Riassunto esame Botanica farmaceutica, Prof. Giuliani Claudia, libro consigliato Botanica farmaceutica, Maugini, Bini, Lippi

Introduzione alla botanica farmaceutica

Botanica farmaceutica prevede lo studio della sistematica dedicata alle piante con impiego terapeutico (piante e principi attivi). È parte della materia medica, che intendiamo come studio del corretto uso delle piante a fini curativi.

Discipline correlate

• Etnobotanica: disciplina basata su raccolta, valutazione e catalogazione critica di dati riguardanti l’impiego di vegetali tra le popolazioni umane;
• Fitochimica: disciplina che si occupa dello studio dei costituenti chimici, con riferimento alle vie biogenetiche di produzione degli stessi ed alle applicazioni chemotassonomiche.

Importanza del lavoro del botanico

La corretta individuazione botanica è di fondamentale importanza, oltre che per una ricerca di base, anche da un punto di vista applicativo, per evitare confusione tra specie simili ma a diverso contenuto in principi attivi, identificare eventuali sofisticazioni, usi impropri delle droghe e comunque per un più mirato utilizzo delle piante officinali.

La droga, rappresentata dal rizoma, contiene numerosi alcaloidi, molto tossici.

Gentiana lutea, Gentianaceae: La radice è utilizzata per produrre amaro di genziana. Si confondono le foglie per forma e andamento delle nervature. Ma com’è l’inserzione delle foglie? In questo caso opposta.

Definizioni

Pianta medicinale: una pianta che contenga sostanze utilizzabili a fini terapeutici o precursori che consentano di ottenere per emisintesi composti terapeuticamente attivi.

Pianta officinale: pianta che anticamente veniva usata “nell’officina farmaceutica”. La sua definizione include, quindi, oltre alle piante medicinali in senso stretto utili in campo farmaceutico, le piante aromatiche e quelle per uso cosmetico, liquoristico, industriale, dietetico, ecc.

Droga: la droga è la parte della pianta (foglia, fiore, radice…) più ricca in principi attivi.

Principi attivi: quei composti che, estratti da una droga, esplicano una precisa e caratteristica attività biologica sull’uomo o su animali.

Tempo balsamico: periodo entro il quale è opportuno effettuare la raccolta della droga, poiché è massimo il contenuto in principio attivo della stessa.

Metaboliti secondari: I metaboliti secondari si differenziano dai metaboliti primari (lipidi, glucidi, protidi, acidi nucleici…) detti appunto primari, poiché hanno un ruolo fondamentale nel metabolismo cellulare, per la crescita e lo sviluppo della pianta. Non presentano pertanto un’apparente funzione nel metabolismo della pianta, il loro ruolo è soprattutto ecologico: sono attraenti di impollinatori e disseminatori; sono adattatori chimici in situazioni di stress ambientali; sono elementi di difesa contro microrganismi, insetti, animali in genere ma anche contro altre piante (= allelochimici).

I metaboliti secondari sono di natura chimica molto diversa. Sono inquadrabili in tre ampie classi:

• Isoprenoidi (es. terpeni)
• Alcaloidi
• Composti fenolici (es. flavonoidi)

Costituiscono due gruppi a parte:

• Glucosinolati (glucosidi isotiocianici)
• Glucosidi cianogenetici

Questi due ultimi gruppi non possono essere inseriti nei primi tre, ma fanno parte del gruppo dei glicosidi ed eterosidi, in cui possiamo altresì includere molti composti appartenenti alle classi degli alcaloidi, isoprenoidi e composti fenolici.

Identificazione botanica

Caratteri macroscopici e caratteri microscopici sono importanti per il riconoscimento della droga frammentata, es. Cannabis sativa. Le proprietà psicoattive della canapa sono legate alla presenza di tetraidrocannabinolo (THC), sintetizzato, assieme ad altri cannabinoidi, a livello di tricomi ghiandolari che caratterizzano principalmente le foglie e le infiorescenze femminili.

Sono presenti tricomi ghiandolari riconducibili a due diverse tipologie: (i) capitati, costituiti da uno stipite pluricellulare più o meno lungo, e da una testa secernente globosa di 8-16 cellule sormontata da uno spazio sottocuticolare in cui viene accumulato il materiale secreto. Tali tricomi sono poco numerosi sulle foglie e risultano particolarmente abbondanti sull’asse e sulle brattee delle infiorescenze femminili.

Tricomi bulbosi, costituiti da una breve stipite bicellulare e da una testa ghiandolare di 1-2 cellule. Tali tricomi sono presenti su tutte le superfici epidermiche. Sulle foglie sono altresì visibili peli di rivestimento unicellulari ricurvi, con apice appuntito, di cui alcuni mostrano la parte basale ingrossata per la presenza di concrezioni di carbonato di calcio (cistoliti). Le strutture descritte rappresentano caratteri diagnostici per il riconoscimento della specie.

Tassonomia delle piante

Ciascun livello tassonomico è più generale di quello inferiore: Regno, Phylum, Classe, Ordine, Famiglia, Genere e Specie.

Alghe

Il termine alghe si riferisce ad un gruppo eterogeneo e sostanzialmente artificiale di organismi vegetali che vivono in ambienti acquatici o molto umidi e sono capaci di assorbire acqua e sali minerali con tutta la superficie del loro corpo (tallofite), sono unicellulari o pluricellulari, in questo ultimo caso privi di differenziazione in tessuti e perciò riferibili a talli (non vascolari, privi cioè di tessuti di conduzione), sono autotrofi, provvisti di clorofilla e di pigmenti accessori e quindi capaci di effettuare il processo fotosintetico e di produrre ossigeno.

Maggiore stabilità rispetto all’ambiente subaereo per quanto riguarda i fattori chimici e fisici. L’acqua filtra le radiazioni solari incidenti sulla sua superficie e riduce progressivamente la diffusione di radiazioni ultraviolette proteggendo la cellula dal pericolo di mutazioni genetiche.

I pigmenti accessori conferiscono ad ogni gruppo un colore caratteristico, questa differenziazione in colore corrisponde ad una diversa lunghezza d’onda sfruttata per la fotosintesi e coincide con la diversa profondità a cui vivono le alghe. Alghe verdi, brune e rosse.

L'acqua del mare si comporta, nei confronti dei raggi solari, come un filtro: essa, infatti, non solo attenua l'intensità della luce, ma ne modifica anche il colore, in modo diverso a seconda della profondità. Primi 20 metri circa di profondità, vengono completamente assorbite le radiazioni rosse; quelle gialle e quelle verdi penetrano, indebolendo gradualmente, fino ai 200 metri. Solo le radiazioni azzurre e quelle violette superano questa profondità, anche se molto attenuate e quindi inutilizzabili dalle alghe per la fotosintesi. Poiché le alghe verdi utilizzano soprattutto le radiazioni rosso-arancio, esse non possono vivere al di sotto dei 10 metri di profondità. Sotto i 10 metri, si possono trovare comunque alghe azzurre, brune e rosse. Le alghe azzurre assorbono infatti le radiazioni gialle.

Importanza ecologica delle alghe

Fanno parte dei produttori primari e rappresentano il primo anello nella catena alimentare. Ruolo fondamentale per la vita sul nostro pianeta: con la fotosintesi emettono ossigeno nell'ambiente. Posidonia oceanica grazie al suo sviluppo fogliare libera nell'ambiente fino a 20 litri di ossigeno al giorno per ogni metro quadrato di prateria. L’assenza di organizzazione tissutale differenzia le alghe dalle piante superiori. La presenza di clorofilla differenzia le alghe dai funghi. Comprendono organismi microscopici (ad esempio le Diatomee) e giganti (come alcune Alghe brune o Phaeophyta, con fronde lunghe decine di metri).

In tutti i casi l’apparato vegetativo viene indicato con il termine di tallo. Esso può derivare dalla semplice aggregazione di più cellule talvolta riunite a formare una struttura pseudoparenchimatica, organizzazione più complessa che prevede la divisione delle cellule su un piano, non su 3 dimensioni. Le alghe più complesse possono comunque avere un tallo strutturato in porzioni differenziate e cellule specializzate che ricordano i tessuti conduttori.

Sistematica delle alghe

Si basa principalmente sulle caratteristiche biochimiche (in particolare la natura dei pigmenti fotosintetici) e ultrastrutturali soprattutto relative ai plastidi (numero, caratteristiche delle membrane delimitanti; organizzazione dei tilacoidi).

Alghe verdi

Chlorophyta o alghe verdi, di grande varietà d'aspetto, uni o pluricellulari. Comprendono circa 9000 specie per la maggior parte di acqua dolce, in mare si incontrano soprattutto negli strati più superficiali in ambienti ben illuminati. La loro colorazione verde deriva dalla clorofilla A e dalla clorofilla B, come le piante terrestri, con cui hanno in comune anche la sostanza di riserva: amido localizzato all’interno del plastidio. Genere Ulva o lattuga di mare con tallo foglioso di colore verde brillante vive in acque poco profonde.

Charophyceae sono considerate l’anello di congiunzione tra le alghe e le piante terrestri, perché hanno caratteristiche biochimiche quasi identiche. Caratteri comuni: clorofilla A (75%) e B (25%) (3:2), α e β carotene, amido primario all’interno dei cloroplasti, come sostanza di riserva.

Emersione dall’acqua

La conquista dell’ambiente subaereo fu possibile solo dopo la saturazione in ossigeno (proveniente dalla fotosintesi) dell’atmosfera, che ha creato uno schermo ai raggi UV. L’ambiente terrestre era estremamente inospitale, ma presentava alcuni vantaggi: possibilità di sfruttare pienamente la luce solare in tutte le sue lunghezze d’onda, miglior approvvigionamento di CO2 per la fotosintesi, mancanza di competizione.

L’evoluzione delle piante terrestri si colloca tra i 500 e i 400 milioni di anni fa, tra la fine dell’Ordoviciano e il Siluriano. I problemi che una pianta terrestre deve affrontare sono:

• Resistere al disseccamento,
• Trasportare acqua e nutrienti (in ambiente acquatico tutta la pianta può assorbire acqua, nutrienti e CO2),
• Fare gamia (in ambiente acquatico i gameti maschili possono nuotare),
• Disperdere nuovi individui.

La carbonificazione, assieme alla carbonizzazione e alla permineralizzazione, è uno dei principali metodi di fossilizzazione delle piante. La prima pianta terrestre conosciuta è Cooksonia (circa 400 MA, tra Siluriano e Devoniano). Le piante terrestri subiscono una selezione divergente tra gametofito e sporofito, che hanno esigenze diverse. Una parte (gametofito) deve restare sempre più bassa per favorire la gamia legata al mezzo liquido, l’altra (sporofito) diventa sempre più alta per favorire la dispersione di nuovo individuo ad opera delle spore.

Briofite

Sono i primi organismi ad aver colonizzato l’ambiente aereo. Vantaggi dell’ambiente acquatico: acqua, sostegno, sali minerali. Vantaggi dell’ambiente subaereo: disponibilità di luce (in eccesso), disponibilità di CO2 (più concentrata in H2O che in atmosfera ma in atmosfera la velocità di diffusione è alta e garantisce un ricambio più rapido).

Problemi posti dalla colonizzazione della terraferma: perdita di acqua, approvvigionamento di acqua, sopravvivenza di spore e gameti, sostegno. Piante a tallo (senza tessuti o veri organi) sono le prime piante a conquistare la terra ferma (organismi pionieri).

Come affrontare e risolvere i problemi posti dal nuovo ambiente

• Perdita di acqua Soluzione: impermeabilizzazione della superficie esterna (acqua non più assorbita da tutta la superficie dell’organismo), parete cellulare impregnata di cutina e sviluppo di rudimentali aperture stomatiche (per l’assorbimento di gas).
• Approvvigionamento di acqua problema aggirato: dimensioni ridotte – associazione in fitte colonie, colonizzazione di ambienti umidi, sopravvivenza in stato di disidratazione (perdita del 70% di acqua).
• Sopravvivenza di gameti, spore e zigote: soluzione = produzione di strutture complesse che contengono i gameti.
• Sopravvivenza di gameti, spore e zigote: soluzione = produzione di strutture complesse — Sporangi.
• Sopravvivenza di gameti, spore e zigote: soluzione = produzione di zigote protetto nel gametangio.
• Sostegno Stazione eretta mantenuta grazie a turgore cellulare, differenziamento dei tessuti meccanici che mantengono il più possibile inalterate forma e posizione della pianta.

Bryophyta

Con il termine di "muschi" viene indicato un gruppo molto vasto di vegetali terrestri, presenti in ambienti svariati, dal sottobosco ai tronchi degli alberi, dalle sorgenti alle rupi, muri compresi. Le diverse specie di muschi sono costituite da piante molto piccole, con foglie che crescono ravvicinate e di solito crescono raggruppate in luoghi umidi e ombrosi.

Le principali caratteristiche delle briofite:

• Presenza di clorofilla;
• Mancanza di veri vasi conduttori e di radici (rizoiidi);
• Assorbimento e trasporto dell’acqua e dei soluti avvengono per capillarità e interessano tutta la superficie della pianta.

Anche se mancano veri tessuti vascolari, in molti muschi possono essere presenti cordoni centrali di cellule con funzione conduttrice, funzionalmente equivalenti a xilema e floema, anche se meno efficaci e privi di funzione di sostegno, dal momento che mancano di ispessimenti di lignina. I muschi assorbono acqua in grande quantità attraverso tutta la loro superficie. Per talune specie, è stata misurata una ritenzione di acqua sino a sette volte il peso secco.

I gameti maschili (prodotti dagli anteridi) vengono veicolati dalle gocce di pioggia e di rugiada e penetrano nel collo dell’archegonio nel quale fecondano l’ovocellula. La fecondazione avviene all’interno dell’archegonio, dove comincia a svilupparsi lo sporofito, formando un lungo filamento detto seta che rimane per un po’ rinchiuso in una struttura che deriva dall’archegonio: la caliptra. Quando la seta emerge alla sua estremità si sviluppa uno sporangio, detto capsula, all’interno del quale si formano le spore. La capsula è provvista di un sistema complesso di apertura, che a maturazione permette la liberazione delle spore. Il ciclo di sviluppo tra spora ed elementi sessuali costituisce la fase aploide (gametofito); tutto il ciclo da zigote e formazione delle spore (escluse) costituisce lo sporofito o fase diploide.

Alle briofite appartengono 4 taxa, noi ricordiamo epatiche (Hepatophyta) e muschi (Bryophyta). Il gametofito delle epatiche si presenta con forme molto diverse, nelle epatiche tallose è appiattito, a forma di lamina lobata o ramificata. Nelle epatiche fogliose è formato da un asse che striscia sul terreno e che porta due file laterali di foglioline ridotte.

Piante vascolari

Pteridofite

Piante in cui esiste un’organizzazione in tessuti. Le piante formate da radici, fusto e foglie sono spesso chiamate anche piante vascolari. Con questo termine si mette in evidenza la presenza di vasi attraverso i quali l’acqua, assorbita dalle radici, viene trasportata a tutti i distretti dell'organismo della pianta, sino alle foglie. Grazie ai tessuti conduttori le piante vascolari, non avendo più difficoltà di trasporto dell’acqua, possono raggiungere anche grandi dimensioni.

Il sistema dei tessuti conduttori è rappresentato da: xilema e floema. Felce arborea: portamenti arbustivi o arborei se hanno molta disponibilità di acqua e possono raggiungere anche vari metri di altezza. Le grandi dimensioni di una pianta vascolare sono rese possibili anche allo sviluppo di tessuti meccanici a livello di fusto e radice – fusto di una felce arborea. Essi conferiscono alla pianta una notevole resistenza al piegamento, alla torsione e alla trazione. Ne esistono due tipi: collenchima e sclerenchima

• Collenchima: cellule vive
• Sclerenchima: cellule lignificate e quindi morte

La tendenza ad espandere la superficie fogliare permette alla pianta di sfruttare efficacemente la luce per la fotosintesi, ma allo stesso tempo causa anche una forte evaporazione. Le piante per risolvere questo problema hanno sviluppato i tessuti tegumentali, la cui superficie esterna impermeabilizzata impedisce all’acqua di evaporare. Il sistema di tessuti tegumentali ha il compito di rivestire e proteggere l’intera pianta. La comunicazione tra il corpo della pianta e l'ambiente avviene attraverso gli stomi.

Foglia: sezione trasversale. Le piante vascolari possono essere distinte in Aspermatofite e Spermatofite. Le Aspermatofite (Felci) non producono semi: Pteridofite. Le Spermatofite producono semi: Gimnosperme (piante a seme protetto) e Angiosperme. Pigna del pino: apparato riproduttivo femminile. pigna = frutto. Tutte le piante vascolari hanno un ciclo vitale aplodiplonte in cui cioè si alternano un gametofito (protallo), alternanza di generazione e uno sporofito. Ciclo vitale delle briofite: sempre aplodiplonte, ma la generazione è dominante. Eteromorfo: indica un complesso di elementi che sono diversi tra loro.

Larici (gimnosperme), margherite (angiosperme) osserviamo la generazione sporofitica, diploide, che nel tempo ha prevalso, ha un doppio corredo cromosomico, che riesce a resistere ai cambiamenti ambientali. Per trovare il gametofito di una felce dovremmo cercare accuratamente sul terreno, magari con l’aiuto di una lente di ingrandimento, mentre nel caso del larice e della margherita sarebbe necessario addirittura il microscopio. Il gametofito di tutte le piante vascolari è un organismo provvisorio a vita breve. I gruppi meno evoluti comprendono piante con gametofito e sporofito tra loro indipendenti (come nelle felci); questi gruppi sono complessivamente indicati sotto il nome di Pteridofite. Nei gruppi più evoluti, invece, si realizza la dipendenza del gametofito dallo sporofito con la formazione di una nuova struttura, l’ovulo, dal quale poi originerà il seme; questi gruppi sono chiamati nel loro complesso Spermatofite.

Ciclo vitale felce maschio (Dryopteris filix-mas): le foglie delle felce maschio svolgono una doppia funzione: oltre a fare la fotosintesi (trofofilli), come tutte le altre foglie, esse portano anche le spore (sporofilli), funzione riproduttiva. Nella felce maschio le spore vengono formate dentro appositi sporangi, organi che producono e racchiudono le spore, i quali si trovano sulla faccia inferiore delle foglie.