L ORGANIZZAZIONE DEI VIVENTI. Cellule e organismi

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1 L ORGANIZZAZIONE DEI VIVENTI Cellule e organismi

2 LE CARATTERISTICHE FONDAMENTALI DEI VIVENTI Le forme di vita sono diversificate, abbondanti e diffuse su tutta la Terra, e spaziano dai batteri microscopici alle piante giganti. Tutti gli esseri viventi hanno caratteristiche comuni anche se sono diversi in forma e dimensioni

3 LE CARATTERISTICHE FONDAMENTALI DEI VIVENTI Tutti gli esseri viventi sono in grado di nascere, respirare, nutrirsi, muoversi, crescere e morire ma lo fanno con modalità e strutture anatomiche diverse

4 Le Caratteristiche Fondamentali degli Esseri Viventi: NUTRIRSI, RESPIRARE E CRESCERE Gli organismi più complessi, come i funghi, le piante e gli animali, si distinguono dal modo in cui si procurano il cibo. AUTOTROFI Capaci di produrre da sé il proprio nutrimento ETEROTROFI (erbivori, carnivori, onnivori) Capaci di assumere il nutrimento dall esterno, cibandosi di altri esseri viventi

5 Organismi AUTOTROFI Gli organismi autotrofi si nutrono attraverso un processo chiamato FOTOSINTESI CLOROFILLIANA - Con le radici assorbono H 2 O (acqua) e sali minerali - Con le foglie assorbono dall aria CO 2 (anidride carbonica) - Producono GLUCOSIO e OSSIGENO (O 2 ) LINFA GREZZA (acqua e Sali minerali) LINFA ELABORATA (zuccheri)

6 FOTOSINTESI CLOROFILLIANA Le piante: - Con le radici assorbono H 2 O (acqua) e sali minerali - Con le foglie assorbono dall aria CO 2 (anidride carbonica) Attraverso la clorofilla e l energia della luce solare Pigmento verde contenuto nelle foglie delle piante; in alcuni batteri e alghe, capace di catturare la luce solare le foglie riescono a far combinare chimicamente l acqua (H 2 O) e l anidride carbonica (CO 2 ) producendo GLUCOSIO zucchero (sostanza organica) ricco di energia usato dalle piante come alimento OSSIGENO che viene liberato nell aria

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8 FOTOSINTESI CLOROFILLIANA E RESPIRAZIONE Animali e piante respirano e nel processo di respirazione sono combinate tra loro le molecole di OSSIGENO e le molecole di GLUCOSIO prodotte dalle piante Prodotto dalla trasformazione chimica del cibo di cui si nutrono sia animali che piante

9 Le Caratteristiche Fondamentali degli Esseri Viventi: MUOVERSI Tutti gli esseri viventi hanno capacità di movimento e sono sensibili agli stimoli: Animali che sentono caldo (stimolo) cercano e si spostano verso l ombra (risposta) Animali che avvertono il pericolo della presenza di un predatore (stimolo) si mette in salvo con la fuga (risposta) Le piante volgono le foglie verso la luce come accade anche per alcuni fiori (girasole) Alcuni fiori (margherite) si aprono con la luce del sole e si richiudono all imbrunire

10 Le Caratteristiche Fondamentali degli Esseri Viventi: RIPRODURSI Tutti gli esseri viventi si riproducono ma lo fanno con modalità diverse: La riproduzione può essere: SESSUATA (sessuale) o GAMICA richiede la presenza di due genitori di sesso opposto (mammiferi, uccelli, ) ASSESSUATA (asessuale) o AGAMICA è sufficiente la presenza di un solo genitore (batteri, alcune piante,.)

11 Le Caratteristiche Fondamentali degli Esseri Viventi: ADATTAMENTO I viventi sono adattati e hanno la capacità di adattarsi all ambiente in cui vivono. L adattamento all ambiente è uno dei caratteri fondamentali della vita. Questo ha permesso l evoluzione degli esseri viventi

12 LA CELLULA La teoria cellulare si basa su tre affermazioni: La cellula è l unità di base dei viventi; Tutti gli organismi viventi sono costituiti da cellule (essi possono essere unicellulari o pluricellulari); Nuove cellule possono derivare soltanto da cellule preesistenti. Organo Le cellule sono i «mattoni» con cui è costruito ogni essere vivente Tessuto Cellula Molecola Atomo

13 STRUTTURA DELLA CELLULA Le cellule hanno piccole dimensioni osservabili al microscopio ottico Le cellule sono piccole per ottimizzare il rapporto superficie/volume; ciò consente alla cellula di ottenere una superficie di scambio con l esterno adeguata per il passaggio di nutrienti e scarti. Con l invenzione del microscopio elettronico si è potuto osservare i particolari della struttura interna delle cellule (animali e vegetali)

14 STRUTTURA DELLA CELLULA La cellula sia animale che vegetale è dotata di vita propria: si nutre, respira, trasforma le sostanze, elimina i rifiuti ecc.. Le cellule che costituiscono le piante e gli animali sono molto differenti tra di loro per - forma - dimensione - struttura - funzione Immagini Microscopio Elettronico Le cellule che costituiscono le piante e gli animali possiedono 3 parti fondamentali: - Il citoplasma (materiale gelatinoso che riempie l interno della cellula) - Il nucleo (una piccola massa centrale o poco spostata dal centro) - La membrana (involucro esterno)

15 STRUTTURA DELLA CELLULA La cellula è fatta di materia vivente «fabbricata» a partire da elementi chimici La materia vivente si distingue dalla materia inanimata perché è costituita in massima parte da 4 elementi chimici base: - Ossigeno (O) - Carbonio (C) - Azoto (N) - Idrogeno (H) Le sostanze formate da questi elementi si trovano in natura solo negli esseri viventi e sono dette sostanze organiche Hanno strutture chimiche complesse e si distinguono in 4 categorie principali: - Zuccheri o carboidrati - Lipidi o grassi - Proteine - Acidi nucleici (DNA e RNA)

16 STRUTTURA DELLA CELLULA ANIMALE

17 Gli organuli cellulari della cellula animale: LA MEMBRANA CELLULARE MEMBRANA CELLULARE: Involucro impermeabile che racchiude la cellula e ne regola gli scambi con l ambiente esterno. Ha una struttura a doppio strato fosfolipidico (lipidi= grassi di origine naturale) attraversato di tanto in tanto da proteine come le acquaporine (canali dell acqua) ed altre strutture proteica e non con funzioni specifiche.

18 IL CITOPLASMA: RIEMPIE L INTERNO DELLA CELLULA IL CITOPLASMA È un materiale gelatinoso ricco d acqua In esso sono sciolti: zuccheri e proteine, sali minerali ed altre sostanze In esso «galleggiano», sono contenuti tutti gli organuli cellulari (comparti specializzati) Ogni organulo svolge una funzione specifica Gli organuli più importanti sono i mitocondri, l apparato di Golgi, i ribosomi, il reticolo endoplasmatico liscio e ruvido, i lisosomi e i centrioli

19 Gli organuli cellulari della cellula animale: IL NUCLEO IL NUCLEO: È il cervello della cellula, riceve informazioni e trasmette «ordini e messaggi», conserva l informazione e il segnale per la riproduzione della cellulare, conserva l informazione per la produzione di specifiche sostanze e sa come comportarsi con altre cellule. Sono informazioni scritte nel DNA Immagine Microscopio Elettronico

20 Gli organuli cellulari della cellula animale: IL NUCLEO IL DNA contenuto nel nucleo, è una sostanza a forma di lungo filamento avvolto a doppia elica Contiene le informazioni che chiamiamo caratteri ereditari caratteristiche che permettono di distinguere un individuo da un altro e sono trasmesse dai genitori ai figli NUCLEO CELLULA SPIRALI ISTONI CROMOSOMA DNA struttura doppia elica

21 Gli organuli cellulari della cellula animale: IL NUCLEO I filamenti di DNA sono generalmente organizzati nel nucleo in modo confuso e sparso, In certe circostanze, come per la riproduzione cellulare, questi filamenti si organizzano nella struttura del cromosoma (filamenti di DNA avvolti attorno a proteine istoniche)

22 È un labirinto di canali che servono al trasporto di sostanze e per collegare tra loro i vari organuli Gli organuli cellulari della cellula animale: IL RETICOLO ENDOPLASMATICO Il reticolo endoplasmatico è caratterizzato da una porzione RUVIDA per la presenza dei numerosi ribosomi su di esso attaccati, ed una porzione LISCIA, che non presenta ribosomi

23 Gli organuli cellulari della cellula animale: I MITOCONDRI Sono corpuscoli allungati a forma di salsicciotti o fagiolo racchiusi da due membrane: una interna ed una esterna Membrana esterna: membrana liscia Membrana interna : ripiegata più volte Sono organuli cellulari in cui si svolge il processo di respirazione cellulare Sono quindi centraline energetiche PROCESSO DI RESPIRAZIONE CELLULARE: il glucosio viene bruciato per produrre una grande quantità di energia Il mitocondrio contiene una piccola quantità di DNA (DNA mitocondriale, simile al DNA dei batteri)

24 Gli organuli cellulari della cellula animale: I MITOCONDRI Immagine Microscopio Elettronico

25 Gli organuli cellulari della cellula animale: I RIBOSOMI I ribosomi hanno dimensioni microscopiche con forma a granulo Hanno il compito di costruire pezzo dopo pezzo, le PROTEINE (sostanze fondamentali che costituiscono la materia vivente)

26 Gli organuli cellulari della cellula animale: L APPARATO DI GOLGI Il nome è un tributo al medico e biologo Camillo Golgi ( ), che nel 1906 ebbe il premio Nobel per la medicina per i suoi studi sulla cellula e sul sistema nervoso L apparato di Golgi è un insieme di vescicole appiattite a fisarmonica Collegate sia al reticolo endoplasmatico sia ai ribosomi All interno dell apparato di Golgi vengono accumulati e elaborati prodotti Immagine Microscopio Elettronico

27 Gli organuli cellulari della cellula animale: L APPARATO DI GOLGI Immagine Microscopio Elettronico

28 Sono una cellula animale o una cellula vegetale??

29 Gli organuli cellulari della cellula animale: I LISOSOMI I lisosomi sono piccole vescicole Contenenti enzimi digestivi, capaci di sciogliere numerose sostanze ( ex. I microbi)

30 Gli organuli cellulari della cellula animale: I CENTRIOLI I centrioli sono piccolissime strutture che intervengono quando la cellula deve dividersi al momento della riproduzione Da essi si forma un «fuso» fascio di fibre che permette alle due cellule figlie di ricevere lo stesso numero di cromosomi centrioli

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32 Gli organuli del sistema delle membrane interne lavorano in sinergia

33 Gli organuli della cellula visti al microscopio elettronico

34 STRUTTURA DELLA CELLULA VEGETALE

37 Immagine Microscopio Elettronico

38 STRUTTURA DEL CLOROPLASTO Parete cellulare Immagine da microscopio elettronico

39 Funzionamento del cloroplasto durante la fotosintesi clorofilliana

40 LA CUTICOLA E GLI STOMI La cuticola è un ulteriore rivestimento esterno della foglia. E un tessuto vegetale idrofobico (impermeabile) composto da cere e cutina prodotte e depositate all esterno della cellula vegetale. Ha funzione di protezione esterna della foglia. La cellula, però, essendo coperta di cuticola solo sulla faccia esterna, può ricevere acqua e nutrimento dalle cellule vicine e quindi rimanere vitale

41 LA CUTICOLA E GLI STOMI Lo strato impermeabile è interrotto dagli stomi dei "buchi" ad apertura regolabile attraverso i quali avvengono la traspirazione e gli scambi di gas tra l'interno della pianta e l'ambiente esterno. Ogni stoma è costituito da due cellule di guardia quando le cellule di guardia assorbono acqua, si allungano e divaricano aprendo il poro stomatico, viceversa quando perdono acqua lo richiudono. Segnali quali la luce e la carenza di anidride carbonica danno il via all'apertura dello stoma, mentre il buio, la carenza d'acqua, il calore troppo elevato ne determinano la chiusura.

42 La cellula gestisce la produzione e il consumo di energia I cloroplasti e i mitocondri sono le «centrali energetiche» cellulari. Tali organuli gestiscono la produzione di energia tramite i processi di fotosintesi e respirazione.

43 CELLULE EUCARIOTE E CELLULE PROCARIOTE Le cellule possono essere procariotiche o eucariotiche Le cellule procariotiche ed eucariotiche possiedono due strutture comuni: la membrana plasmatica; il citoplasma. Le cellule procariotiche sono molto più piccole di quelle eucariotiche e hanno una struttura di base più semplice.

44 Le cellule procariotiche sono comparse per prime Le cellule procariotiche (da pro, prima e karyon, nucleo) sono prive di un nucleo racchiuso da una membrana. Il DNA forma un unica molecola chiusa ad anello sparsa nel citoplasma Gli organismi unicellulari costituiti da cellule procariotiche, i procarioti, sono classificati in due domini: Archaea (archei); Bacteria (batteri). Immagine da microscopio elettronico

45 Le cellule eucariotiche contengono organuli specializzati Le cellule eucariotiche (da eu, buono, e karyon, nucleo) hanno un nucleo delimitato da una membrana ben distinta, che racchiude il DNA. Gli organismi eucariotici, ossia protisti, funghi, piante e animali, fanno tutti parte del dominio degli Eukarya (eucarioti).

46 Diversi tipi di divisione cellulare Ogni cellula che sia animale o vegetale è in grado di riprodursi: di dividersi in due cellule figlie Il processo di divisione cellulare è diretto dal DNA della cellula La DIVISIONE CELLULARE Negli Organismi UNICELLULARI È il meccanismo per cui l organismo si moltiplica Negli Organismi PLURICELLULARI Permette all individuo di crescere

47 La riproduzione dei PROCARIOTI Nella cellula PROCARIOTE la riproduzione avviene per SCISSIONE BINARIA 1. Nella membrana cellulare si forma una strozzatura dall esterno verso l interno 2. Si formano due cellule identiche che ricevono la stessa quantità di DNA 3. Le due cellule figlie identiche si accrescono fino a raggiungere le dimensioni della cellula madre 4. Raggiunte le dimensioni della cellula madre sono pronte per una nuova scissione Immagine da microscopio ottico Immagine da microscopio elettronico Immagine da microscopio elettronico

48 La divisione cellulare degli EUCARIOTI Nella cellula EUCARIOTE la divisione cellulare prende il nome di MITOSI È un processo di divisione cellulare che serve all individuo ad accrescersi E coinvolge quindi le cellule che formano il corpo dell individuo (cellule somatiche) MITOSI 1. Prima della divisione, il DNA della cellula si raggomitola molte volte fino a formare strutture chiamate cromosomi (ogni specie possiede un tipico numero di cromosomi che si mantiene uguale generazione dopo generazione) 2. I cromosomi poi si duplicano (raddoppiano) 3. Quando la cellula è pronta per dividersi anche i cromosomi si ridividono in modo che ogni cellula «figlia» abbia lo stesso numero e lo stesso tipo di cromosomi della cellula «madre»

49 MITOSI Gli organismi pluricellulari presentano un accrescimento del corpo che dipende dal processo di Mitosi (divisione cellulare)

50 La riproduzione degli EUCARIOTI Gli organismi pluricellulari si riproducono con la riproduzione sessuale, un tipo di riproduzione che necessita di due genitori un «maschio» e una «femmina» Ognuno dei due genitori matura nel suo sviluppo, nei propri organi sessuali, delle cellule specializzate alla riproduzione chiamate GAMETI - GAMETE MASCHILE spermatozoo - GAMETE FEMMINILE cellula uovo spermatozoo MA COME SI FORMANO I GAMETI?????? Si formano grazie ad un processo chiamato MEIOSI Cellula uovo

51 MEIOSI Da una cellula sessuale diploide (2n) a 4 cellule sessuali aploidi (n) Diploide perché ogni cromosoma è presente in duplice copia 2n 2n Aploide perché ogni cromosoma è presente in un unico esemplare n n n n

52 LA FECONDAZIONE Quando il gamete maschile incontra il gamete femminile avviene la FECONDAZIONE e si forma lo ZIGOTE la prima cellula del nuovo individuo Incontro tra gamete maschile e gamete femminile = FECONDAZIONE (Immagine da microscopio elettronico) ZIGOTE (Immagine da microscopio ottico)

53 LA FECONDAZIONE vista al microscopio elettronico