Il nostro corpo, e quindi anche una mano, è sì formato da atomi ma questi non sono le parti viventi più piccole.
La parte vivente più piccola è la cellula: il corpo umano è composto da molti miliardi di cellule ed è in esse che ci sono gli atomi.
Gli atomi son come “mattoni” di diverso genere ed è con questi mattoni che si possono costruire stanze (cellule) di diversa forma e attrezzate per funzioni diverse. Nelle varie parti della costruzione possiamo usare contemporaneamente, in modo misto e in base alle necessità, mattoni di terracotta forati (esempio per le pareti esterne) e mattoni di terracotta pieni (per le pareti interne) oppure mattoni in cemento, ma essi restano quali sono nella costruzione mentre quest’ultima può assumere la forma e le dimensioni che vogliamo darle in base alla funzione cui è destinata.
La natura disponne di oltre un centinaio di tipi di mattoni (atomi); alcuni di essi sono utilizzati dalle cellule viventi degli organimi.
Come, poi, in un lontanissimo passato sia potuto accadere che dalla materia inanimata (atomi e molecole) si siano formati i primi esseri viventi, è ancora in gran parte un mistero sul quale ancora si studia e per il quale ci sono diverse ipotesi.
L’atomo è la piú piccola quantità di materia contenuta in una sostanza che rimane invariata qualunque sia la reazione chimica cui quella sostanza partecipa. Gli atomi, in natura non sono isolati, non stanno da soli ma si aggregano tra loro a formare la materia, le sostanze. La piú piccola quantità di una sostanza che mantiene le proprietà della sostanza stessa si chiama molecola (1) ed è costituita da un certo numero di atomi (da uno a diverse centinaia) che possono essere identici tra loro oppure diversi. Le sostanze le cui molecole sono costituite da atomi diversi si chiamano composti e quelle le cui molecole sono costituite da atomi identici sono dette elementi. Si conoscono piú di un milione di composti ma solo 108 elementi, ne segue che 108 sono i tipi diversi di atomi oggi conosciuti.
La tabella periodica degli elementi
La caratteristica degli atomi è quella di essere considerati potenzialmente eterni ed immutabili nelle loro caratteristiche. Non così è per gli esseri viventi i quali nascono, si alimentano e crescono, si riproducono e muoiono.
Un atomo non nasce, non cresce, non si riproduce, non muore. Gli atomi degli elementi si formarono con l’origine dell’universo e da allora sono rimasti tali e quali.
 |
2 – Cellule, tessuti, organi e apparati, organismo
– i tessuti, caratterizzati da cellule specializzate a svolgere determinate funzioni;
– gli organi, composti da più tessuti, che effettuano anch’essi specifiche funzioni;
– gli apparati (o sistemi), nei quali diversi organi interagiscono per il compimento di funzioni superiori; infine,
– l’organismo (esempio il corpo umano).
Ogni elemento di un livello è dotato di capacità che l’elemento al livello inferiore non possiede. Così una singola cellula nervosa è capace di trasmettere impulsi nervosi a un’altra cellula, ma non è in grado di elaborare pensieri.
I biologi studiano le cellule per comprendere le modalità con cui esse si formano a partire dalle molecole, e per chiarire i meccanismi con i quali poi, una volta formate, esse cooperano alla costruzione di organismi complessi come gli esseri umani. La conoscenza delle cellule è alla base, dunque, della comprensione dei processi fisiologici, delle modalità di sviluppo e dei fenomeni di invecchiamento dell’organismo; così, tale conoscenza diventa di importanza fondamentale per chiarire il funzionamento della cellula e di come essa possa “vivere” sana o ammalarsi determinando le malattie che colpiscono l’uomo o gli esseri viventi in genere.
3 – Teoria cellulare
Le cellule furono osservate per la prima volta nel 1665 da Robert Hooke, che studiò con un microscopio rudimentale sottili fettine di sughero e vide che esse erano formate da elementi di forma regolare. Egli chiamò cellule questi elementi (dal latino cellula, “piccola stanza“), perché esse avevano l’aspetto di piccole scatole. Ciò che egli vide erano in realtà pareti di cellule vegetali morte. Nel 1673 Antoni van Leeuwenhoek effettuò invece osservazioni su globuli rossi, su piccoli organismi presi da acque stagnanti e su spermatozoi (che egli considerava piccoli animali, “animalunculi”). Nel 1830 Theodor Schwann compì studi al microscopio sulla cartilagine di animali e vide che questa era formata da cellule simili a quelle delle piante, e ipotizzò che le cellule sono gli elementi costitutivi fondamentali di piante e animali; analoghe conclusioni trasse nel 1839 Matthias Schleiden. Nel 1860 Rudolf Virchow affermò che le cellule devono essere le “unità vitali” di tutti gli organismi, e che ogni cellula deriva da un’altra cellula.
4 – Caratteristiche generali delle cellule
Neuroni o cellule nervose.
|
Eritrociti o globuli rossi.
|
Cellule muscolari.
|
Le cellule dei tessuti animali hanno forma estremamente varia, a seconda del tipo e della funzione (possono essere sferiche, dai contorni irregolari, stellate, poliedriche, cubiche, cilindriche ecc.). Le cellule nervose, ad esempio, hanno grossolanamente forma stellata, sono dotate di sottili prolungamenti che possono raggiungere anche diversi metri di lunghezza (come avviene, ad esempio, nelle fibre nervose che innervano il collo delle giraffe).
In tutti i viventi, le cellule condividono alcune caratteristiche fondamentali. Tutte le cellule sono delimitate da una membrana (detta membrana plasmatica o plasmalemma) che racchiude il citoplasma. Questo è formato da una componente semifluida, il citosol, contenente acqua, sali minerali e molecole organiche, in cui si trovano immerse strutture dette organuli o organelli ciascuno preposto a una particolare funzione.
4.1 – Capacità di svolgere reazioni metaboliche ed energeticheLe cellule sono la sede di reazioni chimiche che permettono loro di crescere, di produrre energia e di eliminare le scorie. Nel loro insieme, tutte queste reazioni sono denominate metabolismo (termine derivante da una parola greca che significa “cambiamento”). Le reazioni nella cellula avvengono in presenza di speciali sostanze, dette enzimi, costituite da molecole proteiche.
4.2 – Capacità di coordinare le proprie funzioni
Le informazioni necessarie allo svolgimento di tutte le attività metaboliche delle cellule e, in sostanza, le informazioni che rendono possibile la vita, sono contenute negli acidi nucleici, presenti all’interno delle cellule stesse: l’acido desossiribonucleico (DNA) fa da stampo per la produzione di acido ribonucleico (RNA) il quale, interagendo con strutture proteiche dette ribosomi, determina la sintesi di molecole proteiche. In tal modo avviene la formazione degli enzimi che, a loro volta, permettono lo svolgimento di tutte le attività cellulari.
4.3 – Capacità di riproduzione
Le cellule sono capaci di riprodursi: ciascuna di esse si divide in due cellule figlie mediante un processo che prende il nome di mitosi. La capacità di dividersi delle cellule è differente in base al tipo cui esse appartengono. Si possono riconoscere tre categorie:
cellule soggette al rinnovamento, che per tutta la vita dell’individuo vengono continuamente sostituite da cellule nuove (come avviene nella cute, cioè la pelle);
cellule in espansione, che smettono di dividersi (di riprodursi) quando l’individuo ha completato la sua crescita, ma che possono occasionalmente riprendere a dividersi come conseguenza di ferite o traumi (come avviene nel fegato, nella tiroide, nel tessuto muscolare liscio );
cellule statiche, che perdono la capacità di dividersi prima ancora che l’accrescimento dell’organismo sia completo (ad esempio, le cellule nervose). Alcune cellule nell’organismo mantengono la capacità di riprodursi per tutta la vita, e rimangono indifferenziate, potendo quindi dare luogo a diversi tipi cellulari: tali cellule sono dette staminali.
4.4 – Composizione molecolare
La chimica delle cellule si basa prevalentemente sui composti del carbonio (detti composti organici) e quasi esclusivamente su reazioni chimiche che hanno luogo in soluzione acquosa, nello stretto intervallo di temperature normalmente riscontrabili sulla Terra.
I principali tipi di molecole organiche che compongono la cellula sono le proteine (formate dall’unione di molte subunità (parti), dette amminoacidi), i carboidrati (sia zuccheri semplici, sia polisaccaridi, cioé lunghe catene di molecole di zuccheri), i grassi (tra i quali sono molto importanti i fosfolipidi, costituenti fondamentali della membrana plasmatica) e gli acidi nucleici (composti dall’unione di molti nucleotidi).
Tralasciamo ogni ulteriore argomento sulle cellule perché il proseguire ci porterebbe lontano e in conoscenze che alunni di scuola elementare non potrebbero comprendere.
Ci basti comprendere la differenza tra un atomo e una cellula:
l’atomo rimane immutabile nel tempo, è la piú piccola quantità di materia contenuta in una sostanza;
la cellula è formata da molti atomi uniti a formare molecole; essa nasce, si alimenta e cresce e, alla fine, muore!
Quando un organismo muore, la materia di cui è fatto si decompone, si trasforma causa vari processi. Ma gli atomi che compongono tale materia restano tali oppure si combinano con altri atomi a formare composti diversi.
A desempio l’utimo stadio di un composto organico (di un corpo animale morto o di una pianta morta) ridotto ai minimi termini potrebbe essere:
CO2 = anidride carbonica;
H2O = acqua;
SO2 = andidride solforosa;
H2S = acido solfidrico;
NH3 = ammoniaca;
MOx = ossidi metallici (Na2O, K2O, FeO, …).
Un famoso chimico francese
di nome Antoine-Lorein Lavoisier (pron. Antuan Loran Lavuaz’e) diceva a proposito
della natura che: “Nulla si crea, nulla si distrugge, ma tutto si trasforma“.
Che cosa voleva dire con questa frase?
Nulla si crea, cioè niente
nasce dal niente. Per esempio una pianta nasce dal seme, il seme proviene da
un’altra pianta e così via. C’è una famosa canzone di Sergio Endrigo
dal titolo Ci vuole un fiore che fa proprio così:
Le cose di ogni giorno raccontano segreti
a chi le sa guardare ed ascoltare.
Per fare un tavolo ci vuole il legno
per fare il legno ci vuole l’albero
per fare l’albero ci vuole il seme
per fare il seme ci vuole il frutto
per fare il frutto ci vuole un fiore
ci vuole un fiore, ci vuole un fiore,
per fare un tavolo ci vuole un fio-o-re.
Per fare un fiore ci vuole un ramo
per fare il ramo ci vuole l’albero
per fare l’albero ci vuole il bosco
per fare il bosco ci vuole il monte
per fare il monte ci vuol la terra
per far la terra vi Vuole un fiore
per fare tutto ci vuole un fiore
Per fare un tavolo ci vuole il legno
per fare il legno ci vuole l’albero
per fare l’albero ci vuole il seme
per fare il seme ci vuole il frutto
per fare il frutto ci vuole il fiore
ci vuole il fiore, ci vuole il fiore,
per fare tutto ci vuole un fio-o-re.
Nulla si distrugge. La pianta
quando muore non scompare nel nulla, ma si trasforma
in qualcos’altro. L’acqua di cui è composta evapora, torna nell’aria,
la pianta si secca e si frantuma in parti in più piccole che si disperdono
e si mescolano con il terreno su cui è cresciuta. Questi frammenti a
noi invisibili perchè troppo piccoli, saranno il nutrimento di altri
esseri viventi (piante, funghi, batteri, ecc) e così il ciclo continua.
la compongono (quindi le molecole di cui è costtituita) non scompaiono
nel nulla. Ogni giorno, nel nostro corpo, muoiono migliaia di cellule
(della pelle, del sangue e altre). Ad esempio i globuli rossi del
sangue hanno una vita media di 120 giorni. Quando il globulo rosso
muore, alcune sue parti vengono recuperate (es. il ferro viene
immagazzinato nel fegato) mentre altre vengono eliminate attraverso la pipì assieme ad altre rifiuti filtrati dai reni.
Altro esempio: la pelle che perdiamo dopo una intensa abbronzatura o
quella che perdiamo attraverso la forfora, si stacca dal nostro corpo e
finisce nell’ambiente circostante ma non scompare. Quelle parti di
pelle (le loro molecole e di conseguenza i loro atomi) vengono in parte
mangiate da microorganismi, altre piccole parti si decompongono a
formare sostanze diverse combinate con la terra dove cadono.
Quindi, gli atomi non si creano, non si distruggono ma si trasformano.
Un atomo è come un piccolo sistema solare, con un sole al centro e tanti
pianeti che gli ruotano intorno.
Nella nostra mano, tutti questi atomi stanno nelle cellule che la compongono (cellule delle ossa, dei nervi, dei muscoli, della pelle, del sangue che circola in essa); tali atomi non crescono di dimensioni ma aumentano invece di numero.
Quando la mano cresce, è perché cresce il numero di cellule che la compongono. Per fare più cellule servono più atomi; questi atomi il corpo li prende dall’alimentazione.
Con il tempo però gli organismi (gli esseri viventi e le loro parti), si deteriorano, si danneggiano, invecchiano e, alla fine, muoiono. Però, gli atomi che compongono quell’organismo non invecchiano e mai spariscono nel nulla; essi restano così com’erano quando il corpo era vivente oppure si trasformano combinandosi con altri atomi a formare nuovi composti e nuove molecole come già detto più sopra.
Nulla si crea,
nulla si distrugge,
tutto si trasforma!
(1) Si definisce molecola (dal latino scientifico “molecula”,
derivato a sua volta da “moles”: mole, “piccola quantità”) la più
piccola unità strutturale di un composto chimico che può esistere allo stato libero e che ne mantiene le medesime proprietà chimiche.
Può essere monoatomica, cioè costituita da un solo atomo (è il caso dei cosiddetti gas nobili elio, argon, xeno, neon), o poliatomica, cioè costituita da più atomi, uguali o diversi.
per indicare una molecola, in chimica si usano le formule che descrivono quali e quanti atomi vanno a comporre una molecola.
Le formule chimiche possono essere di due tipi: formula bruta e formula di stuttura.
Nella formula bruta ogni tipo di elemento chimico
è identificato attraverso il suo simbolo chimico. Il numero di atomi di
ogni elemento presente nella molecola viene indicato con un numero
subscritto se questi è più di uno.
Per esempio il metano, una molecola semplice che consiste in un atomo di carbonio legato a quattro atomi di idrogeno ha formula bruta CH4.
Il glucosio, con sei atomi di carbonio, dodici di idrogeno e sei di ossigeno ha formula bruta C6H12O6
Mentre l’unica informazione trasmessa dalla formula bruta riguarda gli elementi e le loro proporzioni, una formula di struttura fornisce anche informazioni sui tipi di legami e la disposizione spaziale degli atomi della molecola.
| Sostanza | Formula bruta | Formula di struttura |
modello della molecola |
| acqua | H2O |  |
 |
| metano | CH4 |  |
 |
| saccarosio (principale componente dello zucchero da tavola) |
C12H22O11 |  |
  |