Appunti di Botanica Generale I

L'ATP: l'energia necessaria per le attività biosintetiche della cellula

L'energia necessaria alle attività biosintetiche della cellula viene fornita per la maggior parte dagli ATP. L'ATP è composto da un'adenina, uno zucchero (ribosio) e 3 gruppi fosfato. I 3 gruppi fosfato sono legati fra loro da legami fosfoanidridici e allo zucchero con legame fosfoestere.

Ogni reazione chimica e la sua direzione è determinata dalla differenza di energia libera presente fra reagenti e prodotti. La variazione di energia libera è indicata con ∆G. Se la variazione è negativa, la reazione sarà esoergonica e andrà in direzione dei prodotti; tuttavia, gran parte delle reazioni soprattutto biosintetiche sono endoergoniche. In queste reazioni gli elettroni dei legami presenti nei prodotti sono ad un livello energetico più alto rispetto a quello degli elettroni nei legami delle molecole dei reagenti. (L'energia potenziale del prodotto è più alta rispetto a quella dei reagenti).

reagenti) Questa apparente violazione della II legge dellatermodinamica viene aggirata attraverso reazioni accoppiate (reazioni endoergoniche associate a reazioniesoergoniche con un risultato netto esoergonico, cioè che fornisce energia). Intermediari di queste reazioniaccoppiate sono le molecole di ATP. Gli enzimi che catalizzano l'idrolisi di ATP per il distacco dei fosfati sonole ATPasi. L'ATP idrolizzato ad ADP per mezzo di questo enzima rilascia energia libera, una reazionefortemente esoergonica (7,3 kcal/mole di ATP idrolizzato) in condizioni standard. La rimozione di unsecondo gruppo fosfato, con la formazione di AMP rilascia quantità equivalenti di energia. L'elevata energialibera negativa liberata dall'idrolisi del legame fosfoanidridico è dovuta alle stabili e localizzate carichenegative sui 3 gruppi fosfati. In molte reazioni che richiedono ATP, il gruppo fosfato non vienesemplicemente rimosso ma viene legato ad un'altra

molecola in un processo chiamato “fosforilazione”. Glienzimi che catalizzano la fosforilazione si chiamano “chinasi”. Prendiamo in considerazione la sintesi disaccarosio nelle canne da zucchero: reazione che necessita di glucosio, fruttosio, energia per formaresaccarosio e acqua. Una reazione endoergonica che richiede energia. Se accoppiata all’idrolisi di ATP adADP la sintesi di saccarosio diventa esoergonica, cioè libera energia: due molecole di ATP diventano ADPper fosforilare glucosio e fruttosio, fornendo loro energia. Glucosio fosfato e fruttosio fosfato vengono unitiper idrolisi dei fosfati, ottenendo cosi saccarosio + 2 fosfati. La cellula ottiene 14,6 kcal da ATP per unirechimicamente i due monosaccaridi (impiegando 5,5 kcal) e con i restanti 9,1 kcal permette alla reazione diavvenire, dissipandone in realtà una parte come calore.

Ciclo cellulareLe cellule sono le unità fondamentali degli esseri viventi, sia dal punto di vista strutturale,

Che da quello funzionale. Il principio per cui tutti gli organismi sono composti da più o meno cellule ta alla base della teoria cellulare. La teoria cellulare afferma quindi che: il corpo delle piante/animali è formato da un'aggregazione di singole cellule differenziate; le attività del corpo nella sua interezza sono strettamente dipendenti dall'attività delle singole cellule, che quindi assumono importanza preponderante. La teoria degli organismi invece afferma che: assume primaria importanza l'organismo nella sua interezza, piuttosto che le singole cellule; piante ed animali pluricellulari vengono considerati non solo come un insieme di unità indipendenti, ma come una massa di protoplasma che, nel corso dell'evoluzione, si è suddivisa in cellule. Questa teoria si adatta bene alle piante, perché durante la loro divisione cellulare i protoplasti non vengono separati per strozzamento ma grazie all'inserimento di una

La piastra cellulare è una struttura presente nelle cellule vegetali che si trova esternamente alla membrana plasmatica. Questa struttura è composta principalmente da cellulosa e ha la funzione di fornire supporto e protezione alla cellula.

Le cellule vegetali sono caratterizzate anche dalla presenza di una parete cellulare primaria, che si forma durante la crescita della cellula. Questa parete è composta principalmente da cellulosa, emicellulose e pectine ed è responsabile della forma e della resistenza meccanica della cellula.

Inoltre, la separazione non è mai completa perché le cellule vegetali rimangono interconnesse per mezzo di canali citoplasmatici chiamati plasmodesmi. Le interconnessioni formano quindi un unico organismo chiamato simplasto, costituito da protoplasti uniti da plasmodesmi.

Robert Hooke, osservando sughero al microscopio ottico, ha potuto apprezzare che i tessuti vegetali presentano piccole cavità separate da pareti, che egli chiamò cellule (piccole camere). Schleiden poi concluse affermando che i tessuti vegetali si componevano di cellule disposte in insiemi organizzati. Schwann estese le osservazioni ai tessuti animali, confermando la teoria di Schleiden per tutti gli organismi. L'origine della teoria cellulare risale quindi a Schleiden/Schwann. Il patologo Virchow concluse esprimendo il concetto generale per cui le cellule possono originarsi solamente da cellule preesistenti, affermando quindi quella forte relazione che lega le cellule.

attuali e i suoi organismi con le cellule primitive che apparvero sulla Terra 3,5 miliardi di anni fa. Procarioti ed Eucarioti Procarioti ed eucarioti sono i due diversi gruppi di organismi, sulla base della cellula/e che li compongono. Questi due termini derivano da karyon (nucleo). Pro-karyon (prima del nucleo), Eu-karyon (con il nucleo). Questa è la differenza principale fra cellule procariote (con un nucleo non delimitato da una membrana nucleare, immerso nel citoplasma e chiamato nucleolo) ed eucariote (con un nucleo delimitato da membrana nucleare). Il nucleo è ovviamente la sede del materiale genetico (DNA) della cellula. Nei procarioti il DNA si presenta come cromosoma batterico, situato in una regione detta nucleoide (la maggior parte dei procarioti ha un solo cromosoma batterico). La cellula procariote è priva di organelli specializzati. Nelle cellule eucariotiche i cromosomi sono circondati da un involucro composto da due membrane (parete nucleare); il DNA

è lineare, avvolto attorno a speciali proteine dette istoni, impacchettato a formare lacromatina, componente dei cromatidi e quindi dei cromosomi. Nelle cellule eucariotiche lacompartimentazione (cioè la presenza di membrane) è osservabile al microscopio ottico utilizzando mezzidi contrasto che mettono in evidenza l’aspetto scuro-chiaro-scuro delle membrane cosiddette “semplici”,cioè membrane che presentano due sottili strati esterni scuri che delimitano uno strato interno chiaro.

La cellula vegetale: una visione d’insieme

La cellula vegetale si compone di un protoplasto e di una parete cellulare. Il protoplasto è il contenuto dellacellula, cioè la materia vivente. Il protoplasto forma l’unita di protoplasma della cellula, composta da nucleoe citoplasma. Il citoplasma contiene diversi organelli delimitati da membrane (cloroplasti e mitocondri),sistemi membranosi (reticolo endoplasmatico e apparato del Golgi),

organelli privi di membrana (ribosomi, actine e microtubuli). Il resto del citoplasma è la matrice citoplasmatica, cioè il citosol. Il citoplasma è delimitato da una membrana singola, la membrana plasmatica. Questa svolge numerose funzioni:

1. Separa e protegge il protoplasto dall'ambiente esterno;
2. Regola gli spostamenti delle sostanze in entrata e in uscita dal protoplasto;
3. Coordina sintesi e assemblaggio delle microfibrille di cellulosa che compongono la parete cellulare;
4. Capta i segnali ormonali coinvolti nella crescita e differenziazione cellulare.

Le cellule vegetali, a differenza di quelle animali, formano nel loro citoplasma delle cavità contenenti liquido dette vacuoli, delimitate da una membrana singola detta tonoplasto. Nella cellula viva, il citoplasma di natura liquida è sottoposto a continue correnti che spostano gli organelli al suo interno e sono dette correnti citoplasmatiche o "ciclosi"; queste facilitano gli scambi.

di forma circolare permettono il passaggio di molecole e proteine tra il nucleo e il citoplasma. Il nucleo contiene anche un nucleolo, una regione densa e sferica all'interno del nucleo. Il nucleolo è responsabile della sintesi e dell'assemblaggio dei ribosomi, che sono le strutture responsabili della sintesi delle proteine. Le altre strutture presenti nel citoplasma includono il reticolo endoplasmatico, l'apparato del Golgi, i lisosomi e le vescicole. Il reticolo endoplasmatico è una rete di tubi e sacchetti membranosi che svolge diverse funzioni, tra cui la sintesi delle proteine e la produzione di lipidi. L'apparato del Golgi è coinvolto nel processo di modificazione, imballaggio e trasporto delle proteine. I lisosomi sono organelli che contengono enzimi digestivi e sono responsabili della degradazione dei materiali cellulari. Le vescicole sono piccole sacche membranose che svolgono diverse funzioni, tra cui il trasporto di molecole all'interno della cellula. Infine, le cellule eucariotiche possono contenere anche organelli specializzati come i cloroplasti nelle cellule vegetali, che sono responsabili della fotosintesi, e i mitocondri, che sono responsabili della produzione di energia attraverso la respirazione cellulare. In conclusione, le cellule eucariotiche sono caratterizzate dalla presenza di un nucleo ben definito e da una serie di organelli che svolgono diverse funzioni all'interno della cellula. Queste strutture lavorano insieme per garantire la sopravvivenza e il corretto funzionamento della cellula.

Le strutture nucleari non sono semplici, ma complesse. Sono il più grande complesso sopra-molecolare della cellula eucariotica. La membrana esterna dell'involucro nucleare è collegata al reticolo endoplasmatico, un sistema di membrane importante per la sintesi di molecole necessarie alla cellula. L'involucro nucleare diventa quindi anche una componente differenziata e specializzata del reticolo endoplasmatico. Se opportunamente trattata, la matrice nucleare (nucleoplasma) della cellula mette in evidenza delle strutture filamentose e granulose, la cromatina. La cromatina è composta da DNA avvolto in proteine (principalmente istoni). Durante la divisione cellulare, la cromatina si condensa, mettendo in evidenza la struttura dei cromosomi al microscopio ottico. Nelle cellule non in divisione, i cromosomi appaiono attaccati alle pareti interne dell'involucro nucleare. Le cellule eucariotiche hanno più DNA rispetto a quelle procariotiche.

Le diverse specie di organismi si differenziano per il numero di cromosomi presenti nelle loro cellule somatiche. Le cellule riproduttive, chiamate gameti o meiospore, presentano invece metà del patrimonio genetico della cellula somatica. Il numero dei cromosomi della cellula somatica è detto diploide; quello dei gameti è detto aploide. Le cellule che hanno invece più di un corredo di cromosomi sono dette "poliploidi". Al M.O. le uniche strutture visibili in maniera distinta sono i nucleoli, di forma sferica. I nucleoli contengono RNA e proteine, insieme a grandi anse di DNA che fuoriescono da alcuni cromosomi. Queste anse di DNA sono gli organizzatori nucleolari, cioè i luoghi nei quali avviene la formazione delle subunità maggiori e minori che compongono i ribosomi, cioè le sedi della sintesi proteica. Queste subunità escono poi dal nucleo attraverso i pori per essere assemblate in ribosomi nel citosol. I ribosomi

Sono piccole particelle costituite da RNA e proteine. Nonostante il numero di molecole proteiche sia maggiore rispetto a quelle di RNA, questo costituisce il 60% della massa del ribosoma. Ogni ribosoma è costituito da due subunità: maggiore e minore.