Come si studiano i viventi?
(Questa presentazione è stata necessariamente
pubbilicata senza le immagini, a causa del “peso”
eccessivo; chi desiderasse avere la versione integrale
mi fornisca il supporto portatile personale sul quale
potrò trasferire la stessa direttamente. Lo stesso
discorso vale per gli appunti proteine2).
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.. E dopo le molecole?
• Fino a questo punto abbiamo conosciuto
alcune classi di biomolecole: i lipidi, i
carboidrati, le proteine.
• Le biomolecole rappresentano il livello di
organizzazione fondamentale, sono le più
piccole strutture che possiamo
considerare veri “oggetti biologici”. A
partire da questo livello di organizzazione
ora vedremo quali sono i livelli superiori.
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I livelli di organizzazione
• Molecole
• Aggregati
supermolecolari
• Organuli cellulari
• Cellule
• Tessuti
• Organi
• Apparati e sistemi
• Organismi
• Popolazioni
• Specie
• Questa serie rappresenta
uno schema gerarchico
dei diversi gradi di
organizzazione a livello
dei quali possiamo
studiare le strutture
biologiche.
• La separazione che
vediamo non deve farci
dimenticare che la
strategia biologica
generale è sempre molto
unitaria e coerente.
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Le molecole formano strutture
super-molecolari
• Questo termine significa che le biomolecole si possono
aggregare formando oggetti più complessi.
• Una di queste strutture l’abbiamo già incontrata: è la
membrana cellulare, che è l’unione di lipidi e di proteine.
• Le stesse proteine possono rientrare in questa categoria,
quando sono formate dall’unione di più polipeptidi
(proteine quaternarie), e spesso anche di un gruppo
prostetico.
• Altre strutture super-molecolari sono ad esempio i
ribosomi, formati da proteine e acidi nucleici. Lo stesso
vale per i cromosomi.
• Anche i virus possono rientrare in questo livello di
organizzazione.
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La cellula contiene molti organuli
• Studiando il trasporto di membrana (v.
pagina di appunti) abbiamo compreso che
le cellule, tranne quelle batteriche,
contengono al loro interno molti
compartimenti specializzati, ciascuno
delimitato da una membrana.
• Per indicare questi compartimenti si usa
l’espressione organuli (o organelli) subcellulari.
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La cellula
• Molti organismi sono formati da un’unica
cellula (unicellulari), altri sono formati da
più cellule tutte uguali. La maggior parte
degli organismi sono formati da molte
cellule di tipo diverso, specializzate nello
svolgimento di una funzione particolare.
• Lo studio delle cellule si chiama citologia.
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I tessuti
• Generalmente molte cellule dello stesso tipo
sono associate per formare i tessuti.
• La quantità di cellule in un tessuto è tale da
garantire che la loro specifica funzione sia svolta
nella quantità necessaria all’organismo.
• Esempi: il legno delle piante è un tessuto
vascolare, il tessuto muscolare negli animali.
• Lo studio dei tessuti si chiama istologia.
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Gli organi
• Gli organi sono in generale formati da più
tessuti diversi.
• L’organo è una parte di un organismo alla
quale possiamo attribuire una o più
funzioni ben precise.
• Esempi: la foglia di una pianta, una
ghiandola, un osso dello scheletro.
• Il significato storico del termine anatomia
indica lo studio degli organi.
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I sistemi e gli apparati
• Questo livello di organizzazione è
rappresentato dagli insiemi di organi
associati nel perseguimento di una o più
funzioni vitali.
• Si usa il termine sistema quando esiste
una relativa omogeneità istologica fra i
diversi organi (es: sistema nervoso).
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L’organismo
• Gli apparati si complementano nella
formazione di un individuo, o organismo.
• L’organismo biologico è un insieme di
strumenti (caratteri) ciascuno dei quali
svolge una funzione specializzata al fine di
ottenere uno dei due scopi:
• 1) la sopravvivenza dell’organismo
• 2) la sua riproduzione.
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La popolazione
• Più individui della stessa specie che
interagiscono direttamente fra di loro
formano una popolazione.
• Una popolazione possiede in generale una
struttura con individui diversamente
specializzati (maschi – femmine, gerarchie
di gruppo, comunità di insetti, ecc..).
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La specie
• Una specie è l’insieme delle sue
popolazioni.
• Una specie è formata da tutti gli individui
che sono potenzialmente interfecondi: essi
si possono accoppiare generando prole a
sua volta feconda.
• Questa definizione oggettiva di specie si
applica naturalmente agli organismi con
riproduzione sessuata.
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Come si studiano gli organismi?
• L’etimo del termine anatomia ci fa
comprendere il suo significato storico:
l’anatomia nasce come lo studio
morfologico macroscopico degli organismi.
• Oggi si parla di anatomia per indicare la
descrizione di ogni struttura, anche
microscopica, separata dal resto
dell’organismo.
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Struttura e funzione
• La descrizione morfologica precede di
solito lo studio della funzione di una certa
struttura.
• La fisiologia descrive le funzioni
biologiche.
• La patologia descrive le disfunzioni
(malattie).
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L’anatomia si evolve
• Lo studio delle strutture segue da vicino lo
sviluppo di tecniche di indagine.
• La microscopia nacque nel XVII secolo, e
rappresentò un salto decisivo: i particolari
microscopici rivelano aspetti molto
interessanti.
• Nell’800, con il perfezionamento delle
tecniche, esplose lo studio dell’anatomia
microscopica.
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Nascono le indagini “in vivo”
• Nel corso del XX secolo nuove tecniche hanno permesso di
conoscere le strutture senza operare la dissezione:
• - radiografia: i raggi X attraversano il corpo e sono registrati su lastra
fotografica (comprende anche la TAC);
• - ecografia: si utilizzano ultrasuoni;
• - endoscopia: fa uso di telecamere inserite nel corpo;
• - risonanza magnetica: mediante un campo magnetico si induce
l’emissione di onde radio da parte dei vari organi;
• - scintigrafia: si inietta una sostanza radioattiva che poi viene
localizzata;
• - termoscopia: è possibile distinguere aree a diversa temperatura.
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Oltre l’anatomia
• L’indagine biologica, in particolare
applicata all’uomo, si concentra oggi al
livello molecolare. Dopo la scoperta di
molti meccanismi cellulari la biologia si
può “leggere” nei dettagli. Questo
consente, e di più consentirà in futuro, non
solo un intervento sulle cause delle
malattie piuttosto che sugli effetti, ma
anche la loro prevenzione.
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La microscopia
• Detto questo ritorniamo alla morfologia,
dalla quale si deve sempre partire.
• Il perfezionamento delle tecniche
microscopiche ha portato anche ad una
certa loro varietà.
• La prima distinzione che facciamo è fra
microscopio ottico e microscopio
elettronico.
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La scala delle dimensioni
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Il microscopio ottico: lo schema
• Si tratta del microscopio
che fa uso di luce visibile
per osservare un
ingrandimento del
preparato. La luce
proviene da una sorgente
(di solito una lampada),
attraversa il campione,
poi arriva all’occhio
dell’osservatore. Un
sistema di lenti (obiettivo
+ oculare) modifica il
percorso della luce in
modo da produrre un
ingrandimento.
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Lo strumento
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La colorazione dei preparati
• I colori che si vedono nelle immagini ottenute
con i microscopi sono sempre artificiali.
• I coloranti per microscopia ottica sono sostanze
pigmentate che hanno specifica affinità chimica
per determinate strutture.
• Essi sono necessari, altrimenti la sezione
apparirebbe quasi trasparente.
• Il colorante deve essere scelto a seconda delle
strutture che si vogliono evidenziare.
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Quattro colorazioni diverse
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Il microscopio elettronico è circa
100 volte più potente
• Gli elettroni hanno una
lunghezza d’onda minore
della luce, pertanto
consentono una
maggiore definizione. Le
lenti ottiche sono
sostituite da lenti
magnetiche. Può
funzionare con due
principi diversi:
• - trasmissione (TEM)
• - scansione (SEM)
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Il microscopio elettronico a
trasmissione (TEM)
• Questo microscopio funziona con lo
stesso principio del microscopio ottico: il
fascio di elettroni attraversa il campione e
l’immagine viene rilevata su uno schermo
e fotografata.
• Il campione deve essere preventivamente
“colorato” con metalli opachi agli elettroni.
• Il risultato è un’immagine bidimensionale
in bianco e nero.
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• Vantaggio: maggiore
ingrandimento che si
può ottenere rispetto
al microscopio ottico.
• Svantaggi:
• - costo elevato
• - preparazione dei
campioni lunga e
complessa.
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• Le micrografie al TEM sono facilmente riconoscibili.
• In questa immagine si possono distinguere i due strati di
fosfolipidi della membrana esterna della cellula
(plasmalemma).
• Ingrandimenti: 100000x, 185000x.
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Il microscopio a scansione (SEM)
• Questo strumento
funziona in base ad un
principio diverso: il fascio
di elettroni colpisce
l’oggetto intero il quale li
riflette per la presenza di
un sottile strato metallico
depositato sulla sua
superficie. Il risultato è
un’immagine
tridimensionale del
campione.
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Alcuni batteri visti al microscopio
elettronico a scansione
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..quanti batteri!..
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..ma dove saranno mai questi
batteri..
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…sulla punta di uno spillo?!
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I cromosomi di una cellula in
divisione.
• Non lasciatevi
ingannare: questi
colori sono sempre
artificiali. La
fotografia,
originariamente in
bianco e nero, è stata
modificata al
computer.
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Cellule vive al microscopio
• È possibile, con tecniche
particolari, osservare
cellule non fissate e non
colorate, anche viventi.
• a) microscopia in campo
chiaro
• b) microscopia a
contrasto di fase
• c) microscopia a
contrasto interferenziale
• d) microscopia in campo
oscuro.
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