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Gaetano Odierna » 1.Livelli di organizzazione in Biologia - Storia della citologia


Premessa al corso

Premessa essenziale al corso è che le lezioni contenute costituiscono solo un ausilio didattico a quelle svolte in aula; non esauriscono sia gli argomenti illustrati in aula dal docente sia quelli contenuti nei libri di testo consigliati.
Le lezioni contenute nel presente corso di Citologia ed Istologia sono rivolte agli studenti dei corsi laurea biologici che nell’Ateneo federiciano si svolgono al primo anno e al primo semestre. Il corso mira ad introdurre gli studenti alla conoscenza dei principi fondamentali riguardanti l’organizzazione e la funzione delle cellule, evidenziando l’unità e la diversità ai livelli macromolecolari e cellulari; le relazioni tra struttura e funzione delle molecole e delle cellule; le interazioni cellulari per costituire i diversi tessuti.
Nel corso vengono descritti le principali tecniche e strumenti per lo studio degli organelli, delle cellule e dei tessuti, privilegiando i metodi di studio morfologici e  rinviando ai corsi degli anni successivi al primo, quelli in uso per l’isolamento, la purificazione e il sequenziamento delle macromolecole.
Concludo suggerendo di leggere con senso critico i contenuti delle lezioni. Possono essere presenti errori dovuti alla non approfondita conoscenza dell’autore allo specifico argomento trattato o alla non corretta interpretazione della letteratura scientifica. La biologia è una scienza empirica. Per le diverse strutture cellulari e tissutali vengono presentati modelli basati sulla interpretazione di prove sperimentali, che ulteriori ricerche possono sia validare o confutare.

Introduzione e obiettivi del corso

Obiettivi

Il corso mira ad introdurre gli studenti alla conoscenza dei principi riguardanti:

  • l’organizzazione e la funzione delle cellule;
  • le relazioni tra struttura e funzione delle molecole e delle cellule;
  • le modalità di associazione e di differenziamento delle cellule a formare i diversi tessuti.

Citologia obiettivi del corso

La citologia (da kytos = contenitore e lògos = studio) o biologia cellulare studia la morfologia, la funzione e la dinamicità della cellula e dei sui organelli; la sintesi ed l’utilizzo dell’energia chimica nei processi metabolici, la costanza e l’universalità della biosintesi delle macromolecole; la comunicazione tra le cellule e con l’ambiente circostante; la riproduzione cellulare.

Il presente corso è mirato soprattutto allo studio della cellula animale, mentre della cellula vegetale e di quella batterica saranno dati solo brevi cenni, rinviando il loro studio a specifici corsi, quali ad esempio quelli Biologia vegetale o di Microbiologia.

a) Cellula animale; b) cellula vegetale; c) cellula batterica

a) Cellula animale; b) cellula vegetale; c) cellula batterica


Istologia obiettivi del corso

L’istologia (da istos = tela e lògos = studio) è lo studio dei tessuti animali e vegetali. Nel corso si illustreranno le modalità di associazione e di differenziamento delle cellule animali a formare i diversi tessuti, ciascuno specializzato nel compiere specifiche funzioni, quali rivestimento, assorbimento, secrezione, difesa immunitaria, sostegno e nutrizione, contrazione, eccitabilità ed irritabilità.

Nella figura sono riporati i tessuti presenti nello stomaco che, dall’alto e in senso antiorario, sono:

Il tessuto muscolare liscio, (il tessuto connettivo propriamente detto del tipo lasso), il tessuto nervoso, il tessuto epiteliale di rivestimento monostratificato cilindrico.

Il corso è dedicato ai tessuti animali; quelli vegetali saranno trattati in specifici corsi, quale ad esempio quello di biologia vegetale.

I tessuti possono essere raggruppati in quattro tipi fondamentali

I tessuti possono essere raggruppati in quattro tipi fondamentali


Livelli di organizzazione in biologia


Livelli di organizzazione

  • Cellula – è l’unità fondamentale in biologia – è costituita da organelli, i quali a loro volta sono un insieme di molecole.
  • Tessuto – gruppi di cellule che svolgono una specifica funzione (es. tessuto muscolare cardiaco).
  • Organo – gruppi di cellule o tessuti che svolgono una funzione globale (cuore).
  • Apparati – gruppi di cellule, tessuti e organi che svolgono una specifica funzione principale (es. sistema cardio-vascolare).
  • Organismo – una o più cellule caratterizzate da un unico corredo di cromosomi (DNA).

Livelli di organizzazione

  • Specie – gruppi di individui simili che si accoppiano e che producono prole vitale e fertile.
  • Popolazione – gruppi di individui simili che si accoppiano tra loro in una data area geografica.
  • Comunità – le relazioni tra gruppi di differenti specie.
  • Ecosistema – le relazioni degli organismi tra loro e con il loro ambiente.
  • Biosfera – tutti i viventi in connessione con il loro ambiente – atmosfera (aria), litosfera (terra), idrosfera (acqua) e biosfera (vita).

Livelli di organizzazione


Procarioti e Eucarioti

Origine dei viventi e loro classificazione in sei regni Schemattizzazione dei livelli di organizzazione in Biologia (immagine da Solomon, Berg e Martin – Biologia, Zanichelli ed.)

I sei regni dei viventi

I sei regni dei viventi


Classificazione degli organismi


Citologia

  • La cellula è l’unità strutturale e funzionale dei viventi.
  • Lo studio della Citologia, ovvero l’acquisizione delle nozioni relative alla struttura e alla funzione della cellula e degli organelli in essa contenuti, è fondamentale allo studio delle altre discipline biologiche.

Origine della citologia

  • L’origine e il progredire dello studio della cellula è strettamente connesso allo sviluppo di strumenti e di metodiche sempre più potenti che hanno consentito di osservare la cellula e gli organelli in essi contenuti.
  • L’origine dela citologia risale alla fine del ‘500 con l’invenzione del microscopio ottico composto ad opera di Zacharias Jansenn.
Ritratto di Zacharias Jansenn

Ritratto di Zacharias Jansenn


Primi microscopi

  • Nel 1665 Robert Hook esaminò al microscopio la sezione di un sughero osservando una struttura costituita da tante piccole camere, in latino cellule.
  • Antoni van Leeuwenhoek grazie a sistemi di ingrandimenti di sua invenzione (microscopio ottico semplice) individuò dapprima i protozoi (1674) e successivamente i batteri (1683).

Nell’immagine, il microscopio usato da Hook e sezione di sughero da lui osservata, riportato sotto ad ingrandimento maggiore. A destra il microscopio ottico semplice di van Leewenhoek.

Il microscopio usato da Hook e di van Leewenhoek

Il microscopio usato da Hook e di van Leewenhoek


Prime osservazioni del nucleo

  • Lazzaro Spallanzani nel 1765 invalidò scientificamente l’ipotesi della generazione spontanea.
  • Robert Brown nel 1833 studiando in vivo le cellule di un’ orchidea osservava al loro interno un globulo centrale che chiamò nocciolo, in latino nucleo.
Cellula vegetale osservata in vivo. Al centro è ben evidente il nucleo

Cellula vegetale osservata in vivo. Al centro è ben evidente il nucleo


Teoria cellulare

Teodor Schwann e Matthias Schleiden (1838), dapprima e Rudolf Virchof successivamente (1855) formulano la teoria cellulare che afferma:

  • tutti gli organismi consistono di una o più cellule;
  • la cellula è la più piccola entità vivente identificabile ed autonoma;
  • tutte le cellule derivano da cellule preesistenti.

I materiali di supporto della lezione

Il metodo scientifico

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