Biologia e Fisiologia vegetale

Citologia, istologia, anatomia, botanica

Prof. Tommaso Ganino - Corso di laurea in Scienze e Tecnologie Alimentari

Citologia

Citologia = studio della cellula. Le cellulesina.%ba.mni. hanno una grandezza che varia dai 10 ai 100 micron.

Eucariote

Deriva dalla cellula procariote.

Presenza di organuli specializzati.

Il DNA è nel nucleo.

Ha dimensioni maggiori causa compartimentazione interna.

- Cellula animale —> le cellule sono delimitate da membrana.

- Cellula vegetale —> le cellule sono delimitate da parete cellulare.

Procariote

Sono cellule meno evolute, morfologicamente più semplici e più piccole.

Sistema aperto, mancanza di compartimentazione interna.

Gli organuli non sono delimitati da membrana.

Il DNA si trova nel nucleotide.

Procarioti

Caratteristiche comuni a tutti i procarioti:

• Membrana plasmatica, delimitazione esterna.
• Citoplasma, soluzione acquosa in cui sono dispersi DNA e RNA.
• Nucleotide, zona di citoplasma in cui è disperso il DNA.
• Ribosomi, organelli per la sintesi proteica.

Citoplasma

Citoplasma —> costituito da:

• Citosol, solvente acquoso + soluti eterogenei come ioni, piccole molecole e macromolecole solubili, es. enzimi.
• Particelle insolubili, strutture specializzate.

Membrana esterna

Nei batteri —> formata da polisaccaridi e fosfolipidi, non fungono da barriera selettiva efficace ma comunque contiene tossine responsabili degli attacchi patogeni.

Parete cellulare

Funzione: supporto meccanico + stabilizzazione forma.

Formata, nei batteri, da peptidoglicano, polimero di aminozucchero con legami incrociati.

Ha “sensori” per interagire con il mondo esterno.

Capsula

Racchiude la parete cellulare e la membrana esterna.

Costituita da polisaccaridi.

Funzioni: protezione immunitaria + previene disidratazione cellule batteriche.

Non tutti i batteri possiedono la capsula —> non è indispensabile.

Strutture per la fotosintesi e mesosomi

Strutture per la fotosintesi, cianobatteri.

Il plasmalemma si immette nel citoplasma in cui sono contenuti clorofilla batterica e altri composti essenziali alla fotosintesi. Questi batteri hanno ricettori di luce sulla loro membrana esterna.

Mesosomi.

Sono invaginazioni della membrana plasmatica —> sistema di membrane interne di diversa natura coinvolti nella divisione cellulare e nella produzione di energia.

Flagelli

Flagelli.

Appendici filiformi costituiti da flagellina, proteina. Compiono un movimento a frusta che consentono il movimento della cellula. Sono costituiti da: base, gancio e filamento. ÷

“Struttura 9+2”: sta a indicare 9 coppie di microtubuli disposte ad anello . . .:i.+ 2 microtubuli singoli al centro. Microtubuli consentono rigidità + 2 coordinamento di movimento. 3

La nessina è una proteina, di ancoraggio, che ha il compito di legare una z coppia di microtubuli con la coppia adiacente. "' FÈINESSINA Ìones

Dineina interna + dineina esterna —> sono due proteine associate a ogni di flagello una coppia di microtubuli.

I raggi sono costituiti da altre proteine, chiamate “proteine dei raggi” —> hanno il compito di fissare la struttura esterna alla parte interna dove ci i. sono i 2 microtubuli. Sezione è

Questa struttura può funzionare solo quando l’organismo fornisce ATP. § Longitudina

Corpo basale —> non ha funzione di far muovere l’organismo ma per E =LE bloccare la struttura alla cellula. La base del filamento ha una “struttura 9+0” —> 9 triplette di microtubuli fissati l’un l’altro con la nessina + proteine dei raggi, manca dineina. BASE

A cosa servono le dineine? Hanno una funzione importantissima: la dineina serve come “guida” per far manca scorrere una coppia di microtubuli rispetto ad un’altra. Permettono al microtubulo di scorrere. Per evitare parte centrale che ci sia soltanto scorrimento, e che vadano via dalla struttura, c’è bisogno della nessina, la quale blocca le due coppie di microtubuli —> movimento a frusta che si ripercuote per tutta la struttura.

Ciglia

Ciglia.

Strutture accessorie di movimento presenti su tutta la superficie del procariote. Ogni ciglia è come un remo, viene caricata attraverso ATP e poi torna in posizione —> movimento ondulatorio con 3 scatti: 1 di carica, 1 torna in posizione centrale e l’ultimo scarica.

Pili

Pili.

Estroflessioni esterne, sottili e molto allungate, meno dense delle ciglia. Non servono al movimento bensì al riconoscimento, “organo tattile”.

Organi di riconoscimento.

Eucarioti

Eucarioti - costituita da tanti organelli.

Caratteristiche comuni a tutti gli eucarioti, animali e vegetali:

• Nucleo, parte della cellula animale/vegetale che ha il compito di racchiudere l’informazione genetica, DNA, RNA in parte,....
• Mitocondri, organelli dentro cui avviene la respirazione cellulare, trasformano molecole energetiche in energia, ATP, si può definire come centrale energetica della cellula.
• Reticolo endoplasmatico liscio e rugoso, cisterne e tubuli membranosi che partecipano alla sintesi di membrana e altri processi sintetici metabolici. Alle regioni rugose si associano i ribosomi. ER liscio coinvolto in sintesi di lipidi, grassi, sterili e fosfolipidi, + immagazzinaggio di ioni calcio. ER rugoso coinvolto in sintesi proteine, glicoproteine e fosfolipidi.
• Apparato di Golgi, apparato attivo nei processi di sintesi, rilascio e secrezione di prodotti cellulari.
• Citoscheletro, conferisce la forma alla cellula e partecipa al movimento cellulare. Componenti: microtubuli e microfilamenti.
• Membrana plasmatica, membrana che circonda la cellula e struttura che riveste tutti gli organelli.
• Perossisomi, organelli che si occupano dello smaltimento dei composti ossidanti, come l’acqua ossigenata, molecola di scarto di alcuni metabolismi.

Solo nella cellula animale

• Lisosomi, organello digestivo al cui interno sono presenti enzimi idrolitici, idrolisi di macromolecole.
• Centrosomi, regione di origine dei microtubuli. Vi è accoppiata una coppia di centrioli, strutture fatte da microtubuli, servono per potere organizzare il citoscheletro all’interno della cellula animale.
• Flagelli, organelli di locomozione.
• Giunzioni, occludenti, impediscono fuoriuscita di liquido extracellulare, desmosomi, comunicanti, permettono comunicazione tra cellule adiacenti.

Solo nella cellula vegetale

• Plasmodesmi, sistema che la cellula vegetale utilizza per poter comunicare con la cellula vicina.
• Vacuoli, sacca che consente alla cellule vegetali di essere ricche in sostanze acquose. Questo organello viene definito erroneamente come “cestino biologico”. In cellula adulta occupa il 90% del volume della cellula. Può avvenire attività litica.
• Cloroplasti, o in generale plastidi. Organelli da cui ha origine la fotosintesi, quindi la sintesi degli zuccheri a partire dalla CO2.
• Parete cellulare, involucro esterno della cellula, nella cellula animale non c’è, —> dà rigidità!

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Membrana cellulare

La membrana cellulare o plasmalemma o membrana plasmatica è una struttura che si trova intorno alla cellula, sia animale che vegetale, ma anche nei procarioti, che ha il compito di separare l’ambiente intracellulare dall’ambiente extracellulare. Delimita inoltre tutti gli organelli all’interno della cellula eucariota. Le caratteristiche della membrana possono variare a seconda dell’organello e della cellula, variando per componenti.

Nelle cellule vegetali il contatto diretto con l’esterno è della parete cellulare, la membrana cellulare viene adagiata sulla parete cellulare.

Nei vegetali è possibile separare la parete del resto della cellula con l’uso di enzimi: cellulasi e pectidasi, ciò che rimane prende il nome di protoplasto, protoplasto = cellula privata di parete cellulare.

Se una cellula viene messa a contatto con una soluzione ipertonica, alta concentrazione di soluti, il protoplasto si stacca parzialmente dalla parete tranne che per i punti in cui ci sono le punteggiature, plasmodesmi - la membrana a livello dei plasmodesmi è ancorata attraverso proteine di legame specifiche: spettrine, in tal modo si preservano le vie di comunicazione.

Componenti della membrana

Le membrane sono costituite da: lipidi + proteine in ugual peso. Vi è anche un 10% di carboidrati legati alla faccia esterna.

Lipidi = steroli, funzione: dare compattezza in certi punti della membrana. Beta-sitosterolo - vegetali + colesterolo - animali, fosfolipidi, funzione: strutturale —> mattone che va a costituire tutta la membrana cellulare. Influiscono su fluidità. Lecitine, glicolipidi, funzione: fungono da siti di attacco a molecole che provengono dall’esterno o dall’interno —> recettori.

Proteine = hanno il compito di comunicare, scambi/ attivazione di un processo. La maggior parte infossate nel bistrato lipidico, proteine intrinseche/integrali mono/multipasso —> hanno il compito di mettere direttamente in comunicazione l’ambiente extracellulare con l’ambiente intracellulare.

Proteine estrinseche/periferiche, non penetrano nello strato lipidico ma restano in superficie, esterna o interna. Funzioni —> trasporto, H⁺-ATPasi, Ca²⁺-ATPasi, traslocatore di zuccheri, amminoacidi, anioni, minerali; canali proteici, acquaporine, + recepiscono segnali esterni/interni e ne attivano un metabolismo, comunicazione segnali.

I carboidrati legati a queste proteine possono più o meno attivare la proteina a cui sono legati.

Struttura a mosaico fluido

La membrana cellulare viene definita come una struttura definita “struttura a mosaico fluido”, by Singer & Nicholson. La membrana è la porta di ingresso della cellula, quindi deve avere tante funzioni e tante regolazioni. Due termini fondamentali per identificare la membrana:

• Mosaico —> tanti pezzi diversi, proteine, carboidrati e lipidi, messi insieme per formare una struttura complessa.
• Fluido —> la membrana può cambiare forma senza rompersi. Questa fluidità è data dai lipidi, acidi grassi saturi e insaturi.

Per studiare la membrana questi due ricercatori hanno usato una tecnica chiamata “criodecappaggio”, freeze-fracture: hanno preso una cellula, l’hanno congelata e poi hanno tagliato il blocchetto di ghiaccio, aprendolo. Quello che hanno visto è che la cellula si separa facilmente una volta congelata, ma non si separa tutta, solo la parte che è meno ghiacciata, ovvero la parte degli acidi grassi, densità diversa. Hanno visto quindi che una parte della membrana stava attaccata al pezzo di ghiaccio superiore, mentre l’altra parte rimaneva attaccata alla cellula. In più hanno visto che la parte inferiore presentava delle gibbosità, protuberanze, e che la parte alta era complementare, solchi, —> la membrana è fatta da due parti. Oggi sappiamo che la membrana cellulare è fatta da un doppio strato fosfolipidico: la testa, glicerolo, del fosfolipide essendo idrofila è polare e si orienta verso l’esterno della cellula e verso l’interno, la coda, acidi grassi, è idrofila quindi apolare e costituisce la parte centrale della membrana. Questa caratteristica conferisce alla cellula la possibilità di interagire con le sostanze polari verso l’interno e verso l’esterno, ma di proteggere la cellula da un’eccessiva perdita di liquidi grazie allo strato idrofobo. Questa membrana viene definita “semi-permeabile”: non consente l’ingresso di tutte le sostanza, ma soltanto di alcune.

Fluidità e movimento: ogni fosfolipide può compiere movimenti laterali, 10⁷ volte al secondo, oppure può ribaltarsi, movimento flip-flop —> movimenti più rari. Servono per spostare i siti di attacco di alcune molecole. I fosfolipidi conferiscono anche fluidità e viscosità alla membrana: una membrana si definisce fluida quando la sua composizione è fatta in prevalenza di acidi grassi insaturi, se solo saturi —> la cellula muore perché si rompe la struttura. La cellula può modificare la fluidità o insaturando gli acidi grassi di membrana oppure disponendo tra gli acidi grassi di membrana gli steroli. Se la cellula ha bisogno di una maggiore viscosità in una determinata parte della membrana, deporrà tra un fosfolipide e l’altro dello sterolo in maniera tale da compattare la membrana, rendendola più viscosa, - fluida, —> ciò non lo fa su tutta la membrana.

Anche la parte proteica non è statica, ma bensì dinamica: possono muoversi e interagire con l’ambiente esterno —> membrana in continua evoluzione. Funzioni —> 5 fondamentali:

• Difesa della cellula.
• Compartimentazione cellulare è avvenuta grazie alla membrana.
• Comunicazione, intesa come trasporto, passaggio di molecole dall’interno verso l’esterno e viceversa, in maniera tale che ci sia una comunicazione tra ambiente intracellulare ed extracellulare o tra cellule e cellule.
• Le proteine estrinseche hanno la funzione di recepire i segnali esterni/interni per attivare successivamente i metabolismi.
• Comunicazione tra cellula e cellula.

Normalmente quando una cellula è esposta a T ambientali diverse, tende a fluidificare la membrana. Come fa una pianta a resistere al freddo? Si deve abbassare il punto di fusione, per fare in modo che l’acqua non congeli a 0°C ma invece che congeli a -5/-10°C —> chimicamente, basta aggiungere dei sali. I polimeri vengono trasformati in monomeri, si aumenta la salinità della soluzione del citoplasma e la pianta resiste al freddo. Per far ciò il citoplasma si raggrinzisce, diminuisce il suo volume e quindi la membrana deve poter cambiare forma e seguire questa disidratazione. Per seguire la disidratazione, rende la membrana molto fluida e quindi plasmabile.

Funzioni della membrana

Funzioni della membrana:

• Trasporto: una proteina attraversa la membrana creando un canale idrofilo consentendo il passaggio di un soluto specifico —> passaggio selettivo. Alcune proteine necessitano di energia per trasportare un determinato soluto, contro gradiente - es. pompa sodio-potassio.
• Attività enzimatica: catalizzano una reazione. Es.: enzima che catalizza la sintesi della cellulosa.
• Traduzione di segnale: una proteina estrinseca di membrana, recettore, può avere un legame con un messaggero esterno, molecola segnale, il quale provoca un cambiamento di conformazione della proteina, la quale trasmette un messaggio all’interno della cellula, attivando/disattivando un metabolismo.
• Riconoscimento tra cellule: alcune glicoproteine agiscono da marcatori. Questi vengono riconosciuti da proteine di membrana di altre cellule.
• Adesione intracellulare: le proteine di membrana adiacenti possono unirsi formando diversi tipi di giunzioni, es. serrate o occludenti.
• Adesione al citoscheletro e alla matrice extracellulare: il citoscheletro aderisce alla membrana mediante le spettrine. Le cellule animali, all’esterno della membrana hanno un’altra struttura: la matrice extra cellulare, “scheletro esterno”: proteoglicani + fibre di collagene, struttura principale + fibronectina, fa aderire il collagene l’uno all’altro, che è collegata alle proteine di membrana grazie alla fibronectina, in questi punti, la membrana è meno fluida, grazie al colesterolo.

Marcatori e trasporto selettivo

Marcatori al contribuiscono mantenimento forma della restano in sup.

Estrinseca deputate qft.ttAI trasporto selettivo di µ7 molecole fluidità modulatore.

Infossate nel bistrato lipidico temperatura della seconda a trasporto con ATP attivo.

Antipatiche o trasporto passivo, reg secondo ROFOBE AAAPOLAR, gradiente, lato dal posta extracellulare del= la membrana lato dal posta citoplasmatico.

Impediscono impacchettamento della membrana aumento stretto fluidità di membra. Impacchetta. na. strettomento. Ciò dona viscosità cellule animali alla membrana.

Complesso proteoglicani di ([ M hanno fibronectina funzione la rafforzare di lamatn.cl fibre extracellulare touvuclgere collagene glicoproteina di fibre collagene di Ccllegacouaoene alla .membrana.

Glicoproteina integrine proteine unite care: a. legami ↳ mediante idrati covalenti. proteici recettori Servono al di riconoscimento > un disnperficie altra cellula.

I. La membrana è semipermeabile intrasmettono segnali quanto:

• Fra ECM e citoscheletro filamenti di actina - non è tutta permeabile, per le proteine, loro tra intrecciati.
• Non è tutta impermeabile, per gli acidi grassi.

Sintesi dei costituenti di una membrana

• Le proteine, ER rugoso, e i lipidi, acidi grassi - ER liscio, di membrana sono sintetizzati nel reticolo endoplasmatico, ER. I carboidrati, nelle cellule vegetali possono derivare dai plastidi, mentre nella cellula animale, provengono da altre sostanze organiche assorbite dall’esterno. Durante la sintesi della membrana cellulare, gli organelli coinvolti è il sistema endomembrana, ER liscio + rugoso + apparato del Golgi; sono un sistema di “sacchi”. Questi organelli sono fatti di membrana cellulare.
• Le proteine sintetizzate dall’ER rugoso si posizioneranno e legheranno sulla membrana, e non all’interno, di queste vescicole, sacca che si stacca da un organello e va in un altro organello.
• ER liscio —> sintetizza acidi grassi —> vescicola che si stacca dal reticolo ha una membrana già modificata.
• Apparato del Golgi —> modifica ulteriormente queste molecole: proteine assumono struttura secondaria/terziaria/quaternaria, gli acidi grassi possono essere ulteriormente modificati con l’aggiunta di altre molecole. Dopo le modifiche,