Appunti completi di Biologia vegetale

TRASPORTO ATTRAVERSO LA MEMBRANA PLASMATICA

Trasporto passivo: le sostanze diffondono spontaneamente seguendo i loro gradien di concentrazione,

a raversando la membrana senza spesa di energia da parte della cellula.

Comprende:

 diffusione semplice= le molecole idrofobe e, a velocità minore, quelle polari di dimensioni molto

piccole possono diffondere a raverso il proprio strato lipidico;

 diffusione facilitata= le sostanze idrofile, comprese le molecole d’acqua, diffondono a raverso la

membrana con l’ausilio di proteine di trasporto;

Trasporto a vo: alcune proteine di trasporto agiscono come pompe, trasportando sostanze a raverso la

membrana contro gradiente di concentrazione. L’energia necessaria per questo po di lavoro è

normalmente fornita da ATP.

L’osmosi

Per entrare e uscire dalle cellule viven l’acqua deve a raversare le membrane cellulari. Esse perme ono il

passaggio dell’acqua, mentre ritardano o impediscono quello delle sostanze in soluzione.

Il movimento dell’acqua a raverso queste membrane è de o osmosi. Ci si riferisce ad un trasporto di

diffusione a raverso una membrana sele vamente permeabile di molecole di solvente (in par colare

acqua), non di soluto. Inoltre, in assenza di altre forze, quali la pressione, l’acqua diffonderà sempre dalla

regione a minor concentrazione a quella a maggior concentrazione.

In par colare, l’acqua si muove a raverso una membrana sele vamente permeabile:

1. da una regione a potenziale idrico più elevato a una regione a potenziale idrico più basso;

2. da una regione a più bassa concentrazione di soluto a una regione a più alta concentrazione di soluto;

3. da una regione a soluzione ipotonica (meno soluto) a una regione a soluzione ipertonica (più soluto);

4. da una regione a potenziale osmo co più basso a una regione a potenziale osmo co più alto.

La concentrazione della sostanza disciolta è inversamente proporzionale al potenziale idrico dell’acqua,

ovvero la forza esercitata dalle molecole dell’acqua che dipende dalla loro energia. Quindi, dire che una

regione è a bassa concentrazione di soluto è equivalente a dire che è a una regione ad alto potenziale idrico,

e viceversa.

Wilhelm Pfeffer, un botanico tedesco eseguì le prime misure sull’osmosi, costruendo un semplice

osmometro. Pubblicò i suoi risulta nel 1887. Il contenitore più grande con ene acqua dis llata, il

cilindro una soluzione salina o zuccherina. Il cilindro

è chiuso da una membrana semipermeabile, cioè

permeabile solo all’acqua. Immergendo il cilindro

nel contenitore, l’acqua entra nella soluzione,

facendo innalzare il livello del liquido nel cilindro.

Il movimento cessa quando viene raggiunto

l’equilibrio, cioè quando il potenziale d’acqua è

uguale da entrambi i la della membrana.

La pressione osmotica è la pressione applicata per fermare il movimento d’acqua ed è dipendente dal

numero di particelle in soluzione.

 soluzioni con uguale numero di ioni o molecole disciolte isotoniche;

 una soluzione meno concentrata di un’alta ipotonica;

 una soluzione più concentrata di un’altra ipertonica.

Comportamento osmo co delle cellule

In una soluzione ipotonica la cellula animale scoppia, in quanto l’acqua tenderà ad entrare nella cellula

stessa. Invece, per quanto riguarda una cellula vegetale, quest’ul ma sarà turgida (normale), in quanto

l’acqua tende sempre ad entrare ma grazie alla presenza della parete, rigida ma anche dotata di una certa

flessibilità, e del vacuolo l’ingresso con nuo di acqua si arresta. Questo perché la pressione che il contenuto

della cellula esercita sula parete cellulare blocca l’ingresso di ulteriore acqua. Si parla quindi di pressione di

turgore e la cellula vegetale, in questa situazione, è al massimo (all’op mum) della sua vitalità.

In una pianta a portamento erbaceo non si hanno stru ure legnose, non è una pianta rigida. Pertanto il

turgore svolge anche un ruolo essenziale nel mantenere il portamento della pianta, nel garan rne il

sostegno. Consente infa a determinate par della pianta di essere ere e. Se però non c’è acqua, le cellule

vanno incontro a deturgescenza e le piante appassiscono.

In una soluzione isotonica c’è un equilibro tra le molecole di acqua che entrano e che escono.

Una cellula animale è nel momento di massima vitalità. Nel caso di una cellula vegetale questa è flaccida, in

quanto non è al massimo. Questo stato, infa , viene raggiunto solo in uno stato di turgore.

In una soluzione ipertonica la cellula animale si raggrinzisce, perché l’acqua viene richiamata all’esterno.

Nel caso della cellula vegetale, invece, l’acqua tende sempre a uscire e viene richiamata acqua dall’interno

della cellula. Il citoplasma si restringe e il volume della cellula diminuisce, ma solo fino ad un certo punto

grazie alla rigidità della parete che si oppone all’uscita di altra acqua. All’interno della cellula verranno

lascia degli spazi vuo , dovu al citoplasma che si stacca dalla parete, e che verranno occupa dalla

soluzione ipertonica la cellula si sarà plasmalisata a causa di tale fenomeno, che prende appunto il nome

di plasmolisi. In conclusione, il comportamento osmo co della cellula vegetale

è determinato dal vacuolo e dalla parete.

IL VACUOLO

La cellula vegetale ha la stessa struttura di base della cellula animale, ma possiede alcuni elementi del tutto

distintivi:

1. parete cellulare che funge da rivestimento esterno;

2. plastidi, tra cui cloroplasti (funzione fotosintetica), leucoplasti (accumulo di riserve), cromoplasti

(conferiscono colore);

3. vacuolo.

Struttura e funzioni del vacuolo

Il vacuolo è una struttura citoplasmatica costituita da una cavità piena di acqua e in cui sono disciolti vari

soluti. Essa è separata dal citoplasma da una membrana semplice detta tonoplasto.

Arriva anche ad occupare il 90 % del volume cellulare. Tuttavia, le cellule embrionali sono prive di vacuoli i

quali compaiono quando la cellula comincia a differenziarsi e ad accrescersi per distensione. In seguito,

durante lo sviluppo della cellula, si formano numerosi vacuoli che poi andranno a collabire, andando a

formare un unico vacuolo e spostando il nucleo verso la periferia della cellula stessa.

Che funzioni svolge?

 aumento della superficie relativa della cellula: garantisce l’aumento di superficie, senza il

proporzionale aumento di citoplasma. Essendo di notevoli dimensioni lo possiamo considerare come

una struttura vuota e grazie all’accrescimento vacuolare si assiste ad una distensione della superficie

cellulare, in questo modo garantendo la massima area di scambio;

 in cellule fotosintetiche: garantisce una disposizione dei cloroplasti a ridosso della parete, posizione

favorevole per l’attività fotosintetica garantisce il massimo assorbimento della radiazione luminosa;

 conferisce alla cellula la possibilità di assorbire acqua dall’esterno: processi osmotici;

 l’interazione vacuolo-parete conferisce resistenza meccanica alle piante erbacee, scarsamente dotate

di tessuto di sostegno. Ci si riferisce al concetto di pressione di turgore, data sia dalla pressione

esercitata dal vacuolo sia dalla contro pressione generata dalla parete cellulare (dovuta al fatto che è

rigida). La pianta appare nelle condizioni migliori, con foglie e fusto erette, non appassita.

Funzioni correlate al tipo di soluti contenuti:

 funzione di riserva: per esempio vacuoli che contengono zuccheri, grassi o proteine;

 funzione di accumulo di sostanze superflue o dannose: le piante non possiedono un apparato escretore

come gli animali. Pertanto, tali sostanze di rifiuto vengono accumulate a livello vacuolare, in particolare

vengono accumulate a livello di parti di pianta destinate ad essere perse (foglie, cortecce…);

 funzione digestiva o lisosomica: all’interno del vacuolo vengono accumulati enzimi litici;

 sito di accumulo di prodotti del metabolismo secondario, coinvolti nei processi di interazione pianta-

pianta e pianta-animale, pianta-ambiente, che svolgono quindi un ruolo importante nei processi di

difesa. Inoltre, rappresentano in buona sostanza i principi attivi.

La composizione del succo cellulare è variabile a seconda della specie, dell’organo, del tessuto, della

cellula e dello stato di questa.

Contenuto vacuolare

Il succo cellulare comprende principalmente: sali inorganici, acidi organici, zuccheri, aminoacidi,

proteine, lipidi e metaboliti secondari.

I sali inorganici si trovano in soluzione. Dunque, essendo dissociati, è più corretto parlare di ioni inorganici:

K+, Na+, Mg 2+, Ca 2+, Cl-, NO3-, SO4 2-, HCO3-, H2PO4-.

Il potassio è assorbito e accumulato in concentrazioni elevate specialmente in vacuoli di giovani foglie.

Mentre, solo poche piante contengono elevate quantità di calcio. In particolare, la quantità aumenta con la

quantità di calcare nel suolo.

Il magnesio è quasi sempre presente, anche se in piccole quantità. Il sodio in tracce, solo in piante di terreni

salati o lagune salmastre è accumulato in forti quantità sotto forma di cloruro.

Infine, gli anioni solfato e fosfato sono presenti in piccole e variabili quantità; in tracce sono anche presenti

gli anioni nitrato e cloruro. Lo ione nitrato viene introdotto dalle piante con grande avidità e talora

accumulato in considerevoli concentrazioni nei vacuoli (piante artificialmente concimate e piante ruderali,

oppure flora nitrofila come per esempio l’ortica).

La presenza di acidi organici è causa del sapore acido di molte piante. I più diffusi sono gli acidi ossalico,

malico, tartarico e citrico. Oltre al succo dei frutti (mela, uva, limone) da cui prendono spesso il nome, essi

sono diffusi anche in altri frutti e organi come fusti, foglie e organi di riserva.

Gli acidi si trovano anche sotto forma di sali, come in particolare l’acido ossalico sotto forma di ossalato di

calcio, che essendo insolubile, precipita sotto forma cristallina originando:

 druse= cristalli bipiramidali, nei quali su ogni faccia della piramide si depositano altri numerosi cristalli

piramidali e l’insieme presenta un aspetto irregolare, irto di punte;

 rafidi= cristalli si presentano sotto forma di prismi estremamente allungati, al punto da rassomigliare a

lunghi aghi appuntiti, riuniti in fascetti regolari;

 stiloidi= cristalli prismatici presenti per es. nei catafilli del bulbo di Allium cepa (cipolla)

 sabbia cristallina=l’ossalato di calcio precipita in forma di minutissimi cristalli, al limite della visibilità al

microscopio (es: Atropa belladonna).

La forma dei cristalli di ossalato di calci