Botanica

Botanica: lezione 1 - 21/02/22

La botanica è la scienza che studia le piante, in Italia anche i funghi (micologia). Piante e animali hanno moltissime differenze: nutrizione, movimento, mobilità, crescita…

Nutrizione

Autotrofia: capacità di sintetizzare sostanze organiche a partire da sostanze inorganiche grazie a una fonte di energia.

• Fotoautotrofia: la maggior parte di piante, alghe e alcuni batteri che traggono nutrimento dalla luce.
• Chemioautotrofia: batteri che traggono nutrimento da fonti chimiche non luminose.

Eterotrofia: capacità di sintetizzare sostanza organiche a partire da sostanze organiche.

• Fagotrofia: animali che si cibano di materia organica solida.
• Parassitismo: batteri, funghi, animali, piante che si nutrono di altri organismi danneggiandoli (non sono verdi perché non fanno fotosintesi).
• Saprotrofismo: batteri, funghi che si nutrono di organismi morti (è utile ad esempio nelle foreste di pino dove tra foglie e altro il suolo si copre di un manto, che ucciderebbe la foresta se non fosse per questi organismi che lo mangiano).
• Simbiosi: licheni, batteri, micorriza che vivono tutti insieme.
• Insettivoria: piante che si cibano di insetti.

Classificazione e tassonomia

Taxon: ogni categoria botanica (plurale taxa). Sistema: stabilisce i criteri di classificazione, se cambiano i criteri cambia anche la tassonomia. Tassonomia: classifica gli organismi viventi secondo i criteri della sistematica. I vari taxon costituiscono una struttura gerarchica che vede alla base la specie -> genere -> famiglia -> ordine -> classe -> divisione (stirpe) -> regno. La nomenclatura scientifica è scritta in latino.

Specie: se sono uguali danno vita a progenie fertile, altrimenti se danno vita a progenie non è fertile. Essa va identificata da un binomio in cui: il primo nome indica il genere di appartenenza (scritto in corsivo con la prima lettera maiuscola), mentre il secondo rappresenta l’epiteto specifico (tutto minuscolo in corsivo), dopo il nome della specie a volte compare il nome o l’iniziale di chi per primo ha denominato quella specie (iniziale maiuscola non in corsivo).

Quando viene descritta una nuova specie, è necessario che venga fornita una descrizione accurata delle caratteristiche morfologiche (diagnosi). Deve inoltre venire indicato dove si conserva il campione di erbario (olotipo) che rappresenta l’oggetto di riferimento concreto di quanto descritto nella diagnosi. Il genere è parte del nome della specie, la famiglia prende il nome dal genere più rappresentativo.

Tassonomia e nomenclatura

TAXON: Divisione - Sottodivisione – Classe – Sottoclasse – Ordine – Famiglia - Sottofamiglia

DESINENZA: -ophyta -ophytina -opsida -idae - ales - aceae - oideae

Magnoliophyta - … - Magnoliopsida – Rosidae – Rosales – Rosaceae – Rosoideae – Rosa (genere) – Rosa canina (specie)

I funghi a differenza delle piante per la Divisione hanno desinenza omycota, per la Classe omycetes. Le specie oltre ai ranghi superiori presentano pure dei ranghi inferiori: sottospecie, varietà, forma, sottoforma, che riguardano le piante spontanee, per le piante coltivate invece abbiamo come unico rango inferiore la cultivar (cv), analogo della razza nel mondo animale, rappresentano particolari genotipi trasmissibili sia tramite seme che tramite parti di pianta. I nomi delle cultivar devono essere in qualsiasi lingua eccetto il latino, con l'iniziale maiuscola, tra virgolette semplici e non in corsivo; possono essere riportati dopo il nome della specie, o dopo il nome volgare della specie.

L’ibrido deriva dall’incrocio di due individui appartenenti a due specie diverse dello stesso genere, il nome si indica o con nome specie 1 X nome specie 2 oppure con il nome commerciale. L’ibrido deriva dall’incrocio di due individui appartenenti a due specie diverse, appartenenti a generi diversi segue le stesse regole del precedente.

Lezione 2 - 22/02/22

Classificazione e domini

Inizialmente i regni erano: piante, animali e protozoi, successivamente, anche i funghi sono stati visti come un regno a sé e non più parte delle piante. Oltre il regno c’è il dominio, oggi classifichiamo gli organi in 7 regni e 2 grandi domini: Procarioti ed Eucarioti.

- Procarioti: presentano una cellula molto semplice, non compartimentata, priva di organelli e nucleo (quindi nemmeno la membrana nucleare), il DNA è libero nella cellula. In ogni caso svolge tutte le attività e le varie parti non sono ben definite, ha parete cellulare, ma non interne. (batteri e archea)

- Eucarioti: presentano una cellula compartimentata con nucleo e organuli con funzioni specifiche. Il DNA è suddiviso in cromosomi e contenuto nel nucleo, che lo separa dalle altre unità, ovviamente presenta anche la membrana nucleare. È una cellula più definita e nella maggior parte dei casi presenta la parete cellulare. (animali, funghi, piante, cromisti e protozoi)

Teoria cellulare

Tutti gli organismi sono costituiti da cellule o prodotti di esse, in questo modo, può aumentare la propria superficie relativa (rapporto tra superficie e volume). Una sfera ha una piccola superficie, se sono al centro della sfera, sono più lontano dall’esterno, se la schiaccio il volume è uguale, ma la superficie aumenta, quindi anche quella relativa. Di conseguenza sarò più vicino all’esterno. Tutti gli organismi tendono ad aumentare la propria superficie relativa, in modo da facilitare il contatto della singola parte con l’esterno, vantaggioso per effettuare i vari scambi. Se avessimo una sola cellula ogni parte di essa sarebbe isolata, ma avendo tante cellule, la superficie è maggiore, ciò facilita la comunicazione con l’esterno. Grazie al vacuolo il contenuto attivo della cellula è spinto verso le pareti, quindi l’esterno.

La foglia è appiattita perché se fosse sferica solo una piccola parte riuscirebbe a farsi colpire dai raggi solari. La cellula vegetale è più grande di quella animale, ma è molto più ricca d’acqua. Come quella animale è eucariotica, ma ha delle strutture che la caratterizzano: parete cellulare esterna (anche altri organismi la hanno), uno o più vacuoli interni (anche nei funghi o altri organismi ci sono) e plastidi. Hanno forme e dimensioni molto variabili, alcune sono così grandi che sono quasi visibili a occhio nudo (es. la polpa del cocomero con tanti rettangoli), più sono grandi più ricche d’acqua saranno.

Esternamente è avvolta dalla parete cellulare, tutto il resto è detto protoplasma suddiviso in: membrana citoplasmatica o plasmalemma (che lo avvolge), citoplasma, nucleo (non fa parte del citoplasma) e il o i vacuoli (ricco di acqua e soluti in soluzione). Il citoplasma contiene tutta una serie di piccoli organuli (Mitocondri, Plastidi, Ribosomi, Reticolo endoplasmatico, Dittiosomi - apparato del Golgi, Citosol o ialoplasma - tutto ciò che non sono organuli e contiene pure il citoscheletro - e microcorpi).

Le cellule sono tenute unite dalla lamella mediana costituita da sostanze pectine (collose), infatti quando un frutto marcisce si “scioglie” perché gli organismi distruggono le pectine. Dopo la mitosi è la prima parete che si forma per separarle, successivamente per separarle definitivamente, si formano le pareti interne, ma essa continua ad essere il collante.

La parete cellulare è come una scatola rigida ma elastica che dà una forma definita alle cellule, nelle cellule animali non succede sempre (es. i globuli rossi non hanno forma definita), oltre alla forma dà pure resistenza, capacità di robustezza (per questo le piante riescono a diventare alberi in quanto possono sostenere tutto il peso), controlla l’entrata dell’acqua (se metto una cellula vegetale in acqua pura, assorbe acqua per osmosi dato che dentro è ricca di sali, ma a differenza dei globuli rossi non scoppia grazie alla presenza della parete), ma non ne controlla l’uscita. Essa è presente in tutte le cellule vegetali tranne nelle cellule spermatiche. Il fatto che le cellule hanno forme, colori e aspetti diversi, dipende in parte dalla parete cellulare.

Parete primaria: prima parete che si forma subito dopo la lamella mediana, in questo caso primaria per ordine cronologico. È ricca d’acqua, ma è costituita da una parte fibrillare, costituita da fibrille di cellulosa, e gli spazi interni tra le varie fibrille sono riempiti da una matrice, costituita da pectine che assorbono l’acqua e riempiono la parete, sostanze emicellulose e alcune proteine.

Lezione 3 - 24/02/22

Costituzione della parete cellulare

La principale costituente della parete cellulare è la cellulosa, un polisaccaride di una catena non ramificata di B-glucosio, con legame 1,4 glicosidico (l’amido invece è una catena di A glucosio); è un legame difficilmente scindibile, (gli animali non riescono a digerirla, i ruminanti hanno, nel rumine, dei batteri che riescono, altrimenti non potrebbero), solo alcuni batteri e funghi hanno gli enzimi per idrolizzare questo tipo di legame. Le varie catene di cellulosa sono tenute insieme, mediante ponti H, così costituiscono le microfibrille, il tutto è immerso in una matrice di: acqua, proteine, sostanze pectine ed emicellulose.

Le emicellulose sono polisaccaridi diversi, formati sia da esosi che da pentosi, a differenza della cellulosa ha una struttura ramificata, ciò è dovuto al fatto che essa è costituita da vari tipi di zuccheri, mentre la cellulosa solo da un tipo.

Il processo che porta all’accrescimento della cellula è detto distensione cellulare, in questa fase, le cellule si rigonfiano fino ad assumere le dimensioni di cellula adulta, durante questa fase, la parete non si assottiglia, perché contemporaneamente vengono depositati su di essa, nuovi componenti (molecole di B glucosio). Le microfibrille (costituenti della parete cellulare) sono sintetizzate da complessi enzimatici che si muovono all’interno della membrana plasmatica.

In seguito alla distensione, si può formare la parete secondaria (cronologicamente), essa si forma nella parte interna della parete primaria, separandola dalla membrana citoplasmatica. La secondaria ha la stessa composizione della precedente, ma è più ricca di cellulosa (quindi di fibrille), è più rigida e meno elastica. Nella parete secondaria, possono inserirsi altri polimeri che la vanno ad “incrostare”, i più importanti sono: lignina, suberina e cutina (di solito si inseriscono uno o due di questi) i processi prendono i nomi di: lignificazione, suberificazione, cutinizzazione.

Dato che le pareti sono ricche di acqua, essa può passare, ma se la parete secondaria si cutinizza la parete si impermeabilizza, perché la cutina è costituita da acidi e ossoacidi, ma rimane permeabile ai gas. La suberina è impermeabile all’acqua e ai gas, se le pareti vengono suberificate totalmente, saranno impossibili gli scambi e la cellula muore (morte cellulare programmata). La lignificazione conferisce molta resistenza meccanica alla cellula, data la complessità della sua struttura, è più difficilmente degradabile della cellulosa, infatti solo alcuni tipi di funghi (ligninolifici) riescono.

Un’altra modificazione della pianta è la mineralizzazione, avviene quando nella parete secondaria si depositano minerali come carbonato di calcio o silice, un esempio sono i “peli” dell’ortica, in cui l’ago ha la parete di carbonato di calcio, che gli conferisce rigidità per questo penetra la pelle, alla sommità le cellule sono incrostate di silice, contiene sostanze orticanti, dato che la silice conferisce una consistenza vetrosa (dura, ma fragile), si rompe facilmente liberando le sostanze orticanti. La gelificazione invece, si ha in seguito all’aumento di sostanze pectine nella parete secondaria, in quel caso essa assorbe acqua e gelifica, come la marmellata.

Negli organismi pluricellulari ogni cellula interagisce con le cellule adiacenti mediante i plasmodesmi, dei canali delimitati dalla membrana plasmatica che danno origine a un desmotubulo. Il collegamento avviene grazie alla presenza di punteggiature, dei buchini presenti nella parete primaria, in zone meno spesse. Questi permettono scambi di citoplasma, acqua e alcune sostanze contenute in essa, a meno che non ci siano suberina o cutina che ne impediscano il passaggio. Nella cellula vegetale, oltre la membrana citoplasmatica o plasmalemma, sono presenti una serie di membrane selettivamente permeabili. Tutte le membrane sono costituite da un doppio strato fosfolipidico, con testa idrofila e code idrofobe, in cui possono essere immerse proteine o lipoproteine (proteine legate a zuccheri), esse sono come una sorta di fluido, che si rigenerano continuamente. Le proteine delle membrane, regolano il passaggio delle sostanze, e hanno funzione enzimatica, nel plasmalemma sono proprio queste che sintetizzano la cellulosa della parete.

Acqua e gas passano liberamente attraverso la membrana, ma molecole complesse e certi ioni non passano liberamente, infatti la membrana è detta selettivamente permeabile. Il passaggio avviene in vari modi:

• Diffusione: sostanze come i gas o l’acqua passano seguendo un gradiente di concentrazione, l’acqua passa per osmosi dato che deve equilibrare le concentrazioni.
• Trasporto: altre sostanze possono passare attraverso le proteine, dette trasportatori, che costituiscono una sorta di canale, possono essere aperti (lasciano sempre passare le sostanze per gradiente di concentrazione) maniera passiva, in altri casi devono passare contro gradiente di concentrazione, processo attivo e la cellula spende energia.
• Vescicole: le membrane possono avvolgere le sostanze formando delle vescicole e le trasportano dentro o fuori la cellula.

I plastidi sono organelli citoplasmatici, caratterizzati da una doppia membrana che li circonda e un proprio DNA circolare, hanno quindi una vita parzialmente autonoma, derivano da proplastidi o da preesistenti plastidi. Quando un plastide si divide è un proplastide e nella cellula adulta può diventare cloroplasto (responsabili della fotosintesi), cromoplasti (per il colore) o leucoplasti (per riserva).

• Cloroplasti: presenti in tutte le cellule eucariotiche che svolgono la fotosintesi, ma nei batteri non ci sono anche se compiono la fotosintesi, verdi per la presenza delle clorofille con forma elissoidale e una struttura interna molto complessa, nelle alghe sono pochi e grandi, nelle piante superiori sono tanti e piccolini. I cloroplasti, presentano una doppia membrana, al cui interno vi è una struttura con un liquido chiamato stroma, al cui interno sono immersi i tilacoidi, sacculi delimitati da un’unità di membrana, disposti gli uni sugli altri a formare pile dette grana. Ogni grano è collegato con gli altri da tilacoidi singoli detti intergrana. I tilacoidi, sia tilacoidi dei grana sia tilacoidi intergrana, sono tra loro interconnessi. Sulle membrane tilacoidali, infatti, avvengono le reazioni della fase luminosa della fotosintesi. Su tali membrane, quindi, sono presenti tutti i pigmenti di cattura dell’energia luminosa (clorofille e carotenoidi) organizzati in fotosistemi.
• La parte attiva è la clorofilla, costituita da un anello porfirinico modificato con al centro un atomo di Mg, e una coda idrocarburica, essendo idrofobica, è affine alle sostanze grasse, per questo si conficca nella membrana fosfolipidica dei tilacoidi.

Sia i cloroplasti che i mitocondri presentano la doppia membrana, questo fenomeno è spiegato dalla teoria endosimbiontica, la quale afferma che essi si sono formati perché un procariote predatore ha fagocitato, senza digerirlo, un altro procariote. In particolare, i cloroplasti sono frutto della fagocitosi di un cianobatterio fotosintetico. A conferma di ciò vi è il fatto che plastidi e mitocondri hanno diverse caratteristiche in comune con i procarioti.

Lezione 4 - 28/02/22

I plastidi sono solo nelle cellule vegetali. Un proplastide diventa un cloroplasto se la cellula, è una delle componenti delle parti apicali (fusti e foglie) e cresce in condizioni di luce, se non ci fosse luce i proplastidi diventerebbero ezioplasti, che non presentano un sistema di membrane interno organizzato come nei cloroplasti e non produrrà clorofilla, anche se contengono pochi e piccoli tilacoidi. Ma se dovessero essere in contatto duraturo con la luce, la struttura si riorganizza, e gli ezioplasti diventano cloroplasti. La stessa cosa succede quando mettiamo una pianta al buio, perde il colore verde e diventa prima giallina e poi bianchiccia (la pianta è filata o eziolata), la struttura si disorganizza e i cloroplasti diventano ezioplasti.

Dove sono i cloroplasti nella pianta? Nelle parti verdi cioè foglie, gemme, alcuni fusti di piante, certe parti del fiore, nei frutti acerbi che sono verdi, quindi nelle parti epigee, verdi.

Nelle parti che si sviluppano all’assenza di luce (radici, parti interne dei fusti, nei tuberi che sono sotterranei) i proplastidi diventano leucoplasti, plastidi di riserva che contengono amido secondario (la principale sostanza di riserva delle piante) nel caso degli amiloplasti, essi dipendono dalla pianta che li forma, determinando forme e strutture diverse. Per poter vedere amido e amiloplasti, con la iodina diventa blu.

In alcuni organismi tipo la patata, in condizioni di luce, gli amiloplasti possono trasformarsi in cloroplasti, ciò avviene perché è un fusto sotterraneo, ma nelle radici non succede.

L’amido è un polisaccaride, dell’A-glucosio, con legami 1,4 glucosidico, esso è facilmente degradabile da quasi tutti gli organismi viventi. I due polimeri dell’A-glucosio che lo compongono sono...