Appunto Biologia vegetale

Biologia vegetale 1

Studio della vita

Organismo vivente: Pianta.

Gli unici esseri viventi in grado di utilizzare energia solare per formare sostanze organiche.

Entobotanica

Entobotanica = scienza interdisciplinare e transdisciplinare (al confine tra antropologia culturale e botanica) che si occupa dell'uso e della percezione delle specie vegetali all'interno di una o più società umane.

Farmacognosia

Farmacognosia = branca della farmacologia che si occupa dello studio di farmaci ricavati da fonti naturali. Il termine farmacognosia si riferisce allo studio delle proprietà fisiche, chimiche, biochimiche e biologiche di farmaci o sostanze medicinali o potenziali farmaci o potenziali sostanze medicinali di origine naturale, nonché alla ricerca di nuovi farmaci da fonti naturali.

Fitochimica

Fitochimica = disciplina scientifica che ha come oggetto l'isolamento, lo studio, l'analisi, la purificazione e la caratterizzazione della struttura chimica e dell'attività biologica dei principi attivi delle piante. Il termine fitochimico (o fitocomposto) viene utilizzato per indicare i numerosi metaboliti secondari presenti nelle piante.

• Pianta medicinale è un organismo vegetale che contiene in uno dei suoi organi sostanze che possono essere utilizzate a fini terapeutici o che sono i precursori di emisintesi di specie farmaceutiche.
• Pianta officinale è un organismo vegetale usato nelle officine farmaceutiche per la produzione di specialità medicinali.

Fattori naturali e artificiali

Fattori naturali: endogeni ed ecologici.

Fattori artificiali: raccolta, produzione, conservazione, processi di preparazione ed estrazione.

Metabolismo

Metabolismo = complesso delle trasformazioni chimiche che avvengono nelle cellule di organismi eucarioti e procarioti in modo coordinato e finalizzato ad un preciso scopo, al quale cooperano molti enzimi e sistemi multienzimatici cellulari. Il metabolismo ha 4 funzioni principali:

• Ricavare energia chimica.
• Convertire le molecole nutritive nei precursori di base.
• Utilizzare questi precursori per formare proteine, lipidi, polisaccaridi e altre sostanze.
• Formare e degradare biomolecole.

Metaboliti di interesse farmaceutico

Il metabolismo primario o metabolismo di base comprende tutte le vie necessarie per la sopravvivenza della cellula. I metaboliti 1° sono macromolecole indispensabili per la vita: proteine, carboidrati, lipidi e acidi nucleici.

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• Enzimi (es. Bromelina = estratta dall’ananas).
• Acidi Organici (es. Acido ascorbico = estratto da agrumi e kiwi).
• Carboidrati (es. Ciclodestrine e Emicellulose).

Metaboliti secondari

Nelle piante sono presenti numerosi metaboliti secondari dei quali, un certo numero, costituiscono i principi attivi delle piante medicinali e sono responsabili della loro attività terapeutica. Al contrario dei metaboliti primari, NON sono indispensabili per la vita della pianta, ma utili e sono prodotti solo quando necessari. Si trovano in organismi ben precisi (distribuzione molto limitata).

Per molti non è nota la funzione. Sono prodotti in determinati siti cellulari e in genere immagazzinati nel vacuolo. Dai metaboliti primari si possono ottenere metaboliti secondari.

I metaboliti secondari possono essere raggruppati in categorie: composti fenolici, terpenoidi, steroidi, composti azotati, in particolare alcaloidi. Sono sostanze biologicamente attive. Inizialmente si pensava si trattasse di sostanze di rifiuto per la pianta, ma in realtà queste sostanze entrano nella vita di relazione della pianta.

Interazioni pianta-pianta e lotta pianta-erbivoro

Interazioni pianta-pianta attraverso la secrezione di sostanze.

• Allelopatia “Lotta tra piante”.
• Microorganismi patogeni.

Lotta pianta-erbivoro:

• Produzione di sostanze deterrenti alimentari.
• Produzione di sostanze che mimano ormoni animali.
• Produzione di composti che attaccano i predatori degli erbivori.

Es. Saponina: prodotta dall’avena per difendersi dall’attacco dei funghi. Glicosinolati: la pianta ha dei composti legati ad alcuni zuccheri (glucosio), altre contengono alcuni enzimi che sono in grado di staccare questi zuccheri.

Alcune piante producono Glicosidi Cardiaci: Ci sono alcuni bruchi che hanno imparato a mangiare le foglie di queste piante diventando loro stessi tossici.

Cumarine e glucosidi cianogenetici

• Cumarine: In natura colori sgargianti (farfalle e bruchi). Furano Cumarine sono fotosensibilizzanti (ustioni) es. ruta sono sinonimo di tossicità. Altre sostanze possono essere anticoagulanti (Wafarin: semisintetica).
• Glucosidi cianogenetici: Contengono almeno un atomo di zolfo. Liberano acido cianidrico (es. seme pesca). Parte zuccherina: Glicone. Glicosidi = qualsiasi zucchero parte non zuccherina: Aglicone o Genina. Glucoside = glucosio.

Alcaloidi, terpeni e steroidi

1. Alcaloidi Fra le sostanze più impiegate in medicina. Reazione alcalina (basica) perché contengono azoto. L’azoto molto spesso fa parte di un anello eterociclico.
2. Terpeni e steroidi Sostanze più diffuse in natura. Costituiscono il più grande gruppo di metaboliti secondari presenti nei vegetali. Derivati dalla condensazione di unità a 5 atomi di carbonio, costituite dalla molecola dell’isoprene.

Gocce oleose che possono essere ottenute per distillazione oli essenziali. Monoterpeni 10 C = miscele complesse di sostanze oleose. Sesquiterpeni 15 C. Diterpeni 20 C Ormoni vegetali = servono alla pianta per regolare il metabolismo (es. Taxolo). Steviosidi = dolcificanti ipocalorici ottenuti da stevia. Caroteni 40 C. Gomme > 40 C.

Monoterpeni e Sesquiterpeni: sono i principali costituenti degli oli essenziali che spesso conferiscono alla pianta un odore caratteristico. Sono prodotti volatili a composizione complessa che possono essere estratti con la distillazione in corrente di vapore, ma anche con l’impiego di solventi o con gas supercritici. La composizione degli oli essenziali è estremamente variabile sia perché spesso esistono dei chemiotipi sia perché la composizione è influenzata dal ciclo vegetativo della pianta e dalle condizioni ambientali. Caratteristica degli oli essenziali è di avere un potere antisettico nei confronti dei batteri patogeni.

Fenoli

Gruppo OH legato a un anello aromatico (es. Cumarine e Acido Salicilico) Acido acetilsalicilico ASPIRINA

Organismi autotrofi ed eterotrofi

Organismi autotrofi = sono in grado di sintetizzare molecole organiche utilizzando semplici composti inorganici disponibili in natura.

Organismi eterotrofi = devono assumere sostanza organica dall’esterno per costruire le proprie molecole organiche.

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È la scienza che studia la cellula vegetale. Tutti gli esseri viventi possiedono una caratteristica comune: sono formati da elementi microscopici, le cellule. Furono osservate per la prima volta da Robert Hooke nel 1667 in un pezzetto di sughero.

Teoria cellulare

• Tutti gli esseri viventi sono costituiti da cellule.
• Possono originarsi solo da altre cellule preesistenti.
• Le reazioni chimiche di un organismo vivente, inclusi i processi che liberano energia, e le reazioni biosintetiche avvengono all’interno della cellula.
• Le cellule contengono l’informazione ereditaria degli organismi di cui fanno parte. Questa informazione viene trasferita dalla cellula madre alle cellule figlie.

Tipi di cellule

Tutte le cellule hanno in comune 2 caratteri:

Forme cellulari

La cellula può assumere più forme:

1. Sferica ma cava all’interno. Deriva dalla superficie estesa in due direzioni che si è ripiegata in modo da formare uno spazio chiuso.
2. Isodiametrica: aumento della superficie di contatto attraverso entranze e sporgenze.
3. Estesa in due direzioni: larga e piatta.
4. Superficie liscia: forma allungata prevalentemente in una sola direzione per avere maggiore superficie di contatto.

Parete cellulare e protoplasti

• Parete cellulare Solo cellule vegetali. Formata da vari strati:
  • Lamella mediana.
  • Parete primaria.
  • Parete secondaria.
  • Plasmodesmi.
• Protoplasti Parte viva della cellula.

Nucleo:

• Involucro nucleare.
• Nucleoplasma.
• Cromatina.
• Nucleolo.

Citoplasma e Organelli.

Caratteristiche della cellula vegetale

• Ciclosi = citoplasma in continuo movimento.
• Vacuolo “Palloncino che si riempie di acqua”.
• Plastidi
• Parete cellulare Protegge la cellula.
• Plasmodemi Ponti di connessione tra citoplasma di diverse cellule. Sono pori presenti sulla parete cellulare.

Vacuolo

Occupa quasi tutto il volume della cellula. Regione all’interno della cellula delimitata da una membrana singola lipoproteica (= tonoplasto) con un succo vacuolare. Il vacuolo nasce dall’azione combinata di G.ER.L Lisosomi: servono a degradare sostanze.

• Apparato di Golgi
• Reticolo Endoplasmatico

L’apparato di Golgi e il reticolo endoplasmatico formano i tuboli (Provacuoli) per poi formare struttura a gabbia, la gabbia si chiude e forma il vacuolo pieno di citoplasma che viene distrutto dai lisosomi.

• L’accrescimento della cellula è dovuto al vacuolo funzione “Tappa buchi”.
• Ampia superficie di scambio fra il sottile strato di citoplasma e il mezzo extracellulare.
• Pressione di Turgore. Dovuta al fatto che la membrana è più permeabile all’acqua che non ai soluti. Contengono acquaporine.
• Funzione litica Pressione osmotica (simile alla funzione che svolgono i lisosomi nella cellula animale). In presenza di membrane semipermeabili l’acqua si sposta da soluzioni diluite verso soluzioni più concentrate.

Succo vacuolare: contiene acqua con sostanze disciolte o in sospensione sia organiche che inorganiche che dipendono da pianta a pianta. Contiene anche:

• Ioni inorganici
• Zuccheri
• Acidi organici
• Amminoacidi
• Metaboliti 2°
• Inclusioni solide

Carattere farmacognostico

Farmacognosia = riconoscimento delle droghe. Queste sostanze in genere vengono immagazzinate ma non sintetizzate dal vacuolo.

• Carbonato di calcio sotto forma di precipitato
• Litocisti cellule con cistoliti

All’interno del vacuolo si possono trovare dei pigmenti:

• Dipendono da antociani cambiano colore con il pH (es. flavonoide: giallo).
• Composti di difesa accumulo di sostanze tossiche

Funzione litica (analogo ai lisosomi nelle cellule animali):

• Mantenimento omeostasi cellulare.
• Accumulo di ioni, metaboliti e pigmenti.
• Composti di difesa o di reazione della pianta a stress biotici e abiotici.
• Sede di confinamento di prodotti del metabolismo e composti di riserva.
• In combinazione con parete, conferisce TURGORE cellulare.
• Distruzione di organelli e sostanze.

Plastidi

(organelli esclusivi della cellula vegetale)

• Cloroplasti.
• Cromoplasti.
• Leucoplasti.

Doppia membrana delimitante e somigliano molto ai batteri (DNA circolare, ribosomi, riproduzione per scissione).

Teoria dell’endosimbiosi

Una cellula ha inglobato una cellula più piccola e non l’ha ingerita; questa ha così circondato l’altra.

Tipi di plastidi

Proplastidi: Privi di pigmenti.

Contenenti pigmenti:

• Fotosinteticamente attivi
• Fotosinteticamente inattivi

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Interconversione delle varie forme di plastidi

Le piante in autunno diventano rosse, marroni perché la clorofilla si degrada.

Proplastidi

Anche in cellule non ancora mature. Si trovano in cellule meristematiche.

Cloroplasti

Colorati (“cloro” = verde) e attivi dal punto di vista fotosintetico. 5-6 micron di diametro. L’asse maggiore è parallelo alla superficie esterna in modo da avere il massimo della luce. Tilacoidi (“a forma di sacco”).

• Tilacoidi dei grana rotondeggianti, + granum impilati uno sull’altra.
• Tilacoidi stromatici o intergrana.

All’interno del cloroplasto può essere presente dell’amido che deriva dalla fotosintesi (amido 1°) quando la fotosintesi è molto attiva lo zucchero viene convertito in amido. Tutti i tilacoidi di un cloroplasto sono in comunicazione tra di loro e costituiscono un sistema di membrane chiuso, senza comunicazione con l’ambiente interno (lume) e lo stroma. Lo spazio all’interno dei tilacoidi, la loro membrana e lo stroma a contatto con la loro superficie esterna hanno ognuno un diverso ruolo specializzato nella fotosintesi.

Fotosintesi

Energia per le piante = Energia solare

L’energia luminosa viene trasformata in energia chimica. Da CO inorganica a glucosio organico + O. L’H2O e i sali minerali sono indispensabili.

Avviene in 2 fasi:

1. Fase luminosa avviene sulla superficie del tilacoide.
2. Fase oscura avviene nello stroma. L’H2O si scinde e forma ATP e NADPH (= agente riducente, donatore di H+).

La CO2 va nel ciclo di Calvin dove consuma ATP e NADPH e li trasforma in ADP e NADP.

Radiazioni elettromagnetiche

Radiazioni elettromagnetiche di varia lunghezza d’onda (λ bassa E alta). Luce bianca = miscela di radiazioni con vari colori. Un corpo colorato assorbe tutti i colori tranne il colore che è.

Pigmenti

Sostanze capaci di assorbire determinate lunghezze d’onda.

• Fotosintesi: Clorofilla A assorbe tutti i colori tranne il verde.
• Clorofilla B
• Xantofille Pigmenti accessori
• Caroteni
• Ficobiline

In autunno la clorofilla si degrada, i caroteni no.

Fotosistemi

Organizzazione di clorofille e pigmenti accessori nel cloroplasto. Da 25 a 400 molecole di vario tipo che formano 2 parti distinte:

• Complesso antenna.
• Centro di reazione.

Feoplasti nelle alghe brune. Rodoplasti nelle alghe rosse.

Ezioplasti

Cloroplasti mancati. Il sistema di membrane è molto diverso dal sistema tilacoidale. La maggior parte sono di tipo tubolare e collegate a formare una struttura tridimensionale semicristallina detta Corpo prolamellare dalla quale si prolungano nello stroma delle membrane lamellari dette protilacoidi.

Leucoplasti

Amiloplasti sintetizzano amido (amido 2°), non deriva direttamente dalla fotosintesi ma si forma in un secondo momento, se la fotosintesi è lenta si forma il saccarosio successivamente il glucosio forma l’amido e il fruttosio rimane in circolo. L’amido 2° si deposita sotto forma di granuli da un punto di partenza in cui l’amido si accumula (= ILO). Le forme e le dimensioni dei granuli variano a seconda della pianta (CARATTERE FARMACOGNOSTICO). Esistono granuli di amido-composti formati da 2 o + ILO.

In alcuni casi se osservati al microscopio a luce polarizzata avviene il così detto fenomeno della croce di malta (es. patata).

Amido

Cloroplasto = amido 1°

Amido = miscela di amilosio e amilopectina.

Leucoplasto = amido 2°

Cromoplasti

Plastidi colorati ma non attivi dal punto di vista fotosintetico. I cromoplasti possiedono una funzione vessillare (= richiamo) per insetti o animali. Il colore del fiore dipende dal pigmento. β-carotene es. (carota) e Xantofille (petali narciso).

Quando avviene la maturazione della frutta i cloroplasti si trasformano in cromoplasti. In base all’aspetto e al contenuto si distinguono cromoplasti:

• Globulari.
• Fibrillari.
• Membranosi.
• Cristallini.

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Parete cellulare

La parete cellulare si trova solo nelle cellule vegetali e un po’ modificata nei batteri. Essa è la parte più esterna della cellula che riveste la membrana cellulare. Funzioni:

• Riveste e protegge.
• Regola il volume della cellula.
• Determina la forma della cellula.
• Controbilancia la pressione osmotica del vacuolo.
• Protegge il contenuto e funzione di esoscheletro.
• Riconoscimento dei parassiti e dei simbionti.
• Comunicazione fra cellule.
• Barriera contro parassiti e patogeni (es. sintesi di fitolessine che combatte il parassita).
• Interviene nei processi di assorbimento e secrezione delle sostanze.

Il principale costituente della parete cellulare è la cellulosa (β-glucosio 1 4 ruotate di 180° l’una rispetto all’altra). La cellulosa è immersa in materiale amorfo, costituito da sostanze pectiche e emicellulose.

Costruzione della parete cellulare

Costruzione, avviene per gradi:

1. Durante la MITOSI si forma la lamella mediana.
2. Costruzione a ridosso della lamella mediana (parete 1°, parete 2°).

Formazione della lamella mediana

1. Tarda anafase-inizio della telofase i cromosomi condensati hanno quasi completato la migrazione verso i poli.
2. A livello del piano equatoriale si organizza il fragmoplasto = zona citoplasmatica percorsa da un gran numero di corti microtuboli disposti secondo una forma a botte.
3. I microtuboli del fragmoplasto orientano e dirigono le vescicole provenienti dall’apparato di Golgi verso la zona equatoriale.
4. Le vescicole si fondono tra loro originando il plasmalemma nascente e il setto di separazione.
5. A mano a mano che il setto di separazione si estende il fragmoplasto scompare.

Cytodieresi

Vegetali: separazione dall’interno verso l’esterno.

Animali: separazione dall’esterno verso l’interno.

Lamella mediana

Strato molto ricco di pectine, comune alle 2 cellule figlie e che le cementa insieme. È composta da più pareti primarie adiacenti, una per cellula. Parete 1° : Cellulosa ma anche emicellulose, pectine glicoproteine e acqua. Si forma strettamente addossata alla LM, quando la cellula non ha ancora finito il suo accrescim...