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Alla

scoperta

della

cellula

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INDICE

3IL MICROSCOPIO ..................................................................................................... 3

Come si usa il microscopio? ...................................................................................... 5

Esperimento: alla scoperta di microrganismi ............................................................. 7

Curiosità di un microrganismo: il Paramecio ............................................................ 9

ATOMI E MOLECOLE .............................................................................................. 10

LA CELLULA ............................................................................................................. 11

Curiosità: come mai si chiama CELLULA? ............................................................ 13

Che cosa è la cellula? ............................................................................................... 13

La teoria cellulare: .................................................................................................... 14

La struttura della cellula ........................................................................................... 15

La cellula e le sue parti: ............................................................................................ 16

Cellula animale e cellula vegetale: simili ma anche diverse…................................ 19

Riassumendo… ........................................................................................................ 21

E’ tutto collegato! ..................................................................................................... 22

Il DNA e le sue informazioni ...................................................................................... 24

Costruiamo un modello di DNA .............................................................................. 25

Esperimento: Estraiamo il DNA .............................................................................. 26

Parole nuove ............................................................................................................... 31

Esempi di mappe da costruire con gli alunni: ............................................................. 32

Esempi di verifica ........................................................................................................ 34

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IL MICROSCOPIO

I nostri occhi senza l’aiuto di lenti non riescono a vedere oggetti molto piccoli. Nel 1'600

è stato inventato il microscopio: uno strumento che ha permesso all’uomo di poter

osservare oggetti piccolissimi. Attraverso delle lenti il microscopio ingrandisce gli

oggetti e permette di distinguere elementi altrimenti non visibili a occhio nudo. E’ stato

proprio grazie a questo strumento che gli studiosi hanno scoperto che tutti gli esseri

viventi hanno un elemento di base in comune: la cellula.

Nel microscopio l’oggetto da osservare viene illuminato dal basso ed è visto in

trasparenza. La luce lo attraversa per arrivare al nostro occhio. Per questo motivo gli

oggetti da osservare al microscopio devono essere sottili; in caso l’oggetto non sia per

sua natura trasparente o non abbastanza sottile, deve essere tagliato in pezzetti

sottilissimi.

Di solito nei laboratori scientifici scolastici viene usato il microscopio ottico.

L’uomo può vedere fino a 1/10 di mm, ma, con il microscopio, riesce ad ingrandire un

oggetto piccolissimo e vederne i particolari. L’unità di misura utilizzata è il micron, il cui

simbolo è µ, che corrisponde ad 1/1000 di mm.

Immaginate di tagliare un capello in 1000 parti: ogni parte corrisponde a 1µ.

Il microscopio ottico è costituito da 2 sistemi di lenti inserite all’estremità di un tubo:

- Il primo ingrandisce l’oggetto

- Il secondo ingrandisce l’immagine ingrandita dal primo

1 µ= 1/1000 di mm

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Questo strumento ha 3 parti:

1. SISTEMA OTTICO con

- Un oculare cioè un sistema di lenti che si trova nella parte superiore a cui si avvicina

l’occhio per guardare.

- Un obiettivo cioè un sistema di lenti in fondo al tubo porta lenti dalla parte dell’ oggetto

da osservare ( 40x=40 volte ingrandita).

- Tubo porta lenti

2. SISTEMA D’ ILLUMINAZIONE

composto anche solo da uno specchio, posto sotto l’oggetto da osservare, a sua volta

appoggiato su un vetrino.

3. STATIVO con

-una base

-un tavolino portaoggetti

- un supporto curvo

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Come si usa il microscopio?

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OSSERVIAMO IL PREPARATO AL MICROSCOPIO

7

Esperimento: alla scoperta di microrganismi

Materiali:

- Microscopio

- Vetrini

- Acqua

- Vaschetta

- Erba

- Contagocce

Procedimento:

Raccogliere dell’erba e porla sul fondo della vaschetta.

Versare sopra l’acqua fino a riempire in parte la vaschetta.

Lasciare riposare per alcuni giorni, sino a ancora quando l’acqua si intorbiderà e si

trasformerà in infuso.

Metterne una goccia sul portaoggetti e coprire con il coprioggetti.

Osservare al Microscopio.

Disegna quello che vedi.

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Rispondi alle domande:

1. Che forma hanno?

2. Secondo te di che cosa si nutrono?

3. Secondo te sono animali o vegetali?

Altri esperimenti da poter proporre:

- Osservazione di un ritaglio di giornale (lettera di una parola)

- Osservazione di una cellula vegetale tagliare un pezzetto sottile del

rivestimento esterno della cipolla

- Osservazione di una cellula animale presso il laboratorio di scienze dalla

scuola Mazzini, previo appuntamento, è possibile visionare vari tipi di vetrini

(es. sangue…)

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Curiosità di un microrganismo: il Paramecio

Il Paramecio è un organismo formato da una cellula. Il suo corpo è rivestito da una

membrana sulla quale sono impiantati numerosissimi, sottili e brevi filamenti: le ciglia.

Queste gli permettono di muoversi, nuotando rapidamente e di rallentare in presenza di

batteri, piccoli esseri di cui si nutre.

Sulla membrana cellulare esiste un’apertura detta CITOSTOMA che è una specie di bocca,

anch’essa dotata di ciglia. Il movimento delle ciglia crea nell’ acqua delle correnti che

attirano i batteri e li risucchiano all’interno. I batteri vengono inglobati e digeriti da

organuli chiamati vacuoli nutritivi che si spostano all’ interno della cellula.

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ATOMI E MOLECOLE

Tutta la materia, compresa quella che costituisce gli organismi viventi più complessi, è

costituita da combinazioni di elementi come l’ossigeno (aria), il carbonio (diamante,

grafite), il calcio ( uova, ossa, denti) e il ferro ( sangue).

La più piccola particella di un elemento si chiama atomo. Se gli atomi si uniscono tra loro

formano le molecole.

Una molecola d’acqua è costituito da 2 atomi di idrogeno e 1 atomo di ossigeno.

L’aggregazione di molecole prende il nome di cellula (dal latino cella, cameretta, piccolo

vano, stanzetta).

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LA CELLULA

Avete presente le città medievali, quelle

costruite su territori più elevati, città fortificate,

circondate da mura alte e forti, ma soprattutto

autonome? Bene, la cellula, cioè l’argomento di

cui parleremo in questo capitolo assomiglia

molto a una città fortificata!.... Ora scopriremo

il perché!

-Città fortificata-

Il corpo umano è una macchina meravigliosa, un insieme di meccanismi differenti, ognuno

dei quali ha una funzione particolare. Ogni elemento che compone questa macchina

straordinaria è fondamentale per il suo corretto funzionamento.

Se analizziamo l’organismo umano scopriamo che esso è formato da apparati, come ad

esempio quello digerente, respiratorio, circolatorio, locomotore, riproduttore, o da sistemi,

quello nervoso.

Ogni apparato o sistema è costituito a sua volta da più organi che collaborano tra loro.

Ogni organo svolge una funzione precisa ed è formato da gruppi di tessuti.

Ogni tessuto è costituito da un insieme di cellule che svolgono lo stesso compito.

Le cellule sono una piccolissima porzione di materia vivente che tutti gli esseri viventi

hanno in comune e sono il luogo dove è custodito il segreto della vita.

In sintesi:

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13

Curiosità: come mai si chiama CELLULA?

E' stato lo studioso Robert Hooke che usò per la prima

volta la parola cellula. Difatti, mentre osservava al

microscopio una sottilissima fetta di sughero, scoprì che

questo materiale era costituito da tantissimi oggetti

piccolissimi a forma di scatola, che ricordavano le

piccole celle dell'alveare. Hooke inventò la parola

CELLULA (→ piccola cella) per definire tali strutture.

Inizialmente si pensava che queste cellule al loro interno

fossero vuote, ma poi uno studioso francese ne scoprì il

contenuto, comprendendo, inoltre, che le cellule erano

degli esseri viventi autonomi.

Che cosa è la cellula?

Ma che cosa è precisamente la cellula?

La cellula, come abbiamo già affermato prima, è il luogo dove è racchiuso il segreto della

vita.

La cellula è l’unità di base della materia vivente.

Le cellule, inoltre, possiedono tutte le proprietà degli esseri viventi: nascono, si nutrono,

crescono, si riproducono e muoiono. Ogni cellula è indipendente dalle altre, ma devono

funzionare tutte insieme per garantire la sopravvivenza dell’organismo che costituiscono.

Le cellule hanno forme e dimensioni diverse, a seconda della loro funzione.

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Sapete, nel nostro corpo ci son più di 75 milioni di cellule!

Ma quanto sono grandi? Le dimensioni delle cellule si misurano in micron (µ).

La maggior parte delle cellule ha una lunghezza che varia dai 10 ai 100 micron. Per

osservarle, quindi, dobbiamo usare strumenti specifici come il microscopio.

Ci sono comunque cellule più grandi, che possiamo, quindi, vedere con i nostri occhi, come

la cellula uovo degli uccelli che può raggiungere il diametro di 8 cm (ad es. l’uovo di

struzzo).

La cellula uovo dell’uomo misura 100 µ.

Nella stessa specie o classe di animali, di mole diversa, non cambiano le dimensioni delle

cellule ma il loro numero.

La teoria cellulare:

Le ricerche degli studiosi hanno portato alla creazione della teoria cellulare che afferma:

1) tutti gli esseri viventi sono formati da una sola cellula (organismi unicellulari) o da

più cellule (organismi pluricellulari)

2) le reazioni chimiche di un organismo avvengono all’interno delle cellule

3) ogni cellula nasce da altre cellule

4) le cellule contengono le informazioni ereditarie degli organismi di cui fanno parte

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La struttura della cellula: leggi e disegna

La cellula è come

una casa singola

I funghi sono file

di case

Le alghe un isolato

Le piante i

grattacieli

Gli animali dei

complessi

residenziali con

più servizi

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La cellula e le sue parti:

Ogni cellula ha al suo interno un’organizzazione complessa, ha delle “mura” esterne e degli

organuli al suo interno, i quali permettono alla cellula di svolgere le funzioni necessarie alla

sua sopravvivenza e riproduzione.

Leggere la descrizione, proiettare/ disegnare/ mostrare immagini degli organuli e far

rappresentare graficamente agli alunni:

- la membrana cellulare è una pellicola

molto sottile che riveste e separa la cellula

dall’ambiente esterno, regola, inoltre, lo

scambio di sostanze tra la cellula e

l’ambiente esterno, selezionandole in base

alla necessità

- il nucleo rappresenta la parte più

importante della cellula, difatti, può essere

definita come la “stazione di comando”:

contiene tutte le informazioni per il

controllo delle funzioni vitali della cellula

stessa. Ha una forma tondeggiante e si

trova di solito al centro della cellula,

immerso nel citoplasma. E’ protetto da

una membrana, detta membrana nucleare.

Al suo interno c’è il materiale genetico,

quello addetto cioè alla conservazione e

trasmissione dell’informazione biologica.

Questo materiale ha la forma di vari fili

“attorcigliati”, si chiama DNA, e forma i

cromosomi.

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- il citoplasma (dal greco kytos = cellula

e –plàsma = materia) è il corpo della

cellula, si trova tra la membrana

cellulare e il nucleo. E’ formato da una

sostanza gelatinosa, detta citosol

(formata da acqua, sali minerali e

sostanze organiche) e dagli organuli

(cioè piccole strutture che svolgono

varie funzioni) immersi in questa

“gelatina”. E’ l’ambiente dove

avvengono le reazioni chimiche che

permettono la vita della cellula.

Tra i principali organuli troviamo:

i mitocondri hanno la forma di un

fagiolo (con tante creste al suo interno) e

rivestono il ruolo di “centrali elettriche”

perché producono l’energia necessaria

alla vita della cellula. Al loro interno,

difatti, avviene la respirazione cellulare:

processo in cui gli zuccheri, reagendo con

l’ossigeno, vengono demoliti in acqua ed

anidride carbonica liberando l’energia

necessaria alla cellula per compiere le sue

funzioni.

i ribosomi hanno la forma sferica, qui

avviene il “montaggio” delle proteine

(elementi essenziali per la crescita e la

riparazione, il buon funzionamento e la

struttura di tutte le cellule viventi [vedi

riquadro di approfondimento p.18])

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i lisosomi hanno la forma

tondeggiante, sono il centro di

demolizione e riciclaggio, il luogo cioè

dove vengono distrutte le sostanze nocive

e di rifiuto

i vacuoli sembrano delle bolle e hanno

la funzione di serbatoi: contengono acqua,

sostanze nutritive e sostanze di rifiuto che

devono essere eliminate

l’apparato di Golgi è formato da pile di

sacchi appiattiti a “fisarmonica”, può

essere definito come la stazione di

raccolta, imballaggio e distribuzione dei

materiali che vanno esportati dalla cellula

Scheda di approfondimento: LE PROTEINE

Le proteine ( dal greco protos= primo elemento ) sono gli elementi essenziali per

la crescita e la riparazione , il buon funzionamento e la struttura di tutte le cellule

viventi .

Sono presenti in diversi tipi di cibi come carne, pesce, latte, e legumi.

Ogni cellula e tessuto del corpo contiene proteine ( muscoli, ossa, unghie,

capelli…).

Ammontano al 20% del peso corporeo.

“ La vita dell’ omo si fa delle cose mangiate” [Leonardo da Vinci]

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Cellula animale e cellula vegetale: simili ma anche diverse…

Se osserviamo attentamente una cellula animale e una vegetale, si potrà notare che hanno

molti elementi in comune, ma che per alcuni differiscono.

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Le differenze principali sono le seguenti:

- la dimensione la cellula vegetale è più grande di quella animale: può arrivare ad

essere 5 volte maggiore.

- la parete cellulare la cellula vegetale è rivestita da una parete spessa e rigida, che

le dà forma e sostegno. E’ composta principalmente da cellulosa.

- i cloroplasti nella cellula vegetale troviamo i cloroplasti, organuli dalla forma

ovoidale che contengono la clorofilla. La clorofilla è la sostanza verde che capta

l’energia solare utile alla fotosintesi clorofilliana.

- un vacuolo più grandenella cellula vegetale si trova un solo vacuolo o più vacuoli

ma con dimensioni maggiori. Hanno un ruolo importante nel mantenere la parete

cellulare rigida ed eretto il corpo della pianta.

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Riassumendo…

Chi Che cosa fa Com’è Si trova nella cellula

ANIMALE VEGETALE

PARETE

CELLULARE Dà forma e sostegno

E’ spessa e

rigida X

MEMBRANA

CELLULARE

Riveste e la cellula e

regola lo scambio con

l’ambiente esterno

È una pellicola

molto sottile X X

NUCLEO È’ la stazione di comando.

Contiene i cromosomi

Forma

tondeggiante X X

CITOPLASMA

E’ dove avvengono le

reazioni chimiche

E’ formato da

sostanza

gelatinosa ed

organuli µ

X X

MITOCONDRI

È la centrale elettrica della

cellula, è dove avviene la

respirazione cellulare

Forma di un

fagiolo X X

RIBOSOMI “monta” le proteine Forma sferica X X

LISOSOMI Centro di demolizione e

riciclaggio

Forma

tondeggiante X X

VACUOLI Serbatoi di acqua, sostanze

nutritive e di rifiuto Simili a bolle X

X

(1 o di più,

ma di

maggiori

dimensioni)

APPARATO DI

GOLGI

Stazione di raccolta,

imballaggio e

distribuzione

Pile di sacchi

appiattiti X X

CLOROPLASTI Contengono la clorofilla.

Forma ovoidale X

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E’ tutto collegato!

Tutte le funzioni della cellula sono collegate tra loro.

Osservando lo schema potrete notare che le varie attività svolte dai diversi elementi che

compongono la cellula sono tutte connesse tra loro, collegate da una rete di relazioni.

Ordina le frasi e poi inseriscile nello schema della pagina successiva:

Gli zuccheri sono assorbiti dai mitocondri e

trasformati in ENERGIA

I cloroplasti sintetizzano gli zuccheri

H20 e CO

2 entrano nella cellula attraverso la

membrana cellulare

l’energia solare

L’energia, con le sostanze nutritive, viene

usata dai ribosomi per produrre PROTEINE

Le proteine regolano il funzionamento della

cellula

Le funzioni della cellula:

23

24

Il DNA e le sue informazioni

Come fa il nucleo ad essere la “stazione di comando” della cellula? Al suo interno ci sono

dei filamenti, i cromosomi, formati da una sostanza chimica: il DNA. E’ una specie di

nastro-memoria delle informazioni ereditarie che, attraverso un codice cifrato, contiene

tutte le informazioni dell’organismo. Ogni informazione, ad es. il colore dei capelli, è

contenuta in un gene, che corrisponde ad un pezzetto di DNA. In un cromosoma ci sono più

geni.

In ognuna delle nostre cellule si trovano 46 cromosomi, ereditati dai genitori: 23 dalla

mamma e 23 dal papà.

E’ infinito il numero dei modi in cui i geni si possono combinare tra loro, e da questo

consegue che i cromosomi sono differenti per ogni individuo. Per questo motivo ogni

individuo ha un proprio DNA.

I gatti generano sempre gattini, anche se diversi, neri, bianchi, striato o macchiati; così dal

seme che genera una pianta di mais si formeranno solo piante di mais, anche se un po’

diverse dalla pianta madre.

Nel 1950 due studiosi americani hanno

studiato il DNA, hanno scoperto che la sua

struttura assomigliava ad un’elica ed hanno

provato a costruirne un modello.

Nel modello il DNA assomiglia ad una scala

a pioli, dove i due montanti non sono dritti,

ma a forma di “ricciolo”.

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Costruiamo un modello di DNA

Materiali:

- spago

- filo

- pongo colorato

- forbici

- righello

Procedimento:

- tagliare 15 pezzetti di spago lunghi 4 cm

- tagliare due fili di rafia lunghi 30 cm

- annodare le estremità di ogni spago ai due fili di rafia, costruendo così una scala a

pioli

- posizionare il pongo colorato, rivestendo ogni singolo piolo, costituendo le coppie:

verde (A) + giallo (T)

rossa (G) + blu (C)

- modellare la scala, ruotando i due fili di rafia, per ottenere la forma a doppia elica

NB. Le coppie possibili sono solo 2, ma cambia la loro disposizione lungo “la scala”.

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Esperimento: Estraiamo il DNA

Materiale:

- 1 contenitore graduato da 100 cl

- 3 gr. di sale

- 10 cl di detersivo per piatti

- 1 siringa

- 1 bicchiere

- 4 cucchiaini

- 1 cucchiaio

- 1 provetta da 10 cl

- 1 bottiglietta di plastica

- Acqua demineralizzata (quella che si usa per stirare)

- Alcol etilico

2. Mettere un po’ d’alcol nella bottiglietta e tenetelo

in freezer per qualche ora

1. Preparare la soluzione che romperà le cellule per scovare il DNA,

contenuto nel nucleo.

In un becker da 100 cl versate 80 cl di acqua demineralizzata e il sale.

Mescolate fino alla scomparsa del sale.

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3. Aggiungere il detersivo liquido per i piatti alla soluzione con la siringa

4. Aggiungere altra acqua fino ad arrivare a 100 cl

6. Con un cucchiaino mescolare LENTAMENTE la soluzione,

SENZA PRODURRE BOLLE, fino a che non diventa omogenea.

Ora la soluzione “spacca- cellule” è pronta!

5. Mettere un cucchiaio d’acqua in bocca ed agitare con forza per 30

secondi. Non ve ne accorgerete, ma alcune cellule si staccheranno dalla

bocca. “Sputare” l’acqua in un bicchiere pulito.

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7. Mettere un cucchiaino piccolo di “saliva” e mezzo cucchiaino

della soluzione “spacca- cellule” nella provetta

8. Tappare il contenitore e capovolgerlo, o farlo

oscillare con ESTREMA DELICATEZZA per 3 o 4

volte. Non si deve creare schiuma.

Ora le cellule delle guance rilasciano il DNA

contenuto nel nucleo

9. Far scorrere LENTAMENTE un cucchiaino piccolo

di alcol etilico ghiacciato nella provetta

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10. Osservare quindi dei filamenti del vostro DNA in formazione tra i 2 strati

di liquido. Dopo un po’ di tempo comparirà un batuffolo bianco nello

strato di alcol etilico (in alto). Si tratta di un sale di DNA!!!

AVETE OSSERVATO....

Le cellule contengono il DNA all’interno di un corpuscolo chiamato

nucleo. La soluzione con sale e detersivo rompe la protezione della

cellula e del nucleo. Inoltre, il DNA non si scioglie nell’alcol, quindi

si forma un sale di DNA che comincia a precipitare: è quello il

batuffolo bianco.

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INTANTO, NEI LABORATORI DI RICERCA…

I geni sono sezioni di DNA. La modifica, la clonazione, la

sostituzione o l’introduzione di geni in un altro organismo sono tutte

operazioni dell’ingegneria genetica. Gli obiettivi sono tanti: dallo

sviluppo di nuovi antibiotici e vaccini, alla produzione, ad esempio, di

organismi cosiddetti transgenici cioè piante o animali che possono

essere molto utili in agricoltura.

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PAROLE NUOVE (spazio per inserire i nuovi termini e le loro definizioni):

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Esempi di mappe da costruire con gli alunni:

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Esempi di verifica

1) Collega ogni termine alla sua definizione:

Chi Che cosa fa?

RIBOSOMI Serbatoi di acqua, sostanze nutritive e

di rifiuto

LISOSOMI Centro di demolizione e riciclaggio

VACUOLI Contengono la clorofilla

APPARATO DI GOLGI “monta” le proteine

CLOROPLASTI Stazione di raccolta, imballaggio e

distribuzione

Chi

Che cosa fa?

PARETE CELLULARE E’ dove avvengono le reazioni

chimiche

MEMBRANA

CELLULARE

È’ la stazione di comando. Contiene i

cromosomi

NUCLEO Riveste la cellula e regola lo scambio

con l’ambiente esterno

CITOPLASMA Dà forma e sostegno

MITOCONDRI È la centrale elettrica della cellula, è

dove avviene la respirazione cellulare

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2) Completa il cruciverba:

Orizzontale:

2 Può essere cellulare o nucleare

4 E' la cellula che ha anche la parete cellulare

5 Strumento usato per ingrandire oggetti non sempre visibili a occhio nudo

8 E' la stazione di comando della cellula

9 “Monta” le proteine

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10 Si indica con µ

12 Sono il centro di demolizione e riciclaggio della cellula

14 Nome da cui deriva “Cellula”

15 E’ formato da sostanza gelatinosa ed organuli

Verticale:

1 E' una specie di nastro-memoria delle informazioni ereditarie

3 Sono la centrale elettrica della cellula

6 Contengono la clorofilla

7 E' la cellula che non ha la parete cellulare

11 E' l'unità di base della materia vivente

13 Simili a bolle

3) Completa:

La cellula è circondata dalla ……………………………………….. . Dentro troviamo il

nucleo e il…………………….., composto da una sostanza ………………. detta citosol e

da vari ……………………

I mitocondri sono la ………………………………………… della cellula.

Nei ribosomi avviene il montaggio delle ………………………………

I lisosomi sono il centro di …………………….. e ………………………………

I ………………………….. contengono clorofilla e sono presenti solo nella

cellula……………..