Biologia vegetale e Botanica farmaceutica

BIOLOGIA VEGETALE E BOTANICA FARMACEUTICA

LA CELLULA VEGETALE

●​ La citologia vegetale è la scienza che studia la cellula vegetale

●​ La istologia vegetale è la scienza che studia i tessuti vegetali

Tutti gli esseri viventi possiedono un carattere comune: quello di essere formati da elementi

microscopici definiti cellule.

Le cellule costituiscono le pietre elementari di qualsiasi individuo, sia esso unicellulare o

pluricellulare.

Parlando di cellule, la prima importantissima distinzione va fatta tra cellule procariotiche e

cellule eucariotiche

(Cellula vegetale è uguale, funziona stesso modo di quella animale ma ha qualcosa in più)

Esistono 2 tipologie di cellule:

1.​ Molto antiche = procariotiche -ex. Batteri come i cianobatteri che hanno creato

l’atmosfera in cui viviamo e che respiriamo.

2.​ Eucariotica

Differenze :

1)​ Le cellule procariotiche sono molto più piccole di quelle eucariotiche.

2)​ Le procariotiche non sono compartimentate, cioè all’interno non ci sono organuli

delimitati da una membrana cellulare.

3)​ La cellula procariotica è semplice, contiene una sostanza fondamentale che è il

citoplasma e il Dna non dentro nucleo ma sparso in una zona del citoplasma

(nucleolo) e sono presenti anche i ribosomi in cui avviene la traduzione della sintesi

proteica, questi ribosomi sono molti più piccoli e leggeri rispetto a quelli eucariotici, i

ribosomi delle cellule procariotiche sono 70S, mentre quelli delle cellule eucariotiche

80S.

La cellula vegetale presenta tutta la compartimentazione interna delle cellule eucariotiche

con l’aggiunta di particolari strutture tipiche della cellula vegetale.

LA CELLULA PROCARIOTICA

Le cellule dei primi organismi comparsi sulla terra erano cellule procariotiche, più piccole e

molto più semplici delle cellule eucariotiche.

Questo tipo di cellule è privo al suo interno di organuli delimitati da una membrana, presenti

invece nella cellula eucariotica.

Le cellule procariotiche hanno funzioni metaboliche simili a quelle eucariotiche però non

risultano compartimentate.

LA CELLULA EUCARIOTICA

Da cellule procariotiche si sono sviluppate le cellule eucariotiche, diverse teoria, quella più

accreditata è la teoria endosimbiontica.

La cellula eucariotica si è evoluta da cellule procariotiche, ma presenta una efficienza

superiore rispetto a queste ultime.

Le cellule eucariotiche hanno dato origine agli organismi pluricellulari e sono andate incontro

nel corso di milioni di anni al complesso fenomeno dell’evoluzione.

Negli anni ‘70 è stata elaborata una teoria sull’origine delle cellule eucariotiche nota come

TEORIA ENDOSIMBIONTICA.

TEORIA ENDOSIMBIONTICA

Questa teoria ipotizza che le cellule eucariotiche si siano originate da un grosso batterio

saprofita fermentante che avrebbe ospitato nel suo interno, come simbionti, piccoli batteri

capaci di fare la respirazione cellulare e la fotosintesi, divenuti poi in seguito mitocondri e

cloroplasti.

In questo modo si può infatti spiegare il fatto che questi organuli presentino un proprio DNA,

di tipo batterico, e ribosomi più piccoli sempre di tipo batterico.

Inoltre questi organuli sono delimitati da due membrane, l’esterna di tipo eucariotico

(proveniente dal grosso batterio) e l’interna di tipo procariotico (proveniente dai batteri più

piccoli finiti dentro il grosso).

Le cellule eucariotiche si sono originate da un grosso batterio saprofita fermentante

Saprofita = vive sulla sostanza organica morta sia animale che vegetale, ed è un batterio

che con altri organismi come i funghi da inizio al fenomeno della putrefazione.

Ha inglobato per fagocitosi due batteri più piccoli, due cellule procariotiche più piccole che si

sono dimostrate utili alla vita del grande batterio saprofita fermentante, capace di fare

fermentazione = creare energia in assenza di ossigeno, respirazione anaerobia.

Uno ha iniziato a fare respirazione cellulare è si è trasformato in un mitocondrio, l’altro ha

iniziato a fare la fotosintesi è diventato un cloroplasto o plastide

FOTOSINTESI = processo in cui partendo da due sostanze inorganiche : anidride carbonica

e acqua, si ottiene uno zucchero = glucosio , una sostanza organica, composto del carbonio

→ sfruttando energia della luce solare

Nell’evoluzione questo grosso batterio fermentante con questi due batteri dentro, mitocondri

e plastidi, si evolve in cellula eucariotica che costituiscono i nostri tessuti e tessuti delle

piante.

È teoria molto accreditata perché più lo studio si evolve maggiori sono le prove che

mitocondri e plastidi siano stati in origine dei batteri.

CIANOBATTERI (chiamati anche alghe azzurre)

I CIANOBATTERI sono organismi che secondo la teoria endosimbiontica, hanno dato

origine ai plastidi, hanno la capacità di svolgere il processo fotosintetico e sono capaci di

fissare l’azoto atmosferico.

L’ Azoto molecolare N2 presente per più del 70% nella nostra atmosfera non può essere

direttamente usato dai sistemi biologici. La fissazione dell’Azoto consiste nella riduzione

dell’azoto molecolare ad azoto ammonico NH4+ e quindi nella trasformazione di questo

in radicale amminico NH2 che viene incorporato nelle proteine.

Appartengono al regno dei BATTERI. Il nome volgare di alghe azzurre sottolinea invece la

loro colorazione che risulta prevalentemente blu-verdastro.

Risultano in grado di fare la fotosintesi ossigenica.

Significa batterio di colore azzurro, è stato il primo organismo vivente a fare la fotosintesi

clorofilliana => stessa che fanno le piante superiori con cui conviviamo.

Fotosintesi clorofilliana o ossigenica = perchè come prodotto di scarto il processo produce

ossigeno, prodotto nel fotosistema II dove l’acqua serve da donatore di elettroni, quindi deve

avvenire la reazione di fotolisi dell’acqua => acqua scomposta in elettroni e ossigeno

sfruttando radiazioni della luce solare, in seguito pianta emette ossigeno nell'ambiente che

noi respiriamo.

Stessa cosa hanno iniziato a fare i cianobatteri circa 2,5 miliardi di anni fa creando la nostra

atmosfera e rendendo possibile la vita degli animali e piante che fanno una respirazione

cellulare in cui serve ossigeno per produrre energia.

I cianobatteri più vecchi hanno 2,5 miliardi di anni fa e sono stati isolati da pietre fossili per

poter continuare il loro studio, esistono anche oggi e li possiamo trovare ovunque, sono

organismi con una resistenza straordinaria = organismi ubiquitari = stanno ovunque e sono

individui procarioti unicellulari.

Possono vivere isolati, ma più spesso sono riuniti in colonie filamentose

nelle quali le singole cellule sono collegate tra loro da cordoni citoplasmatici che passano

attraverso le pareti cellulari, fanno strutture filamentose che si possono associare e sono

visibili nei corsi d’acqua o acqua stagnante

I BATTERI si dividono in 2 categorie:

-GRAM POSITIVI

-GRAM NEGATIVI

A seconda della colorazione di Gram

Gram + hanno una parete cellulare semplice, elementare, mentre la parete cellulare dei

Gram - è molto robusta, tosta e i cianobatteri sono così resistenti perché sono di tipo gram -

la loro parete cellulare è abbastanza complicata e molto tosta.

Tramite microscopio elettronico l’uomo ha scoperto come è fatta questa parete ed ha visto

che è costituita da 4 strati

●​ 1° strato trasparente alle radiazioni del microscopio elettronico ( ancora si sa poco ).

●​ 2° strato quello più spesso, è costituito da una sostanza = mureina alla cui base

costitutiva c’è l’acido muramico, la mureina è molto resistente ed è responsabile della

resistenza che hanno questi batteri negli ambienti in cui vivono, sono stati riscontrati

anche aminoacidi che non si trovano generalmente nelle proteine come acido

glutammico, l’alanina, acido muramico e un’altro acido diaminopimelico che è

presente solo nei cianobatteri.

●​ 3° e 4° strato costituiti da materiali lipidici e proteici, questa parete cellulare è tutta

bucherellata, è pervasa da tanti pori attraverso questi pori i cianobatteri nelle colonie

si scambiano materiale chimico ed emettono dei mucopolisaccaridi, una mucillagine

che ha 2 funzioni : -protegge il cianobatterio dalla disidratazione e lo avvolge, i

mucopolisaccaridi sono molto avidi di acqua e la trattengono molto a lungo ( come

l’aloe ) - utile per trattenere i cianobatteri in colonie, ha ulteriore funzione adesiva, da

questa mucillagine sono state estratte delle sostanze chimiche che proteggono i

cianobatteri dalle radiazioni solari UV, ha proprietà adesive e anti disidratazione;

attraverso questi pori escono dei filamenti proteici, fibrille proteiche chiamati PILI,

sono filamenti proteici perpendicolari al plasmalemma (membrana cellulare),

2 tipologie di pili - una costituita da fibrille lunghe e sottile sono in grado di

riconoscere substrati e far aggrappare l’organismo a questo substrato - filamenti

corti e abbastanza spessi sono correlati alla possibilità di movimento che i

cianobatteri hanno sulla superficie del substrato a cui aderiscono.

Nella parete cellulare dei cianobatteri si trova una sostanza LPS = lipopolisaccaride, è quella

sostanza nociva, che ci da problematiche quando veniamo infettati da batteri.

Membrana cellulare fatta a doppio strato lipidico con proteine fluttuanti nel doppio strato

lipidico, ha una particolarità, le sue caratteristiche sono molto simili alla membrana interna

dei cloroplasti e di tutti i plastidi (prova teoria endosimbiontica).

Internamente alla parete cellulare si trova la membrana plasmatica o plasmalemma che

può presentare MESOSOMI → zone attorno alla membrana cellulare in cui avviene la

respirazione cellulare con la presenza di numerose proteine trasportatrici di elettroni.

Cromatoplasma → è la zona del citoplasma dei cianobatteri in cui si trovano i centri

concentrici di membrane, che sono chiamati tilacoidi. Questi tilacoidi contengono i pigmenti

necessari per la fotosintesi ossigenica, sono membrane a forma di sacchetti o tubi disposti in

in strutture concentriche, sulle membrane dei tilacoidi si trovano i seguenti pigmenti:

CLOROFILLA α, β-CAROTENE (carotenoidi), XANTOFILLE, tra le quali MIXOXANTOFILLA

tipica dei Cianobatteri, sono pigmenti necessari per la fotosintesi ossigenica

Funzione delle tilacoidi = supporto dei pigmenti fotosintetici, delle sostanze colorate che

caratterizzano i cianobatteri e che catturano la luce solare durante la fotosintesi. La clorofilla

e i carotenoidi sono pigmenti che si trovano nei cianobatteri, e i carotenoidi sono precursori

della vitamina A. Le xantofille sono simili ai carotenoidi, ma contengono ossigeno.

Attorno al tubo sono presenti Ficobilisomi = Piccoli granuli si trovano sulla superficie dei

TILACOIDI, che contengono pigmenti tipici detti ficobiline =come la ficoeritrina di colore

tendente al rosso, ficocianina colore tendente al blu e la allo-ficocianina di colore azzurro;

le ficocianine sono preponderanti questi batteri assumono un colore più verso blu, da qui il

nome cianobatteri.

Il Citoplasma contiene molti ribosomi del tipo 70S come tutte le cellule procariotiche.

Centro Plasma = è la parte centrale dei cianobatteri, riempita di citoplasma , una sostanza

fondamentale e colloidale che riempie tutte cellule è costituita prevalentemente da proteine

enzimatiche, presenta ribosomi di stampo batterico, gli stessi che ritroviamo nei mitocondri e

nei plastidi (prova).

C’è una zona meno elettrondensa che contiene il materiale nucleare/genetico = Nucleosoma

è un DNA circolare che si ripiega diverse volte su se stesso, questo DNA codificante si trova

assieme ad altri piccoli dna circolari che però non codificano per proteine e prendono il

nome di Plasmidi.

All'interno della cellula ci sono corpi solidi, tra cui i cristalloidi, che contengono enzimi come

la RuBisCO (ribulosio-1,5-bisfosfato carbossilasi). La RuBisCO è l'enzima principale della

fase oscura della fotosintesi e catalizza la reazione tra CO2 e H2O per formare il glucosio,

ed è l'enzima più abbondante sulla Terra.

Il materiale di riserva è chiamato AMIDO DELLE CIANOFITE, si tratta di piccoli granuli

disposti in mezzo ai tilacoidi simili all’amilopectina.

Granuli di polifosfati → che sono riserve di fosforo.

Granuli di cianoficina → è una riserva di azoto perché presenta proteine contenenti azoto.

Vacuoli gassosi → vescicole impilate una sopra l'altra, sono permeabili ai gas e impermeabili

ai liquidi, si gonfiano e si sgonfiano, soprattutto nei cianobatteri acquatici, fanno andare il

cianobatterio più in alto o basso a seconda delle radiazioni solari, permettendo loro di

regolare la posizione verticale nella colonna d'acqua in base alla radiazione solare, questi

vacuoli contengono anche sostanze che proteggono il materiale genetico dalle radiazioni UV

PRESENZA DI GAS VACUOLI con funzione di galleggiamento e di schermatura delle

radiazioni luminose.

I CIANOBATTERI sono in grado di fissare l’azoto atmosferico, in particolare alcune specie

coloniali filamentose presentano cellule specializzate a fare questa funzione chiamate

ETEROCISTI.

Quando questi cianobatteri vivono in colonie filamentose, all’interno di queste colonie le

cellule non sono tutte uguali, ci sono delle cellule che hanno una morfologia diversa, i

cianobatteri veri e propri sono tutti di un colore tendente all’azzurro, ma si può trovare un

cianobatterio diverso, di colore più brillante, questi sono chiamate ETEROCISTI : sono

cianobatteri particolari che si sono specializzati nella fissazione dell'azoto e sono in grado di

trasformare azoto molecolare N2 (presente atmosfera) → in azoto NH2 che ritroviamo nelle

proteine, fissare azoto rendendolo utilizzabile nella costruzione di proteine (è possibile

perché questi cianobatteri specializzati contengono l'enzima nitrogenasi)

L’eterocista perde la capacità di fare la fotosintesi clorofilliana ma essendo circondato da

cianobatteri che la fanno, l’eterocista cede alle cellule vicine l'azoto che ha organicato

mentre i cianobatteri vicini danno all’eterociste i prodotti della fotosintesi →

fondamentalmente gli zuccheri.

●​ RIPRODUZIONE:

Le forme unicellulari si moltiplicano per SCISSIONE DELLA CELLULA MADRE IN DUE

CELLULE FIGLIE (trasformazione e coniugazione)

Possono formarsi due tipi di propaguli:

ORMOGONI cioè segmenti di filamento che si separano dalla colonia madre

ACINETI cioè cellule dotate di grande resistenza

Ormogoni → hanno la capacità di staccarsi dalla colonia, viaggiano e finiscono in un

ambiente a loro consono o si attaccano a un substrato e danno origine a un’altra colonia,

sono pezzi di colonia in grado di dare origine ad altre colonie.

Acineti → trasformazioni del cianobatterio, sono spore specializzate prodotte dai

cianobatteri per resistere a condizioni ambientali avverse. Contengono una copia del DNA

della cellula madre, che rimane inattiva fino a quando le condizioni ambientali non diventano

favorevoli per la crescita. Gli acineti sono strumenti di

sopravvivenza che permettono ai cianobatteri di resistere

in situazioni contrarie alla vita.

Riproduzione dei cianobatteri avviene per SCISSIONE

BINARIA = prevede la duplicazione del materiale genetico

e la divisione cellulare per invaginazione della parete

cellulare e della membrane cellulare.

La scissione binaria è il metodo di riproduzione asessuata

dei batteri in cui una cellula madre si divide in due cellule

figlie identiche.

Ci possono essere due meccanismi di trasferimento

genico:

Trasformazione = fusione tra vari materiali genetici dei

cianobatteri

Coniugazione = il materiale genetico costituito da plastidi che non codificano possono

entrare in un altro cianobatterio tramite un pilo (ponte citoplasmatico); il Dna passa da un

batterio donatore a uno ricevente.

Alga spirulina è un cianobatterio che si può coltivare, ricchissimo di proteine, impiegate

come integratori alimentari o mescolati ad altri tipi di alimenti, ad esempio alcuni cianobatteri

sono utili per il mantenimento della nostra salute, altri cianobatteri invece possono dare

origine a infezioni

Per il notevole contenuto di proteine alcuni Cianobatteri vengono coltivati per essere usati

come cibo per il bestiame e le persone. Il genere Spirulina, costituito da individui

filamentosi disposti a spirale (spiralati) e non ramificati che vivono in acque salmastre,

salate o dolci risulta particolarmente ricco di proteine (60-80%), e privo di tossicità e

quindi adatto per l’alimentazione umana.

Il genere Spirulina contiene molti amminoacidi essenziali, particolarmente rari negli

alimenti vegetali, comparabili a quelli dell’uovo e della caseina ed è totalmente privo di

colesterolo. Sono presenti acidi grassi essenziali Ω3 ed Ω6, oltre all’acido palmitico

(saturo).

Infine interessante anche il contenuto di minerali: potassio, sodio, calcio e magnesio

Vitamina B12

Ficocianina (responsabile del colore azzurro) in grado di stimolare il sistema immunitario.

L’alto valore nutritivo di Spirulina dipende anche dal fatto che anche la parete cellulare

risulta digeribile, a differenza delle pareti cellulari cellulosiche delle cellule vegetali

eucariotiche.

Cose in comune tra la cellula vegetale e animale (eucariotiche) :

1)​ Sia la cellula vegetale sia la cellula animale → sono entrambe circondate dalla

membrana cellulare, ha la stessa struttura in entrambe, solo una piccola differenza.

La prima struttura che incontriamo è la membrana cellulare => plasmalemma nel

regno vegetale.

2)​ La membrana cellulare serve in entrambe le cellule per separare ambiente interno

della cellula dall’ambiente esterno, però ha anche la funzione di scambio tra

ambiente interno ed esterno della cellula, perché ci sono delle proteine di

transmembrana che sono in grado di mettere in comunicazione i 2 ambienti della

cellula.

3)​ La membrana cellulare è costituita da un doppio strato lipidico, di fosfolipidi, i

costituenti fondamentali delle membrane cellulari, sono dotati di una parte idrofila =>

testa polare e una parte idrofoba => 2 catene di acidi grassi.

I fosfolipidi si dispongono in un doppio strato in cui le teste guardano verso l’acqua

mentre le catene di acidi grassi si dispongono lontano dall'acqua, all’interno del

doppio strato, siccome i tessuti sia delle piante che degli animali sono idratati in

condizioni animali, pieni di acqua, i fosfolipidi si dispongono quindi in questo doppio

strato. Il fosfolipide principale è la fosfatidilcolina, ma sono presenti anche

fosfatidilserina, fosfatidilinositolo, fosfatidiletanolamina.

4)​ Le membrane cellulari sono fluide, si parla di mosaico fluido. Fluidità è mantenuta

grazie agli steroli. La cellula animale ha il colesterolo, mentre la cellula vegetale i

fitosteroli, (pesano di più) sono talmente uguali al colesterolo che i nostri recettori

del colesterolo vengono ingannati, riescono ad entrare nelle nostre membranepoi

vengono ributtati fuori dalla cellula e espulsi dalle feci (danacon, farmaci utilizzati per

espellere colesterolo alimentare sfruttano i fitosteroli)

5)​ In mezzo a questo doppio strato galleggiano le proteine di transmembrana, che

attraversano il doppio strato e guardano verso ambiente extracellulare e verso il

citosol o possiamo avere proteine periferiche , una parte dentro il doppio strato

fosfolipidico, l’altra guarda l’interno o l'esterno della cellula. Sono presenti proteine

che trasportano ioni, come aquaporine → proteine che hanno una conformazione

tale da formare un canale in cui passa acqua. Altre proteine

utilizzano energia ATP trasportando una molecola o ione

contro gradiente di concentrazione.

6)​ Ci sono proteine verso l’esterno che hanno attaccato dei

carboidrati, si chiamano glicoproteine, e consente alle cellule

di riconoscere il tessuto a cui appartengono o a cui devono

andare ad appartenere. (glicocalice nella cellula animale,

strato di carboidrati)

7)​ I fosfolipidi sono costituiti da una testa idrofila di Glicerolo +

acido fosforico e attaccate al glicerolo ci sono due catene di

acidi grassi (parte idrofoba) che possono essere dritte

(sature) o possono presentare dei ripiegamenti (insature), in

corrispondenza del doppio legame, ad esempio l’acido oleico

è un acido grasso insaturo; i fosfolipidi sono molecole anfipatiche perché hanno una

duplice natura, posseggono una parte apolare rappresentata dalle code di acidi

grassi e una parte polare rappresentata dalla testa di acido fosforico.

La presenza di acidi grassi insaturi nei fosfolipidi di membrana rende questa struttura

più mobile e fluida.

8)​ In entrambe le cellule animali e vegetali è presente il citoplasma, un fluido

fondamentale e colloidale costituito da acqua e proteine enzimatiche = enzimi cioè

proteine fondamentali per far avvenire (catalizzare) le reazioni biochimiche che fanno

mantenere la cellula viva e funzionante.

9)​ In mezzo al citoplasma sono presenti una serie di reticoli costituite da tubuli e

cisterne delimitati da membrane che prende il nome di reticolo endoplasmatico 2 tipi :

●​ REG → sopra ramificazione sono presenti i ribosomi

●​ REL → non sono presenti i ribosomi

Hanno due funzioni completamente diverse.

REG è implicato nella sintesi delle glicoproteine e nella sintesi di proteine che

➢​ devono essere trasportate fuori dalla cellula (sia vegetale sia animali). I ribosomi

attaccano amminoacidi e sintetizzano proteina che va dentro REG, dove finisce la

sintesi e viene attaccato il carboidrato (glicosilazione), qui finisce la sua sintesi e

viene in parte glicosilata → diventa glicoproteina, tramite delle vescicole che

gemmano dal REG questa proteina viene espulsa e raggiunge l’apparato di golgi, qui

finisce per essere raffinata e strutturata, esce poi tramite vescicole che partono dalla

faccia trans del golgi e si fondono con la membrana cellulare, tramite processo di

esocitosi finisce sulla superficie della cellula.

REL coinvolto nella sintesi degli acidi grassi (lipidi) che poi rimarranno all’interno

➢​ della cellula vegetale, si vanno a confinare in mezzo al doppio strato, qui si

accumulano finché non si avviene la gemmazione –> si stacca tramite vescicola

contenente acidi grassi.

Apparato di Golgi →