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L’impulso Elettrochimico

Filizzola

Tesina Esame di Zoologia - - Scienze Forestali e Ambientali UNIBAS

Passaggio dell’impulso tra Neuroni

(SINAPSI)

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RIGENERAZIONE dei Tessuti

Alcune cellule prolificano per sostituire quelle che muoiono.

Durante la vita di un organismo adulto si possono formare nuove cellule differenziate

in due Modi:

- MITOSI Per semplice raddoppio delle cellule differenziate e già presenti che

si dividono per dare coppie di cellule figlie dello stesso tipo.

TESSUTI ENDOTELIALI (L’epitelio che riveste i vasi sanguigni).

- CELLULE STAMINALI Per derivazione di cellule capostipite indifferenziate.

SANGUE, EPIDERMIDE (L’epitelio che riveste l’intestino).

Alcuni tessuti hanno cellule stabili per tutta la vita dell’individuo e non sono in grado

di moltiplicarsi per sostituire le cellule morte. Molte cellule stabili però rinnovano

alcune loro parti, è il caso delle CELLULE NERVOSE e dei FOTORECETTORI DELLA

RETINA. Filizzola

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Simmetria

Gli 1,5 Milioni di specie animali viventi a cui è stato attribuito un nome, sono

suddivisi in 34 Phyla.

Dei 34 Phyla animali, 9 contengono il numero maggiore di specie.

Questi 9 Phyla Dominanti sono classificati a loro volta secondo il criterio della

Simmetria del Corpo (Raggiata e Bilaterale)

- Simmetria RAGGIATA 1 PORIFERA (Spugne)

2 CNIDARIA (Meduse, Coralli, Anemoni, Idre)

- Simmetria BILATERALE 3 PLATELMINTI (Vermi piatti - Acelomati)

4 NEMATODA (Nematodi e Vermi cilindrici)

5 MOLLUSCA (Molluschi)

6 ANELLIDA (Vermi segmentati e Metamerici)

7 ARTROPODA (Artropodi)

8 ECHINODERMATA (Stelle di Mare)

9 CORDATA (Cordati)

Gli Animali variano ampiamente nel grado di complessità del loro corpo.

Quelli il cui corpo è organizzato in modo molto semplice sono presentati per primi, la

loro relativa semplicità di organizzazione somiglia a quella dei metazoi progenitori.

- Simmetria RAGGIATA o RADIALE

In termini geometrici il loro corpo è disposto attorno ad un asse

longitudinale centrale. Immaginando di far passare diversi piani per

l’asse del corpo, questo risulta diviso in parti uguali. La simmetria

raggiata è un adattamento degli animali sessili, permettendo loro di

interagire con l’ambiente in uguale misura in ogni direzione.

Presentano una simmetria Raggiata: Spugne, Cnidari e Ctenofori

La simmetria raggiata di questi animali appare una condizione

primitiva. Molte specie di questi gruppi sono diventate irregolari, come

le spugne o hanno assunto simmetria bilaterale doppia, come le

anemoni di Mare.

Gli animali la cui organizzazione del corpo è più complessa illustrano parecchi

caratteri architettonici che ebbero un’importanza fondamentale per l’evoluzione degli

animali:

- Simmetria BILATERALE

Gli organismi a simmetria Bilaterale hanno un’estremità

Anteriore e un’estremità Posteriore.

Questo è un adattamento degli animali che si spostano da un luogo

all’altro e procedendo in avanti attraverso l’ambiente tutti gli

elementi sensoriali si sono concentrati sul capo permettendo

all’animale di rispondere in modo appropriato.

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Architettura del Corpo

Anche l’architettura interna può guidare nella formazione dei gruppi di animali.

I Phyla RAGGIATI (Spugne, Cnidari e Ctenofori) hanno pochi organi o non ne hanno

affatto.

Gli Animali BILATERALI hanno organi interni, ma differiscono tra loro per i rapporti

degli organi con la cavità interna del corpo.

Per CAVITÀ DEL CORPO ci si riferisce ad una cavità ampia ripiena di liquido posta

tra la parete del corpo e gli organi interni.

I Platelminti, che non hanno cavità del corpo, hanno una

struttura corporea compatta e sono detti ACELOMATI.

In essi, lo spazio tra l’intestino e la parete del corpo è occupato da

un reticolo cellulare detto parenchima.

Tra gli altri metazoi a simmetria bilaterale si trovano due tipi di cavità del corpo:

Gli Pseudocelomati & i Celomati.

- Il CELOMA è la cavità del corpo rivestita da una membrana chiamata Peritoneo,

che avvolge gli organi interni e ne impedisce il libero movimento.

- Lo PSEUDOCELOMA ha una diversa origine embrionale rispetto al celoma,

manca di Peritoneo e gli organi interni sono liberi all’interno del corpo.

Gli pseudocelomati comprendono un gruppo di Phyla tra cui il più importante è

quello dei Nematodi. Filizzola

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FUNZIONI DEGLI ORGANISMI ANIMALI

METABOLISMO

Nelle cellule di tutti gli organismi viventi, hanno luogo un gran numero di reazioni

chimiche. L’insieme delle reazioni chimiche prende il nome di Metabolismo.

Le reazioni del metabolismo cellulare sono di 2 tipi:

- Reazioni CATABOLICHE rompono molecole di grandi dimensioni in molecole più

piccole, liberando l’energia necessaria al funzionamento

della cellula.

- Reazioni ANABOLICHE partendo da molecole di piccola dimensioni portano alla

sintesi di componenti cellulari complessi (Proteine a

partire da molti amminoacidi, ecc).

Le reazioni CATABOLICHE producono l’energia necessaria alle reazioni ANABOLICHE.

L’energia utilizzata nelle reazioni cellulari è distribuita in pacchetti. Questi pacchetti

di energia sono formati da un importante composto, L’Adenosin-Tri-Fosfato (ATP).

L’ATP (Adenosin-Tri-Phosfato) è una molecola nucleotidica

formata da:

- ADENINA (base azotata)

- RIBOSIO (zucchero)

- 3 gruppi FOSFATO

Essa trasporta l’energia liberata nei processi cellulari (mitocondri)

nelle diverse parti della cellula.

Infatti la scissione dei legami fosforici libera grossi quantitativi

energetici.

Queste reazioni comportano quindi la sintesi di ATP a partire da ADP e gruppo

fosfato. Filizzola

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Tutte le reazioni del metabolismo cellulare sono catalizzate da ENZIMI specifici.

Gli enzimi sono Proteine.

Gli enzimi sono altamente specifici, cioè catalizzano solo una determinata reazione o

un determinato tipo di reazione.

L’enzima saccarasi, ad esempio, scinde il saccarosio (disaccaride) in glucosio e

fruttosio, ma non agisce su altri disaccaridi (come il lattosio o il maltosio).

La Pepsina è un enzima che idrolizza (demolisce) le proteine, ma non è in grado di

idrolizzare i legami fra altre molecole.

Gli enzimi sono solitamente proteine con struttura globulare la cui molecola presenta

una fessura o una cavità detta sito attivo: questa ha una conformazione adatta a

ricevere il reagente della reazione che l'enzima catalizza e che viene solitamente

indicato con il nome di substrato. Ebbene, è la compatibilità tra la

forma del sito attivo e quella del

substrato a rendere specifica

l'azione dell'enzima.

Il sito attivo, inoltre, possiede

un'altra affinità per il substrato,

che riconosce e a cui prontamente

si lega: cioè, la zona del sito attivo

presenta gruppi di atomi che si

legano facilmente con la molecola

del substrato.

L’andamento delle reazioni metaboliche è condizionato da molti fattori tra cui la

TEMPERATURA, il SESSO, l’ETÀ, lo STATO DI SALUTE, gli ORMONI e la NUTRIZIONE.

Le funzioni vitali di tutti gli organismi (dai batteri all’uomo) sono sostenute dagli

stessi tipi di reazioni chimiche, questa identità dei processi metabolici sembra

costituire un evidente origine comune.

Gran parte dell’energia proviene dal Sole, da questo si trasferisce, passando

attraverso gli organismi fotosintetici AUTOTROFI (piante, cianobatteri) agli

organismi ETEROTROFI (erbivori e carnivori) che devono ottenere l’energia sotto

forma di alimenti.

Gli AUTOTROFI fotosintetici trasformano l’energia luminosa in energia chimica (con

formazione di Glucosio) cibo per loro stessi e per gli organismi che di loro si

alimentano.

Il GLUCOSIO brucia facilmente solo in presenza di ossigeno, producendo Biossido di

Carbonio (CO ) e Acqua (H O) con liberazione di molta energia.

2 2

C H O + O CO + H O + ENERGIA

6 6 6

6 12 6 2 2 2

Si Può facilmente vedere come in Questa reazione gli Atomi di Idrogeno passino dal

Glucosio all’Ossigeno Producendo molecole d’Acqua.

Anche nella Ossidazione del Metano in un impianto di riscaldamento gli Atomi di

idrogeno passano dal Metano all’ossigeno Producendo le Molecole d’acqua.

CH + O CO + H O + ENERGIA

2 2

4 2 2 2

La differenza fra Queste due reazioni sta nel fatto che Quelle che avvengono negli

organismi viventi sono combustioni che si svolgono senza Fiamma, a bassa

temperatura e soprattutto gradualmente.

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L’Energia liberata dall’ossidazione del Glucosio può essere immagazzinata sotto la

forma di ATP solo se viene liberata gradualmente attraverso una lunga serie di

reazioni intermedie.

Queste reazioni sono quelle della Glicolisi, del Ciclo di Krebs e del sistema di

trasporto degli elettroni. Gli Enzimi della Glicolisi sono localizzati nel citoplasma,

mentre gli enzimi del ciclo di Krebs sono localizzati nel Mitocondrio.

Respirazione Cellulare

La respirazione cellulare, cioè la completa ossidazione dei nutrienti in anidride

carbonica e acqua, avviene all'interno di tutte le cellule Eucarioti e nella maggior

parte delle cellule Procariote.

Il glucosio, rappresenta il principale "combustibile" per la maggior parte delle cellule.

La completa ossidazione di una molecola di glucosio e un processo complesso che

può essere suddiviso in tre tappe distinte:

1. GLICOLISI (Via di Embden-Meyerhof)

2. CICIO DI KREBS

3. CATENA DI TRASPORTO DEGLI ELETTRONI

01 La Glicolisi (Via di Embden-Meyerhof);

Con la Glicolisi la Cellula inizia il Metabolismo del

Glucosio, composto a 6 atomi di carbonio, che viene

scisso in due molecole di acido piruvico composto da 3

atomi di carbonio.

La Glicolisi avviene sia in ambiente Aerobio che anaerobio

(Il Ciclo di Krebs solo in condizioni Aerobie, La

Fermentazione solo in condizioni anaerobie)

La glicolisi, si svolge nel citoplasma, ed è costituita da

una serie di 9 reazioni biochimiche (ognuna catalizzata da

un diverso enzima) suddivise in 2 stadi principali:

I: Reazioni Preparatorie (scissione del Glucosio in 2 Gliceraldeide-3-P)

II:Ossidazione (Produzione di 2 ATP, 2 NADH e formazione di Acido Piruvico).

Dove da 2 Molecole di fosfogliceraldeide (Gliceraldeide-3-P) si Arriva alla

presenza di 2 Fosfo-enol-piruvato.

Gli Atomi “Fosfato” vengono prelevati da 2 ADP che diventano 2 ATP lasciando infine

le due Molecole di Piruvato (Acido Piruvico).

Dal punto di vista energetico, la scissione di una molecola di glucosio in 2 molecole

di acido piruvico comporta un rendimento netto di 2 ATP e di 2 NADH.

Nella maggior parte degli organismi aerobi il piruvato subisce una

decarbossilazione ossidativa (Perdita di CO ) da parte dell’enzima “piruvato

2

deidrogenasi” portando alla formazione di acetil-Coenzima A (Acetil-CoA).

L’acetil-CoA entra come precursore nelle vie biosintetiche o può essere ossidato in

maniera ciclica attraverso il ciclo di Krebs.

Il ciclo di Krebs rappresenta la principale via di generazione di ATP negli organismi

eterotrofi aerobi. Filizzola

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02 Il Ciclo di Krebs (Può avvenire solo in Presenza di Ossigeno)

L'acido piruvico formatosi nella glicolisi viene trasportato da una proteina di

membrana all'interno del mitocondrio, nella cui matrice avvengono una serie di

reazioni ossidative che fanno perdere una molecola di CO all’Acido Piruvico

2

(decarbossilato) dando vita a un composto a due atomi di carbonio (acetile) che si

lega a un coenzima, il coenzima A (CoA), formando l’acetil -CoA.

Una volta entrato all’interno della matrice mitocondriale, l’acetil -CoA reagisce con

L’Ossalacetato (Oxal) composto a 4 atomi di carbonio, formando l’Acido Citrico

(Citrato) composto da 6 C.

Successivamente avvengono una serie di reazioni enzimatiche attraverso cui l’Acido

Citrico viene degradato rigenerando una molecola di Oxal, che può reagire con una

seconda molecola di acetil –CoA generando ancora Citrato e dando vita ad un nuovo

ciclo.

Ad ogni ciclo vengono liberate due molecole di CO (4 CO in Tutto).

2 2

Per ogni molecola di glucosio, il ciclo funziona due volte producendo

complessivamente: +

CO - NADH+ H - FADH - ATP.

4 6 6 2 2

2 2

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Analizzando nei dettagli il ciclo di Krebs si osserva il modo in cui esso si mantiene in

una condizione di equilibrio, in cui sia i materiali che vi entrano sia quelli che ne

escono sono sottoposti a un continuo ricambio senza che le loro concentrazioni

subiscano variazioni.

(Reazione 1)

L’energia temporaneamente depositata nell'acetil-CoA contribuisce a rendere

possibile la formazione del citrato partendo dall'ossalacetato.

In questa reazione, la molecola del coenzima A viene perduta per essere riciclata.

(Reazione 2)

Gli atomi del citrato vengono ridisposti nella molecola dell'isocitrato.

(Reazione 3)

L'isocitrato viene trasformato in a-chetoglutarato, con liberazione di una molecola

+

di CO e due atomi di idrogeno vengono allontanati (NADH+H ) verranno recuperati

2

successivamente nella catena respiratoria.

(Reazione 4)

Come per l'ossidazione del piruvato ad acetil CoA, anche la molecola a 5 atomi di

Carbonio dell'a-chetoglutarato viene ossidata producendo la molecola a 4 atomi di

carbonio del succinato, liberando una molecola di CO , depositando parte dell'energia

2 +

di ossidazione in altri due atomi di idrogeno (NADH+H ) e parte nella combinazione

succinato - coenzima A, producendo il succinil-CoA.

(Reazione 5)

Il Succinil–CoA libera il Coenzima A, ritornando alla forma di Succinato.

L’energia così liberata converte il GDP in GTP (Guanosin Tri Fosfato) da GDP e P.

In un secondo tempo, il GTP viene utilizzato per produrre ATP dall’ADP.

(Reazione 6)

Il Succinato viene ossidato a Fumarato con la liberazione di due atomi di idrogeno,

trasferiti a un enzima contenente FAD (FADH ) liberando una quantità minore di

2

energia.

(Reazione 7)

Successivamente Fumarato e Acqua Reagiscono formando Malato.

(Reazione 8)

Il Malato viene Ossidato a Ossalacetato liberando altri 2 Atomi di Idrogeno

+

(NADH+H ).

L’Oxal così rigenerato può reagire nuovamente con un acetil-CoA, per dare

inizio ad un nuovo ciclo. Filizzola

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03 La Catena di trasporto degli elettroni

(Chemiosmosi – FORZA PROTOMOTRICE)

È costituita da Citocromi, che si contendono gli elettroni.

La funzione è Quella di accettare elettroni dai composti ridotti (Glucosio) e trasferirli

all’ossigeno con conseguente formazione di acqua con la liberazione di energia

sufficiente alla sintesi di ATP.

La respirazione cellulare si conclude con la cessione degli atomi di idrogeno, catturati

+

durante la glicolisi e il ciclo di Krebs dai coenzimi NAD e FAD, all'ossigeno con

formazione di H O.

2

Si è visto che una coppia di elettroni, prelevati da NADH, è in grado di rilasciare un

quantitativo d'energia sufficiente a produrre 3 ATP mentre con una coppia

elettronica ottenuta dal FADH se ne ottengono 2 ATP.

2 + -

Possiamo considerare gli atomi di idrogeno come ioni idrogeno (H ) e elettroni (e ).

+

Gli Ioni H vengono liberati nella matrice dei mitocondri; gli elettroni vengono ceduti

a particolari proteine, localizzate sulla membrana interna dei mitocondri.

Queste proteine, che costituiscono la catena di trasporto degli elettroni, accettano e

donano elettroni, liberando ad ogni passaggio piccole quantità di energia che viene

utilizzata per produrre ATP.

La catena di trasporto degli elettroni e infatti responsabile della produzione della

maggior parte di ATP.

+

I trasportatori (NAD e FAD) sono orientati nella membrana in modo che durante il

+ -

trasporto avvenga una separazione dei protoni (H ) dagli elettroni (e ).

+

In Questo modo si ha un accumulo di Cationi (H ) all’esterno della membrana e un

-

accumulo di Anioni (OH ) all’interno, con conseguente formazione di un gradiente

di pH e un potenziale elettrochimico attraverso la membrana, con conseguente

energizzazione della membrana detta forza proto-motrice.

Possiamo dividere questo processo in tre parti:

- Un elettrone passa attraverso una serie di trasportatori di elettroni detti

complessivamente catena respiratoria;

- Il flusso di tali elettroni lungo la catena determina il trasporto attivo di protoni

attraverso la membrana mitocondriale interna;

- Il Ritorno di tali protoni alla Matrice attraverso i canali della ATP Sintetasi si

accoppia alla sintesi di ATP Filizzola

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Rendimento complessivo della respirazione cellulare

In una cellula eucariota l'energia prodotta dalla completa ossidazione di una

molecola di glucosio può essere cosi calcolata:

- 2 ATP dalla glicolisi;

- 2 ATP dal cicio di Krebs;

- 32 ATP dalla catena di trasporto degli elettroni.

L'ossidazione completa di una molecola di glucosio, che richiede la presenza di 6

molecole di ossigeno, produce dunque 36 molecole di ATP.

Oltre che dal Glucosio, la cellula può trarre energia dai polisaccaridi e disaccaridi, dai

grassi e dalle proteine.

I polisaccaridi e i disaccaridi vengono prima scissi nei monosaccaridi che li

costituiscono e, successivamente, attraverso la Glicolisi, trasformati in Piruvato.

I grassi vengono scissi in glicerolo e in acidi grassi. Gli acidi grassi vengono ridotti

in piccoli frammenti e sommati al coenzima A, per cui entrano direttamente nel ciclo

di Krebs come acetil-coenzima A. Il glicerolo invece viene trasformato in Piruvato.

Le Proteine vengono scisse in amminoacidi che li compongono, i quali a loro volta

vengono trasformati in acido piruvico. Gli amminoacidi, a differenza degli altri

composti cellulari, contengono azoto, presente nel gruppo amminico (NH ).

2

Quindi per trasformare l’amminoacido in acido piruvico è necessario staccare il

gruppo amminico con formazione di una molecola di ammoniaca (NH ).

3

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ALIMENTAZIONE & NUTRIZIONE

Quindi, per produrre energia, la cellula ha bisogno di molecole organiche

(zuccheri, amminoacidi, grassi, ecc.) e di ossigeno (fornite attraverso

l'alimentazione e la respirazione).

Invece come prodotti di rifiuto si formano acqua, anidride carbonica e ammoniaca,

nel caso vengano utilizzati gli amminoacidi, che vengono eliminati con la respirazione

e con l'escrezione.

Gli organismi eterotrofi devono procurarsi sostanze organiche gia sintetizzate

nell'ambiente esterno. Queste sostanze organiche costituiscono l'alimento.

La nutrizione consiste di diverse fasi:

● L'ALIMENTAZIONE - L'assunzione del cibo;

● LA DIGESTIONE - La degradazione delle molecole organiche complesse in

molecole semplici;

● L'ASSORBIMENTO - L'assunzione delle sostanze chimiche nelle cellule;

● IL METABOLISMO - L'utilizzazione delle molecole assorbite nelle reazioni cellulari.

Evoluzione dell’apparato Digerente nel Regno Animale

I metazoi con caratteristiche più ancestrali

sono le spugne.

Le spugne sono animali con simmetria

raggiata e con un'organizzazione del

corpo molto semplice. Ogni individuo della

spugna e costituito da una specie di

tubicino ancorato sul fondo. Questo

tubicino è rivestito esternamente da un

epitelio appiattito (il pinacoderma). Tra le

cellule dell'epitelio vi sono delle cellule che

attraversano l'intera parete della spugna e

che delimitano un poro inalante.

Internamente vi è una camera tappezzata

da cellule dette coanociti.

La camera interna si apre all'esterno

attraverso un'apertura dorsale, l'osculo.

Le spugne sono prive di qualsiasi organo o apparato e la camera interna non è un

intestino, ma soltanto una cavità attraverso cui circola l'acqua.

L'acqua entra attraverso i pori ed esce attraverso l'osculo.

Questo movimento di acqua non e dovuto a contrazioni della parete delle spugne dal

momento che le spugne sono prive di fibre muscolari. La circolazione d'acqua e

determinata dai coanociti.

I coanociti sono cellule flagellate fornite

di un colletto attorno alla base del

flagello. Queste cellule sono molto simili

ad alcuni protozoi flagellati che vivono in

colonia. Il movimento del flagello dei

coanociti provoca il movimento di acqua

attraverso la spugna. Le particelle

alimentari microscopiche (microplancton),

in sospensione nell'acqua vengono

catturate dal colletto e inglobate in

vacuoli alimentari. All'interno di questi

vacuoli le molecole organiche complesse

vengono degradate mediante l'azione di

appositi enzimi. Filizzola

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Quindi le spugne mancano di apparato digerente e la digestione è intracellulare come

nei protozoi. Le molecole semplici ottenute da questo processo di digestione passano

poi a tutte le cellule della spugna per semplice diffusione o mediante l'ausilio di

cellule mobili, gli amebociti.

- )

Porifera (Spugne

Haliclona mediterranea

Una spugna facilmente

visibile nel mar

Mediterraneo sulle

Pareti rocciose. Subito dopo le spugne (porifera),

nella scala evolutiva troviamo i

celenterati, o Cnidari.

Sono i polipi, le meduse e i coralli.

Nell'ambito degli Cnidari possiamo

trovare due forme:

la forma "a polipo", sessile,

attaccata al fondo e la forma a

medusa, liberamente natante.

La struttura generale degli Cnidari

è abbastanza simile a quella delle

spugne ma la cavità interna è, in

questo caso, un tuba digerente e

l'apertura è di conseguenza una

bocca/ano.

Attorno a questa bocca/ano sono

presenti dei tentacoli.

La parete del corpo degli Cnidari è

costituita da un epitelio interno e

un epitelio esterno, uniti da uno

strato connettivale, la mesoglea.

L'epitelio interno è un epitelio

colonnare con cellule ghiandolari

che riversano nella cavità

intestinale gli enzimi digestivi.

L'epitelio esterno è piuttosto complesso, vi troviamo infatti cellule con funzioni molto

diverse: cellule mioepiteliali, capaci di contrarsi, cellule nervose, cellule

interstiziali indifferenziate e nematocisti (dette anche cnidociti).

Le nematocisti presentano una sorta di ciglio che, se stimolato meccanicamente,

provoca l'esplosione della nematocisti con liberazione all'esterno di sostanze

neurotossiche. Le nematocisti esplose vengono rigenerate ad opera delle cellule

interstiziali.

Le nematocisti sono particolarmente abbondanti sui tentacoli. Esse servono a

immobilizzare con il loro veleno piccole prede, che vengono poi portate col

movimento dei tentacoli all'interno della bocca.

Un intestino con una sola apertura che funge da bocca e da ano come quello degli

Cnidari viene detto INCOMPLETO.

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GPL1987

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DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in scienze forestali e ambientali
SSD:
A.A.: 2012-2013

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher GPL1987 di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Zoologia ed Entomologia e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Basilicata - Unibas o del prof Falabella Patrizia.

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