Biologia della cellula

CLOROPLASTI

Sono di colore verde per la presenza della clorofilla e qui ha luogo la fotosintesi.

Sono presenti in tutti gli organismi autotrofi eucariotici.

La forma, la dimensione e il numero dipendono dalla specie.

Nelle piante ci tanti cloroplasti di piccole dimensioni e ciò comporta dei

vantaggi:

- maggiore mobilità;

- orientamento indipendente l’uno dall’altro;

- possibilità di addossarsi al plasmalemma (membrana cellulare);

- migliore sfruttamento della luce;

- massima riduzione della distanza per la diffusione di CO ;

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- maggiore superficie disponibile per scambi con citoplasma.

Ma il principale vantaggio è la possibilità dei cloroplasti di spostarsi

indipendentemente l’uno dell’altro orientandosi a favore della radiazione

luminosa: se c’è poca illuminazione si dispongono in modo che l’asse maggiore

sia parallelo alle pareti direttamente colpite dalla luce. Se la luce invece è

eccessiva si dispongono con l’asse maggiore parallelo ai raggi solari.

Forma tipica: ellissoide con una faccia piana e l’altra convessa

Struttura:

• Involucro: doppia membrana di tipo lipoproteico, che ne separa il contenuto

dal citoplasma --->

1. Membrana esterna= dotata di proteine, le porine, che formano canali

permeabili a molecole di ridotte dimensioni con funzione di riconoscere e

importare proteine sintetizzate nel citoplasma;

2. Membrana interna= altamente selettiva; permeabile a molecole neutre di

ridotta dimensione.

• Tilacoidi (o lamelle): complesso sistema di membrane, che formano sacchi

appiattiti --->

1. Tilacoidi dei grana= si sovrappongono costituendo pile compatte;

2. Tilacoidi intergrana= decorrono lungo asse maggiore del cloroplasto

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connettendo diversi tilacoidi, perché essi

sono in continuità tra loro, infatti

costituiscono un sistema chiuso di

membrane che racchiude una cavità: il

lume (zona cava delimitata da

membrane). La zona in cui tilacoidi di un

granum vengono a contatto: partizione;

zona terminale dei tilacoidi dei grana(1),

a contatto con stroma: margine.

• Stroma= sostanza senza una forma ben

definita (amorsa) in cui sono immersi i

tilacoidi. Quasi il 50% è costituito da

rubisco: il più importante enzima plastidiale coinvolto nella fotosintesi. É

formata da 8 subunità proteiche grandi e 8 subunità piccole ---> infatti è ricca di

ribosomi, in cui risiedono enzimi addetti alla organicazione del carbonio. Nello

stroma sono riconosciute una o più regioni chiare senza grana, chiamate

nucleodi, in cui si trova il DNA plastidiale.

Funzione dei cloroplasti:

FOTOSINTESI 6CO + 6H O --> (C H O )+ 6H O

2 2 6 12 6 2

Consiste nella trasformazione di CO in glucosio. Due fasi principali:

2

1. FASE LUMINOSA:

- conversione della luce in energia chimica= ATP+ NADPH

- avviene nei tilacoidi

- partecipazione diretta dei pigmenti foto sintetici

2. FASE OSCURA:

- ATP e NADPH usati per ridurre il biossido di carbonio a glucosio

- il prodotto viene catalizzato da enzimi presenti nello stroma

I pigmenti fotosintetici nei tilacoidi non sono liberi in soluzione, ma si

organizzano in modo tale che le proteine che catturano l’energia luminosa siano

raggruppate in unità foto sintetiche (o fotosistemi), che a loro vola circondano

molecole di clorofilla .

In questi complessi la clorofilla ha due funzioni principali:

A) assorbire la luce

B) trasferire l'energia luminosa al fotosistema

CROMOPLASTI

Sono di colore rosso, giallo o arancione per la presenza dei pigmenti di

Xantofille e Carotenoidi presenti, infatti si trovano maggiormente nella frutta,

nella verdura e nei fiori.

Struttura:

- sono più semplici dei cloroplasti;

- le membrane interne sono ridotte e meno organizzate grazie presenza di

vescicole;

- sono presenti meno proteine;

- presenza di DNA e RNA;

- lipidi abbondanti;

Potrebbero derivare da:

1. Dai proplastidi; 21

2. Dai leucoplasti;

3. Dai cloroplasti senescenti (in fase di invecchiamento), poiché è cominciata la

degradazione della clorofilla e la formazione di altri pigmenti;

Stadi successivi:

1. degradazione della clorofilla e dell’apparato fotosintetico;

2. sintesi di carotenoidi;

3. demolizione parziale delle proteine;

4. scomparsa delle strutture lamellari;

5. comparsa di gocce lipidiche o di cristalli giallo-arancio.

La conversione da cloroplasti a cromoplasti è legata a fattori endogeni (ormoni

e nutrienti) oppure ambientali (fotoperiodo e temperatura).

! In molti frutti e fiori la colorazione non è legata alla presenza dei carotenoidi,

ma a pigmenti antocianici disciolti in succo vacuolare.

LEUCOPLASTI

Sono incolori poiché non possiedono pigmenti e si classificano in base alle

sostanze prodotte o accumulate:

1. Elaioplasti = accumulano lipidi;

2. Proteinoplasti = immagazzinano proteine --> corpi proteici protetti da una

membrana;

3. Amiloplasti = accumulano carboidrati sotto forma di amido e sono coinvolti

della percezione della gravità e si chiamano statoliti.

Si trovano nelle parti non verdi della pianta e non colpite particolarmente dalla

luce: radici, semi, fusti modificati (patate).

Struttura:

- Doppia membrana esterna;

- Sistema di tilacoidi rudimentale e frammentario;

- Abbondante stroma con i granuli di amido;

- Numerosi enzimi per il metabolismo dei carboidrati; ribosomi; DNA; RNA.

L’amido: l’amido primario si forma durante la fotosintesi nei cloroplasti, dove è

deposto in piccoli granuli, ma durante la notte quando non si ha la fotosintesi

viene idrolizzato in dimeri di saccarosio (un glucosio + un fruttosio) i quali

vengono poi trasferiti negli organi di riserva (leucoplasti) dove si

ripolimerizzano a formare l’amido secondario costituito da amilosio ed

amilopectina.

I granuli di amido secondario vengono deposti all’interno degli amiloplasti a

partire da un centro proteico detto ilo, attorno al quale l’amido viene deposto in

strati concentrici.

Amido si differenzia da altri amidi per:

•Forma del granulo, che può essere: sferoidale; lenticolare; ovoidale; a

bastoncino; poliedrica;

•Forma dell’ilo: puntiforme; lineare; ramificato; stellato; la sua tipologia e

localizzazione: può essere unico; plurimo; centrale; eccentrico;

•Deposizione:

Granulo semplice: ilo unico;

Granulo composto: più ili;

Granulo semicomposto: più granuli semplici circondati da stratificazioni.

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Sintesi della parete cellulare:

Studi al microscopio elettronico indicano che le microfibrille di cellulosa sono

sintetizzate da grandi complessi proteici, detti complessi rosette, inclusi nella

membrana plasmatica . Queste rosette sono presenti fino a sei subunità ognuna

delle quali si ritiene che contenga sei unità di cellulosa sintasi, l'enzima che

sintetizza i singoli monomeri che formano la microfibrilla.

[(1→4) legame glicosidico tra più molecole di glucosio]

β-D-glucani,

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- Gli scambi di elementi tra dentro e fuori la cellula vegetale sono favoriti se

essa ha piccole dimensioni; inoltre sono molto lenti e favoriti da ormoni.

- La crescita di una pianta è continua per i primi anni di vita e successivamente

va decrescendo.

GENETICA:

Le differenze tra organismi appartenenti a gruppi diversi nascono grazie alla

selezione naturale e alla deriva genetica. Quest’ultima non sottopone la varietà

genetica degli organismi alla selezione naturale, ma anzi l’evoluzione di una

specie è dovuta a fattori casuali.

La vita è diretta da un programma che si trova nel materiale genetico

(solitamente nel DNA, ma può essere anche nel RNA).

La selezione naturale non viene fatta direttamente sul DNA, ma sull’organismo,

sul fenotipo = è l’insieme dei caratteri che l’individuo manifesta e che

dall’apparenza si possono osservare in maniera più o meno evidente. Il fenotipo

dipende dal genotipo, ma anche dalle interazioni fra geni ed ambiente. Questa

interazione non è diretta, ma è mediata dall’RNA ---> 3 tipi: tRNA, rRNA, mRNA

genotipo = è il corredo genetico di un individuo, cioè l’insieme dei geni

contenuti nel DNA e custoditi nel nucleo delle cellule. Ogni organismo eredita

dai genitori il corredo genetico e possiede una specifica combinazione di geni.

Genoma = insieme dei geni *, insieme di tutte le informazioni genetiche

depositate nella sequenza del DNA contenuto nel nucleo delle cellule.

Ci sono alcuni caratteri che sono più ereditabili di altri --> ereditabilità di un

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carattere --> esistono caratteri la cui prevalenza è maggiore di altri. Questa

ereditabilità nasce dallo studio di gemelli monozigoti *2.

* gene = filamento di DNA che sintetizza una molecola di RNA, ovvero codifica

un’informazione. I geni sono localizzati nei cromosomi ---> locus: posizione

specifica di un gene, o di un suo allele, su un cromosoma. Un allele è una forma

alternativa di un gene dello stesso tratto di DNA che codifica un determinato

carattere (x es: il colore verde degli occhi). Quanti alleli ci possono essere in una

cellula diploide: 2 max, perché ci sono due copie di DNA; se ci sono cellule con

più copie di DNA, quindi poliploidi, si ha un numero di alleli diversi in base alle

copie di DNA. In una cellula aploide ci può essere un solo allele, perché ha una

sola copia di DNA.

Quante molecole di DNA ci sono in un cromosoma? = una sola lineare.

Tutte le cellule in un organismo contengono gli stessi geni? Si, ma in molti

organismi durante alcuni periodi della loro vita non è così.

Prova che in tutte le cellule ci siano i geni: esperimento di clonazione con

pecora Dolly.

Una specie ha lo stesso numero di cromosomi (46), ma ci sono anche altre specie

che hanno lo stesso numero di altre.

*2 Monozigote = i gemelli monozigoti sono il risultato di una normale

fecondazione tra due gameti (si feconda un solo uovo) e la successiva divisione

dello zigote in due embrioni distinti.

Eterozigote = i gemmi eterozigoti derivano dalla fecondazione di due diverse

cellule-uovo da parte di due diversi spermatozoi e quindi si originano da due

zigoti diversi ---> sono quindi fratelli che condividono l'utero materno durante

lo stesso periodo di gravidanza.

Le cellule di organi o tessuti diversi sono diverse a causa del differenziamento

---> il materiale genetico è lo stesso, ma i geni si esprimono in maniera diversa,

in quantità diversa.

Solo le mutazioni possono cambiare il materiale genetico, che negli eucarioti è

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