Tratte da Zullini
Prima parte
Evoluzione e complessità
Marco Federici classe 3a cucina
Istituto alberghiero
Porto Sant’Elpidio – ISITPS
Tutor prof. Stroppa Pierluigi
Obiettivi
• Conoscere la struttura delle membrane interne
di alcuni organuli
• Conoscere le reazioni cellulari che avvengono in
esse
• Dimostrare che esistono strutture complesse in
natura, sia a livello microscopico che a livello
macroscopico
Metodologia
• Lezioni frontali partecipate con proiezioni di
immagini e animazioni
• Elaborazione di set anticipatori
• Uso frequente del feedback
• Lavori di gruppo
• Invito alla produzione di relazioni e poster
• Role playing
• Costruzione di modelli che simulano i fenomeni che
avvengono negli organismi viventi
Mezzi e strumenti
•
•
•
•
•
Libri di testo
Riviste scientifiche
Laboratorio scientifico
Personal computer e videoproiettore
Microfono e macchina fotografica digitale
adibita anche alle riprese
• Lavagne d’ardesia, magnetica e luminosa
• Modelli
• Cartelloni e poster
Partiamo da due organuli della cellula: il
mitocondrio e il cloroplasto
Tratte da Zullini
I due organuli in figura hanno entrambi:
Una doppia membrana, di cui l’esterna liscia e l’interna
ripiegata
Nel mitocondrio la membrana interna forma le creste
mitocondriali, mentre nel cloroplasto forma tilacoidi
raggruppati in grani
Perché la membrana interna è
ripiegata?
• La membrana interna è
ripiegata per aumentare
la superficie d’azione dei
processi della
respirazione cellulare (nei
mitocondri) e della
fotosintesi clorofilliana
(nei cloroplasti)
• Iniziamo dalla respirazione cellulare..
La respirazione cellulare
• La respirazione cellulare avviene nelle creste
mitocondriali dei mitocondri; essa è
catalizzata da enzimi respiratori e consiste
nella combustione di glucosio in presenza di
ossigeno:
C6H12O6 + 6O2
6CO2 + 6H2O + Energia (36ATP)
Rappresentazione della membrana interna
del mitocondrio
a) Prendendo un astuccio si inserisce un foglio di
carta; si osserva che esso vi entra per una
piccola superficie;
b) Se il foglio di carta si accartoccia osserviamo
che esso entra tutto dentro l’astuccio!
• Conclusioni. Se l’astuccio rappresenta la membrana
esterna del mitocondrio e il foglio di carta la membrana
interna, è ovvio che nel caso b) aumenta la superficie di
quest’ultima e quindi aumenta anche il processo della
respirazione cellulare.
Animazione astuccio
Metodologia di spiegazione b
Prendendo una scatola di bottiglie di vino,
mostriamo il divisorio tra le bottiglie:
a) se è chiuso la sua superficie è minore
b) se lo apriamo la sua superficie è
maggiore
• Conclusioni: se la scatola rappresenta la membrana
esterna del mitocondrio e il divisorio la membrana
interna, si osserva che nel caso b) aumenta la
superficie di quest’ ultima e quindi aumenta anche il
processo della respirazione cellulare
Animazione divisorio
• la scatola rappresenta la membrana esterna del
mitocondrio e il divisorio la membrana interna;
L’ alunno Lamkoutar illustra che se il divisorio è chiuso
la sua superficie è ridotta se confrontata con quella
del divisorio aperto.
Passiamo al cloroplasto e alla
fotosintesi clorofilliana
La fotosintesi clorofilliana
• La fotosintesi clorofilliana è la reazione che
avviene negli organuli cloroplasti grazie alla
luce del Sole catturata dal pigmento clorofilla :
• CO2 + H2O + Energia Solare
C6H12O6 + O2
bilanciando:
6CO2 + 6H2O + Energia Solare
C6H12O6 + 6O2
Simulazione dei grani e dei tilacoidi
• Un piatto rappresenta un tilacoide e una pila
di piatti un grano
Altri esempi: le ammoniti
Ammonite madreperlacea proveniente dalla Russia. Da Venturi
La linea di sutura delle ammoniti
L’interno della conchiglia delle ammoniti è
concamerata.
Le pareti che
dividono le camere
non sono dritte ma
ondulate.
Interno di ammonite dal calcare massiccio della
Gola della Rossa Serra San Quirico (AN)
La linea di sutura delle ammoniti
Anche in questo caso è stata premiata la complessità
invece che la semplicità.
Infatti, avere le pareti dritte, quindi semplici, avrebbe
comportato un grande spessore delle stesse per
resistere alla pressione idrostatica.
Ecco così che avere le pareti ondulate ( anziché dritte
e spesse) è stato vantaggioso: il peso della conchiglia
è diminuito ma la resistenza alla pressione idrostatica
è rimasta elevata.
Altri esempi: il corpo umano
Immagine tratta da Zullini
Modello del corpo umano
Immagine tratta dal corpo umano della scuola
Intestino
L’ intestino è formato da un lungo tubo ripiegato
su se stesso per offrire una maggiore
superficie di assorbimento dei principi
nutritivi nel volume della cavità addominale
Immagine tratta dal corpo
umano della scuola
Il Cervello
Il cervello è formata da una membrana ripiegata
su se stessa in modo da offrire un’ampia
superficie nel piccolo volume della scatola
cranica.
Immagine tratta dal corpo
umano della scuola
Il cervello dell’ uomo e quello della
scimmia
Questa immagine mostra che il cervello dell’
uomo (a sinistra) è più grande e più ricco di
pieghe di quello della scimmia (a destra).
Le linee di sutura delle ossa del capo
Incastro delle mani
La linea di sutura delle ammoniti e della scatola
cranica si può simulare anche unendo le mani…
Tessuto spugnoso dell’osso
Osservando le immagini sovrastanti si può notare il tessuto osseo
spugnoso.
Tale tessuto impartisce, nello stesso tempo, resistenza e
leggerezza all’ osso.
Negli spazi vuoti offerti dalle trabecole c’è il midollo osseo; in
esso si producono gli elementi figurati del sangue: globuli
bianchi, globuli rossi e piastrine.
La struttura interna delle ossa
Ecco la struttura interna delle ossa con il tessuto
osseo compatto all’esterno e quello spugnoso
all’interno
Immagine
tratta da Zullini
Conclusioni
• Le strutture complesse
sono un esempio di
evoluzione convergente?
Di sicuro esse si sono dimostrate utili per:
Ottimizzare gli spazi (membrane interne degli
organuli, organi cervello e intestino) per far
avvenire molte reazioni chimiche in piccoli volumi
Aumentare la resistenza delle strutture
rendendole leggere (linea di sutura delle
ammoniti, tessuto osseo spugnoso)
Bibliografia
Cheshire G.
Evolution “A little history of a great idea” (2008)
Zullini A. , Sparvoli A. e Sparvoli F.
Scienze della natura (2006)
Venturi F., Rossi S.
Subasio, origine e vicende di un monte appenninico. (2003)