L'osservazione della cellula

Distingui tra microscopia ottica e microscopia elettronica: che cosa utilizza ciascuna per «illuminare» il campione, quale tipo di strutture permette di osservare ciascuna tecnica e se con esse è possibile osservare cellule vive.

Un gruppo di ricerca vuole verificare se i batteri di un campione sono infettati da batteriofagi. Progetta lo studio: scegli la tecnica di microscopia adeguata, giustifica la scelta rispetto alle alternative e descrivi che cosa si aspetterebbe di osservare il gruppo se l'infezione fosse in corso.

Indica le parti fondamentali di un microscopio ottico (oculare, obiettivi, platina, viti macrometrica e micrometrica e sorgente luminosa) e indica la funzione di ciascuna.

Spiega la differenza tra ingrandimento e potere di risoluzione di un microscopio e argomenta perché ingrandire molto un'immagine senza migliorare la risoluzione (il cosiddetto «ingrandimento vuoto») non permette di distinguere più dettagli.

Lo schema mostra una scala di dimensioni con i limiti di risoluzione dell'occhio umano, del microscopio ottico (MO) e del microscopio elettronico a trasmissione (MET). Indica quale strumento ti servirebbe per osservare in dettaglio: a) un virus influenzale; b) un batterio; c) un ribosoma; d) una cellula della pelle. Giustifica ogni scelta a partire dallo schema.

Il microscopio elettronico rivela organuli e virus che quello ottico non può mostrare. Spiega a quale proprietà del fascio di elettroni è dovuto il suo maggiore potere di risoluzione e indica due limiti pratici della microscopia elettronica rispetto a quella ottica.

Hai a disposizione una sospensione acquosa che contiene una miscela sconosciuta di quattro componenti biologici: particelle del virus influenzale (~100 nm), cellule di Escherichia coli (~2 µm), eritrociti umani (~7,5 µm) e ribosomi purificati (~25 nm). In laboratorio disponi di filtri a membrana con pori da 0,22 µm e da 5 µm, di un microscopio ottico (limite di risoluzione: 0,2 µm) e di un microscopio elettronico a trasmissione.

Progetta una procedura analitica in due fasi (separazione per filtrazione successiva e ispezione microscopica) che permetta di separare e identificare in modo inequivocabile ciascuno dei quattro componenti. Giustifica in quale frazione (trattenuto o filtrato) rimarrà ciascun componente a ogni passaggio e argomenta quale strumento microscopico specifico è indispensabile per confermare la presenza e la morfologia di ciascuno, deducendo perché il microscopio ottico risulta inutile per due di essi.

La maggior parte dei campioni biologici viene colorata prima di essere osservata al microscopio ottico. Spiega due motivi per colorare un campione e indica un colorante di uso frequente nel laboratorio scolastico.

Un laboratorio biomedico ha bisogno di osservare in dettaglio le alterazioni ultrastrutturali delle creste mitocondriali e dei ribosomi legati al RER in biopsie di pazienti con una miopatia. Un tecnico suggerisce di fissare il tessuto con formaldeide, colorarlo con blu di metilene e osservarlo con un microscopio ottico con obiettivo a immersione 100× e luce visibile (lunghezza d'onda media di 550 nm).

Giustifica quantitativamente, utilizzando il concetto di limite di risoluzione e l'equazione di Abbe, perché questa proposta non è praticabile per risolvere creste e ribosomi (20-30 nm). Quindi, progetta il protocollo tecnico corretto: specifica quale esatta modalità di microscopia devono utilizzare e giustifica perché è indispensabile tagliare il campione in sezioni ultrasottili (inferiori a 100 nm) e contrastarlo con sali di metalli pesanti (come osmio o uranio) invece che con coloranti organici.