Riassunto Biologia Vegetale

Biologia vegetale

Generalità

Gli organismi viventi si dividono in procarioti (eubatteri, archeobatteri) ed eucarioti (alghe, funghi, piante, animali). La cellula procariotica presenta una capsula che protegge le membrane, il citosol di ribosomi e il nucleotide di DNA; sono mobili grazie ai pili e al flagello. La cellula eucariotica è costituita da vari organelli, a seconda dei quali la possiamo distinguere in autotrofa (se possiede il vacuolo, la parete e i cloroplasti) o eterotrofa (se possiede lisosomi e centrioli); gli organelli in comune sono i mitocondri, i ribosomi, l’apparato di Golgi e il nucleo.

Piante alte

Le piante alte sono organismi pluricellulari eucariotici. Hanno il corpo suddiviso in organi racchiusi in una parete cellulare di natura cellulosica; immagazzinano energia sotto forma di amido e si riproducono per mezzo di semi.

Evoluzione vegetale

Briofite

I primi vegetali ad essersi evoluti dalle alghe e ad aver colonizzato la terraferma (es. muschi). Sono prive di organi distinti e di tessuti conduttori, l’assorbimento e il trasporto dei soluti avviene per capillarità (e non per coesione), limitando drasticamente lo sviluppo in altezza; mancano inoltre di una cuticola vera e propria. Per la riproduzione si affidano a gameti maschili che devono nuotare in acqua per raggiungere l’ovulo delle piante femminili; una volta fecondato, la pianta sviluppa uno sporofita che diffonde le spore in acqua, permettendo all’organismo di colonizzare altri luoghi.

Pteridofite

Le prime piante ad aver evoluto un sistema di tessuti conduttori (es. felci). Sono infatti le prime a possedere organi distinti e a avere un sistema vascolare, permettendo un ulteriore accrescimento in altezza rispetto alle antenate che non erano riuscite ad affrancarsi totalmente dalla vita acquatica. Tuttavia si affidano ancora alle spore per la riproduzione, a differenza delle piante superiori che fanno uso di semi.

Gimnosperme

Le prime piante alte ad essersi evolute: sono piante vascolari che producono semi, senza tuttavia proteggerli con l’ovario, vengono infatti disposti sulle scaglie di uno strobilo (es. pini). Possiedono legno omoxilo, ovvero formato solamente da trachee e non da elementi dei vasi.

Angiosperme

Ultima evoluzione delle piante alte: presentano vistosi organi riproduttivi, i fiori; inoltre avvolgono i loro semi con un frutto, che li protegge e ne facilita la disseminazione. Sono inoltre composte da legno eteroxilo, ovvero un tessuto più efficace nel trasporto idrico formato da trachee ed elementi dei vasi. In più presentano il fenomeno della doppia fecondazione, poiché all’interno dell’ovulo avvengono due fecondazioni: una che darà vita allo zigote, l’altra che andrà a creare l’endosperma (il tessuto nutritivo).

Le briofite e le pteridofite sono crittogame, ovvero nascondono i propri organi riproduttori, a differenza di gimnosperme e angiosperme che sono fanerogame, cioè mostrano gli organi riproduttori quali fiori o strobili. La spora è più vulnerabile al disseccamento poiché è composta solo da un gametofito, e come tale viene rilasciata nell’ambiente; tuttavia può essere prodotta anche asessuatamente. Il seme invece è un organo più complesso composto dallo sporofito, meno vulnerabile grazie alle sostanze di riserva e inibitorie; può essere prodotto solo in modo sessuato.

Carboidrati e zuccheri

Carboidrati

Biomolecole composte da atomi di carbonio, idrogeno e ossigeno. Costituiscono la riserva energetica preferenziale degli organismi viventi, fungono inoltre come sostegno (es. cellulosa).

Zuccheri

Carboidrati catalogati come monosaccaridi (formati da una sola molecola di carboidrato quali ribosio, fruttosio e glucosio), disaccaridi (contenenti due molecole come saccarosio, maltosio e lattosio), polisaccaridi (costituiti da tre o più molecole di zucchero, come la chitina o l’amido).

• Monosaccaridi: Hanno formula generale e sono formati da catene di carbonio legato a un gruppo. Con eccezione di uno che è doppiamente legato ad un ossigeno, sono soluti in acqua dove, una volta sciolti, assumono la forma ad anello, convertendo il gruppo carbonilico in ossidrilico.
• Disaccaridi: Sono la forma preferenziale con la quale gli organismi trasportano i carboidrati. Si formano per deidratazione di due monosaccaridi, ovvero il sequestro di una molecola di acqua.
• Polisaccaridi: Costituiscono la forma con cui viene immagazzinata l’energia (come amido nelle piante e come glicogeno negli animali) oltre a svolgere importanti funzioni strutturali e di sostegno (come la cellulosa nelle piante o la chitina negli insetti, nei crostacei e nei funghi).

Acidi grassi e lipidi

Acidi grassi

Idrocarburi acidi contenenti un gruppo carbossilico.

Lipidi

Sostanze grasse ed oleose idrofobe, svolgono la funzione d’accumulo energetico e strutturale (cutina, suberina). Si formano per deidratazione di carboidrati di tre acidi grassi uniti tramite una molecola di glicerolo. Sono insolubili in acqua.

I fosfolipidi sono lipidi speciali, che sostituiscono un acido grasso con un gruppo fosforico; quest’ultimo costituisce la testa idrofila, rispetto alle tre code di acidi grassi scarsamente idrofobe. Gli steroidi sono formati da quattro anelli idrocarburi e svolgono l’importante compito di stabilizzare i fosfolipidi e di dirigere gli ormoni della pianta, implicati nella direzionalità della crescita.

Amminoacidi e proteine

Amminoacidi

Composti da un gruppo amminico, un idrogeno, un gruppo carbossilico e un gruppo "R" (che determina la variabilità tra i vari amminoacidi) legati a un carbonio centrale.

Proteine

Sono le molecole organiche più abbondanti nei sistemi viventi. Sono organizzate come grandi polimeri ordinati linearmente da una combinazione tra 20 amminoacidi. Quest’ultimi si legano tra di loro tramite legami peptidici (legame covalente fra due amminoacidi con perdita di una molecola d’acqua), per questo motivo le proteine assumono anche il nome di “polipeptidi”.

La sequenza lineare degli amminoacidi rappresenta la struttura primaria della proteina; le interazioni tra i vari amminoacidi che causano il ripiegamento (ad alfa-elica oppure a foglietto pieghettato) del polimero è detta struttura secondaria; la rappresentazione tridimensionale completa che la catena polipeptidica assume nell’ambiente si chiama struttura terziaria; infine, l’associazione di due o più polipeptidi uniti tra loro con legami deboli è detta struttura quaternaria.

Gli enzimi sono proteine che catalizzano le reazioni chimiche delle cellule, abbassando l’energia di attivazione di un processo, aumentandone quindi la velocità. Funziona facendo interagire il substrato (la molecola o le molecole che partecipano alla reazione) e il proprio sito attivo (la parte di enzima in cui avvengono le reazioni), formando un complesso. L’enzima non viene consumato durante la reazione e può essere affiancato da coenzimi e da inibitori.

Il metabolismo delle piante è composto da anabolismo e catabolismo. Se le reazioni sono anaboliche, poiché assemblano molecole più complesse, il processo sarà endoergonico (fotosintesi clorofilliana); se il processo è catabolico, dato che semplifica le molecole, sarà esoergonico (respirazione cellulare).

Pigmenti

Pigmento

Una qualsiasi sostanza che possiede uno spettro di assorbimento della luce. La clorofilla assorbe la luce violetta, blu e rossa. Quando assorbe fotoni, gli elettroni passano ad uno stato eccitato, il processo di rilascio energetico li riporta allo stato fondamentale. L’energia può essere rilasciata in calore (fluorescenza) oppure può essere trasferita assieme all’elettrone ad una molecola adiacente (risonanza).

La “clorofilla-a” si trova in tutti gli eucarioti fotosintetici e nei batteri e rappresenta il pigmento fondamentale per la fotosintesi. La clorofilla-b, la clorofilla-c, i carotenoidi e le ficobiline sono pigmenti accessori che allargano lo spettro d’assorbimento e trasferiscono energia alla clorofilla-a. Inoltre, i carotenoidi svolgono l’indispensabile funzione antiossidativa, senza di loro la fotosintesi in presenza di ossigeno non potrebbe avvenire.

Nucleotidi e acidi nucleici

Nucleotide

Sintetizzato per deidratazione da un gruppo fosforico, uno zucchero a cinque atomi di carbonio (ribosio nell’RNA e desossiribosio nel DNA) e da una delle cinque basi azotate.

Acidi nucleici

Macromolecole aperiodiche di nucleotidi che forniscono l’informazione e la codifica determinante la struttura delle proteine. Nella fattispecie, il DNA porta l’informazione genetica ereditaria, mentre l’RNA lo codifica e assembla le proteine.

L’adenosintrifosfato (ATP) è un nucleotide libero che rappresenta il principale trasportatore di energia immediatamente disponibile della cellula. Esso accumula energia grazie alla respirazione cellulare e grazie alla cessione da parte della fosfocreatina di un gruppo fosforico all’adenosindifosfato (ADP). Il NAD (nicotinamide adenina dinucleotide), il FAD (flavin adenina dinucleotide) e il NADP (nicotinamide adenina dinucleotide fosfato) e l’ATP (adenosintrifosfato) sono considerati coenzimi, poiché la loro funzione di trasporto energetico è intimamente connessa alla catalisi enzimatica.

L’acido desossiribonucleico (DNA) è un acido nucleico che contiene le informazioni genetiche necessarie alla biosintesi di RNA e proteine, le molecole imputate allo sviluppo e al corretto funzionamento della cellula. Il DNA è composto da una doppia elica di nucleotidi, molecole a loro volta formate da: un gruppo fosforico, lo zucchero desossiribosio e una di quattro basi (adenina, guanina, citosina, timina). La doppia elica è antiparallela, inoltre l’adenina si lega solo alla timina e la guanina solo con la citosina. L’ordine con il quale si susseguono gli accoppiamenti di basi determina l’informazione genetica.

Queste proprietà conferiscono al DNA la possibilità di duplicarsi: tramite specifici enzimi (elicasi) “srotola” e divide le due eliche e grazie ad altri enzimi (polimerasi) ad ogni fascia vengono associati i relativi acidi nucleici, in modo da ricostruire due doppie eliche. Negli organismi eucarioti, durante la riproduzione, il DNA si avvolge attorno a delle proteine disposte a forma di X per creare i cromosomi; il numero di cromosomi in una cellula è specie-specifico.

L’acido ribonucleico (RNA) è un acido nucleico imputato nella sintesi di proteine. È composto da un singolo filamento di nucleotidi, molecole formate da: un gruppo fosforico, lo zucchero ribosio e una di quattro basi (adenina, guanina, citosina, uracile).

• RNA messaggero (mRNA): Contiene l’informazione per la sintesi delle proteine.
• RNA ribosomiale (rRNA): Entra nella struttura dei ribosomi.
• RNA transfer (tRNA): Necessario per la traduzione dell’informazione.

La sintesi proteica inizia con la trascrizione dell’mRNA da uno stampo di DNA grazie all’RNA polimerasi, il processo è lo stesso della duplicazione del DNA, ma viene trascritto solo un pezzo, detto “terminatore”. Successivamente l’RNA transfer traduce il terminatore in sequenze amminoacidiche e le trasporta ai ribosomi, infine l’RNA ribosomiale accorpa i due stampi e, grazie a particolari proteine, ne sintetizza di nuove.

Ormoni vegetali

Gli ormoni vegetali sono sostanze organiche che svolgono il ruolo di regolazione della crescita. Promuovono segnali chimici comunicando informazioni circa lo stato di sviluppo fisiologico delle cellule. Sono presenti in bassissime quantità. Tessuti diversi possono reagire in modo diverso allo stesso ormone.

Auxine

Prodotte soprattutto nei primordi fogliari, nelle foglie giovanili e nei semi in geminazioni. Vengono trasportate sempre verso il basso nei fusti e nelle foglie, mentre vengono portate verso l’apice nelle radici. Provocano l’accrescimento per distensione, determinano i movimenti fototropici e gravitropici, controllano la dormienza apicale, favoriscono la formazione di radici avventizie e determinano lo sviluppo dell’ovario.

Gibberelline

Prodotte nei tessuti giovanili dei semi e dai germogli. Rimangono nei siti di produzione. Regolano la distensione e la divisione cellulare, inducono la germinazione dei semi e stimolano la fioritura.

Citochinine

Prodotte soprattutto negli apici radicali. Vengono trasportate dalle radici ai germogli. Influenzano la divisione cellulare e ritardano l’invecchiamento dei tessuti (senescenza).

Etilene

Prodotto in tutti i tessuti soggetti a senescenza o maturazione. Si diffonde nel sito di produzione. Accelera la maturazione dei frutti, ritarda la senescenza e l’abscissione di foglie e fiori.

Acido abscissico

Prodotto nelle foglie mature e nei semi in risposta allo stress idrico. Viene trasportato dalle foglie al floema, e da qui trasportato in tutta la pianta. Chiude gli stomi, ritarda l’apertura di gemme e semi, richiama sostanze nutritive nei semi.

Cellula vegetale

Membrane

Le membrane separano le cellule dall’esterno; sono formate da due strati di lipidi disposti in modo da impermeabilizzare entrambi i lati. Questa parete è attraversata da proteine globulari, che mettono in comunicazione selettiva la cellula, espellendo o attirando specifici elementi. Se il trasporto avviene spontaneamente è detto passivo; se necessita di proteine catalitiche viene detto facilitato; se richiede energia da parte della cellula è detto attivo.

Nucleo

Organello ricoperto da una doppia membrana fosfolipoproteica (l’involucro nucleare) che racchiude cromatina (DNA avvolto a proteine), nucleoplasma (zona con altissima densità di DNA e RNA) e nucleolo. Il nucleo controlla lo svolgimento delle attività cellulari, determinando la densità delle varie proteine; inoltre racchiude la maggior parte delle informazioni genetiche che trasmetterà alle cellule figlie.

Apparato di Golgi

È costituito da pile di dischi appiattiti in comunicazione tra loro, detti cisterne, e da vescicole transfer. La sua funzione è quella di sintetizzare e secernere polisaccaridi non-cellulosici e glicoproteine.

Ribosomi

Organelli immersi nel citoplasma o ancorati al reticolo endoplasmatico; sono i responsabili della sintesi proteica.