Appunti di Elementi di Biologia generale - modulo 1

Processi di fotosintesi nelle piante C4 e CAM

ATP.L'ossalacetato formato da 4 atomi di C, è il primo composto che si ottiene nel processo e, proprio per questo, dà il nome alle piante C4. Abbiamo un piccolo dispendio energetico ma c'è ottimizzazione, la quale consente di far avvenire fotosintesi anche con bassa concentrazione di CO2. Il PEP carbossilasi è più veloce del rubisco in quanto non ha attività ossigenasica. Viene inoltre massimizzato il gradiente di ingresso della CO2 e si limita la foto respirazione.

La differenziazione nei due processi di fotosintesi dipende dalla fissazione iniziale della CO2 e da dove avviene il ciclo di Calvin.

Le Piante CAM (metabolismo acido delle crassulacee) sono adattate alla siccità; di notte gli stomi sono aperti e viene introdotta maggior quantità di CO2 che viene fissata grazie a PEP. A questo punto forma il malato, accumulato nel vacuolo. Di giorno gli stomi sono chiusi, il malato viene decarbossilato e libera CO2 che...

entra nel ciclo di Calvin. La fissazione iniziale della CO2 e il ciclo di Calvin avvengono nella stessa cellula (cellule del mesofillo) ma in tempi diversi. Non tutti i tessuti delle piante contengono i cloroplasti, ad esempio radici e tuberi non possono farla poiché non ne hanno. La fotosintesi avviene dunque solo a livello di foglie e arbusti perché sono esposti alla luce. Le cellule che fanno la fotosintesi contengono anche esse mitocondri, hanno quindi una respirazione aerobica. La respirazione aerobica e la fotosintesi avvengono contemporaneamente ma in presenza di luce è favorita la fotosintesi mentre viene limitata la respirazione, in caso di assenza di luce avviene il contrario. Quindi, al calare dell'intensità della luce uno diminuisce e l'altro aumenta, viceversa al crescere dell'intensità della luce. Il punto di compensazione è il momento in cui i due processi si eguagliano in velocità, in questo momento abbiamo luce scarsa. Dunque,nel punto di compensazione la velocità di fissazione della CO2 con la fotosintesi è uguale alla velocità di rilascio della CO2 con la respirazione. Gli organismi autotrofi, chiamati anche produttori, sono alla base della piramide energetica in quanto sintetizzano molecole organiche complesse da molecole inorganiche semplici. Si differenziano in: Fotoautotrofi: essi, a partire da molecole inorganiche semplici come l'H2O e la CO2, utilizzano l'energia luminosa per sintetizzare molecole organiche più complesse, come gli zuccheri. Quest'ultime vengono utilizzate poi come materiale di partenza per la sintesi di tutte le molecole organiche necessarie o come molecole di immagazzinamento dell'energia, ossidabili tramite vie cataboliche o la respirazione; tuttavia, l'ATP è troppo instabile per essere immagazzinata. Chemioautotrofi: alcuni batteri ottengono energia da alcuni composti inorganici ridotti come acido solfidrico (solfobatteri),

nitriti e ammoniaca (batteri nitrificanti);quest'energia ottenuta viene utilizzata per fissare il carbonio.Gli organismi eterotrofi, cioè i consumatori, non sono in grado di sintetizzare molecole organiche complesse da molecole inorganiche semplici, per tanto devono assumerle da altri organismi. Si differenziano in:

• Fotoeterotrofi: questi batteri traggono l'energia dalla luce, che nonostante possano utilizzare, non possono farlo per fissare il carbonio, ecco perché non sono autotrofi; devono dunque ottenere il carbonio dai composti organici.
• Chemio eterotrofi: essi utilizzano molecole organiche sintetizzate da altri organismi autotrofi come materiale di partenza per la sintesi di tutte le molecole organiche necessarie oppure come molecole di immagazzinamento dell'energia, ossidabilità tramite vie cataboliche o grazie alla respirazione.

Pag. 26 di 58

I tessuti

La cellula è l'unità di base della vita. Il tessuto è un gruppo di cellule simili,

le quali sono strettamente associate l'una all'altra per operare insieme al fine di svolgere una specifica funzione. L'organo è una struttura corporea in cui, strati di tessuti diversi, si integrano per svolgere un compito ben definito. L'apparato, chiamato anche sistema di organi, è un insieme di organi che cooperano per svolgere una funzione fondamentale dell'organismo, come ad esempio fanno pancreas, intestino, fegato e stomaco nell'apparato digerente. Infine, abbiamo l'organismo pluricellulare, il quale ha consentito la specializzazione delle cellule e le grandi dimensioni. Le cellule animali si legano e comunicano tra loro per un lavoro coordinato. Ci sono punti di contatto detti giunzioni, e molecole d'adesione cellulare: le giunzioni sono differenti a seconda del tipo di cellula e dello scopo. Sono strutture specializzate in grado di connettere le cellule tra loro. Ci sono differenti tipi di giunzioni: di ancoraggio,

Le giunzioni cellulari sono strutture specializzate che permettono di ancorarsi le una alle altre garantendo l'adesione tra cellule, come ad esempio i muscoli.

Esistono diversi tipi di giunzioni cellulari:

• Serrate: sono chiuse e non consentono il passaggio di sostanze e segnali. Sono presenti sugli strati superficiali dell'organismo come l'epidermide e hanno la caratteristica di essere impermeabili.
• Comunicanti: servono ad ottenere e trasmettere segnali. Sono in comunicazione con il citoplasma di due cellule adiacenti, grazie a canali che creano il passaggio. In base alla posizione, aperta o chiusa, abbiamo un'alta regolazione di ciò che viene trasmesso, la cui trasmissione avviene solo in certi momenti.

Le giunzioni cellulari possono prendere contatto con le componenti del citoscheletro. Non bloccano il passaggio di materiali tra cellule adiacenti ma possono legare più o meno fortemente le cellule tra loro. Hanno anche la funzione di sistema di trasmissione tra l'esterno e il citoplasma adiacente, mettendo in comunicazione il citoplasma di cellule adiacenti.

Consentono il passaggio di ioni e piccole molecole, la loro apertura può essere regolata. Le molecole d'adesione sono proteine di trans-membrana e fanno da ponte tra le cellule, vanno ad unirsi alle componenti del citoscheletro delle cellule che vengono unite, permettendo così un'unione stabile.

I tessuti sono divisi in quattro categorie con specifiche funzioni:

Epiteliale: ha funzione secretoria e funzione sensoriale, funzione quindi da barriera/rivestimento, è presente a livello ghiandolare, sensoriale per il tatto ed epidermico.

Connettivo: ci sono diverse tipologie, è utile per il sostegno dell'organismo come il tessuto che riveste le ossa e la cartilagine, e garantisce la forma, riempendo gli spazi vuoti.

Muscolare: consente il movimento e dà forza, riveste infatti i muscoli.

Nervoso: serve per la raccolta dei segnali, decodifica stimoli e invia risposte; si occupa dunque della raccolta e del processamento delle informazioni.

del controllo e della comunicazione. All'interno delle diverse categorie esistono specializzazioni delle cellule per consentire lo svolgimento delle diverse funzioni. Pag. 27 di 58 I tessuti epiteliali, chiamati anche tessuti di rivestimento, sono sulla membrana basale, la cui struttura laminare è fibrosa della matrice extracellulare, caratteristica che contraddistingue le cellule animali, ed interfaccia con altri tessuti. Le loro cellule hanno forma geometrica e aderiscono bene tra loro, aumentando il loro grado di impermeabilità, infatti, controllano il passaggio di molecole e dei fluidi da uno strato all'altro. Essi hanno una differenziazione in base al numero di strati di cellule, epitelio semplice se ha uno strato di cellule, epitelio stratificato se ha più strati. Abbiamo un'altra differenziazione in base alla forma delle cellule, le cellule piatte formano l'epitelio pavimentoso, tipico dei tessuti dei vasi sanguigni, ha uno strato sottile checonsente la diffusione delle molecole, infatti avvengono scambi, principalmente gassosi. L'ossigeno viene introdotto tramite la respirazione e c'è un'eliminazione di CO2. L'epitelio cilindrico o colonnare ha cellule alte e sottili, presenta estroflessioni come le ciglia dell'apparato respiratorio o i microvilli dell'apparato digestivo. Questo epitelio riveste infatti l'intestino e altri organi dell'apparato respiratorio aumentando la superficie per gli scambi. Questi tessuti sono in grado anche di secernere e assorbire, come ad esempio i succhi digestivi o gli ormoni. L'epitelio cubico ha una superficie libera che può presentare anch'essa microvilli, ma con funzione diversa rispetto all'epitelio cilindrico. In questo caso vanno a costituire tessuti di ghiandole, con una funzione di secrezione e non di superficie. Si trova nelle ghiandole e in tratti del tubulo renale. Tutti gli epiteli danno vita alle ghiandole.

endocrine ed esocrine. I tessuti connettivi sono anche definiti tessuti di sostegno, ma hanno inoltre azione di collegamento e nutrimento. Hanno un'ampia varietà di cellule e sono caratterizzati da una abbondante matrice extracellulare, MEC, secreta dalle cellule che viene formata da fibre proteiche immerse in una matrice di polisaccaridi, sotto forma di gel. Ci sono tre tipi di fibre: collagene, si oppone allo stiramento; elastina, presente dove avviene uno stiramento e favorisce l'elasticità; reticolari, il collagene è associato alle glicoproteine, le quali tutte insieme costituiscono la matrice extracellulare. Il tessuto connettivo dipende dal tipo di cellula e dalla matrice che esse producono. Il tessuto connettivo lasso riempie gli spazi vuoti, aumenta il sostegno e conferisce forma. Ha infatti funzione di sostegno e riempimento. Il tessuto connettivo fibroso ha numerose fibre, disposte in modo parallelo, questa disposizione garantisce la resistenza allo

stiramento, nel caso in cui abbonda la matrice con collagene, o maggiore elasticità quando abbonda l'elastina come nei tendini e nei legamenti. Le cellule fibroblasti sono cellule connettivali che producono le diverse componenti della matrice extracellulare di entrambi i tessuti connettivi. Pag. 28 di 58 Il tessuto cartilagineo offre un supporto strutturale. I condrociti sono cellule che producono matrice solida ma anche flessibile, essa contiene collagene e condroitina solfato. Inoltre, ha un basso attrito e una certa resistenza alla compressione, nonostante non garantisca rigidità come nelle ossa. Caratterizza ad esempio il rivestimento delle articolazioni e del setto nasale. Anche il tessuto osseo offre supporto strutturale. Gli osteociti sono cellule che producono la matrice rigida con collagene e glicoproteine, indurita dalla prese