interagire tra loro, le cellule di un tessuto (il liuna cellula a quella che le sta vicino.

QUESITI 1 La comunicazione chimica tra le cellule è fondamentale per lo sviluppo degli embrioni animali. Quale tipo di giunzione pensi sia particolarmente abbondante nelle cellule embrionali?

Le giunzioni occludenti sono costituite da lunghe file di proteine che formano una specie di reticolo. Non consentono il movimento delle sostanze disciolte attraverso lo spazio presente tra cellule adiacenti.

2 Che cos’è la matrice extracellulare? LEGGI L’IMMAGINE

3 Ordina i vari tipi di giunzione dal più spesso al più sottile. 0,3 μm

I desmosomi uniscono strettamente cellule adiacenti, ma permettono alle sostanze di muoversi nello spazio tra esse.

1 μm

Le giunzioni comunicanti permettono la comunicazione tra cellule adiacenti, formando dei pori. Le sostanze disciolte possono passare da una cellula all’altra attraverso questi canali. matrice extracellulare

membrane cellulari di cellule adiacenti

La matrice extracellulare è uno strato appiccicoso di polisaccaridi e proteine che contribuisce a tenere unite le cellule di un tessuto (è il caso, ad esempio, del rivestimento delle cellule del tubo digerente).

C 14


0,1 μm

vello di organizzazione superiore a quello di cellula) degli eucarioti devono possedere delle parti con funzione di collegamento. Le strutture che garantiscono l’aggregazione tra le cellule si chiamano giunzioni cellulari. Esistono diversi tipi di giunzioni cellulari, che differiscono a seconda che si trovino in cellule animali o vegetali. Inoltre, le giunzioni delle cellule animali si differenziano tra loro per caratteristiche e funzioni. 2 Le giunzioni delle cellule vegetali Si è visto (nel paragrafo 4) che la membrana plasmatica delle cellule vegetali è circondata da una parete rigida, costituita soprattutto da cellulosa. La parete ha una struttura fibrosa e compatta. Il legno è composto principalmente dalle pareti delle cellule della pianta. Nonostante il loro spessore sia da 10 a 100 volte maggiore di quello della membrana plasmatica, le pareti non isolano comple-

tamente le cellule. Le cellule vegetali di uno stesso tessuto, infatti, devono scambiare tra loro alcune sostanze per «lavorare» in modo coordinato. Il collegamento tra cellule adiacenti è garantito da numerosi canali che forano la parete cellulare. Queste giunzioni cellulari, dette plasmodesmi, assomigliano alle giunzioni comunicanti delle cellule animali. La membrana cellulare e il citoplasma delle cellule vegetali si insinuano nei plasmodesmi e, grazie a que-

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ATTIVITÀ

Unità C1 • PARAGRAFO 3: Le cellule eucariotiche degli animali

Tessuti impermeabili e permeabili del fagiolo

Unità C1 • PARAGRAFO 4: Le cellule eucariotiche delle piante

Tessuti differenti di uno stesso organismo possono avere strutture diverse e quindi, ad esempio, permettere o meno il passaggio dell’acqua. Il fagiolo ha una buccia impermeabile che difende il seme dalle aggressioni esterne, ma c’è un punto nella buccia da cui l’acqua può entrare e dare il via occhio alla germinazione. Prendi 10 fagioli, osservali bene e vedrai che tutti presentano una specie di occhio. Accendi una candela e versa una goccia di cera fusa sull’«occhio» di 5 dei tuoi fagioli. Immergi in acqua tutti e 10 i fagioli aspetta 24 ore e osserva.

sta comunicazione, l’acqua e altre piccole molecole passano da una cellula all’altra. I plasmodesmi sono quindi un sistema di comunicazione all’interno dei tessuti vegetali.

QUESITI 1 Che cosa sono i plasmodesmi? 2 Quali cellule li possiedono? LEGGI L’IMMAGINE

3 Che cosa mantiene unite le pareti cellulari di cellule adiacenti?

Cosa pensi che sia successo?

vacuolo Uno strato di polisaccaridi viscosi tiene unite le pareti di cellule adiacenti.

nucleo

pareti cellulari di cellule adiacenti

plasmodesmi

parete di una cellula vegetale

Attraverso i plasmodesmi le cellule di un tessuto vegetale condividono l’acqua, le sostanze nutritive e altre piccole molecole.

citoplasma

membrana cellulare


C 15

SINTESI DEI CONTENUTI M A P P A D E L L’ U N I T À

1 Le dimensioni delle cellule

2

3

4

Le cellule procariotiche

Le cellule eucariotiche degli animali

Le cellule eucariotiche delle piante

1 Le dimensioni delle cellule

• Tutti gli organismi sono costituiti da cel-

•

lule: alcuni sono formati da una sola cellula (organismi unicellulari), gli altri sono pluricellulari. Le cellule hanno alcune caratteristiche in comune: alcune cellule nervose e muscolari

100 m

10 m

1m

5

6

La forma e il movimento delle cellule

Le giunzioni cellulari

– hanno il DNA come materiale ereditario; – sono circondate da una membrana esterna che le separa dall’ambiente circostante; – al loro interno è presente una sostanza semiliquida chiamata citoplasma. uovo di struzzo

10 cm

uovo di rana

1 cm

1 mm

ameba

100 μ m

globulo rosso umano

10 μ m

1μm

sequoia gigante

essere umano

fagiolo

2 Le cellule procariotiche

• Nelle cellule procariotiche il DNA è a di-

•

retto contatto con il citoplasma; in altre parole in queste cellule non esiste un nucleo delimitato da una doppia membrana, come invece accade nelle cellule eucariotiche. La maggior parte delle cellule procariotiche ha una lunghezza compresa tra i 2 e

C 16

• •

moscerino

bili: le più grosse sono le uova di uccello, le più piccole sono alcuni batteri delle dimensioni di appena 0,1 m. Una «tipica» cellula animale o vegetale ha un diametro compreso tra 10 m e 100 m.

batteri più piccoli

100 nm

10 nm

1 nm

0,1 nm

DNA

mitocondrio (parte della cellula dove si produce l'energia)

• Le cellule hanno dimensioni molto varia-

virus

(la molecola che contiene le informazioni necessarie alla riproduzione atomo della cellula)

gli 8 μm, circa un decimo delle dimensioni di una cellula eucariotica. I batteri sono cellule procariotiche; tutti gli altri esseri viventi sono formati da cellule eucariotiche. Alcuni procarioti sono in grado di muoversi nel loro ambiente liquido mediante appendici, chiamate flagelli.


CITOPLASMA

3 Le cellule eucariotiche degli animali

• I principali organuli circondati

• Le cellule eucariotiche, come quelle pro•

cariotiche, possiedono una membrana plasmatica, dei ribosomi e un citoplasma. Il citoplasma delle cellule eucariotiche è suddiviso in compartimenti delimitati da membrane: gli organuli. Negli eucarioti anche il materiale genetico è contenuto in un organulo, delimitato da una doppia membrana, chiamato nucleo.

4 Le cellule eucariotiche delle piante

•

nucleolo

flagello

membrana plasmatica

citoplasma

• Le cellule vegetali, a differen-

za di quelle animali, sono delimitate da una parete cellulare che circonda la membrana plasmatica. La parete cellulare è costituita principalmente da cellulosa.

• Gli organuli circondati da membrane

•

da membrane della cellula animale sono il nucleo, il reticolo endoplasmatico, l’apparato di Golgi, i mitocondri, i lisosomi. Oltre agli organuli circondati da membrana, le cellule eucariotiche presentano altre strutture, come i centrioli, il citoscheletro e talvolta un flagello, formate da filamenti proteici.

ribosomi

presenti sia nella cellula vegetale che in quella animale sono il nucleo, il reticolo endoplasmatico, l’apparato di Golgi, i mitocondri, i perossisomi. Nelle cellule vegetali sono inoltre presenti alcuni organuli che le caratterizzano: importanti sono i cloroplasti, all’interno dei quali si realizza la fotosintesi, e il vacuolo centrale, che ha funzioni analoghe ai lisosomi delle cellule animali.

• Le strutture che garantiscono l’aggre-

gazione tra le cellule vengono chiamate giunzioni cellulari. • Esistono diversi tipi di giunzioni cellulari, differenti per struttura e funzione. – Le giunzioni occludenti delle cellule animali uniscono strettamente le cellule adiacenti di un tessuto. Nello spazio tra una cellula e l’altra non può passare alcun tipo di molecola. – I desmosomi tengono unite le cellule animali tra loro oppure alla matrice extracellulare, la sostanza in cui si trovano immer-

nucleo

citoplasma

nucleolo

ribosomi vescicola di trasporto

perossisoma

mitocondrio citoscheletro

• Il citoscheletro contribuisce a stabilizza-

6 Le giunzioni cellulari


apparato di Golgi

5 La forma e il movimento delle cellule re l’architettura e la forma della cellula. • Il citoscheletro è costituito da tre tipi principali di fibre: – i microfilamenti, le fibre più fini, costituite di actina; – i filamenti intermedi; – i microtubuli, le fibre più spesse. • Il citoscheletro, oltre a sostenere la cellula, contribuisce anche ai suoi movimenti. L’importanza del citoscheletro per il movimento delle cellule è facilmente osserva-


•

•

bile nelle ciglia e nei flagelli, appendici che fuoriescono da alcuni tipi di cellule (ma non da tutte). Le ciglia sono appendici corte e numerose; i flagelli sono più lunghi e, in genere, molto meno numerosi. Le ciglia e i flagelli sono formati da microtubuli avvolti dalla membrana plasmatica della cellula.

membrana plasmatica reticolo endoplasmatico rugoso

ribosomi

se le cellule dei tessuti. Queste giunzioni consentono il passaggio di materiali negli spazi presenti tra le cellule. – Le giunzioni comunicanti permettono all’acqua e ad altre piccole molecole di fluire tra cellule adiacenti. – I plasmodesmi, tipici delle cellule vegetali, sono canali che perforano la parete vegetale e permettono alla membrana plasmatica e al citoplasma di una cellula di entrare in contatto con quelli di una cellula adiacente. Funzionano come le giunzioni comunicanti delle cellule animali.

mitocondrio

matrice extracellulare

membrane cellulari di cellule adiacenti


C 17

Altri esercizi online

PER LA VERIFICA 1 Le dimensioni delle cellule 1 Quale tra le seguenti sono le cellule più piccole? A B C D

Uova di rana. Batteri. Globuli rossi. Cellule nervose.

C D

3 Consideriamo due cellule, di uguale forma, una con diametro

di 10 μm e l’altra con diametro di 20 μm. In quale delle due il rapporto tra la superficie e il volume è minore?

C D

idrofile idrofobe aventi una parte idrofila e una idrofoba né idrofile né idrofobe

9 Le molecole di colesterolo presenti nella membrana plasmatica

Gli organismi formati da una sola cellula sono detti ............ .................., mentre gli organismi formati da più cellule sono detti ............................... Gli organismi di grandi dimensioni sono formati da .............................. di cellule.

A

A B

2 Completa la seguente frase inserendo i termini corretti.

B

8 I fosfolipidi della membrana plasmatica sono molecole

In quella con il diametro di 10 μm. In quella con il diametro di 20 μm. Il rapporto superficie/volume è uguale. Non è possibile rispondere in quanto dipende dalle funzioni svolte dalla cellula.

conferiscono rigidità alla membrana stessa. Vero

Falso

Motiva la risposta. ............................................................... .........................................................................................

3 Le cellule eucariotiche degli animali 10 All’interno del nucleo della cellula eucariotica si trova A B C D

il DNA associato a proteine la membrana nucleare i ribosomi il citoplasma

11 I mitocondri sono la sede della sintesi proteica.

Vero

Falso

Motiva la risposta. ...............................................................

2 Le cellule procariotiche

.........................................................................................

4 Quali cellule non possiedono alcun tipo di materiale ereditario? A B C D

Le cellule procariotiche. Le cellule eucariotiche. Sia le cellule eucariotiche che quelle procariotiche. Nessuna delle risposte precedenti.

5 All’esterno di alcune cellule procariotiche si trova una struttu-

ra chiamata A B C D

12 Scegli l’alternativa corretta.

I lisosomi/mitocondri sono sacchetti chiusi che contengono proteine/sostanze nutritive con funzioni digestive. Alcuni demoliscono le proteine/sostanze nutritive, mentre altri partecipano alla distruzione e all’eliminazione di batteri nocivi. 13 Completa la figura della cellula eucariotica scrivendo il nome

degli organuli.

cromatina citoplasma clorofilla capsula


6 La membrana plasmatica è formata da un doppio strato di

polisaccaridi. Vero

reticolo endoplasmatico

Falso

Motiva la risposta. ............................................................... ......................................................................................... 7 Il materiale genetico delle cellule procariotiche si trova A B C D

C 18

nella membrana plasmatica nella regione chiamata nucleoide nei ribosomi in tutto il citoplasma

citoplasma


14 I centrioli sono organuli presenti A B C D

19 Quale struttura del citoscheletro è particolarmente abbondan-

te nelle cellule sottoposte a tensioni meccaniche?

in tutte le cellule eucariotiche nelle cellule eucariotiche animali in tutte le cellule: sia in quelle procariotiche sia in quelle eucariotiche nelle cellule eucariotiche vegetali

4 Le cellule eucariotiche delle piante 15 Esistono alghe dotate di flagello?

......................................................................................... ......................................................................................... ........................................................................................

A B C D

6 Le giunzioni cellulari 20 Le strutture che garantiscono l’aggregazione tra le cellule si

chiamano A B C

16 In quali organuli cellulari della cellula vegetale avviene la fo-

tosintesi? A B C D

D

Nella parete cellulare. Nei cloroplasti. Nel vacuolo centrale. Nei centrioli.

B C D

il collegamento tra cellule vegetali sono detti A B C

una caratteristica tipica di tutte le cellule eucariotiche una caratteristica tipica delle cellule riproduttive maschili di piante e animali una caratteristica tipica delle cellule vegetali una caratteristica tipica delle cellule animali

D

giunzioni occludenti plasmodesmi desmosomi microfilamenti

22 Quale giunzione mantiene unite le cellule e contemporanea-

5 La forma e il movimento delle cellule 18 I flagelli sono appendici della cellula corte e numerose.

Vero

flagelli ciglia filamenti intermedi giunzioni cellulari

21 I canali che passano attraverso la parete cellulare garantendo

17 Il vacuolo è A

I microfilamenti. I filamenti intermedi. I microtubuli. I flagelli.

mente impedisce il passaggio di sostanze nello spazio tra cellule adiacenti? A B C D

Giunzione occludente. Nessuna. Giunzione comunicante. Desmosoma.

Falso

Motiva la risposta. ............................................................... .........................................................................................

Impara a imparare 23 Completa lo schema relativo alle cellule eucariotiche.

membrana caratterizzate da .....................................................................

Le cellule eucariotiche

.....................................................................

organuli circondati da

possono essere

.....................................................................

cloroplasti .....................................................................

contraddistinte da .....................................................................

centrale .....................................................................

cellulare


C 19

PER LA VERIFICA 24 Definisci i seguenti termini. A

Organismo unicellulare

...................................................................................... ......................................................................................... B

Membrana plasmatica

...................................................................................... ......................................................................................... C

Cellula eucariotica

...................................................................................... ......................................................................................... D

Mitocondrio

...................................................................................... ......................................................................................... E

Cloroplasto

...................................................................................... ......................................................................................... 25 Rintraccia nel testo ed elenca alcune informazioni.

Rileggi il paragrafo 2. Elenca le strutture presenti nella cellula procariotica. Per ciascuna struttura indica la sua funzione. 26 Completa la tabella.

Osserva i disegni nella prima colonna della tabella seguente e individua, per mezzo delle illustrazioni dei paragrafi 3 e 4, gli organuli raffigurati. Poi completa la seconda e la terza colonna (se preferisci dopo avere riprodotto la tabella più in grande). nome

funzione

casella corrispondente alla colonna della cellula animale, se l’organulo si trova solo in questo tipo di cellula, alla colonna della cellula vegetale, se si trova solo in queste cellule, o in tutte e due le colonne, se è presente in entrambi i tipi di cellula. 28 Comprensione del testo

Tutte le membrane biologiche manifestano notevoli somiglianze reciproche, ma le membrane dei diversi tipi cellulari o dei vari organuli possono differire considerevolmente nella relativa composizione lipidica. In molte membrane, ad esempio, il 25% dei lipidi è rappresentato dal colesterolo, mentre alcune membrane ne risultano totalmente prive. Quando tale sostanza è presente, essa si trova di regola in prossimità di un acido grasso insaturo e la sua regione polare sporge nello strato acquoso extracellulare. Il colesterolo svolge un ruolo essenziale nel determinare il grado di fluidità della membrana ed è capace sia di aumentarla che di diminuirla a seconda delle necessità. Catene più corte di acidi grassi incrementano la fluidità così come fanno gli acidi grassi insaturi. Gli organismi sono in grado di modificare la composizione lipidica delle proprie membrane per compensare variazioni di temperatura. Alcune piante d’appartamento, ad esempio, possono sopravvivere sia alle temperature ambientali all’interno della casa sia a quelle esterne. Una volta acclimatate alle temperature interne, tuttavia, tali piante possono non sopravvivere se vengono improvvisamente esposte alle temperature esterne più fredde, anche se non particolarmente rigide. L’improvviso cambiamento della temperatura non lascia, infatti, alle piante il tempo sufficiente per adattare la composizione lipidica delle proprie membrane al nuovo contesto climatico. I lipidi costituiscono la componente quantitativamente maggiore di tutte le membrane, e di regola formano una matrice continua all’interno della quale si inseriscono le altre componenti molecolari. (Da W.K. Purves et al., Biologia, 2001, Zanichelli)

Ora rispondi alle domande. A. Come possono variare le membrane dei diversi tipi cellulari o dei vari organuli della cellula? B. Come varia la quantità di colesterolo nella membrana cellulare? C. Che ruolo svolge il colesterolo all’interno della membrana plasmatica? D. Per quale ragione gli organismi variano la composizione della membrana? E. Perché alcune piante di appartamento possono morire se vengono esposte improvvisamente alle temperature esterne? 29 Quesito in inglese

27 Rintraccia nel testo delle informazioni e costruisci una tabella.

Rileggi i paragrafi 3 e 4. Ricerca nel testo tutti i tipi di organuli presenti nelle cellule animali e nelle cellule vegetali. Costruisci una tabella con due colonne piuttosto ampie (una per le cellule animali e una per le cellule vegetali), nelle righe inserisci i nomi degli organuli e nelle caselle inserisci una breve descrizione dell’organulo. Fai attenzione ad inserire la descrizione nella C 20

Write down whether these sentences are true or false. True All cells have cell wall. Cell walls are made of starch. Cell walls are made of cellulose. All cells have a membrane.


False

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