Esercizi: La teoria cellulare e i tipi di cellule

Enuncia i tre postulati della teoria cellulare e indica quale di queste affermazioni la contraddice, motivando la tua scelta: a) tutti gli esseri viventi sono formati da una o più cellule; b) alcune cellule possono originarsi per generazione spontanea a partire da materia inerte; c) la cellula è l'unità funzionale degli esseri viventi; d) ogni cellula proviene da un'altra cellula preesistente.

Classifica i seguenti organismi e cellule in procarioti o eucarioti, giustificando brevemente la tua scelta: un cianobatterio, un'ameba, una cellula della tua pelle, il batterio dello yogurt, un lievito e un'alga verde.

Ordina i seguenti livelli di organizzazione della materia vivente dal meno al più complesso e definisci ciascuno con una frase: organo, cellula, tessuto, organulo e organismo.

Lo schema confronta due tipi di organizzazione cellulare, A e B. Indica quale corrisponde a una cellula procariote e quale a una eucariote, identifica le strutture indicate con ? e spiega quale implicazione ha per la cellula la differenza che si osserva nell'organizzazione del suo materiale genetico.

Confronta una cellula procariote e una eucariote in base alle dimensioni tipiche, alla presenza di nucleo e di organuli membranosi e alla forma del DNA. Spiega, a partire da questo confronto, dove compiono la fotosintesi i cianobatteri se non hanno cloroplasti.

La comparsa degli organuli membranosi fu una tappa fondamentale nell'evoluzione della cellula. Spiega quali vantaggi offre la suddivisione dell'interno cellulare in compartimenti delimitati da membrane e fai due esempi concreti di processi che ne traggono beneficio.

In un laboratorio di biologia cellulare si analizza l'effetto di due antibiotici su una coltura di cellule eucariote animali: la cicloeximide (inibitore della traduzione nei ribosomi 80S) e il cloramfenicolo (inibitore della traduzione nei ribosomi 70S). I risultati mostrano che la cicloeximide blocca la sintesi proteica nel citosol ma non all'interno dei mitocondri, mentre il cloramfenicolo blocca specificamente la sintesi proteica mitocondriale senza influire su quella citosolica. A partire da questi dati e nel quadro della teoria endosimbiotica:

1. a) Giustifica i risultati osservati con i due antibiotici e indica quale organulo vegetale presenterebbe una risposta analoga a quella del mitocondrio nei confronti del cloramfenicolo.
2. b) Un ricercatore afferma che i mitocondri sono batteri totalmente autonomi che potrebbero sopravvivere e dividersi indefinitamente se isolati in un adeguato mezzo extracellulare. Confuta con argomenti la sua affermazione spiegando la relazione evolutiva tra il genoma mitocondriale e il genoma nucleare.
3. c) Prevedi quali differenze fondamentali ci si può aspettare tra la membrana mitocondriale interna e quella esterna riguardo alla composizione lipidica e alla presenza di porine, e spiega come questa asimmetria sostenga il meccanismo di endosimbiosi proposto da Lynn Margulis.
4. d) Indica quali gruppi batterici ancestrali specifici sono individuati dall'analisi filogenetica molecolare come origine dei mitocondri e dei cloroplasti.

In sedimenti marini profondi è stata scoperta un'entità microscopica («Particella Z») circondata da un doppio strato lipidico che contiene un genoma di DNA a doppia elica di 1,2 Mb con geni per sintetizzare vari amminoacidi e tRNA propri. Tuttavia, è priva del macchinario per sintetizzare ATP, di ribosomi e della capacità di dividersi autonomamente al di fuori della sua cellula ospite. Un titolo divulgativo afferma: «Scoperta una nuova cellula che rompe il confine tra virus e batteri».

Confuta il titolo giornalistico applicando rigorosamente i postulati della teoria cellulare e il concetto biologico di vita. Giustifica perché la presenza di geni metabolici non rende questa particella una cellula indipendente e argomenta perché questo tipo di entità biologiche viene studiato nell'ambito della biologia.

Un gruppo di studenti cerca di replicare il classico esperimento di Pasteur: fanno bollire del brodo nutritivo per 10 minuti in un matraccio a collo di cigno e lo lasciano a riposo intatto. Dopo quattro giorni, il brodo si intorbidisce e rilevano una proliferazione batterica (bacilli sporulati del genere Bacillus). Uno studente conclude: «Questo dimostra che Pasteur si sbagliava e che la generazione spontanea avviene se il mezzo è abbastanza ricco».

Confuta l'affermazione dello studente spiegando quale errore metodologico hanno commesso nel replicare il disegno sperimentale di Pasteur e perché la presenza di spore batteriche non convalida la generazione spontanea. Infine, analizza l'apparente paradosso posto dal postulato «ogni cellula proviene da un'altra cellula» rispetto alle teorie scientifiche attuali sull'origine prebiotica della prima cellula vivente.