Biologia vegetale

BIOLOGIA VEGETALE

Per biosfera si intende il pianeta terra con tutti i suoi abitanti. Le piante sono la

specie che si è adattata meglio all’ambiente.

Un vivente è un oggetto complesso, altamente organizzato, capace di

trasformare informazioni, di riprodursi ed evolversi mediante la selezione

naturale.

I 3 principi della termodinamica indicano che:

(entropia= grandezza, in questo caso l’universo/sistema)

1. Un sistema tende al raggiungimento del livello più basso di energia per

ottenere la stabilità (se un libro cade l’energia potenziale diventa cinetica

e si esaurisce quando arriva per terra ottenendo stabilità).

2. La distribuzione causale cioè gli elementi tendono a raggiungere il

disordine, se mettiamo una goccia di inchiostro nell’acqua essa si divide

distribuendosi in tutto il volume, così da non avere concentrazioni in un

unico punto (equilibrio dinamico).

3. Se non c’è energia tra molecole esse non stanno nel punto adeguato

(l’uomo morto senza energia si disgrega). Per questo abbiamo bisogno di

un turnover continuo di cibo per l’uomo, zucchero per le piante (sia

autotrofi che eterotrofi) che ci fornisce l’energia adeguata a vivere.

Il metabolismo infatti contrasta i principi della termodinamica

La vita si tutela tramite la biodiversità, cioè la capacità di adattarsi al pianeta

grazie alle numerose specie con caratteristiche diverse. Qual ora ci fosse un

cambiamento non tutti morirebbero ma solo quelli con caratteristiche meno

favorevoli. Inoltre la biodiversità permette l’evoluzione per far propagare la

vita. I cambiamenti tra le varie specie avvengono casualmente, le più

performanti vivranno un tempo superiore.

Le caratteristiche di un essere vivente sono: organizzazione strutturale,

organizzazione fisiologica, l’omeostasi (proprietà chimico-fisiche), reattività,

adattamento, riproduzione e accrescimento

Origine della vita

La vita è un fenomeno costante che ha dato origine alla biodiversità. L’albero

filo genico comprende i taxa, gruppi nei quali vengono presentate le specie in

base a caratteristiche comuni. Esse sono gli eubatteri, organismi unicellulari

fatti da una cellula procariote (viene prima), l’archea che comprende organismi

che vivono in condizioni estreme (ghiacciai, fondali marini) e infine ci sono gli

Eucarya, organismi fatti da un prototipo di cellula più evoluta.

L’albero filogenetico degli esseri viventi parte da un antenato comune da cui si

origina la vita. Si tratta di un organismo con un’unica cellula procariote. A

destra dell’albero troviamo Eubatteri e Archeobatteri, organismi unicellulari con

cellula procariote. Alcuni batteri si nutrono tramite la chemio autotrofia. A

sinistra invece ci sono:

i protisti: sono organismi unicellulari con cellula eucariote, simili all’antenato

comune

le piante: costituiscono la maggior parte degli esseri viventi con cellula

eucariote. Qua compare la pluricellularità. Sono organismi autotrofi cioè

capaci di nutrirsi utilizzando semplici sostanze inorganiche. Le piante infatti

hanno bisogno di anidride carbonica ricavata dall’aria, acqua e Sali minerali

assorbiti dal terreno. Inoltre sono fotoautotrofe perché utilizzano la luce

solare come fonte di energia.

I funghi: sono stati considerati per molto tempo delle piante poi ci si è resi

conto che hanno caratteristiche e competenze diverse. Sono eterotrofi, cioè si

nutrono di sostanze organiche prodotte dagli organismi autotrofi, infatti

necessitano delle piante per sopravvivere.essi introducono gli alimenti per

assorbimento. Non possono essere neanche classificati come animali perché

non possiedono una digestione. I funghi producono enzimi che degradano le

sostanze circostanti.

Gli animali: comprendono moltissime specie. Sono pluricellulari con cellule

eucariote. Sono eterotrofi e necessitano l’assorbimento di sostanze per

ingestione.

La cellula eucariote è più complessa e con un grado di organizzazione superiore

a quella procariote. i procarioti hanno il materiale genetico libero nel

citoplasma, mentre negli eucarioti si trova segregato all’interno di un nucleo

circondato da una membrana.

Il pianeta terra ha avuto origine 4,5 miliardi di anni fa, grazie alla sua posizione

non troppo lontana ne vicina dal sole. In origine era inospitale perché non c’era

l’ossigeno ma gas vulcanici. A quei tempi c’erano fulmini e radiazioni così

potenti da poter rompere i legami delle molecole. Così grazie ad essi 3, 8

miliardi di anni fa ci fu l’origine dei primi aggregati molecolari a costruire unità

cellulari. Gli atomi rotti si legavano e formavano aggregati più grossi, dando

vita agli amminoacidi (componenti delle proteine che hanno ruoli strutturali e

funzionali). Le molecole più grosse vengono portate in acqua dalle piogge, che

aggregandosi formano i polimeri, che a loro volta aggregandosi danno vita ai

coacervati, sedi di reazioni metaboliche. Questo è stato provato grazie

all’esperimento di Miller che ricreò una sorta di atmosfera primordiale da cui si

formò la prima cellula.

Per 2,5 miliardi di anni i viventi sono rimasti delle cellule separate. Vivevano

negli oceani protetti dagli UV. Essi avevano una struttura semplice costituita da

molecole depositarie dell’informazione genetica e un apparato

macromolecolare per il metabolismo energetico. Le rocce sono le più antiche,

poi vengono i fossili procarioti, poi i primi organismi fotosintetici, in seguito si

formerà l’ossigeno e a questo punto ci saranno i più antichi fossili eucarioti,

fossili pluricellulari, poi le piante conquistano la terraferma. Infine vedremo

piante e fiori, poi i dinosauri e l’uomo.

Evoluzione biologica:

l’evoluzione biologia è la messa a punto di strategie diversificate per

raccogliere e usare l’energia presente nell’ambiente esterno, al fine di

sostenere reazioni chimiche indispensabili per l’organismo. I primi procarioti

usavano molecole semplici come CH4 E H2S per ricavare energia.

Prima della riproduzione sessuale le cellule si riproducevano con la mitosi. 2,5

miliardi di anni fa alcuni procarioti hanno iniziato ad usare l’energia solare per

sostenere il loro metabolismo. Prima inizia la produzione di ossigeno poi

aumenta. Trascorrono moltissimi anni prima che le concentrazioni di ossigeno

atmosferico diventino abbastanza elevate da permettere la comparsa di

organismi eucariotici e pluricellulari (ritardo si pensa dovuto alla quantità di

ferro ferroso disciolto negli oceani che reagendo con l’ossigeno formava ossido

di ferro). Inoltre compare la fascia di O3 che fa da scudo agli UV permettendo

condizioni più favorevoli alla vita. Grazie a questo compare il metabolismo

aerobio. Dalla nascita delle piante l’ossigeno è poi aumentato notevolmente

grazie alla loro capacità di fare la fotosintesi clorofilliana.

I procarioti si accrescono di dimensioni e predano cellule più piccole per scopi

alimentari, instaurando con alcune dei rapporti simbiotici. Poi 1,5 miliardi e

mezzo di anni fa compaiono le cellule eucariote.

Teoria cellulare:

Le cellule sono le unità più piccole aventi tutte le caratteristiche degli

organismi viventi. Sono state scoperte per la prima volta nel 1665 grazie ad

una osservazione di un tappo di sughero di R. Hooke. Poi nel 1830 viene

scoperto che tutti gli organismi sono fatti di cellule e solo nel 1858 si osserva

che tute le cellule derivano da cellule preesistenti.

Le dimensioni cellulari variano da 1 a 100 um. Le cellule presentano un volume

ridotto per mantenere un elevato rapporto tra la superficie esterna e il volume.

Le cellule sono passate dall’essere unicellulari a pluricellulari perché hanno

bisogno di energia e materia, essa ha una superficie e un volume (dove

avvengono le reazioni). La cellula deve essere grande abbastanza per

mantenere scambi adeguati con l’ambiente e una cellula, benchè il volume sia

lo stesso , possiede un’area superficiale per volume minore rispetto a quella

posseduta da 8 cellule.

Caratteristiche vegetali:

Gli organismi autotrofi grazie all’energia luminosa effettuano la fotosintesi,

processo durante il quale questi utilizzano l’anidride carbonica, l’acqua e

l’energia luminosa per sintetizzare molecole complesse come il glucosio.

L’energia solare viene trasformata in energia chimica e immagazzina nei

legami chimici del glucosio e altri alimenti. Gli alimenti vengono utilizzati da

organismi autotrofi ed eterotrofi che posso essere aerobi o anaerobi.

Gli organismi aerobi vivono con l’ossigeno. Questi effettuano la glicolisi che è la

prima fase della respirazione cellulare che si serve del glucosio per ottenere

energia. Il glucosio viene ossidato e si ricavano 2 molecole di piruvato. Ad

ossidazione completata i prodotti i di rifiuto saranno acqua e co2, mentre si

ricavano 36 ATP.

Gli organismi anaerobi vivono senza ossigeno. Anche loro effettuano la glicolisi

ma estraggono energia con bassa efficienza tramite la fermentazione. I prodotti

ricavati saranno acido lattico ed etanolo. Per ogni molecola di glucosio demolita

avremmo 2 ATP.

Il sole fornisce la maggior parte dell’energia che alimenta la vita sulla terra.

Tutte le reazioni richiedono scambi di energia, durante i passaggi una parte

dell’energia viene trasformata in calore e dispersa nell’ambiente. All’interno di

un ecosistema devono esserci produttori, consumatori e decompositori. Le

piante, le alghe e batteri sono produttori. Gli animali sono consumatori e si

differenziano in primari(mangiano i produttori), secondari( mangiano i primari)

e così via. Infine i decompositori ottengono il nutrimento da materiali organici

decomposti.

Nella ipotetica piramide che vai dai produttori ai predatori si può notare che ad

ogni passaggio si verificano perdite sostanziali di energia, per questo i

produttori devono essere maggiori dei consumatori.

Ogni paese ha abitudini alimentari distinte che aiutano più o meno l’ambiente.

L’America e l’Australia consumano più carne rispetto ai prodotti vegetali.

PIANTE:

la conquista della terraferma è avvenuta perché le acque erano ormai piene di

organismi e c’era una scarsa efficienza della fotosintesi per via dell’acqua.

Questo passaggio ha richiesto un’evoluzione dato il cambiamento

dell’ambiente.

Le piante a tallo vivono in acqua, non possiedono un sistema di conduzione e

non hanno una radice, un fusto e le foglie. La luce nell’acqua era inoltre

limitata.

Le piante a corno vivono sulla terraferma e possiedono uno stoma per non

fare evaporare l’acqua, delle radici, fusto, foglie e uno strato di cera. Esse

producono semi all’interno di coni.

Grazie all’evoluzione è stato possibile che le piante si distaccassero del tutto

dall’acqua per la riproduzione e di evolvere una struttura dove l’embrione è

circondato da sostanze nutritive di riserva e protetto dal seme. Così è stata

possibile la dispersione di tutte le specie ovunque.

Le piante si dividono in Gimnosperme (seme nudo) e Angiosperme (seme in

vaso). Le prime contano 700 specie tra cui le Cicadacee, Ginkgoacee, Conifere

e Gnetacee e il loro seme è sulla superficie dei rami. Le seconde sono circa

235000 specie, e vengono anche chiamate piante a fiore. Tra queste ci sono le

Monocotiledoni che hanno una sola fogliolina sull’embrione (canna da

zucchero, cereali, palme da cocco) e Dicotiledoni che possiedono 2 foglioline

(piante da frutto). La chimica della vita:

Gli esseri viventi sono fatti dalle biomolecole che si dividono in inorganiche

(non vive) composte da acqua e Sali minerali e organiche (vive) composte da

glucidi, lipidi, proteine e acidi nucleici. La maggior parte dei viventi è costituita

da ossigeno, carbonio, idrogeno e azoto.

Questi sono elementi cioè sostanze pure che contiene un solo tipo di atomi.

Non sono classificati come metalli ma hanno caratteristiche che si avvicinano

molto. Stanno in alto della tavola periodica infatti sono leggeri, formano legami

covalenti forti e hanno strutture molecolari semplici.

L’atomo è la più piccola parte dell’elemento che mantiene le sue proprietà

chimiche. Essi sono composti da materia. Viene rappresentato con un nucleo

composto da neutroni e protoni dove intorno girano gli elettroni. La somma del

numero di neutroni e protoni costituisce la massa atomica. Intorno al nucleo

esistono delle regioni in cui è più probabile trovare un elettrone chiamate

orbitali. Le orbitali sono definite da uno specifico livello energetico che varia in

base al numero atomico, quando il livello più esterno è completo, l’elemento ha

raggiunto la stabilità.

Quindi l’atomo tenderà a cedere, acquistare e mettere in compartecipazione gli

elettroni. Se gli elettroni vengono acquistati si formerà uno ione se invece li

usano insieme si genererà un legame covalente. Il numero di legami covalenti

dipende da quanti elettroni gli mancano per completare il livello.

La maggior parte degli organismi è costituita da elementi con una miscela di

atomi che hanno massa differente perché differiscono per numero di neutroni.

Questi sono detti isomeri e presentano stessa formula bruta e diversa di

struttura. (si tratta di un concetto fondamentale perchè nonostante abbiano la

stessa formula, sono messi in modi diversi quindi non combaciano)

I legami principali tra le molecole sono:

Legame covalente: se avviene tra atomi con uguale elettronegatività è

apolare se c’è una differenza invece è detto polare.

Legame ionico: avviene quando un atomo acquista o cede uno o più elettroni.

Se diventa carico positivamente è detto catione se negativamente è detto

anione.

Legame idrogeno: si formano tra l’idrogeno legato all’ossigeno o all’azoto e

un atomo con una parziale carica negativa. E un legame debole.

Acqua:

Gli organismi che possiedono più acqua sono le meduse, gli ortaggi (carote e

piselli), la frutta (anguria) e l’uomo che da neonato ne possiede il 70%, da

adulto il 65% e da anziano il 60%.

Essa possiede legami covalenti polari, inoltre ciascuna molecola di acqua può

formare legami a idrogeno. Essendo una molecola polare interagisce con alte

molecole polari portandole in soluzione o idratandole.

L’acqua è un ottimo solvente di gas, Sali minerali, sostanze organiche e ha

un’elevata capacità termica (le molecole di acqua in frigo si allontanano perché

come ghiaccio ha densità minore, infatti una bottiglia di vetro in freezer si

rompe).

Caratteristiche dell’acqua: Ha un’elevata tensione superficiale (può essere

visto dalle pulci d’acqua che rimangono sospesa) .Possiede una forza adesiva

perché le molecole si attaccano ad altre sostanze. Ma ha anche una forza di

coesione perché grazie ai legami idrogeno le molecole tendono ad attaccarsi le

une con le altre. Negli alberi l’acqua sale dalle radici fino alle foglie tramite

capillari e pareti interne grazie al fatto che l’acqua ha legami idrogeno e le sue

molecole sono adesive e coesive cioè hanno una forte tendenza ad attaccarsi

le une con le altre. Quest’acqua uscirà sottoforma di vapore date le diverse

concentrazioni dall’esterno all’interno. Ha un elevato calore specifico dato che i

legami assorbono calore quando si rompono e viceversa, rendendo minime le

variazioni. Ha una temperatura di vaporizzazione elevata dato che devo essere

rotti tutti i legami idrogeno. Infine, è versatile come solvente.

L’acqua può passare da uno stato liquido ad uno solido tramite la

condensazione, questo avviene per la formazione di polimeri, grosse molecole

che si generano per unione di due monomeri, che possono essere uguali o

distinti. La reazione inversa è l’idrolisi.

Un fenomeno caratteristico dell’acqua è l’osmosi, le membrane delle molecole

sono semimpermeabili, cioè passerà il solvente ma non il soluti polari e grassi.

All’interno delle sostanze c’è una concentrazione specifica e nota che è

differente da quella all’esterno. Il passaggio di sostanze da fuori a dentro e

viceversa avviene in modo passivo, cioè senza l’utilizzo di energia. In una

cellula contenente sodio in concentrazione diversa esso non si potrà muovere

liberamente perché la membrana impedisce che si sposti. Sarà l’acqua che

passando dall’esterno all’interno diluirà la concentrazione, fino a quando fuori e

dentro non sarà uguale. (es: se condiamo l’insalata e la lasciamo ferma,

all’esterno la concentrazione sarà superiore e quindi l’insalata tenderà a

rilasciare acqua).

L’acqua nelle cellule:

per le cellule l’acqua ha dei ruoli importanti perché permette di mantenere il

turgore cellulare, la crescita, determina l’apertura e chiusura degli stomi,

l’orientamento verso cui vanno le foglie e i fenomeni di movimenti di organi.

PH: è una scala di misura della concentrazione di protoni. Se è acido (con PH

inferiore a 7) tende a donare protoni. Se è basico (con PH superiore a 7) tende

ad acquistare protoni. Il numero del PH deve restare costante altrimenti

potrebbe avere cause gravi come la morte nell’essere umano. Per questo

motivo le soluzioni sono tamponate, cioè ogni essere vivente regola il PH

tramite l’utilizzo di energia. Il tampone è una sostanza che si oppone alle sue

variazioni.

Gruppi funzionali:

permettono di cambiare le caratteristiche di una molecola organica se

sostituiscono uno o più atomi di idrogeno legati allo scheletro carbonioso di un

idrocarburo (gli alcoli danno reattivit&agr