linx_Biologia concetti e collegamenti_primo biennio by Sandra Soi

Gli strumenti del corso Il manuale Le idee fondanti della biologia Il mondo dei viventi rivela alcune proprietà comuni, che costituiscono le idee fondanti della biologia. Tenere a mente questi concetti generali, nel corso del tuo studio, ti aiuterà a non perdere di vista gli aspetti essenziali che caratterizzano la vita e a cogliere i nessi tra le singole conoscenze.

Nell’ introduzione del corso troverai una panoramica sulle idee fondanti della biologia. Questi concetti saranno poi ripresi in ogni Unità del libro, attraverso una presentazione iniziale e alcune domande conclusive di riflessione.

CONCETTI della biologia e COLLEGAMENTI col quotidiano Studiare la biologia è importante non solo per apprendere i concetti fondamentali che riguardano il mondo vivente, ma anche perché essa ha molti risvolti pratici che riguardano la nostra vita quotidiana.

Ogni paragrafo del libro espone un particolare concetto , dichiarato nel titolo. La suddivisione del testo in brevi paragrafi-concetto ti aiuterà a seguire il filo del discorso e a memorizzare le informazioni essenziali.

I collegamenti affrontano temi, come quelli della salute e dell’ambiente, rilevanti per la società e la nostra vita quotidiana. Il box Ricerca e condividi presenta un argomento di attualità come spunto per il pensiero critico e il lavoro di gruppo.

Contenuti digitali integrativi ITE

Il corso fa parte del Pearson Learning System, il sistema per l’apprendimento che unisce libro di testo e materiali digitali integrativi.

L’Interactive Tablet Edition è la versione digitale interattiva del corso, disponibile online e utilizzabile su qualsiasi tablet, iPad o Android, e su tutti i computer.

Per accedere ai contenuti digitali integrativi online collegatevi al sito pearson.it/digitale e seguite le istruzioni.

I materiali digitali integrativi sono attivabili grazie ad apposite icone in pagina: n le icone tutor segnalano la presenza di strumenti di aiuto allo studio e alla comprensione del testo; n le icone plus si riferiscono a materiali di ampliamento e approfondimento.

Analisi visuale e ampi quadri di sintesi

Strumenti e metodi della biologia Per “fare scienza” occorrono strumenti, tecniche d’indagine e metodi ben precisi. Conoscerli ti aiuterà a capire in che cosa consiste l’attività degli scienziati, e dei biologi in particolare, e a sviluppare competenze utili per valutare con consapevolezza molti temi scientifici di attualità.

L’esame di fotografie, schemi e modelli è essenziale per lo studio della biologia. Le immagini aiutano a imparare, a organizzare le informazioni e a ricordarle.

I paragrafi Osservare per capire esplorano concetti importanti attraverso l’analisi di immagini.

I paragrafi Strumenti e metodi illustrano particolari strumenti o metodologie usate nella ricerca biologica.

Le Visioni d’insieme sintetizzano alcuni argomenti mediante tabelle riassuntive e visualizzazioni schematiche.

Le figure Esperimento presentano importanti esperimenti nella storia della scienza, mettendo a fuoco i passaggi del metodo scientifico.

DIDASTORE

LIMBOOK plus

Un’ampia offerta di materiali digitali integrativi per uno studio e una didattica flessibili, personalizzati e condivisi.

È un DVD-Rom per il docente che contiene la versione digitale sfogliabile dei volumi, attivata con i medesimi contenuti dell’ITE, più una sezione di materiali per consentire la personalizzazione di lezioni e verifiche.

Il Didastore è composto da tre ambienti:

Archivio n repertorio di materiali e oggetti di apprendimento, con una mediateca dedicata alle risorse multimediali; Palestra n batterie di esercizi e di attività didattiche interattive; Docente n area dedicata all’insegnamento, con la Guida del corso,

materiali didattici e la possibilità di creare gruppi di studio o classi virtuali.

III

Indice

Unità

introduzione

Le idee fondanti della biologia 1 La biologia è la scienza della vita

2 La biologia studia la vita a diversi livelli

3 La biologia è riconducibile ad alcune idee fondanti Test d’ingresso

1 2 4 6 15

Le molecole della vita 1 Elementi, composti e legami 2 I carboidrati collegamenti » salute I dolcificanti contenuti nei prodotti industriali possono portare all’obesità?

3 I lipidi collegamenti » salute Gli steroidi anabolizzanti sono pericolosi?

4 Le proteine 5 Gli acidi nucleici Sintesi dell’unità Test di verifica Palestra delle competenze

Contenuti digitali integrativi

tutor

Test interattivo

Animazioni (6)

17 18 25

26 28 29 30 34 36 37 38

Video Tutor (8) Sintesi audio Glossario multimediale Mappe interattive Test interattivi

plus Entra nell’esperimento • Semplici molecole e un po’ di energia sono all’origine della vita sulla Terra? Schede di laboratorio • Scopriamo dove si trovano le proteine • Studiamo gli effetti delle piogge acide Interactive Self-Quiz

indice

Unità

Viaggio all’interno della cellula 1 Introduzione alla cellula 2 Le strutture cellulari

coinvolte nella sintesi e nella demolizione delle molecole

3 Gli organuli che forniscono energia alla cellula

Unità

La cellula al lavoro 39 40

46 50

4 Le strutture che danno

1 Struttura e funzioni della membrana plasmatica

2 La cellula e l’energia 3 Come funzionano gli enzimi Sintesi dell’unità Test di verifica Palestra delle competenze

Unità 61 62 68 76 78 80

Come si dividono le cellule: mitosi e meiosi 1 La divisione cellulare e la riproduzione

2 Il ciclo cellulare delle cellule

81 82

eucariote e la mitosi

collegamenti » salute Una divisione cellulare incontrollata può portare allo sviluppo di tumori?

sostegno alla cellula e ne consentono il movimento

collegamenti » salute Che cosa succede se ciglia e flagelli non si muovono come dovrebbero?

e della struttura dei cromosomi

100

collegamenti » salute Quale difetto genetico dà luogo alla sindrome di Down?

101

Sintesi dell’unità Test di verifica Palestra delle competenze

104 105 106

collegamenti » salute Gli steroidi anabolizzanti sono pericolosi?

5 Gli acidi nucleici Sintesi dell’unità Test di verifica Palestra delle competenze

3 La meiosi e il crossing over 4 Le alterazioni del numero

34 58 59 60

tutor

Animazioni (6)

Animazioni (7)

Animazioni (1)

Sintesi audio

Video Tutor (1)

Glossario multimediale

Sintesi audio

Mappe interattive

Glossario multimediale

Test interattivi

Mappe interattive

Test interattivi

plus

Entra nell’esperimento • Le cellule animali hanno la capacità di aderire tra loro in modo selettivo?

Entra nell’esperimento • Come reagiscono le cellule animali immerse in soluzioni a diversa concentrazione?

Entra nell’esperimento • Quanto dura la sottofase S del ciclo cellulare?

Schede di laboratorio • Osserviamo la struttura e le funzioni delle cellule • Osserviamo le cellule specializzate Interactive Self-Quiz

Schede di laboratorio • Osserviamo la respirazione cellulare • Osserviamo la fotosintesi • Misuriamo l’effetto della temperatura sull’attività degli enzimi Interactive Self-Quiz

Schede di laboratorio • Simuliamo la meiosi Interactive Self-Quiz

Unità

L’ereditarietà dei caratteri e la genetica mendeliana 107 1 Le leggi di Mendel

108

collegamenti » salute Quando si possono diagnosticare le malattie genetiche? 118

2 L’estensione della genetica

mendeliana 120

3 Le basi cromosomiche

dell’ereditarietà 124

4 I cromosomi sessuali

e i caratteri legati al sesso

128

collegamenti » salute Perché alcune malattie colpiscono soprattutto i maschi? 131

Sintesi dell’unità Test di verifica Palestra delle competenze

132 133 134

Evoluzione e classificazione dei viventi 1 La Terra primordiale e l’origine della vita

Unità

Procarioti, protisti, piante e funghi 135 136

2 Darwin e la teoria

dell’evoluzione 142

3 La filogenesi e l’albero della vita

4 I cromosomi sessuali

e i caratteri legati al sesso

1 I procarioti

128

156 157 158

159 160

collegamenti » salute In che modo i batteri provocano gravi malattie? 164 collegamenti » ambiente I procarioti aiutano a ripulire l’ambiente

2 I protisti

collegamenti » salute Perché alcune malattie colpiscono soprattutto i maschi? 131

Sintesi dell’unità Test di verifica Palestra delle competenze

collegamenti » salute Da che cosa è causata la malaria?

3 Le piante 4 I funghi Sintesi dell’unità Test di verifica Palestra delle competenze

tutor

Animazioni (2)

Animazioni (1)

Animazioni (3)

Sintesi audio

Video Tutor (1)

Glossario multimediale

Sintesi audio

Mappe interattive

Glossario multimediale

Test interattivi

Mappe interattive

165 166 170 172 182 186 187 188

Test interattivi

plus

Entra nell’esperimento • La forma del seme di pisello dipende da un gene che si trova in uno dei due gameti?

Entra nell’esperimento • Quando le condizioni ambientali cambiano, i fringuelli sono sottoposti alla selezione naturale?

Entra nell’esperimento • La forma del fiore influenza il successo riproduttivo?

Schede di laboratorio • Osserviamo alcuni fenotipi

Schede di laboratorio • Misuriamo la variabilità in una popolazione

Schede di laboratorio • Studiamo i batteri • Confrontiamo gli adattamenti di muschi e felci

Interactive Self-Quiz

Introduzione: le idee fondanti della biologia Corbis-42-16546108

Corbis-JA006642

Le cellule sono le unità di base degli esseri viventi.

Nel tempo la vita evolve e si diversifica.

i d el l a b i o

co g e dic e net ico

ia log

o e v lu de ar ll a

ione r ea z i stimoli l g a m eo s ta si o e

I viventi reagiscono agli stimoli e mantengono cl costante ip o v ro i t l’ambiente du ale interno. zio I viventi hanno ne un ciclo vitale e si riproducono.

a rm ne fo nzio

id a e e fond

Corbis-42-23920456

A ogni struttura biologica corrisponde una specifica funzione.

bas i c e llu l ar d e l l a v i ta i

ne o zi tà ie ita v

Corbis-42-50845394

bio a m a i sc er a t a di m gi r e ed en

Corbis-42-44128552 Corbis-42-46621430

I viventi scambiano materia ed energia con l’ambiente.

Corbis-SC-075-0167

I viventi si sviluppano in base a un codice genetico universale.

2 | La biologia studia la vita a diversi livelli

3 | La biologia è riconducibile ad alcune idee fondanti

o studio della vita si estende dalla scala globale della biosfera fino a quella microscopica delle cellule e delle molecole, attraverso i vari livelli di organizzazione biologica (Figura 3). Al livello più alto, quello della biosfera 1 , troviamo tutti gli ambienti che supportano la vita sul nostro pianeta: gran parte delle terre emerse, i corpi d’acqua e lo strato inferiore dell’atmosfera. Uno sguardo più ravvicinato a uno di questi ambienti ci porta al livello di ecosistema 2 , che comprende tutti gli organismi viventi in una particolare area e le componenti non viventi, come l’aria, il suolo, l’acqua e la luce del sole. L’intero complesso degli organismi che vivono in un particolare ecosistema è chiamato comunità 3 . La comunità che vive nell’ecosistema forestale mostrato nella figura comprende i lemuri catta e le piante di aloe di cui si stanno nutrendo, ma anche molte altre piante, uccelli, camaleonti, un’enorme varietà di insetti, funghi, protisti e batteri. Ognuna di queste forme di vita appartiene a una particolare specie, presente nella comunità con una propria popolazione di individui. Possiamo quindi definire la popolazione come l’insieme di tutti gli individui appartenenti a una determinata specie che vivono in una particolare area, per esempio tutti i lemuri catta che vivono nella foresta del Madagascar 4 . Il livello di organizzazione immediatamente al di sotto della popolazione è quello di organismo, cioè un singolo essere vivente 5 . Per un animale complesso, come il lemure, l’organizzazione gerarchica prevede ulteriori livelli. Un sistema di organi 6 , come il sistema nervoso o circolatorio, consiste di diversi organi 7 che cooperano per svolgere specifiche funzioni. Nel sistema nervoso, per esempio, gli organi principali sono il cer-

q Figura 3

2 | La biologia studia la vita a diversi livelli

Madagascar

La biosfera è la porzione di superficie terrestre che ospita la vita. Comprende gran parte delle terre emerse, i corpi d’acqua e lo strato inferiore dell’atmosfera.

L’ecosistema è formato dalle interazioni tra le componenti viventi (tutti gli organismi che vivono in una particolare area) e non viventi (i fattori chimico-fisici come l’acqua, il suolo e la luce solare) dell’ambiente, in questo caso una foresta del Madagascar.

1 | La biologia è la scienza della vita

bassa

La comunità è l’insieme di tutti gli organismi che vivono in un ecosistema. I lemuri catta e l’aloe sono due delle molte specie presenti nelle foreste del Madagascar.

La popolazione include tutti gli individui di una particolare specie che vive in un’area, in questo caso un gruppo di lemuri catta.

atomo

Una molecola, come il DNA, è un gruppo di atomi tenuti insieme da legami chimici.

introduzione: le idee fondanti della biologia

vello e il midollo spinale che, grazie ai nervi, ricevono messaggi dalle altre parti del corpo e coordinano le attività dell’organismo come, nel caso del lemure, la capacità di arrampicarsi e saltare. Un organo è a sua volta composto da molti tessuti diversi, ognuno dei quali è costituito da gruppi di cellule simili che svolgono una specifica funzione 8 . La cellula 9 è l’unità fondamentale della vita. Ogni cellula è separata dall’ambiente circostante per mezzo di una membrana e ospita al suo interno diverse strutture dette organuli cellulari. Un organulo è una struttura racchiusa a sua volta da una membrana che svolge una funzione specifica all’interno della cellula, come il nucleo colorato in viola nel neurone della figura 10 . Infine, scendendo un altro gradino della scala gerarchica, raggiungiamo il livello delle molecole. Una molecola è un gruppo di atomi tenuti insieme da legami chimici. Il DNA (acido desossiribonucleico), contenuto nel nucleo cellulare, è la molecola dell’ereditarietà, in quanto contiene il progetto necessario per costruire le altre molecole dell’organismo e trasmettere tali informazioni di generazione in generazione. Nel piccolo segmento di DNA mostrato nella figura 11 , ogni sfera rappresenta un atomo, l’unità elementare della materia. Se percorriamo a ritroso i vari livelli, dalle molecole alla biosera, ci rendiamo conto che occorrono moltissime molecole per costruire le diverse componenti di una cellula; bisogna poi assemblare molte cellule per fare un tessuto e diversi tipi di tessuto per fare un organo, e così via. I sistemi viventi sono sistemi complessi. Ciò significa che a ogni livello dell’organizzazione gerarchica della vita emergono nuove proprietà, che non erano presenti al livello inferiore. La vita, per esempio, “emerge” a livello della cellula, ma una provetta piena di organuli cellulari non contiene vita. Queste proprietà emergenti illustrano un tema importante della biologia, che può essere riassunto con la frase: «l’intero è sempre maggiore della somma delle sue parti». Le proprietà emergenti di ciascun livello derivano dalla specifica organizzazione e dalle interazioni delle parti che lo compongono. Un organulo è una struttura racchiusa da una membrana che svolge una funzione specifica all’interno della cellula. Un esempio è il nucleo delle cellule eucariote, che contiene le molecole di DNA.

nucleo

La cellula è la più piccola unità funzionale degli esseri viventi. È delimitata da una membrana plasmatica che racchiude varie strutture, dette organuli cellulari. Il neurone è caratterizzato da un lunghissimo e sottile prolungamento chiamato assone.

midollo spinale

cervello

Un tessuto è costituito da gruppi di cellule simili che svolgono una specifica funzione. Il tessuto nervoso dell’esempio è formato da milioni di cellule nervose interconnesse, chiamate neuroni.

nervo

L’organismo è il singolo essere vivente, nell’esempio citato un esemplare della specie Lemur catta.

Un sistema di organi comprende vari organi che cooperano per svolgere una specifica funzione. I principali organi del sistema nervoso sono il cervello, il midollo spinale e i nervi.

Un organo, in questo caso il cervello, è costituito da vari tipi di tessuto.

3 | La biologia è riconducibile ad alcune idee fondanti

Le idee fondanti della biologia

bbiamo visto che la biologia studia la vita applicando il metodo scientifico e che la ricerca biologica può essere condotta a diversi livelli di organizzazione dei viventi. Ma che cos’è la vita, l’oggetto studio peculiare dei biologi? Che cosa distingue gli uccelli della Figura 4 dalla scogliera su cui sono posati? Più in generale, che cosa distingue un essere vivente da un oggetto inanimato? Per secoli, filosofi e scienziati hanno cercato di fornire una definizione universalmente accettata di che cosa sia la vita. Oggi i biologi concordano sul fatto che, per essere inclusi tra i viventi, gli organismi devono possedere determinate caratteristiche. Queste proprietà, già anticipate nella prima pagina di questa introduzione, sono: 1 basi cellulari della vita: le cellule sono le unità di base degli esseri viventi; 2 forma e funzione: a ogni struttura biologica corrisponde una specifica funzione; 3 codice genetico: i viventi si sviluppano in base a un codice genetico universale; 4 scambio di materia ed energia: i viventi scambiano materia ed energia con l’ambiente; 5 ciclo vitale e riproduzione: i viventi hanno un ciclo vitale e si riproducono; 6 reazione agli stimoli e omeostasi: i viventi reagiscono agli stimoli e mantengono co-

stante l’ambiente interno;

1 | La biologia è la scienza della vita

2 | La biologia studia la vita a diversi livelli

7 evoluzione e varietà della vita: nel tempo la vita evolve e si diversifica.

basi cellulari della vita

forma e funzione

codice genetico

Gli organismi possiedono una struttura altamente organizzata costituita da una o più cellule. La cellula è l’unità più semplice della vita che conserva tutte le sue proprietà tipiche. Ogni singola cellula, infatti, nasce, cresce, consuma energia, si riproduce, e così via. Le cellule di tutti gli organismi sono fatte delle stesse molecole biologiche: carboidrati, proteine, lipidi e acidi nucleici.

Ogni struttura biologica, a tutti i livelli di organizzazione, svolge una specifica funzione dalla quale dipende la sua stessa forma. Le foglie dei cactus, per esempio, si sono trasformate in spine per proteggere la pianta dai predatori e da un’eccessiva perdita d’acqua.

Le informazioni per lo sviluppo e il mantenimento degli organismi sono custodite all’interno delle molecole di DNA. Tali istruzioni sono “scritte” utilizzando un codice genetico universale, identico in tutti gli organismi che vivono sulla Terra.

scambio di materia ed energia

ciclo vitale e riproduzione

reazione agli stimoli e omeostasi

evoluzione e varietà della vita

Gli organismi ricavano dall’ambiente le sostanze e l’energia necessarie per le proprie funzioni vitali e rilasciano nell’ambiente le sostanze e il calore prodotti dal metabolismo.

introduzione: le idee fondanti della biologia

Figura 4

Le proprietà che definiscono la vita ricorrono in ogni aspetto della biologia e possono quindi essere considerate le idee fondanti di questa disciplina. Si tratta, cioè, di concetti molto generali che unificano la grande mole di nozioni e di dati, in continuo aumento. Tenere a mente questo, nel corso del tuo studio, ti aiuterà a non perdere di vista gli aspetti essenziali che caratterizzano il mondo vivente e a cogliere i nessi tra le singole conoscenze. Per questo motivo, in ogni unità del libro i temi affrontati saranno collegati alle idee fondanti più direttamente coinvolte, attraverso una presentazione iniziale e alcune domande conclusive di riflessione.

Gli organismi hanno un ciclo vitale – cioè nascono, crescono e muoiono – e hanno la capacità di riprodursi, dando origine a nuovi individui con caratteristiche simili.

Tutti i viventi recepiscono gli stimoli esterni, producendo risposte più o meno elaborate a seconda della loro complessità. Alcune reazioni alle variazioni ambientali sono volte a mantenere l’omeostasi, cioè la relativa stabilità dell’ambiente interno. Per esempio, i meccanismi di termoregolazione in molti animali permettono di mantenere la temperatura corporea entro determinati valori nonostante le variazioni della temperatura esterna.

La vita è nata circa 3,5 miliardi di anni fa. Dai primi semplici organismi, formati da una sola cellula, attraverso modificazioni successive si sono evoluti organismi sempre più complessi. Alcuni nel tempo, si sono estinti e possiamo conoscerli solo grazie ai fossili. Altri, invece, sono sopravvissuti dando origine alle specie attuali.

c e llu l a r basi i l d e l a v ita

Le cellule sono le unità di base degli esseri viventi

A 3 | La biologia è riconducibile ad alcune idee fondanti

nche se esistono milioni di forme di vita differenti, tutti gli organismi, dal semplice batterio all’essere umano, hanno qualcosa che li accomuna: sono costituiti da una o più cellule. La cellula, infatti, occupa un posto speciale nella gerarchia dell’organizzazione biologica, in quanto corrisponde al livello in cui emergono le proprietà specifiche dei viventi. La cellula è la struttura più semplice in grado di compiere tutte le attività necessarie per la vita, come regolare l’ambiente interno, assorbire e utilizzare energia, reagire agli stimoli e riprodursi. Inoltre, la capacità di generare nuove cellule è alla base di tutti i tipi di riproduzione, così come dei processi di crescita e di riparazione degli organismi composti da più cellule.

2 | La biologia studia la vita a diversi livelli

La teoria cellulare Le prime osservazioni di cellule al microscopio si devono allo scienziato inglese Robert Hooke, a metà del XVII secobassa lo. Hooke notò che il sughero era composto da un gran numero di minuscole celle rettangolari giustapposte, che rappresentò nell’illustrazione di Figura 5 e alle quali diede il nome di “cellule”. Tuttavia, solo due secoli più tardi cominciò a farsi strada l’ipotesi che le cellule potessero essere universalmente presenti nei tessuti viventi. Nel 1838 il botanico tedesco Matthias J. Schleiden affermò che tutte le piante erano composte da cellule e che le cellule erano l’unità fondamentale della vita; l’anno successivo il fisiologo tedesco Theodor Schwann ampliò questo concetto includendo anche tutti gli animali. Schwann osservò Q Figura 5 anche la membrana cellulare e notò che i diversi tessuti erano costituiti da tipi di cellule differenti. Nel 1860, il medico austriaco Rudolf Virchow scrisse: «Ogni animale appare come la somma di unità vitali, ciascuna delle quali reca in sé tutte le caratteristiche della vita». Inoltre, Virchow ipotizzò che tutte le cellule derivassero da altre cellule. Queste osservazioni sono alla base della moderna teoria cellulare, secondo la quale tutti gli organismi sono costituiti da cellule e tutte le cellule hanno origine da altre cellule.

1 | La biologia è la scienza della vita

q Figura 6

Due tipi di cellule Le cellule hanno molte caratteristiche in comune; per esempio, sono tutte circondate da una membrana che regola gli scambi di materiali con l’ambiente circostante e utilizzano tutte il DNA come archivio dell’informazione genetica. Esistono due tipi fondamentali di cellule (Figura 6): le cellule procariote, tipiche degli organismi chiamati comunemente batteri, e le cellule eucariote, da cui sono costituite forme di vita come le piante, gli animali e i funghi. Una cellula procariote è molto più semplice e generalmente più piccola di una cellula eucariote. Quest’ultima, infatti, è suddivisa, grazie a un sistema di membrane interne, in molti compartimenti funzionali diversi, denominati organuli. Esiste una grande varietà di cellule, con forme e dimensioni differenti. Molti organismi sono fatti di una sola cellula e vengono chiamati, per questo, unicellulari; altri sono composti da più cellule, spesso specializzate a compiere diverse funzioni, e vengono detti pluricellulari. Sono unicellulari tutti i procarioti e alcuni eucarioti. I pluricellulari comprendono la maggior parte degli eucarioti.

A ogni struttura biologica corrisponde una specifica funzione Quando costruiamo un oggetto che deve svolgere una funzione particolare, conferiamo a esso una forma che è adatta a quel compito: un cacciavite è fatto così perché deve avvitare e svitare e un martello deve la propria forma alla funzione di piantare i chiodi. A causa della loro forma, questi attrezzi non sono intercambiabili. In modo analogo, le strutture biologiche, a tutti i livelli di organizzazione, hanno una forma che è strettamente correlata alla funzione che devono svolgere. Per esempio, le cellule che compongono i muscoli degli animali hanno la forma di fibre allungate per consentire la contrazione muscolare che permette il movimento. In modo analogo, a un livello di organizzazione superiore, le ali del colibrì possono ruotare in tutte le direzioni grazie a un’articolazione particolarmente mobile, bassa che permette all’uccello di volare all’indietro o di rimanere fermo sul posto mentre si nutre del Figura 7 nettare dei fiori (Figura 7).

co d i c e g e n e t i co

introduzione: le idee fondanti della biologia

fo r m a e fu n zi o n e

I viventi si sviluppano in base a un codice genetico universale All’interno di una cellula, sia essa procariote o eucariote, migliaia di reazioni chimiche avvengono contemporaneamente. Specifiche molecole devono essere prodotte e degradate in momenti particolari della vita cellulare e i prodotti finali di tali reazioni devono essere trasferiti esattamente nel luogo in cui svolgeranno il loro compito. Le attività della cellula devono essere finemente regolate e attuate secondo un programma dettagliato. Tutte queste informazioni sono contenute nelle molecole di DNA, custodite all’interno del nucleo delle cellule (Figura 8). Il DNA controlla l’intera attività cellulare, dirigendo la produzione di proteine come enzimi, ormoni, proteine di trasporto; per svolgere questo controllo utilizza un codice genetico che è praticamente identico in tutti gli esseri viventi. Ogni molecola di DNA viene idealmente ripartita in unità funzionali, i geni, ognuno dei quali sovrintende alla produzione di una specifica proteina. L’insieme dei geni di un organismo è detto genoma; nei procarioti è costituito da un’unica molecola di DNA circolare, contenuta nel citoplasma, mentre negli eucarioti da diverse molecole che si trovano nel nucleo. Quando una cellula si riproduce, dividendosi in due, il DNA viene duplicato per essere trasmesso alle cellule figlie: in questo modo le informazioni genetiche vengono ereditate da una generazione cellulare all’altra (Figura 9).

non posso ingrandirla di più... sostituiamo?

Q Figura 8

Figura 9

Test d'ingresso Svolgi il test per verificare le tue preconoscenze. Per ciascuna affermazione indica se è vera [V] o falsa [F]. 1 Una molecola è formata da atomi di almeno due elementi diversi. V F 2 Il carbonio è l’elemento fondamentale delle molecole biologiche. V F 3 La vita ha avuto origine sulla Terra circa 2 miliardi di anni fa. V F 4 Solo gli organismi eucarioti sono formati da cellule. V F 5 Per riprodursi, una cellula si divide in due cellule figlie, geneticamente identiche alla cellula madre. V F

13 Gli organismi raffigurati in questa fotografia al microscopio sono: A eucarioti. b funghi. c protisti. d batteri. 14 Che cosa hanno in comune un gambero, un ragno e uno scarafaggio? A Hanno tutti il corpo ricoperto da un esoscheletro. b Hanno tutti quattro paia di zampe. c Sono tutti dotati di un pungiglione velenoso. d Vivono tutti in ambienti acquatici. 15 Osserva le seguenti figure e indica quale affermazione descrive meglio la complessità di un ecosistema.

6 La maggior parte delle specie animali appartiene al gruppo dei vertebrati. V F 7 In un ecosistema funghi e batteri svolgono il ruolo di produttori di materia organica. V F 8 Grazie alla fotosintesi, le piante sono in grado di trasformare l’energia proveniente dal Sole in energia chimica. V F 9 Gli organismi raffigurati assorbono sostanze nutritive dal terreno come le piante, ma sono eterotrofi come gli animali. V F

10 I gameti hanno lo stesso patrimonio genetico delle altre cellule dell’organismo. V F

A L a comunità delle zebre e delle giraffe interagisce

b Il clima e la vegetazione creano le condizioni ideali

c Le zebre e le giraffe, nutrendosi di erba, contribuiscono

d Le componenti viventi e non viventi della savana

con altre specie presenti nella savana. per la vita delle zebre e delle giraffe.

a mantenere l’equilibrio dell’ambiente savana.

contribuiscono a mantenere l’equilibrio dell’ambiente in cui vivono le zebre e le giraffe.

11 La respirazione cellulare si svolge: A nei cloroplasti. B nei mitocondri. C nei vacuoli. D nel nucleo.

16 Che differenza c’è tra un organismo autotrofo e uno eterotrofo? A Un organismo eterotrofo è in grado di compiere la respirazione cellulare, uno autrotrofo no. b Un organismo eterotrofo è in grado di compiere la fotosintesi, uno autotrofo no. c Un organismo autotrofo è in grado di compiere la fotosintesi, uno eterotrofo no. d Un organismo autotrofo è in grado di utilizzare l’ossigeno, uno eterotrofo no.

12 Quali sono i tre componenti comuni a tutti i tipi di cellule? A La parete cellulare, i mitocondri e il nucleo. b La parete cellulare, gli organuli cellulari e il DNA. c La membrana cellulare, il citoplasma e il DNA. d La membrana cellulare, il citoplasma e il nucleo.

17 Quale dei seguenti gruppi comprende solo animali vertebrati? A Giraffa, squalo, rana, fagiano e serpente. b Scimmia, pesce rosso, rospo, piccione e aragosta. c Ornitorinco, corallo, trota, aquila, riccio di mare. d Anguilla, cervo, mantide, serpente, uomo.

Barra la risposta o il completamento corretti.

Come si dividono le cellule: mitosi e meiosi

Unità

l lu l a r i d e ba s i c e lla vit a I temi dell'unità ci

1 La divisione cellulare e la riproduzione

ev e ar vo iet lu à

La meiosi produce gameti aploidi geneticamente variabili a partire da cellule diploidi.

4 Le alterazioni del numero e della struttura dei cromosomi Errori nella divisione cellulare possono generare organismi con un numero errato di cromosomi o con alterazioni strutturali dei cromosomi.

fon

ti d

ella biologia

ma fo r i o n e z un ef

RISPOSTA AG e ome LI ST I o s tas MOL i I

Le i d e e

m at e r i a BI O di M A S C e d e n e rg i a

3 La meiosi e il crossing over

one uzi od ipr er

Durante il ciclo cellulare le cellule duplicano il proprio materiale genetico e si dividono seguendo una serie ordinata di passaggi.

2 Il ciclo cellulare delle cellule eucariote e la mitosi

e ita on a v i z ll de

o vi

La divisione cellulare è alla base di molti importanti processi del mondo vivente.

CO G E N DI C E E TIC O

Unità

tema

4 1 La divisione cellulare e la riproduzione La divisione cellulare è alla base di molti importanti processi del mondo vivente. concetto 1

4 Le alterazioni del numero e della struttura dei cromosomi

1 La divisione cellulare e la riproduzione

2 Il ciclo cellulare delle cellule eucariote e la mitosi

3 La meiosi e il crossing over

Q Figura 1A

Il simile genera il simile, più o meno... a capacità di riprodursi è una delle caratteristiche che meglio distinguono gli esseri viventi dai non viventi. Per esempio un organismo unicellulare come l’ameba (Figura 1A) può generare soltanto altre amebe, mentre gli esseri umani possono generare soltanto altri esseri umani. Questo aspetto così ovvio è noto da migliaia di anni e si può efficacemente riassumere nella massima «il simile genera il simile». In senso stretto, questo è però vero soltanto per gli individui che compiono una riproduzione asessuata , ossia quelli che si riproducono senza ricorrere a cellule uovo e spermatozoi. Per riprodursi, gli organismi unicellulari come l’ameba duplicano i propri cromosomi (ovvero le strutture contenenti gran parte del DNA cellulare). Dopo la duplicazione, i cromosomi identici migrano ai poli opposti della cellula madre che, successivamente, si divide in due. Le due amebe figlie conterranno gli stessi cromosomi e saranno, quindi, geneticamente identiche tra loro. Nella riproduzione asessuata il principio di ereditarietà è semplice: i figli ereditano il DNA di un solo genitore, di cui sono copie esatte. La fotografia della famiglia nella Figura 1B dimostra che, nelle specie con riproduzione sessuata come la nostra, il simile non genera esattamente il simile. I figli nati dalla riproduzione sessuata di solito somigliano ai loro genitori più di quanto somiglino ad altri individui della stessa specie, tuttavia non sono identici né ai genitori né tra loro. Ogni figlio eredita dai genitori una combinazione esclusiva di geni alla quale corrisponde una combinazione ugualmente esclusiva dei caratteri somatici. Di conseguenza, la riproduzione sessuata può determinare ampie variazioni nella prole. Ciascuno di noi, probabilmente, somiglia ai propri genitori molto più che a un estraneo; d’altra parte, noi non siamo esattamente identici a nessuno dei nostri genitori e a nessuno dei nostri fratelli (con l’eccezione dei gemelli identici). In passato non si sapeva nulla dei geni e dei cromosomi, né dei principi fondamentali dell’ereditarietà dei caratteri; era noto, però, che gli individui delle specie che si riproducono per via sessuata presentano una grande varietà di caratteri. Inoltre, gli esseri umani avevano imparato a selezionare varietà di piante e razze di animali domestici, controllandone la riproduzione. Le razze domestiche, come il cane o la mucca, possiedono alcune caratteristiche che gli allevatos Figura 1B ri umani hanno selezionato nei secoli all’interno delle specie che erano riusciti ad addomesticare. Di conseguenza, sebbene tutti i cani domestici appartengano a una stessa specie, ogni razza presenta dei caratteri peculiari, dovuti all’opera selettiva degli allevatori. Per ottenere le diverse razze, sono stati selezionati individui con tratti specifici che sono stati poi incrociati

spiega >>>>>>> Perché la massima «il simile genera il simile» vale più per la riproduzione asessuata che non per quella sessuata?

Unità

concetto 2

Una cellula può nascere soltanto da un’altra cellula

el 1858 il medico tedesco Rudolf Virchow formulò un importante principio della biologia: ogni cellula deriva da una cellula preesistente. Questo principio è di fondamentale importanza in quanto afferma che il perpetuarsi della vita, compresi tutti gli aspetti della riproduzione e dell’ereditarietà, si basa sempre sulla riproduzione delle cellule, indicata comunemente come divisione cellulare. Esistono due tipi fondamentali di divisione cellulare : la mitosi e la meiosi. Nella mitosi il numero dei cromosomi rimane inalterato, mentre nella meiosi viene dimezzato. La mitosi è la divisione cellulare che permette l’accrescimento e il mantenimento degli organismi pluricellulari: anche nel nostro corpo le cellule si dividono per mitosi, permettendo la riparazione dei tessuti danneggiati e il ricambio delle cellule ormai vecchie. Diversamente, negli eucarioti unicellulari come le amebe, la mitosi viene utilizzata per la riproduzione: quando una cellula si divide viene generato un nuovo individuo. Anche alcune specie pluricellulari possono utilizzare la mitosi per riprodursi; un esempio è la generazione di nuove piante tramite talea. Tuttavia, negli organismi pluricellulari che si riproducono per via sessuata, le cellule deputadescrivi >>>>> Quali funzioni svolge la divisione te alla riproduzione (cellula uovo e spermatozoi) cellulare negli organismi pluricellulari? vengono generate per meiosi.

concetto 3

Come si dividono le cellule: mitosi e meiosi

I procarioti si riproducono per scissione binaria

procarioti (eubatteri e archebatteri) si riproducono mediante un tipo di divisione cellulare chiamato scissione binaria . In un procariote, la maggior parte dei geni è contenuta in una molecola circolare di DNA che, associata ad alcune proteine, costituisce l’unico cromosoma dell’organismo. Pur essendo molto più piccolo dei cromosomi degli eucarioti, la duplicazione del cromosoma dei procarioti rappresenta comunque un’impresa complessa per la cellula: basta pensare che quando si prepara per la duplicazione, il cromosoma del batterio Escherichia coli è circa 500 volte più lungo della cellula stessa!

q Figura 3A

copie del cromosoma batterico

q Figura 3B

Nella Figura 3A è mostrata una fotografia al microscopio elettronico di un batterio in corso di divisione. La parte chiara rappresenta il cromosoma duplicato: è evidente che esso occupa gran parte dello spazio all’interno della cellula. Lo schema della Figura 3B rappresenta i diversi passaggi della scissione binaria. 1 Mano a mano che il cromosoma si spiega >>>>>>> Perché la scissione binaria è considerata una forma di riproduzione asessuata?

Unità

o s s e rva r

r c a pi r e

La divisione cellulare è una serie ininterrotta di cambiamenti dinamici concetto 6

Interfase

profase

prometafase

1 La divisione cellulare e la riproduzione

2 Il ciclo cellulare delle cellule eucariote e la mitosi

3 La meiosi e il crossing over

4 Le alterazioni del numero e della struttura dei cromosomi

Le fasi del ciclo cellulare possono essere osservate con il microscopio ottico; le microfotografie di queste pagine mostrano il ciclo cellulare di una cellula animale (in questo caso, di un tritone). Anche se la sequenza di immagini include l’interfase, i cambiamenti più notevoli interessano la cellula nella fase mitotica. La mitosi è una serie ininterrotta di

È lo stadio in cui una cellula si accresce e sintetizza nuove molecole e organuli. La figura si riferisce all’ultima parte dell’interfase (G2). La cellula ha un aspetto molto simile a quello che la caratterizza durante tutta l’interfase. Alla fine della sottofase G2, però:  la cellula ha già duplicato gran parte degli organuli e compaiono due centrosomi nel citoplasma;  all’interno del nucleo i cromosomi sono ormai duplicati, ma non possono essere distinti perché ancora in forma di cromatina dispersa, non spiralizzata;  nel nucleo sono evidenti uno o più nucleoli perché la cellula sta attivamente sintetizzando proteine (nei nucleoli, infatti, vengono assemblati i ribosomi, che hanno un ruolo fondamentale nella sintesi proteica).

Durante questo stadio si verificano cambiamenti sia nel nucleo sia nel citoplasma. All’interno del nucleo:  le fibre di cromatina si spiralizzano e condensano formando cromosomi distinti, visibili al microscopio ottico;  scompaiono i nucleoli;  ciascun cromosoma duplicato è formato ora da due cromatidi identici uniti a livello del centromero. Nel citoplasma:  incomincia a formarsi il fuso mitotico, mano a mano che i microtubuli vengono rapidamente assemblati a partire dai centrosomi, che si allontanano l’uno dall’altro.

Quante Durante la prometafase: molecole l’involucro nucleare si di DNA ci sono frammenta; nel disegno?  i microtubuli raggiungono i Quante cromosomi, ora molto per ciascun condensati; cromosoma?  ciascun cromatidio è unito a una struttura proteica chiamata cinetocore, presente nel centromero;  alcuni microtubuli del fuso si attaccano ai cinetocori e incominciano a spostare attivamente i cromosomi;  altri microtubuli del fuso entrano in contatto con i microtubuli provenienti dal polo opposto. Le forze esercitate dalle proteine motrici associate ai microtubuli del fuso spostano i cromosomi verso il centro della cellula. 

Unità

cambiamenti in cui i biologi distinguono cinque stadi principali: profase, prometafase, metafase, anafase e telofase. I disegni mostrano dettagli non visibili nelle microfotografie. Per semplificare, sono stati rappresentati soltanto quattro cromosomi (in realtà, le cellule del corpo di un tritone ne contengono 22, colorati in blu nelle microfotografie). I protagonisti della mitosi sono i cromosomi, che si spostano nella cellula muovendosi lungo il fuso mitotico (in verde nelle microfotografie). Questa struttura di forma ovale è costituita da microtubuli, le fibre che costituiscono il citoscheletro, e guida la separazione delle due serie di cromatidi. I microtubuli del fuso si sviluppano a partire da due centrosomi, che costituiscono i centri di organizzazione dei microtubuli.

metafase

anafase

telofase e citodieresi

È lo stadio più lungo della mitosi:  il fuso mitotico è completamente formato, con i poli alle estremità opposte della cellula;  i cromosomi si radunano in corrispondenza del piano equatoriale della cellula;  i centromeri di tutti i cromosomi sono allineati lungo il piano equatoriale;  per ciascun cromosoma, i cinetocori dei due cromatidi fratelli sono rivolti verso i poli opposti del fuso. I microtubuli attaccati a un particolare cromatidio provengono tutti da un polo del fuso e quelli attaccati al cromatidio fratello provengono dal polo opposto.

È lo stadio più breve della mitosi; inizia quando i due cromatidi di ciascun cromosoma si separano a livello del centromero e si allontanano. Ognuno dei cromatidi fratelli viene ora considerato un cromosoma completo.  Le proteine motrici dei cinetocori, alimentate dall’ATP, accompagnano i cromosomi lungo i microtubuli, verso i poli opposti della cellula. Durante questo movimento, i microtubuli del fuso attaccati ai cinetocori si accorciano, mentre quelli non attaccati ai cromosomi si allungano. I poli si allontanano ulteriormente e la cellula si allunga.  L’anafase termina quando due serie di cromosomi (equivalenti e complete) hanno raggiunto i poli opposti della cellula.

Telofase È circa il processo inverso della profase:  continua l’allungamento della cellula;  ai due poli della cellula cominciano a formarsi i due nuovi nuclei;  la cromatina di ciascun cromosoma si despiralizza e riappaiono i nucleoli;  alla fine della telofase il fuso mitotico scompare e la mitosi, ovvero la divisione di un nucleo in due nuclei figli geneticamente identici, è terminata. Citodieresi Nella citodieresi si compie la separazione delle due cellule figlie. Di solito, la divisione del citoplasma avviene contemporaneamente alla telofase. Nelle cellule animali la citodieresi comporta la formazione di un solco di divisione, che divide in due la cellula.

Come si dividono le cellule: mitosi e meiosi

Unità

4 concetto 9

I fattori di crescita controllano il ciclo cellulare

punto di controllo M punto di controllo G₂

Q Figura 9A

1 La divisione cellulare e la riproduzione

2 Il ciclo cellulare delle cellule eucariote e la mitosi

3 La meiosi e il crossing over

4 Le alterazioni del numero e della struttura dei cromosomi

ei tessuti animali la maggior parte delle cellule si trova ancorata in una posizione fissa, immersa in una soluzione di sostanze nutritive fornite dal sangue. Di solito la cellula non si divide a meno che non riceva segnali specifici da parte di altre cellule, solitamente costituiti da fattori di crescita. Il ciclo cellulare è, infatti, finemente regolato da un sistema di controllo rappresentato dalla “manopola” al centro del disegno nello schema della Figura 9A . Questo sistema di controllo del ciclo cellulare consiste in una serie di molecole proteiche che, ciclicamente, innescano e coordinano gli eventi chiave del ciclo stesso. Quest’ultimo non deve però essere immaginato come una sequenza di eventi che si susseguono automaticamente uno dopo l’altro. Nella fase mitotica, per esempio, la metafase non porta automaticamente all’anafase, ma sono le proteine del sistema di controllo a dare l’avvio alla separazione dei cromatidi fratelli, innescando l’evento che segna l’inizio dell’anafase.

Q Figura 9B

I punti di controllo All’interno del ciclo cellulare si possono distinguere tre punti di controllo inseriti nelle sottofasi G1 e G2 dell’interfase, e nella fase M. In questi particolari momenti, rappresentati dalle barrette rosse nella Figura 4.9A, il ciclo cellulare può essere interrotto in base alla necessità. Generalmente, in corrispondenza dei punti di controllo, il ciclo cellulare subisce automaticamente un arresto finché la cellula non riceve un segnale di via libera. Questi segnali viaggiano da una cellula all’altra e informano il sistema di controllo che i processi cellulari si sono svolti correttamente fino a quel punto e che il ciclo può proseguire. Il sistema di controllo riceve anche messaggi dall’esterno della cellula relativi alle condizioni ambientali generali e all’eventuale presenza di specifiche molecole segnale provenienti da altre cellule. Per esempio, quando il sistema di controllo del ciclo cellulare dà il segnale di via libera per il punto di controllo G1, la cellula entra nella fase S del ciclo cellulare. Per molte cellule, il punto di controllo G1 sembra essere il più importante. Se una cellula riceve un segnale di via libera in questo punto (per esempio, da un fattore di crescita), generalmente può completare il proprio ciclo e si divide. Se però non riceve quel segnale, la cellula sospende il ciclo cellulare, entrando in una fase chiamata G0, e non si divide più. Le cellule che non si dividono (per esempio le cellule nervose e le cellule muscolari) sono sempre ferme nella fase G0. La Figura 9B è uno schema semplificato del modo in cui un fattore di crescita può influenzare il sistema di controllo del ciclo cellulare al punto di controllo G1. Un fattore di crescita ( ) viene riconosciuto da specifiche proteine inserite nella membrana plasmatica della cellula. Quando si lega con il recettore specifico, il fattore di crescita innesca una cascata di reazioni che, in questo caso, conduce alla divisione cellulare. Passando per una serie di molecole, che svolgono il ruolo di “ripetitori”, il segnale raggiunge infine il sistema di controllo che viene sbloccato permettendo al ciclo cellulare di procedere. L’innesco della cascata di reazioni intracellulari in seguito al legame tra una proteina extracellulare e un recettore di membrana è chiamato trasduzione del segnale. Il funzionamento di deduci >>>>>>> In corrispondenza di quale dei tre punti di controllo descritti i cromosomi sono sotto forma di cromatidi fratelli?

Unità

Una divisione cellulare incontrollata può portare allo sviluppo di tumori?

Il cancro, che colpisce circa una persona su cinque nei paesi industrializzati, è una malattia legata all’errato funzionamento del ciclo cellulare. A volte capita che, in seguito a mutazioni genetiche, alcune cellule non rispondano più al sistema di controllo del ciclo cellulare e inizino a dividersi in modo eccessivo. Queste masse cellulari anomale, chiamate tumori, possono diventare molto grandi e causare dei gravi malfunzionamenti nell’organo dove si sono formate. Inoltre, le cellule tumorali possono entrare nel circolo sanguigno o linfatico, invadendo altri tessuti dell’organismo.

l cancro è una malattia legata all’errato funzionamento del ciclo cellulare. Le cellule si dividono in modo eccessivo fino a formare masse cellulari anomale, dette tumori, che possono invadere altri tessuti dell’organismo.

 Quando la massa di cellule tumorali ri-

mane nel sito originale, si parla di tumore benigno. Talvolta i tumori benigni causano problemi perché crescono all’interno di alcuni organi, come il cervello o la mammella, disturbandone il funzionamento, ma spesso possono essere completamente asportati per via chirurgica. Un tumore maligno, invece, può diffondersi nei tessuti vicini e in altre parti del corpo, distruggendo i tessuti sani e impedendo agli organi colpiti di svolgere le loro normali fun-

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collegamenti » salute

Come si dividono le cellule: mitosi e meiosi

zioni. Alcune cellule tumorali possono poi separarsi dal tumore originario o secernere molecole segnale che inducono la crescita di vasi sanguigni verso il tumore stesso. A questo punto, le cellule tumorali possono penetrare anche nel sangue e nei vasi linfatici e spostarsi in altre parti del corpo, dove si moltiplicano e formano nuovi tumori. La propagazione di cellule tumorali lontano dal sito d’origine viene chiamata metastasi. Nel linguaggio corrente, quando una persona ha un tumore maligno, si dice che è malata

Cellule fuori controllo

 In base al sito in cui si

sono generati, i tumori maligni vengono suddivisi in quattro categorie. I carcinomi si sviluppano da un rivestimento esterno o

interno del corpo, come la pelle o le mucose dell’intestino. I sarcomi si formano nei tessuti a funzione meccanica, come le ossa e i muscoli. I tumori dei tessuti

emopoietici, ossia dei tessuti dove si formano le cellule del sangue (come il midollo osseo, la milza e i linfonodi), sono chiamati leucemie e linfomi.

 Molti tumori possono essere curati con successo. Un tumore ben circoscritto, per esempio, può essere rimosso chirurgicamente. Altri vengono trattati con radiazioni ad alta energia (mediante la radioterapia), o con farmaci specifici (chemioterapia). Questi ultimi, somministrati in trattamenti periodici, interferiscono con specifici passaggi del ciclo cellulare. Per esempio, il taxolo, sostanza scoperta nella corteccia del tasso della California Taxus brevifolia, ha la capacità di “congelare” il fuso mitotico impedendo alle cellule di completare la divisione. Gli effetti collaterali della chemioterapia sono riconducibili all’azione dei farmaci sulle cellule sane: la nausea deriva dagli effetti della chemioterapia sulle cellule intestinali, la perdita dei capelli dai danni sulle cellule dei follicoli piliferi, la predisposizione alle infezioni dalla distruzione delle cellule del sistema immunitario.

Studiando le cellule tumorali in coltura, gli scienziati hanno scoperto che non obbediscono ai segnali che normalmente regolano il ciclo cellulare. Per esempio non presentano l’inibizione da contatto, ma continuano a dividersi. Molte hanno un sistema di controllo difettoso che non arresta il ciclo cellulare nei punti di controllo neppure quando mancano i fattori di crescita. Inoltre, queste cellule fuori controllo sembrano “immortali”: se messe in coltura possono continuare a dividersi all’infinito finché hanno a disposizione le sostanze nutritive necessarie.

Ricerca e condividi Oggi conosciamo con certezza le cause di molti tumori. Il fumo, per esempio, provoca la maggior parte dei tumori polmonari. Svolgi una ricerca sui tumori polmonari e poi, assieme ai tuoi compagni, immagina di dover realizzare una campagna di informazione rivolta ai giovani per sensibilizzarli sui rischi legati al fumo.

Unità

tema

4 4 Le alterazioni del numero e della struttura dei cromosomi

1 La divisione cellulare e la riproduzione

2 Il ciclo cellulare delle cellule eucariote e la mitosi

3 La meiosi e il crossing over

r u m e nt st

4 Le alterazioni del numero e della struttura dei cromosomi

Errori nella divisione cellulare possono dare origine a organismi con un numero errato di cromosomi. ie

m et o d i

Il cariotipo è la ricostruzione fotografica del corredo cromosomico di un individuo concetto 18

q Figura 18

possibile che durante la meiosi si verifichino degli errori. Quando questo avviene, i gameti possono contenere un numero sbagliato di cromosomi o presentare gravi alterazioni strutturali. Partecipando alla fecondazione gameti di questo tipo possono dare origine a discendenti che presentano delle anomalie cromosomiche. Queste condizioni possono facilmente essere scoperte preparando un cariotipo , ovvero fotografando i singoli cromosomi al microscopio durante la metafase della mitosi e quindi disponendo le immagini ottenute in base alle dimensioni e alla forma. Per realizzare il cariotipo di un individuo, i biologi utilizzano di solito il DNA estratto dai linfociti (un tipo particolare di globuli bianchi). Un campione di sangue viene trattato con una sostanza chimica che stimola la mitosi. Dopo essere state coltivate in laboratorio per diversi giorni, le cellule vengono trattate con un’altra sostanza chimica che blocca la mitosi alla metafase, lo stadio in cui i cromosomi sono maggiormente conden-

Unità

Quale difetto genetico dà luogo alla sindrome di Down?

a trisomia 21, o sindrome di Down, è una delle più comuni alterazioni a carico del numero dei cromosomi e interessa circa un bambino su 700. Il 21 è uno dei nostri cromosomi più piccoli; tuttavia la presenza di una copia in più di questo cromosoma determina numerosi effetti.

Nella maggior parte dei casi, un embrione umano con un numero sbagliato di cromosomi viene abortito spontaneamente molto prima della nascita. Alcune anomalie nel numero di cromosomi, però, compresa la trisomia 21, sembrano non avere effetti letali e consentono la nascita e la sopravvivenza degli individui che ne sono portatori. Questi individui, di solito, manifestano una serie di sintomi caratteristici indicati, nel complesso, come sindrome. Una persona con una copia in più del cromosoma 21, per esempio, presenta una condizione chiamata sindrome di Down (dal nome di John Langdon Down, il medico che per primo la descrisse nel 1866).

 La ragione del nome “trisomia 21” è evidente osservando il cariotipo di una persona affetta da questa sindrome: le copie del cromosoma 21 sono tre, anziché due.

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collegamenti » ambiente

Come si dividono le cellule: mitosi e meiosi

 Gli individui affetti da sindrome di Down mostrano dei tratti caratteristici: volto arrotondato, occhi leggermente “a mandorla”, setto nasale appiattito e denti piccoli e irregolari; chi è affetto da trisomia 21 di solito è anche basso di statura, può presentare difetti cardiaci e particolare predisposizione a infezioni dell’apparato respiratorio, alla leucemia e al morbo di Alzheimer.

Le persone affette da questa patologia hanno generalmente un’aspettativa di vita più bassa della media e presentano un ritardo mentale di livello più o meno grave. Se seguite fin dall’infanzia, però, le persone con sindrome di Down possono vivere fino alla mezza età, o anche più a lungo, e svolgere una vita normale integrandosi nella società. Anche se la maggior parte delle persone con trisomia 21 non completa pienamente lo sviluppo sessuale e risulta sterile, sono noti vari casi di donne con sindrome di Down che hanno avuto figli. Poiché metà degli oociti prodotti da una donna con la sindrome di Down possiede un cromosoma 21 in più, la probabilità che la sindrome sia trasmessa ai figli è del 50%.

Ricerca e condividi L’associazione tra sindrome di Down e malattie come la leucemia e l’Alzheimer è dovuta al fatto che alcuni geni legati a queste malattie sono presenti sul cromosoma 21. I biologi stanno svolgendo ricerche per scoprire quali sono le altre caratteristiche correlate ai geni del cromosoma 21. Cerca informazioni su questo argomento e scopri quali sono le nostre attuali conoscenze al riguardo.

 L’incidenza della sindrome di Down nella prole di genitori sani aumenta in modo evidente con l’età della madre: meno dello 0,05% nei bambini nati da donne di età inferiore ai trent’anni (meno di 1 su 2000) e l’1% nelle donne di quarant’anni (circa 10 bambini su 1000). Il rischio è ancora maggiore per le donne più anziane; per questo le donne in gravidanza di età superiore ai 35 anni sono invitate a sottoporsi a esami di laboratorio specifici al fine di rilevare questa e altre anomalie cromosomiche.

Unità

4 Sintesi dell'unità 1 La divisione cellulare e la riproduzione La divisione cellulare è alla base di molti importanti processi del mondo vivente p La divisione cellulare è il processo alla base della riproduzione degli organismi. Nella riproduzione asessuata i figli ereditano il DNA di un solo genitore, di cui sono copie esatte. Nella riproduzione sessuata i figli sono il frutto di una combinazione esclusiva di geni provenienti metà dal padre e metà dalla madre. Negli organismi unicellulari, la divisione cellulare coincide con la riproduzione dell’intero organismo; lo stesso processo permette ai pluricellulari di crescere e di rinnovare le proprie cellule. p I procarioti si riproducono mediante scissione binaria.

2 Il ciclo cellulare delle cellule eucariote e la mitosi

Le cellule duplicano il proprio materiale genetico attraverso una serie ordinata e strettamente controllata di passaggi. p La divisione cellulare è una fase del ciclo cellulare, che comprende l’interfase, suddivisa nelle sottofasi G1 S2 e G2 , e la fase mitotica, divisa in due stadi: mitosi e citodieresi. Durante la sottofase S, ciascun cromosoma si duplica dando origine a due cromatidi fratelli uniti a livello del centromero.

p Durante la mitosi, i cromosomi duplicati si spostano lungo il fuso mitotico raggiungendo il centro della cellula; da qui i cromatidi fratelli si separano e migrano ai poli opposti della cellula, dove si formano i nuclei delle due nuove cellule. Con la citodieresi la cellula si divide in due. p La maggior parte delle cellule, si divide solo in presenza di specifici fattori di crescita. La divisione1 cellulare, inoltre, può interrompersi quando la densità delle cellule è troppo alta (inibizione da contatto), e sembra dipendere dalla presenza di una superficie solida, come la matrice extracellulare di un tessuto (dipendenza dall’ancoraggio). p Il ciclo cellulare è regolato da un sistema di controllo. Lungo il ciclo esistono tre punti di controllo in cui il processo può essere interrotto. p Le cellule tumorali non rispondono normalmente ai segnali che regolano il ciclo cellulare.

tutor

Mappa interattiva | Sintesi audio

3 La meiosi e il crossing over Il processo della meiosi produce gameti aploidi geneticamente variabili a partire da cellule diploidi. p Tutte le cellule somatiche del corpo umano hanno 23 coppie di cromosomi omologhi (22 coppie di autosomi e una coppia di cromosomi sessuali, X e Y), e sono pertanto diploidi (2n). I gameti sono invece aploidi (n) perché possiedono soltanto un cromosoma per ogni coppia di omologhi. Durante la fecondazione, due cellule sessuali aploidi si uniscono e danno origine a uno zigote diploide da cui deriveranno tutte le cellule dell’embrione. p Il processo che permette il dimezzamento del corredo cromosomico e la formazione dei gameti è la meiosi. Nella meiosi I, gli omologhi di ciascuna coppia si separano e si formano due cellule figlie aploidi, inoltre, grazie al crossing over, possono formarsi cromosomi ricombinanti. Durante la meiosi II, in ognuna delle due cellule, i cromatidi fratelli di ciascun cromosoma si separano. p Mentre con la mitosi una cellula madre genera due cellule figlie geneticamente identiche a se stessa, con la meiosi, una cellula madre diploide dà origine a quattro gameti aploidi. La cellula madre, infatti, subisce due divisioni successive, inoltre, il crossing over permette ai cromosomi omologhi di scambiarsi segmenti corrispondenti. p La grande variabilità genetica della progenie che deriva dalla riproduzione sessuata dipende da tre processi: la disposizione casuale delle coppie di cromosomi omologhi nella metafase I della meiosi; l’assortimento casuale dei gameti che si fondono nella fecondazione; la ricombinazione genetica che risulta dal crossing over.

4 Le alterazioni del numero

e della struttura dei cromosomi Errori nella divisione cellulare possono dare origine a organismi con un numero errato di cromosomi

p Errori durante la meiosi possono originare gameti con alterazioni del numero o della struttura dei cromosomi. Per individuare queste alterazioni si esamina il cariotipo, cioè la rappresentazione fotografica di tutti i cromosomi di un individuo. p Una delle più note alterazioni del numero dei cromosomi è la trisomia 21, che causa la sindrome di Down. p Le anomalie nel numero dei cromosomi possono essere causate dalla non disgiunzione, cioè dalla mancata separazione dei cromosomi omologhi o dei cromatidi durante la meiosi. p In alcuni casi, gli individui con un corredo cromosomico superiore al numero diploide (poliploidia) sopravvivono e possono dare origine a nuove specie. p La comparsa di alterazioni cromosomiche (dovuta a fenomeni di delezione, duplicazione, inversione o traslocazione) può causare malattie genetiche o contribuire allo sviluppo del cancro.

Unità

Test di verifica

tutor

Test interattivo

Conoscenze

Abilità

Completa le frasi con i termini corretti.

Completa le frasi con i termini corretti, scegliendo tra i due proposti in neretto.

1 La divisione cellulare è la riproduzione delle singole . 2 I cromatidi fratelli sono prodotti durante la fase S tra due . Per ciascuno dei seguenti termini (lettere), scrivi nella tabella il numero della definizione o dell’esempio corrispondente. 3 A piastra cellulare B istoni C centrosoma D centromero E chiasma

1 centro di organizzazione dei

microtubuli del fuso

2 dischetto appiattito, limitato da

membrana, che si forma nella cellula vegetale in divisione 3 punto in cui avviene il crossing over 4 piccole proteine associate al DNA 5 punto in cui sono uniti due cromatidi fratelli C

Per ciascuna affermazione indica se è vera [V] o falsa [F]. Se è falsa, falla diventare vera cambiando i termini evidenziati in neretto. 4 Se una cellula intestinale di cavalletta contiene 24 cromosomi, una cellula spermatica dello stesso insetto ne conterrà 48.

5 La metastasi è la propagazione delle cellule tumorali verso altre parti del corpo attraverso i sistemi circolatorio o linfatico.

6 Tutte le cellule somatiche degli animali sono aploidi.

Barra la risposta o il completamento corretti. 7 Perché è difficile osservare i singoli cromosomi durante l’interfase? A Perché il DNA non è stato ancora duplicato. B Perché sono sotto forma di filamenti lunghi e sottili. C Perché gli omologhi non si appaiano finché non ha inizio la divisione. D Perché, per essere visibili, il fuso deve prima portarli sul piano equatoriale. 8 Quale tra le seguenti non è una funzione della mitosi negli esseri umani? A La crescita. B La sostituzione di cellule distrutte o danneggiate. C La produzione di gameti a partire da cellule diploidi. D La moltiplicazione di cellule somatiche.

9 I due cromosomi di una coppia di omologhi contengono informazioni genetiche identiche / per gli stessi caratteri in posizioni corrispondenti. 10 La duplicazione del DNA / mitosi assicura che ognuna delle due cellule figlie riceva una copia completa del corredo cromosomico della cellula originaria. 11 La microfotografia di una cellula di topo che si sta dividendo ha rilevato 19 cromosomi, ciascuno dei quali costituito da due cromatidi fratelli: l’immagine si riferisce alla anafase della mitosi / profase II della meiosi.

Come si dividono le cellule: mitosi e meiosi

Per ciascuna affermazione indica se è vera [V] o falsa [F]. 12 Negli organismi eucarioti unicellulari, la mitosi aumenta il numero di individui, senza modificarne i caratteri genetici. V F 13 I cromosomi umani X e Y portano le stesse informazioni genetiche. V F 14 Il crossing over avviene sia nella mitosi sia nella meiosi. V F

Barra la risposta o il completamento corretti. 15 Durante la profase della mitosi, una cellula di midollo osseo umana contiene 46 cromosomi. Quanti cromatidi conterrà complessivamente? A 46. B 92. C 2 3 o 46, dipende dal momento in cui viene osservata la profase. D 4 6 o 92, dipende dal momento in cui viene osservata la profase. 16 Un biochimico ha misurato la quantità di DNA in un campione di cellule coltivate in vitro e ha rilevato che essa raddoppia: A fra la profase e l’anafase della mitosi. B fra le fasi G 1 e G 2 del ciclo cellulare. C durante la fase M del ciclo cellulare. D fra la profase I e la profase II della meiosi. 17 In una coppia di omologhi, uno dei cromosomi porta i geni J e K, e l’altro, nei loci corrispondenti, gli alleli j e k degli stessi geni. Se avviene il crossing over, quale tipo di cromosoma ricombinante si può ottenere? A Uno con gli alleli j e k. B Uno con gli alleli J e K. C Uno con gli alleli j e K. D Uno con gli alleli J e j.

Unità

4 Palestra delle competenze osserva e rispondi

2 Descrivi la citodieresi nelle cellule vegetali e in quelle animali, confrontando i due processi. 3 Metti a confronto la mitosi e la meiosi. Quali sono le loro funzioni? Quale dei due processi produce cellule aploidi e quale, invece, genera cellule diploidi? Quali tipi di cellule vanno incontro a mitosi e quali a meiosi? Che tipo di cellule viene prodotto da ognuno? Quante cellule vengono prodotte nei due processi?

applica IL METODO SCIENtifico 6 FORMULA IPOTESI Il mulo deriva dall’incrocio fra una femmina di cavallo e un maschio di asino. Uno spermatozoo di asino contiene 31 cromosomi e una cellula uovo di cavallo ne contiene 32; lo zigote contiene pertanto un totale di 63 cromosomi. Lo zigote si sviluppa normalmente. Il possesso di un corredo cromosomico derivante dalla combinazione di due corredi diversi non costituisce un problema nella mitosi e il mulo presenta alcune delle caratteristiche migliori delle due specie. Il mulo, tuttavia, è sterile; la meiosi non può avvenire normalmente nei testicoli e nelle ovaie. Spiega perché il patrimonio genetico delle cellule del mulo permette la normale divisione mitotica mentre interferisce con il processo di meiosi. 7 formula ipotesi I batteri sono in grado di dividersi molto più velocemente delle cellule eucariote. Alcuni batteri, per esempio, possono dividersi ogni 20 minuti, mentre per le cellule eucariote, anche in un embrione in rapido sviluppo, il tempo minimo richiesto è di circa un’ora; la maggior parte delle cellule, comunque, si divide molto meno spesso. Formula alcune ipotesi verificabili che spieghino perché i batteri possono dividersi a una velocità maggiore rispetto alle cellule eucariote.

8 Prevenire o curare? Il cancro è una malattia molto diffusa, spesso fatale. Esistono vari tipi di cancro e le sue cause sono molte. Per esempio, il fumo è la principale causa di cancro ai polmoni, mentre un’eccessiva esposizione alle radiazioni ultraviolette solari può causare il cancro alla pelle. Ogni anno si fanno ingenti investimenti nella ricerca di un trattamento efficace contro il cancro, ma la spesa per la prevenzione è ancora molto inferiore. Perché, a tuo parere? Quali cambiamenti nel nostro stile di vita potremmo compiere per combattere l’insorgere del cancro? Dovremmo spendere di più per curare il cancro o per prevenirlo? Giustifica le tue risposte. 9 Questioni di commercio ed etica L’acquisto e la vendita di gameti, in particolare cellule uovo di donne fertili, stanno diventando sempre più frequenti in molti paesi industrializzati. Che cosa ne pensi? Hai qualche obiezione in proposito? Tu saresti disposto a vendere i tuoi gameti? Qualunque sia la tua opinione: ritieni che si debba limitare questo tipo di commercio?

A. In quale stadio della mitosi si trovano le cellule indicate? B. Q uale cellula ha già superato tutte le fasi della divisione cellulare? C. Le cellule raffigurate andranno mai incontro a meiosi?

descrivi, confronta, spiega

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rifletti, ricerca, comunica

1 La seguente fotografia, eseguita al microscopio ottico, mostra alcune cellule dell’apice di una radice di cipolla, un tessuto le cui cellule sono in rapida divisione.G

tutor

esercizio di competenza digitale 10 titolo titolo Tramite Internet, documentati sul ruolo dei fattori genetici e ambientali nello sviluppo del cancro. Determina un elenco di siti web che ritieni attendibili e presenta i risultati della tua ricerca in un articolo dal titolo “Il cancro: fattori di rischio e prevenzione”. Includi la sitografia consultata nella sezione finale del tuo articolo.

rifletti sulle idee fondanti 10 titolo titolo Descrivi brevemente in che modo i tre diversi processi che hanno luogo durante il ciclo vitale di un organismo con riproduzione sessuata aumentano la variabilità genetica della prole.

TEST YOUR ENGLISH

KEY TERMS light microscope (LM) • magnification • cell theory • electron microscope (EM) • scanning electron microscope (SEM) • transmission electron microscope (TEM) • prokaryotic cells • eukaryotic cells • plasma membrane • ribosomes • organelles • nucleus • cytoplasm • phospholipids • phospholipid bilayer • fluid mosaic • extracellular matrix • cell junctions • cytoskeleton • microtubules • flagella • cilia • nuclear envelope • chromatin • chromosome • nucleolus • endomembrane system • endoplasmic reticulum (ER) • rough endoplasmic reticulum • transport vesicles • smooth endoplasmic reticulum • Golgi apparatus • lysosome • food vacuoles • vacuoles • central vacuole • chloroplasts • stroma • grana • mitochondria • matrix • cristae

plus

Interactive Self-Quiz

Appendice Storie della biologia La biologia, come tutta la scienza, è un processo in corso e ogni teoria biologica è il risultato del lavoro di numerosi scienziati che, nel tempo, si sono dedicati a un particolare ambito di ricerca accumulando dati, esperimenti e osservazioni. Tutti gli argomenti che abbiamo affrontato nel testo sono ancora oggetto di ricerca da parte della comunità scientifica ed è possibile che, in futuro, emergano nuove scoperte. Le tre tavole qui proposte mostrano le tappe principali della ricerca biologica in alcuni ambiti, il metabolismo cellulare, la genetica e la teoria dell’evoluzione. Questi argomenti, che hai già incontrato nel testo, saranno ripresi e approfonditi nella prosecuzione del corso di biologia.

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Tavola periodica degli elementi Indice analitico Referenze iconografiche

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Storie della biologia

appendice

Dalla scoperta dei geni alle biotecnologie

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Tavola periodica degli elementi

Gli oltre 100 elementi oggi conosciuti (di cui alcuni ottenuti in laboratorio e perciò detti elementi artificiali) sono ordinati nella tavola periodica, ideata intorno al 1870 dal chimico russo Dimitrij Mendeleev. Nelle colonne della tavola, la classificazione procede per gruppi, numerati da IA a VIIIA e da IB a VIIIB; i gruppi raccolgono elementi con caratteristiche chimiche simili (nel gruppo IA, per esempio, ci sono tutti i “metalli alcalini”). Le righe orizzontali costituiscono i 7 periodi. La tavola periodica registra le principali proprietà di ogni elemento: il numero atomico (cioè il numero di protoni), la massa atomica (cioè il “peso” di un singolo atomo espresso in unità di massa atomica), il nome (insieme con il simbolo internazionale).

248

Tutte le masse atomiche sono state arrotondate a quattro cifre signiﬁcative. Stato ﬁsico in condizioni normali (0 °C e 1 atm): m solido m liquido m aeriforme

abomaso, 370 accomodamento, 540 accoppiamento, 475 acetilcolina, 512 acido/i – aspartico, vedi → aspartato – gamma ammino butirrico, vedi → GABA – glutammico, vedi → glutammato – grassi, 372 – essenziali, 372 – linoleico, 372 – urico, 445 acromegalia, 460 acrosoma, 486 actina, 558 acuità visiva, 541 adattamento sensoriale, 533 adenoipofisi, 460 – e regolazione del ciclo riproduttivo femminile, 482 adrenalina, 466, 512 agglutinazione, 429 AIDS, 432, 484 aldosterone, 449 alimentazione, 371 – scorretta, 376 allantoide, 494 allergeni, 435 allergie, 435 alveoli, 389 ambiente – esterno, 351 – scambi con l’, 350-351 – interno, 351 – regolazione dell’, 351 vedi anche → sistema parasimpatico, sistema simpatico amido, 362, 366 – idrolisi dell’, 362 amigdala, 523 amilasi – pancreatica, 366 – salivare, 362 ammine biogene, 512 amminoacido/i, 372 – essenziali, 372, 374 amminopeptidasi, 367 ammoniaca, 445 amnios, 494 anatomia, 340 – dell’orecchio, 536 – del sistema escretore umano, 446 – del sistema respiratorio umano, 389 – del sistema riproduttore femminile, 476-477 – del sistema riproduttore maschile, 478-479 androgeni, 467 anemia, 412

– perniciosa, 364 angioplastica, 405 animali – carnivori, 358 – consumatori del substrato, 358 – erbivori, 358 – filtratori, 358 – forma degli, e selezione naturale, 341 – isosmotici, 444 – modalità di movimento negli, 550-551 – onnivori, 358 – organi respiratori negli, 384385 – organizzazione gerarchica negli organismi, 340-349 – osmoregolatori, 444 – scambi gassosi negli, 384-391 – sistema nervoso degli, 514-518 – succhiatori, 358 ano, 360 ansa di Henle, 446, 447 anticorpo/i, 423 – monoclonali, 430 – struttura di un, 428 antigene, 423 antiossidanti, 376 antistaminici, 435 aorta, 402 apoptosi, 420, 492 appendice, 369 appendiciti, 371 area di associazione, 520 aritmie, 404 arteria/e, 400 – coronarie, 402, 405 – epatica, 368 – polmonari, 402 – renale, 446, 447 – struttura delle, 406 arteriola/e, 400 articolazioni, 557 – a cerniera, 557 – a perno, 557 aspartato, 513 assone, 344, 507 – propagazione del potenziale d’azione lungo l’, 510 assorbimento, 359 – di sostanze nutritive, 367 astigmatismo, 541 ateroma, 405 aterosclerosi, 405 ATP, nella contrazione muscolare, 559 atrio/i, 400 – del cuore umano, 402 attacco cardiaco, vedi → infarto del miocardio autotrapianto, 413 azotemia, 411

barriera emato-encefalica, 515 basofili, 411 bastoncelli, 542 Bernard Claude, 351 bicuspide, vedi → valvola atrioventricolare bile, 366 biomarcatori, 411 blastocele, 488 blastocisti, 494 vedi anche → blastula blastoporo, 489 blastula, 488 bocca, 360 bolo, 362 branchie, 384, 385 – struttura delle, 386 – ventilazione attraverso le, 386 bronchi, 389 bronchioli, 389 bronchite cronica, 390 broncopneumopatia cronica ostruttiva (BPCO), 390 bruciore di stomaco, 365 bypass coronarico, 405

calcemia, 463 calcio (Ca21), omeostasi del, 463 calcitonina, 463 canale/i – ependimale, 515 – ionici a regolazione chimica, 511 – semicircolari, 538 – voltaggio dipendenti, 509 canino, 362 capacità vitale, 391 capillari, 350, 400, 406 – letti, 400 – trasferimento di sostanze attraverso i, 410 cappuccio cervicale, 485 capsula di Bowmann, 446, 447 carbossipeptidasi, 367 cardias, 361 carnivori, 358 – sistema digerente e dieta, 370 cartilagine, vedi → tessuto cartilagineo cassa toracica, 388 cavità gastrovascolare, 360 cefalizzazione, 514 cellula/e – adipose, 375 – alfa del pancreas, 464 – APC, 431 – B, vedi → linfociti B – bersaglio, 456 – beta del pancreas, 464 – caliciformi, 363

– ciliate, 534 – funzionamento di, 535 – cilindriche, 342 – cubiche, 342 – della memoria, 427 – del sistema immunitario innato, vedi → globuli bianchi – di Kupffer, 368 – di Schwann, 507 – effettrici, 427, 506 – endocrina, 456 – G della parete gastrica, 364 – gliali, 507 – mucose, 364 – natural killer, vedi → linfociti natural killer – nervosa, vedi → neurone – neurosecretrici, 456 – parietali, 364 – principali, 364 – squamose, 342 – staminali – linfoidi, 413 – mieloidi, 413 – multipotenti, 413 – T, vedi → linfociti T – uovo, 474 celoma, 491 centralizzazione, 514 centro/i di controllo, 351 – della respirazione, 391 cervelletto, 519 cervice, 477 chemocettori, 534-535 cheratina, 349 chimo, 365 chimotripsina, 367 chinetosi, 538 chirurgia oculistica, 541 chitina, 385 ciclo – cardiaco, 403 – di sonno e veglia, 522 – mestruale, 482, 483 – controllo del, 483 – ormoni che controllano il, 482 – ovarico, 482, 483 – ormoni che controllano il, 482 – riproduttivo femminile, 483 ciechi gastrici, 360 cinto – pelvico, 554 – scapolare, 554 circolazione – doppia, 401 – nel sistema cardiovascolare umano, 402 – percorso del sangue nella, 402 – pneumo-cutanea, 401 – polmonare, 401

appendice

Indice analitico

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Indice analitico

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– sistemica, 401 circoncisione, 479 cirrosi, 370 cistifellea, 366 clamidia, 484 clitoride, 477 coagulazione, 412 coagulo di fibrina, 413 coclea, 536 coito interrotto, 485 colecistochinina, 366 colesterolo e patologie cardiovascolari, 376 collagene, 343 colon, vedi → intestino crasso complesso – maggiore di istocompatibilità, vedi → MHC – self-nonself, 431 concepimento, 494 vedi anche → fecondazione condotto uditivo, 536 conduzione, 442 congiuntiva, 540 coni, 542 consumatori del substrato, 358 contraccettivi orali, 485 contraccezione, 485 contrazione muscolare, 557-561 – ruolo dell’ATP nella, 559 controllo – della produzione di spermatozoi, 479 – delle risposte allo stress, 466 – dell’omeostasi, 462 – secondario, 391 convezione, 442 copula, vedi → accoppiamento corde vocali, 388 cordone ombelicale, 495 cordoni nervosi, 514 corion, 494 cornea, 540 coroide, 540 corpo/i – calloso, 519 – cellulare, 507 – ciliare, 540 – luteo, 476 – modello strutturale del, 492 corteccia – cerebrale, 519, 520 – motoria, 520 – somatosensoriale, 520 – surrenale, 466-467 corticosteroidi, 466 cristallino, 539 – accomodamento del, 540 cuore, 400 – a quattro cavità, 401 – ciclo del, 403 – di un pesce, 400 – e trasporto di gas respiratori, 392 – persorso del sangue nel, 402 – struttura del, 402 cupola, 538

deglutizione, 362 dendriti, 344, 507 dente/i, 362 – canino, 362 – del giudizio, 362 – incisivi, 362 – molari, 362 – premolari, 362 depressione, 524 – maggiore, 524 derma, 349, 534 dermascheletro, 553 destrina, 362 determinante antigenico, 425 diabete – diagnosi del, 465 – mellito, 465 – tipo 1, 465 – tipo 2, 465 diafisi, 555 diaframma, 388 dialisi, 449 – peritoneale, 449 diarrea, 371 diastole, 403 dieta – equilibrata, 374 – mediterranea, 377 – vegana, 374 – vegetariana, 374 digestione, 359 – chimica, 359 – la saliva nella, 362 – nell’intestino tenue, 366 – compartimenti specializzati della, 360 – meccanica, 359 – e masticazione, 362 – nella cavità orale, 362 dilatazione, vedi → travaglio dimorfismo sessuale, dipeptidasi, 367 dischi intervertebrali, 554 dispositivo intrauterino, 485 disturbo bipolare, 524 diuresi, 449 dopamina, 512 dose giornaliera raccomandata, 374 dotto/i – biliari, 368 – collettore, 446, 447 – eiaculatore, 478 – epatico, 368 – linfatico destro, 422 – toracico, 422

ectoderma, 488, 489 ectotermi, 401, 442 eiaculazione, 478 elettrocardiogramma (ECG), 404 elettroliti, 411 eliminazione, 359 embrione, 477

– sviluppo dell’, 492-493 eme, 392 emisferectomia, 521 emisferi cerebrali, 519 – destro, 520 – sinistro, 520 emocromo, 411 emofilia, 413 emoglobina, 392 emorragia, 412 emulsione, 367 enartrosi, 557 encefalo, 515 – struttura dell’, 518-519 – sviluppo embrionale dell’, 518 endocardio, 402 endoderma, 488, 489 endometrio, 477 endorfine, 460, 513 endoscheletro, 553 – dei vertebrati, 554 endotelio, 406 endotermi, 401, 442 enfisema, 390 enhancer, 457 eosinofili, 411 epatite/i, 370 – tossica, 370 epatociti, 368 epicardio, 402 epidermide, 342, 349, 534 epididimo, 478 epifisi, 458, 555 epiglottide, 362 epitelio/i, 342 – cilindrici, 342 – pseudostratificato, 342 – cilindrico ciliato, 342 – semplice, 342 – cilindrico, 342 – cubico, 342 – squamoso, 342 – stratificato, 342 – squamoso, 342 epitopo, vedi → determinante antigenico erbivori, 358 – sistema digerente e dieta, 370 eritrociti, vedi → globuli rossi eritropoietina (EPO), 412 ermafroditismo, 475 esame emocromocitometrico, vedi → emocromo escrezione, 445, 447 esofago, 360, 362 – e deglutizione, 361, 362 esoscheletro, 552 espirazione, 390 espulsione, vedi → travaglio estivazione, 442 estrogeni, 467 evaporazione, 442 evo-devo, 493 evoluzione convergente, 341 – nell’evoluzione del cuore, 401

fagociti, 411, 420 fagocitosi, 360 – negli invertebrati, 420 faringe, 360 – e deglutizione, 361, 362 – e sistema respiratorio, 388 farmaci – antipertensivi, 409 – antistaminici, 435 – nelle sinapsi chimiche, 513 – trombolitici, 405 fase del rapporto sessuale – del rilassamento, 479 – eccitatoria 479 – stazionaria, 479 fattore intrinseco, 364 febbre, 421 feci, 369 fecondazione, 474 – esterna, 475 – interna, 475 – in vitro (FIVET), 499 – processo di, 486-487 feedback – negativo, 351 – positivo, 364 fegato, 366, 368 – funzioni del, 368 – patologie del, 370 feromoni, 456 fessura sinaptica, 511 feto, 477 – scambio di gas nel, 393 fibre – collagene, 343 – muscolari, 344, 558 – tipi di, 561 – nervose, 506 fibrina, 412 fibrinogeno, 412 filamenti – meccanismo di scorrimento dei, 559 – sottili, 558 – spessi, 558 filtrato, 446 filtratori, 358 filtrazione, 447 finestra ovale, 536 fisiologia, 340 follicolo/i, 476 – pilifero, 349 formazione reticolare, 522 formula leucocitaria, 411 fossette gastriche, 364 fotocettori, 535 – bastoncelli, 542 – coni, 542 fotopsine, 542 fovea, 539 frammentazione, 474 fratture – da stress, 556 – ossee, 556 frazione cellulare, 410, 411 frequenza cardiaca, 403 funzioni della pelle, 349

UNITÀ 15 p. 338 (in alto) The Picture Desk/Kobal collection/Afp/Grazia Neri, (in basso) Mike Severns/ Stone/gettyimages; p. 339 (in alto) Eyal Bartov/ Photolibray/gettyimages, (in basso) Cheril Power/ SPL/Contrastro. 15.1 © Specialist Stock/Corbis. 15.2 (in alto) Flip Nicklin/Minden Pictures, (al centro) Tui De Roy/Minden Pictures, (in basso) Norbert Wu/ Minden Pictures. 15.5A Nina Zanetti, 15.5B Science/Visuals Unlimited, 15.5C Nina Zanetti, 15.5D Chuck Brown/Photo Researchers, Inc., 15.5E Nina Zanetti, 15.5F Dr. Gopal Murti/SPL/ Photo Researchers, Inc. 15.6A Nina Zanetti, 15.6B Manfred Kage/Peter Arnold, Inc., 15.6C Gladden Willis, M.D./Visuals Unlimited. 15.7 Ulrich Gärtner, Paul Flechsig Institute for Brain Research, Dept. Neuroanatomy, Universität Leipzig, Germany. 15.11 Pascal Goetgheluck/SPL. p 352 (a destra) Ed Reschke.

appendice

Referenze iconografiche

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256 Indice analitico