Botanica generale e forestale - Appunti

Programma del corso

• 03 Molecole organiche: Carboidrati, Lipidi, Proteine ed Acidi Nucleici. Metaboliti secondari.
• 18 Organizzazione cellulare: La cellula Procariota: Caratteristiche generali; La cellula Eucariota: caratteristiche generali;
• 28 La cellula Vegetale: strutture ed organuli cellulari (parete cellulare; membrana plasmatica; nucleo; citoplasma; plastidi; mitocondri; perossisomi, vacuoli; reticolo endoplasmatico; apparato di Golgi e vescicole; citoscheletro; ribosomi).
• 31 Proprietà delle membrane biologiche: Assorbimento, diffusione, osmosi, trasporto passivo e trasporto attivo.
• 34 Metabolismo: Anabolismo e catabolismo, Respirazione cellulare, Fotosintesi, Fotorespirazione, Metabolismo C4 e CAM.
• 52 Organizzazione strutturale delle piante vascolari: Istologia: Tessuti meristematici e tessuti definitivi. Sistemi di tessuti: Tegumentale, conduttore, fondamentale. Tessuti parenchimatici: Clorofilliano, di riserva, aerifero, acquifero. Tessuti tegumentali: Epidermide (stomi e tricomi); rizoderma; endoderma; esoderma, periderma (formazione delle lenticelle). Tessuti segregatori: Esterni e interni. Tessuti meccanici: Collenchima, sclerenchima. Tessuti conduttori: Xilema e floema. Fasci cribro-vascolari.
• 66 Accrescimento primario e secondario: La struttura delle piante legnose: Il passaggio dalla struttura primaria alla struttura secondaria. I meristemi secondari. Formazione, struttura, organizzazione e funzionamento del cambio cribro-vascolare.
• 72 Xilema secondario: nelle dicotiledoni e nelle gimnosperme, sistema longitudinale e sistema assiale, legno eteroxilo e legno omoxilo, cerchie annuali, legno primaverile e legno estivo.
• 74 Floema secondario: Attività del cambio subero-fellodermico: formazione del periderma, lenticelle.

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• 76 Struttura primaria della radice e del fusto: Anatomia e morfologia del fusto.
• 77 Anatomia e morfologia della radice. Radice in struttura primaria: funzioni e struttura esterna. Struttura interna delle radici. L'endoderma. La disposizione dei tessuti vascolari. Modelli di organizzazione nelle monocotiledoni e nelle dicotiledoni. Accrescimento secondario delle radici. Formazione delle radici laterali. Radici specializzate.
• 90 Anatomia e morfologia della foglia. Funzioni e struttura esterna. Struttura interna delle foglie. Tipi di foglie: foglia dorsoventrale, equifacciale, unifacciale, centrica. Adattamento delle foglie alle condizioni ambientali.
• 100 Il seme e le sue riserve: Lo sviluppo del seme - Cenni di embriologia - Sviluppo della plantula. Maturazione, accumulo delle riserve, idrolisi. Il processo della germinazione. Dormienza. Piante annuali, biennali, perenni. Meccanismi di accrescimento.
• 104 Fitoormoni come regolatori di crescita. Morfogenesi e regolazione ambientale.
• 106 Fattori esogeni: luce, temperatura, gravità. Bioritmi: fotoperiodismo e fitocromo.

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Le biomolecole

Nelle cellule sono presenti migliaia di molecole, esse sono classificate come:

• Molecole inorganiche: Come Anidride carbonica, Ammoniaca, Acqua, ecc. Partecipano a numerose reazioni che avvengono all’interno delle cellule.
• Molecole organiche: Possono essere utilizzate nella loro forma originaria, come gli Acidi Grassi, che vengono demoliti per produrre energia. Oppure possono essere assemblate per formare Macromolecole, come gli Aminoacidi, che sono i componenti base delle Proteine.
• Macromolecole: Sono molecole di grosse dimensioni derivanti dall’unione di piccole molecole organiche, come ad esempio Acidi Nucleici, Proteine e alcuni Glicidi.

Chimicamente le macromolecole sono Polimeri, costituiti da numerose molecole di piccole dimensioni dette Monomeri, uniti insieme tramite Legami Covalenti.

Quasi tutti i polimeri biologici si formano mediante reazioni di Condensazione in cui 2 monomeri si uniscono liberando una molecola di acqua.

La scomposizione di un polimero in numerosi monomeri avviene per Idrolisi: L’aggiunta di una molecola d’acqua in corrispondenza del legame esistente fra monomeri determina la rottura del legame.

Carboidrati

I Carboidrati o Glicidi, sono composti organici formati da carbonio, idrogeno e ossigeno.

Hanno sia funzione di riserva di energia sia funzione strutturale per le cellule.

Quello dei carboidrati è un gruppo eterogeneo di composti con formula minima: C - H - O_n 2n n C - H - O Glucosio ⇒ 6 12 6.

In base al numero dei monomeri, zuccheri semplici, da cui sono composti, i carboidrati possono essere distinti in:

• Monosaccaridi: Monomeri come il glucosio o il fruttosio. Glucosio - Fruttosio.
• Disaccaridi: Formati da 2 monosaccaridi. Saccarosio ⇒ Glucosio - Galattosio. Lattosio. Glucosio - Glucosio. Maltosio.
• Oligosaccaridi: Formati da pochi monosaccaridi.
• Polisaccaridi: Formati da centinaia di monosaccaridi. Amido, sostanza di riserva nei Vegetali. Cellulosa, ha funzione di sostegno nei Vegetali. Glicogeno, sostanza di riserva nel regno Animale.

Monosaccaridi

I monosaccaridi sono zuccheri semplici, il Glucosio è il monosaccaride più diffuso e viene sintetizzato attraverso la Fotosintesi delle piante verdi.

È uno zucchero a 6 atomi di Carbonio e rappresenta il monomero da cui sono costituiti i principali polisaccaridi: Amido e Cellulosa.

Il Glucosio rappresenta la principale fonte di energia per la maggior parte delle cellule.

Altri monosaccaridi importanti sono il Fruttosio e il Galattosio, utilizzati sempre per produrre energia all’interno delle cellule, il Ribosio e il Desossiribosio, due zuccheri che entrano nella composizione degli acidi nucleici: DNA & RNA.

Ribosio. Zuccheri pentosi: 5 atomi di Carbonio ⇒ Desossiribosio.

Glucosio. Zuccheri esosi: 6 atomi di Carbonio. Fruttosio ⇒ Galattosio.

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Disaccaridi

Le molecole dei monosaccaridi si legano per effetto di reazioni di Condensazione formando Legami glucosidici tra due monosaccaridi dando forma ad un Disaccaride.

Per esempio il Saccarosio, Zucchero da cucina, è formato da glucosio+fruttosio mentre il Lattosio, contenuto nel Latte, contiene glucosio+galattosio.

Oligosaccaridi

Molti oligosaccaridi presentano particolari proprietà se legati ad altri elementi.

Spesso gli oligosaccaridi sono legati con proteine e lipidi alla superficie esterna della membrana cellulare, dove agiscono come segnale di riconoscimento tra cellule.

Polisaccaridi

Sono gigantesche catene di monosaccaridi legati uno all’altro da legami glucosidici.

L’Amido è un polisaccaride costituito da tante unità di glucosio legate con legami Ω-glicosidici, legami deboli. Può essere più facilmente depolimerizzato da proteine catalitiche, Enzimi, e rappresenta una buona forma di deposito che può essere facilmente degradata.

La Cellulosa è un polisaccaride gigante simile all’amido, costituito cioè unicamente da unità di glucosio unite però da legami β-glicosidici, legami forti. La cellulosa è il costituente principale della parete cellulare dei vegetali. È un eccellente componente strutturale che può tollerare condizioni ambientali anche drastiche senza subire modificazioni.

Sia l’amido che la cellulosa sono costituiti soltanto da unità di glucosio ma le loro funzioni biologiche e fisiche sono completamente diverse.

Il Glicogeno rappresenta la forma di deposito del glucosio nel fegato e nei muscoli degli animali, è una molecola molto ramificata.

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Carboidrati derivati

Talvolta le molecole dei carboidrati subiscono modificazioni chimiche che consistono nell’aggiunta di altri gruppi funzionali quali gruppo fosfato o amminici, diventando così un Carboidrato derivato.

Ad esempio la Galattosammina è il principale costituente della cartilagine, il materiale che forma le superfici articolari delle ossa e dà consistenza alle parti esterne delle orecchie e del naso.

Il polimero Chitina invece è il principale polisaccaride strutturale dell’esoscheletro degli insetti.

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Lipidi

I Lipidi sono un gruppo di composti idrocarburici che presentano la proprietà di essere insolubili in acqua a causa della presenza di numerosi Legami Apolari.

Queste molecole sono letteralmente “spinte” a interagire tra loro dall’azione delle molecole di acqua circostanti che le respingono.

I Lipidi non si sciolgono in acqua, ma si sciolgono in altri lipidi oppure in solventi, come l’Etere o il Benzene.

I Lipidi svolgono alcune numerose funzioni biologiche: Alcuni agiscono da riserva energetica, grassi e oli, altri svolgono importanti ruoli strutturali nelle membrane cellulari, fosfolipidi, questi ultimi separano la cellula dall’ambiente circostante.

In genere le sostanze insolubili nei lipidi, non sono in grado di attraversare le membrane, mentre le molecole solubili, si spostano con facilità.

Chimicamente grassi e oli sono Trigliceridi, quando si presentano solidi a temperatura ambiente sono grassi, mentre quelli liquidi sono detti oli.

I Trigliceridi sono formati da due tipi di elementi costitutivi:

• Glicerolo: È una piccola molecola che presenta 3 gruppi ossidrili, OH.
• 3 - Acidi grassi: Sono acidi carbossilici, CO-OH.

La reazione di una molecola di Glicerolo con 3 molecole di Acidi grassi produce un Trigliceride e 3 molecole di acqua. Le lunghe catene carbossiliche degli acidi grassi rendono il trigliceride molto Idrofobo.

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Acidi grassi saturi o insaturi

Gli acidi grassi possono essere Saturi o Insaturi.

Negli Acidi Grassi Saturi la catena di atomi di Carbonio presenta solo legami singoli.

Le molecole di questi acidi grassi sono rigide e dritte, il che permette loro di impacchettarsi fittamente.

Questa caratteristica conferisce alle diete ricche di acidi grassi saturi effetti dannosi al livello cardiocircolatorio, Ictus, Infarto, ecc.

Negli Acidi Grassi Insaturi la catena di atomi di carbonio contiene doppi legami.

Gli acidi Monoinsaturi, Acido Oleico, possiedono un solo doppio legame al centro della catena che si presenta ripiegata.

Gli acidi Polinsaturi, Acido Linoleico, possiedono più doppi legami lungo la catena che si presenta ripiegata più volte.

Queste molecole presentano più ripiegamenti che impediscono loro di impacchettarsi fittamente.

Questa caratteristica conferisce alle diete ricche di acidi grassi insaturi effetti benefici sull’organismo.

Gli acidi grassi insaturi non vengono sintetizzati dall’organismo umano che quindi deve ottenerli attraverso l’alimentazione, Olio d’oliva, ecc.

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I fosfolipidi

I Fosfolipidi sono formati da due tipi di elementi costitutivi:

• Gruppo fosfato, Idrofilo: Una piccola molecola contenente Fosforo.
• 2 Acidi grassi, Idrofobi: Costituiscono le due code del fosfolipide.

Esaminando attentamente la struttura e le proprietà dei fosfolipidi è facile comprendere in che modo queste molecole sono orientate.

Il Gruppo fosfato, Idrofilo, si lega con le molecole di acqua, invece le code costituite dagli acidi grassi, Idrofobe, vengono respinte dall’acqua.

Di conseguenza in una membrana cellulare le teste fosfolipidiche si associano orientandosi in modo da impacchettare strettamente le code lipidiche apolari.

Questo è il sistema che si è evoluto in natura, infatti il traffico di molecole attraverso una cellula è limitato dalle proprietà lipidiche della membrana cellulare.

Molecole Liposolubili possono rapidamente attraversare la membrana.

Molecole Insolubili nei lipidi: è impedito il passaggio dalla membrana, in alternativa queste molecole devono essere trasportate attraverso la membrana ad opera di specifiche proteine.

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Alcuni lipidi sono vitamine

Tra i Lipidi sono comprese molte molecole diverse. Tra queste i Carotenoidi e gli Steroidi hanno struttura molto diversa da quella dei Trigliceridi e dei Fosfolipidi.

Steroidi - Alcuni steroidi sono importanti costituenti delle membrane cellulari. Altri steroidi sono Ormoni, molecole con la funzione di segnali chimici.

Il Testosterone e gli Estrogeni sono Ormoni steroidei che regolano lo sviluppo sessuale nei vertebrati.

Il Colesterolo sintetizzato nel Fegato, è un importante costituente delle membrane; esso è anche il prodotto di partenza per la sintesi del Testosterone e di numerosi altri ormoni steroidei che partecipano alla degradazione delle molecole dei grassi alimentari favorendone la digestione.

Il Colesterolo viene assimilato dagli alimenti che lo contengono, quali Latte, Uova, Burro e Grassi animali.

Quando la presenza di Colesterolo nell’organismo diventa eccessiva, esso tende a depositarsi sulle pareti delle arterie e può causare Arteriosclerosi e Infarto.

Carotenoidi - Sono una famiglia di pigmenti capaci di assorbire la luce sia nelle piante che negli animali.

Il Beta - Carotene, β-carotene, è uno dei pigmenti utilizzati dalle foglie per catturare l’energia luminosa che alimenta il Processo della Fotosintesi.

È la presenza del β-carotene che determina la crescita di una pianta in direzione dello stimolo luminoso, Fotoperiodismo.

I Carotenoidi sono responsabili del colore delle carote, dei Pomodori, delle Zucchine, del Tuorlo dell’uovo e del Burro.

Nell’Uomo una molecola di β-carotene può essere spezzata in due molecole di Vitamina A, una sostanza coinvolta nel processo della visione.

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Vitamine

Un ampio gruppo di vitamine liposolubili, A, D, E, K, non vengono sintetizzate dall’uomo, che quindi deve introdurle nell’organismo con gli alimenti.

La Vitamina A: si forma a partire dal β-carotene presente nelle verdure gialle e verdi. Tra gli altri ruoli svolti, la Vitamina A è direttamente implicata nel processo di captazione degli stimoli luminosi da parte dell’occhio.

Il Deficit di Vitamina A causa secchezza della cute, degli occhi e delle superfici corporee interne, ritardo dell’accrescimento e cecità notturna.

La Vitamina D: regola l’assorbimento intestinale del calcio ed è necessaria per la corretta deposizione di calcio nelle ossa.

Il Deficit di Vitamina D causa il Rachitismo, una condizione caratterizzata da una diminuzione della rigidità delle ossa.

La Vitamina E: non è un singolo composto ma piuttosto un gruppo di Lipidi. Chimicamente sembra che abbiano azione protettiva sulle cellule nei confronti dei danni causati da reazioni di ossidoriduzione.

Commercialmente la Vitamina E, viene addizionata a numerosi alimenti per aumentarne la conservabilità.

La Vitamina K: si trova nelle foglie delle piante verdi e viene anche sintetizzata dai batteri normalmente presenti nell’intestino umano.

Il Deficit della Vitamina causa un rallentamento del tempo di coagulazione del sangue e di conseguenza emorragie potenzialmente mortali in presenza di ferite.

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Proteine

Le proteine sono un gruppo di macromolecole costituite da unità monomeriche dette Aminoacidi.

Ogni aminoacido reagisce con un altro in una reazione di condensazione che porta alla formazione di un legame Peptidico.

Un polimero costituito da aminoacidi è un polipeptide, una Proteina è costituita da una o più catene polipeptidiche.

Tutte le proteine sono costituite sempre dai soliti 20 Tipi di Aminoacidi.

Esse presentano strutture complesse e differenziate e svolgono una gamma assai vasta di funzioni negli organismi:

• Supporto strutturale
• Protezione
• Catalisi
• Trasporto
• Difesa
• Regolazione
• Movimento

Particolare importanza hanno le proteine catalitiche, dette Enzimi, che determinano l’aumento della velocità delle reazioni chimiche negli organismi.

Ogni reazione chimica richiede l’intervento di un particolare Enzima.

Proteine sono l’emoglobina, la proteina trasportatrice dell’ossigeno nel sangue.

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La struttura delle proteine

La Struttura delle proteine è molto complessa tanto da essere descritta in termini di 4 livelli successivi di complessità:

Struttura primaria. La struttura primaria è la normale sequenza di aminoacidi in una catena polipeptidica. Nelle cellule la struttura primaria delle proteine è determinata dalla sequenza degli aminoacidi in un segmento lineare.

Struttura secondaria. La struttura secondaria di una proteina consiste nel