Biologia farmaceutica

BIOLOGIA FARMACEUTICA

Le cellule vegetali presentano numerose differenze rispetto a quelle animali:

- BIOSINTETIZZA UN'ENORME VARIETà DI METABOLITI secondari, utili sia per regolare

l'attività dell'organismo vegetale sia come mediatori chimici con l'ambiente

circostante. Per questo motivo il numero di composti attivi di origine vegetale di

interereste farmacologico è molto più alto rispetto a quello della cellula animale.

- La cellula vegetale ha mantenuto gran parte delle vie metaboliche che sintetizzano

molti composti, la cellula animale ha invece perso questa capacità divenendo

totalmente dipendente della dieta vegetale in modo diretto o indiretto. La parete

cellulare presenta;

- Una lamella mediana pectica esterna

- Una parete primaria cellulosica

- Una parete secondaria ispessita.

Il vacuolo origina da vescicole endoplasmatiche presenta;

- Il tonoplasto che lo avvolge

- Contiene il succo vacuolare

- Regola la presenza d'acqua nel citoplasma

- Regola l'osmosi cellulare

- Ha funzione di sintesi e accumulo di sostanze

- Evita la disidratazione.

I plastidi originano da proplastidi o altri plastidi, si presentano come:

-cloroplasti che svolgono la fotosintesi e formano amido primario

-cloroplasti che hanno funzione vissilare e sono uno stadio gerontico plasidiale

- leucoplastidi accumulanti amido secondario.

I plastidi sono organelli specifici delle cellule vegetali. Ne esistono di diversi tipi che si

differiscono per forma, colore, struttura, e funzione. Molte attività metaboliche della

cellula si svolgono all'interno di questi organuli, essi si dividono in 3 tripi:

-CLOROPLASTI: di colore verde

-LEUCOPLASTI: di colore bianco

-CROMOPLASTI

I PROPLASTIDI: la differenziazione dei proplastidi nelle varie forme di plastidi maturi è

strettamente condizionata da diversi fattori, quali la luce e la temperatura e, ovviamente,

dalla particolare funzionalità dell'organo o meglio dalla particolare funzione che le cellule

in cui essi si trovano. I proplastidi rappresentano lo stadio giovanile dei plastidi. Si trovano

nelle meristematiche ( cellule giovanili o embrionali) della pianta che hanno caratteristica

di dividersi continuamente. I proplastidi si trovano tipicamente nelle cellule dei meristemi

primari che si trovano all'apice della radice e all'apice del germoglio. Hanno struttura

semplice, con dimensioni da 0.5 a 1 micrometro. Sono delimitate da doppia membrana e

presentano uno stoma praticamente privo di sistema lamellare. Sprovvisti di clorofilla,

posseggono il precursore della clorofilla, la protclorofilla, combinato con proteine a

formare de complessi. Posseggono ribosomi, contengono DNA RNA, possono sintetizzare

amido ma devono disporre di zucchero, e possono sintetizzare acidi grassi. La funzione

dei tessuti meristematici apicali son o la crescita in lunghezza della pianta e la crescita

indefinita dell'organismo per tutta la sua vita. Le caratteristiche delle cellule

meristematiche sono:

- Cellule piccole senza spazi intracellulari

- Generalmente prismatiche più o meno isodiametriche

- Elevato rapporto nucleo/citoplasma

- Citoplasma ricco di organuli, provacuoli o vacuoli

- Parete costituita solo da LM+ parete primaria

- Proplastidi in divisione

- Mitocondri piccoli con poche creste in divisione

i cloroplasti rappresentano la sede del processo fotosintetico, essi comprendono

clorofille e carotenoidi. I cloroplasti sono di colore verdi a causa di un pigmento

fotosintetico ovvero la clorofilla. Il colore verde della clorofilla è essenziale per

l'assorbimento di certe radiazioni dello spettro visibile, assorbimento che rappresenta il

primo atto della serie di eventi che portano nella FOTOSINTESI, alla conversione

dell'energia luminosa in energia chimica.

La struttura dei cloroplasti; di solito hanno la forma di una lente biconvessa o ellissoidale con

una fascia Piana e una convessa. La dimensione dell'asse maggiore è di 4-8 mircometri,

quella della fascia minore invece di 1-3 micrometri. Il numero di cloroplasti per cellula, nel

parenchima clorofilliano di una foglia varia in media da 20-30 a 60-80. Si dividono

indipendentemente dalla divisione del nucl3o per scissione binaria. Al microscopio

elettronico il cloroplasto appare delimitato da una doppia membrana lipoproteica, in cui si ha

una ridotta presenza di fosfolipidi e un'alta percentuale di galattolipidi.

MEEMBRANA ESTERNA: è dotata di proteine, le porine, che formano dei canali rendendola

permeabile a molecole di ridotte dimensione, la principale funzione è l'assunzione di

molecole sintetizzate nel citoplasma.

MEMBARNA INTERNA: è altamente selettiva e permeabile da molecole di ridotte dimensione.

All’interno del cloroplasto vi è una matrice o stroma. È un compartimento idrofilo ricco di

ribosomi. Nello stroma sono presenti delle regioni in cui è presente il DNA plastidiale. Nello

stroma risiedono gli enzimi fondamentali per l'organicazione del carbonio.

- Lo stroma è attraversato da un complicato sistema di lamelle disposte parallelamente

tra di loro e orientate verso l'asse maggiore del plastidio. Si tratta di sacculli appiattiti o

cisterne delimitate da membrane: TILICOIDALI.

- I tilicoidali formano un sistema tilicoidale dato da un insieme di sacchi sovrapposti

che prendono il nome di GRANA.

- I tilicoidali si distinguono in tilicoidi di grana, ovvero le pile di sacchi discoidali che

formano il granum. E tiocoidi integrana, decorrono longitudilmente l'asse del

cloroplasto, connettendo i vari grani. I tilacoidi sono in continuità tra di loro

costituendo un sistema chiuso di membrana che racchiude una singola camera

interconnessa chiamata lume.

- Nelle membrane dei tilacoidi si svolgono le reazioni luinose della fotosintesi, le

reazioni del trasporto di elettroni e di fosforilazione ad esso associato. La

composizione chimica del cloroplasto è 50% proteine,30% lipidi, 5%RNA, 05DNA,

10% CLOROFILLA, e 5% carotenoidi. I principali pigmenti che si trovano nella maggior

parte delle cellule fotosintetizzanti sono: la clorofilla a,b e i carotenoidi.

Struttura: Caratterizzata da un nucleo centrale attivo derivato dalla coniugazione di 4 anelli

pirrolici, l’anello porfirinico. Al centro dell’anello è inserito un atomo di magnesio (Mg). Una lunga

catena di idrocarburi è attaccata all’anello porfirinico e serve ad ancorare la molecola di clorofilla

alle membrane tilacoidi dei cloroplasti. Le piante superiori contengono clorofilla sotto due forme:

la clorofilla a gioca un ruolo fondamentale nella fotosintesi; la clorofilla b è associata alla a nel

meccanismo di assorbimento della luce ed è un pigmento accessorio. I carotenoidi hanno una

vasta distribuzione tra i vegetali, hanno colorazione tra il giallo e il rosso. La presenza dei

carotenoidi nei cloroplasti è evidente in autunno, quando le foglie, prima di cadere, demoliscono la

clorofilla e assumono colore giallognolo. Hanno funzione di proteggere la clorofilla dai processi di

foto distruzione, e assorbire e trasferire energia luminosa in una parte dello spettro più apia

rispetto alle clorofille. Il betacarotene è un pigmento precursore della vitamina A o retinolo. Una

volta introdotto nell’organismo mediante l'alimentazione, il betacarotene viene trasformato in

vitamina A nel fegato per azione dell'enzima carotenasi. LA FOTOSINTESI: la fotosintesi è una via

metabolica anabolica che ha come scopo la produzione di carboidrati, viene svolta da organismi

fotoautotrofi, non sostituisce la respirazione cellulare. I carboidrati prodotti con la fotosintesi

posso essere utilizzati per glicolisi fosforilazione ossidativa nei mitocondri per la produzione di ATP

da utilizzare. Gli organismi fotosintetici usano la luce del sole, l'acqua del suolo e CO2

dell’atmosfera per produrre composti organici e liberare O2 grazie alla fotosintesi. La fotosintesi

avviene all'interno i organelli specializzati chiamati cloroplasti. Il ciclo dell'amido, il glucosio

prodotto durante la fotosintesi viene polimerizzato in una forma insolubile, osmoticamente inerte

e poco ingombrante. Lo stesso deve essere necessariamente traslocato attraverso il sistema

conduttore della pianta in una forma solubile per poi essere ripolimerizzato una volta giunto agli

organi di riserva. Gli zuccheri man mano che giungono agli amiloplasti, vengono polimerizzati in

amido, il quale si deposita in forma solida a costruire granuli d amido che possono essere uno o più

per ogni amiloplasto e possono essere più o meno grandi. La forma dei granuli di amido è diversa

da specie a specie, ma pressoché costante nella stessa specie. STRUTTURA DEI CROMOPLASTI: ha

una doppia membrana, all'interno del cromoplasto vi è una matrice o stroma, i carotenoidi si

trovano prevalentemente disciolti in gocce lipidiche , ma possono formare dei filamenti, o possono

formare dei cristalli. Nella carota docus i carotenoidi rappresentano il 26% del peso secco del

plastidio, i lipidi 58%, il 22% di proteine, e il 3,3% di RNA. I cromoplasti non svolgono funzione di

riserva ne fotosintesi. Il processo di trasformazione di un cloroplasto in cromoplasto avvien in 5 fasi

ovvero: 1) demolizione della clorofilla, 2) sintesi dei carotenoidi, 3) demolizione parziale delle

proteine, 4) scomparsa delle strutture lamellari, e 5) comparsa delle gocce lipidiche o di cristalli

contenenti i pigmenti. I SISTEMA VACUOLARE: ha delle cisterne di forma tondeggianti

caratteristiche della cellula vegetale, ha compartimenti intracellulari contenenti materiale derivato

dalle vie metaboliche da vie biosintetiche intracellulari o importato dall ambiente extracellulare

per endocitosi. Il vacuolo è rivestito da una membrana detto TONOPLASTO costituita di tre strati

proteine-lipidi-proteine. Lo strato più interno è di solito più grosso d quello esterno. Contiene una

soluzione acquosa detta SUCCO VACUOLARE nella quale sono disciolte numerose sostanze. Lo

sviluppo delle sistema vacuolare varia da cellula a cellula, nelle cellule non ancora differenziate si

hanno pochi e piccoli vacuoli , delle cellule adulte invece il sistema vacuolare è molto abbondante

e, le cellule hanno la maggior parte del lume occupato da un grosso vacuolo centrale che può

occupare dal 30% al 90% del volume delle cellule. TONOPLASTO: intermembrana; proteine carrier,

pompe protoniche, enzimi, proteine canale come le TIP. Le TIP sono una sottofamiglia delle

acqueporine che facilitano il passaggio attraverso le membrane di acqua e piccoli soluti privi di

carica e gas. Le pompe protoniche molto importanti sono le H+-ATPasi idrolizzano adenosina

trifosfato, e le H+-pirofosfasi che idrolizzano pirofosfato inorganico generando una forza protonica

per il trasporto di ioni e metaboliti attraverso il tonoplasto. Le proteine sono accumulate all'interno

di vacuoli esempio dei granuli di aulerone dell'endosoma dei semi. In questi vacuoli le proteine

precipitano in seguito alla disidratazione del seme, le proteine più presenti sono arginina, leucina,

tirosina, asparagina. Antociani sono dei pigmenti che impartiscono un colore rosso e blu alle

corolle dei fiori. Presenti anche nei frutti, fusto foglie, e radici. Hanno attività antiossidante e

antiradicalica; proteggono le piante dei danni causati dalle radiazioni ultraviolette. In caso di

esposizione a grandi quantità di radiazione UV la loro produzione aumenta. Il vacuolo pigmentato

abbate una parte delle radiazione che colpirebbe il DNA a livello nucleare. Alcaloidi sono un

gruppo eterogeneo di sostanze la cui struttura chimica è molto varia. Tutti contengono azoto,

frequentemente in anello eterociclico. Molti diffusi nelle dicotiledoni. Presenti in tutti gli organi e

tessuti della pianta, sono di grande interesse per gli effetti fisiologici sugli uomini e sugli animali.

GLUCOSIDI sono composti formati a: una molecola organica detta AGLICONE O GENINA, una unità

saccaridica detta GLICONE o ZUCCHERO, nel caso in cui l'unità sia il glucosio questi prodotti sono

denominati glucosidi. l' aglicone generalmente è responsabile dell’attività farmacologica, mentre la

parte zuccherina modula l'intensità dell'effetto, la solubilità e la tossicità dell'intera molecola. I

glicosidi della digitale sono efficaci e impiegati nelle fibrillazioni atriali e nello scompenso cardiaco

congestizio. Il termine tannino indica un sostanza chimica presente negli estratti vegetali utilizzati

per la concia delle pelli per prevenire la putrefazione della pelle animale trasformandola in cuoio.

Inibiscono l'attività di molti enzimi quindi provocano l'inibizione degli organismi patogeni come i

batteri e i funghi. Protezione dei frutti maturi; all'interno di molti frutti si ha un accumulo di molti

tannini questi allappano la lingua astringenza causata dalla precipitazione di glicoproteine della

saliva, come la mucina la saliva perde le sue priorità lubrificanti. Con il processo di maturazione i

tannini verranno degradati e sostituiti da zuccheri semplici. La parte cellulare ha diverse funzioni;

- Protettiva, è una barriera fisica contro i patogeni, produce molecole segnale in relazione ad

attacchi patogeni;

- Conferisce alla cellula una determinata forma;

- Assicura alla cellula solidità;

- Controbilancia la pressione osmotica del succo cellulare e del vacuolo;

- Ha un ruolo metabolico;

- Contribuisce al trasporto dell'acqua di piccole molecole nella pianta.

La parete cellulare ha una struttura complessa e la sua costruzione è graduale. Ci sono diverse

fasi della sua formazione; una prima fase è strettamente connessa alla divisone della cellula. La

divisone della cellula madre in 2 cellule figlie realizza grazie alla formazione di un setto di

separazione, di cui la porzione centrale costituisce la lamella mediana. Una seconda fase in cui

le cellule figlie, costruiscono, per conto proprio, a ridosso della lamella mediana, una parete di

pectocellulosa, la parete primaria. Raggiunte le dimensioni finali, la cellula può effettuare un

rinforzamento della parete incrementando lo spessore. Si forma un robusto strato che si

appone all'interno della parete primaria che costituisce la parte secondaria. Nelle cellule

giovanili, la parete cellulare è costituita dalla lamella mediana e da un'esile parete primaria.

Nelle cellule parenchimatiche di solito rimane sottile. Nel tessuto vascolare, la parete è molto

spessa. È costituita da lamella mediana, da un parete primaria, dalla parete secondaria, e a

volte anche da una Parete terziaria. La lamella mediana è un sottile strato interposto tra le 2

parete primarie di 2 cellule attigue e si origina nell'atto della divisone cellulare, durante la

formazione del setto di separazione. Ha la funzione di saldare insieme le due cellule, è infatti

ricca di sostanza pectiche. La sua composizione chimica infatti è composta da sostanze

peptiche, proteine strutturali, e proteine enzimatiche, le sostanze peptiche sono

macromolecole ottenute dalla polimerizzazione dell'acido galatturonico. Le pectine sono un

eterogeneo gruppo di polisaccaridi acidi o neutri, con catene più o meno ramificate,

fortemente idrofili che conferiscono plasticità e flessibilità alla parete. Rappresentano tra il 2 e

il 35% della parete cellulare, sono importanti per la crescita, lo sviluppo e la difesa delle piante.

Il monomero principale è il galatturonico. Conferiscono aspetto molto gelatinoso. Con la

maturazione vengono idrolizzate dalle pectasi e dalle pectinasi ed il prodotto perde

consistenza, vengono utilizzati nell'industria come gelificante E440. La parete primaria è lo

strato che si trova a ridosso della lamella mediana. È depositata da cellule ancora in

accrescimento e ha uno spessore da 0.1. la sua formazione inizia parallelamente a quella della

lamella mediana, ma completa più tardivamente la sua architettura. La sua composizione

chimica: ha una matrice e il materiale fibrillare disperso nella matrice, la matrice ha

composizione in acqua al 60%, emicellulose al 21,2%, sostanze proteiche, proteine e lipidi. Le

sostanze proteiche sono delle pectine associate alla matrice, le proteine invece si dividono in

strutturali e enzimatiche, quelle strutturali sono le glicoproteine, mente quelle enzimatice sono

le ATPasi, proteasi, perossidasi, e galatturonidasi. La parete secondaria: si appone a ridosso e

internamente alla parete primaria. Si forma dopo che la cellula ha completato l'accrescimento

per distensione. Costituisce la maggior parte della parete cellulare, ha uno spessore da 3 ai 5

micron, è formata da una matrice e da un sistema fibrillare costituito dalla cellulosa, che

prevale di gran lunga su tutti gli altri componenti. Le fibrille di cellulosa nella parete secondaria

sono disposte sempre parallelamente fra loro. Ha una struttura suddivisa in 3 strati;

- Strato esterno S1, a contatto con la parete primaria

- Strato mediano S2

- Strato interno S3 delimitante il lume cellulare.

S2 è lo stato più grande, in S1 S2 S3 le fibrille hanno andamenti diversi e questo conferisce

elevata resistenza.

Nella parete esiste un sistema eterogeneo di interstizi che possono essere penetrati composti più

disparati. La parete, quindi, una volta completato il proprio accrescimento può essere stabilizzata

da alcune modificazioni. Modificazioni per incrostazione ( si insinuano nel reticolo cellulosico),

modificazioni per apposizione ( non si insinuano nel reticolo cellulosico), e modificazione per

variazione dei componenti di parete. Nella parete secondaria le modificazioni per INCROSTAZIONE

sono 3 OVVERO:

-LIGNIFICAZIONE;

- PIGMENTAZIONE;

- MINERALIZZAZIONE.

Mentre per apposizione sono;

- Cutinizzazione

- Cerificazione

- Suberificazione.

La pigmentazione si verifica per impregnazione della parete ad opera di sostanze più o meno

colorate ( bruno) come i tannini ed i polifenoli, queste sostanze hanno forti proprietà

antisettiche. La cutinizzazione: è la deposizione di cutina, si trova nei tessuti esterni, e svolge

funzione di impermeabilizzare la parete dall'acqua e ai gas atmosferici. Le parete delle cellule

che sono disposte sulla superficie delle foglie è protetta nella faccia rivolta verso l'esterno da

una pellicola, detta cuticola che è costituita da cutina un polimero di acidi grassi. La

suberificazione è la modificazione della parete secondari dovuta alla suberina sostanza

costituita da acidi grassi a catena molto lunga, coniugati con alcoli e sostanze fenoliche.

Gelificzione; è la formazione di mucillagini dovuta ad un aumento delle sostanze proteiche, la

parete in tal caso assume un aspetto mucillaginoso o in presenza di acqua si rigonfia

enormemente. I tessuti delle piante: il tessuto è caratterizzato da cellule con una

specializzazione fisiologica e morfologica. Un insieme di cellule che svolgono la stessa funzione.

È un livello organizzativo superiore al livello cellulare e inferiore al livello d'organo. I tessuti si

suddividono in merisematici; costituiti da cellule che conservano la capacità di dividersi

attivamente per mitosi, da esse traggono origine tutti gli altri tipi di tessuti. E poi ci sono tessuti

adulti o definiti; costituiti da cellule completamente differenziate. Il meristema apicale: le

cellule dei meristemi apicali derivano da cellule che sono sempre rimaste allo stadio

embrionale, i meristemi apicali di una pianta si trovano all'apice della radice e del germoglio. I

meristemi primari sono posizionati ai poli opposti della pianta e ne determinano

l'allungamento. l'apice radicale è formato da cellule meristimatiche, per l'attività delle cellule

meristematiche dell'apice nuove cellule vengono continuamente formate, le quali

aggiungendosi alle precedente contribuiscono all'allungamento della radice, questo tipo di

accrescimento dovuto alla produzione di nuove cellule prende il nome di accrescimento per

divisione. Tutte le cellule del miristema apicale derivano un numero di cellule situate alla

sommità dell'apice ovvero le cellule iniziali, la cellula iniziale è una cellula capace di divedersi in

modo da formare una cellula iniziale e una derivata, le cellule derivate continuano a dividersi

distanziandosi della popolazione della cellula iniziali e danno vita ai meristemi primari. Le

cellule iniziali, insieme alle loro più immediate derivate costituiscono il promerisistema; cellule

non ancora determinate verso un tipo di differenziamento. Le cellule che vanno

progressivamente differenziandosi maturano originando tessuti con funzioni specializzate. il

differenziamento delle cellule meristimatiche dipende dalla posizione finale che esse occupano

nell'organo in via di sviluppo. Il differenziamento delle cellule inizia con uno stadio. Meristemi

secondari; se il meristema non deriva dalle cellule embrionali parleremo di meristema

secondario. Non presenti nell'embrione ma si trovano nell'individuo adulto nei tessuti

definitivi. Dervano da cellule adulte e già differenziate che, in un secondo tempo, riacquistano

la capacità di dividersi conla specializzazione. Dalla divisione si formano i tessuti secondari che

costruiscono il corpo secondario della pianta. I miristemi secondari detti anche cambiali sono

responsabili della crescita in diametro del fusto della pianta e della radice. Comunamente

angiosperme monocotiledoni e nelle dicotiledoni erbacee, lea struttura primaria è la struttura

definitiva. Non hanno una crescita secondaria e perciò rimangono costituite in gran parte dei

tessuti primari. La zona di struttura primaria delle dicotiledoni e gimnosperme è limitata ad un

breve tratto della parte distale della radice, a questa segue una zona di struttura secondaria, la

quale si estende per tutto il resto della radice e del caule e con l'aumentare dell'età della pianta

assume dimensioni e complessità sempre maggiori. I tessuti parenchimatici o fondamentali

sono i tessuti distribuiti in tutto il corpo della pianta, tra tutti i tessuti adulti sono quelli meno

specializzati. Hanno la capacità di tornare allo stadio meristematico per formare i meristemi

secondari. Sono una famiglia di tessuti che possono svolgere differenti funzioni. Sono composte

da cellule vive che solitamente hanno una parte sottile, di solito solo la parete primaria.

Grande vacuolo e dimensioni cellulari medio-grandi e presenza di spazi intercellulari. Il

parenchima di riserva è un tessuto con la funzione di accumulare, conservare e fornire diverse

sostanze organiche. Può presentare cellule ricche di AMILOPLASTI, ELAIOPLASTI ( lipidi),

PROTEOPLASTI (proteine),. Le proteine possono essere presen