Biologia vegetale

ENERGIA, ENZIMI E METABOLISMO

Tutti gli organismi viventi devono prendere energia dall'ambiente per mantenere in modo ordinato la propria

struttura, per l’omeostasi, temperatura, per il turn over (riciclo molecole).

Tutte le trasformazioni di energia sono collegate fra loro, infatti il metabolismo è l’insieme di tutte le migliaia

di reazioni chimiche per mantenere funzionale la cellula.

Comprende due tipi di reazione:

-ANABOLICHE: portano alla costruzione di molecole complesse partendo da molecole semplici, permette di

depositare energia sotto forma di legami chimici.

-CATABOLICHE: degradano molecole complesse formando molecole più semplici, liberando energia.

Le reazioni, seppur spontanee, avvengono in ambienti biologici con intervento di catalizzatori, chiamati in

questo contesto ENZIMI (sono per la maggior parte proteine, a volte ci sono dei compattori, cioè atomi utili

di zinco o rame...). La reazione non avviene grazie agli enzimi, ma la loro funzione è quella di aumentare la

velocità delle reazioni.

Il “combustibile” più comune delle cellule viventi è il glucosio sia alfa che beta (C H O ).

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Ci sono 3 processi fondamentali per estrarre energia dal glucosio, che hanno una resa diversa di ATP e

dipendono dall’ambiente in cui avvengono:

1. GLICOLISI ANAEROBICA —> pochi ATP, dopo questa avviene respirazione o fermentazione

2. RESPIRAZIONE CELLULARE —> la maggior quantità di ATP (es. serve per una maratona)

3. FERMENTAZIONE —> presente in tutti gli organi viventi, mantenuta nonostante produca pochi ATP

perché è più veloce, es. serve per correre i 100 m), manca il comburente, l’ossigeno 4

L’energia serve per svolgere funzioni come crescita, riproduzione e movimento. Nelle cellule l’energia viene

trasformata nelle sue diverse forme a livello dei mitocondri e cloroplasti —> piante respirano.

Mitocondrio = centrale energetica della cellula, dopo un ciclo completo di respirazione producono 36 ATP.

ATP: moneta di scambio energetico tra vari organuli, cellule, utilizzata da tutti gli organismi. Il distacco

dell’ultimo PO4, grazie a un enzima, genera energia.

Formula respirazione cellulare aerobica:

Formula generale della fotosintesi:

AUTOTROFISMO VS ETEROTROFISMO

AUTOTROFISMO: vegetali, i batteri fotosintetici, le alghe azzurre e alghe superiori.

Usano sostanze inorganiche come sali, acqua, CO2 e l’energia della luce formano composti organici (es.

glucosio).

ETEROTROFI: animali, funghi, batteri

Usano sostanze organiche per trarre energia. Non sono in grado di vivere se non hanno a disposizione tali

molecole. (Es. Mucche mangiano solo erba e non la digeriscono, ma grazie a dei batteri riescono ad ottenere

dalla cellulosa il glucosio, sono eterotrofe).

Tre modi per nutrirsi per gli eterotrofi fra i batteri:

1. Parassitismo: sfrutta un organismo vivo

2. Saprofitismo: si nutrono di materiale in decomposizione —> fondamentali per il riciclo delle sostanze

organiche e inorganiche.

3. Simbiosi: (es. batteri nello stomaco dei ruminanti; la flora batterica del nostro intestino che riceve

parte del nostro cibo e il microbiota ci restituisce vitamine e aumenta il sistema immunitario; licheni

sono simbiosi tra alga che fa fotosintesi e un fungo che protegge la struttura dalla disidratazione, è

un organismo pioniere perché crescono in ambienti estremi.) —> è uno scambio biunivoco di vantaggi.

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CELLULA

(chiamata così perché Hooke aveva osservato che la forma era simile alle cellette degli alveari)

Teoria cellulare: tutti gli organismi viventi sono formati da cellule e tutte le cellule derivano da altre cellule.

Secondo questa teoria i virus possono essere considerati dei parassiti.

Cellula ha dimensione >1 micron.

Limite risoluzione = distanza più piccola per

cui l’occhio umano riesce a vedere due punti

distinti, quella dell’occhio umano è circa 0,2

mm.

Il microscopio ottico riesce a vedere tra 1 micron – 100 micron: cellule, batteri, cloroplasti.

Il microscopio elettronico ha un limite di risoluzione intorno all’Armstrong (10^-10 m)

Perché le cellule sono piccole? Per la cellula è molto importante mantenere un

elevato rapporto superficie esterna e volume, al fine di permettere scambia

adeguati con ambiente esterno di nutrienti e l’espulsione dei cataboliti.

Come fanno le cellule vegetali ad essere lunghe 12 cm?

Tutti gli organismi viventi hanno un progenitore cellulare

comune di tipo procariote probabilmente (molto semplice)

che ha dato origine:

-agli archeobatteri (presenti in zone vulcaniche, nei fondali

marini), tutti eterotrofi

-agli eubatteri sia autotrofi che eterotrofi, con acido

→

muramico

Protisti sono di due tipi:

- unicellulari eucarioti eterotrofo (es. ameba) ha dato

→

animalia

origine agli

- pluricellulare eucariote autotrofo avrà una delle

→

molecole fotosensibili che captano la luce per la sintesi di

prodotti organici a partire dalla luce ha dato origine alle

→

plante : organismi eucariotici autotrofi

(- funghi: eucarioti eterotrofi, possono essere parassiti o

saprofiti, non hanno clorofilla, ma hanno una parete esterna, non formata da cellulosa ma da chitina

che si trova di solito nell’esoscheletro dei crostacei.) 6

PIANTE

divise in due grandi gruppi:

PIANTE SUPERIORI: che sono all'apice della catena evolutiva del mondo vegetale, sono anche dette

- cormofite (=pianta con radici, fusto e foglie), tracheofite (trachee= tessuti di conduzione) o embriofite

(piante con embrione, semi)

divise in:

Pteridofite o felci (es. piante nei sottoboschi)

o Spermatofite = pianta che fa semi

o Divise in:

Gimnosperme = con seme nudo (es. pini)

▪ Angiosperme (piante con fiore)

▪ Divise in:

▪ Monocotiledoni (erba del prato, mais, grano...)

• Dicotiledoni (es. rosa, geranio...)

•

PIANTE INFERIORI (TALLOFITE = piante senza veri tessuti): funghi (se vogliamo considerarli piante),

- alghe, licheni

TEORIA ENDOSIMBIONTICA DELL’ORIGINE DEGLI EUCARIOTI A PARTIRE DAI PROCARIOTI

(Ilynn Margulis?):

tutti gli eucarioti derivano da un procariote comune chiamato progenote ha dato origine agli: archeobatteri,

eubatteri. Il proto- eucariote ha inglobato per endosimbiosi un batterio aerobico (potrebbe essere un

mitocondrio) trasformato in un eucariote con mitocondri ha dato origine ai protozoi, ai funghi e agli

→ →

animali.

C’è una doppia membrana.

Per endosimbiosi il proto-eucariote può aver

inglobato anche un cianobatterio (fotosintetici) →

proto-eucariote con cloroplasti ha origine un

→

organismo con cloroplasti e mitocondri. Una versione alternativa della teoria è quella secondo cui il proto-

eucariote e con cloroplasti e quello con mitocondri si siano fusi. L’eucariote così formatosi ha dato origine a

tutti gli organismi vegetali: 7

Alghe rosse (es. agar agar)

- Alghe brune (es. laminaria)

- Alghe verdi

- Muschi

- Felci

- Angiosperme

-

Prove della teoria:

1. Mitocondri e cloroplasti hanno

doppio starato fosfolipidico

2. Mitocondri e cloroplasti hanno un

frammento di DNA circolare

3. I ribosomi dei mitocondri e dei

cloroplasti sono 70S (=coefficiente

di sedimentazione che in

considerazione il peso molecolare

e struttura 3D) strutture formate da proteine e rRNA sono banco di lavoro della sintesi

→ →

Le cellule eucariotiche hanno un nucleo, perché? Si teorizza che tratti di DNA circolare vicini siano stati

inglobati da una vescicola formando un protonucleo.

Differenza tra organismo procariote ed eucariote animale ed eucariote vegetale:

Procarioti: pochi organuli poco efficienti (es. ribosomi 70s), hanno nucleoide

- (frammento DNA a doppia elica, circolare non circondato da membrana, che

contiene una 20tina di geni, è super arrotolato, supercoil), hanno citoplasma

e membrana plasmatica, una struttura esterna formata da acido muramico

o chitina, spesso hanno una capsula esterna di tipo lipo-proteico e ciglia

(espansione per movimento) o flagelli e NON PRESENTANO VERA

COMPARTIMENTAZIONE (funzioni non divise in diversi organuli)., capsula esterna lipoproteica, C’è

citoplasma, membrana plasmatica

Tipi di batteri che differiscono per il tipo di parete:

Gram positivi: hanno parete con peptidoglicani (polisaccaridi acidi)

o Gram negativi hanno una parete con peptidoglicani (sottile), ma all’esterno presentano una

o struttura formata da lipopolisaccaridi (polisaccaridi legati a lipidi)

Eucarioti: tanti organuli, nucleo ben distinto (avvolto da membrana nucleare), presenta un elevato

- sistema di membrane interne con ALTA COMPARTIMENTAZIONE (funzioni divise tra diversi organuli):

numerosi organuli, nucleo distinto, sistema di membrane, ribosomi 80s 8

Animali e vegetali: presentano citoscheletro, nucleo avvolto da membrana molto evidente, reticolo

- endoplasmatico liscio (sintesi lipidi), reticolo endoplasmatico ruvido (sintesi proteine), apparato di Golgi

(zuccheri), ribosomi 80S e mitocondri

Animale: ciglia e flagelli, moti vacuoli

- o piccole vescicole, lisosomi

(vescicole litiche, digestive),

centrosomi. Non hanno plastidi,

parete, grandi vacuoli e perossisomi.

Vegetali: plastidi (colorati), parete

- cellulare formata quasi

esclusivamente di cellulosa, grande

vacuolo (a volte unico), perossisomi e

gloriosissimi (correlati alla fotosintesi

e sintesi degli acidi grassi. Non presentano ciglia e flagelli (tranne forme sessuali) 18/10

LA CELLULA VEGETALE

È una cellula eucariotica, presenta un nucleo

avvolto da un doppio strato fosfolipidico,

all’interno troviamo i cromosomi, strutture

mobili che permettono la trasmissione di

caratteri, sono formati da cromatina (= istoni

che sono proteine intorno a cui si avvolge il

filamento e DNA). Il DNA viene trascritto

sull’RNA messaggero che viene tradotto nella

sequenza degli amminoacidi questo porta

alla sintesi proteica.

Il nucleo presenta una struttura particolare, il

NUCLEOLO, un accumulo di rRNA, che è una

struttura più densa del resto del nucleo. rRNA

formano i ribosomi 80s, formati da due subunità, che concorrono insieme all’mRNA alla sintesi proteica.

Nella cellula vegetale è presente il citoplasma che è avvolto dalla membrana plasmatica. C’è molta

compartimentazione nel citoplasma:

Reticolo endoplasmatico è di due tipi rugoso (ha ribosomi sopra, dentro avviene la sintesi proteica)

- e uno liscio (dove avviene la sintesi dei lipidi).

Apparato del Golgi: mediante vescicole produce delle strutture chiamate lisosomi, che contengono

- enzimi litici, cioè demolitori, responsabili del turn over cellulare (riciclo). È l’organulo c