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Sezione B La cellula: l’unità del vivente CHIAVE DI LETTURA Da quanto detto è evidente che le dimensioni delle cellule non hanno alcun rapporto con le dimensioni dell’organismo. Dunque, le cellule di un grosso ippopotamo o di un’imponente sequoia non sono più grandi di quelle di una formica o di un esile filo d’erba. L’uniformità nelle dimensioni cellulari, a eccezione delle cellule uovo, che sono inattive e devono la loro dimensione abnorme alle riserve nutritive che contengono, è anche indice della loro comune origine. VERIFICA FLASH Cruci WEB 1. Come varia il rapporto tra superficie e volume di una cellula al variare delle sue dimensioni? 2. Perché le cellule hanno dimensioni così ridotte? CHIAVE DI LETTURA 3. Le cellule attive hanno una dimensione differente da quelle inattive? Se sì, di che tipo? 4. Forme, funzioni e numero delle cellule La forma di una cellula è strettamente collegata alla sua funzione Le forma delle cellule generalmente è in rapporto con le funzioni che esse svolgono. Ruffini, famoso biologo nato nel 1864, affermò che “la forma è l’immagine plastica della funzione”. Tutte le Fig. 12 Le cellule, specializzandosi, cambiano volto: assumono strutture diverse per compiere funzioni diverse. NEURONE È l’unità funzionale del tessuto nervoso. Presenta più prolungamenti che si dipartono dal corpo cellulare e che sono fondamentali per la ricezione e la trasmissione degli impulsi. CELLULE ASSORBENTI DELL’INTESTINO Prelevano dal lume intestinale le sostanze nutritive scomposte dalla digestione e le immettono nel sangue. Presentano i villi, numerosi ripiegamenti della membrana rivolta verso il lume intestinale, che consentono di ampliare notevolmente la superficie assorbente della cellula e di rendere l’assorbimento più rapido. 90 cellule di un organismo derivano da un’unica cellula, lo zigote o uovo fecondato. Da qui traggono origine, attraverso un processo chiamato di “differenziamento cellulare”, cellule tra loro differenti per forma, dimensione, composizione chimica, funzione. Il numero delle cellule contenute nei viventi ne determina la grandezza Abbiamo visto che è il numero delle cellule, e non la loro dimensione, a essere responsabile della diversa grandezza degli organismi. Negli organismi grandi il numero delle cellule è molto più elevato rispetto a quello negli organismi piccoli. Si stima, per esempio, che nell’uomo adulto, a esclusione delle cellule del sangue, ci siano circa 10 13 cellule (figura 12). CHIAVE DI LETTURA Un elevato numero di cellule permette agli organismi di: regolare meglio l’ambiente interno; rinnovare le singole cellule, estendendo così la vita dell’organismo aldilà di quella della singola cellula; avere cellule specializzate che svolgono in modo ottimale funzioni molto diverse: dalla locomozione alle attività neurali. Diventare pluricellulari è quindi un modo particolarmente significativo di diventare grandi. VERIFICA FLASH Cruci WEB 1. Spiega quale rapporto c’è tra la forma dei globuli rossi e la loro funzione. CHIAVE DI LETTURA 2. Che legame c’è tra il numero di cellule di un organismo vivente e la sua complessità? GLOBULI ROSSI Sono Scienza VIVA responsabili del trasporto dell’ossigeno: nell’uomo lo prelevano a livello polmonare e lo trasportano a tutte le cellule del corpo. Sono piccoli dischi concavi, più sottili al centro. Ogni cellula perde precocemente il nucleo per riempirsi di emoglobina, una proteina capace di legare l’ossigeno e trasportarlo. Piccoli e flessibili, riescono a insinuarsi nei più sottili capillari sanguigni, assicurando il corretto apporto di ossigeno ad ogni cellula. SPERMATOZOO È una cellula piccola, di forma affusolata, formata da una testa dove è racchiuso il nucleo con il materiale ereditario, un collo e una coda necessaria al suo movimento alla ricerca della cellula uovo. Ha il compito di fondersi con l’ovulo femminile per iniziare il processo di riproduzione.
Dentro Ricerca Con la nascita della biochimica e della genetica la biologia diventa una scienza sperimentale La teoria cellulare elaborata tra il 1830 e il 1840 e la teoria evolutiva (1859) permisero lo sviluppo di due nuove discipline: la biochimica e la geneti- 2001 2000 1975 1950 1925 1900 1875 1850 1825 1800 1700 1600 progetto genoma umano ciclo di Krebs cristallizzazione enzima Buchner Glicolisi Pasteur collega gli organismi viventi a processi specifici fermentazione BIOCHIMICA Verso la biologia molecolare ca. Con la nascita di queste due branche, la biologia, da un passato dedicato alla osservazione delle forme, diventa una scienza sperimentale. Inizialmente la biochimica si occupò di purificare i diversi costituenti cellulari per scoprirne la natura chimica e il tipo di reazioni cui andavano incontro. La genetica invece af- BIOLOGIA MOLECOLARE sviluppo delle tecniche di colorazione Schleiden e Schwann formulano la teoria cellulare microscopio ottico BIOLOGIA CELLULARE biotecnologie Watson e Crick propongono la struttura a doppia elica del DNA microscopio elettronico occhio nudo Mendel scopre le leggi fondamentali della genetica GENETICA Le principali tappe della biologia cellulare, della biochimica e della genetica, e lo sviluppo della biologia molecolare. frontò, con Gregor Mendel, il problema della trasmissione dei caratteri ereditari. Il lavoro di Mendel, pubblicato nel 1865, venne trascurato dai contemporanei: rimase ignorato per circa 35 anni, perché i saperi allora a disposizione non permettevano di coglierne appieno le potenzialità. Negli anni in cui gli studi di Mendel furono dimenticati, si verificarono molti progressi nel campo sia della microscopia che della citologia, l’ambito disciplinare che si occupa dello studio della cellula (dal greco kytos, contenitore e logos, studio). I risultati ottenuti da Mendel vennero rivalutati più avanti quando, grazie alla scoperta dei cromosomi, si riuscì a darne una spiegazione scientifica. La biologia molecolare svela i meccanismi biochimici interni alla cellula A partire dagli anni Trenta del secolo scorso, con il microscopio elettronico, venne messa a fuoco l’organizzazione interna della cellula e si poté osservare che strutture e organelli subcellulari erano comuni pressoché a tutte le cellule. Si cercò di chiarire la funzione di ogni singolo organulo, che però spesso rimase oscura. Tra gli anni Quaranta e Cinquanta del secolo scorso, vari studi permisero di affermare che i cromosomi erano chimicamente formati da DNA e che dunque questa molecola era la sede dell’informazione ereditaria. Con la comprensione della apitolo 4 La cellula: struttura e funzioni C struttura molecolare del DNA e il famoso modello “a doppia elica” presentato da James Watson e Francis Crick nel 1953, prende vigore la moderna biologia molecolare. Questa branca di studio ha permesso di descrivere la cellula come una macchina biochimica di grande complessità, in grado di organizzare al suo interno strutture sofisticate e di realizzare processi biochimici molto complicati, grazie: • all’informazione contenuta nel suo DNA; • alla capacità di utilizzare energia che preleva dall’ambiente. Qualsiasi macchina, del resto, per essere costruita e per funzionare ha bisogno dell’informazione per mettere insieme correttamente i vari pezzi, e di energia che ne sostenga il funzionamento. Con le biotecnologie è oggi possibile manipolare il DNA a scopi terapeutici L’avanzamento tecnologico degli anni più recenti ha consentito infine la nascita delle biotecnologie, che si interessano delle applicazioni di quanto è stato acquisito nei campi della biologia e della chimica. Oggi nuove tecniche permettono di manipolare il DNA, isolandolo, tagliandolo, trasferendolo da una cellula a un’altra e riproducendone più volte piccoli frammenti specifici per produrre beni, come i farmaci, e servizi, come i controlli diagnostici, essenziali per la nostra salute. 91
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