Botanica generale e sistematica

Botanica

La cellula:

La cellula è l’unità funzionale e struttura di vita (tutti gli esseri viventi sono costituiti da

esse); i piccoli organismi (batteri, protozoi) sono costituiti da singole cellule; i più grandi

(piante e animali) sono comporti da miliardi di cellule, ciascuna delle quali ha vita

parzialmente indipendente; sono organismi superiori o organizzati per costituire

tessuti (organi), così come le piante (radici, fusto, foglia).

Le cellule possono essere di dimensioni e forme molto diverse:

- le cellule batteriche possono misurare 1 μm (un milionesimo di metro);

- le cellule nervose possono raggiungere anche km di lunghezza;

La loro lunghezza va da 1 μm a 100 μm.

La cellula deve essere abbastanza grande per contenere DNA, molecole proteiche e strutture

interne (necessarie per sopravvivere e riprodursi).

Sono delimitate da una membrana plasmatica che racchiude il citoplasma.

Tutte le cellule sono sede di reazioni chimiche che consentono loro di svilupparsi, di

produrre energia (ATP) e di eliminare le scorie (macrofagi); contengono l’informazione

ereditaria, codificata nel DNA, che avvia le attività cellulari e consente alla cellula di

riprodursi trasmettendo le proprie caratteristiche alla generazione futura.

Esistono due tipi di strutture cellulari:

• Procarioti: il DNA non è contenuto in masse crosomatiche (contenenti proteine) e

non ha membrana. Non hanno organelli specializzati a compiere funzioni specifiche;

ha membrana plasmatica, a volte parete cellulare, ma non membrana nucleare, né

mitocondri, reticolo endoplasmatico, cloroplasti ed apparato di Golgi; ed il DNA è

immerso nel citoplasma;

• Eucarioti: le cellule sono suddivise in settori distinti che svolgono funzioni differenti

ed il DNA è contenuto nei cromosomi (contenuti nel nucleo); la membrana che separa

il citoplasma è tristratificata, con due strati scuri (25 Å), separate da uno strato più

chiaro (35 Å).

Organizzazione cellulare:

Essa è necessaria per la vita, per gli scambi cellulari ad una certa velocità che permettono le

reazioni chimiche.

La Superficie relativa è data dal rapporto tra Superficie e Volume; più il volume di un

corpo aumenta più diminuisce la sua superficie relativa.

La tendenza ad aumentare il più possibile la superficie relativa compare negli esseri viventi

di diversa grandezza (organo intero, tessuto, cellula, organulo cellulare).

CELLULA EUCARIOTA:

Le principali strutture di essa sono:

• Reticolo endoplasmatico

• Apparato di Golgi o Dictosoma

• Lisosomi o Perissisomi

• Nucleo

• Membrana Plasmatica

• Mitocondri

• Ribosomi

• Citoscheletro

Cellula Vegetale:

La sua grandezza è tra 10-100 μm.

Essa ha tre strutture che la differenziano da quella animale:

1. Parete cellulare: esterna alla membrana cellulare; è composta da cellulosa, con

funzione protettiva e di sostegno;

2. Cloroplasti: dove all’interno di essi avviene la Fotosintesi Clorofilliana; nelle loro

membrane interne (tilacoidi) è contenuta la clorofilla che serve per il processo;

3. Vacuolo: molto spesso occupa molto del volume cellulare; è pieno di un liquido

(sacco vacuolare), essa, facendo pressione sulla parete rigida, agisce come una specie

di idroscheletro, permettendo alla cellula di sostenersi e mantenersi rigida.

Strutture cellula vegetale:

• Citoplasma: tutta la cellula, escluso il nucleo, è occupata da esso; è delimitata dalla

membrana plasmatica. Comprende una sostanza fondamentale (o matrice) dove sono

immersi gli organelli cellulari (ribosomi, microtubuli, mitocondri, microcorpi,

plastidi) ed i complessi di membrane (reticolo endoplasmatico, corpi di Golgi). La

Matrice consiste in un reticolo tridimensionale di filamenti sottili da 3-6 μm di

diametro (reticolo microtrabecolare).

• Membrana plasmatica: (o cellulare), ricopre sia le cellule eucariote che

procariote; è formato da un doppio strato di fosfolipidi nella quale sono immerse delle

proteine; questa membrana è semipermeabile, ovvero permette il passaggio

diretto, tramite osmosi, delle molecole di piccole dimensioni, come zuccheri e Sali,

ma non di quelle di grandi dimensioni, come le proteine. Le sue funzioni sono molto

importanti, perché:

- controlla gli scambi nutrizionali, respiratori ed escretori della cellula;

- controlla l’unione e l’assemblaggio delle microfibrille di cellulosa della parete

cellulose;

- trasmette segnali ormonali e ambientali interessati per il controllo della crescita e

della diversità cellulare;

• Nucleo: contiene il patrimonio genetico dell’orgnismo. È delimitato da una

membrana propria (membrana nucleare), il suo doppio strato separa il nucleoplasma

(contenuto nel nucleo) dal citoplasma e consente gli scambi solo attraverso degli

appositi pori. Controlla tutte le attività cellulari e determina quali molecole proteiche

devono essere prodotte e quando. È formato da:

- involucro nucleare: 30-100 μm di diametro;

- nucleoplasma: sono sei sottili filamenti e granelli di cromatina costituita da DNA;

durante la divisione cellulare la cromatina diventa più condensata fino ad assumere

la forma dei cromosomi;

- nucleoli: 1-2 per nucleo, costituiscono i luoghi di sintesi per la formazione del DNA

ribosomiale.

• Mitocondri: sono le centrali energetiche cellulari; hanno permesso alla cellulare

eucariote di produrre energia (ATP). La loro forma si aggira intorno ai 2-5 μm (forma

di fagiolo), ma variano molto.

Presenta due membrane unitarie: quella interna ha numerose pieghe (creste), che è

grande almeno 5 volte in più di quella esterna.

Le sue funzioni sono molto importanti, infatti svolgono un ruolo fondamentali per la

respirazione cellulare. All’interno di essi avviene la demolizione (ossidazione)

delle molecole organiche che liberano energia e l’aggregazione di molecole di ATP, la

principale fonte di energia chimica della cellula.

La fase finale della respirazione, la fosforilazione ossidativa, avviene a livello

delle catene di trasporto degli elettroni, costituita da una serie di trasportatori di

elettroni ed enzimi collegati alla membrana interna del mitocondrio.

Nello spazio interno, o matrice, si trovano gli enzimi dell’ossidazione del piruvato,

del ciclo dell’acido citrico o di Krebs e della demolizione degli acidi grassi. Essa

contiene anche proteine, RNA, filamenti di DNA (nei nucleoidi), ribosomi e vari

soluti.

Respirazione cellulare:

E’ un processo che permette di utilizzare l’energia contenuta nei composti organici,

specialmente carboidrati, per le sintesi delle molecole di ATP, rendendo questa

energia utilizzabile per le necessità cellulari.

L’ossidazione di una molecola di glucosio porta alla produzione di 36 molecole di

ATP, di cui solo 2 non prodotte nel mitocondrio.

Si divide in 3 fasi:

- Glicolisi: si svolge nel citoplasma ed è un processo anaerobio. Consiste in 9 fasi,

ognuna concentrato in un enzima specifico. La molecola di glucosio viene scissi in 2

di acido piruvico o piruvato. È un processo base, cioè avviene prima della comparsa

dell’ossigeno atmosferico e della formazione degli organelli cellulari;

- ciclo di Krebs:

- Catena di trasporto degli elettroni (critosomi, chinoni). L’energia che si libera

da questo processo viene utilizzata per formare l’ATP da ADP + P. questo processo si

chiama Fosforilazione Ossidativa ed avviene all’interno del mitocondrio.

• Microcorpi: sono organelli sferici con diametro da 0-5 μm. Sono costituiti da:

- Membrana singola;

- Matrice interna granulare, contenente, spesso, un microcorpo di natura proteica;

- Perossisomi: hanno un ruolo nel metabolismo dell’acido citrico associato con la

fotorespirazione;

- Gliossisomi: contengono enzimi utili per la conversione dei grassi in carboidrati

durante la germinazione;

• Ribosomi: sono organuli, di circa 17-23 nanometri, fondamentali per la sintesi

proteica.

Sono costituiti da due subunità (create nel nucleo e trasportate

nel citoplasma dove vengono assemblate in ribosomi) di diversa dimensione (una più

grande, che si trova in alto, ed una più piccola, in basso) ognuna formata da proteine

e RNA ribosomiale (rRNA).

Ogni ribosoma presenta sulla sua subunità piccola un luogo di legame per mRNA e

sulla sua subunità più grande i siti per i tRNA.

Costituiscono i siti in cui gli amminoacidi si uniscono per formare le proteine, per cui

abbondano nelle cellule attive.

Si trovano liberi nel citoplasma o sono attaccati alla superficie esterna del R. E; si

trovano anche nel nucleo.

Durante la sintesi delle proteine si presentano riuniti in gruppi detti

poliribosomi o polisomi.

I polisomi sono attaccati spesso alla superficie esterna della membrana nucleare.

• Reticolo Endoplasmatico: E’ un insieme di tubi sottili e sacchi appiattiti

delimitati da membrane che formano un complesso sistema di cisterne legati o meno

ai ribosomi. In questa struttura avviene la sintesi di molti componenti delle

membrane, come dei materiali che saranno esportati fuori dalla cellula.

Ne esistono di due tipi:

- R.E liscio: privo di ribosomi, è coinvolto nella produzione dei lipidi. Abbonda nelle

cellule coinvolte nella produzione di cutine e cere (cellule epidermiche) o composti

volatili come profumi di molti fiori;

- R.E rugoso: si forma con l’unione del R.E con i ribosomi. È coinvolto nella sintesi

delle quali, alcune delle quali rimangono all’interno di esso (lume), ed altre

raggiungere i corpi di Golgi.

• Apparato di Golgi: Sono costituiti da un gruppo di sacchi membranosi, appiattiti e

a forma di dischi, detti cisterne, associati a vescicole che si formano per gemmazione

(riproduzione asessuata) dai bordi dei sacchi.

Le sue funzioni sono:

- Immagazzinare, modificare e distribuire le sostanze prodotte dal reticolo

endoplasmatico;

- Sintetizza le lipoproteine (molecole formate da lipidi e proteine), polisaccaridi

(molecole formate da catene di zuccheri) che la cellula poi sprigiona nell'ambiente

esterno come tali o legati a proteine (glicoproteine).

Le cellule vegetali producono la cellulosa (polisaccaride composto da molecole di

glucosio) e la pectina, che vengono prodotte e utilizzate per la costruzione della parete

cellulare.

Spesso sono associati ai corpi basali dei flagelli e delle ciglia per cui si pensa che

partecipano alla sintesi delle proteine strutturali costituenti i flagelli, le ciglia o le fibre

del fuso.

• Flagelli e ciglia: Sono strutture filiformi di 0,2 μm di diametro, lunghi 2-150 μm.

- Si parla di flagelli quando sono più lunghe, singole o poco numerose;

- Si parla di ciglia quando sono più corte e molto numerose.

La loro struttura è formata da un anello di 9 paia di microtubuli che circonda 2

microtubuli in posizione centrale. Delle braccia contenenti degli enzimi si dipartono

da uno dei microtubili di ciascuna coppia.

Il loro sviluppo avviene dai corpi basali, che hanno struttura circolare esterna di 9

triplette ma mancano dei due tubuli centrali.

Svolgono funzioni di movimento per alcune alghe e funghi e nei gameti dei muschi,

epatiche, felci ed alcune gimnosperme.

Vacuolo:

I vacuoli sono delle cisterne all’interno della cellula, che contengono il succo vacuolare ed

all’esterno sono delimitate da un’unica membrana lipoproteica, il tonoplasto (100 Å di

spessore); essa presenta proteine sia all’interno che all’esterno.

Le sue funzioni sono:

1) Partecipa alla crescita della cellula per distensione (accrescimento);

2) Conferisce alla cellula la necessaria rigidità;

3) Più cresce la cellula più cresce lui (aumento superficie);

4) È il luogo di accumulo di tossine e sostanze di rifiuto;

5) È il luogo di accumulo delle sostanze di riserva.

A. Sostanze di riserva:

Proteine;

❖ Idrati di carbonio:

❖ - Monosaccaridi (glucosio, fruttosio (pesche));

- Disaccaridi (saccarosio (barbabietola, canna da zucchero), lattosio, maltosio

(trifoglio ibrido), trealosio;

- Polisaccaridi (fruttosani (inulina; sostanza di riserva nei tuberi di

Topinambur, cicoria) e mannani (meno diffusi e si accumulano in abbondanza

solo in poche specie).

Il succo vacuolare contiene anche alcuni acidi organici (cationi) come:

Calcio (piante che vivono nei terreni calcarei)

❖ Potassio

❖ Magnesio

❖ Sodio (NaCl nelle piante che vivono in ambienti salini)

❖

E acidi inorganici (anioni) come:

Solfati, nitrati e fosfati (nelle piante coltivate in terreni concimati dall’uomo)

❖ Nitrati (Chenopodiaceae, Urticaceae, alcune alghe marine)

❖

B. Sostanze di rifiuto:

Sono dei composti secondari molto diffusi; la loro struttura di base è costituita da 15

atomi di Carbonio.

I tre gruppi più importanti sono:

Antociani: sono pigmenti che conferiscono il colore blu e rosso ai petali

o (corolle) dei fiori; petali con più di un colore sono dovuti alla presenza di

antociani di colore diverso. Tali pigmenti risultano così anche perché nei

cloroplasti di verifica una progressiva sintesi dei carotenoidi e la distruzione

della clorofilla. I colori rosso e aranciato delle foglie in autunno sono dovuti in

gran parte agli antociani;

Alcaloidi: sono dei composti, prodotti di rifiuto dell’azoto (N); svolgono un

o ruolo di protezione sui parassiti o sugli erbivori (animali). è contenuto nel

vacuolo dove l’atomo di azoto è protonato (aggiunta protone ad un atomo o

ione) e quindi sono carichi positivamente e solubili in acqua. Secondo alcuni

studi potrebbero agire da regolatori della germinazione e della crescita;

Glucosidi: sono dei composti caratterizzati dalla presenza di uno zucchero

o (gruppo gliconico) che si lega al gruppo agluconico (non zuccherino) diverso

nei vari glucosidi:

- Amigdalina (Rosaceae);

- Sinalbina (semi di Sinapis Alba - Senape bianca)

- Sinigrina (semi di Sinapis nigra - Senape nera)

- Rotenone (presente in alcune leguminose)

- Atractilato (Aractilis gummifera - Masticogna laticifera)

Acidi organici:

o - Citrico e Malico: (nei frutti immaturi di arance, limoni, mele);

- Succinico: acido carbossilico; a temperatura ambiente è un solido bianco ed

inodore; è irritante. Proviene da una tappa importante del Ciclo di Krebs

(riduzione da FAD a FADH2);

- Fumarico: acido, isomero dell’acido maleico, ma con proprietà medicinali;

- Aconitico: acido organico

Ossalato di calcio:

o E’ insolubile in acqua ed è presente in forma solida con forme variabili (aghi,

prismi, druse). Le sue funzioni sono:

• Il suo accumulo immobilizza l’acido ossalico che è un inibitore

dell’attività di diversi enzimi;

• Immobilizza l’acido ossalacetico che è un forte inibitore (impedisce)

della respirazione cellulare;

Tannini:

o Sostanze che vengono accumulate in cellule speciali che assumono una

colorazione bluastra; sono facilmente ossidabili e danno origine a composti di

struttura chimica poco chiari (Flobafeni) che conferiscono alla parete cellulare

una resistenza all’attacco dei microrganismi.

Terpeni:

o Sono biomolecole derivanti dall’isoprene (composto) e di solito sono isolubili

in acqua. Conferiscono l’aroma a molte specie di vegetali (allora, zenzero,

pepe, giaggiolo, limone). Le sue funzioni sono:

• Vasillare (nei fiori; adescamento degli animali che impollinano);

• Deterrente nei confronti di diversi insetti e mammiferi fitofagi (che si

nutrono di cibo vegetale);

• I monoterpeni della resina delle conifere sono tossici per diversi tipi di

insetti compresi i coleotteri della corteccia.

- Molte piante contengono miscele di monoterpeni e sesquiterpeni

(terpenti formati da 3 coppie di isoprene) volatili, definite come “oli

essenziali” che danno un odore caratteristico alle pinte che li producono

(salvia, basilico, limone (limonene), menta piperita (mentolo));

- Piante delle Euphorbiaceae producono dei composti che fungono da forti

irritanti per la pelle e da endotossine per i mammiferi;

- Il diterpene (Taxolo) è un potente antitumorale;

- Un gruppo di composti triterpenici (Limonoidi) sono sostanze amare

degli agrumi.

Fenomeni osmotici:

Sono importanti per tutte le cellule in quanto permettono l’assorbimento dell’acqua. Nella

cellula, per la presenza dei vacuoli, questi fenomeni sono alla base della crescita per

distensione.

I fenomeni osmotici sono fenomeni di diffusione, ovvero un processo chimico-fisico per

cui gli atomi o le molecole degli elementi o dei composti chimica passano da una zona in cui

sono più concentrati ad un’altra nella quale presentano minore concentrazione.

Tipi di plastidi:

I plastidi sono una famiglia di organuli che si trovano solamente nella cellula vegetale. In

una pianta superiore e più complessa sono presenti diversi tipi di plastidi specializzati per

struttura e funzioni:

Cloroplasti: hanno un complesso sistema di membrane interne pigmentate e

▪ svolgono la fotosintesi clorofilliana;

Cromoplasti: di colore arancio-bruno, contengono strutture che accumulano

▪ carotenoidi e hanno funzione di attrazione (vessillare);

Amiloplasti: incolori, caratterizzati da grossi depositi di amido.

▪

Cloroplasti:

Hanno forma tondeggiante nelle piante superiori; in quelle inferiori hanno forme bizzarre e

variabili (a stella, a nastro, a tavoletta).

La loro grandezza è tra 4-8 μm e il loro numero da cellula a cellula varia, da 20-80 a 150-

200.

In presenza di luce diurna si dispongono secondo la loro maggiore superficie; in presenza di

luce notturna si presentano di profilo.

Sono formati da una doppia membrana lipoproteica (involucro) con dimensioni variabili tra

120 e 200 Å. Sono due unità di membrana dello spessore di 50 Å separate da uno spazio di

20-100 Å.

La membrana esterna è molto ricca di lipidi,