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Scienza in musica

        Quello de “I supplenti italiani” proposto lo scorso anno è solo un esempio di tema scientifico proposto in forma musicale. In Rete si trova molto di più, soprattutto in inglese. Alcuni esempi di argomenti di biologia proposti in brani musicali:

PCR (Reazione a Catena della Polimerasi);

The cell song;

DNA song;

In cell Division-Mitosis song;

Organelles song;

DNA Rap;

DNA Replication Rap;

The Lab song.

     Ovviamente si tratta di poco più che curiosità. Il modo migliore per studiare è basato sull’utilizzo di un buon manuale (meglio se cartaceo rispetto alla versione digitale) di Biologia, Chimica biologica o altra disciplina, soprattutto per coloro che sono alle prese con i test per i corsi di laurea ad accesso programmato.

     L’esclusione di decine di migliaia di studenti dalle facoltà universitarie credo sia un grave errore per l’Italia, uno dei Paesi europei con la percentuale di laureati più bassa. Uno degli errori nella pianificazione dei bisogni di istruzione, formazione e ricerca, che contribuisce anche a rendere così alta la percentuale di disoccupazione giovanile di cui si parla e scrive tanto spesso.

L’apparato di Golgi e il suo scopritore

     Visitando Pavia e la sua prestigiosa università con alcune classi del mio liceo, qualche mese fa abbiamo avuto l’occasione di vedere diversi riferimenti a Camillo Golgi, lo studioso famoso soprattutto per aver dato il nome a un importante organulo cellulare: l’apparato di Golgi. Quest’organulo è presente in tutte le cellule eucariotiche, quelle più evolute, provviste di un vero nucleo delimitato da una membrana nucleare. Svolge compiti fondamentali per le cellule: elabora, imballa e distribuisce materiali.

     Visto al microscopio elettronico, l’apparato di Golgi appare costituito da un insieme di quattro o più sacchi appiattiti e discoidali detti cisterne, disposte in pile. Ciascuna cisterna è formata da membrane, tubuli e vescicole.

     L’apparato riceve vescicole contenenti varie sostanze, soprattutto proteiche, provenienti dal reticolo endoplasmatico rugoso, ne rielabora i contenuti e inserisce queste rielaborazioni in ulteriori vescicole di trasporto indirizzate verso altre regioni cellulari. Soprattutto verso la membrana plasmatica. Per questo si dice che l’apparato di Golgi è provvisto di una polarità: una parte di formazione (cis), rivolta verso il reticolo endoplasmatico e l’altra di maturazione e smistamento (trans), rivolta verso la membrana cellulare. In tal modo le proteine provenienti dal reticolo endoplasmatico seguono un percorso a senso unico durante il quale sono ulteriormente modificate.

Ciascuna cellula vegetale può avere anche centinaia di apparati di Golgi, in quelle animali il loro numero generalmente è compreso tra dieci e venti. Tra le numerose sostanze che transitano e sono rielaborate da quest’organulo, ricordo i diversi tipi di proteine di membrana, le glicoproteine e i glicolipidi. Non solo, sappiamo anche che una parte dei materiali imballati nelle vescicole di trasporto, attraversano la membrana plasmatica ed escono all’esterno della cellula che li ha prodotti. Ad esempio, le cellule vegetali e quelle dei funghi sono provviste anche di una parete cellulare, esterna alla membrana, i cui componenti (nei vegetali prevalentemente cellulosa, nei funghi soprattutto chitina e glucani) provengono dall’interno della cellula.

      Ma chi è stato Camillo Golgi (1843-1926)? Un medico e un biologo, un grande uomo di scienza, docente sia all’università di Siena che a quella prestigiosa di Pavia (fondata nel lontano 1361), dove poi divenne rettore. I suoi studi sulla struttura e la fisiologia cellulare, soprattutto delle cellule nervose, gli valsero il premio Nobel per la medicina e la fisiologia nel 1906, insieme a Ramon y Cajal. È stato il primo italiano a ricevere un premio Nobel, precedendo di qualche settimana Giosuè Carducci che ricevette quello della letteratura. La scoperta dell’apparato di Golgi avvenne nel 1897 e fu pubblicata sulla Società Medico Chirurgica di Pavia l’anno successivo. La struttura e le funzioni di quest’organulo invece incominciarono a chiarirsi solo con le osservazioni al microscopio elettronico, a partire dal 1952.

Per saperne di più: http://it.wikipedia.org/wiki/Camillo_Golgi

Video sull’apparato di Golgi pubblicato lo scorso gennaio da Agorà-Scienze Biomediche:

https://www.youtube.com/watch?v=AH9S_uNuN_w

Nelle immagini: uno schema del complesso di Golgi, foto di Camillo Golgi, una targa commemorativa sul palazzo dove soggiornò a Pavia, ad un centinaio di metri dall’università.

La membrana cellulare: protezione e comunicazione

     La membrana plasmatica o cellulare è una struttura presente sia nelle cellule procariote che in quelle eucariote. Dai primi studi ad oggi, sono state scoperte caratteristiche sempre più complesse della membrana cellulare, perché le cellule non solo devono regolare gli scambi di materiali con l’ambiente extracellulare e mettere in comunicazione le varie cellule degli organismi pluricellulari ma devono anche difendere l’equilibrio interno di acqua, ioni, acidità e molecole organiche.

     Quali sono le caratteristiche generali di questa membrana? Innanzitutto la struttura di base: due strati di molecole fosfolipidiche disposte con le “teste” idrofile verso l’esterno della cellula e le “code” idrofobe verso l’interno. In questa struttura di base s’inseriscono vari altri tipi di molecole: glicolipidi, colesterolo e soprattutto molecole proteiche.

     Le principali molecole proteiche sono dette integrine o proteine integrali di membrana che si estendono da una parte all’altra, in tutto lo spessore della membrana cellulare. La disposizione nella membrana delle varie proteine non è uniforme e non mantengono posizioni fisse nel tempo, infatti negli anni ’70 del secolo scorso due biologi statunitensi (Jonathan Singer e Garth Nicholson) coniarono la definizione di modello a mosaico fluido. Le molecole di membrana possono variare in base al tipo di cellula e in base al tipo di vivente a cui le cellule appartengono. Le funzioni della membrana non cambiano: permettono alle cellule di interagire tra di loro e controllare gli scambi di materia ed energia con l’ambiente esterno.

     Oltre alle integrine che all’interno si ancorano al citoscheletro cellulare e all’esterno si collegano alla matrice extracellulare, sono presenti le glicoproteine che svolgono un compito fondamentale nel riconoscimento cellulare. Un altro tipo di proteine di membrana sono le proteine-recettore che riconoscono e veicolano verso il citoplasma i messaggi chimici provenienti dall’esterno. Spesso le proteine di membrana sono legate a piccole catene di carboidrati e formano le glicoproteine. Sono proprio i carboidrati delle glicoproteine a svolgere un ruolo fondamentale nel riconoscimento di vari tipi di molecole che interagiscono in positivo o in negativo con le cellule: soprattutto ormoni, virus e anticorpi. Un ruolo chiave nel passaggio delle sostanze viene svolto da specifiche proteine di trasporto dette carrier: trasportano da una parte all’altra ioni e molecole.

     In sostanza la membrana è un organulo cellulare complesso come tanti altri: vacuoli, ribosomi, mitocondri, … con molte funzioni specifiche ed è dotata di una permeabilità selettiva. Questo significa che passano liberamente solo determinate sostanze necessarie alla cellula; altre possono attraversarla con meccanismi più complessi che richiedono dispendio di energia. Ad esempio la membrana non è permeabile alle proteine, in caso contrario ci sarebbe una fuoriuscita di biomolecole che porterebbe a morte la stessa cellula. Perciò il contenuto proteico dei liquidi extracellulari generalmente e molto basso. Spesso anche le differenze di concentrazioni ioniche tra l’esterno e l’interno della membrana sono molto elevate. Ad esempio gli ioni potassio (K+) sono molto più concentrati all’interno, mentre gli ioni sodio (Na+) sono più concentrati all’esterno e sono alla base della trasmissione dell’impulso nervoso dei neuroni.

     Oltre alla membrana cellulare, ricordo che ogni organulo interno (nucleo, nucleolo, mitocondri, apparato del Golgi, reticolo endoplasmatico, vacuoli e cloroplasti nelle cellule vegetali, …) ha una propria membrana con funzione protettiva e di comunicazione.

     Bisogna aggiungere che a questa teoria della “membrana unitaria” è contrapposta quella della “membrana globulare”. I sostenitori di quest’ultima ritengono che la membrana sia formata da macromolecole di proteine disposte in globuli che si compenetrano con i fosfolipidi. Secondo molti studiosi bisogna considerarle due teorie che si completano a vicenda: coesisterebbero sia il doppio strato fosfolipidico, sia zone di membrana con strutture globulari.

Qualche animazione sulla “fluidità” delle strutture di membrana la puoi trovare qui e qui.

Per saperne di più: http://it.wikipedia.org/wiki/Membrana_cellulare  http://it.wikipedia.org/wiki/Modello_a_mosaico_fluido ; non trascurare il tuo libro di biologia! Vedi anche la rivista: Science. 175:720-731.  Singer, S.J., and G.L. Nicolson. 1972. The fluid mosaic model of the structure of cell membranes.

Immagine tratta da: http://biology.about.com/od/cellanatomy/ss/cell-membrane.htm