Nuova biologia.blu PLUS - Cellule e viventi PDF
Preview Nuova biologia.blu PLUS - Cellule e viventi
capitolo capitolo capitolo 1 2 3 A A A La biologia è la scienza La chimica Le biomolecole della vita della vita e l’energia 1 La biologia studia i viventi A2 1 La vita dipende dall’acqua A20 1 I carboidrati: struttura e funzioni A34 Chiavi di lettura Read & Answer Cosa sono i virus? A10 Life in the ice age A25 2 I lipidi: struttura e funzioni A38 2 Il metodo scientifico: 2 Le proprietà delle 3 Le proteine: struttura come i biologi studiano biomolecole A27 e funzioni A42 la vita A11 Esercizi A30 Read & Answer Read & Answer Looking in the crystal sphere A47 Evolution in action A15 Verifiche interattive 4 Gli acidi nucleici: struttura Costruisci la tua mappa interattiva Esercizi A16 e funzioni A48 Esercizi interattivi su ZTE Verifiche interattive Sintesi di capitolo in italiano e in inglese 5 Gli organismi e l’energia A51 Costruisci la tua mappa interattiva 6 L’origine delle biomolecole A54 Esercizi interattivi su ZTE Sintesi di capitolo in italiano e in inglese Esercizi A58 Per ripassare I carboidrati I lipidi Le proteine Gli acidi nucleici Verifiche interattive Costruisci la tua mappa interattiva Esercizi interattivi su ZTE Sintesi di capitolo in italiano e in inglese IV capitolo capitolo 4 5 A A Osserviamo Le membrane la cellula cellulari 1 La cellula è l’unità La nostra salute 1 La struttura delle elementare della vita A62 Le patologie mitocondriali A79 membrane biologiche A90 2 Le cellule procariotiche hanno 7 Le cellule si muovono: 2 Il ruolo della membrana una struttura più semplice il citoscheletro, le ciglia nell’adesione tra le cellule A94 di quelle eucariotiche A65 e i flagelli A80 3 Le membrane regolano 3 Le caratteristiche delle 8 Le strutture extracellulari A82 gli scambi di sostanze in cellule eucariotiche A67 entrata e in uscita dalla La nostra salute La matrice pensante A83 cellula A96 4 Il nucleo e i ribosomi elaborano l’informazione genetica A70 9 L’origine delle cellule A84 4 Le macromolecole entrano ed escono 5 Il sistema delle membrane Esercizi A86 dalla cellula per endocitosi interne A72 Verifiche interattive ed esocitosi A102 La nostra salute Costruisci la tua mappa interattiva Read & Answer Il reticolo endoplasmatico e i farmaci A73 Esercizi interattivi su ZTE A Troy’s horse to conquer a cell A103 Sintesi di capitolo in italiano e in inglese 6 Gli organuli che trasformano Per capire meglio Esercizi A104 l’energia: i cloroplasti e i mitocondri A77 La cellula Per ripassare The cell Read & Answer Trasporto passivo Big eyes for the cell A79 L’osmosi Il trasporto attivo Endocitosi ed esocitosi Verifiche interattive Costruisci la tua mappa interattiva Esercizi interattivi su ZTE Sintesi di capitolo in italiano e in inglese V capitolo capitolo 6 7 A A La divisione Il metabolismo cellulare e la energetico riproduzione 1 Il metabolismo del 1 La divisione cellulare nei Per capire meglio glucosio A108 procarioti e negli eucarioti A126 La mitosi Chiavi di lettura 2 La mitosi e il ciclo cellulare A128 Mitosis Hans Krebs e lo studio La meiosi del «suo» ciclo A114 Read & Answer Meiosis Rock around the cell clock A129 2 La fotosintesi: energia Per ripassare Per saperne di più dal Sole A118 La spiralizzazione del DNA Il ciclo cellulare Read & Answer ha un doppio ruolo A131 La duplicazione del DNA Cells for solar cells A119 La mitosi 3 La meiosi è alla base della La meiosi 3 La comparsa dell’ossigeno riproduzione sessuata A136 La morte cellulare programmata sulla Terra A120 La nostra salute Il confronto tra mitosi e meiosi Esercizi A122 Gli errori nella meiosi A141 Verifiche interattive Per saperne di più Per ripassare L’apoptosi A142 Costruisci la tua mappa interattiva La glicolisi Esercizi interattivi su ZTE 4 Il significato evolutivo della La fermentazione Sintesi di capitolo in italiano e in inglese La respirazione cellulare riproduzione sessuata A144 La forza proton-motrice 5 Prevedere i risultati La fotosintesi della meiosi: la genetica Verifiche interattive mendeliana A146 Costruisci la tua mappa interattiva Esercizi A152 Esercizi interattivi su ZTE Sintesi di capitolo in italiano e in inglese VI capitolo capitolo capitolo 8 9 10 A A A La biodiversità: L’evoluzione procarioti, protisti, La biodiversità: degli esseri viventi piante, funghi gli animali 1 Le prime teorie scientifiche 1 La classificazione degli 1 Gli animali sono eterotrofi sulla storia della vita A156 organismi A176 pluricellulari A208 2 Charles Darwin e la nascita 2 I procarioti abitano la Terra da 2 I vertebrati appartengono al dell’evoluzionismo miliardi di anni A180 gruppo dei cordati A214 moderno A159 La nostra salute 3 I vertebrati terrestri A218 Read & Answer I batteri patogeni A182 Read & Answer The jumping evolution A163 Read & Answer Fishing in the pond A222 Per saperne di più Extreme skin A184 Chiavi di lettura Le cinque «sottoteorie» 3 Il regno dei protisti è il più Anche gli animali vivono in della teoria di Darwin A164 antico regno degli eucarioti A185 società A224 Chiavi di lettura La trasformazione della scienza A165 4 Le piante terrestri sono Esercizi A225 organismi pluricellulari 3 Il calendario della vita A166 Per ripassare fotosintetici A188 Il ciclo vitale di un anfibio Esercizi A172 5 I funghi sono organismi Per ripassare eterotrofi che vivono in Verifiche interattive ogni ambiente A201 Costruisci la tua mappa interattiva LÕevoluzione di Biston betularia Esercizi interattivi su ZTE Chiavi di lettura Verifiche interattive Il batterio della speciazione A202 Sintesi di capitolo in italiano e in inglese Costruisci la tua mappa interattiva Esercizi A204 Esercizi interattivi su ZTE • Verso il CLIL A229 Sintesi di capitolo in italiano e in inglese Per ripassare • Sviluppa le competenze A230 • Indice analitico A232 I cicli vitali di piante e funghi Verifiche interattive Costruisci la tua mappa interattiva Esercizi interattivi su ZTE Sintesi di capitolo in italiano e in inglese capitolo lezione 1 1 A La biologia studia i viventi In questo capitolo studieremo le caratteristiche della vita: quali sono, come variano da un organismo all’altro, come hanno avuto origine e in che modo ci permettono di sopravvivere. Attraverso le diferenti capacità di sopravvivere La biologia e riprodursi, gli organismi si adattano è la scienza ai molti ambienti presenti nel pianeta. L’evoluzione a partire da un antenato della vita comune ha generato la straordinaria varietà di forme di vita che osserviamo oggi. 1 Le caratteristiche dei viventi La biologia è la scienza che studia gli esseri viventi, cioè tutti gli organismi che discendono da un antenato comune unicellulare comparso sulla Terra quasi quattro miliar- Biologia è un termine di di anni fa. coniato all’inizio Nonostante siano molto diversi tra loro, dell’Ottocento, fondendo i termini greci b’os, i viventi condividono proprietà speciali, «vita», e l—gos, «discorso, che non si trovano nel mondo inanimato: studio». • tutti gli organismi sono fatti di cellule; • le cellule contengono informazioni ereditarie scritte in un linguaggio genetico universale (cioè comune a tutte le di- verse forme di organismi viventi), che trasmettono alla loro discendenza; • le cellule ricavano dall’ambiente energia e nutrienti; • gli organismi rispondono ai cambiamenti dell’ambiente ester- no regolando il proprio ambiente interno; • la vita è organizzata in livelli gerarchici; • gli esseri viventi interagiscono gli uni con gli altri; • tutti i viventi sono comparsi per evoluzione a partire da un antenato comune. L’elenco che hai appena letto introduce i temi fondamentali che incontrerai nel libro; tuttavia, scoprirai presto che un semplice elenco non è sufciente a descrivere le incredibili complessità e diversità dei viventi. Bisogna ricordare inoltre che in alcune fasi della sua esisten- za una forma di vita può non mostrare tutte le proprietà che A2 Capitolo A1 La biologia • la scienza della vita abbiamo elencato. Per esempio, i semi di una pianta del deserto deschi Mathias Schleiden e Theodor Schwann, che studiavano possono rimanere inattivi per anni senza consumare energia, rispettivamente la struttura dei vegetali e quella degli anima- svilupparsi o riprodursi; eppure essi sono vivi, poiché appar- li, rimasero colpiti dalle somiglianze tra le loro osservazioni e tengono a una specie i cui individui svolgono tutte le funzioni conclusero che sia i vegetali sia gli animali sono costituiti dallo tipiche dei viventi. stesso elemento strutturale di base: la cellula. Questa conclusione costituisce la base della teoria cellulare Ricorda La biologia è lo studio scientifico degli esseri viventi, che che, nella sua forma moderna, aferma quanto segue: si distinguono dalla materia inanimata in base ad alcune • le cellule sono le unità strutturali e funzionali di tutti gli or- caratteristiche comuni. ganismi viventi; • 2 tutte le cellule hanno origine da cellule preesistenti; • Gli organismi sono fatti di cellule le cellule sono simili per composizione chimica e ospitano molte delle reazioni chimiche del mondo vivente; La scoperta della cellula risale al Seicento ed è dovuta a Robert • tutte le cellule sono delimitate dalla membrana plasmatica, un Hooke, uno studioso di fsica, paleontologia, chimica e archi- involucro che circonda la cellula e seleziona le sostanze che tettura vissuto in Inghilterra dal 1635 al 1703. Hooke afancò entrano ed escono; al lavoro di ricerca un’intensa attività di progettazione di stru- • l’ambiente interno alla membrana è costituito da una mi- menti scientifci; uno dei suoi risultati più famosi riguarda i scela di acqua e di altre sostanze chiamata citoplasma, in cui perfezionamenti apportati al microscopio ottico (figura 1.1A). avvengono moltissime reazioni chimiche; Grazie a nuovi sistemi ottici e ad un nuovo sistema di illumi- • tutte le cellule posseggono un proprio materiale genetico, nazione, Hooke poté efettuare una serie di Cellula è il diminutivo che contiene le informazioni ereditarie necessarie alla cellu- straordinarie osservazioni. In una di que- latino di cella. Il nome fu ideato la per svilupparsi, accrescersi e riprodursi. nel 1665 dallo scienziato ste, egli esaminò alcune sottili fettine di Gli organismi unicellulari sono formati da una sola cellula; gli Robert Hooke. Ai suoi occhi le sughero e notò che esse erano costituite da cellule apparvero come piccole organismi pluricellulari sono composti da numerose cellule spe- tante piccole cellette separate tra loro (fi- strutture che ricordavano le cializzate in funzioni diverse. celle di un convento. gura 1.1B). Hooke chiamò queste singole unità cellule. Ricorda La cellula è la struttura più semplice in grado di svolgere Ci vollero però più di cento anni prima che le conoscenze sulle tutte le funzioni vitali. cellule facessero progressi signifcativi. Nel 1838, i biologi te- Figura 1.1 Tutti i viventi sono costituiti da cellule A C (A) Il microscopio con cui il biologo Robert Hooke, nel diciassettesimo secolo, osservò per la prima volta le cellule del sughero (B); un moderno microscopio ottico (C) e alcune cellule vegetali (D). B D A3 Lezione 1 La biologia studia i viventi 3 Le cellule contengono informazioni Il compito del DNA è duplice: ereditarie 1. contiene le informazioni necessarie per costruire e far fun- Tutte le cellule del tuo corpo sono costituite da molecole, che a zionare correttamente la cellula; loro volta sono formate da atomi legati tra loro. Gli atomi sono le 2. permette all’organismo di trasmettere le proprie caratteristi- particelle di cui è costituita la materia. In natura esistono diversi che alla discendenza. tipi di atomi: una molecola è formata da Tratti specifci del DNA, chiamati geni, contengono l’informazio- DNA è una sigla e deriva due o più atomi, uguali o diversi, uniti ne utilizzata dalla cellula per fabbricare le proteine (figura 1.2). dal nome inglese dell’acido desossiribonucleico insieme. Atomi e molecole presenti nel- Le proteine, oltre a costituire gran parte della struttura dell’orga- (Deoxyribonucleic Acid). le cellule obbediscono alle stesse leggi nismo, sono le molecole che guidano tutte le attività cellulari. della fsica e della chimica che governa- Ogni organismo possiede geni specifci e quindi produce protei- no la materia inanimata. ne specifche. Le cellule tuttavia posseggono due caratteristiche peculiari che Le molecole di DNA presenti all’interno di una cellula costi- le distinguono dai sistemi inanimati: si riproducono e si svilup- tuiscono il suo patrimonio ereditario o genoma. Il genoma di pano secondo un «progetto interno» archiviato sotto forma di un organismo è composto da migliaia di geni. Se si altera la se- informazione genetica. Una cellula batterica, per esempio, si ac- quenza di un gene è facile che cambi anche la proteina da esso cresce fno a che, raggiunta una certa dimensione, si divide in codifcata. Le alterazioni dei geni si chiamano mutazioni. due cellule identiche alla cellula madre. Ciò è possibile grazie Le mutazioni si verifcano spontaneamente, ma possono an- alla presenza in tutte le cellule di due tipi di grandi molecole: il che essere indotte da vari fattori esterni, come le radiazioni o DNA (o acido desossiribonucleico) e le proteine. certe sostanze chimiche. Per lo più le mutazioni sono dannose, Ogni molecola di DNA è una lunga sequenza di molecole ma ogni tanto un cambiamento nelle proprietà di una proteina più piccole chiamate nucleotidi, legate tra loro come le perle che ne altera la funzione in modo da migliorare l’efcienza dell’or- formano una collana. Allo stesso modo, una proteina è una se- ganismo nelle condizioni ambientali in cui si viene a trovare. quenza di molecole più piccole dette amminoacidi. È interessante Come vedremo, queste mutazioni vantaggiose sono la materia osservare che i tipi di nucleotidi e di amminoacidi sono uguali prima dell’evoluzione. in tutte le cellule di tutti gli organismi ma sono organizzati in Ricorda Il genoma di un organismo è l’insieme di tutti i suoi sequenze diverse per produrre molecole con funzioni diferenti, geni e contiene le informazioni ereditarie necessarie al come le lettere dell’alfabeto che formano tante parole diverse. funzionamento delle cellule. Figura 1.2 Il DNA contiene le informazioni ereditarie Le istruzioni per lo sviluppo degli esseri viventi sono contenute nelle sequenze nucleotidiche delle molecole del DNA. Le sequenze del DNA costituiscono i geni, e Quattro nucleotidi sono le ogni gene fornisce alla cellula l’informazione per fabbricare una specifica unità costitutive del DNA. Un nucleotide proteina. La lunghezza media di un singolo gene umano è di circa 16 000 nucleotidi. T C A G Un gene è costituito da una sequenza specifica di nucleotidi. Gene DNA DNA Amminoacidi La sequenza Proteina nucleotidica di un gene contiene Il DNA è composto da due le informazioni filamenti, ciascuno dei quali per costruire è una sequenza lineare di una determinata nucleotidi uniti tra loro. proteina. A4 Capitolo A1 La biologia è la scienza della vita A B Figura 1.3 L’energia che proviene dagli alimenti può essere immagazzinata oppure utilizzata immediatamente (A) Le cellule Figura 1.4 Le cellule mantengono di questo scoiattolo hanno convertito le costanti le proprie condizioni sostanze nutrienti in grassi, che sono stati interne Questa ameba è un immagazzinati nel corpo come una riserva organismo acquatico unicellulare; in energetica da usare durante i mesi freddi. ogni istante, deve adattare il proprio (B) Le cellule dei muscoli demoliscono le metabolismo alle condizioni esterne, molecole degli alimenti e usano l’energia come la temperatura dell’acqua o la ricavata per produrre movimento. disponibilità di ossigeno. 4 Le cellule ricavano energia e nutrienti dall’ambiente Tutti i viventi hanno bisogno di energia e materie prime per costruire le loro cellule e per mantenere la loro complessa orga- nizzazione interna. Come vedremo, gli organismi fotosintetici usano la luce del Sole per produrre molecole ricche di energia (per esempio, zuccheri) a partire da molecole più semplici presen- 5 ti nell’ambiente esterno: diossido di carbonio (chiamato anche I viventi rispondono ai cambiamenti anidride carbonica) e acqua. Questi organismi sono chiamati au- totrof, che in greco signifca «in grado di nutrirsi da sé» perché La vita dipende da migliaia di reazioni chimiche che si svolgono non hanno bisogno di altri esseri viventi per il loro sostentamen- nelle cellule; durante tali reazioni, le molecole dei reagenti ven- to, e comprendono alcuni batteri, piante e alghe. gono demolite e gli atomi che le costituivano sono usati per Altri esseri viventi, come gli animali e i funghi, utilizzano le costruire le molecole dei prodotti. sostanze nutrienti già presenti nell’ambiente per ricavare l’ener- Il complesso di tutte le reazioni chimiche che avvengono gia necessaria a svolgere le proprie attività e le materie prime all’interno di un essere vivente unicellulare o pluricellulare co- per costruire le proprie strutture biologiche. Questi sono gli ete- stituisce il suo metabolismo (figura 1.4). rotrof, cioè organismi «che si nutrono di altri organismi». Le reazioni metaboliche richiedono che lo scambio di ma- Gran parte del lavoro cellulare consiste nella trasformazione teriali tra l’interno e l’esterno delle cellule avvenga in modo di un tipo di molecola in un altro. Per esempio, gli zuccheri po- controllato. All’interno della cellula, le re- tranno essere immagazzinati sotto forma di grassi (figura 1.3A). azioni metaboliche sono interconnesse tra Omeòstasi è un termine coniato dal fsiologo Un altro tipo di lavoro svolto dalle cellule è quello meccanico, loro: i prodotti di una reazione costituisco- americano Walter Cannon come spostare molecole da un punto all’altro della cellula o no le materie prime di quella successiva. nel 1932, sulla base delle radici greche homos, muovere intere cellule o tessuti, come nel caso dei muscoli (fi- Perché questa complessa rete di reazioni «uguale», e stasis, «stabilità». gura 1.3B). funzioni in modo coordinato, deve esiste- re un preciso controllo della loro velocità. Ricorda Tutti i viventi hanno bisogno di sostanze nutrienti e di Tale attività di regolazione, che contribuisce a mantenere co- energia: gli autotrofi fotosintetici sfruttano l’energia stante l’ambiente intracellulare, prende il nome di omeostasi. solare, l’acqua e il diossido di carbonio per produrre zuccheri e altri nutrienti; gli eterotrofi si nutrono delle Ricorda L’omeostasi è la capacità dei viventi di adattare il proprio sostanze prodotte da altri organismi. metabolismo alle variazioni dell’ambiente esterno. A5 Lezione 1 La biologia studia i viventi Figura 1.5 Lo studio della biologia coinvolge più livelli di organizzazione Le proprietà della vita emergono quando il DNA, le proteine e le altre molecole sono organizzate in cellule, Atomi che sono le unità minime costitutive degli organismi. Gli organismi formano le popolazioni Le molecole sono e interagiscono con individui di altre popolazioni formando le comunità, che a loro volta costituite da atomi. interagiscono con l’ambiente formando gli ecosistemi che compongono la biosfera. Le cellule sono fatte di molecole. Molecole Un tessuto è un raggruppamento di molte cellule dotate di funzioni simili e coordinate (come la percezione degli odori). Le comunità biologiche Cellule di tipo diverso sono le che condividono la localizzazione geografica Cellula (neurone) componenti operative degli Tessuto (bulbo olfattivo) organismi viventi. formano gli ecosistemi. Gli ecosistemi scambiano energia e creano la biosfera della Terra. Gli organi raggruppano tessuti diversi che lavorano insieme. Gli organi formano i Biosfera sistemi, come il Le comunità sistema nervoso. sono costituite Organo (cervello) da popolazioni di molte specie diverse. Una popolazione è un gruppo Organismo (pesce farfalla) numeroso di organismi della stessa specie. Un organismo è un individuo riconoscibile, dotato di un proprio confine corporeo. Un organismo pluricellulare presenta organi, sistemi e Comunità (barriera corallina) Popolazione (banco di pesci) apparati. 6 Il mondo dei viventi è organizzato in Molto spesso le cellule di uno stesso tipo collaborano fra loro. livelli gerarchici Per svolgere i loro compiti specifci, gruppi di cellule simili si or- Gli organismi pluricellulari, che sono formati da molte cellule, ganizzano in tessuti. Per esempio, una singola cellula muscolare possiedono un ambiente interno costituito dai liquidi extra- non può sviluppare molta forza; ma quando più cellule musco- cellulari (come sangue, linfa e liquido interstiziale). Da qui le lari si uniscono per formare il tessuto muscolare si può generare singole cellule ricavano i nutrienti e qui riversano i loro rifuti. una forza considerevole, tale da produrre il movimento di un Nel corso dell’evoluzione, le cellule degli organismi pluricellu- animale grande come un elefante. lari sono diventate via via più specializzate a svolgere compiti In moltissimi organismi pluricellulari i vari tessuti si organiz- specifci e hanno perso gran parte delle funzioni che un organi- zano in organi, preposti a svolgere una precisa funzione. Esempi smo unicellulare è in grado di svolgere da solo. Un neurone, per di organi sono il cuore, il cervello e lo stomaco. Gli organi che esempio, non è in grado di muoversi rapidamente o di procurar- svolgono funzioni interconnesse possono essere raggruppati in si i nutrienti, perché si è specializzato nel compito di generare sistemi o apparati (figura 1.5). e trasmettere gli impulsi nervosi. Ogni cellula del nostro corpo Ricorda Cellule, tessuti, organi e apparati sono le parti quindi dipende, per i suoi bisogni vitali, da quell’ambiente che integranti, strutturate in modo gerarchico, che tutte le cellule insieme contribuiscono a mantenere. costituiscono un organismo pluricellulare. In altre parole, le cellule degli organismi pluricellulari han- no pagato la loro specializzazione nelle varie funzioni vitali con la perdita della capacità di condurre una vita autonoma. A6 Capitolo A1 La biologia è la scienza della vita
The list of books you might like
