Botanica: cellula vegetale e parete

Fondamenti di botanica: cellula vegetale e parete

La cellula vegetale

Nelle cellule di tutti gli organismi viventi è indispensabile che si crei una superficie di scambio il più ampia possibile: il rapporto superficie-volume (cioè la superficie relativa della cellula, attraverso cui avvengono gli scambi) deve essere più grande possibile. La cellula vegetale però ha alcune caratteristiche che ci permettono di differenziarla da quella animale.

Al microscopio possiamo riconoscere le cellule vegetali perché al loro interno distinguiamo tanti piccoli organelli chiamati cloroplasti che tendono ad aumentare la superficie relativa; nelle Alghe, piante molto primitive, spesso troviamo solamente uno o due cloroplasti, mentre nelle piante superiori è presente una maggiore quantità di cloroplasti che aumenta la capacità della cellula di orientarsi verso la luce (i cloroplasti, infatti, possono orientarsi nel citoplasma).

Le foglie di un albero sono milioni, in modo da aumentare le superfici di scambio. I tessuti delle singole foglie sono formati da cellule molto piccole: sulla porzione superiore la funzione principale è quella fotosintetica (nelle piante dicotiledoni si nota una differenza anche ad occhio nudo fra le due facce della foglia), mentre sulla porzione inferiore della foglia gli spazi intercellulari sono maggiori, per favorire gli scambi gassosi. Nelle foglie dicotiledoni il tessuto fotosintetico della faccia superiore della foglia è detto “apalizzata” perché le cellule sono molto ravvicinate fra loro.

Osservando una singola cellula con un microscopio molto sensibile si può distinguere il vacuolo, pieno di liquidi o sostanze utili alla cellula (alcaloidi, cristalli, metaboliti o, nelle piante iperaccumulatrici, metalli pesanti). Il vacuolo occupa la porzione centrale della cellula e permette a questa di svilupparsi in dimensioni maggiori (poiché, a differenza di altri organelli, non ha bisogno di energia per svolgere la sua funzione). Inoltre, il vacuolo spinge il materiale che metabolicamente richiede energia verso la parete esterna della cellula, facilitando l’assorbimento di sostanze e la comunicazione con le cellule vicine.

La comunicazione fra diverse cellule vegetali adiacenti avviene attraverso i plasmodesmi: canali in cui passa un tubulo del citoscheletro, che attraversano le pareti cellulari.

Evoluzione delle cellule vegetali

I primi organismi vegetali ritrovati sono organismi procarioti, è attraverso un lungo processo di evoluzione che sono nati gli organismi eucarioti:

• Nei procarioti non è presente una compartimentazione, il nucleo non è presente, ma si può distinguere solo un nucleoide che contiene la molecola circolare di DNA. La struttura dei procarioti risale a 3,5 miliardi di anni fa, quindi non sono presenti nemmeno i pigmenti fotosintetici.
• Nei procarioti fotosintetici sono presenti alcuni pigmenti legati alle membrane che hanno la capacità di operare la fotosintesi (i cianobatteri, anche chiamati alghe azzurre, sono procarioti fotosintetici che vivono in colonie. Nella colonia solitamente si trovano cellule non colorate dette eterocisti, in grado di accumulare azoto molecolare e di mantenere in vita la colonia anche in assenza di ossigeno. Gli eterocisti sono presenti anche in molti altri organismi che hanno proprietà di azotofissatori come la felce acquatica, inoltre si possono utilizzare nell’agricoltura di specie acquatiche come fertilizzante naturale, per esempio nelle risaie).
• L'eucariote fotosintetico unicellulare: a partire da questa fase dell’evoluzione possiamo distinguere una compartimentazione a livello degli organelli cellulari, circondati da una o due membrane. Gli organismi eucarioti unicellulari presentano un nucleo ben delimitato, con un grande unico cloroplasto a coppa e un pirenoide, sito preferenziale di accumulo di amido dentro al cloroplasto (il cloroplasto ha la doppia funzione di portare a compimento la fotosintesi e di accumulare l’amido, quindi ha bisogno di un’ulteriore organizzazione interna; nelle piante superiori queste due funzioni si trovano in cellule diverse specializzate). Secondo la teoria endosimbiotica, il passaggio da procarioti a eucarioti fotosintetici può essere interpretato come il risultato dell’inglobazione da parte di un eucariote ancestrale di un procariote (il mitocondrio) e di un procariote fotosintetico (un cianobatterio); questa mancata fagocitazione è alla base della conquista della terraferma da parte dei vegetali circa 450 milioni di anni fa.
• I vegetali superiori, organismi ben organizzati ed evoluti, sono frutto di una simbiosi molto antica che ha permesso la colonizzazione della terra emersa. Sono organismi fotosintetici pluricellulari; le loro cellule si sono specializzate per svolgere diverse funzioni e permettono la divisione dell’organismo in tre parti fondamentali con diverse funzioni (radici, fusto e foglie). In ogni cellula fotosintetica sono presenti non solo nucleo, reticolo endoplasmatico ed apparato del Golgi, ma anche vacuolo e cloroplasti (nelle cellule non fotosintetiche dei petali non sono presenti cloroplasti ma cromoplasti, nelle radici sono presenti amiloplasti). Le cellule degli attuali organismi pluricellulari sono simili a quelle degli eucarioti unicellulari, ma sono specializzate a svolgere una determinata funzione, utile alla vita dell’organismo di cui sono parte (per esempio le cellule delle foglie di mais sono fotosintetiche come quelle di molte alghe unicellulari, ma a differenza di queste, facendo parte di un organismo complesso, dipendono da altre cellule per l’acqua, i minerali e la protezione dal disseccamento).

Differenze fra cellula animale e vegetale

Molti degli organelli presenti nella cellula animale appaiono molto simili a quelli della cellula vegetale, ma fra queste due esistono alcune differenze:

• La presenza del vacuolo nelle cellule vegetali (sostituito dai lisosomi nella cellula animale)
• La presenza della membrana cellulare nelle cellule vegetali
• La presenza di plastidi nelle cellule vegetali (sede di molte funzioni metaboliche della pianta)
• La presenza di lisosomi nella cellula animale
• Alcune diversità nel processo di divisione per mitosi (fra cui l’assenza di centrioli nelle cellule vegetali, che conferiscono al fuso mitotico una forma più tozza e meno appuntita)

Gli organelli della cellula vegetale non restano fermi, ma si muovono scorrendo sul citoscheletro a causa delle cosiddette correnti citoplasmatiche, o ciclosi.

Si indica con il termine protoplasto l’insieme di citoplasma (composto da organelli, sistemi di membrane e ribosomi sospesi nel citosol, e delimitato dal plasmalemma) e nucleo, privo di membrana e parete cellulare. All’interno del citoplasma possiamo anche trovare delle cavità piene di liquido dette vacuoli, delimitate da una sola membrana, il tonoplasto.