Appunti dettagliati di Biologia

LA CELLULA VEGETALE

La citologia vegetale è una scienza che studia la cellula vegetale, l’istologia

animale è lo studio dei tessuti animali che non producono sostanze chiamate

METABOLITI SECONDARI. I tessuti vegetali producono queste sostanze, tra cui

numerosi principi chimici usati in farmaceutica come gli alcaloidi sostanze

velenose, ma molto curative dotate di attività biologiche (MORFINA frutto di un

particolare tipo di papavero, antidolorifico, analgesico più potente). Tutti gli

esseri viventi possiedono un carattere comune, quello di essere formati da

elementi microscopici definiti CELLULE; ci sono infatti organismi pluricellulari e

organismi unicellulari più antichi dal punto di vista dell’evoluzione. Le cellule si

dividono in EUCARIOTICHE e PROCARIOTICHE.

Le cellule procariotiche sono le più antiche dal punto di vista evoluzionistico e

sono più semplice. Le cellule procariotiche non sono compartimentate cioè

all’interno della cellula non vi sono organuli delimitati da una membrana

biologica; non c’è il nucleo, materiale nucleare avvolto da una membrana

biologica, non ci sono i mitocondri che sono le centrali energetiche delle cellule

eucariotiche, non vi sono i reticoli (liscio e rugoso) e lisosomi. Vi è un po' di

DNA, strutture membranose fatte da proteine globulari, ribosomi che non sono

organuli delimitati da membrana ma materiale genetico, RNA ribosomiale su

cui vengono stampate le proteine.

Le cellule eucariotiche derivano da quelle procariotiche, sono più grandi e più

complesse. Esistono diverse teorie su come questo sia avvenuto, come una

cellula procariotica sia diventata eucariotica. Tra queste c’è la TEORIA

ENDOSIBIOSICA degli anni 70 che ci spiega come da una cellula procariotica si

sia formata nel tempo una cellula eucariotica. La cellula eucariotica ha preso

origine da una primordiale cellula procariotica che è stato un grasso chiamato

BATTERIO SAPROFITA FERMENTANTE; saprofita è una cellula batterica che vive

nella sostanza organica in decomposizione, fermentante, questo batterio era in

grado di ricavare energia mediante la demolizione degli zuccheri in assenza di

ossigeno perché le cellule ricavano energia in due modi:

-FERMENTAZIONE

- RESPIRAZIONE CELLULARE reazione di ossidazione che avviene nei

mitocondri dove l’energia viene liberata grazie all’utilizzo dell’ossigeno

che porta dei danni alla cellula perché essendo proto- ossidante

(ossigeno ossidante), nel tempo può ossidare il gruppo ordinale della

cellula, ma ci sono dei sistemi che ci permettono di recuperare eventuali

sacchi di ossidazione.

Questo batterio durante la sua esistenza ha inglobato mediante la FAGOCITOSI

dei batteri più piccoli per digerirli; tra questi batteri più piccoli durante il

periodo dell’evoluzione si sono formati batteri più piccoli che il batterio

saprofita non ha digerito perché si è accorto che alcuni erano in grado di fare la

respirazione cellulare e altri erano in grado di fare la fotosintesi clorofilliana. Col

tempo i piccoli batteri in grado di fare la fotosintesi sono diventati

CLOROPLASTI (hanno ribosomi e DNA entrambi di stampo batterico).

mentre quelli in grado di fare la respirazione cellulare sono diventati

MITOCONDRI (DNA caratteristico, non contenuti in un nucleo ma sparsi in un

angolo del mitocondrio, ha ribosomi 70s di derivazione procariotica). I

mitocondri e i cloroplasti sono delimitati da due membrane perché la

membrana più interna è quella originale del batterio da cui si sono originati, la

membrana più esterna è quella che li ha avvolti quando un grosso batterio ha

fatto la fagocitosi (inglobamento tramite la membrana cellulare di qualcosa che

viene trascinato dentro la cellula).

CIANOBATTERI

Sono dei batteri ma appartengono al regno vegetale

perché hanno la possibilità di fare la fotosintesi

clorofilliana. Dalla fotosintesi si ottiene un prodotto di

scarto eliminato nell’ambiente(ossigeno) e permette la

respirazione diaframmatica e la respirazione cellulare

cioè permette di fare energia, di conservarla

sottoforma di ATP. I primi a fare la fotosintesi

ossigenica e i primi a riversare ossigeno nell’atmosfera che permette la vita a

tutti gli esseri che vivono sulla terra. Batterio gram negativo hanno parete

cellulare molto resistente mentre i gram positivi non ce l’hanno e per

combatterli servono antibiotici. Sono antichissimi, sono stati scoperti 2,5

miliardi di anni fa, trovati allo stato solido dentro dei minerali in Arizona;

sono organismi unicellulari ma possono

vivere anche in colonie e hanno una parete

cellulare molto complessa fatta da quattro

strati. Il primo strato è quello attaccato alla

membrana cellulare, è trasparente agli

elettroni del microscopio elettrico e non si

sa benissimo com’è organizzata. Il secondo

strato più spesso è uno strato costituito da

una glicoproteina chiamata PUREINA perché

l’acido muranico è il suo principale costituente; questa struttura a base di

pureina è molto resistente. Verso l’esterno ci sono altri due strati fatti da

LIPOPOLISACCARIDI sostanze che si trovano esternamente a tutti i batteri e

sono coloro che ci danno i problemi quando subiamo un’infezione batterica.

Con il microscopio elettrico si è notato che la parete cellulare è pervasa da

piccoli pori che l’attraversano completamente e da questi pori fuoriesce una

MUCILLAGINE (insieme di mucopolisaccaridi (zuccheri) che hanno una

consistenza viscida, avida di acqua). Con la mucillagine i cianobatteri si

difendono dall’idratazione; questi pori permettono la comunicazione tra

cianobatteri diversi quando si organizzano in colonie. La colonia più tipica è una

colonia filamentosa costituita da tante cellule di cianobatterio una dietro l’altra,

attaccati tra loro mediante la mucillagine che avvolge il filamento e aiuta i

cianobatteri a rimanere attaccati ad un substrato. Vivono ovunque nell’acqua

dolce, salata, nei terreni acidi, fonti termali ed alte temperature. Presentano

delle strutture filamentose, filamenti proteici chiamati PILI e ce ne sono di due

tipi: Lungo e sottile e serve per far riconoscere i substrati cioè i materiali ai

- quali i ciano batteri possono andare ad attaccarsi;

Corti e tozzi, sono quelli che permettono il movimento;

-

Dopo la parete cellulare, verso l’interno c’è la membrana cellulare, una

membrana biologica fatta da un doppio strato lipidico di fosfolipidi in cui si

muovono le proteine. In mezzo al doppio strato lipidico c’è il colesterolo che

serve a mantenere la fluidità della cellula. Nei cianobatteri non c’è il colesterolo

ma ci sono i fitosteroli che si ritrovano anche nella membrana interna dei

cloroplasti. L’interno del cianobatterio è diviso in due zone:

La zona CROMATOPLASMA dove ci sono anelli concentrici che sono delle

- strutture pseudomembranose, strutture fatte da proteine globulari.

Queste strutture sono a forma di tubo vuoto chiamate TILACOIDI

(contengono i pigmenti per fare la fotosintesi, la CLOROFILLA A, il BETA

CAROTENE e le XANTOFILLE carotenoidi che contengono ossigeno). Sopra

queste strutture ci sono dei puntini neri chiamati FICOBILISOMI perché

costituiti da ficobili proteine, contengono dei pigmenti utili per la

fotosintesi chiamati FICOCIANINE, FICOERITRINE , ALLOFICOCIANINE.

La zona interna del CENTROPLASMA formata da puntini non attaccati ai

- tilacoidi cioè i ribosomi e servono per fare la sintesi proteica.

Successivamente ci sono filamenti sparsi ovvero filamenti di DNA di

stampo batterico cioè DNA di forma circolare variamente ripiegato e

senza istoni (proteine attorno alle quali il DNA degli eucarioti si condensa

per fare i cromosomi). Ci sono anche altre forme di DNA isolate, non

codificanti che prendono il nome di PLASMIDI. Si trovano dei cristalli

grandi chiamati CORPICOLLIEDRICI cioè delle concrezioni di un enzima

che è la RUBISCO ( ribulosio, bifosfato, carbossilasi, ossigenasi,) enzima

principale della fotosintesi. La zona interna del CENTROPLASMA formata

da puntini non attaccati ai tilacoidi cioè i ribosomi e servono per fare la

sintesi proteica. Nel centroplasma ci sono granuli di polifosfati (riserve di

fosforo che servono per le funzioni cellulari), riserve di azoto e inclusioni

di cianofficine. La fotosintesi è un fenomeno in cui due sostanze

inorganiche come anidride carbonica e acqua si mettono insieme e

sfruttando l’energia del sole producono uno zucchero ovvero il glugosio

che farà l’amido. Si divide in due fasi:

Fase oscura (sintesi zuccheri)

- Fase luminosa in cui vi è un prodotto di scarto che è l’ossigeno che deriva

- dalla fotolisi dell’acqua.

Il materiale di riserva dei cianobatteri è un tipo particolare di amido chiamato

AMIDO DELLE CIANOFFICINE. All’interno del citoplasma ci sono delle strutture

pseudo membranose chiamate GLOBULI GASSOSI (strutture delimitate da

glicoproteine in grado di contenere gas); i cianobatteri gonfiando e sgonfiando i

vacuoli gassosi possono galleggiare o sprofondare, si mettono nelle migliori

condizioni per assorbire la migliore qualità della luce e li proteggono dalle

radiazioni ultraviolette. Le colonie filamentose sono chiamate TRICOMI di

cianobatteri (una fila di cianobatteri una dietro l’altra); nelle colonie le cellule

non sono tutte uguale, ci possono essere cellule di cianobatterio di colore giallo

e sono più grandi chiamati ETEROCISTI e hanno la capacità di fissare l’azoto

atmosferico. Queste cellule diverse contengono un enzima nel centroplasma

chiamato NITROGENASI che è capace di trasformare l’azoto atmosferico in

azoto ammoniacale per fare le proteine. Questi cianobatteri che fanno la

fotosintesi danno all’eterociste i prodotti della fotosintesi (zuccheri) mentre

l’eterocisti danno i prodotti per fissare l’azoto (scambio reciproco). Oltre alle

eterocisti ci sono le ACIMETI, cianobatteri che hanno costruito una parete

cellulare robusta, esternamente ci sono altri tre strati perché al suo interno

avvengono tante divisioni, replicazioni del DNA. È una cellula che riesce a

sopportare le condizioni più difficili di vita, cellula specializzata per mantenere

nel tempo la specie di cianobatterio a cui appartiene. Nelle colonie filamentose

ci sono dei pezzi di segmento di colonia che si staccano dal filamento principale

e sono chiamati ORMOGOMI. Un ormogone si stacca, viaggia nell’ambiente e

dove trova le condizioni più opportune per accrescersi e comincia a formare

una nuova colonia. La riproduzione delle cellule di cianobatterio come tutte le

cellule di procarioti si chiama RIPRODUZIONE ATTRAVERSO SCISSIONE BINARIA

cioè ogni singola cellula si divide, il materiale genetico si divide, si duplica ci

sono due molecole circolari di DNA e si formerà una strozzatura nella parete

cellulare, nella membrana cellulare che dividerà la cellula in cui il DNA si è

diviso in due cellule; ciascuna delle due cellule con la sua parcella di DNA. Nelle

cellule dei cianobatteri non ci sono fenomeni sessuali, ma possono avvenire

degli eventi in cui è mimato un approccio sessuato cioè un cianobatterio si

rompe nel suo ambiente, perde il suo DNA e questo DNA va a finire dentro un

altro cianobatterio che viene fagocitato da un altro cianobatterio; questo

fenomeno è chiamato FENOMENO DELLA TRASFORMAZIONE. Il FENOMENO

DELLA CONIUGAZIONE consiste nel trasferimento di materiale genetico di solito

plasmidi da un cianobatterio ad un altro e avviene tramite i pili cioè

microfilamenti proteici, lunghi e sottili, corti e tozzi che servono al cianobatterio

per riconoscere il substrato e per attaccarsi al substrato.

CELLULE EUCARIOTICHE

La cellula animale non è in grado

di fare i metaboliti secondari

mentre la cellula vegetale si; tra i

metaboliti secondari ci sono

molecole che vengono scoperte

di continuo e molte di queste

molecole hanno una grande

importanza farmaceutica e

vengono impiegate per fare la

sintesi e per studiarne l’attività

biologica. La cellula animale è

costituita da membrana

cellulare. Sia la cellula animale

che quella vegetale hanno la membrana cellulare chiamata PLASMALEMMA, ha

una struttura a doppio strato fosfolipidico con immersi totalmente o

parzialmente delle proteine. In entrambe le cellule la membrana isola l’interno

della cellula dall’ambiente esterno ma consente la comunicazione della cellula

con l’ambiente esterno perché attraverso le proteine contenute nella

membrana sostanze, molecole possono entrare nella cellula ma possono anche

uscire dalla cellula. Questa comunicazione avviene grazie alle proteine perché

si formano proteine canali e attraverso questo canale le sostanze possono

entrare o uscire dalla cellula. Le proteine di questo tipo sono le acquaporine o

proteine trasportatrici che funzionano contro gradiente di concentrazione. I

lipidi che formano la membrana cellulare sono del tipo dei fosfolipidi molecole

che vengono definite molecole antipatiche se si mettono dei fosfolipidi

nell'acqua loro cominciano a muoversi formando una struttura in cui le teste

polari che hanno affinità con l'acqua formano una palla rivolta verso l'acqua

cioè verso l'esterno mentre la parte idrofoba si chiude nel pacchetto fatto dalle

code polari. Le teste sono a contatto con l'acqua contenuta nella cellula mentre

le code sono a contatto con l'acqua contenuta fuori dalla cellula; l’acqua

contenuta fuori dalla cellula e l'acqua dei liquidi interstiziali e generano la

nostra idratazione.

Un fosfolipide è formato da una teste e due code

idrofobiche che rifiutano l'acqua perché sono due

code di acidi grassi e non si mescolano con

l’acqua, la testa è fatta da glicerolo e acido

fosforico che hanno affinità con l'acqua vi è anche

l'a colina, la serina, la etanolamina, fosfatidilcolina

e fosfatidilserina. Sia nel Regno animale che

vegetale sono i fosfolipidi a formare il doppio

strato lipidico. Le catene degli acidi grassi possono

essere incurvate in prossimità di un doppio legame perché i fosfolipidi si

incastrano meglio tra di loro e la membrana cellulare è più resistente e

compatta. Gli acidi grassi che non presentano il doppio legame vengono

chiamati saturi, gli acidi che non presentano il doppio legame sono chiamati

insaturi possono essere monoinsaturi come l'acido oleico e polinsaturi quando

hanno più di un doppio legame come l'acido alcalino oleico. All'interno della

membrana cellulare c'è il citoplasma sostanza amorfa di base costituita

prevalentemente da proteine enzimatiche. Con l'avvento della microscopia

elettronica ci si è accorti che il citoplasma di una cellula eucariotica è pervasa

da una serie di canalicoli che formano delle cisterne, strutture tridimensionali

che formano un reticolo continuo immerso nel citoplasma chiamato RETICOLO

ENDOPLASMATICO; queste vescicole sono costituite da una membrana

biologica molto simile al plasmalemma. Ci sono due tipi di reticolo, quello

rugoso e quello liscio; il reticolo endoplasmatico rugoso (RER) è chiamato così

perché sopra di esso, sopra gli elementi che costituiscono il reticolo

endoplasmatico robusto ci sono attaccati tanti di ribosomi (80-s). Il reticolo

endoplasmatico liscio8(REL) non presenta ribosomi ed è connesso con il

metabolismo dei lipidi; all’interno avviene la sintesi degli acidi grassi che vanno

a finire nello spazio compreso tra il doppio strato lipidico della membrana

cellulare e il reticolo endoplasmatico liscio. Determinano una pressione che fa

rigonfiare verso l'esterno lo strato lipidico finché questo rigonfiamento si

separa sotto forma di una vescicola che si muove nel citoplasma della cellula

chiamata sferosoma. Il reticolo endoplasmatico rugoso accoglie la proteina che

viene sintetizzata sul ribosoma che sta sulla superficie; su ribosomi si formano

le proteine che vanno dentro il reticolo rugoso e alla proteina viene attaccato

un carboidrato, un polisaccaride. Dal reticolo endoplasmatico rugoso si

staccano dalle vescicole che contengono la proteina a cui è stato legato un

carboidratato e queste vescicole cammineranno nel citoplasma fino ad arrivare

ad un altro organulo chiamato COMPLESSO DI GOLGI. Serie di cisterne

appiattite fatta di una membrana cellulare simile alla membrana cellulare; le

vescicole che vengono dal reticolo endoplasmatico si fondono con la

membrana del complesso di Golgi e riversano all'interno dell'apparato del Golgi

la proteina con il carboidrato che viene modificata, strutturata fino alla

formazione della GLICOPROTEINA FINALE che finisce nelle vescicole che si

staccano dal Golgi e queste vescicole vanno verso organuli che si trovano

dentro la cellula o vanno a fondersi con la membrana cellulare riversando nella

membrana la glicoproteina con la parte di carboidrato rivolta verso l'esterno.

Nelle cellule animali formano sulla membrana cellulare uno strato sottile di

carboidrati che si chiama GLICOCALICE che permette il riconoscimento tra

cellule che devono formare un determinato tessuto e che deve andare a

formare un determinato organo. Nelle cellule vegetali l'apparato di Golgi

produce anche delle sostanze, molecole che andranno a formare la parete

cellulare. All'interno delle cellule animali e vegetali ci sono i mitocondri che

rappresentano le centrali energetiche delle cellule perché nei mitocondri

avviene la respirazione cellulare e la formazione di energia sotto forma di ATP.

Sono organuli costituiti da una doppia membrana esterna ed interna che si

ripiega a pettine; tra le due membrane c'è uno spazio intermembrana, hanno

una quantità di DNA, sono autosufficienti per la loro sintesi proteiche e hanno

anche riboso