UNIVERSITA DEGLI STUDI DI NAPOLI FEDERICO II DIRETTORE: PROF.RE ROBERTO TORTORA PROGETTO DIDATTICO GENI IN LABORATORIO CONOSCERE LA CELLULA E IL DNA

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1 UNIVERSITA DEGLI STUDI DI NAPOLI FEDERICO II FACOLTA DI MATEMATICA MASTER DIDATTICA DELLE SCIENZE DIRETTORE: PROF.RE ROBERTO TORTORA TESI FINALE MATERIA BIOLOGIA MOLECOLARE TITOLO PROGETTO DIDATTICO GENI IN LABORATORIO CONOSCERE LA CELLULA E IL DNA CANDIDATA DE LUCA DEBORA ANNA RELATORE PROF.SSA LAURA CASALINO

2 Inquadramento dell argomento e motivazione della scelta del tema della tesi. Questo percorso didattico è incentrato sugli argomenti di biologia molecolare della cellula e del DNA. La scelta della materia è stata fatta per motivazioni di carattere personale legate all interesse e alla passione verso i fenomeni biologici Purtroppo pochi mesi dopo la mia iscrizione al master ho avuto il passaggio di ruolo dalla scuola primaria alla scuola secondaria superiore su cattedra di sostegno.per questo,non avendo più una mia classe di scuola primaria per la realizzazione della tesina finale del master mi sono appoggiata alla mia vecchia scuola primaria,realizzando tale progetto con la collaborazione delle mie ex colleghe di scuola primaria che,gentilmente mi hanno messo a disposizione gli alunni,le classi,gli spazi,le risorse e i materiali.. La cellula è la fonte della vita, mentre il DNA rappresenta lo scrigno del codice genetico umano. Tali argomenti devono essere approfonditi e studiati fin dalla scuola primaria per consentire ai bambini e agli adolescenti di comprendere l importanza della vita umana e i segreti del corpo umano. Le scuole devono collaborare con gli Enti Locali e con il Ministero della Pubblica Istruzione per ottenere finanziamenti finalizzati alla realizzazione di percorsi didattici, scientifici e tecnologici che in maniera ludica e semplificata avvicinino i ragazzi al mondo scientifico, biologico e tecnologico. Il Ministero deve finanziare anche le ricerche in campo medico e biologico per trovare nuove soluzioni contro leucemie,tumori e altre terribili malattie genetiche.

3 PERCORSO DIDATTICO 1) La cellula come unità funzionale e strutturale degli organismi viventi 2) Le differenze tra cellula eucariote e cellula procariote 3) La cellula animale e la cellula vegetale 4) I diversi tipi di microscopio 5) Tecniche di fissazione e colorazione delle cellule 6) Cenni di genetica:dna TOTALE 20 ORE 1 INCONTRO A CADENZA SETTIMANALE DELLA DURATA DI 2 ORE PERIODO FEBBRAIO -APRILE Il percorso e rivolto a due classi quinte della scuola primaria e a una classe prima e seconda della scuola media inferiore appartenenti all-istituto comprensivo San Rocco di Marano di Napoli. La scuola ospita alunni provenienti da un bacino di utenza ampio,collocato nella parte nord della provincia di Napoli Le classi, composte ognuna da 18/20 allievi, sono coinvolte, volenterose e interessate. Il percorso in oggetto introduce le classi allo studio della biologia, indicando come elementi essenziali la descrizione della cellula procariota ed eucariota e le teorie $-3concernente la teoria cellulare.

4 Le finalità del progetto didattico sono caratterizzate dalla semplificazione dei concetti biologici e dalla comprensione degli stessi da parte degli allievi. Dal punto di vista della disciplina, la presentazione dello schema cellulare offre l opportunità di parlare del metodo con cui procede la costruzione della conoscenza scientifica.dal momento che i contenuti associati a questi temi sono vasti,si è scelto di concentrare l attenzione su alcuni concetti chiave,che si ritiene siano fondamentali per approfondire in seguito gli argomenti previsti nella programmazione curriculare e per avere un idea del modo di lavorare della disciplina ricerca. In particolare, si fa riferimento ai seguenti obiettivi: 1) Abituare lo studente a comprendere la peculiarità del sapere scientifico legato al metodo sperimentale di produzione delle conoscenze 2) Abituare lo studente ad acquisire la padronanza nel linguaggio tecnico proprio delle varie discipline scientifiche trattate 3) Sviluppare la consapevolezza del valore della biologia quale componente culturale per la lettura e l interpretazione della realtà 4) Sviluppare la consapevolezza della complessità degli organismi viventi Particolare attenzione è stata prestata nella scelta delle metodologie e dei materiali da utilizzare. Le strategie didattiche sono incentrate su un gruppo d attività adeguate ad uno stile cognitivo visivo non verbale, basato sull apprendimento attraverso immagini. Altre attività didattiche

5 sono legate ad uno stile cognitivo cinestetico, basato sull esperienza diretta con il ricorso alla didattica laboratoriale e alla didattica espositivo-partecipativa con immagini di supporto alla lezione. Altre attività didattiche, infine, sono adeguate ad uno stile cognitivo visivo verbale, basate su un apprendimento legato alla lettura, o uditivo, legato all ascolto, con il ricorso alla didattica espositivo partecipativa con costruzione di schemi da parte degli studenti. Tutto questo consente alla classe di sperimentare diversi stili d acquisizione della conoscenza: 1) Stile uditivo e stile visuale verbale e non verbale tramite lezione frontale partecipata alternata alla lezione frontale con l ausilio di una presentazione in power-point con ampio ricorso a schemi e immagini 2) Stile cinestetico attraverso il ricorso al metodo laboratoriale. Inoltre, per favorire il lavoro di gruppo, sono state predisposte cooperative learning per affrontare il tema delle teorie biologiche. Il ricorso al metodo espositivo-partecipativo è stato necessario data la vastità dei temi affrontati, in quanto questo è un metodo efficace per presentare in breve tempo numerosi concetti e per porre le basi ed organizzare il campo per lo studio individuali o di gruppo. I materiali utilizzati sono microscopi, provette, vetrini, videoregistratore, proiettore, computer e dvd. Il progetto didattico si colloca all incirca a metà della programmazione curriculare,periodo in cui gli studenti dovrebbero possedere conoscenze anche generali sulle molecole biologiche e un minimo di terminologia ad essi relativa. Gli studenti devono, inoltre, possedere un minimo di manualità nell uso del microscopio e una conoscenza della terminologia collegata.

6 La verifica delle competenze avviene attraverso un compito scritto a domande aperte. Domanda 1: Che cosa è la cellula?. Domanda 2: C è differenza tra cellula eucariota e procariota?. Domanda 3: Come fai a capire che una cellula è animale e un altra invece è vegetale?. Domanda 4: Come si riesce a colorare una cellula per osservarla al microscopio? Domanda 5: Ricordi come è fatto un microscopio? Domanda 6 Che cosa è il DNA?. Nella correzione dei compiti si è proceduto valutando tutte le risposte alla medesima domanda, confrontando spesso le risposte di diversi studenti tra loro,per evitare di incorrere nell errore di contiguità. I risultati finali emersi dal progetto didattico hanno dimostrato che il 70% degli studenti Partecipanti hanno raggiunto gli obiettivi programmati in maniera completa e ottimale, mentre il restante 30% oscilla tra una media di buona e sufficiente conoscenza degli argomenti trattati. Alla fine del percorso didattico, tutti gli allievi partecipanti hanno sviluppato le seguenti competenze in uscita : Competenze disciplinari 1) Conoscere la struttura di una cellula 2) Saper confrontare due cellule per distinguere la cellula procariote da quella eucariote 3) Saper descrivere i principali organuli cellulari indicandone la funzione per distinguere le cellule animali da quelle vegetali

7 4) Conoscere e utilizzare un microscopio 5) Conoscere e realizzare la colorazione delle cellule Conoscere le caratteristiche del DNA Competenze trasversali 1) Saper descrivere i passaggi fondamentali del metodo scientifico 2) Conoscere il modo di procedere della scienza e la provvisorietà del sapere scientifico Competenze sociali 1) Saper rispettare le regole della collaborazione contrattate per l attività di gruppo 2) Saper rispettare i tempi di consegna per organizzare al meglio il proprio lavoro Lo svolgimento e la realizzazione di questo percorso didattico sono stati utili perché hanno contribuito a realizzare un mio personale arricchimento culturale in campo scientifico e Tecnologico, ma anche perché hanno favorito la mia crescita in campo umano, sociale e lavorativo. L insegnamento delle discipline scientifiche e tecnologiche deve essere condotto fin dalla scuola primaria in maniera ludica, ma soprattutto attraverso l attivazione d esplorazioni cognitivamente ricche in campi d esperienze significative per l allievo, in sinergia con esperienze parallele condotte nei vari ambiti disciplinari. Gli argomenti vanno spiegati attraverso un linguaggio naturale sia parlato che scritto. Le discipline scientifiche e tecnologiche devono essere trasposte didatticamente nella classe, creando delle situazioni concrete e problematiche, la cui risoluzione va affidata all intelligenza cognitiva e concreta degli allievi con l ausilio dell insegnante. L esperienza e la verbalizzazione col linguaggio naturale devono sempre precedere nei singoli argomenti la formalizzazione e la memorizzazione.

8 L acquisizione di un linguaggio semplice e preciso rappresenta l obiettivo principale nell insegnamento delle discipline scientifiche e tecnologiche. Tale obiettivo è raggiunto dagli allievi con il supporto dell insegnante,partendo dalle loro concrete produzioni verbali, messe a confronto e opportunamente discusse in classe. L insegnante deve progettare e realizzare ambienti di apprendimento adeguati nei vari campi d esperienza, privilegiando le attività di costruzione e di soluzione dei problemi. L insegnante deve utilizzare problemi e situazioni da modellizzare al fine di mobilitare le risorse intellettuali degli allievi, contribuendo alla loro formazione generale. Nei processi d acquisizione di conoscenza e di comprensione delle discipline scientifiche e tecnologiche assumono grande importanza i contesti ludici e gli strumenti semplici come materiali manipolabili ma anche gli strumenti tecnologici più complessi. I ritmi dell azione d insegnamento-apprendimento devono essere adeguati alle reali esigenze degli allievi. La progettazione dell insegnante va condotta secondo una logica di una didattica lunga, attenta a garantire agli allievi possibilità di costruzioni di significato per gli oggetti di insegnamento-apprendimento. Le attività didattiche devono essere caratterizzate metodologicamente dalla pratica della verbalizzazione, dalla produzione e dalla verifica d ipotesi argomentate e dal ruolo di mediazione dell insegnante in tutte le fasi dell attività. L insegnante svolge il suo ruolo di mediazione sia in modo diretto attraverso l introduzione degli strumenti necessari per la comprensione degli argomenti trattati, sia in modo indiretto, utilizzando le produzioni individuali degli alunni e valorizzando i contributi degli alunni durante la discussione in classe e nel lavoro di gruppo.

9 I progetti didattici devono essere svolti secondo moduli temporali di medio e lungo periodo, permettendo agli allievi di compiere il consolidamento tecnico, l approfondimento operativo e la riflessione necessari per giungere ad una piena padronanza dei concetti spiegati nelle diverse attività svolte.

10 RIASSUNTO FINALE Questo percorso didattico presenta una componente disciplinare e una parte formativa. La componente disciplinare si articola nella spiegazione degli argomenti di biologia molecolare incentrati sulla cellula. La cellula è spiegata prima come unità basilare degli organismi viventi, per passare poi all introduzione di concetti più ampi come la cellula procariota e la cellula eucariota con le loro analogie e differenze. La comprensione e la padronanza da parte degli allievi di tali concetti basilari permettono di affrontare poi le problematiche della differenza tra cellula animale e cellula vegetale. Gli allievi sono posti in condizione di verificare empiricamente gli argomenti e i concetti trattati teoricamente mediante una didattica laboratoriale, tramite l uso di microscopi, di vetrini e di provette. Nella fase intermedia sono introdotti i concetti di coltura, fissazione e colorazione cellulare, i quali saranno poi rinforzati con esperimenti pratici. Nella fase finale si affrontano brevemente gli argomenti del DNA e del RNA, per spiegare l importanza della genetica, delle ricerche in campo genetico e cromosomico per prevenire e curare malattie genetiche e familiari molto diffuse e si cerca di insegnare agli studenti in sede laboratoriale ad estrarre il DNA umano. La parte formativa del percorso didattico è incentrata sulla ricerca e sull adozione di metodologie d insegnamento incentrate sui bisogni e sulle esigenze degli alunni. Gli alunni assumono un ruolo attivo e partecipativo, nel processo d insegnamento-.

11 apprendimento, in quanto comprendono e verificano i concetti teorici tramite esperienze concrete, reali e ludiche. L insegnamento-apprendimento non è più freddo, nozionistico e mnemonico e le discipline scientifiche e tecnologiche assumono un volto e un aspetto più umano. L insegnante svolge un ruolo di mediatore e facilitatore nella trasmissione del sapere scientifico e tecnologico, senza limitarsi a spiegare nozioni vuote e concetti astratti, ma argomenti veri, ricchi e reali. Il sapere scientifico e tecnologico deve essere affrontato ed esplicato, le metodologie del lavoro di gruppo e della discussione in classe, permettendo a tutti gli allievi, compresi quelli meno dotati cognitivamente e intellettualmente, di raggiungere, ognuno in maniera diversa, gli obiettivi finali e di avere una padronanza sufficiente o completa di tutti gli argomenti trattati. In definitiva posso affermare con gioia che la partecipazione al master in didattica delle scienze e la redazione di questo percorso didattico come tesina finale hanno suscitato e risvegliato in me un rinnovato interesse verso le discipline scientifiche e tecnologiche. Tutti i docenti del master hanno dimostrato dall inizio fino alla fine del master un elevata preparazione culturale, ma anche una grande carica di umanità e di disponibilità, favorendo la creazione di un clima collaborativo e di un ambiente favorevole di insegnamento apprendimento, nel quale ognuno ha arricchito reciprocamente l altro non solo dal punto di vista cognitivo e culturale, ma anche nel settore personale, umano e sociale.

12 PERCORSO DIDATTICO 1)La cellula come unità funzionale degli organismi viventi 2)Differenza tra cellula eucariote e cellula procariote 3) La cellula animale e la cellula vegetale 4) Il microscopio 5) La fissazione e la colorazione delle cellule 6) Il DNA 1) La cellula come unità funzionale e strutturale degli organismi viventi Il nome cellula deriva dalla parola latina cella,cioè cameretta. Fu usato per la prima volta nel 1665 dallo scienziato inglese Robert Hooke. Egli chiamò così le infinite cellette, simili a quelle costruite dalle api negli alveari, che aveva scoperto osservando al microscopio un pezzetto di sughero. Dopo di lui, altri scienziati scoprirono che tutta la materia vivente è composta da cellule. La cellula è la più piccola unità biologica. Gli esseri viventi possono essere di grandi dimensioni come per esempio un albero o un elefante, ma anche piccolissimi, come un seme, un moscerino o un microbo. Ognuno di essi è composto da minuscole particelle, normalmente invisibili a occhio nudo, ovvero le cellule. Le cellule possono avere dimensioni molto varie, ma sono quasi tutte microscopiche. Per osservarle e per studiarle è, perciò, necessario utilizzare il microscopio. L eccezione è rappresentata dalle cellule uovo di rettili e di uccelli, che sono talmente grosse da essere visibili a occhio nudo. Ad esempio volendo confrontare le cellule di un gatto e quelle di un elefante, si può affermare che le cellule di entrambi gli animali hanno le stesse dimensioni, ma l elefante, essendo più grande avrà un numero maggiore di cellule. Esistono due tipi di cellule: procariote (senza nucleo, non hanno la membrana nucleare) ed eucariote (con il nucleo, contengono nel citoplasma numerosi organuli). Funzioni Della Cellula La cellula è chiamata a svolgere diverse funzioni. 1. La NUTRIZIONE è quel complesso di processi biologici che consentono o condizionano la conservazione, l accrescimento, lo sviluppo dell organismo vivente e la reintegrazione delle perdite materiali ed energetiche che accompagnano le diverse attività funzionali. La RESPIRAZIONE CELLULARE avviene all interno dei nei mitocondri, permettendo di realizzare lo scambio gassoso tra l organismo e ambiente,consistente principalmente nell assunzione di aria ossigenata e nell eliminazione dell anidride carbonica

13 Attraverso il fenomeno dell assorbimento le cellule assorbono acqua e sali minerali necessari per la loro vita mediante il passaggio di sostanze nell interno dell organismo cellulare attraverso una membrana organica 2. L ESCREZIONE è un processo di funzione naturale attraverso il quale vengono espulse dalla cellula,attraverso alcuni organi, le materie superflue e dannose 3. La SECREZIONE, invece, consiste nella produzione, nell elaborazione e nell emissione di sostanze utili all organismo cellulare da parte delle ghiandole. 4. La RIPRODUZIONE CELLULARE è il procedimento attraverso il quale gli esseri viventi perpetuano la propria specie generando nuovi individui. La riproduzione può essere sessuale, quando il nuovo individuo trae origine da particolari cellule, differenziate per tale scopo, o asessuale, quando si verifica una separazione di una parte qualsiasi del corpo dell individuo genitore. La MITOSI è il processo di riproduzione delle cellule, mediante il quale dal nucleo della cellula madre si formano per divisione i due nuclei delle due cellule figlie con numero di cromosomi perfettamente uguale quelli del nucleo originario della cellula madre. La MEIOSI è un particolare tipo di divisione cellulare che determina la riduzione dei cromosomi dalla condizione diploide, caratteristica di tutte le cellule degli individui di una specie, alla condizione aploide, caratteristica dei gameti maturi. Componenti Cellulari Nelle cellule animali e vegetali si distinguono sempre tre parti: una parte esterna (membrana cellulare) e due parti interne (citoplasma e nucleo). La membrana cellulare è il rivestimento che protegge la cellula e consente il passaggio di ossigeno,delle sostanze nutritive e l espulsione delle sostanze di rifiuto Il citoplasma è una sostanza gelatinosa contenuta all interno della membrana cellulare. E composto da acqua,sali minerali e sostanze organiche.e il laboratorio chimico che consente la vita della cellula. Il nucleo è il centro di controllo della cellula.contiene i cromosomi che sono una vera e propria biblioteca di informazioni sulla cellula e sull intero organismo.inoltre i cromosomi consentono la trasmissione dei caratteri ereditari. I mitocondri sono organuli presenti sia nelle cellule animali sia in quelle vegetali. Servono per la respirazione cellulare e trasformano le sostanze nutritive in energia.. Nelle cellule vegetali troviamo un rivestimento in più,definito parete cellulare.la parete cellulare è molto più rigida della membrana cellulare e serve a sostenere e a proteggere la cellula. I cloroplasti sono gli organuli che contengono la clorofilla,una sostanza indispensabile alla piante per produrre il loro nutrimento I vacuoli sono cavità che contengono il succo cellulare,una riserva di zuccheri e Sali minerali. 2) Le differenze tra cellula eucariote e cellula procariote La parte della biologia che studia la cellula è detta citologia. Inizia nel 1667 con le prime osservazioni al microscopio, effettuate da Robert Hooke. Nell 800 viene effettuata la teoria cellulare, che si basa su tre ipotesi: - la cellula è la più piccola unità vivente capace di vita indipendente; - ogni cellula nasce da un altra cellula, si riproduce e muore; - tutti gli organismi sono formati da cellule. Le dimensioni della cellula sono estremamente piccole (millesimi di millimetro (µm)). In base alla complessità strutturale vi sono due tipi di cellule: la cellula procariote, e la cellula eucariote. La Cellula Procariote: La cellula procariote è tipica di microscopici organismi monocellulari, come i batteri. La cellula procariote è costituita da una parete rigida che la separa dall ambiente esterno; da una membrana

14 cellulare che provvede allo scambio di sostanze con l esterno; da un citoplasma, una sostanza gelatinosa che occupa l interno della cellula, il quale contiene granuli molto piccoli: i ribosomi. Tutte le reazioni chimiche avvengono nel citoplasma o al livello della membrana. La cellula procariote non possiede il nucleo, e il DNA è sotto forma di una singola, grossa molecola a forma circolare che occupa una zona di forma irregolare nel citoplasma. La Cellula Eucariote: La cellula eucariote è l unità fondamentale della grande maggioranza degli esseri viventi, come gli animali, i vegetali, i batteri. E dieci volte più grande di una procariote. E circondata da una membrana cellulare o plasmatica, che separa il citoplasma dall ambiente esterno. Nel citoplasma sono presenti gli organuli o organelli cellulari, compartimenti relativamente isolati dove hanno luogo specifiche reazioni chimiche. Gli organuli cellulari sono: i ribosomi, dove avviene la sintesi delle proteine; il reticolo endoplasmatico, dove vengono sintetizzati i lipidi ed elaborate alcune proteine; il complesso di Golgi, centro di modificazione e di smistamento di alcune sostanze; i mitocondri, la centrale energetica della cellula, dove avvengono i fenomeni della respirazione; i lisosomi, dove avviene lo smantellamento delle sostanze di rifiuto. Questi organuli si trovano in tutte le cellule, mentre i cloroplasti e i vacuoli si trovano solo nei vegetali. All interno della cellula c è il nucleo, l organulo più grande e più importante, sede di tutte le informazioni relative alla vita delle cellula. Tali informazioni sono immagazzinate nei cromosomi, nella molecola di DNA di cui essi sono costituiti. Gli esseri viventi possono essere formati da una cellula (unicellulari) o da più cellule (pluricellulari). In base al tipo di cellula, essi si dividono in due gruppi: i procarioti, che sono formati da un unica cellula procariote, e gli eucarioti, che sono formati da più cellule eucariote. Organismi Unicellulari e Organismi Pluricellulari Le prime forme di vita apparse sulla Terra, a partire da quattro miliardi di anni fa, erano unicellulari, cioè costituite da una sola cellula, come sono ancora oggi, per esempio, i batteri, organismi viventi microscopici, presenti quasi ovunque. Gli organismi pluricellulari, invece, possono essere formati anche da miliardi di cellule, che collaborano tra loro facendo funzionare l organismo. Nessun organismo unicellulare è in grado di compiere tutte le funzioni che invece può svolgere un organismo formato da più cellule organizzate, come per esempio una farfalla che può volare di fiore in fiore. I viventi più complessi sono costituiti da diversi tipi di cellule. Le cellule di uno stesso tipo, capaci di fare lo stesso lavoro, si raggruppano a formare un tessuto. Più tessuti possono raggrupparsi per formare un organo, che ha un determinato compito all interno dell organismo, come per esempio la foglia negli alberi e il cuore negli animali e nell uomo. Tutti gli organi che lavorano per compiere la stessa finzione formano un apparato: organi diversi, come la lingua, lo stomaco, il fegato che hanno tutti lo scopo di far digerire e assimilare il cibo, costituiscono l apparato digerente degli animali e dell uomo. Un organismo, dunque, è fatto di tessuti, organi e apparati, che gli permettono di svolgere le funzioni necessarie per vivere. Gli esseri viventi formati da una sola cellula si chiamano organismi unicellulari. Negli organismi unicellulari, l unica cellula da cui sono formati è perfettamente autonoma: nasce,si sviluppa, si riproduce, respira e produce sostanze utili, eliminando quelle di scarto. Gli organismi unicellulari si dividono in monere e protisti. Le monere sono caratterizzate dal fatto di non possedere un nucleo definito da una membrana nucleare. Appartengono a questo gruppo i batteri e le alghe azzurre, che furono le prime forme di vita comparse sulla terra. I batteri sono esseri viventi che si riproducono più velocemente: ogni minuti un batterio si strozza in due e si duplica. Si adattano a vivere in qualsiasi ambiente: nelle

15 acque degli oceani, nell aria, nel suolo e alcuni tipi di batteri vivono benissimo anche nell acqua a 80 C. Le loro dimensioni sono estremamente ridotte: raramente superano pochi millesimi di millimetro. Molti batteri sono la causa di gravi malattie e per questo motivo sono detti patogeni. Per eliminarli dal nostro corpo sono necessari gli antibiotici, mentre per l uso esterno, come nel caso di disinfezione delle ferite si possono usare i disinfettanti che uccidono indistintamente tutti i batteri. I protisti sono organismi microscopici formati da una sola cellula di tipo eucariotico. Generalmente essi vivono nell'acqua. In alcuni casi, i protisti formano colonie di individui, comunque assai indipendenti. Una volta gli studiosi cercavano di ricondurre questi minuscoli esseri viventi ai regni degli organismi superiori. Quindi, a seconda delle caratteristiche che un dato protista mostrava, essi cercavano di ricondurlo al regno delle piante (alghe unicellulari) o a quello degli animali (protozoi) o a quello dei funghi. Ben presto, questo portò a numerosi casi di dubbia classificazione, per esempio alghe prive di cloroplasti e che si nutrivano di altri microrganismi, muffe dotate di movimento ameboide, protozoi ancorati al fondo per mezzo di un piede come se fossero una pianta. Se ci si pensa bene, si può capire perchè i protisti possiedano spesso caratteristiche comuni ad animali, piante e funghi. Infatti gli organismi superiori derivano dall'evoluzione dei protisti, e le loro caratteristiche si sono definite solo in fasi più avanzate dell'evoluzione. Quindi, per evitare inconvenienti nella classificazione di questi microrganismi, si è deciso di creare un regno tutto per loro, quello dei protisti, in modo che non ci fosse più bisogno di ricondurli ai regni degli animali, delle piante o dei funghi. Ovviamente, raggruppare questi organismi in regni è arbitrario, infatti nella storia della vita non ci sono nette divisioni fra i protisti e gli altri eucarioti. Non tutti i microrganismi sono protisti. Un altro regno raccoglie microrganismi unicellulari ed è quello delle monere. Fanno parte di questo regno i batteri. Che differenza c'è fra batteri e protisti? Questa distinzione si basa sul livello di complessità dell'organizzazione della cellula. In particolare, l'organizzazione cellulare dei batteri è particolarmente semplice e sono per questo detti anche procarioti (proto nucleo), l'organizzazione cellulare dei protisti è invece più complessa e sono quindi chiamati eucarioti (vero nucleo). In particolare, i procarioti hanno il materiale nucleare (il DNA) libero nel citoplasma, negli eucarioti invece il nucleo è avvolto da una membrana che lo separa dal citoplasma. Gli eucarioti possiedono inoltre membrane interne che separano i vari organuli dal citoplasma. Poichè derivano dai protisti, gli animali, le piante e i funghi sono anch'essi formati da cellule eucaristiche. REGNO Monere Protisti batteri, alghe azzurre (cianoficee) Alghe unicellulari: a. dorate, a. brune, a. rosse, a. verdi, diatomee, a. flagellate. Protozoi: flagellati, sarcodici (amebe, unicellulari procarioti: organizzazione cellulare semplice, nucleo privo di membrana nucleare eucarioti: organizzazione cellulare complessa, nucleo racchiuso dalla

16 Funghi Piante Animali eliozoi, foraminiferi), ciliati Funghi inferiori ascomiceti, basidiomiceti, etc. muschi, felci, angiosperme, gimnosperme invertebrati, vertebrati pluricellulari membrana nucleare organismi immobili non fotosintetici organismi immobili fotosintetici organismi mobili non fotosintetici Un'altra caratteristica importante dei protisti è quella di essere unicellulari, formati cioè da una sola cellula. Esistono però alghe filamentose formate da cellule affiancate, esistono anche protisti che vivono in colonie. Tuttavia, a differenza dagli organismi superiori, le cellule delle alghe filamentose e degli altri protisti coloniali non sono differenziate o lo sono molto poco e possono vivere anche da sole. I funghi inferiori hanno spesso, almeno in una fase del loro ciclo vitale, una struttura cenocitica, formata cioè da grandi cellule multinucleate come qualche volta avviene nei funghi e possiedono forme dotate di movimento ameboide. 3) La cellula animale e la cellula vegetale La cellula vegetale La cellula vegetale possiede alcune strutture esclusive, tra cui una parete cellulare e organuli quali i cloroplasti e i vacuoli. La parete cellulare è una struttura esterna alla membrana plasmatica ed è costituita per la massima parte da polisaccaridi. Essa conferisce sostegno e forma alla cellula vegetale. I cloroplasti provvedono al rifornimento dell'energia necessaria alla cellula: ciò avviene per cattura dell'energia solare mediante il processo di fotosintesi operato dalla clorofilla. L'energia solare catturata viene utilizzata da altre molecole per sintetizzare glucosio. Come i mitocondri, anche i cloroplasti contengono ribosomi e un proprio DNA. I cromoplasti contengono il pigmento rosso-arancione carotene; sono presenti nei fiori e nei frutti e servono ad attirare gli insetti per consentire l'impollinazione. I leucoplasti sono privi di pigmenti e perciò bianchi; si trovano per esempio nei tuberi, dove immagazzinano sostanze di riserva come l'amido, che deriva dalla trasformazione degli zuccheri prodotti dalla fotosintesi. I vacuoli sono cavità nelle quali si accumulano acqua, prodotti di rifiuto o sostanze nutritive. Le cellule vegetali spesso presentano un unico, grosso vacuolo centrale ripieno d'acqua, che occupa fino al 90% dello spazio interno e che, premendo sulla membrana plasmatica, contribuisce a mantenere turgida la cellula.

17 La cellula animale La struttura della cellula animale è simile a quella della cellula vegetale, vi sono però tre importanti differenze: --la cellula animale non contiene cloroplasti perché gli animali sono organismi eterotrofi; --la cellula animale non possiede la parete cellulare rigida che nella cellula vegetale ricopre la membrana plasmatica e protegge la cellula; --la cellula animale non possiede il caratteristico grande vacuolo presente nelle cellule, vegetali (specialmente quelle vecchie). La cellula animale possiede i centrioli, molti lisosomi e spesso è dotata di ciglia e di flagelli.

18 I DIVERSI TIPI DI MICROSCOPIO Cenni storici sul microscopio Per la prima volta, nel 1680, un ricercatore olandese Anton van Leeuwenhoek, riuscì a vedere le cellule di lievito; a questo scopo usò uno strumento che avrebbe rivoluzionato la biologia: il microscopio, basato su un effetto di deviazione e convergenza dei raggi di luce per mezzo di lenti. Strumenti in cui si usavano combinazioni di lenti (microscopi composti) erano stati inventati già nel 1590 da un fabbricante di occhiali olandese, Zacharias Janssen. I primi microscopi erano utili in teoria, ma le lenti erano molate in modo così imperfetto che gli oggetti ingranditi apparivano come delle macchie sfuocate, rendendo gli strumenti quasi inutilizzabili. Van Leeuwenhoek molò delle lenti piccole ma perfette che ingrandivano piuttosto chiaramente fino a 200 volte; usò delle lenti singole (microscopio semplice). Ulteriormente, nell ottica e nella microscopia furono fatti progressi da esponenti quali Robert Hooke, Galilei e Cornelius Drebbel. Struttura e funzioni del microscopio Il microscopio ottico è uno strumento che sfrutta la rifrazione della luce, ed è costituito da una ( M. semplice) o più (M. composto) lenti di ingrandimento. Il microscopio composto comprende un obiettivo e un oculare di piccola distanza focale; l oculare è in pratica una lente di ingrandimento con la quale si osserva l immagine. Le altre parti componenti sono lo stativo, che serve da supporto a tutto il corredo ottico e meccanico; il piatto, destinato all appoggio dell oggetto in esame; il condensatore, che illumina l oggetto convergendo su di esso la luce proveniente da una sorgente luminosa; un sistema di focalizzazione, dell immagine e una o due viti micrometriche, che permettono di spostare il vetrino in direzione parallela al piano focale. L ingrandimento geometrico del microscopio è uguale al prodotto dei due ingrandimenti dell obiettivo e dell oculare. Nel microscopio, l obiettivo di piccolissima distanza focale è composto da un certo numero di lenti, e la prima lente ha la forma di semisfera; se il vetrino coprioggetto è separato dalla lente soltanto dall aria, si ha l obbiettivo a secco, se invece si interpone un liquido ( acqua, olio o balsamo) si parla di obbiettivo a immersione.

19 Preparazione di un vetrino per microscopio Il microscopio è adatto all osservazione di oggetti per trasparenza. A tale scopo vanno bene oggetti molto piccoli, comunque sottili e trasparenti: porre il campione da osservare su un vetrino portaoggetti con un contagocce far cadere una goccia d acqua sul vetrino coprire tutto con un vetrino coprioggetti accendere l illuminatore e porre il preparato sul piano di osservazione sistemare il vetrino sotto l obiettivo, facendo attenzione a non urtarlo nel bagnarlo con l acqua centrare il campione, osservando anche le variazioni della luce, che passa per l obiettivo avvicinare un occhio all obiettivo fino a quando non si scorge il campo d osservazione manovrare le viti di messa a fuoco per regolare la nitidezza dell immagine muovendo la lama portaobiettivo e il vetrino, esplorare il campo d osservazione

20 TECNICHE DI FISSAZIONE E DI COLORAZIONE CELLULARE Le cellule si possono osservare vive direttamente oppure dopo fissazione. Il tessuto vivo,una volta prelevato,tende ad autodistruggersi andando incontro ad una serie di processi,che a livello endocellulare,portano alla digestione progressiva di alcune strutture mediante fenomeni proteolitici. Il tessuto appena asportato,inoltre,viene privato di una serie di elementi necessari per la sua sopravvivenza. Le cellule,infatti,necessitano di nutrienti esogeni,di ossigeno,di segnali biochimici per poter sopravvivere e,inoltre,devono in qualche modo portare fuori i prodotti di scarto. Il tessuto asportato non è in grado di fornire alle proprie cellule tali nutrienti che,anche per questo motivo,cessano di vivere.in ultima analisi qualsiasi tessuto può essere danneggiato dall azione dell ossigeno dell atmosfera che è un potente ossidante o essere preda di batteri o di microrganismi vari. Per tutti questi motivi si rende necessario fissare il tessuto cellulare. Fissare un campione di cellule significa fare una fotografia istantanea e prevenire la degenerazione del tessuto permettendo,così di visualizzare,anche a distanza di tempo,il campione cellulare nella sua completezza. La fissazione consiste nel trattare il tessuto con sostanze chimiche che ne preservano la struttura.i fissativi penetrano nel tessuto per diffusione con la formazione del gradiente di fissazione.la buona conservazione della struttura cellulare è condizionata dalla compattezza dell organizzazione macromolecolare.

Si filtra il materiale per lasciar passare l'acido nucleico e trattenere i residui cellulari.

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