UdA 1: I livelli di organizzazione del corpo umano
Classe IV L
LIVELLO ATOMICO
Nella nostra vita quotidiana usiamo continuamente degli oggetti che sono costituiti da atomi. Basti
pensare agli orecchini d’oro o d’argento che indossiamo o al chiodo di ferro che sorregge la nostra
foto preferita. Tutti i materiali che esistono e con cui noi entriamo in contatto sono quindi costituiti
da particelle piccolissime chiamate atomi. L’unità strutturale di un elemento è l’atomo, ossia la più
piccola parte di un elemento che conserva le sue proprietà durante una reazione chimica a cui può
prendere parte. L’atomo di un elemento è costituito da una zona centrale chiamata nucleo, in cui
sono presenti particelle cariche positivamente (i protoni) e prive di carica (i neutroni). Intorno al
nucleo è presente una regione occupata da particelle di carica negativa (gli elettroni). Ogni atomo
differisce dagli altri per il numero di protoni, neutroni ed elettroni
Nel livello di organizzazione molecolare, i diversi elementi chimici si associano fra loro al fine di costituire composti con specifiche proprietà. Di questi elementi, idrogeno, ossigeno, carbonio e azoto costituiscono oltre il 99% di tutti gli atomi presenti nel corpo umano. La restante parte è composta principalmente da calcio, fosforo, potassio, sodio, zolfo, cloro, magnesio, ferro, iodio ed altri elementi presenti in tracce. ll termine molecola deriva da moles che significa mole, piccola quantità.
Per molecola si intende un insieme di atomi (dello stesso elemento o di elementi diversi) uniti da un legame chimico. Una molecola può essere caratterizzata da più atomi di un solo elemento chimico o da atomi di elementi diversi.
LIVELLO MOLECOLARE
Le molecole organiche sono quelle molecole contenenti carbonio che si trovano negli esseri viventi.
Una singola cellula batterica contiene circa 5000 tipi differenti di molecole. Queste migliaia di molecole sono costituite da pochi elementi (CHNOPS) e pochi tipi di molecole svolgono ruoli
fondamentali nei sistemi viventi. Negli organismi si trovano in grandi quantita` quattro tipi differenti di molecole organiche: i carboidrati (costituite dagli zuccheri), i lipidi (molecole non polari che
comprendono i grassi e le cere), le proteine (costituite da aminoacidi) e i nucleotidi (molecole complesse che giocano un ruolo chiave negli scambi energetici e che possono combinarsi per
formare molecole grandi dette acidi nucleici). Tutte queste molecole contengono carbonio, idrogeno e ossigeno; le proteine contengono anche azoto e zolfo, mentre i nucleotidi e alcuni tipi di lipidi
contengono azoto e fosforo.
LE BIOMOLECOLE
I glucidi sono chiamati anche carboidrati (= idrati di carbonio), in quanto per un atomo di carbonio vi è una quantità d'idrogeno e d'ossigeno equivalente ad una molecola d'acqua (CH2O).
I glucidi semplici o monosaccaridi più comuni sono costituiti da una catena di cinque (pentosi) o sei (esosi) atomi di carbonio. Sono
fondamentalmente importanti per due ragioni: forniscono l'energia necessaria alle attività biologiche delle cellule e, talvolta, hanno anche funzione strutturale e di sostegno meccanico. I carboidrati più semplici sono i monosaccaridi e i disaccaridi. I monosaccaridi principali sono il glucosio e il fruttosio. Il glucosio è il più importante e diffuso dei monosaccaridi, in quanto non solo è una molecola da cui derivano più o meno direttamente tutte le altre molecole biologiche, ma è una molecola energetica, che fornisce energia agli organismi con la sua
demolizione. I disaccaridi sono costituiti da due molecole di monosaccaridi combinate tra loro; i più comuni sono: saccarosio (o zucchero da tavola) che deriva dalla condensazione di una molecola di glucosio con una di fruttosio con eliminazione di H2O, maltosio (due molecole di glucosio) che si ottiene dall'idrolisi dell'amido dei cereali, e lattosio (glucosio e galattosio). I polisaccaridi sono formati dall'unione di diverse molecole di monosaccaridi. I più importanti sono: l'amido (amilosio più amilopectina), il glicogeno e la cellulosa. L'amido (α-glucosio), si può trovare nei legumi, patate, cereali, farinacei. Esso costituisce la fonte principale di materiale nutritivo con funzione energetica. . Il glicogeno è un polisaccaride di riserva degli animali accumulato soprattutto nel fegato. Ha una struttura molecolare di tipo α-glucosio. La cellulosa svolge funzioni meccaniche nelle cellule vegetali ed è formata da molecole di glucosio di tipo β-glucosio.
I GLUCIDI
I lipidi più comuni sono i grassi che otre a svolgere diverse funzioni biologiche, ricoprono un ruolo non poco importante come sostanza di riserva. Sono costituiti da due tipi di molecole, il glicerolo, che è un alcool con tre atomi di carbonio; e gli acidi grassi che sono catene alifatiche terminanti con un gruppo carbossilico. Si chiamano grassi saturi quelli privi di doppi legami, e polinsaturi quelli provvisti di doppi legami. I primi sono solidi e chiamati grassi, i secondi sono liquidi e chiamati oli. Il trigliceride si forma quando i tre gruppi ossidrilici (OH) del glicerolo (CH) si combinano (o esterificano) con i tre
carbossidrili dei tre acidi grassi (palmitico, stearico, oleico). I fosfolipidi sono dei particolari tipi di grassi che costituiscono la membrana citoplasmatica, in cui il glicerolo (CH) è legato solo a due molecole
d'acidi grassi e ad una molecola d'acido fosforico. Sono forniti di testa idrofila e coda apolare idrofoba.
Questa particolare struttura li rende idonei a formare le membrane biologiche che avvolgono le cellule
I LIPIDI
Le proteine sono le sostanze che costituiscono la maggior parte dei materiali da costruzione delle cellule; esse infatti entrano nella composizione delle membrane, del citoplasma, dei cromosomi ecc.
Oltre a questa funzione edificatrice, hanno anche significato di regolazione, sono infatti di natura proteica tutti gli enzimi; ma anche di difesa, poiché sono proteici tutti gli anticorpi. Le proteine sono lunghe catene (polimeri) costituite dagli amminoacidi, che si dispongono nelle catene proteiche
chiamate polipeptidi, sistemandosi in modo che vari da proteina a proteina rendendo possibili infinite combinazioni. Gli amminoacidi sono dei composti organici quaternari contenenti carbonio, idrogeno, ossigeno e azoto. Queste molecole sono formate da quattro gruppi d'atomi, tre dei quali sono costanti per tutti (gruppo carbossilico, gruppo amminico e idrogeno), mentre il quarto,
chiamato radicale, varia e conferisce la specificità ad ogni amminoacido.
LE PROTEINE
N.B. La struttura che conferisce funzione biologica alla proteina è la struttura terziaria per le proteine monomeriche (ovvero costituite da una catena polipeptidica) e la struttura quaternaria per le proteine oligomeriche (ovvero costituite da due o più catene
polipeptidiche).
Gli acidi nucleici sono le molecole che contengono l'informazione genetica, cioè l'insieme delle istruzioni necessarie alla
fabbricazione delle proteine. Ci sono due tipi di acidi nucleici: il DNA (Acido Desossirico Nucleico) che contiene l'informazione genetica, e l'RNA (Acido Ribo Nucleico) che provvede a tradurre l'informazione genetica nella struttura delle proteine.
Gli acidi nucleici sono costituiti da monomeri chiamati nucleotidi, il quale è costituito a sua volta da tre diverse molecole: una base azotata legata ad uno zucchero con cinque atomi di carbonio e ad un gruppo fosforico. Le basi azotate sono dei composti contenenti azoto e si distinguono in due gruppi: purine (adenina, guanina) e pirimidine (citosina, timina, uracile). Nel DNA le basi azotate si combinano in modo complementare: adenina con timina, guanina con citosina. La sua molecola è complessa, ed è formata da due catene di nucleotidi antiparallele fissate ad elica. Di RNA esistono tre tipi: l'RNA messaggero, che è contenuto nel nucleo e quello ribosomiale, che è snodato fra i ribosomi, sono formati da una sola catena di nucleotidi, mentre l'RNA transfer è formato da due catene come il DNA ma è più corto. Ci sono nucleotidi che svolgono funzioni fondamentali come l'ATP (adenosintrifosfato) che è una molecola energetica.
GLI ACIDI NUCLEICI
Il livello successivo all’organizzazione molecolare è l’organizzazione cellulare. Quando ci si riferisce alla cellula, si sta parlando della più piccola unità vivente del corpo umano. Ogni cellula possiede al suo interno tutta una serie di organuli in quantità differente, che
permetteranno a quest’ultima di svolgere funzioni differenti.
LIVELLO CELLULARE
La membrana plasmatica. La membrana plasmatica è il punto di separazione tra interno ed esterno della cellula.
La membrana cellulare. La membrana cellulare è di spessore molto ridotto.
Esso delimita il citoplasma e separa la cellula dall’ambiente esterno. Ma ciò non vuol dire che la cellula viene isolata. La membrana è infatti semipermeabile, ovvero possiede pori molto piccoli che permettono il passaggio di molecole semplici, tipo acqua , CO2, O2. Tuttavia, grazie ad alcuni meccanismi che la membrana e le parti che la compongono attuano, è possibile che la cellula assorbi anche molecole più
complesse. Ciò avviene attraverso le proteine di trasporto.
La membrana è perciò non solo semipermeabile, ma anche selettiva. I passaggi di sostanze avvengono dall’esterno all’interno e viceversa.
La membrana cellulare è costituita da un sandwich di fosfolipidi, proteine e colesterolo. Il colesterolo è un lipide inserito nel doppio strato lipoproteico con la funzione di rendere stabili i fosfolipidi alla temperatura corporea.Regola il flusso di soluti, ioni e molecole e determina l’identità cellulare.
LA MEMBRANA PLASMATICA
Il citoplasma è la sostanza, a prevalente struttura colloidale, compresa fra membrana plasmatica e membrana nucleare.
Nel citoplasma sono disciolte molecole di metaboliti più piccoli: le macromolecole. Queste possono rimanervi allo stato di soluzione o di gel, determinando così modificazioni nella fluidità citoplasmatica.
Il citoplasma comprende tutte le sostanze funzionanti della cellula (il protoplasma) ad eccezione del nucleo; consiste di una soluzione acquosa di enzimi e di altre macromolecole, ATP, trasportatori di
elettroni, aminoacidi, nucleotidi e sostanze inorganiche, come fosfati, sodio e potassio, in gran parte sotto forma di ioni. Tali enzimi facilitano reazioni chimiche generalizzate. Quando però si tratti di enzimi che potrebbero determinare la demolizione di strutture organizzate della cellula, oppure che richiedono una ordinata disposizione spaziale, allora la loro sede non è nel citoplasma ma all'interno di appositi organuli.
Il citoplasma è suddiviso da una rete di membrane, detta reticolo endoplasmico, continua con la membrana esterna dell'involucro nucleare, che ha la stessa struttura fondamentale della membrana cellulare e delle membrane nucleari. Il reticolo endoplasmico divide la cellula in compartimenti separati, rendendo possibile alla cellula stessa di differenziare prodotti chimici ed attività diverse. Molti degli
enzimi che compiono queste attività fanno parte della struttura lipoproteica delle membrane che formano il reticolo endoplasmico. Le molte pieghe del reticolo endoplasmico rappresentano una superficie sulla quale hanno luogo molte delle reazioni biochimiche cellulari.
IL CITOPLASMA
Il nucleo è una struttura esclusiva delle cellule eucarioti. Ha forma pressoché sferica, contiene il materiale genetico (cioè l'acido desossiribonucleico, o DNA) ed è il centro di controllo, che programma e coordina le varie attività della cellula. È formato da tre componenti fondamentali: la membrana nucleare, la cromatina e uno o più nucleoli.La membrana nucleare separa il nucleo dal citoplasma ed è formata da due membrane a doppio strato lipidico, ciascuna perforata da sottili pori. Questi regolano il passaggio delle grosse
molecole, in particolare proteine e RNA, tra il nucleo e il citoplasma; acqua, ioni e piccole molecole possono invece attraversarli liberamente.La materia liquida interna al nucleo è il plasma nucleare,
composto da una soluzione acquosa contenente ioni, enzimi, ribosomi e prodotti intermedi della sintesi di DNA e RNA.La cromatina è una sostanza dall'aspetto granulare, composta da lunghe molecole di DNA
associate a proteine (il termine cromatina, che significa "sostanza colorata", risale ai primi studi sul nucleo cellulare, quando, trattando la cellula con coloranti specifici, alcune regioni del nucleo risultavano
maggiormente colorate). Durante la divisione cellulare (quando le informazioni genetiche sono duplicate per essere trasmesse dalla cellula madre alla cellula figlia) la cromatina si addensa e forma strutture
compatte a forma di bastoncelli, i cromosomi ("corpi colorati"). Questi sono abbastanza grandi per essere osservati anche al microscopio ottico.Nel nucleo sono presenti anche uno o più nucleoli ("piccoli nuclei"), corpuscoli di forma tondeggiante preposti alla sintesi dell'RNA ribosomiale. Questo tipo di RNA si lega a determinate proteine prodotte nel citoplasma per formare le due subunità costitutive dei ribosomi , organuli che svolgono un ruolo importante nella sintesi delle proteine. I nucleoli scompaiono durante la divisione cellulare, in cui si verifica un rallentamento della sintesi di ribosomi; quando la cellula poi ritorna alle sue funzioni abituali, il materiale del nucleolo, momentaneamente disperso nel nucleo, si organizza nuovamente in un corpuscolo sferico
IL NUCLEO
Si definisce tessuto un insieme di
cellule uguali che svolgono tutte la
stessa funzione.
• Esistono 4 tipi fondamentali di
tessuti :
• Tessuto Epiteliale
• Tessuto Connettivo
• Tessuto Muscolare
• Tessuto Nervoso
LIVELLO TISSUTALE
Svolge compiti di rivestimento e di secrezione di sostanze, riveste lo strato superficiale della pelle e le pareti interne di strutture cave come lo stomaco e l’intestino.
Un tessuto epiteliale specializzato è quello che forma le ghiandole.
L’epitelio di rivestimento: copertura esterna
della pelle e degli organi interni; rivestimento delle cavità del corpo dei vasi sanguigni e delle parti interne degli apparati respiratorio, digerente, urinario e genitale.
Le cellule si presentano addossate le une alle altre; strati continui (singoli/multipli). Le cellule presentano
– Superficie apicale – Superfici laterali
– Superficie basale – membrana basale (proteine)
• Privi di vasi sanguigni
• Fibre nervose
• Staminali epiteliali: rinnovo cellulare
IL TESSUTO EPITELIALE
Disposizione in strati
– Semplice (alveoli- vasi sanguigni) – Pseudostratificato ( trachea)
– Stratificato
• Cheratinizzato (epidermide)
• Non cheratinizzato (bocca, cornea, vagina, esofago)
Forma cellule
– Squamose - piatte
– Cubiche – con o senza microvilli –
secrezione/assorbimento
– Colonnari - protezione
– Transizione – cambiano
forma
L'epitelio pavimentoso stratificato cheratinizzato svolge al massimo la funzione protettiva, grazie alla presenza nelle cellule degli strati più superficiali di una sostanza, la cheratina, che gli attribuisce notevoli caratteristiche di resistenza meccanica.
• Le cellule producono: cheratina, principale costituente
di peli, capelli ed unghie ,setole dei maiali, degli zoccoli delle mucche, delle corna del rinoceronte, della lana e delle piume degli uccelli e melanina, difende il genoma
dall'azione nociva dei raggi ultravioletti(assorbendo e respingendo parte delle radiazioni solari).
• Per difendersi dalle radiazioni solari, l'organismo avvia inoltre
un processo ausiliario che stimola la proliferazione dello strato
corneo, favorendo l'ispessimento dell'epidermide.
Partendo dalla porzione profonda verso la superficie si possono riconoscere 5 strati distinti: basale o germinativo, è lo strato più profondo dell'epidermide ed è sostenuto da una membrana basale che lo separa dal derma sottostante. E' costituito da un singolo strato di cellule cubiche o cilindriche, ancorate alla membrana basale mediante giunzioni dette emidesmosomi. Le cellule che formano questo strato sono parzialmente indifferenziate; paragonabili di fatto a cellule staminali, sono quindi oggetto di una intensa attività mitotica.Proprio per il fatto di essere indifferenziate, queste cellule sono in grado di moltiplicarsi, dividendosi per mitosi e rimpiazzando le cellule superficiali della pelle, perse o desquamate durante la giornata. Lo strato spinoso, E' uno strato spesso, formato da più file di cellule poliedriche, date dalla divisione del sottostante strato germinativo. Tali cellule (chiamate cheratinociti) risalgono gradualmente verso la superficie; durante tale migrazione il citoplasma delle cellule epiteliali più superficiali si riempie progressivamente dei
precursori della cheratina (componente basilare di peli ed unghie).A livello delle giunzioni tra le varie cellule, i filamenti di cheratina assomigliano vagamente a delle spine, da cui il nome "strato spinoso". Tali punti di contatto vengono chiamati desmosomi. Lo strato granulare o granuloso, I cheratinociti, più appiattiti rispetto allo strato spinoso sottostante, contengono nel loro citoplasma numerosi granuli di cheratoialina, da cui il nome "strato granuloso".I nuclei mostrano segni di degenerazione, le cellule sono meno vitali ma continuano a produrre la cheratina, che si accumula nella cellula stessa rendendola meno permeabile. Lo strato lucido si trova solo nella cute spessa (palmo della mano e pianta dei piedi). E' formato da cheratinociti ripieni di cheratina e strettamente adesi tra di loro, ormai privi di nucleo ed organuli. Lo strato corneo è' lo strato più superficiale dell'epidermide. Chiamato volgarmente cute, è costituito da molti strati di cellule estremamente appiattite e embricate tra loro (disposte, cioè, come le tegole di un tetto), generalmente morte e disposte su più strati. In linea generale si possono considerare due porzioni: una più profonda e compatta in cui le cellule (corneociti) sono unite tra loro, ed uno superficiale in cui le cellule (dette squame cornee) sono disgiunte e tendono a staccarsi per desquamazione.
