Biologia vegetale (parte 1)

RNA

1) MRNA messaggero = porta in sé il messaggio genetico, originariamente contenuto

in una sequenza di DNA (gene) e che codifica per una certa proteina, copiato da un

filamento stampo di DNA. Una volta sintetizzato, l’MRNA esce dal nucleo attraverso

i pori della membrana nucleare e va nel citoplasma dove, a livello dei ribosomi,

l’informazione viene tradotta in proteina

2) TRNA transfer = funge da chiave di adattamento tra il linguaggio polinucleotidico

dell’MRNA e il linguaggio amminoacidico delle proteine. A ciascun ANTICODONE

(tripletta di basi nel TRNA) corrisponde un CODONE (tripletta di basi dell’MRNA)

complementare. Per ciascun codone c’è uno specifico TRNA che si lega a uno

specifico aminoacido e lo trasporta. L’aminoacido si lega all’estremità 3’ -OH del

TRNA formando l’aminoacil-TRNA

3) RRNA ribosomiale = è sintetizzato nel nucleolo, costituisce i ribosomi insieme alle

proteine

Il ribosoma completo è formato da una subunità minore e una maggiore

Trascrizione del DNA (DNA RNA)



Dopo l’apertura della doppia elica di DNA, l’MRNA viene sintetizzato su una certa

porzione (gene) di uno dei 2 filamenti. Sui ribosomi i TRNA permettono di posizionare

correttamente e in sequenza gli amminoacidi che costituiscono una certa proteina. Gli

aminoacil-TRNA trasportano gli aminoacidi sul ribosoma che legge la sequenza di

triplette riportata sull’MRNA. Questa sequenza corrisponde al messaggio che riporta in

codice la sequenza della proteina da sintetizzare

Codice genetico

Il codice genetico si basa su triplette di basi dette CODONI ognuno dei quali codifica

3

per uno degli amminoacidi possibili. N° possibili combinazioni = 4basi = 64.

Caratteristiche codice genetico:

un singolo AA può essere codificato da più di una tripletta (codice degenerato).

 Questo può essere vantaggioso nel proteggere da effetti di errori di trascrizione

ogni tripletta codifica per un solo amminoacido

 ha un codone d’inizio e un codone di fine messaggio

 non ha punteggiature intermedie e punti di sovrapposizione (un singolo nucleotide

 non fa parte simultaneamente di più triplette contigue)

Mutazioni

Mutazione = errore nella replicazione del DNA che comporta l’inserimento di una base

azotata errata. La mutazione determina la variazione del significato del gene e

dell’attività del suo prodotto, soprattutto se l’AA mutato ha caratteristiche chimico-

fisiche diverse da quelle dell’AA originario

Le mutazioni spontanee sono state fondamentali per la selezione naturale e quindi per

l’evoluzione

Sintesi proteica

Una specifica sequenza di DNA (gene) contiene l’informazione per una specifica

proteina

GENE ENZIMA. Il passaggio di tramite è rappresentato dalla trascrizione dell’mrna



che con trna e rrna (nei ribosomi) entra nella sequenza di reazioni rappresentata dalla

sintesi proteica

La sintesi proteica si verifica nel citoplasma e coinvolge i 3 tipi di RNA

L’efficienza della sintesi proteica è aumentata dal fatto che più ribosomi si possono

associare ad una singola molecola di mrna e possono quindi sintetizzare più molecole

dello stesso polipeptide quasi contemporaneamente. Si parla di poliribosomi o

polisomi

La diversa espressione genica è alla base del differenziamento delle diverse tipologie

cellulari durante lo sviluppo degli organismi superiori. Le diverse tipologie di cellule

originano tutte da una sola cellula iniziale e si differenziano grazie alla diversa

espressione, modulata nel tempo e nello spazio, di specifici insiemi di geni

SOSTANZE SECONDARIE

Le piante producono molti composti organici, la maggior parte non sono direttamente

coinvolti nella crescita e nello sviluppo delle piante stesse, questi composti sono detti

metaboliti secondari e sono distribuiti in modo differenziale tra alcuni gruppi

tassonomici nel regno vegetale. I metaboliti primari sono ubiquitari in tutti vegetali

e svolgono funzioni metaboliche essenziali al vegetale. Si tratta di sostanze come:

fitosteroli, lipidi, nucleotidi, aminoacidi, acidi organici

I metaboliti secondari o prodotti naturali influenzano le interazioni ecologiche tra

la pianta e l’ambiente in cui cresce:

protezione contro erbivori

 protezione contro infezioni da patogeni (funghi ecc)

 attrazione di impollinatori e di animali coinvolti nella dispersione dei semi

 agenti allelopatici (=sostanze che influenzano la competizione tra le diverse specie

 di piante)

protezione contro le radiazioni ultraviolette o le alte temperature



Queste funzioni ecologiche influenzano profondamente la sopravvivenza delle piante,

quindi è più

corretto definirli composti naturali piuttosto che metaboliti secondari, perché non sono

di fatto

secondari per la sopravvivenza delle piante!

Sulla base della loro origine biosintetica i prodotti naturali delle piante vengono

suddivisi in 3 gruppi:

1) TERPENOIDI o terpeni o isoprenoidi: comprendono sia metaboliti primari che

secondari. Derivano da un precursore a 5 atomi di C: isopentenil difosfato (IPP). Di

solito inibiscono la divisione cellulare

2) ALCALOIDI: contengono 1 o più atomi di N sintetizzati principalmente a partire da

aminoacidi

3) FENILPROPANOIDI e composti fenolici: possono essere sintetizzati sia dalla via

dell’ACIDO SHIKIMICO o quella del MALONATO/ACETATO. La maggior parte

inibiscono la germinazione dei semi o l’uptake degli ioni

ALLELOPATIA

Alcune piante contrastano la crescita o lo sviluppo di piante circostanti attraverso

l’escrezione di sostanze allelopatiche prodotte da radici, foglie o parti della pianta in

decomposizione

Alcune sostanze però hanno effetti positivi e quindi non sono definite

Eucalyptus

allelopatiche. Ad esempio l’acido fulvico e umico, liberati dall’

camaldulensis, riducono la tossicità da alluminio nel mais. O piante che liberano acidi

che solubilizzano i fosfati, rendendo così disponibili sorgenti di fosfato anche per le

piante circostanti

MECCANISMI CHIMICI DI DIFESA

Molti metaboliti secondari hanno un ruolo importante come deterrenti degli erbivori.

Alcuni erbivori comunque hanno trovato il modo di “superare l’ostacolo” o preferiscono

alcune piante contenenti certi metaboliti secondari (fenomeno di selezione del cibo)

Un esempio di difesa chimica nei vegetali è l’ortica. Toccando la pianta si rompono le

punte di tricomi presenti sulle foglie e sul fusto. Il tricoma rotto ha punta che penetra

la pelle rilasciando il suo contenuto dando dolore e prurito. Contenuto? Forse amine

biogene tra cui la serotonina. L’appetibilità agli erbivori è inversamente proporzionale

al numero di tricomi

I metaboliti secondari coinvolti in azioni deterrenti di erbivori vengono divisi in 2

categorie:

composti qualitativi: TOSSINE presenti di solito a basse concentrazioni, ma

 possono costituire fino al 10% del peso fresco di alcuni semi. Altri esempi:

ALCALOIDI, GLICOSIDI CIANOGENICI, AMINOACIDI NON PROTEICI, GLICOSIDI

CARDIACI, GLUCOSINOLATI, PROTEINE. I loro meccanismi di azione sono molto vari

composti quantitativi: riducono la digeribilità o la palatabilità della fonte di

 nutrimento e costituiscono una buona frazione della biomassa del vegetale stesso.

Sono la maggior parte dei

COMPOSTI FENOLICI (ACIDI FENOLICI, TANNINI, LIGNINA). I tannini riducono la

digeribilità dei tessuti vegetali bloccando l’azione degli enzimi digestivi, legandosi

alle proteine che devono essere digerite o interferendo con l’attività delle proteine

nella parete intestinale. Tannini e lignina “legano” la lingua

Come mai si è evoluta la produzione di composti quantitativi che riducono la

digeribilità, processo che richiede un grande investimento di risorse di carbonio? Ci

sono numerosi erbivori che si sono ben adattati alle sostanze che risultano invece

tossiche per la maggior parte di erbivori. Infatti essi possono metabolizzare la tossina

al punto da utilizzarla come fonte di alimentazione, oppure la accumulano e questo li

protegge dalla stessa. Queste combinazioni di piante tossiche e di animali adattati alle

tossine dà un esempio di COEVOLUZIONE di piante e animali

CELLULA VEGETALE

La cellula è l’unità fondamentale morfologica e funzionale di ogni organismo vivente.

Tutti gli organismi viventi sono costituiti da cellule. Le cellule degli organismi viventi

sono caratterizzate da enorme somiglianza (nel modello di organizzazione

fondamentale, nel metabolismo primario, nel materiale genetico) e da enorme

diversità. Infatti esistono molti tipi diversi di cellule e tali diversità dipendono dagli

organismi cui esse appartengono (batteri, piante, animali) e dalle funzioni che esse

sono programmate per svolgere

Cellula procariotica

è la più semplice in assoluto di piccole dimensioni

 è formata da una parete cellulare esterna, una membrana plasmatica con

 all’interno il citoplasma (acqua + biomolecole disciolte) dove è disciolto il DNA

circolare e dove si trovano i ribosomi (convertono il DNA in proteine)

il DNA, presente in copia unica, non è organizzato in complessi cromosomici e non

 è circondato dalla membrana nucleare

non ha compartimenti intracellulari, non ha nucleo e non ha organelli specializzati

 un insieme di cellule procariotiche formano solo organismi unicellulari come ad

 esempio i batteri. I batteri si dividono per mitosi senza riproduzione sessuale

Cellula eucariotica

ha compartimenti intracellulari, ha nucleo e ha organelli specializzati, delimitati da

 membrane fosfolipidiche, nei quali avvengono cose diverse

il DNA, presente in doppia copia, è organizzato in complessi cromosomici ed è

 circondato dalla membrana nucleare

nel citoplasma compaiono gli organelli



Aspetti comuni tra le 2 cellule: membrana plasmatica, citoplasma, DNA, processi

metabolici fondamentali con caratteristiche comuni

Differenze tra le 2 cellule:

Come si è formata la cellula eucariotica?

1) Modello autogeno = il nucleo, che caratterizza la cellula eucariotica, si forma per

invaginazione della membrana plasmatica i cui lembi si staccano e si specializzano

creando all’interno della cellula l’involucro nucleare. Questo processo provoca

l’aumento della superficie senza alterare il volume della cellula

2) Modello endosimbiontico = la cellula eucariotica si è evoluta come

un’associazione di procarioti tra cui si sarebbero instaurate relazioni di tipo

simbiontico guadagnandoci reciprocamente. I procarioti nelle acque si mangiano

tra loro (i più grandi mangiano i più piccoli) inglobandosi tramite la fagocitosi.

Compaiono gli organelli (mit