Biologia vegetale 1 - Parete cellulare, vacuolo, membrana plasmatica, plastidi

Biologia vegetale

Disciplina della biologia che studia le forme di vita del mondo vegetale.

Differenze tra cellula animale e cellula vegetale

• Parete cellulare
• Plasmodesmi
• Plastidio
• Vacuolo

Parete cellulare

La parete cellulare di tutti gli eucarioti è costituita da:

• Componente fibrillare: Cellulosa
• Componente della matrice: Emicellulosa, pectine e proteine

Un’importante componente è l’acqua (fino al 60% del totale).

Esistono 2 tipi di parete cellulare:

• Primaria: Cellule giovani non ancora differenziate
• Secondaria: Cellule adulte differenziate (La cellula adulta le ha entrambe)

La parete delle cellule vegetali viene deposta in 3 strati successivi e diversi fra loro:

1. Lamella mediana: È lo strato più esterno, consistenza gelatinosa e molto acquosa. È principalmente costituito da materiale pectico (pectine) + proteine strutturali ed enzimatiche. Unisce due cellule adiacenti.
2. Parete primaria: Parete deposta in seguito al processo di divisione cellulare in accrescimento. Si forma a ridosso della lamella mediana. È una componente molto elastica ed è soggetta a continue rielaborazioni a causa dello stiramento provocato dalla crescita della cellula. È costituita per la maggior parte dalla componente glicoproteica mentre la rimanente è componente fibrillare.
3. Parete secondaria: Tra il plasmalemma e la parete primaria. Ha uno spessore indefinibile ed è molto meno elastica della parete primaria. È costituita per la maggior parte dalla componente fibrillare e il restante da quella glicoproteica. Nella parete secondaria sono presenti sostanze accessorie (che determinano le modificazioni di parete) tra cui: Cutina, suberina, sali minerali e lignina. La composizione può essere qualitativamente la stessa, oppure la parete secondaria può presentare in aggiunta ai “componenti di base” dei componenti diversi, che conferiscono particolari proprietà alla parete.

Funzioni:

• Permette alla cellula di acquisire una forma definita, fornisce resistenza, rigidità e protezione.
• Protegge da danni e infezioni causati dall'attacco di batteri e funghi patogeni.
• Protegge la cellula da shock omeostatici, cioè regola e limita la quantità d'acqua che la cellula può assumere dall'ambiente e le impedisce di scoppiare in ambienti a basse concentrazioni saline.
• Interviene in molti processi fisiologici (Es: assorbimento, diffusione e trasporto d'acqua).

La parete in queste cellule è formata da cellulosa, mentre nei batteri e negli archaea è formata da peptidoglicano. Gli altri organismi eterotrofi, come gli animali, ne sono sprovvisti (alcuni funghi contengono chitina).

Componente fibrillare: la cellulosa

La cellulosa è uno dei più importanti polisaccaridi. È costituita da un gran numero di molecole di glucosio (da circa 300 a 3.000 unità) unite tra loro da un legame β(1→4) glicosidico. Le molecole di cellulosa si legano fra loro per mezzo di legami a idrogeno molto forti (tanti legami deboli ne formano uno forte), formando microfibrille, catene molto lunghe, difficili da dissolvere. Lo spessore della fibra dipende dal numero di fibre che vi si attaccano.

Tante molecole formano microfibrille → Tante microfibrille formano fibra

In vitro le molecole di cellulosa possono aggregarsi spontaneamente ma non si formano mai le microfibrille, che si possono osservare solo in vivo. L’assemblaggio delle microfibrille è una reazione termodinamicamente sfavorita. Nei diversi strati della parete le fibre di cellulosa sono disposte ordinatamente. Nella parete primaria la disposizione non è casuale e determina la direzione principale di crescita della cellula e, quindi, la forma della cellula adulta.

Come avviene la sintesi delle fibre di cellulosa in vivo?

Le proteine disposte sulla membrana plasmatica sono complessi enzimatici che hanno una certa dimensione e sono distribuiti “a rosetta” (complesso di enzimi a forma di cilindretto esagonale cavo all’interno, costituiti da cellulosa sintetasi) ovvero messi ben ordinati gli uni a fianco agli altri. L’enzima che fa la cellulosa sporge dalla membrana. Dato che si tratta di tanti enzimi che lavorano insieme, l’attività di questi enzimi viene coordinata. Le molecole vengono fatte in maniera tale che siano leggermente sfasate fra di loro e nella posizione giusta per cui mentre vengono sintetizzate le molecole si formano già anche i legami che le uniscono, quello che nasce non è la molecola di cellulosa ma la microfibrilla di cellulosa. Le microfibrille, quindi, nascono già nella posizione che forma i legami. Se l’uomo riuscisse a ricostruire questo sistema potrebbe fare la cellulosa.

Come fa la fibra ad essere ordinata? Sappiamo che la membrana è semi-fluida per cui i complessi proteici possono muoversi al suo interno. Il complesso che crea la microfibrilla viene spinto fuori dalla membrana e questa prende la sua direzione nella parete. Più molecole di cellulosa vengono sintetizzate contemporaneamente, orientate in maniera da favorire e consentire la formazione di quei legami idrogeno caratteristici della microfibrilla, quindi non vengono sintetizzate le molecole di cellulosa ma direttamente le microfibrille. I complessi clorofilla-proteina formano la microfibrilla, questa spinge il complesso che si muove lungo il microtubulo (sotto la membrana) e si dispone su di esso. A seconda di come sono messi i microtubuli (binari) si ha la disposizione delle microfibrille, i microtubuli sono paralleli di conseguenza anche le microfibrille saranno tutte parallele. Se la molecola di cellulosa non fosse sintetizzata nella membrana plasmatica non sarebbe disposta ordinatamente nella parete. Le fibre di cellulosa vengono sintetizzate sul plasmalemma come fibre e durante la loro sintesi, tramite l’interazione dei complessi a rosetta con i microtubuli, vengono orientate nella parete.

Componente della matrice: le proteine

L’energia di attivazione è quella necessaria a far avvenire una reazione. La reazione avviene solo se le molecole si incontrano e se hanno una certa quantità di energia che deve superare l’energia di attivazione, se non ce l’hanno non avviene. Quindi l’enzima in realtà fa avvenire la reazione secondo un’altra strada che ha una bassa energia di attivazione. Possono avere più funzioni:

• ...