Appunti di Botanica con immagini (parte 1)

Il ruolo dei ROS nella parete cellulare

H₂O₂ e lo ione superossido (O₂^2-) sono specie utilizzate per rafforzare la parete cellulare. I ROS vengono utilizzati dalle perossidasi e dalle laccasi come molecole per attivare la biosintesi di monolignoli, i monomeri della lignina. Inoltre, vengono utilizzati nella formazione di legami crociati tra HRGP (Hydroxyprolin Rich GlycoProteins).

I ROS vengono anche impiegati per combattere i patogeni che possono infiltrarsi all'interno della cellula. Grazie al loro potere citotossico, agiscono direttamente sull'agente patogeno. Tuttavia, se i ROS vengono prodotti in eccesso, possono causare la morte della cellula. Questo può essere un meccanismo di difesa, in cui la pianta cerca di isolare la regione attaccata uccidendo completamente la cellula. In questo caso, è necessario che i plasmodesmi siano completamente chiusi e che il callosio venga prodotto in quantità adeguata.

tali da chiudere completamente i plasmodesmi impedendo al batterio il passaggio nelle cellule adiacenti.

PARETE CELLULARE E IMPIEGHI COMMERCIALI

Carta, tessuti, fibre (cotone, lino, canapa, ecc.); legna e derivati del legno; fonte di fibra nell'alimentazione umana e animale.

MODIFICAZIONI CHIMICHE DELLA PARETE

Le cellule dei tessuti tegumentali (foglie, fiori, ecc.) hanno pareti modificate per essere impermeabili all'acqua ed anche proteggere dalle aggressioni chimiche e dagli attacchi di agenti patogeni. In particolare, hanno una cuticola al di sopra della parete cellulare, formata da più strati:

• Cere di superficie, delle creste sulla superficie;
• Cuticola propria, la zona sottostante le cere di superficie, composta da cutina + cere;
• Strato cuticolare, contiene cutina + cere + pectina;

La cutina sono dei poliesteri a maglia tridimensionale di ossiacidi, acidi grassi e acidi epossidici; è quindi idrofoba e lipofila. Le cere sono miscele di idrocarburi a catena lunga.

edesteri di acidi grassi, sono quindi moltoidrofobiche e impermeabili all'acqua. Cere ecutine interagiscono tra loro formando legamiidrofobici.Questi tre strati insieme costituiscono la cuticola.Al di sotto troviamo la parete cellulare e poi la membrana plasmatica.Trasporto di cere dal RE alla MP :I precursori delle cere vengono sintetizzati a livello del RE e poi devono raggiungerel'esterno, al di là della parete cellulare. Ci sono due modelli/ipotesi con i quai avviene iltrasporto:

1. Golgi mediato: il trasporto avviene attraverso l'apparato del Golgi e poi attraversole vescicole che si originano dal trans Golgi Network: che raggiungono la membranaplasmatica e rilasciano il loro contenuto lì (quindi le cere). Una volta raggiunta laparete, le cere, cercheranno di raggiungere l'esterno essendo idrofobe (la parete èpiena di acqua).
2. Trasferimento diretto tramite dei punti di contatto: questi punti di contatto sistabiliscono tra il RE e la

membrana plasmatica, come se si generassero delle portetemporanee, per cui i prodotti sintetizzati nel RE vengono trasferiti direttamente allamembrana plasmatica e poi passano all'esterno sempre perché sono idrofobe.

Trasporto di cutina dal RE alla MP: i meccanismi sono simili, potrebbe esserci un punto di contatto (1) tra il RE e la MP e il punto di contatto fa sì che i monomeri di cutina vengano trasportati all'esterno.

Un altro meccanismo potrebbe essere attraverso le vescicole che si generano dal RE, dette lipid droplets, al cui interno ci sono i monomeri che raggiungono la membrana plasmatica dove vengono rilasciati dalle lipid droplets.

Il terzo meccanismo prevede l'interazione dei monomeri con una proteina solubile carrier, che fa da navetta tra il RE e la MP: prende i monomeri e li porta verso la membrana plasmatica dove li rilascia.

Suberina: L'impermeabilizzazione della parete può essere attuata anche mediante la deposizione di suberina: la

suberina è formata da poliesteri di acidi grassi, alcoli e ossiacidi, con componenti fenoliche. Viene depositata in tante lamelle e si può formare in reazione a ferite. Ha una funzione di difesa, tipica dei tessuti tegumentali di origine secondaria e degli elementi esterni del fusto, ma può essere presente anche in altre zone.

Lignina: è un polimero di natura fenolica molto complesso che si forma nella parete cellulare e forma legami covalenti con la cellulosa e gli altri polisaccaridi della matrice. Il processo di lignificazione avviene lungo le fibrille di cellulosa e coinvolge progressivamente tutta la parete e può portare anche alla morte cellulare.

La lignificazione della parete è usata sia come mezzo di difesa contro gli attacchi sia per aumentare la resistenza meccanica della parete nei tessuti secondari oppure nella banda del Caspary dove va a impermeabilizzare le pareti laterali delle cellule dell'endoderma per bloccare la via apoplastica. Inoltre,

Riduce la digeribilità per gli erbivori e rallenta la crescita dei patogeni. Si verifica in risposta a infezioni e ferite.

Deposizioni di minerali: SiO₂ (silicati), CaCO₃ (carbonato di calcio) e l'ossalato di calcio.

Questi cristalli si possono accumulare nella parete cellulare, e in alcuni casi anche nel vacuolo. La deposizione di cristalli di Calcio è comune soprattutto nelle gimnosperme; nelle angiosperme invece si depositano in alcuni tipi di cellule specializzate, per esempio le ninfee che hanno delle astrosclereidi.

I cristalli a volte vengono depositati anche in molti funghi.

Silicati: si trovano soprattutto nelle graminacee, depositati o a livello delle foglie tra ipori della parete cellulare oppure nell'endoderma.

Carbonato di calcio: il cristallo viene depositato all'interno della parete cellulare. La cellula vede il cristallo come un agente esterno, vuole isolarlo.

e quindi cerca di apporre parete secondaria attorno ad esso e lo circonda. Ossalato di calcio: nelle ninfee, per esempio, vengono secreti questi cristalli all'esterno della parete e la pianta cerca di isolarli perché li riconosce come agenti esterni e comincia ad apporre sia parete secondaria che primaria e forma delle strutture simili a delle stelle chiamate astrosclereidi (principalmente parete secondaria). VACUOLO Il vacuolo è un compartimento cellulare (o organulo cellulare) delimitato da una membrana ricca di fosfolipidi e proteine. La membrana che circonda il vacuolo è definita tonoplasto. Come nella membrana plasmatica, anche sul tonoplasto ci sono un sacco di proteine, integrali o periferiche, tra cui le acquaporine: proteine molto importanti perché regolano il flusso di acqua all'interno del vacuolo. La parola vacuolo deriva dal latino vacuum (=vuoto), coniata dal francese Dujardin che osservando dei protozoi notò questi spazi vuoti (privi di).

Il vacuolo è uno dei compartimenti sub-cellulari più grandi e può occupare fino al 90% del volume totale della cellula.

FM4-64, è un marcatore fluorescente che diventa fluorescente quando è in un ambiente idrofobico (per esempio quando lega i lipidi); quindi, si dà questo marcatore ad una pianta: la si immerge in un liquido con il marcatore che inizia a legarsi raggiungendo la membrana plasmatica e la inizia a colorare. Siccome le cellule vegetali sono caratterizzate da dei processi di endocitosi, questo marcatore inizia per via endocitica a raggiungere il vacuolo. Poi inizia a fondersi con il tonoplasto e possiamo visualizzare il vacuolo.

L'interno del vacuolo viene detto lume vacuolare: il volume racchiuso all'interno del tonoplasto.

I vacuoli sono il corrispondente dei lisosomi nella cellula animale; quindi, come i lisosomi fanno parte del citoplasma anche il vacuolo fa parte del citoplasma.

Il vacuolo fa sì che la porzione restante di citoplasma venga confinata in un sottile strato periferico. Nelle cellule vegetali i vacuoli sono estremamente importanti per la crescita e lo sviluppo e influenzano importanti funzioni cellulari come la fotosintesi, la respirazione e la traspirazione. Nelle cellule di guardia, ad esempio, modulano la morfologia del vacuolo per aprire o chiudere lo stomata, regolando così l'entrata o l'uscita di CO2 e ossigeno e influenzando la fotosintesi. Un'altra funzione importante è quella delle crassulacee (piante grasse) di accumulare CO2 sotto forma di acido malico. La CO2 passa dagli stomi e viene portata all'interno della cellula, finendo nel vacuolo. All'interno del vacuolo viene fissata come acido malico e durante il giorno viene utilizzata nei processi di fotosintesi, a livello dei cloroplasti, per produrre materiale organico.

VACUOLI DI 2

TIPI In passato, si riteneva che un singolo vacuolo svolgesse contemporaneamente più funzioni, ma è ormai chiaro che esistono due tipi di vacuoli: i vacuoli di riserva contenenti proteine di riserva sintetizzate nel RE e poi immagazzinate tipicamente nel seme, ed il vacuolo litico caratterizzato dalla presenza di proteasi attive. ACQUAPORINE Sul tonoplasto sono presenti una famiglia di proteine chiamata TIP (Tonoplastic Intrinsic Proteins). Le TIP sono una sottofamiglia delle acquaporine: proteine che costituiscono piccoli canali che facilitano il passaggio attraverso le membrane di acqua e piccoli soluti privi di carica e gas. Le diverse isoforme delle TIP sono classificate in 5 sottogruppi, e i diversi compartimenti vacuolari sono contraddistinti da una specifica dotazione di TIP. In particolare: il vacuolo litico è caratterizzato dalle gamma-TIP; il vacuolo di riserva dalle alfa e delta-TIP. Grazie a queste proteine è stato possibile distinguere i diversi tipi divacuoli. Alcune TIP sono anche specifiche di alcuni tessuti: delta e epsilon sono espresse nelle cellule delle radici; gamma e delta nelle cellule del fiore. Primo modello proposto per la biogenesi del vacuolo: Ipotesi GERL (perché comprende Golgi, RE, elisosoma (inteso come vacuolo litico)): in questo modello (del 1978) si ipotizzava che i vacuoli originassero in seguito alla fusione di un sistema di endomembrane provenienti o dal RE o dal TransGolgi: queste membrane formavano delle vescicole che potevano racchiudere una porzione di citoplasma. Il citoplasma poi veniva digerito da enzimi lisosomiali e si formava così il vacuolo litico. In questo modello, nel Golgi non è rappresentato il Trans Golgi network (immagine), perché allora non era ancora stato scoperto.