Didattica della Biologia Cellulare A 059 Unit didattica

Didattica della Biologia Cellulare A 059 Unità didattica La cellula Procariota e la cellula Eucariota Modulo La cellula e il mondo dei viventi Target I classe di scuola secondaria di primo grado Territorio Napoli N°lezioni 3 frontali, 3 Esperimento, 1 verifica finale Periodo Ottobre

Modulo: La cellula e il mondo dei viventi n n Unità didattica 1: La cellula Procariote e la cellula Eucariote Unità didattica 2: la cellula si divide, gli organismi si riproducono

Unità didattica La cellula Procariota e la cellula Eucariota Prerequisiti Conoscere la distinzione tra viventi e non conoscere viventi; conoscere gli elementi conoscere le macromolecole biologiche Obiettivi Conoscere le caratteristiche generali di una cellula, gli strumenti per l’osservazione delle cellulele differenze tra cellule eucarioti e cellule procariote Finalità Saper osservare, descrivere in modo ordinato e relazionare utilizzando il linguaggio specifico le caratteristiche essenziali di un fenomeno biologico Saper produrre schemi di sintesi Saper utilizzare strumenti scientifici Stimolare la curiosità

Unità didattica La cellula Procariota e la cellula Eucariota Strumenti di Valutazione Quesiti: q Vero o falso q A risposta multipla q Brani da completare ü ü Realizzazione di poster che descrivano le esperienze Creare un opuscolo che illustri la cellula procariota ed eucariota

Le CARATTERISTICHE dei VIVENTI A differenza degli esseri non viventi, gli esseri viventi hanno le seguenti caratteristiche: · NUTRIZIONE, che è la capacità di assumere cibo per ricavare energia necessaria per vivere. · RESPIRAZIONE, processo utile alla trasformazione del cibo in energia. · RIPRODUZIONE, capacità di mantenere la specie e quindi di conservarla. · IRRITABILITA’, capacità di reagire agli stimoli e alle variazioni ambientali.

La teoria cellulare moderna le cellule sono le unità strutturali degli organismi viventi le cellule sono le unità funzionali degli organismi viventi ogni cellula deriva da un’altra cellula preesistente

La scoperta della cellula Il nome è legato all'esperienza che fece Robert Hooke quando, nel 1665, si trovò ad osservare un pezzo di sughero, utilizzando un microscopio da lui inventato. Hooke non vide le cellule del sughero, ormai morte, ma le cavità lasciate vuote simili, appunto, a delle piccole celle.

Quanto sono grandi le cellule? limite di risoluzione dell’occhio umano ORGANULI CELLULE Cellula vegetale (20 x 30 μm) ATOMI Batterio (1 x 2 μm) MOLECOLE Cellula animale (10 -20 μm) limite di risoluzione del microscopio ottico limite di risoluzione del microscopio elettronico

La cellula Procariota e la cellula Eucariota Il termine procariote deriva dal greco e significa "prima del nucleo"; il termine eucariote significa "vero nucleo".

I Procaroti hanno forma diversa

Morfologia dei procarioti - Cocchi, con forma sferica; - Bacilli, con forma cilindrica; - Vibrioni - spirilli: con forma ricurva o a spirale; -ed in base al modo in cui si aggregano fra di loro: - Diplococchi, disposti a due; - Streptococchi, disposti in catenelle; - Stafilococchi, disposti a grappolo Purves et al, BIOLOGIA, ZANICHELLI Editore Spa, Copyright 2005

I Procaroti in dettaglio… n n Pur essendo dotate di membrana plasmatica ed eventuale parete cellulare, sono prive di membrana nucleare; la molecola di DNA circolare si trova, pertanto, libera nel citoplasma, benché fissata alla membrana cellulare da una struttura detta desmosoma. Sono pure assenti i mitocondri, il reticolo endoplasmatico , i cloroplasti, e l'apparato di Golgi. Benché generalmente non vi siano strutture interne limitate da membrane, nei cianobatteri si trovano numerose strutture membranose, chiamate mesosomi.

Batteri gram positivi e gram negativi Abbiamo due tipi di batteri in base alla composizione della parete cellulare (gruppo "gram-positivi": membrana + spesso strato rigido; gruppo "gramnegativi": membrana interna + strato rigido + membrana esterna), nella figura e’rappresento il tipo cui appartiene il più studiato dei batteri, l' Escherichia coli:

Strutture facoltative: • Capsula: all'esterno della parete cellulare; conferisce maggiore patogenicità; • Flagelli o ciglia: sono appendici filiformi: movimento della cellula. • Pili o fimbrie: trasferimento di informazioni genetiche da cellula • Spore: forma di resistenza che consente al battere di sopravvivere anche in un ambiente sfavorevole. Purves et al, BIOLOGIA, ZANICHELLI Editore Spa, Copyright 2005

I Procaroti buoni… Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus è un microrganismo termofilo (la temperatura ottimale di crescita è vicina ai 45°C, non cresce bene a basse temperature), termotollerante (può resistere a trattamenti di termizzazione e di pastorizzazione a 62°C per 20 -30 min), omofermentante. Viene utilizzato come starter in molti formaggi prodotti a temperature superiori a 35°C (inclusi il Gorgonzola e la Mozzarella) e in molti latti fermentati. E’, insieme a Streptococcus thermophilus, uno dei due componenti della microflora dello yoghurt. Alcuni ceppi sono in grado di produrre esopolisaccaridi, che rendono viscoso il substrato (nella figura sono visibili filamenti di esopolisaccaridi). Lb. delbrueckii ssp. lactis appartiene alla stessa specie, ma viene raramente utilizzato come starter, anche se è presente nella microflora naturale di formaggi come il Grana, il Parmigiano Reggiano e l'Emmentaler.

I Procaroti cattivi… n n n Le salmonelle sono presenti nell'ambiente e possono essere sia commensali sia patogeni per uomini e per vari animali; alcuni sierotipi lo sono esclusivamente per l'uomo (es. S. Typhi e S. Paratyphi), altri si adattano anche ad altri animali (es. S. Typhimurium). Nell'uomo sono causa di due patologie infettive: la febbre tifoide le salmonellosi minori L'infezione da salmonelle è trasmessa per via oro-fecale attraverso l'ingestione di cibi o bevande contaminate. Il periodo di incubazione è molto breve, infatti i sintomi della malattia possono manifestarsi anche solo dopo 12 ore dall'ingestione del batterio. I sintomi interessano il tratto gastrointestinale e sono rappresentati da: Dolore addominale Nausea e vomito Febbre e diarrea.

Osserviamo i lactobacilli. . n n n n n prelevare una goccia di yogurt stemperarla su un vetrino portaoggetti riscaldarla fino a che il vetrino non è completamente essiccato aggiungere alcune gocce di “cristal violetto” per evidenziare i batteri si lascia agire per alcuni secondi lavare e mettere qualche goccia di glicerina ed un vetrino coprioggetti I nostri batteri hanno assunto il “look” per essere osservati: i Lattobacilli appariranno come dei lunghi bastoncini, gli Streptococchi simili a file di piccole sfere.

CELLULA PROCARIOTE batteri e alghe azzurre; dimensioni: 1 e 5 µm non hanno il nucleo ; prive di organuli eccetto i ribosomi. CELLULA EUCARIOTE tutti gli altri organismi viventi; dimensioni 10 e i 100 µm ma anche più! nucleo; hanno organuli.

La cellula Eucariote animale La membrana cellulare Struttura - strato di fosfolipidi, proteine e glucidi -spessore di circa 7 nanometri Funzioni -mantiene costante l’ambiente interno -agisce come una membrana selettivamente permeabile -modifica la sua forma a seconda delle esigenze della cellula -fa entrare le sostanze utili e lascia uscire quelle di scarto

La cellula Eucariote animale Citoscheletro Un fitto intreccio di fibre proteiche danno forma alla cellula stessa e attacco agli organuli cellulari. Le fibre che compongono questa struttura sono diverse tra loro: microtubuli - filamenti di actina filamenti intermedi c

La cellula Eucariote animale Ribosomi Questi organuli sono costituiti di RNA e proteine e hanno la funzione di sintetizzare le nuove proteine. Il loro numero nella cellula varia da qualche migliaio nei procarioti fino a qualche milione negli eucarioti. Possiamo trovare ribosomi sia legati alle membrane del reticolo che liberi nel citoplasma.

La cellula Eucariote animale Reticolo Endoplasmatico Rugoso (RER) è rivestito di particelle sferoidali, i ribosomi. È in diretto collegamento con il reticolo endoplasmatico liscio e con la membrana nucleare. Dal reticolo endoplasmatico liscio si staccano delle vescicole di trasporto che raggiungeranno l'apparato di Golgi, al cui interno terminerà la costruzione della molecola proteica. Svolge un ruolo importante nel metabolismo del glucosio regola il movimento di ioni Ca 2+ durante la contrazione muscolare (nelle cellule animali)

La cellula Eucariote animale Reticolo Endoplasmatico Liscio (REL) è costituito da un sistema di vescicole appiattite è la sede della sintesi dei fosfolipidi e delle glicoproteine necessarie per la costruzione della membrana svolge un ruolo importante nel metabolismo del glucosio regola il movimento di ioni Ca 2+ durante la contrazione muscolare (nelle cellule animali)

La cellula Eucariote animale Nucleo Il nucleo è contiene le informazioni genetiche per il controllo del metabolismo cellulare. È delimitato da una doppia membrana sulla cui superficie sono presenti dei pori che consentiranno l'uscita dell'RNA ed il passaggio di numerose altre sostanze. La membrana del nucleo è in diretta continuazione con quella del reticolo endoplasmatico. All'interno del nucleo è presente il nucleolo che è incaricato della sintesi dei ribosomi

Nucleo: Differenza funzionale

La cellula Eucariote animale Apparato di Golgi Costituito da lamelle e cisterne sovrapposte, in cui si accumulano e vengono ulteriormente lavorate le sostanze prodotte in altre zone del citoplasma. Al suo interno vengono costruite molecole complesse, quali le glicoproteine. Sono più abbondanti nelle cellule che producono secrezioni. Nelle cellule animali possono essere presenti alcune decine di strutture di questo genere, mentre nelle cellule vegetali arrivano fino a centinaia, in quanto partecipano alla costruzione della parete cellulare durante il processo di divisione cellulare.

La cellula Eucariote animale Lisosomi Sono organuli ricchi di enzimi digestivi, che vengono qui isolati per non danneggiare il resto della cellula. . Si formano in seguito al distacco di vescicole dall'apparato di Golgi. Versano il loro contenuto all'interno dei vacuoli alimentari formatisi con l'endocitosi, dove effettuano la digestione del materiale

La cellula Eucariote animale Mitocondri Sono le centrali energetiche delle cellule. Sono costituiti da due membrane, la più interna ripiegata a formare delle creste mitocondriali, che aumentano la superficie attiva del corpuscolo. In questi organuli avviene la demolizione del glucosio e la produzione di molecole ricche di energia utilizzabile dalla cellula. Il loro numero varia da cellula; ad es. nel fegato possono essere tra 1000 e 1600, mentre nell'oocita sono anche 30. 000.

La cellula Eucariote animale Mitocondri Questi organuli contengono, al loro interno, un filamento di DNA a forma circolare e piccoli ribosomi che servono per la sintesi di proteine specifiche del metabolismo degli zuccheri

Le cellule eucariote dei mammiferi Rispetto al modello cellulare illustrato, tra gli eucarioti si possono riscontrare diversità nel numero e nell'effettiva presenza di tutti gli organuli: ad esempio, molte cellule fungine, così come le fibre muscolari umane, possiedono numerosi nuclei; cellule dotate di mobilità, come molti protisti e gameti, sono dotate di flagelli e ciglia; CELLULE NERVOS GLOBULI ROSSI

La cellula Eucariote vegetale Cloroplasto È responsabile della Fotosintesi clorofilliana Parete Rivestimento esterno rigido costituito da cellulosa Vacuolo Contiene Sali ed altre sostanze; mantiene la parete cellulare rigida e il corpo deella pianta eretto

Origine delle cellule Eucariote origine per endosimbiosi: al alcuni piccoli procarioti furono fagocitati da cellule eterotrofe più grandi, con e quali si instaurarono rapporti matura cooperazione: una simbiosi. Ma resta la domanda: CHE COSA HA PORTATO ALLA FORMAZIONE DELLA CELLULA EUCARIOTE? Secondo le prime testimonianze fossili, le prime cellule eucariote risalgono ad almeno 2, 1 miliardi di anni fa. Sembra certo che circa due miliardi e mezzo di anni fa sulla terra si sia verificata una glaciazione, che produsse una spessa copertura di ghiacci sugli oceani e su parte delle terre emerse (snow ball). Nel corso di questi eventi si accumularono sui ghiacciai polveri di minerali ferrosi e di magnesio, prodotta dall’erosione di rocce rimaste esposte agli agenti atmosferici. Quando la glaciazione regredì e la superficie degli oceani ridivenne liquida, queste polveri minerali si disciolsero nelle acque e funzionarono da fertilizzanti: così i batteri fotosintetici che si trovarono nel fitoplacton proliferarono in modo straordinario. Per la prima volta l’ossigeno si accumulò in misura apprezzabile nell’atmosfera e questo gas, essendo assai tossico, pose gli organismi di fronte una drammatica alternativa: adattarsi o morire, e probabilmente molte delle specie di allora si estinsero. L’endosimbiosi sembra quindi essere stata una risposta adatta a queste nuove condizioni.

Osserviamo il catafillo di cipolla. . . n n n STRUMENTI E MATERIALI: Microscopio Vetrini portaoggetti e coprioggetti Pipetta pasteur o contagocce Cipolla Bisturi Pinzetta Coltello Acqua distillata Blu di metile Procedimento: Separare tra loro alcuni strati di bulbo di cipolla e prelevare con le pinzette un pezzo della sottile pellicola che si trova tra uno strato e l’altro. Immergerlo in acqua distillata aggiungendo gocce di blu di metile o tintura di iodio. Dopo averlo estratto e risciacquato distenderlo sul vetrino e osservarlo.

Osserviamo i cloroplasti di Elodea. . n n n Strumenti: Microscopio Foglioline di Elodea canadensis Vetrini portaoggetti e coprioggetti Pipetta Pinzetta Acqua distillata PROCEDIMENTO: Stacca con una pinzetta una fogliolina apicale di Elodea e immergila in una goccia d’acqua su un vetrino portaoggetti. Completa l’allestimento con un vetrino coprioggetti Osserva al microscopio a diversi ingrandimenti, Lascia per qualche minuto il preparato sul piano del microscopio con la luce accesa e poi ritorna ad osservare in particolare i cloroplasti

Osserviamo le nostre cellule Si sfrega con una spatola la parete interna della bocca; si colloca su di un vetrino portaoggetti il materiale raccolto. Si versa una goccia di blu di metilene e si copre con un vetrino coprioggetti. Si osserva al microscopio