Botanica 1

INTRODUZIONE AL MONDO DEGLI ORGANISMI VEGETALI

L’ecosistema è l’unità funzionale dell’ecologia. Gli organismi viventi sono sempre in stretta dipendenza

reciproca e costituiscono nel loro insieme una comunità biologica o biocenosi. Ogni biocenosi occupa una

certa area detta biotipo.

Tutti gli ecosistemi per mantenersi sfruttano l’energia solare che viene catturata dagli organismi fotosintetici

(piante e batteri) e trasformata in energia chimica. Questi organismi sono chiamati produttori primari. Essi

vengono mangiati dagli erbivori (consumatori primari) che a loro volta saranno mangiati da carnivori

(consumatori secondari), ecc.

L’insieme di queste relazioni viene chiamato catena alimentare. In base alle relazioni trofiche ciascun gruppo

di organismi occupa un livello trofico costituendo, in grafico, una piramide ecologia.

La catena trofica è una condizione di equilibrio necessario che permette ai diversi organismi di sfruttare

differenti forme di energia. In base al tipo di fonte energetica gli organismi viventi possono essere distinti in:

- Autotrofi: sono organismi in grado di sintetizzare, a partire da sostanze inorganiche semplici, i composti

organici che forniscono l’energia necessaria allo svolgimento delle reazioni metaboliche. Si suddividono

in: 1) Fotoautotrofi: sintetizzano i composti organici utilizzando come sorgente di energia la luce solare,

e attuano un processo che prende il nome di fotosintesi. Tra questi organismi sono comprese le alghe, le

piante e alcuni batteri. 2) Chemioautotrofi: sintetizzano i composti organici utilizzando come energia

quella che deriva dall’ossidazione di composti inorganici. Tra questi organismi vi sono i batteri nitrificanti

ferrobatteri, i metanobatteri e gli idrogenobatteri.

- Eterotrofi: sono organismi che non sono in grado di sintetizzare i composti organici da precursori

inorganici e che, pertanto, devono procurarseli nutrendosi di altri organismi. In particolare, nei processi

di respirazione cellulare, i composti organici vengono ossidati e permettono la produzione di energia che

verrà poi utilizzata nelle reazioni metaboliche. Sono eterotrofi molti batteri, i protozoi, i funghi e gli

animali. Come visto, nelle reti ecologiche essi occupano il ruolo di consumatori. La nutrizione eterotrofa

può avvenire per assorbimento (in alcuni batteri e funghi) o per ingestione (negli animali).

Le piante sono quindi autotrofi fotosintetici. Queste caratteristiche metaboliche dei vegetali li distinguono sia

dal punto di vista funzionale che strutturale dagli animali. Si analizzano le peculiarità del mondo vegetale a

partire dalle caratteristiche della cellula vegetale sino agli organi delle piante superiori.

TEORIA CELLULARE – CELLULE PROCARIOTE E CELLULE EUCARIOTE

Le cellule sono le unità fondamentali della vita, sia dal punto di vista della struttura che della funzione. L’aver

compreso che tutti gli organismi sono composti di cellule ha rappresentato uno dei più importanti progressi

concettuali della storia della biologia, perché ha fornito un argomento unificante, contenuto nella teoria

cellulare, per lo studio di tutti gli organismi viventi.

Il microscopio, la sua risoluzione e la sua precisione migliorano nel tempo.

Nel XVII secolo Robert Hooke osservò che il sughero e altri tessuti vegetali erano composti da “tante piccole

cavità separate da parete”, che chiamò “cellule”. Il sughero si presta bene all’osservazione delle celle; è un

tessuto morto, svolge le sue funzioni da tessuto metabolicamente inattivo, e presenta delle “cellette vuote”,

circondate da parete cellulare. Il concetto di cellula fu tuttavia ripreso solo nel 1838 dal botanico Matthias

Schleiden: tutti i tessuti vegetali sono formati da insiemi organizzati di cellule. L’anno successivo, lo zoologo

Theodor Schwann estese queste osservazioni ai tessuti animali e avanzò l’ipotesi che tutti gli organismi

viventi avessero un’organizzazione cellulare. La formulazione della teoria cellulare viene solitamente fatta

risalire a Schleiden e Schwann. Nel 1858 il patologo Rudolf Virchow espresse il concetto che le “cellule si

originano da altre cellule”. Con Darwin, nel 1859, si comprese che ogni cellula deriva dal suo progenitore.

Teoria cellulare:

- Tutti i viventi sono composti da cellule (1 o più)

- Le reazioni chimico – biologiche dei viventi avvengono nelle cellule

- Le cellule si originano da altre cellule

- Le cellule contengono il DNA che viene trasferito dalla cellula madre alle figlie

Cosa hanno in comune tutte le cellule?

1. Membrana cellulare o plasmatica che separa l’ambiente cellulare da quello esterno

2. Il DNA che racchiude le informazioni per le attività cellulari, la riproduzione ed il trasferimento alle cellule

figlie

Esistono 2 tipi di cellule:

1. Cellule procariote “Prima del nucleo”. Sono cellule primitive e semplici (es. Escherichia Coli). Il DNA è

→

racchiuso in un’unica molecola circolare chiamata cromosoma; non vi è un involucro nucleare, ma il DNA

è in una zona della cellula detta nucleoide; il DNA non è legato a istoni (proteine basiche), ed è poco

organizzato. Gli attuali procarioti sono rappresentati dagli archea e dai batteri. Mancano anche si

organelli specializzati delimitati da membrana, che svolgono specifiche funzioni.

2. Cellule eucariote “Con un vero nucleo”. Compaiono sulla Terra dopo quelle procariote; la loro

→

struttura è più articolata e complessa; si aggregano a formare organismi pluricellulari. I cromosomi sono

circondati da un involucro, costituito di 2 membrane, che li separa dagli altri componenti cellulari. Il DNA

è lineare e strettamente associato a proteine, gli istoni, e forma numerosi cromosomi, più complessi dei

cromosomi batterici. Inoltre le cellule batteriche sono divise in compartimenti distinti che svolgono

differenti funzioni. La compartimentazione si completa grazie alla presenza di membrane che, osservate

al microscopio elettronico, appaiono notevolmente simili nei vari organismi.

ORGANISMI EUCARIOTI VEGETALI E UNICELLULARI

Organismi eucarioti vegetali e unicellulari

Chlamydomonas: alga verde unicellulare

- Chlaydomonas: alga verde unicellulare

Le cellule eucariote vegetali sono composte da parete cellulare e protoplasto ( = citoplasma + nucleo). Il

citoplasma è delimitato dalla membrana plasmatica, contiene gli organelli e un sistema di membrane

interne, immersi in una matrice detta citosol. La membrana plasmatica o cellulare ha struttura con doppio

strato di fosfolipidi, proteine e glucidi, e ha uno spessore di circa 7 nm. È una membrana selettivamente

permeabile e svolge numerose e importanti funzioni: 1) Separa il protoplasto dall’ambiente esterno 2) Media

il trasporto di sostanze all’interno e all’esterno del protoplasto 3) Coordina la sintesi e l’assemblaggio delle

microfibrille di cellulosa della parete cellulare 4) Rivela e facilita le risposte a segnali ormonali coinvolti nel

controllo della crescita e della differenziazione cellulare.

A differenza della maggior parte delle cellule animali, le cellule vegetali nel loro citoplasma sviluppano una o

più cavità generalmente ripiene di liquido, i vacuoli, circondati da una membrana singola, il tonoplasto.

In una cellula vegetale viva il citoplasma è in continuo movimento, all’interno di esso si possono osservare

delle correnti di intensità variabile, dette correnti citoplasmatiche o ciclosi, che trascinano passivamente gli

organelli e le varie sostanze in sospensione, che perdurano per tutta la vita della cellula e facilitano gli

scambi di materiali all’interno della cellula stessa e tra cellula e ambiente.

Nel protoplasto delle cellule eucariotiche, il nucleo è spesso la struttura più evidente, e compie 2 importanti

funzioni: 1) Controlla lo svolgimento delle attività della cellula, determinando quali molecole proteiche

debbano essere prodotte e in quale momento 2) Racchiude la maggior parte delle informazioni genetiche

(genoma nucleare) della cellula e le trasmette alle cellule figlie con la divisione cellulare. Il nucleo contiene il

DNA (organizzato e legato a istoni e proteine strutturali). È delimitato da una doppia membrana detta

involucro nucleare; la membrana ha numerosi pori per il passaggio dell’mRNA. Se la cellula viene trattata

con particolari tecniche di contrasto, nel nucleoplasma, o matrice nucleare, si possono vedere i sottili

filamenti e i granuli di cromatina.

Il reticolo endoplasmatico liscio (REL) è un sistema di vescicole appiattite che consentono lo spostamento

delle sostanze nella cellula; è anche sede della sintesi dei fosfolipidi e delle glicoproteine necessarie per la

costruzione della membrana.

Il reticolo endoplasmatico rugoso (RER) è rivestito di ribosomi ed è importante per produrre proteine che

vanno poi al Golgi, al cui interno terminerà la loro costruzione.

L’apparato di Golgi è una struttura composta da lamelle e cisterne sovrapposte, in cui vengono modificate

sostanze prodotte da altri organuli (es. glicoproteine).

I mitocondri sono organuli costituiti da una doppia membrana, la più interna ripiegata a formare delle creste

mitocondriali, che aumentano la superficie attiva dell’organulo. Presentano un filamento di DNA circolare e

piccoli ribosomi che servono per la sintesi di proteine specifiche del metabolismo degli zuccheri. Sono gli

organuli che procurano energia alla cellula. I mitocondri sono i siti della respirazione; la maggior parte delle

cellula vegetali ne contiene un numero che varia da 100 a 1000 in relazione al loro fabbisogno di ATP. Oltre

alla respirazione, sono coinvolti in numerosi altri processi metabolici, quali la biosintesi di amminoacidi, di

vitamine-cofattori e acidi grassi, e svolgono un importante ruolo nella morte programmata, un processo

geneticamente determinato, preceduto da un rigonfiamento dei mitocondri e dal rilascio del citocromo c. I

mitocondri, inoltre, sono in costante movimento, ruotano, si contraggono, si spostano da una parte all’altra

della cellula; tendono a raccogliersi laddove è richiesta energia: nelle cellule in cui la membrana plasmatica è

particolarmente attiva nel trasporto di sostanze, all’interno e all’esterno della cellula, si dispongono, spesso,

aderenti al plasmalemma, nelle alghe unicellulari mobili, invece, sono generalmente raggruppati alla base

degli organelli locomotori, probabilmente per fornire l’energia necessaria al movimento dei flagelli. In modo

simile ai plastidi, sono organelli semiautonomi, nel senso che contengono il corredo necessario per la sintesi

di alcune delle loro proteine. La membrana interna racchiude una matrice che contiene proteine, DNA, RNA,

piccoli ribosomi, simili a quelli dei batteri, e vari soluti.

I ribosomi sono costituiti da RNA e proteine; la loro funzione è la sintesi proteica. Sono