Citologia cellule vegetali

COM'È FATTA UNA CELLULA VEGETALE?

Le piante, ma tutti gli organismi viventi, possono essere studiati a più livelli: a livello ecosistemico, oppure a

livello di singolo di individuo, oppure di singolo tessuto, di singola cellula o di singolo organello.

Infatti la botanica raggruppa tutta una serie di scienze che studiano gli organismi vegetali con nomi differenti:

• che studia come le piante si relazionano tra di loro, con l’ambiente e con gli animali

Ecologia vegetale

• che studia come le diverse specie vegetali sono distribuite nei diversi continenti e regioni

Fitogeografia

• che si occupa di catalogare diversi organismi vegetali all'interno dei taxa

Botanica sistematica (gruppi)

• che studia i referti fossili di tipo botanico da cui poi si possono ricostruire parti della storia

Paleobotanica

Botanica sistematica e Paleobotanica lavorano a livello di individuo o di specie.

• studia quali sono i diversi tessuti che costituiscono i vari organi

Anatomia vegetale

• che studia come funziona la pianta, tutti i processi ecc..

Fisiologia vegetale

• che si occupa di quello che è la struttura delle singole cellule.

Citologia vegetale

Per studiare le cellule lo strumento più utilizzato è il microscopio. La cellula vegetale è al limite della visione ad

occhio nudo; ci stanno però alcune cellule vegetali grosse che quasi si possono vedere ad occhio nudo.

Le cellule animali sono più piccole e questo fa capire che la cellula, per la prima volta, è stata osservata nelle

piante e i primi citologi erano quasi tutti botanici. Quando vengono sviluppati i microscopi si può arrivare a

vedere alcuni organuli cellulari mentre invece non si possono andare a vedere strutture molecolari.

I primi citologi quindi erano tutti botanici poiché le cellule vegetali erano grandi ed erano più grandi da

osservare. Uno dei più grandi botanici scrisse un libro "The Cell in Development and

Edmund Beecher Wilson

Heredity” dove scrisse questa frase "gia da molto tempo è evidente che la chiave di ogni problema biologico alla

fine deve essere vista nella cellula"; quindi noi possiamo capire gran parte dei problemi che ha un essere

biologico andando a studiare la cellula, ciò è valido non solo nelle piante ma anche negli animali.

Come sappiamo tutti gli organismi viventi sono costituiti da cellule. Sia le alghe microscopiche che gli organismi

più grandi vegetali che si conoscono sono costituiti da cellule vegetali. Se gli organismi sono costituiti da una sola

cellula quella cellula ovviamente deve svolgere tutte le funzioni di quell’organismo, così come se gli organismi

sono pluricellulari ma sono Tallofite la maggior parte delle cellule

(quindi le cellule non si sono differenziate)

svolgono tutte le funzioni dell’organismo e quindi devono assorbire l’acqua, devono sintetizzare, devono

espellere sostanze che non servono, devono nutrirsi, respirare, riprodursi, ecc…

Invece negli organismi pluricellulari dove si ha un grado elevato di differenziamento le cellule si specializzano a

fare una o poche funzioni; più cellule specializzate si organizzano a formare dei tessuti. Questi tessuti sono delle

vere e proprio cooperative di cellule che svolgeranno una particolare funzione. Questi tessuti a loro volta si

organizzano a formare degli che hanno anche loro delle funzioni specializzate.

organi

Ovviamente l'organizzazione corretta di tutte queste parti è fondamentale per la vita

(cellule, tessuti, organi)

dell'organismo stesso. Certe volte insorgono delle mutazioni che, alterando alcune di queste interazioni tra

cellule, tessuti o organi, rendono quella pianta o totalmente incapace di vivere oppure possono creare dei

problemi molto seri alla sua sopravvivenza.

LA CELLULA VEGETALE

Le cellule sono state scoperte nel 1665 dal fisico . I fisici erano quelli che sapevano costruire lenti e

Robert Hooke

proprio con queste lenti iniziarono ad osservare delle cose della natura. Una delle prime cose che Hooke osservò

erano delle sottili sezioni di sughero che disegnò fedelmente. Vide che le sottili sezioni di sughero presentavano

tante piccole cellette e subito questa disposizione a celle fece ricordare a Robert le stanze dove i monaci

vivevano e allora decise di chiamare queste strutture . Quello che lui in realtà stava

cellule (in latino piccola stanza)

osservando erano le cellule del sughero ma il sughero è un tessuto che a maturità è morto. Quindi ciò che

Giorgia Arcadi

osservava erano cellule morte e di esse vedeva solo la parete esterna perché le cellule vegetali sono rivestite,

esternamente alla membrana, da una parete rigida che è l'unico compartimento cellulare che rimane dopo che

esse muoiono.

Successivamente anche altri studiosi iniziarono ad osservare con questi microscopi materiali di vario tipo. Nel

1673, per esempio, veniva invitato nelle corti e mostrava alle persone le cose che osservava

Antoni van Leeuwer

al microscopio; faceva vedere le cose più assurde come materiale vegetale, tartaro dei denti, iniziò ad osservare

anche il sangue e vide i globuli rossi, le acque stagnanti nelle quali vide che ci sono degli organismi che si

muovono, vede per la prima volta gli spermatozoi che considerava animaluncoli.

Un passo successivo fu fatto nel 1830 quando Theodor Schwann guardò la cartilagine degli animali e scoprì che

anche essa erano formata da cellette e iniziò a ipotizzare che le cellule sono gli elementi costitutivi fondamentali

di piante e animali. Contemporaneamente nel 1839 Matthias Schleiden arriva alle stesse conclusioni; inizia a

capire che queste cellule non erano una prerogativa del sughero ma anche degli organismi viventi.

Nel 1860 Rudolf Virchow afferma che le cellule sono le unità vitali degli esseri viventi aggiungendo anche che

ogni cellula deriva da un'altra cellula. Tutti questi studi di microscopia e le varie osservazioni effettuate

permettono di formulare la che ha 3 principi fondamentali:

teoria cellulare

Tutti i viventi sono formati da una o più cellule

o Le cellule sono le unità fondamentali di tutti gli organismi viventi

o Tutte le cellule derivano da altre cellule

o

PERCHÉ LE CELLULE SONO PICCOLE?

La prima ragione è che se la cellula aumenta notevolmente la sua superficie contemporaneamente aumenta il

suo volume interno. In poche parole l'aumento della superficie non è proporzionale a quello del volume.

Il rapporto superficie/volume è importante perché permette di capire quanto una cellula può scambiare con

l'ambiente esterno. Se la cellula ha un ridotto rapporto superficie/volume, quindi ha un enorme volume interno

ma ha poca possibilità di scambiare con l'ambiente esterno e ciò lo deve fare per assorbire nutrienti ma deve

anche espellere quelle sostanze tossiche che produce. Quindi un aumento di superficie determina una maggiore

possibilità di scambi con l’esterno, mentre un maggiore volume corrisponde ad un aumento di necessità della

cellula. Via via che la cellula diventa grande non riesce più a scambiare sufficientemente con l’ambiente esterno.

Infatti gli organismi unicellulari molto grossi hanno risolto il problema andando a diventare molto piatti in modo

da minimizzare il volume a favore della superficie di scambio. Una cellula molto grande non riuscirebbe a

scambiare efficientemente con l’ambiente esterno e non riuscirebbe neanche a regolare la propria omeostasi.

Quindi una cellula molto grande morirebbe perché non può smaltire i rifiuti e non può nutrirsi. Per risolvere

questo problema alcune membrane iniziano a ripiegarsi su se stesse formando ad esempio delle creste .

(cr. mito.)

Ci sono cellule con morfologie molto differenti tra loro. Per esempio la famosa alga killer “ ” è

Caulerpa taxifolia

costituita da un’unica cellula plurinucleata ma sviluppa un’enorme superficie. Le dimensioni della cellula non

hanno niente a che vedere con le dimensioni dell'individuo; ciò che cambia tra un organismo grande e uno

piccolo è il numero delle cellule.

Le cellule possono essere distinte in cellule:

• Procariote (pro carion) significa prima del nucleo. Le cellule procarioti mancano sia del

Procarioti à

nucleo che di tutti i sistemi di endomembrane interni, quindi non hanno organelli, hanno solo la

membrana plasmatica, possono avere la parete di tipo batterico, grampositiva e gramnegativa.

• Eucariote (eu carion) significa vero nucleo. Le cellule eucariote hanno invece il nucleo, un

Eucarioti à

sistema di membrane interne sviluppato che delimita molto spesso degli organelli cellulari

funzionalmente specializzati.

Giorgia Arcadi

CELLULA PROCARIOTA Una tipica cellula procariota è per esempio il

. Esso può avere delle strutture di

Batterio

movimento come flagelli e ciglia, presenta

una membrana plasmatica e presenta una

parete molto diversa da quella delle piante

perché è di tipo batterico. Queste cellule

possono essere avvolte da capsule di varia

natura e

(molto spesso mucillagenosa)

all'interno presentano il materiale genetico

libero, quindi non racchiuso nel nucleo ma

disperso nel citoplasma. Nel citoplasma si

trovano i ribosomi, importanti per la sintesi

proteica, e poi si possono avere dei pili con

funzione di movimento oppure dei pili

specializzati.

Tipiche cellule procariote vegetali sono i

Cianobatteri che sono le uniche cellule

procariote studiate in botanica. Oltre a questi ci sono anche gli Archeobatteri ed Eubatteri e tutti questi

organismi procarioti fanno parte del Regno delle Monere. Si tratta di singole cellule delimitate da

membrana plasmatica che può presentare delle invaginazioni per aumentare la superficie di scambio, sono prive

di qualsiasi altro organulo, fatta eccezione dei ribosomi perché devono fare la sintesi proteica. Sono di piccole

dimensioni tanto che sono al limite della visione al microscopio ottico. Svolgono una serie di funzioni cellulari

che sono effettuate da una serie di complessi enzimatici molto simili a quelli delle cellule eucariotiche ma che

invece di essere compartimentalizzati nei diversi organelli si trovano nel citosol oppure sulla membrana

plasmatica. Il materiale genetico molto spesso è costituito da DNA circolare e non è

(in alcuni casi lineare)

racchiuso nel nucleo ma molto spesso è condensato in una regione del citoplasma detta nucleoide.

I Cianobatteri sono procarioti autotrofi azotofissatori cioè rendono disponibile l'azoto presente nell'atmosfera

per le piante. Presentano una membrana plasmatica che forma delle invaginazioni che si dispongono in modo

concentrico nella cellula e formano le cosiddette tiracoidali. Immerse nelle membrane tiracoidali ci

membrane

sta la clorofilla a (presente in tutti gli organismi fotosintetizzanti) insieme ad altri pigmenti che sono ficobiline

(ficocianina) e tutti questi pigmenti sono formati a formare i .

ficobilisomi (strutture che permettono la fotosintesi)

Presentano una parete di tipo batterico gramnegativo, quindi hanno una parete interna ed una esterna, e queste

2 membrane contengono in mezzo uno strato di peptidoglicano.

Altra differenza è che come sostanza di riserva accumulano glicogeno e non amido; il glicogeno è un polimero

sempre formato da glucosio che è il tipico polimero di riserva che si trova nei muscoli dell'uomo, dei mammiferi.

Sono organismi coloniali cioè formano colonie molto spesso filamentose e al loro interno possono esserci delle

cellule che si specializzano. Per esempio ci sono l’eterocisti e gli che sono specializzati nella fissazione

acineti

dell'azoto o che funzionano da strutture di resistenza, cioè formano una parete molto più spessa e possono

rimanere in quiescenza quando le condizioni ambientali non permettono a queste cellule di vivere.

Riprenderanno poi a vivere nel momento in cui le condizioni ambientali ritornano ottimali.

Giorgia Arcadi

CELLULA EUCARIOTA

Le cellule eucariotiche si trovano in tutti gli

altri organismi che non fanno parte del Regno

delle Monere quindi Protisti, Protozoi, le

piante superiori, i Funghi, le Briofite, ecc….

Nelle piante queste cellule possono avere

delle dimensioni molto grandi. La principale

differenza, dalle cellule procariote, è che

presentano il nucleo al cui interno è racchiuso

il materiale genetico. Il nucleo presenta una

doppia membrana, una interna ed una

esterna in comunicazione fra di loro

attraverso i pori nucleari. Forma un organulo

che è in continuità con il RE attraverso le

costrizioni. Oltre al nucleo queste cellule

presentano diversi organelli: lisosomi, RE, mitocondri, l’apparato di Golgi, centrioli, ecc e tutti questi organelli

sono immersi nel citoplasma e ognuno svolge una funzione specializzata. Non necessariamente tutte le cellule

devono presentare tutti gli organelli; alcune mancano del nucleo altri presentano più nuclei, altre hanno delle

strutture che permettono la mobilità.

EUCARIOTI: CELLULA VEGETALE Nella cellula vegetale ci sono alcuni

compartimenti e organelli in più: c'è sempre il

nucleo, RE sia liscio che rugoso, i mitocondri,

l'apparato del Golgi. Però oltre a questi organelli

comuni alle cellule animali ci stanno alcuni

organelli peculiari: i che possono essere

plastidi

in numerosi, i e poi un compartimento

vacuoli

esterno che è la cellulare. Poi ci sono

parete

anche altri organelli peculiari della cellula

vegetale che sono i che in alcune

perossisomi

cellule sono detti gliossisomi.

Altra caratteristica è che la parete si

estende intorno alla membrana plasmatica e la

contiene. Le pareti di 2 cellule adiacenti sono a

contatto fra di loro e sono unite da delle

perforazioni nella parete rivestite di membrana,

quindi dei ponti citoplasmatici, detti

plasmodesmi. Grazie alla presenza di questi ponti

tutti i citoplasmi delle cellule vegetali sono

interconessi fra di loro nello stesso individuo e questa unione dei citoplasmi è detta simplasto. Il simplasto fa da

contorno ad un altro spazio esterno alle cellule (cioè quello costituito da tutte le pareti e da tutti gli spazi tra una cellula

che è detto .

apoplasto

e l’altra) (spazio esterno a tutte le cellule di un individuo)

Giorgia Arcadi

Le diverse cellule sono delimitate da una membrana plasmatica, lipidica e semipermeabile, detta anche

che essendo semipermeabile costituisce una barriera alla diffusione di tante sostanze solubili in

plasmalemma

acqua. Quindi i diversi soluti per poter entrare nel simplasto devono attraversare la membrana plasmatica che

fungerà da barriera e permetterà di decidere ciò che deve entrare da ciò che non deve entrare.

Anche gli organelli interni sono delimitati da una o più membrane che però sono differenti da quella plasmatica

poichè si sono specializzate a svolgere particolari funzioni. Non solo, anche nello stesso organello quando sono

presenti 2 diverse membrane, molto spesso, sono differenti funzionalmente. Per esempio la membrana esterna

dei mitocondri è molto più permeabile di quella interna che si organizza a formare le creste mitocondriali e su

queste creste ci sono le catene di trasporto elettronico.

Tutti questi organelli sono immersi nel citoplasma e il citoplasma è formato da una sostanza gelatinosa, più o

meno liquida, che supporta tutti gli organelli detta citosol.

SCHEMA RIASSUNTIVO ORGANELLI CELLULE ANIMALI, VEGETALI E PROCARIOTI

Struttura Procarioti Piante Animali

Nucleo - + +

Membrana nucleare - + +

Nucleolo - + +

Nucleoide + - -

Reticolo endoplasmico - + +

Ribosomi + + +

Membrana plasmatica + + +

Citoscheletro - + +

Mitocondri - + +

Microcorpi - + +

Apparato di Golgi - + +

Plastidi - + -

Vacuolo - + -

Tonoplasto - + -

Parete cellulare + + -

Differenza importante tra cellula animale e vegetale è che nella cellula animale sono presenti i centrioli mentre

nella vegetale no. Ciò è importante perché i centrioli servono per l’organizzazione del fuso mitotico. Il fuso

mitotico, nelle cellule vegetali, si organizzerà da altri centri di organizzazione microtubulare che si troveranno

sulla membrana nucleare.

Giorgia Arcadi CICLO CELLULARE CELLULE VEGETALI

Le cellule vegetali vanno incontro ad un processo di e considerato che sono in grado di dividersi sono

citodieresi

delle cellule embrionali. Vuol dire che le cellule adulte nel momento in cui si sono differenziate in un tessuto

adulto non sono, di solito, più in grado di dividersi. Nelle cellule vegetali, però, anche le cellule adulte possono

riacquisire la capacità di dividersi. In generale le cellule che si dividono sono embrionali cioè sono cellule giovanili

indifferenziate che costituiscono un tessuto detto meristematico. Queste cellule andranno incontro ad un

accrescimento embrionale, poichè nel momento in cui la cellula madre si divide in 2 cellule figlie è ovvio che le

cellule figlie sono più piccole della madre. Quindi queste cellule figlie vanno ad accrescersi per riacquisire le

dimensioni della cellula madre. Una volta raggiunte queste dimensioni potranno tornare a dividersi rimanendo

sempre cellule meristematiche.

Il ciclo cellulare è costituito da più fasi:

• dove le cellule dopo la divisione vanno incontro all’accrescimento embrionale e quindi

Fase G à

1

sintetizzano materiali, in particolare nuove membrane, citosol. Questa fase è quella che riporterà al

ripristino delle dimensioni delle 2 cellule figlie fino a diventare di dimensioni normali. Una volta

raggiunte le dimensioni normali inizia la preparazione alla nuova divisione; quindi si ha la fase S.

• in cui si ha la duplicazione del materiale genetico.

Fase S à

• in cui la cellula si prepara alla fase vera e propria di mitosi.

Fase G à

2

• cioè