Come sono state scoperte le cellule e la teoria cellulare
Una cellula è la più piccola unità vivente. La maggior parte delle cellule è troppo piccola per essere vista a occhio nudo, quindi serve un microscopio (uno strumento che fa sembrare grandi le cose piccole).
- 1665 – Robert Hooke vide piccole scatole in una fetta di sughero e le chiamò cellule (dal latino cella = stanzetta). Erano cellule morte.
- 1674 – Leeuwenhoek vide cellule vive, come i batteri, nell'acqua di stagno con una lente migliore.
- 1831 – Robert Brown scoprì il nucleo.
- 1838–39 – Schleiden e Schwann dissero che tutte le piante e gli animali sono fatti di cellule.
- 1855 – Virchow aggiunse che le nuove cellule nascono solo da cellule già esistenti.
La teoria cellulare in tre righe
- Tutti gli esseri viventi sono fatti di una o più cellule.
- La cellula è l'unità base della struttura e del funzionamento.
- Tutte le cellule derivano da cellule preesistenti.
Gli organismi con una sola cellula (ameba, batteri) sono unicellulari. Quelli con molte cellule (tu, un albero di mango) sono pluricellulari.
Prova a casa
Stacca la pellicola sottile dall'interno di uno strato di cipolla, mettila su un vetrino con una goccia d'acqua e guardala con un microscopio da scuola o con un buon obiettivo macro del telefono. Vedrai cellule ordinate come mattoncini.
Cellule procariote ed eucariote, cellule vegetali e animali
Procariote ed eucariote
| Procariote | Eucariote |
|---|---|
| Molto piccola (1–10 µm) | Più grande (5–100 µm) |
| Niente membrana nucleare; il DNA sta in una zona chiamata nucleoide | Vero nucleo con membrana nucleare |
| Niente organelli con membrana (niente mitocondri, niente cloroplasti) | Molti organelli con membrana |
| Batteri, alghe azzurre | Piante, animali, funghi, ameba |
Cellula vegetale e cellula animale
| Cellula vegetale | Cellula animale |
|---|---|
| Parete cellulare di cellulosa fuori dalla membrana | Nessuna parete cellulare |
| Forma fissa, a scatola | La forma può cambiare, spesso rotonda |
| Cloroplasti presenti (nelle parti verdi) | Niente cloroplasti |
| Un grande vacuolo centrale | Vacuoli piccoli o assenti |
| Centrioli di solito assenti | Centrioli presenti |
Entrambe hanno membrana cellulare, citoplasma, nucleo, mitocondri, reticolo endoplasmatico, Golgi e ribosomi.
Gli organelli cellulari e le loro funzioni
Gli organelli sono minuscole parti dentro la cellula, ognuna con un solo compito – come le stanze di una fabbrica.
- Membrana cellulare (membrana plasmatica): sottile pelle esterna. È selettivamente permeabile – lascia passare alcune cose e ne ferma altre.
- Parete cellulare (piante, funghi): strato rigido di cellulosa fuori dalla membrana. Dà forma e resistenza e impedisce alla cellula di scoppiare in acqua.
- Nucleo: la sala di controllo. Contiene i cromosomi fatti di DNA, che portano le istruzioni e trasmettono i caratteri alla generazione successiva.
- Citoplasma: la gelatina che riempie la cellula; gli organelli stanno al suo interno.
- Mitocondri: la centrale elettrica. Scompongono il cibo e liberano energia sotto forma di ATP. Hanno un proprio DNA e propri ribosomi.
- Plastidi: cloroplasti (verdi, con clorofilla – producono cibo con la fotosintesi), leucoplasti (incolori, conservano amido, olio, proteine). Anche i plastidi hanno un proprio DNA.
- Reticolo endoplasmatico (RE): una rete di tubicini. Il RE rugoso ha ribosomi e aiuta a produrre proteine; il RE liscio produce grassi (lipidi) e aiuta a eliminare le sostanze velenose nelle cellule del fegato. Insieme formano le membrane (biogenesi delle membrane).
- Ribosomi: producono proteine.
- Apparato di Golgi: immagazzina, modifica e confeziona i materiali e li spedisce fuori; forma anche i lisosomi.
- Lisosomi: sacchetti di enzimi digestivi che puliscono rifiuti e parti consumate. Se la cellula è molto danneggiata scoppiano e digeriscono la cellula stessa, per questo si chiamano sacchi suicidi.
- Vacuoli: sacche di deposito. Molto grandi nelle cellule vegetali (possono riempire quasi tutta la cellula) e tengono la cellula soda (turgida).
Diffusione e osmosi
Diffusione: le particelle si spargono da sole dalla zona dove sono più affollate a quella dove sono meno affollate. L'ossigeno entra in una cellula e l'anidride carbonica esce per diffusione.
Osmosi: movimento dell'acqua attraverso una membrana selettivamente permeabile, da una zona con più acqua (soluzione diluita) a una zona con meno acqua (soluzione concentrata).
Tre tipi di soluzione esterna
- Ipotonica (più diluita fuori, per esempio acqua pura): l'acqua entra, la cellula si gonfia. Le cellule animali possono scoppiare; le cellule vegetali restano sode grazie alla parete.
- Isotonica (stessa concentrazione): nessun movimento netto, nessun cambiamento.
- Ipertonica (più concentrata fuori, per esempio acqua salata): l'acqua esce, la cellula si restringe. Nelle cellule vegetali il contenuto si stacca dalla parete – questa è la plasmolisi.
Le cellule prendono il cibo anche con l'endocitosi: l'ameba avvolge il cibo con la sua membrana. Funziona perché la membrana è flessibile.
Prova a casa
Prendi due ciotole: una con acqua semplice, una con acqua molto salata. Metti 5 uvette in ciascuna. Dopo 2 ore confrontale. Prima fai una previsione, poi controlla.
Divisione cellulare: mitosi e meiosi
Servono nuove cellule per crescere, per sostituire cellule vecchie o ferite e per produrre le cellule sessuali (gameti).
| Mitosi | Meiosi |
|---|---|
| 1 cellula → 2 cellule figlie | 1 cellula → 4 cellule figlie (due divisioni) |
| Stesso numero di cromosomi della cellula madre | Metà del numero di cromosomi |
| Le cellule figlie sono identiche | Le cellule figlie sono diverse |
| Per crescita e riparazione (pelle, apice della radice) | Solo negli organi riproduttivi, per produrre spermatozoi e uova |
Perché la metà? Quando uno spermatozoo e un uovo si uniscono, le due metà si sommano e il numero torna completo. Nell'essere umano: cellule del corpo 46 cromosomi, cellule sessuali 23.
Formule e definizioni chiave
- Cellula = unità base di struttura e funzione della vita
- Procariote: niente membrana nucleare (nucleoide); Eucariote: vero nucleo
- Solo nella cellula vegetale: parete cellulare, cloroplasti, grande vacuolo
- Mitocondri = centrale elettrica (ATP); Lisosoma = sacco suicida
- Osmosi: l'acqua si muove dal diluito al concentrato attraverso una membrana selettivamente permeabile
- Ipotonica → si gonfia; Isotonica → nessun cambiamento; Ipertonica → si restringe (plasmolisi)
- Mitosi: 1 → 2 identiche, stesso numero di cromosomi; Meiosi: 1 → 4, metà del numero
Esempi svolti
1. Una cellula non ha membrana nucleare né mitocondri. È procariote o eucariote? Fai un esempio.
Niente membrana nucleare significa che il DNA è libero in un nucleoide, e niente organelli con membrana. Quindi è procariote, per esempio un batterio.
2. Una cellula ha una parete cellulare e un grande vacuolo ma non ha cloroplasti. Può essere comunque una cellula vegetale?
Sì. La parete cellulare e il grande vacuolo centrale indicano una cellula vegetale. Le cellule delle radici non sono verdi, quindi non hanno cloroplasti (possono avere leucoplasti che conservano amido).
3. Perché l'uvetta si gonfia in acqua, ma un pezzo di mango salato diventa bagnato?
L'uvetta è più concentrata dell'acqua, quindi l'acqua entra per osmosi (fuori è ipotonico). Il sale fuori dal mango rende l'esterno più concentrato (ipertonico), quindi l'acqua esce dalle cellule.
4. Le cellule del corpo umano hanno 46 cromosomi. Quanti ne avrà ogni cellula dopo la mitosi? E dopo la meiosi?
La mitosi mantiene il numero: 46 in ciascuna delle 2 cellule. La meiosi lo dimezza: 23 in ciascuna delle 4 cellule.
5. Perché una cellula vegetale in acqua pura non scoppia, mentre un globulo rosso può scoppiare?
L'acqua entra in entrambe per osmosi. La rigida parete di cellulosa della cellula vegetale spinge indietro e impedisce lo scoppio (la cellula diventa turgida). Il globulo rosso non ha parete, quindi continua a gonfiarsi e può scoppiare.
6. Se l'apparato di Golgi di una cellula smette di funzionare, che cosa ne risente?
Il Golgi confeziona e spedisce i materiali prodotti dal RE e forma i lisosomi. Quindi si fermeranno il confezionamento e la secrezione (per esempio di enzimi e ormoni) e non si formeranno nuovi lisosomi.
Errori comuni
- Dire che Robert Hooke vide cellule vive. Le cellule di sughero che vide erano morte; le prime cellule vive le vide Leeuwenhoek.
- Pensare che i batteri non abbiano DNA. Lo hanno; solo che non è chiuso in una membrana nucleare.
- Confondere diffusione e osmosi. L'osmosi riguarda solo il movimento dell'acqua attraverso una membrana selettivamente permeabile.
- Scrivere che la meiosi dà 2 cellule. La meiosi dà 4 cellule con metà dei cromosomi; la mitosi ne dà 2.