Biologia vegetale: esame completo

Biologia vegetale

Informazioni generali

Fabio Conti Prof. (6 CFU)

Libro di testo richiesto: Botanica generale e diversità vegetale

Prova orale

Esame: Esame diretto, non suddivisibile in parziali. Stretto contatto tra molecola, forma, funzione dei tessuti, organi e organismo delle piante.

3 domande generali + domande aggiuntive annesse ad ogni domanda generale.

Obiettivi

• Cellula vegetale
• Tessuti vegetali
• Fusto
• Foglia
• Radice
• Frutto
• Fiore
• Seme
• Classificazione

Botanica: Terminologia e caratteristiche

Il termine botanica indica lo studio delle piante e del mondo vegetale e la loro organizzazione/struttura. (Branca della biologia che studia la struttura della cellula, dei tessuti e degli organi vegetali.)

Differenze tra cellula animale e cellula vegetale

• Le piante prendono nutrimento da loro stessi (autotrofi) attraverso materiale inorganico che trasformano in materiale organico (glucosio).
• La parete cellulare, il vacuolo e i plastidi.
• Non sono mobili e non posseggono sistema nervoso ed escretore.
• La crescita e sviluppo di nuovi organi continua fino alla morte e non si ferma con il raggiungimento della maturità (attraverso la creazione di nuovi moduli).

La cellula vegetale

La cellula vegetale, come tutte le cellule, è la più piccola unità indipendente della vita vegetale. L'importanza della conoscenza cellulare sta nel capire nel futuro i processi tessutali, degli organi e dell'organismo.

La cellula vegetale è delimitata dalla membrana plasmatica (composta da 40% di protidi, 40% di lipidi e 20% di glucidi). Essa parete cellulare è in relazione con la (barriera ulteriore al di fuori della membrana) alla quale è compressa (turgore) e alla quale è molto legata attraverso proteine connettori.

L'interno della cellula, il citoplasma, è costituito dal citosol (soluzione colloidale costituita da ioni, lipidi, acqua, zuccheri, enzimi, RNA, nucleotidi ecc.), dal citoscheletro e dagli organuli cellulari tra cui: perossisomi, ribosomi (80S citoplasma, 70S mitocondri e plastidi), mitocondri, RE, apparato di Golgi, nucleo, e plastidi. È molto simile alla cellula animale, se non per le differenze evidenziate.

La parete cellulare

Compartimento esterno alla membrana nelle cellule vegetali dallo spessore da 0,1 μm a 100 μm. Essa dona sostegno e forma alla cellula, ma con plasticità per l'accrescimento. Conduce acqua e metaboliti, deposita sostanze di riserva ed è utile per il riconoscimento cellula-cellula e cellula-patogeno. Esiste sempre una parete primaria (solitaria e sottile) che può essere ispessita da una parete secondaria (stratificata per ispessire).

Composizione

• Componente fibrillare: B-D-glucoso = Cellulosa, costituita da: 2 cellobiosi o molecole di glucoso formano il (dimero di beta-d-cellobiosioglucoso); minimo 1000 fino a 10000 molecole di beta-d-disposti uno in fila all'altro formano una catena di glucano; l'allineamento parallelo di 30/100 catene di microfibrilla di cellulosa formano la dalla lunghezza di 100 nm, avvolte le microfibrille possono raggrupparsi in fibrille di cellulosa. La cellulosa è una molecola insolubile e difficile da degradare (anche con enzimi) ma nel tempo stesso lega moltissima acqua. Presenta una zona cristallina al centro, dove tutto è ordinato, e una zona amorfa esterna, dove tutto è disordinato poiché si lega alle altre componenti della parete.
• Componente matriciale: composta da polisaccaridi quali: emicellulose, molte volte sono glicoproteine e si legano alla cellulosa con legami H formando una rete per creare sostegno alla parete; pectine, che fungono da legatori d'acqua (es. acido fenilpropano, galatturonico). Poi si trova anche nello specifico la lignina, formato da una struttura più complessa che dona idrofobicità e quindi impermeabilità; ed infine le proteine strutturali che aiutano nella creazione della viscosità e del gel della parete insieme alle pectine.

Biogenesi

• Componente fibrillare: dal complesso della rosetta nella membrana plasmatica: un polipeptide cellulosa sintesi che produce una catena di glucano si dispone nella membrana plasmatica insieme ad altri 5 a rosetta, ogni gruppo di 6 si stabilisce insieme ad altri 5 gruppi di 6 polipeptidi per creare una rosetta più grande. In questo modo quando viene prodotto il glucano così vicino si autoassembla in microfibrilla. (il nutrimento viene preso dalla scissione del saccarosio)
• Componente matriciale: per via secretoria della cellula: le molecole che devono essere modificate, vengono modificate; poi tutte vengono esocitate dalla cellula vicino alle rosette per permettere l'autoassemblamento.

Architettura

• Lamella mediana: lamella sottile più esterna della parete. Serve per l'adesione cellula-cellula (le quali la condividono).
• Parete primaria: contiene la cellula ed è molto sottile ed elastica (vive insieme alla cellula). In base al tipo cellulare può essere sottile o spessa/stratificata.
• Parete secondaria: parete non sempre presente e divisa in 3 strati: esterna (s1), mediana (s2) e interna (s3). Contengono solo cellulosa in direzioni variabili e possono essere infiltrate solamente di lignina. Si posiziona sotto la parete primaria, donando spessore ed idrofobicità.

Crescita

Avviene per allungamento della cellula e dispersione delle componenti di parete a molla.

Specializzazioni

• Impermeabilizzazione: molto spesso nell'epidermide. Cutinizzazione (cutina), ceraficazione (cere e steroli), suberificazione (suberina) —> molecole idrofobiche per impermeabilità.
• Gelificazione: produzione di più pectine all'interno della parete.
• Incrostazione: o da lignina, o anche da minerali che precipitano (silice o calcio).

Proprietà fisiche e chimiche

• Elasticità
• Plasticità
• Resistenza alla compressione e alla trazione

Funzioni

• Controbilancia la pressione di turgore
• Meccanica
• Produzione di molecole segnale per patogeni
• Trasporto di acqua e soluti
• Protezione

Può essere: Simplasto ovvero contatto tra citoplasmi di cellule attaccate —> plasmodesmi in veri e proprio canali —> punteggiature.

Apoplasto ovvero lo scambio avviene attraverso la parete cellulare.

Il vacuolo

Organulo cellulare della cellula vegetale (simile ai lisosomi). Essi si presentano in tanti piccoli vacuoli nella cellula indifferenziata, per poi unirsi in un unico grande vacuolo al centro quando si differenzia (30/90% del volume). Deriva dal provacuolo e la sua biogenesi è ancora discussa: o come i lisosomi, o per autogamia di una zona dell'apparato del Golgi, o per gemmazione del RER.

Composizione

• Tonoblasto: membrana del vacuolo con fosfolipidi e molte proteine canali e trasportatrici.
• Succo vacuolare: succo all'interno del vacuolo con Ph 5 (avvolte anche 2,5 o 7 e +). I suoi componenti sono:
• Sali di acidi organici o inorganici (K, Na, Ca)
• Carboidrati (glucosio, fruttosio, galattosio, inulina)
• Amminoacidi/proteine (enzimi, asparagina, lisina)
• Lipidi (soprattutto nei semi, cere, steroli)
• Metaboliti secondari
• Inclusi solidi (precipitati dei minerali)

Funzione

In relazione diretta con il suo contenuto:

• Distensione cellulare e osmoregolazione: la cellula vegetale aumenta di volume e grandezza per assorbimento d'acqua all'interno del vacuolo, ingrandendolo. Questo processo avviene per osmosi dal citoplasma. Il citoplasma prende per osmosi acqua dalla parete cellulare —> Turgore cellulare delle cellule vegetali (per questo le piante devono mantenere una tonicità ipotonica).
• Attività litica: idrolisi acide e digestione come i lisosomi.
• Funzione di riserva: principalmente, possono essere riserva di proteine o lipidi —> nel seme.
• Accumulo di composti tossici e metaboliti secondari: queste sostanze possono avere varie funzioni e possono essere accumulati nel vacuolo o esocitati dalla cellula.

Metaboliti secondari

• Fenoli: composti organici con una struttura centrale di anello aromatico (benzopirinico) che lega le altre strutture. Questa struttura base si lega ad altre per formare polifenoli: tra i quali i più comuni sono i flavonoidi —> donano colore per la riproduzione (fiore e frutto) proteggendoli dai raggi UV. I più diffusi, gli antociani (donano un colore dal blu al rosso in dipendenza dal Ph).
• Tanniti: derivano dai fenoli, non vengono utilizzati dalla cellula poiché quando viene attaccata agisce contro i patogeni (azione antisettica).
• Alcaloidi: svolgono la stessa funzione dei tanniti, ma sono composti con un anello ciclico composto da azoto (caffeina).
• Resine: residuo di scarto da processi di ossidazione e polimerizzazione.
• Oli essenziali: natura lipidica e natura aromatica per odore (feromoni).
• Balsami: miscuglio di resina e oli essenziali con consistenza gelatinosa.

I plastidi

Organuli cellulari caratteristici della cellula vegetale con diversicolor