Esercizi: 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.

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

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.