Biologia vegetale e botanica farmaceutica

Biologia vegetale e botanica farmaceutica

Picchioni Marta

A.A. 2021-2022

1 Biologia Vegetale e Botanica Farmaceutica

Indice

• La vita ..................................................................................................................... 2
• Tassonomia ............................................................................................................ 8
• La cellula vegetale ......................................................................................... 9
• Metabolismo ....................................................................................................................................... 10
• Metaboliti secondari .................................................................................................................... 12
• La chimica delle piante ................................................................................... 13
• Metaboliti primari .......................................................................................................................... 13
• Fitoequivalenza ........................................................................................................................... 15
• Citologia .............................................................................................................. 17
• Parete ..................................................................................................................................................... 17
• Struttura parete ............................................................................................................................. 18
• Vacuolo ................................................................................................................ 25
• → Miscele eutettiche naturali NADES ........................................................ 28
• Plastidi ................................................................................................................. 30
• Istologia: i tessuti ............................................................................................ 34
• Tessuti vegetali ................................................................................................. 35
• Prodotti vegetali ............................................................................................. 44
• Sistematica .......................................................................................................... 50
• Organografia ..................................................................................................... 60
• Fusto ...................................................................................................................................................... 60
• Radice .................................................................................................................................................... 66
• Foglia .................................................................................................................................................... 71
• Fiore ....................................................................................................................................................... 77
• Seme ......................................................................................................................................................... 77
• Frutti ..................................................................................................................................................... 78

A.A. 2021-2022

2 Biologia Vegetale e Botanica Farmaceutica

La vita

La vita è l’insieme delle caratteristiche degli esseri viventi.

Le proprietà di un essere vivente

• Capacità di riprodursi: tutti gli esseri viventi generano organismi simili a sé stessi perpetuando nel tempo la specie a cui appartengono.
• Capacità di crescita e sviluppo: il ciclo vitale degli esseri viventi porta ogni individuo ad una crescita non solo in dimensione ma anche in complessità nel corso della sua vita.
• Capacità di trasformare energia: gli esseri viventi scambiano materia ed energia con l’ambiente circostante, sono sistemi aperti dal punto di vista termodinamico, e sono in grado di trasformare l’energia da una forma ad un’altra attraverso un complesso di reazioni chimiche, metabolismo.
• Capacità di codificare le informazioni della propria struttura e del proprio funzionamento: gli esseri viventi raccolgono le informazioni relative alla loro struttura ed al loro funzionamento in un programma complesso, genoma, che ha per unità di base il gene.
• Costituzione cellulare: tutti gli esseri viventi ad eccezione dei virus sono formati da unità strutturali e funzionali di base ovvero le cellule.
• Capacità di rispondere agli stimoli: gli esseri viventi percepiscono gli stimoli provenienti dall’ambiente e reagiscono ad essi.
• Capacità di organizzarsi: ogni essere vivente è composto da diverse parti che cooperano in modo armonioso, cellula, tessuto, organo, sistema. L’organismo che ne risulta possiede proprietà più complesse della semplice somma delle proprietà delle singole parti.
• Capacità di autoregolazione: gli esseri viventi possono mantenere costanti alcuni parametri corporei.
• Capacità di adattarsi e di evolvere: le popolazioni di organismi viventi si evolvono nel tempo, modificano le proprie caratteristiche. Una popolazione è formata da individui geneticamente diversi uno dall’altro. La variabilità genetica degli individui permette, in caso di cambiamenti ambientali, la sopravvivenza di individui che hanno caratteristiche adatte a vivere e riprodursi nel nuovo ambiente. Le specie evolvono nel corso delle generazioni.

A.A. 2021-2022

3 Biologia Vegetale e Botanica Farmaceutica

Classificazione esseri viventi

Fino al ‘700 esistevano solo 2 regni: animali o piante. Con l’avanzare del tempo furono aggiunti i regni:

• Protisti
• Monera
• Funghi
• Archea e Batteri, inizialmente sotto l’unico regno di monera

N.B. La classificazione è fatta in base alla crescente complessità dell’organizzazione cellulare.

Procarioti

• Regno Monera: batteri, cianobatteri. Sono privi di organelli cellulari, quindi la cellula svolge in maniera non compartimentata le funzioni vitali della cellula stessa. Sono costituiti da un singolo filamento di DNA. Sono prevalentemente eterotrofi, organismi che hanno bisogno di nutrirsi di qualcosa che proviene dall’esterno, solo alcuni autotrofi per chemio o fotosintesi. Organizzazione unicellulare isolata o in colonie.

Eucarioti

Hanno un nucleo rivestito di una doppia membrana. All’interno ci sono cromosomi, proteine e DNA.

• Regno Protisti: gruppo eterogeneo di eucarioti unicellulari, coloniali, pluricellulari. Sono gli organismi che non potevano appartenere agli altri regni per differenze di caratteristiche, infatti sono morfologicamente molto diversi tra loro. Appartengono a questo regno alghe e funghi.
• Regno Funghi: individui saprofiti, vivono grazie ad un organismo morto, o parassiti, vivono grazie ad un organismo vivo, privi di clorofilla e plastidi, eterotrofi. Tranne le forme meno evolute, sono pluricellulari con tipiche cellule allungate in filamenti, ife, associati a formare delle masse, micelio. La parete cellulare contiene micosina che è un polisaccaride a base di aminozuccheri. Rende indigesti i funghi crudi, in cottura rendono il sugo limaccioso.
• Regno animali: organismi eucarioti pluricellulari, con le cellule in contatto diretto. La nutrizione è per digestione, tipo eterotrofo. Hanno un livello di organizzazione e differenziazione in tessuti e organi molto superiore agli altri organismi, sistema nervoso e neuromotorio, quest’ultimo è presente anche nelle piante.
• Regno piante: tutti gli organismi più specializzati delle alghe e da queste derivati. Sono organismi pluricellulari eucarioti con sistema vacuolare, plastidi e parete cellulare. Autotrofe per fotosintesi, per mezzo della quale avviene la fissazione del carbonio, cioè la trasformazione del carbonio inorganico in carbonio organico, glucosio. Si sono evolute con la conquista della terraferma, evitando la colonizzazione da parte di altri organismi fotosintetici che non producono ossigeno. Presentano differenziazione in tessuti specializzati e organi di forma e funzioni definite.

A.A. 2021-2022

4 Biologia Vegetale e Botanica Farmaceutica

Evoluzione

Evoluzione è un termine che esprime l’idea che tutti gli organismi siano discesi da un unico antenato comune comparso in un’epoca remota del tempo geologico.

Charles R. Darwin, 1809-1882, il padre della teoria dell’evoluzione, la definisce come il risultato della selezione naturale.

Ciò che ha spinto l’evoluzione da organismi procarioti ad organismi eucarioti è la fotosintesi da parte dei cianobatteri ovvero organismi che vivevano in acqua e producevano ossigeno, portando alla saturazione dell’acqua e quindi alla diffusione nell’atmosfera di ossigeno. Questo ha portato alla formazione dell’ozono, che costituisce una barriera contro i raggi ultravioletti che ha permesso ad altri organismi di svilupparsi sulla terra.

Cianobatteri: organismi unicellulari coloniali. Hanno una forma a spirale, infatti vengono chiamati spiruline. Presentano un elevato contenuto di sali minerali e proteine, vengono utilizzate per aumentare la massa muscolare.

Origine organismi eucarioti fotosintetici

È avvenuta a seguito di fenomeni di endosimbiosi primaria.

Una cellula ospite e un protobatterio hanno formato per endosimbiosi la cellula proto-eucariotica non-fotosintetica, in cui si forma una compartimentazione: gli organelli svolgono funzioni caratteristiche.

Da questa cellula per un evento di endosimbiosi primaria con un cianobatterio si è formata la cellula eucariotica fotosintetica, caratterizzata dalla presenza del cloroplasto ovvero l’organello adibito alla fotosintesi.

Speciazione

È un insieme di processi che porta alla formazione di una o più specie discendenti a partire da una specie ancestrale. Secondo la teoria evoluzionistica, gli organismi subiscono un processo di continuo cambiamento in relazione al variare dell’ambiente fisico e biologico. Ci sono due teorie evoluzionistiche: l’evoluzione filetica, anagenesi, secondo cui la specie ancestrale si estingue; l’evoluzione ramificata, cladogenesi, secondo la quale la specie ancestrale non si estingue. Per le piante, esistono 3 cladi, cioè 3 gruppi di organismi discesi da un singolo progenitore comune, che è la cellula eucariotica fotosintetica. Da questa, secondo un processo evolutivo ramificato, si sono formate le glaucofite, le alghe rosse e le alghe verdi, da cui hanno avuto origine le piante terrestri.

A.A. 2021-2022

5 Biologia Vegetale e Botanica Farmaceutica

• Glaucofite: piccolo gruppo di organismi d’acqua dolce caratterizzati da un unico plastidio con morfologia intermedia fra il plastidio di un cianobatterio e un’alga verde o rossa.
• Alghe rosse e verdi: organismi con dimensioni variabili, diffuse in acqua dolce e salata.
• Piante terrestri: dall’evento endosimbiotico che diede origine ai plastidi sono derivati molti gruppi di organismi fotosintetici. La diversità che si è poi creata è dovuta ad eventi di endosimbiosi secondaria, che hanno coinvolto una cellula eucariotica non-fotosintetica e una cellula eucariotica fotosintetica.
• Alga bruna: derivano da un evento endosimbiotico secondario che ha coinvolto un’alga rossa.
• Euglenofite: derivano da un evento endosimbiotico secondario che ha coinvolto un’alga verde. Endosimbiosi secondaria.

Comparsa della pluricellularità

La pluricellularità si è probabilmente evoluta all'interno del regno dei protisti nel corso di molti eventi separati e quindi le attuali specie di alghe marine, piante, animali e funghi si sono originate da tipi diversi di protisti unicellulari. Secondo l'opinione più diffusa, il legame tra gli organismi pluricellulari ed i loro antenati unicellulari è rappresentato da libere aggregazioni coloniali di cellule interconnesse, che comunicano tra di loro pur essendo funzionalmente autonome. Le colonie differiscono dagli organismi effettivamente pluricellulari in quanto le loro cellule conservano un alto grado di autonomia funzionale. Un esempio di questa comunicazione delle cellule appartenenti ad una colonia è il lievito a fiocco di neve, nella forma coloniale ha un aspetto a fiocco di neve. Le cellule non sono semplicemente vicine, ma c’è una comunicazione tra cellule indispensabile per lo sviluppo della forma a fiocco di neve. Tra le cellule si formano degli spazi che permettono alla colonia di occupare maggiore spazio. Questi spazi si formano perché alcune cellule mettono in atto la morte programmata. In un organismo unicellulare tutte le attività vitali avvengono all'interno di una singola cellula, mentre in uno pluricellulare varie cellule specializzate svolgono funzioni differenti nella vita dell’organismo e sono dipendenti una dall'altra.

A.A. 2021-2022

6 Biologia Vegetale e Botanica Farmaceutica

Vantaggi della pluricellularità

• Possibilità di ripetere il modulo cellulare con l’opportunità di sostituire le cellule non più funzionanti e di ottenere un incremento delle dimensioni e della durata della vita dell’organismo, stabilità strutturale.
• Si realizza la differenziazione e la specializzazione delle cellule, divisione del lavoro tra differenti ceppi cellulari riuniti in organi e tessuti.

Grado di complessità

• Cellule: organismi unicellulari semplici prive di nucleo, procarioti, e organuli differenziati.
• Organismi unicellulari: organismi con nucleo e organuli cellulari differenziati, eucarioti unicellulari.
• Organismi pluricellulari: organismi costituiti da cellule eucariote organizzate e specializzate.

Passaggio acqua-terra

• Organizzazione cellulare organismi unicellulari: la cellula deve svolgere tutte le funzioni biologiche.
• Pluricellulari a tallo: tutte le cellule sono uguali, tutte svolgono le stesse funzioni.
• Pluricellulari a cormo: cellule differenziate per svolgere funzioni diverse. Organizzazione in tessuti e organi negli organismi più evoluti, dopo la conquista della terraferma.

Tallo: corpo pluricellulare nel quale non c’è differenziazione di veri tessuti, e nel quale non sono distinguibili radici, fusti e foglie.

Cormo: corpo pluricellulare delle piante superiori nel quale sono distinguibili radici, fusti e foglie.

Cormoide: termine di passaggio fra tallo e cormo: corpo pluricellulare nel quale in seguito ad una iniziale differenziazione dei tessuti cominciano a mettersi in evidenza organi specializzati, filloidi, foglia, cauloidi, fusto, rizoidi, radici. Vivono sulla terraferma ma in luoghi molto umidi e non raggiungono grandezze rilevanti.

• Piante a cormoide: piante di piccole dimensioni e prive di sistema vascolare, motivo per cui non raggiungono grandi dimensioni, muschi, sfagni, epatiche, briofite, dal greco: bryon, muschio.
• Tallofite: piante prive di vere radici, fusto e foglie, alghe pluricellulari, funghi, licheni.
• Cormofite: piante che hanno il cormo, cioè la struttura composta di radici, fusto e foglie, felci, gimnosperme, angiosperme.

A.A. 2021-2022

7 Biologia Vegetale e Botanica Farmaceutica

Emersione dall’acqua

Le spinte evolutive delle piante terrestri:

• Raggiungimento di una maggiore produttività e resa della fotosintesi.
• Perfezionamento dei meccanismi riproduttivi.

Vantaggi

• Un più rapido scambio gassoso tra organismi e l’ambiente.
• Una maggiore disponibilità di CO 2.
• La possibilità di utilizzare l’intero spettro solare senza l’azione schermante dell’acqua.

Questi tre aspetti portano a una maggiore resa fotosintetica, che esercitava una forte pressione selettiva per l’emersione dall’acqua.

Raggiungimento di una maggiore produttività e resa della fotosintesi

L’attività fotosintetica di cianobatteri ed alghe portò alla saturazione delle acque di ossigeno, che spostandosi poi nell’atmosfera dette origine, per azione dei raggi solari, all’ozono stratosferico. L’ozono determinando un’azione schermante nei confronti dei raggi ultravioletti, rese possibile l’emersione dall’acqua di piante e animali.

Perfezionamento dei meccanismi riproduttivi

Premiare l’individuo con una discendenza più numerosa, premiare cioè l’insieme di caratteri, sia forme che funzioni, che risulta più adatto ad un determinato ambiente. Forme e funzioni non sono altro che l’espressione di combinazioni geniche. Le nuove combinazioni geniche si originano essenzialmente nei processi di ricombinazione genetica, quindi sono legati alla riproduzione. Quanto più sono «efficienti» i meccanismi riproduttivi, tanto maggiore sarà la possibilità di insorgenza di nuove combinazioni da sottoporre al vaglio della selezione. La capacità della pianta di riprodursi è legata all’impollinazione, che avviene tramite vettori, come gli insetti, uccelli, pipistrelli, rettili. A seguito della fecondazione avviene la formazione dei frutti e dei semi, che generano una nuova pianta. Per allontanare il seme dalla pianta madre viene usato il vento o gli animali, che liberano con le feci il seme integro, perché le piante l’hanno reso non digeribile agli animali. Le piante sfruttano anche l’uomo per spostare i semi, perché camminando si attaccano alle nostre gambe.

N.B. Per adatt