Appunti Biologia vegetale

TRASPORTO DI SOLUTI ATTRAVERSO MEMBRANE

Siccome molte sostanze richieste dalla cellula sono polari richiedono proteine di trasporto per essere

trasferite attraverso le membrane. Ogni proteina di trasporto è selettiva; può legare solo un tipo di

ione o di molecola. Queste proteine trasportano ogni specifico soluto attraverso la membrana

evitando che il soluto entri in contatto con l’interno idrofobo del doppio strato lipidico.

Le proteine di trasporto possono essere raggruppate in 3 classi: pompe, carrier e canali.

- Le proteine carrier trasportano molecole a favore di gradiente di concentrazione, creano un

canale idrofilo, queste proteine sono molto specifiche, non si fanno attraversare da tutte le

molecole. Sono sempre in funzione ma fanno passare meno molecole. Possono far entrare

molecole una alla volta e si dice uniporto, oppure possono trasportare contemporaneamente

2 soluti, se il trasporto avviene nella stessa direzione si parla di simporto, se invece avviene in

direzioni diverse si ha antiporto.

- Le proteine canale creano dei pori pieno di acqua che attraversano la membrana i quali se

sono aperti permettono un passaggio idrofilo come ioni che vengono trasportati secondo

gradiente elettrochimico perché gli ioni sono carichi (Na+, K+, Ca2+ e Cl-). Ha delle porte che si

aprono per brevi tempi e poi si richiudono secondo il fenomeno gating, riescono a fare

passare molte più molecole rispetto alle carrier quindi sono più efficienti ques.

La membrana plasmatica e il tonoplasto contengono anche delle proteine che formano canali per

l’acqua chiamate acquapurine che favoriscono il movimento dell’acqua o di piccoli soluti neutri/ gas

attraverso la membrana. Il movimento dell’acqua attraverso queste acquapurine aumenta in risposta

ad alcuni stimoli ambientali che causano espansione cellulare e crescita, inoltre facilitano il rapido

flusso dell’acqua dal suolo verso le cellule della radice e attraverso lo xilema e bloccano il flusso

dell’acqua nelle cellule della radice quando il terreno è allagato.

- Le pompe rappresentano una modalità di trasporto attivo, in quanto trasportano le sostanze

contro gradiente elettrochimico. Ciò comporta una spesa di energia. Al contrario, le proteine

carrier e le proteine canale sono una modalità di trasporto passivo, che agiscono secondo

gradiente di concentrazione e secondo gradiente elettrochimico.

Il trasporto secondo un gradiente di concentrazione o un gradiente elettrochimico viene chiamato

trasporto passivo. Un esempio di trasporto passivo è la diffusione semplice di piccole molecole non

cariche attraverso il doppio strato lipidico. La maggior parte del trasporto passivo richiede proteine di

trasporto che facilitano il passaggio di ioni delle molecole. Questo trasporto passivo ottenuto con

l’aiuto di proteine carrier è definito diffusione facilitata. Tutte le proteine canale e alcune proteine

Carrier sono sistemi di uniporto cioè di proteine semplici che trasportano soltanto un tipo di soluto da

un lato all’altro della membrana.

Altre proteine carrier funzionano come sistemi di cotrasporto mediante i quali il trasferimento di un

soluto dipende dal simultaneo o successivo trasferimento di un secondo soluto. Questo secondo

soluto può essere trasportato nella stessa direzione, simporto, o nella direzione opposta antiporto.

Sia la diffusione semplice che la diffusione facilitata sono incapaci di spostare i soluti contro gradiente

di concentrazione o elettrochimico. Il trasporto di una sostanza contro gradiente elettrochimico

richiede energia e questo viene chiamato trasporto attivo ed è sempre mediato da una proteina

carrier.

TRASPORTO TRAMITE VESCICOLE:

Le proteine di trasporto non possono trasportare grandi molecole per questo esse vengono

trasportate tramite vescicole, questo processo viene chiamato trasporto mediato da vescicole.

Le emicellulose, le pectine e le glicoproteine che formano la matrice della parete cellulare vengono

trasportate alla parete, quando questa si va sviluppando, mediante vescicole secretorie che si

fondono con la membrana plasmatica rilasciando, infine, il loro contenuto nella parete stessa. Questo

processo è noto come esocitosi.

Nell’endocitosi, il materiale che deve essere condotto dentro la cellula induce la membrana

plasmatica ad affondarsi verso

l’interno, producendo una vescicola che racchiude la sostanza. Sono note tre forme di endocitosi:

- fagocitosi, comporta l’ingestione di particelle solide relativamente grosse, come batteri o

residui cellulari, con l’aiuto di grandi vescicole derivate dalla membrana plasmatica.

- pinocitosi, comporta l’introduzione di liquidi. Diversamente dalla fagocitosi, però , che avviene

soltanto in alcune cellule specializzate, la pinocitosi avviene in tutte le cellule eucariotiche.

- endocitosi mediata da recettori, dove particolari proteine di membrana fungono da recettori

di specifiche molecole che vengono trasportate dentro la cellula. Tale meccanismo inizia in

regioni specializzate della membrana plasmatica chiamate fossette rivestite. Le fossette

rivestite sono infossamenti della membrana plasmatica ricoperti dalla proteina periferica

clatrina. In una fossetta rivestita, la sostanza da trasportare si lega al recettore. Subito dopo la

fossetta rivestita si infossa, fino a formare una vescicola rivestita e successivamente si fonde

con altre strutture delimitate da membrana, rilasciando in tale processo il loro contenuto

COMUNICAZIONI CELLULA-CELLULA:

Le cellule comunicano attraverso segnali chimici, cioè tramite sostanze che sono sintetizzata

all’interno della cellula per essere poi trasportate all’esterno, ma soprattutto attraverso ormoni

(molecole, messaggeri chimici) che devono passare attraverso la membrana o la parete.

Le molecole segnale devono essere sufficientemente piccole da passare attraverso la parete cellulare.

Quando le molecole segnale raggiungono la membrana plasmatica della cellula bersaglio, esse

possono essere trasportate dentro la cellula mediante uno dei processi di endocitosi. In alternativa,

esse possono restare all’esterno della cellula, legandosi però a specifici recettori sulla superficie

esterna della membrana. I recettori si attivano quando legano la molecola segnale (il primo

messaggero) e generano segnali secondari o secondi messaggeri, all’interno. I secondi messaggeri, la

cui concentrazione all’interno della cellula aumenta in risposta al segnale, sono capaci di innescare

cambiamenti chimici all’interno di quella cellula. Questo processo, mediante il quale una cellula

converte un segnale extracellulare in una risposta, è chiamato trasduzione del segnale. Tale percorso

consta di tre fasi: ricezione, trasduzione e induzione.

Lo ione calcio Ca2+ è stato identificato come secondo messaggero in molte risposte della cellula. Il

legame di un ormone al suo specifico recettore (ricezione) stimola il rilascio degli ioni Ca2+ nel citosol

(trasduzione). Grazie a questo vengono indotte nella cellula una serie di reazioni chimiche e viene

innescata una risposta cellulare (induzione).

Comunicazione attraverso i plasmodesmi: anche i plasmodesmi, le strisce di citoplasma che

connettono i protoplasti di cellule vegetali vicine, sono vie importanti per la comunicazione da cellula

a cellula. In quanto strettamente connesso dai plasmodesmi, l’insieme di tutti i protoplasti del corpo

della pianta e dei loro plasmodesmi costituisce un continuum chiamato simplasto. Il movimento delle

sostanze da cellula a cellula tramite i plasmodesmi è detto trasporto simplastico. Il movimento,

invece, delle sostanze nel continuum delle pareti cellulari, o apoplasto, che avvolge il simplasto, è

detto trasporto apoplastico. Quest’ultimo è meno filtrante e selettivo rispetto al trasporto

simplastico.

FOTOSINTESI:

La fotosintesi (foto= luce, sintesi= assemblaggio,costruzione) è un insieme di reazioni fondamentali

che avvengono nei cloroplasti grazie alla luce solare. Tale processo consente di convertire l’energia

luminosa in energia chimica.

L’ossigeno si pensava derivasse dalla scissione di CO2, solo in seguito si è appurato derivi dalla

scissione di H2O. La luce fornisce l’energia necessaria affinché si spezzino i legami idrogeno e avvenga

la scissione dell’acqua. Questo processo prende il nome di fotolisi.

Il ruolo della luce e dei pigmenti

Newton separò la luce in uno spettro di colori visibili facendola passare attraverso un prisma. In

questo modo Newton dimostrò che la luce bianca è costituita da un certo numero di colori diversi che

vanno dal violetto al rosso. La separazione dei colori è possibile perché , passando attraverso il prisma,

la luce bianca si rinfrange con angoli diversi.

Maxwell dimostrò che la luce non è altro che una piccola parte di un vasto spettro continuo di

radiazioni, lo spettro elettromagnetico. Tutte le radiazioni incluse in questo spettro viaggiano sotto

forma di onde. La luce visibile è compresa nella zona dello spettro che varia tra i 400 e i 700

nanometri. Le lunghezze d’onda, cioè la distanza tra le creste di due onde successive, variano da

quelle dei raggi gamma a quelle delle onde radio.

A ogni radiazione di determinata lunghezza d’onda è associata una caratteristica quantità di energia;

più corta è la lunghezza d’onda, maggiore è l’energia mentre, viceversa, più lunga è la lunghezza

d’onda, minore è l’energia.

Il modello ondulatorio della luce poi venne reputato insoddisfacente. Einstein formulò la teoria

corpuscolare della luce. Secondo questo modello la luce è costituita da particelle di energia, chiamate

fotoni o quanti di luce.

L’energia luminosa, per essere usata dai sistemi viventi, deve essere prima assorbita. Una sostanza

che assorbe luce è nota come pigmento. La maggior parte dei pigmenti, tuttavia, assorbe solo

determinate lunghezze d’onda e riflette le lunghezze d’onda che non assorbe. Il grafico

dell’assorbimento di luce di un pigmento, a varie lunghezze d’onda, è detto spettro di assorbimento

di quella sostanza. La clorofilla, il pigmento che rende le foglie verdi, assorbe la luce soprattutto alle

lunghezze d’onda del violetto, del blu e anche del rosso e, poiché riflette principalmente la luce verde,

essa ci appare verde.

Uno spettro d’azione, invece, mostra l’efficacia relativa delle diverse lunghezze d’onda della luce sui

processi che richiedono la luce come, per esempio, la fotosintesi. La corrispondenza tra spettro di

assorbimento di un pigmento e spettro d’azione di un processo dipendente dalla luce suggerisce che

quel pigmento è responsabile di quel particolare processo. Una prova che la clorofilla è il principale

pigmento coinvolto nella fotosintesi è la somiglianza tra il suo spettro di assorbimento e lo spettro

d’azione della fotosintesi.

Quando le molecole di clorofilla assorbono luce, gli elettroni sono temporaneamente spinti a un

livello energetico superiore, chiamato stato eccitato. Quando gli elett