Don’t know much about geometry…

Ho trovato in rete un documento coloratissimo che riassume molte delle formule della geometria piana e solida che stiamo trattando quest’anno. Siccome i più distratti tra voi hanno un formulario incompleto perché non hanno trascritto gli appunti così come consigliavo (“Eh ma Prof, non mi ricordavo che oggi c’era geometria…” “Mi scusi, ma non sapevo di dover portare il formulario!” oppure “L’avevo messo in cartella, ma non lo trovo più…” o ancora “A che cosa ci serve questo formulario?”), potrebbe essere un buon modo per recuperarne uno. Stampatevelo e cominciate ad utilizzarlo! Cliccate sul link che trovate in fondo al post. See you soon!

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Un’esplosione di diamanti

Forse siamo erroneamente abituati a pensare che i ragazzini di oggi guardano tv spazzatura, ma dobbiamo ricrederci. Molti di loro si sintonizzano sul canale di Focus Uno o National Geographic o guardano documentari interessanti ed educativi, del tipo “how it’s made?” o Ulisse-il piacere della scoperta. A casa esaminano video sulla creazione della Terra e sulle proprietà quasi magiche dell’acqua e te li portano a scuola affinché li visioni anche tu (E.). E poi a lezione ti mettono in difficoltà sostenendo di avere visto un programma in cui vengono creati diamanti stupendi da un’esplosione fragorosa (T.). Ora, che esistessero diamanti sintetici me lo ricordavo anch’io, ma come questi vengano esattamente prodotti mi resta oscuro.

Quando si parla dell’atomo di carbonio (C) si fa sempre riferimento a due sostanze base,  entrambe pure, costituite cioè da soli atomi di C: la grafite e il diamante. Non solo: sappiamo che il carbonio è un atomo particolare perché, diversamente dagli altri elementi della tavola periodica, origina una serie infinita di composti, detti organici, grazie al fatto che ha molteplici possibilità di legarsi con altri atomi.

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I diamanti e la grafite, tuttavia, si classificano tra i composti inorganici, poiché non vi sono molecole organiche esclusivamente composte da atomi di C. I diamanti sono enormi cristalli trasparenti di carbonio puro, aventi una struttura molecolare solida e compatta, poiché ogni atomo di C è legato ad altri quattro intorno a lui tramite legame covalente (forte) secondo una geometria spaziale detta tetraedrica (poliedro con 4 facce). La grafite, dal punto di vista strutturale, è formata da un reticolo esagonale a strati, i quali sono legati tra loro tramite legami di van der Waals (deboli) e si sfaldano con facilità. Come conseguenza, la grafite è un solido fragile e friabile. Il diamante, invece, è il materiale più duro che si trova in natura ed ha diverse altre interessantissime proprietà, quali un elevato indice di dispersione ottica, altissima conducibilità termica, grande resistenza agli agenti chimici (sono intaccabili sia da acidi che da basi!) e bassissimo coefficiente di dilatazione termica. Grazie a queste caratteristiche, è ampiamente utilizzato in gioielleria, dove il suo valore è stabilito da quattro fattori o quattro C: colore (color), purezza (clarity), taglio (cut) e peso (carat).

Questo prezioso minerale si estraeva generalmente in miniere a cielo aperto dell’India o, in tempi più recenti, dal Sudafrica e da altri paesi del continente nero. La forma e il colore dei diamanti estratti possono essere vari. Poiché i giacimenti diamantiferi sono di origine naturale, sono soggetti ad esaurimento.

Per questo motivo, già intorno agli anno ’50, è iniziata la sintesi di diamanti artificiali. A partire da grafite in presenza di altri metalli (quali Fe, Ni) ed innescando elevatissime temperature e pressioni, si sono ricreate le condizioni necessarie alla cristallizzazione del carbonio che portano alla formazione del diamante. Poiché tale pratica, detta HPHT (high pressure high temperature), risulta essere molto dispendiosa in termini energetici, si è sviluppato di recente un altro metodo, chiamato CVD (chemical vapor deposition), in cui i diamanti vengono prodotti tramite deposizione di un precursore molecolare del C in fase vapore su un supporto solido che decomponendosi forma i cristalli di diamante.

Tuttavia, è possibile formare nanocristalli di diamante (5 nm di diametro) detonando alcuni esplosivi contenenti carbone all’interno di una camera metallica. Questi nanocristalli sono chiamati “nanodiamanti da detonazione“. Durante l’esplosione, la pressione e la temperatura nella camera di diventano abbastanza alti per convertire il carbonio degli esplosivi in diamante. Immersa in acqua, la camera dopo l’esplosione si raffredda rapidamente, impedendo la conversione del diamante appena formato, in grafite più stabile.

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Detonazione di nanodiamanti (al microscopio elettronico)

Test del DNA: qual è la sua utilità? come si esegue?

Questa volta sono rimasta positivamente colpita dalle vostre ricerche, ragazzi. Ho studiato dalle vostre pagine. Ognuno di voi ha dato un suo contributo all’articolo che mi accingo a scrivere. Vi ho usati come riferimenti bibliografici. Mi rendo conto che alcune frasi che avete riportato, non possono esservi immediatamente comprensibili, ma cercheremo di chiarirle in classe. Apprezzo il tentativo che avete fatto per completare la consegna, cercando e selezionando materiale in rete utile a questo scopo.

Per utilizzare un’espressione anglosassone, il test del DNA si traduce in DNA fingerprinting (impronta genetica) che forse avrete già sentito nominare. Vi riconduco ad un articolo molto interessante che potrebbe essere una buona chiave di lettura delle vostre produzioni scritte: what is a DNA fingerprint? Se con l’inglese non avete molta dimestichezza, spero possano tornarvi utili le mie spiegazioni.

Definizione: Il test del DNA è un metodo usato per identificare un individuo a partire da un suo campione di DNA, che ci consente di ricavare, dall’analisi del materiale genetico, un profilo unico e caratteristico di quell’individuo. (A.Z.)

Razionale: Tutte le cellule somatiche di un individuo contengono, nel loro nucleo, lo stesso DNA, che rimane inalterato nel tempo, persino dopo la morte. (E.G.) Dagli studi effettuati sul carotipo umano, sembrerebbe che tutti noi umani condividiamo la stessa batteria di 23×2 cromosomi. (V.B.) In effetti tra due individui, in media, il 99,9% di materiale genetico è identico, ma vi sono delle piccole differenze (il rimanente 0,1%) che concorrono a determinare quell’individualità caratteristica dei diversi esseri umani (salvo per gemelli monozigoti). (N.S.)

L’impronta genetica di un individuo, quindi, è unica ed irripetibile(D.A.) In termini numerici, ciò significa che circa 3 milioni di paia di basi (azotate) sono diverse da persona a persona.

Oggigiorno sono noti i più comuni punti di variazione di alcuni geni, ovvero di porzioni di DNA cromosomico. In generale, si può determinare il profilo genetico di un individuo tramite analisi delle differenze (genotipizzazione) di 16 regioni del DNA altamente variabili in lunghezza (dette poliformiche). (A.O.) Ad es. nel cromosoma numero 5 vi è un locus genico, o regione del dato gene, in cui compaiono delle sequenze TAGA, che possono essere ripetute da 5 a 16 volte, a seconda dell’individuo considerato. (A.G.P.)

Procedura: Per effettuare il test è necessario:

  1. Prelevare un campione di DNA della persona in questione. In genere si tratta di un campione di cellule salivari o di un campione di sangue, poiché sono le cellule migliori per effettuare questo tipo di esame. (A.F.)
  2. Da questi campioni è possibile estrarre il DNA tramite un protocollo molto semplice (che noi abbiamo riprodotto in laboratorio).
  3. Una volta isolata la macromolecola, la si sottopone alla cosiddetta PCR (polymerase chain reaction), una reazione enzimatica che utilizza la DNA-polimerasi per amplificare le 16 regioni di DNA polimorfiche. In questa fase, le specifiche regioni di DNA vengono prodotte (per copiatura) in milioni di copie. Questa fase è particolarmente utile se il campione è presente in quantità limitate o se è parzialmente degradato.
  4. Tali frammenti vengono quindi separati in modo automatizzato (per elettroforesi) grazie alla loro differente dimensione.
  5. L’immagine che si ottiene alla fine, è una sorta di diagramma a picchi (o codice a barre), diversa per ogni individuo.
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Le diverse fasi sperimentali nella determinazione del profilo genetico di un individuo.

Utilità: Il profilo genetico così ottenuto viene poi messo a confronto con il materiale raccolto in un contesto diverso (A.F.). In ambito forense, ad es., l’impronta genetica degli individui sospetti viene paragonata con quella raccolta da materiale organico rinvenuto sulla scena del crimine. Il test serve dunque ad individuare un colpevole. (Z.B.) Nelle dispute riguardanti la paternità di un individuo, si confronta il profilo genetico del presunto padre con quello del figlio. Poiché ogni individuo eredita metà del materiale genetico dal padre e metà dalla madre, se vi è una corrispondenza nei profili del 50%, allora il padre è quello biologico. (L.F.) Test genetici vengono effettuati anche in ambito medico al fine di individuare eventuali fattori di predisposizione di un individuo a una malattia ereditaria, o geneticamente trasmissibile. (N.S.)

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Solamente D1 è figlia dei due genitori.

Gemelli identici o diversi?

Il tema dei “gemelli” torna ciclicamente quando si parla di fecondazione. Questa volta la curiosità era di Z. Senza addentrarci nello studio degli apparati riproduttori, abbiamo accennato al fatto che la vita dell’uomo si genera nel momento in cui lo spermatozoo e l’ovocita, cioè, rispettivamente, la cellula germinale maschile e femminile, si fondono nella tuba uterina. Abbiamo poi detto che tali cellule sessuali (chiamate anche gameti) sono particolari e si distinguono da tutte le altre, perché portano, nel loro nucleo, solo metà del materiale genetico, contano cioè, solo 23 cromosomi e si dicono aploidi. Esse si generano per meiosi, un particolare processo di divisione cellulare che compete solo alle cellule contenute nell’ovaio o nei testicoli (gametogenesi).

Il materiale genetico paterno va ad unirsi a quello materno nel momento della fecondazione, ma i rispettivi cromosomi -abbiamo detto 23 per parte- restano unità separate, non si fondono. I cromosomi, quindi, mantengono la loro identità anche dopo la fecondazione. L’ovulo fecondato conta ora ben 23 x 2 = 46 unità di DNA, è cioè una cellula diploide, e contiene tutte le informazioni necessarie per formare un intero organismo. La cellula che risulta dall’unione e fusione del gamete maschile e di quello femminile si chiama zigote.

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Per semplicità, in quest’immagine i gameti portano 3 unità cromosomiche (anziché 23) che, dopo fecondazione, generano lo zigote, che ne conta 6 (anziché 46).

Nella fase embrionale precoce, lo zigote comincia a dividersi, secondo il più comune tipo di divisione cellulare che è la mitosi, molto rapidamente, originando due cellule figlie, identiche alla cellula madre. Queste, a loro volta, ne genereranno altre due (ovvero 4 totali); seguendo questo schema di divisione cellulare (le potenze del 2), si passa da 4 a 8 cellule, poi da 8 a 16, da 16 a 32 e così via.

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Durante questa prima fase della moltiplicazione cellulare, può avvenire la separazione dell’unica massa di cellule presente in quel momento in due masserelle separate, dette morule (per la loro somiglianza alla mora). Se entrambi gli ammassi cellulari trovano modo di impiantarsi nell’utero materno, può generarsi una gravidanza gemellare. Questi gemelli avranno identico patrimonio genetico, provenendo dalla stessa divisione cellulare; sono detti gemelli monoovulari, ovvero sono generati dallo stesso ovocita. Si dicono anche monozigoti, perché lo zigote iniziale era lo stesso. I gemelli monovulari possono condividere la stessa placenta (gemelli monovulari monocoriali), o possono sviluppare due placente distinte (gemelli monovulari bicoriali). Da questa gravidanza nasceranno gemelli identici, aventi quindi anche stesso sesso con forti somiglianze fisiche, cioè stessi caratteri somatici.

Quando la divisione della massa di cellule avviene in una fase embrionale più tardiva, possono, con probabilità assai ridotte, formarsi gemelli che hanno una o più parti del corpo in comune, i gemelli siamesi. Essi nascono uniti in quella zona e possono, se non sono coinvolti organi vitali, essere separati chirurgicamente con successo.

Più comunemente può accadere che due ovuli, maturati dallo stesso ovaio, possano essere fecondati, all’interno della stessa tuba, da due spermatozoi diversi. Le condizioni che possono determinare la comparsa di due ovociti maturi in uno stesso ciclo mestruale possono essere varie. I due embrioni si sviluppano indipendentemente, impiantandosi separatamente nella mucosa uterina, in punti diversi, sviluppando ciascuno i propri annessi fetali (placenta, corion, amnios). Poiché i due feti che si formano hanno un patrimonio ereditario diverso fra loro (derivano, infatti, da due uova e da due spermatozoi diversi), non avranno una somiglianza fisica maggiore di quella che si riscontra normalmente tra due fratelli derivati da gravidanze diverse e potranno avere sesso differente. Essi vengono perciò chiamati gemelli biovulari, o dizigoti.

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L’oogenesi, la formazione dei gameti femminili.

Dunaliella salina e i laghi rosé

In questo periodo di festività natalizie abbiamo ripassato la geografia della Palestina ai tempi di Gesù Cristo e abbiamo annoverato, da nord a sud, le tre regioni storiche che la costituiscono, insieme alle loro città più importanti: la Galilea con Nazareth, Genezareth e Cana, la Samaria con Cesarea e Samaria, e, infine, la Giudea con Betlemme, Gerusalemme, Gerico ed Ebron. palestinaTutte e tre le zone sono attraversate, lungo loro confine orientale, dalla valle del fiume Giordano; esso si immette, scorrendo verso sud, prima nel lago di Genezareth (alias Mar di Giudea) e poi nel Mar Morto. Quest’ultimo, in verità, è un lago, posto ad una depressione di circa 400m sotto il livello del mare ed è caratterizzato da un’elevatissima salinità, circa dieci volte maggiore rispetto ai mari tradizionali.
Ciò fa sì che non vi si trovino forme di vita, eccezion fatta per alcuni batteri o alghe. Tali microorganismi vengono detti alofili poiché si sono adattati a vivere a livelli di salinità ben al di sopra (15-30% di NaCl) di quelli tollerati dai normali organismi (7,5%). Tra questi ricordiamo la Dunaliella salina, un’alga unicellulare eucariote flagellata, che sviluppa alcuni carotenoidi per proteggersi dalle forti radiazioni UV a cui è sottoposta che conferiscono una caratteristica colorazione rosso-arancio alle acque in cui cresce.

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Disegno schematico di un’immagine al microscopio ottico di Dunaliella salina

Pare che sia il ß-carotene, pigmento presente in granuli all’interno delle tilacoidi dell’unico cloroplasto che la cellula possiede, ad essere il responsabile del colore dell’alga. Tale vegetale riesce a sopravvivere in quest’ambiente inospitale grazie all’ingente produzione di glicerolo, al quale la sua membrana plasmatica non è permeabile, e viene perciò trattenuto all’interno del citoplasma per contrastare la forte pressione osmotica esercitata all’esterno dal sale.

Altri membri della famiglia delle Dunaliellaceae comprendono delle specie che oggi sono oggetto di studio perché ritenute possibili fonti di biocombustibile (biodiesel), grazie alla loro rapida crescita e al rilevante accumulo di lipidi nei globuli del citosol.

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L’abbronzatura, la melanina e l’albinismo

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Tempo fa, in una delle nostre discussioni, abbiamo nominato la melanina. Contrariamente a quanto credeva E., la melanina non è una proteina. E’ una molecola molto più piccola, un composto organico, che comprende molte varianti, la cui etimologia fa riferimento al greco antico μέλας (mèlas = nero). Le melanine sono dunque dei pigmenti dal colore nero, bruno o rossastro.

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Un melanocita

Esse vengono prodotte dai melanociti, cellule dendritiche che derivano dalla cresta neurale e migrano nella cute durante lo sviluppo embrionale. La loro particolare forma a stella che presenta molteplici estroflessioni, consente a queste cellule di secernere granuli di melanina fino a raggiungere lo strato più superficiale del derma, l’epidermide, pur essendo localizzate in profondità. Esse non si trovano soltanto nella pelle, ma anche nei capelli, nei peli e negli occhi  e sono dunque responsabili della loro colorazione.

La melanina ha un effetto protettivo nei confronti della pelle, in quanto, assorbendo raggi solari (nell’intervallo di lunghezze d’onda da 400 a 315 nm) dannosi per le cellule, converte, in associazione con altre biomolecole, l’energia contenuta nella luce in calore (assolutamente innocuo), prevenendo la formazione di radicali liberi, che sono causa di invecchiamento cutaneo o di patologie a carico della cute. Nonostante tutti gli esseri umani possiedano una concentrazione simile di melanociti nella pelle, diversa è l’attività di produzione della melanina da parte degli individui; a seconda dell’etnia, dell’intensità dell’esposizione e dell’età dell’individuo, la melanogenesi può essere più o meno accentuata. Cerchiamo di essere più chiari.

Gli individui che popolano le regioni equatoriali della Terra, hanno, rispetto alle popolazioni nordiche, un colorito della pelle molto più scuro. L’elevata pigmentazione, non solo filtra i raggi UVA nocivi, ma pare prevenga la distruzione dei folati (vitamina B9) -fotosensibili- nel sangue. Al contrario, la pelle chiara caratteristica delle genti del Nord, consente loro di captare la maggior quantità possibile di luce solare, essenziale per la sintesi della vitamina D.

Nei mesi più caldi dell’anno, quando si è esposti ad un’irraggiamento solare maggiore, la produzione di granuli di melanina aumenta durevolmente e ci abbronziamo.

Con l’avanzare dell’età, invece, il numero di melanociti attivi cala sensibilmente, e ciò si traduce, ad es., in uno sbiancamento progressivo dei capelli, ovvero in un incanutimento dovuto ad un calo della produzione di melanina nei follicoli piliferi. Spesso gli anziani sviluppano anche macchie scure sulla pelle che derivano da un’alterazione del pigmento melanico che si accumula in alcune zone superficiali della cute.

albino2-800X400-800x400La melanina si forma a partire dell’ossidazione enzimatica della tirosina (un aminoacido, precursore di pigmenti) a 5,6-diidrossiindolo, ad opera della tirosinasi. La mancanza di questo enzima provoca l’albinismo (dal latino albus, bianco), un’anomalia congenita che si manifesta nella totale o parziale mancanza di pigmentazione melaninica nella pelle, nell’iride e nei capelli e può colpire tutti vertebrati.

E’ una malattia ereditaria autosomica recessiva. E’ quindi trasmissibile da genitore in figlio, ma affinché la disfunzione si manifesti, il soggetto deve essere omozigote recessivo, ovvero ereditare entrambi gli autosomi (coppia di cromosomi non sessuali) con il difetto sul gene che codifica per la proteina tirosinasi. Entrambe le varianti alleliche, in questo caso, sono difettose e l’albinismo diviene un carattere osservabile. Se invece solo una delle due copie dei geni imputati è difettosa e l’altra normale, il disordine non si manifesta: il soggetto, maschio o femmina che sia, risulta portatore sano. E il portatore sano è in grado di produrre una quantità sufficiente di pigmento.

Qualche giorno fa si celebrava la giornata mondiale dell’albinismo: tale disfunzione, oltre a creare fastidi importanti a chi ne è colpito, ha spesso portato ad emarginare questi individui dal tessuto sociale, perché etichettati, specie in luoghi con tradizioni di arretratezza culturale, come diversi.

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La spiralizzazione del DNA

dnaLe nostre lezioni sono giunte al termine e, con un pizzico di malinconia, esco per l’ultima volta dall’aula 4. Non so se e quando vi rivedrò né se mi sarà data la possibilità di tornare in questo istituto il prossimo anno scolastico, ma spero che il tempo che abbiamo passato insieme sia stato fruttuoso. E, soprattutto, che sia stato utile per prepararvi ai tanto temuti test d’ingresso all’università. In bocca al lupo, ragazzi!

Io, nel frattempo, continuerò ad occuparmi delle nostre tematiche e a scrivere articoletti. Qui, se avrete voglia, troverete i miei aggiornamenti. Non esitate a scrivermi se nel frattempo vi sorgono nuovi dubbi. Vi risponderò come meglio posso.

Vi saluto con questo video, di cui potrete apprezzare la prima parte sui diversi livelli di organizzazione del DNA e sulla divisione cellulare. La parte finale, che riguarda i meccanismi della duplicazione del DNA e la sintesi proteica, non l’abbiamo vista nei particolari, ma vi invito lo stesso a rendervi conto della complessità dei processi che avvengono costantemente in noi esseri viventi.

Non smettete mai di meravigliarvi della bellezza della vita!