IL PRIMO PROBLEMA CHE SI PONE PER CHI STUDIA LE CELLULE STA NEL FATTO CHE IN GENERE LE CELLULE NON SI VEDONO.

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1 IL PRIMO PROBLEMA CHE SI PONE PER CHI STUDIA LE CELLULE STA NEL FATTO CHE IN GENERE LE CELLULE NON SI VEDONO.

2 .. ALMENO A OCCHIO NUDO

3 DIAMETRO µm (valori più comuni

4 Dimensioni più comuni delle cellule eucarioti

5 metro m 1 millimetro mm 1 x 10-3 m micrometro (micron) µm 1 x 10-6 m nanometro picometro nm pm 1 x 10-9 m 1 x m Ångstrom Å 1 x m femtometro fm 1 x m I sottomultipli pico e femto sono poco usati nelle misure di lunghezza, ma sono in uso per altri casi (es picogrammi, femtomoli)

6 Microscopia ottica ANNO AUTORE CAMPIONI 1665 Robert Hooke sughero Anthony van spermatozoi, Leewenhoek globuli rossi, batteri 1838 Matthias Schleiden tessuti vegetali Theodor Schwann tessuti animali La proposta della teoria cellulare di Schleiden e Schwann può essere considerata come la nascita della Biologia Cellulare contemporanea

7 Oculare Obiettivo Microscopio di Robert Hooke (1665)

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9 PERCHÉ LE CELLULE SONO COSÍ PICCOLE?? PRINCIPALMENTE PER LA NECESSITA DI SCAMBIARE CON L ESTERNO OSSIGENO, NUTRIENTI E PRODOTTI DI SCARTO MEDIANTE PROCESSI DI DIFFUSIONE ALCOOL E DIFFUSIONE

10 IL TEMPO NECESSARIO PER SPOSTARE UNA MOLECOLA TRA DUE PUNTI, PER DIFFUSIONE, VARIA, SU DUE DIMENSIONI, CON IL QUADRATO DELLA DISTANZA E SU TRE DIMENSIONI CON IL CUBO DELLA DISTANZA

11 INOLTRE GLI SCAMBI NUTRITIZI AVVENGONO ATTRAVERSO LA SUPERFICIE DELLA CELLULA. IN UNA CELLULA SFERICA LA SUPERFICIE VARIA CON IL QUADRATO DEL RAGGIO MENTRE IL VOLUME VARIA SECONDO LA TERZA POTENZA DEL RAGGIO. PER QUESTI MOTIVI IN UNA CELLULA DI GRANDI DIMENSIONI LE DIFFICOLTA NEGLI SCAMBI NUTRITIZI DIVERREBBERO GRAVISSIME

12 UNA CELLULA NERVOSA PUO AVERE PROLUNGAMENTI LUNGHISSIMI, ANCHE DI UN METRO?? UN UOVO DI STRUZZO, FORMATO DA UNA SOLA CELLULA, HA UN DIAMETRO DI MOLTI CENTIMETRI

13 IL POTERE DI RISOLUZIONE IL NOSTRO OCCHIO RIESCE A PERCEPIRE COME SEPARATI DUE PUNTI SE DISTANO ALMENO 0.2 mm. IL VALORE DI 0,2 mm VIENE QUINDI DEFINITO COME IL POTERE DI RISOLUZIONE DELL OCCHIO UMANO

14 RIUSCIAMO A DISTINGUERE I DETTAGLI DI QUESTO OGGETTO MA NON DI QUESTO: PUR VEDENDOLO NON DISTINGUIAMO I DETTAGLI CHE SONO AL DI SOTTO DEL POTERE DI RISOLUZIONE

15 LA MAGGIOR PARTE DELLE CELLULE, DI DIAMETRO INFERIORE A 100 µm (0.1 mm) SONO AL DI SOTTO DEL POTERE DI RISOLUZIONE DEL NOSTRO OCCHIO. ANCHE NEL CASO DELLE CELLULE PIU GRANDI NON SAREMO IN GRADO DI DISTINGUERE ALCUN DETTAGLIO

16 Microscopio ottico (microscopio composto). F Oculare. Immagine reale, rovesciata e ingrandita dall obiettivo Immagine virtuale, rovesciata e ingrandita dall oculare. F Obiettivo F. oggetto

17 IL POTERE DI RISOLUZIONE DEL MICROSCOPIO OTTICO (R) E LIMITATO DALLA LUNGHEZZA D ONDA DELLA LUCE (l). R = l 2n x sen a n = indice di rifrazione dell aria (=1) a = apertura numerica dell obiettivo sen a negli obiettivi 1 l della luce visibile = R = x 1 = 200 nm = 0.2 µm QUINDI UN ORGANELLO INTRACELLULARE PUO ESSERE SOLO INTRAVISTO, SENZA COMPRENDERNE I DETTAGLI

18 15 µm

19 Ingrandimento e potere di risoluzione 1 x

20 2 x

21 4 x

22 8 x Pur essendo aumentato l ingrandimento, non aumenta l informazione: i dettagli apprezzabili sono gli stessi.

23 LENTI MAGNETICHE Condensatore Obiettivo Intermedia Proiettiva Microscopio elettronico a trasmissione Catodo Anodo Oggetto Filamento Gli elettroni emessi dal filamento e accelerati dalla d.d.p. tra anodo e catodo sostituiscono i raggi luminosi; le lenti magnetiche sostituiscono le lenti ottiche Schermo fluorescente o pellicola fotografica Pompe per vuoto

24 PER UN FASCIO DI ELETTRONI λ= 12/V DOVE V E LA DIFFERENZA DI POTENZIALE DI ACCELERAZIONE I MODERNI MICROSCOPI ELETTRONICI RAGGIUNGONO POTERI DI RISOLUZIONE DI 0.2 nm SPESSORE DELLA MEMBRANA CELLULARE = 7-10 nm

25 Microscopio ottico Microscopio elettronico 5 µm Lo stesso tipo cellulare fotografato al microscopio ottico ed elettronico, allo stesso ingrandimento.

26 Caratteristica Nucleo diametro Citoscheletro Organelli interni contenuto DNA (bp) cromosomi Procariote assente 1 µm assente assenti 1-5 mil 1 molecola circolare Eucariote presente µm presente presenti mil Molecole multiple lineari

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29 Protozoi (organismi unicellulari eucariotici)

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34 2 mm 20 mm Tessuto epiteliale 0.2 mm

35 Cellula epiteliale Mitocondrio 2 µm 20 µm Ribosomi 0.2 µm

36 Ribosoma Molecole proteiche 2 nm 20 nm Atomi 0.2 nm

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44 Scala temporale dell evoluzione

45 Evoluzione delle cellule