Botanica generale e forestale - Appunti

Programma del corso

03 MOLECOLE ORGANICHE:

Carboidrati, Lipidi, Proteine ed Acidi Nucleici. Metaboliti secondari.

18 ORGANIZZAZIONE CELLULARE:

La cellula Procariota: Caratteristiche generali;

La cellula Eucariota: caratteristiche generali;

28 La cellula Vegetale: strutture ed organuli cellulari

(parete cellulare; membrana plasmatica; nucleo; citoplama; plastidi; mitocondri;

perossisomi, vacuoli; reticolo endoplasmatico; apparato di Golgi e vescicole;

citoscheletro; ribosomi).

31 Proprietà delle membrane biologiche: Assorbimento, diffusione, osmosi,

trasporto passivo e trasporto attivo.

34 Metabolismo: Anabolismo e catabolismo, Respirazione cellulare, Fotosintesi,

Fotorespirazione, Metabolismo C4 e CAM.

52 ORGANIZZAZIONE STRUTTURALE DELLE PIANTE VASCOLARI:

Istologia: Tessuti meristematici e tessuti definitivi.

Sistemi di tessuti: Tegumentale, conduttore, fondamentale.

Tessuti parenchimatici: Clorofilliano, di riserva, aerifero, acquifero.

Tessuti tegumentali: Epidermide (stomi e tricomi); rizoderma; endoderma;

esoderma, periderma (formazione delle lenticelle).

Tessuti segregatori: Esterni e interni.

Tessuti meccanici: Collenchima, sclerenchima.

Tessuti conduttori: Xilema e floema. Fasci cribro-vascolari.

66 ACCRESCIMENTO PRIMARIO E SECONDARIO:

La struttura delle piante legnose: Il passaggio dalla struttura primaria alla

struttura secondaria. I meristemi secondari. Formazione. struttura. organizzazione e

funzionamento del cambio cribro-vascolare.

72 Xilema secondario: nelle dicotiledoni e nelle gimnosperme, sistema

longitudinale e sistema assiale, legno eteroxilo e legno omoxilo. cerchie annuali,

legno primaverile e legno estivo.

74 Floema secondario: Attivita del cambio subero fellodermico: formazione del

periderma. lenticelle. Filizzola

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76 STRUTTURA PRIMARIA DELLA RADICE E DEL FUSTO:

Anatomia e morfologia del fusto.

77 Anatomia e morfologia della radice.

Radice in struttura primaria: funzioni e struttura esterna. Struttura interna delle

radici. L'endoderma. La disposizione dei tessuti vascolari.

Modelli di organizzazione nelle monocotiledoni e nelle dicotiledoni.

Accrescimento secondario delle radici.

Formazione delle radici laterali. Radici specializzate.

90 Anatomia e morfologia della foglia.

Funzioni e struttura esterna. Struttura interna delle foglie.

Tipi di foglie: foglia dorsoventrale, equifacciale, unifacciale, centrica. Adattamento

delle foglie alle condizioni ambientali.

100 Il seme e le sue riserve: Lo sviluppo del seme- Cenni di embriologia-

Sviluppo della plantula. Maturazione, accumulo delle riserve, idrolisi.

Il processo della germinazione. Dormienza.

Piante annuali, biennali, perenni. Meccanismi di accrescimento.

104 Fitoormoni come regolatori di crescita. Morfogenesi e regolazione ambientale.

106 Fattori esogeni: luce, temperatura, gravita.

Bioritrni: fotoperiodismo e fitocromo.

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LE BIOMOLECOLE

Nelle cellule sono presenti migliaia di molecole, esse sono classificate come:

- Molecole INORGANICHE: Come Anidride carbonica, Ammoniaca, Acqua, ecc.

Partecipano a numerose reazioni che avvengono all’interno

delle cellule.

- Molecole ORGANICHE: Possono essere utilizzate nella loro forma originaria, come

gli Acidi Grassi, che vengono demoliti per produrre energia. Oppure possono essere

assemblate per formare Macromolecole, come gli Aminoacidi, che sono i

componenti base delle Proteine.

- MACROMOLECOLE: Sono molecole di grosse dimensioni derivanti dall’unione di

piccole molecole organiche, come ad esempio Acidi Nucleici, Proteine e alcuni

Glicidi.

Chimicamente le macromolecole

sono Polimeri, costituiti da

numerose molecole di piccole

dimensioni dette Monomeri, uniti

insieme tramite Legami

Covalenti.

Quasi tutti i polimeri biologici si formano mediante reazioni di Condensazione in cui

2 monomeri si uniscono liberando una molecola di acqua.

La scomposizione di un polimero in numerosi monomeri avviene per Idrolisi:

L’aggiunta di una molecola d’acqua in corrispondenza del legame esistente fra

monomeri determina la rottura del legame.

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CARBOIDRATI

I Carboidrati o GLICIDI, sono composti organici formati da carbonio, idrogeno e

ossigeno.

Hanno sia funzione di riserva di energia e sia funzione strutturale per le cellule.

Quello dei carboidrati è un gruppo eterogeneo di composti con formula minima:

C - H - O

n 2n n

C - H - O

Glucosio  6 12 6

In base al numero dei monomeri (zuccheri semplici) da cui sono composti, i

carboidrati possono essere distinti in:

● MONOSACCARIDI: Monomeri come il glucosio o il fruttosio

Glucosio - Fruttosio

● DISACCARIDI: Formati da 2 monosaccaridi Saccarosio

 ● Glucosio - Galattosio

Lattosio ● Glucosio - Glucosio

Maltosio ●

● OLIGOSACCARIDI: Formati da pochi monosaccaridi

● POLISACCARIDI: Formati da centinaia di monosaccaridi

Amido Sostanza di riserva nei Vegetali

●

Cellulosa Ha funzione di sostegno nei Vegetali

●

Glicogeno Sostanza di riserva nel regno Animale

●

MONOSACCARIDI

I monosaccaridi sono zuccheri semplici, il Glucosio è il monosaccaride più diffuso e

viene sintetizzato attraverso la Fotosintesi delle piante verdi.

È uno zucchero a 6 atomi di Carbonio e rappresenta il monomero da cui sono

costituiti i principali polisaccaridi: Amido e Cellulosa.

Il Glucosio rappresenta la principale fonte di energia per la maggior parte delle

cellule.

Altri monosaccaridi importanti sono il Fruttosio e il Galattosio (utilizzati sempre

per produrre energia all’interno delle cellule), il Ribosio e il Desossiribosio (due

zuccheri che entrano nella composizione degli acidi nucleici: DNA & RNA)

Ribosio

Zuccheri PENTOSI: 5 atomi di Carbonio  Desossiribosio

Glucosio

Zuccheri ESOSI: 6 atomi di Carbonio Fruttosio

 Galattosio

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DISACCARIDI

Le molecole dei monosaccaridi si legano per effetto di reazioni di CONDENSAZIONE

formando Legami glucosidici tra due monosaccaridi dando forma ad un

DISACCARIDE.

Per esempio il Saccarosio (Zucchero da cucina) è formato da ,

glucosio+fruttosio

mentre il Lattosio (contenuto nel Latte) contiene .

glucosio+galattosio

OLIGOSACCARIDI

Molti oligosaccaridi presentano particolari proprietà se legati ad altri elementi.

Spesso gli oligosaccaridi sono legati con proteine e lipidi alla superficie esterna

della membrana cellulare, dove agiscono come segnale di riconoscimento tra cellule.

POLISACCARIDI

Sono gigantesche catene di monosaccaridi legati uno

all’altro da legami glucosidici.

L’Amido è un polisaccaride costituito da tante unità di

glucosio legate con legami Ω-glicosidici (legami deboli).

può essere più facilmente depolimerizzato da proteine

catalitiche (Enzimi) e rappresenta una buona forma di

deposito che può essere facilmente degradata.

La Cellulosa è un polisaccaride gigante simile all’amido, costituito cioè unicamente

da unità di glucosio unite però da legami β-glicosidici (legami forti). La cellulosa è il

costituente principale della parete cellulare dei vegetali. È un eccellente componente

strutturale che può tollerare condizioni ambientali anche drastiche senza subire

modificazioni.

Sia l’amido che la cellulosa sono costituiti soltanto da unità di glucosio ma le loro

funzioni biologiche e fisiche sono completamente diverse.

Il Glicogeno rappresenta la forma di deposito

del glucosio nel fegato e nei muscoli degli

animali, è una molecola molto ramificata.

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CARBOIDRATI DERIVATI

Talvolta le molecole dei carboidrati subiscono modificazioni chimiche che consistono

nell’aggiunta di altri gruppi funzionali quali gruppo fosfato o amminici, diventando

così un Carboidrato derivato.

Ad esempio la Galattosammina è il principale costituente della cartilagine, il

materiale che forma le superfici articolari delle ossa e dà consistenza alle parti

esterne delle orecchie e del naso.

Il polimero Chitina invece è il principale polisaccaride strutturale dell’esoscheletro

degli insetti. Filizzola

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LIPIDI

I Lipidi sono un gruppo di composti idrocarburici che presentano la proprietà di

essere insolubili in acqua a causa della presenza di numerosi Legami Apolari.

Queste molecole sono letteralmente “spinte” a interagire tra loro dall’azione delle

molecole di acqua circostanti che le respingono.

I Lipidi non si sciolgono in acqua, ma si sciolgono in altri lipidi oppure in solventi,

come l’Etere o il Benzene.

I Lipidi svolgono alcune numerose funzioni biologiche: Alcuni agiscono da riserva

energetica (grassi e oli), altri svolgono importanti ruoli strutturali nelle

membrane cellulari (fosfolipidi), questi ultimi separano la cellula dall’ambiente

circostante.

In genere le sostanze insolubili nei lipidi, non sono in grado di attraversare le

membrane, mentre le molecole solubili, si spostano con facilità.

Chimicamente grassi e oli sono Trigliceridi, quando si presentano solidi a

temperatura ambiente sono grassi, mentre quelli liquidi sono detti oli.

I Trigliceridi sono formati da due tipi di elementi costitutivi:

- GLICEROLO: È una piccola molecola che presenta 3 gruppi ossidrili (OH).

- 3 - ACIDI GRASSI: Sono acidi carbossilici (CO-OH).

La reazione di una molecola di Glicerolo con 3 molecole di Acidi grassi produce un

Trigliceride e 3 molecole di acqua. Le lunghe catene carbossiliche degli acidi grassi

rendono il trigliceride molto Idrofobo.

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Gli acidi grassi possono essere SATURI o INSATURI

Negli Acidi Grassi SATURI la catena di atomi di Carbonio

presenta solo legami singoli.

Le molecole di questi acidi grassi sono rigide e dritte, il che

permette loro di impacchettarsi fittamente.

Questa caratteristica conferisce alle diete ricche di acidi

grassi saturi effetti dannosi al livello cardiocircolatorio (Ictus,

Infarto, ecc.).

Negli Acidi Grassi INSATURI la catena di atomi di

carbonio contiene doppi legami.

Gli acidi MONOINSATURI (Acido Oleico) possiedono

un solo doppio legame al centro della catena che si

presenta ripiegata.

Gli acidi POLINSATURI (Acido Linoleico) possiedono

più doppi legami lungo la catena che si presenta

ripiegata più volte.

Queste molecole presentano più ripiegamenti che

impediscono loro di impacchettarsi fittamente.

Questa caratteristica conferisce alle diete ricche di acidi

grassi insaturi effetti benefici sull’organismo.

Gli acidi grassi insaturi non vengono sintetizzati

dall’organismo umano che quindi deve ottenerli

attraverso l’alimentazione (Olio d’oliva, ecc).

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I FOSFOLIPIDI

I Fosfolipidi sono formati da due tipi di elementi costitutivi:

- GRUPPO FOSFATO (Idrofilo): Una piccola molecola contenente Fosforo.

- 2 ACIDI GRASSI (Idrofobi): Costituiscono le due code del fosfolipide

Esaminando attentamente la struttura e le

proprietà dei fosfolipidi è facile comprendere

in che modo queste molecole sono orientate.

Il Gruppo fosfato (Idrofilo) si lega con le

molecole di acqua, invece le code costituite

dagli acidi grassi (Idrofobe) vengono

respinte dall’acqua.

Di conseguenza in una membrana

cellulare le teste fosfolipidiche si associano

orientandosi in modo da impacchettare

strettamente le code lipidiche apolari.

Questo è il sistema che si è evoluto in natura, infatti il traffico di molecole attraverso

una cellula è limitato dalle proprietà lipidiche della membrana cellulare.

Molecole Liposolubili possono rapidamente attraversare la membrana.

Molecole Insolubili nei lipidi è impedito il passaggio dalla membrana, in alternativa

queste molecole devono essere trasportate attraverso la membrana ad opera di

specifiche proteine. Filizzola

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ALCUNI LIPIDI SONO VITAMINE

Tra i Lipidi sono comprese molte molecole diverse. Tra queste i Carotenoidi e gli

Steroidi hanno struttura molto diversa da quella dei Trigliceridi e dei Fosfolipidi.

Steroidi

-

Alcuni steroidi sono importanti costituenti delle

membrane cellulari. Altri steroidi sono Ormoni

(molecole con la funzione di segnali chimici).

Il Testosterone e gli Estrogeni sono ORMONI

STEROIDEI che regolano lo sviluppo sessuale

nei vertebrati.

Il Colesterolo sintetizzato nel Fegato, è un importante costituente

delle membrane; esso è anche il prodotto di partenza per la sintesi

del Testosterone e di numerosi altri ormoni steroidei che

partecipano alla degradazione delle molecole dei grassi alimentari

favorendone la digestione.

Il Colesterolo viene assimilato dagli alimenti che lo contengono,

quali Latte, Uova, Burro e Grassi animali.

Quando la presenza di Colesterolo nell’organismo diventa

eccessiva, esso tende a depositarsi sulle pareti delle arterie e può

causare Arteriosclerosi e Infarto.

Carotenoidi

-

Sono una famiglia di pigmenti capaci di assorbire la luce sia nelle piante che negli

animali.

Il Beta - Carotene (β-carotene) è uno dei pigmenti utilizzati dalle foglie per

catturare l’energia luminosa che alimenta il Processo della Fotosintesi.

È la presenza del β-carotene che determina la crescita di una pianta in direzione

dello stimolo luminoso (Fotoperiodismo).

I Carotenoidi sono responsabili del colore delle carote, dei Pomodori, delle Zucchine,

del Tuorlo dell’uovo e del Burro.

Nell’Uomo una molecola di β-carotene può essere spezzata in due molecole di

Vitamina A, una sostanza coinvolta nel processo della visione.

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Vitamine

-

Un ampio gruppo di vitamine liposolubili (A, D, E, K) non vengono sintetizzate

dall’uomo, che quindi deve introdurle nell’organismo con gli alimenti.

La Vitamina A: si forma a partire dal β-carotene presente nelle verdure gialle e

verdi. Tra gli altri ruoli svolti, la Vitamina A è direttamente implicata nel processo di

captazione degli stimoli luminosi da parte dell’occhio.

Il DEFICIT di Vitamina A causa secchezza della cute, degli occhi e delle superfici

corporee interne, ritardo dell’accrescimento e cecità notturna.

La Vitamina D: regola l’assorbimento intestinale del calcio ed è necessaria per la

corretta deposizione di calcio nelle ossa.

Il DEFICIT di Vitamina D causa il Rachitismo, una condizione caratterizzata da una

diminuzione della rigidità delle ossa.

La Vitamina E: non è un singolo composto ma piuttosto un gruppo di Lipidi.

Chimicamente sembra che abbiano azione protettiva sulle cellule nei confronti dei

danni causati da reazioni di ossidoriduzione.

Commercialmente la Vitamina E, viene addizionata a numerosi alimenti per

aumentarne la conservabilità.

La Vitamina K: si trova nelle foglie delle piante verdi e viene anche sintetizzata dai

batteri normalmente presenti nell’intestino umano.

Il DEFICIT della Vitamina causa un rallentamento del tempo di coagulazione del

sangue e di conseguenza emorragie potenzialmente mortali in presenza di ferite.

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PROTEINE

Le proteine sono un gruppo di macromolecole costituite da unità

monomeriche dette Aminoacidi.

Ogni aminoacido reagisce con un altro in una reazione di

condensazione che porta alla formazione di un legame

PEPTIDICO.

Un polimero costituito da aminoacidi è un polipeptide, una Proteina è costituita da

una o più catene polipeptidiche.

Tutte le proteine sono costituite sempre dai soliti 20 Tipi di AMINOACIDI.

Esse presentano strutture complesse e differenziate e svolgono una gamma assai

vasta di funzioni negli organismi:

- Supporto strutturale

- Protezione

- Catalisi

- Trasporto

- Difesa

- Regolazione

- Movimento

Particolare importanza hanno le proteine catalitiche, dette Enzimi, che determinano

l’aumento della velocità delle reazioni chimiche negli organismi.

Ogni reazione chimica richiede l’intervento di un particolare Enzima.

Proteine sono l’emoglobina, la proteina trasportatrice dell’ossigeno nel sangue.

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La STRUTTURA delle proteine è molto complessa tanto da essere descritta in termini

di 4 livelli successivi di complessità:

- Struttura PRIMARIA

La struttura primaria è la

normale sequenza di

aminoacidi in una catena

polipeptidica. Nelle cellule la

struttura primaria delle

proteine è determinata dalla

sequenza degli aminoacidi in

un segmento lineare.

- Struttura SECONDARIA

La struttura secondaria di

una proteina consiste nel