Riassunto esame botanica generale, prof. Santi, libro consigliato Botanica generale e diversità vegetale, Piccin

Botanica: programma completo primo anno di Scienze Agrarie e Ambientali

Lipidi

I lipidi possono essere di deposito o riserva, strutturali o regolatori (precursori delle vitamine). Possono essere:

• Saturi (legame singolo C-C tra i carboni della catena);
• Insaturi (legame doppio C=C tra i carboni della catena).

Nella loro catena è presente il gruppo carbossilico (COOH). I trigliceridi sono i lipidi più semplici. Essi hanno funzione di riserva e di isolamento termico. Il tessuto adiposo è formato da grosse strutture che contengono trigliceridi. Cere, lipidi di membrana e fosfolipidi. I fosfolipidi presentano una testa polare idrosolubile a base di fosfato e una coda apolare non idrosolubile. A livello biochimico, i fosfolipidi partecipano alla struttura delle membrane cellulari ed in particolare alla modifica della permeabilità selettiva di queste ultime.

Steroli vegetali

Gli steroli costituiscono la membrana e sono precursori di altri prodotti. Il colesterolo è solo degli animali.

• Ormoni steroidei: segnalazione biologica.
• Vitamina D: aiuta a regolare.

Proteine

Le proteine sono polimeri, macromolecole biologiche più abbondanti in una cellula (50-60%). Esse sono costituite da amminoacidi (20 tipi di amminoacidi). Le proteine svolgono funzioni di:

• Sostegno (collagene, cheratina);
• Catalisi (enzimi);
• Trasporto (emoglobina, albumina);
• Ormoni;
• Difesa;
• Movimento;
• Riserva.

Le glicoproteine sono carboidrati attaccati alle proteine. Le proteine possono arrivare ad essere composte da 1-2K amminoacidi. Amminoacido: Gruppo carbossilico. Gruppo amminico. Proteina: Amminoacido + Amminoacido.

Cellule e membrane

Principi di biologia:

1. Tutti i viventi sono formati da cellule (i virus non sono considerati cellule)
2. Tutti gli organismi obbediscono alle leggi della chimica e della fisica.
3. Tutti gli organismi hanno bisogno di energia.

Robert Hooke – 1700, creatore del termine "cellula" osservando il sugo. Sleiden – 1838, tutti i vegetali sono formati da cellule. Shown – 1839, anche gli animali sono formati da cellule. Virchow – 1858, creatore della teoria cellulare: "ogni cellula deriva da una cellula pre-esistente". All'inizio si pensava che la materia vivente si generasse dalla materia inanimata. Questo è stato confutato da due italiani: Redi (1668) e Spallanzani (1765). Essi dissero che tutte le nuove cellule derivano da cellule pre-esistenti.

Le cellule sono piccole perché se fossero grandi, la superficie in relazione al loro raggio le renderebbe incapaci di fare scambi con l'esterno.

1 cellula (diametro) = 2 um (micrometro, detto anche micron). M – mm – um – nm – Åmetro – millimetro – micrometro – nanometro – angstrom.

Cellule:

• Eucariote (dominio Eukaria): nucleo delimitato da membrana (protisti, funghi, piante, animali).
• Procariote (domini Archea, Bacteria): prive di nucleo, DNA sparso nel citoplasma. Più piccole delle cellule eucariote. Mancano i mitocondri, cloroplasti ed un sistema vacuolare.

Caratteristiche uguali per tutte le cellule:

• Membrana plasmatica: doppio strato di fosfolipidi con proteine inserite. "Mosaico fluido";
• Materiale genetico;
• Citoplasma.

Le tipologie di trasporto attraverso la membrana

Le strutture idrofobe possono attraversare la membrana in modo:

• Passivo (senza utilizzo di energia): canale nella membrana (seguono il gradiente di concentrazione). Possono essere utilizzate delle proteine carrier;
• Attivo (con utilizzo di energia): la cellula può andare contro il gradiente di concentrazione, sono utilizzate proteine carrier.

Ciclo cellulare

Periodo tra la derivazione della cellula madre e il momento in cui la cellula si divide in cellule figlie.

• Mitosi (cromosomi normali): processo di separazione della cellula per formarne due con lo stesso numero di cromosomi della madre. Il corredo genetico (DNA) si moltiplica all'interno della cellula madre che si andrà poi a dividere in due, dividendo anche il DNA ed ottenendo quindi due cellule identiche. La mitosi è divisa in quattro fasi: profase, metafase, anafase e telofase.
• Meiosi (cromosomi gametici): processo di separazione della cellula per formarne quattro con la metà dei cromosomi della madre. Il corredo genetico (DNA) si moltiplica all'interno della cellula madre che si andrà poi a dividere in quattro, dividendo anche il DNA ed ottenendo quindi quattro cellule con la metà dei cromosomi della madre. La meiosi è divisa in due fasi: meiosi I (fase riduzionale); meiosi II (fase equazionale). Entrambe sono a loro volta costituite da: profase, metafase, anafase e telofase. Serve per favorire l'evoluzione perché questi gameti si andranno a mischiare con altri.

Crossing over: scambio dei pezzi di cromosomi. Per favorire ancora di più l'evoluzione.

Microscopi

• Microscopio ottico (LM): luce naturale e lenti. (limite: 0,2 um – 200 nm);
• Microscopio a scansione (SEM): vede gli elettroni dispersi. (limite: 0,01 um – 10 nm);
• Microscopio elettronico (TEM): bombarda con un fascio di elettroni con i quali si ottengono definizioni migliori. (limite: 0,0002 um – 0,2 nm).

Il sistema di endomembrane

Tutte le proteine sono sintetizzate sui ribosomi. Una parte di esse rimane nel citoplasma o viene indirizzata agli organuli della cellula. Il resto viene indirizzato al reticolo endoplasmatico che fa parte di un vasto sistema, definito sistema di endomembrane. I compartimenti che costituiscono tale sistema sono:

• Il reticolo endoplasmatico;
• L'apparato di Golgi;
• Il vacuolo;
• La membrana plasmatica.

Reticolo endoplasmatico (RE)

Esso è un sistema di canali membranosi, questi canali assumono la forma di cisterne, tubuli e vesciche. Il RE viene suddiviso in RE ruvido (presenta ribosomi adesi alla membrana) e RE liscio (privo di ribosomi). Il RE ha il compito di:

• Sintesi, assemblaggio e smistamento di proteine del sistema di endomembrane e di secrezione;
• Sede della sintesi e dell'accumulo di alcune proteine di riserva, di lipidi di membrana e di trigliceridi di riserva.

Apparato di Golgi

Nelle piante l'apparato di Golgi è dato dall'insieme di numerose pile, ciascuna costituita da 5-10 cisterne sovrapposte distribuite in tutto il citoplasma. Ad esse sono associate numerose vescicole. Le cisterne cis sono rivolte verso il RE da cui ricevono, tramite vescicole, i prodotti di sintesi. Ad esse seguono le cisterne mediali e le cisterne trans. L'apparato di Golgi ha il compito di:

• Portare a maturazione le proteine neosintetizzate a livello del RE;
• Sintesi dei glicolipidi di membrana plasmatica e vacuolare;
• Sintesi e assemblaggio dei polisaccaridi della parete cellulare.

Vacuolo

I vacuoli sono organelli caratteristici della cellula vegetale. Nella cellula matura è presente un solo grosso vacuolo (80-90% del volume); nella cellula giovane numerosi e piccoli vacuoli che tendono a fondersi man mano che la cellula si accresce. All'interno del vacuolo è presente una soluzione acquosa chiamata succo vacuolare, contenente numerose sostanze di natura diversa: sali di acidi organici e inorganici, carboidrati, amminoacidi – proteine, lipidi. Il vacuolo ha il compito di:

• Omeostasi cellulare;
• Turgore cellulare;
• Processi di detossificazione;
• Funzioni di riserva.

I plastidi

I plastidi sono organelli caratteristici della cellula vegetale; ne esistono diversi tipi che differiscono per colore, forma, struttura e funzione. Molte delle attività metaboliche della cellula, come la fotosintesi e la biosintesi dei grassi e dell'amido, si svolgono all'interno di questi organuli. In base al colore, i plastidi maturi sono classificati in:

• Cloroplasti (verde chiari): contengono clorofille e carotenoidi (e ficobiline nelle alghe rosse);
• Cromoplasti (colorati): mancano di clorofilla ma sono ricchi in carotenoidi;
• Leucoplasti (bianchi): incolori per l'assenza di pigmenti.

L'involucro dei plastidi è costituito da due membrane, la membrana esterna e la membrana interna; il compartimento tra le due membrane è detto spazio intermembrana. I proplastidi sono i precursori dei plastidi più altamente differenziati come i cloroplasti. Se una plantula viene fatta crescere al buio, i proplastidi della foglia non diventano amiloplasti, come accade nella radice, ma ezioplasti (cloroplasti che non sono stati esposti alla luce). Differentemente, i proplastidi della radice esposta ad illuminazione continua si trasformano in cloroplasti.

Cloroplasti

I cloroplasti sono gli organuli in cui ha luogo la fotosintesi e sono presenti in tutti gli organismi autotrofi eucariotici (alghe e piante). Mentre nelle alghe si passa da un solo grande plastidio per cellula (definito cromatoforo) a tanti piccoli plastidi nelle forme più evolute, nelle piante sono invariabilmente presenti numerosi cloroplasti per cellula. Il principale vantaggio di avere tanti piccoli plastidi è rappresentato dalla possibilità dei cloroplasti di spostarsi indipendentemente l'uno dall'altro orientandosi a favore della radiazione luminosa. Inoltre, questi possono sviluppare una maggiore superficie disponibile per gli scambi di sostanze con il citoplasma.

Cromoplasti

Generalmente si differenziano a partire dai cloroplasti, come avviene nel pomodoro e nel peperone, ma possono derivare anche da plastidi non fotosintetici come avviene nella barbabietola e nella carota.

Leucoplasti

Con il termine leucoplasto si indica qualsiasi plastidio privo di colore. I leucoplasti sono classificati in base alle sostanze prodotte e/o accumulate:

• Gli elaioplasti accumulano lipidi;
• I proteinoplasti immagazzinano proteine;
• Gli amiloplasti accumulano carboidrati sotto forma di amido.

Pigmenti fotosintetici

I pigmenti che sono coinvolti nella cattura dell'energia luminosa, rendendo possibile il processo fotosintetico, appartengono a tre classi: clorofille, carotenoidi e ficobiline.

Il nucleo

La quasi totalità del DNA della cellula eucariotica è contenuta nel nucleo che rappresenta quindi l'archivio informativo della cellula. È delimitato da un involucro nucleare costituito da un sistema di due membrane concentriche, la membrana nucleare interna e la membrana nucleare esterna. La continuità tra nucleo e citoplasma è garantita dalla presenza sull'involucro nucleare dei pori nucleari, la cui funzione è il trasporto attivo delle molecole da e per il citoplasma. Mentre nelle cellule procariotiche la sintesi dell'RNA (trascrizione) e quella delle proteine (traduzione) avvengono quasi contemporaneamente, nelle cellule eucariotiche la trascrizione avviene nel nucleo e la traduzione nel citoplasma.

La struttura chimica dell'RNA è molto simile a quella del DNA ma differisce per alcune cose:

Basi azotate:

• Nucleotidi: Formati da pentosio (zucchero) e da una base (timina DNA – uracile RNA)
• Desossiribosio
• Ribosio
• Nucleotide

Cromosomi

24 cromosomi diversi tra di loro (22 + 2 sessuali/gametici)

• bp (base pair paia di basi 3,4 Å (lunghezza di una base)
• Es. Dryza Sativa (riso) 480'000'000 bp 57'000 geni

I tessuti

I tessuti vegetali possono essere classificati in meristematici e adulti (o definitivi), i primi sono costituiti da cellule indifferenziate dalla cui attività mitotica traggono origine tutti gli altri tipi di tessuti, i secondi da cellule pienamente differenziate che, salvo rare eccezioni, non si dividono.

I meristemi primari e secondari

I tessuti meristematici che derivano direttamente dal tessuto embrionale sono definiti meristemi primari. La divisione ed il successivo differenziamento delle cellule di questi meristemi, dà origine ai tessuti primari, che nel loro insieme costituiscono il corpo primario della pianta. I meristemi primari sono localizzati ai due poli della pianta, l’apice del fusto e della radice, e sono responsabili della crescita in lunghezza di questi organi. Il meristema apicale del fusto, detto apice vegetativo, produce generalmente foglie e rami, ma quando la pianta è pronta per passare allo stadio riproduttivo si trasforma in apice fiorale. Il meristema apicale radicale provvede a formare la radice principale e la cuffia radicale.

I meristemi secondari non sono presenti nell’embrione, ma si trovano nell’individuo adulto tra i tessuti definitivi. Sono presenti solo in alcune piante (tutte le gimnosperme e parte delle angiosperme dicotiledoni) e dalle divisioni delle loro cellule si formano i tessuti secondari, che nel complesso costituiscono il corpo secondario della pianta. Tali meristemi si formano da cellule mature preesistenti, generalmente parenchimatiche. I meristemi secondari sono responsabili della crescita in diametro del fusto e della radice. Essi si distinguono in cambio subero-fellodermico (forma il periderma, sistema tegumentale del corpo secondario della pianta) e cambio cribro-vascolare (genera il sistema conduttore).

Accrescimento e differenziamento delle cellule vegetali

La progressiva specializzazione dipende dalla posizione della cellula e non da un destino prestabilito. Durante il differenziamento, oltre che assumere una forma definitiva, la cellula modificherà la composizione della parete e dei suoi organelli, arricchendosi, ad esempio, di cloroplasti per svolgere la fotosintesi, o andando incontro a morte per svolgere la funzione di conduzione di acqua e nutrienti minerali. Il differenziamento della cellula inizia con uno stadio precoce di determinazione, a cui segue la crescita per distensione.

Tessuti parenchimatici

Le cellule parenchimatiche sono generalmente vive ed anche a maturità sono capaci di dividersi, svolgendo un ruolo importante nei processi di riparazione delle ferite. Le cellule parenchimatiche sono prive di parete secondaria. Hanno grandi vacuoli con abbondante succo vacuolare che contribuisce alla turgidità della cellula. I tessuti parenchimatici vengono classificati in:

• Parenchima clorofilliano: deputato a svolgere la fotosintesi. Presenta cellule con pareti sottili, che sono facilmente attraversate dalla luce e dalle sostanze gassose, ricche di cloroplasti, ed è abbondante nel mesofillo fogliare dei giovani fusti di piante legnose o di piante erbacee.
• Parenchima di riserva: specializzato nell’accumulo di sostanze di riserva di varia natura. Può presentare cellule ricche di amiloplasti, elaioplasti e proteoplasti, in cui vengono accumulati, rispettivamente, amido secondario, lipidi e proteine. Il parenchima di riserva è localizzato in diverse parti del fusto, della radice e della foglia.
• Parenchima di trasfusione: specializzato nel trasferimento a breve distanza.
• Parenchima acquifero: specializzato nella conservazione dell’acqua. È abbondante nelle piante grasse (succulente), adattate ad ambienti aridi. È costituito da cellule grandi, con pareti sottili e con grandi vacuoli contenenti mucillagini che, grazie alla loro notevole idrofilia, trattengono fortemente l’acqua.
• Parenchima aerifero: specializzato nel favorire la diffusione e la circolazione dell’aria nelle piante acquatiche sommerse o in organi di piante emerse che si trovano in ambienti asfittici (acquitrinosi o paludosi). È caratterizzato da grandi spazi intercellulari, spesso confluenti in un sistema di canali aeriferi. I parenchimi aeriferi rendono anche gli organi più leggeri favorendone il galleggiamento.
• Parenchima conduttore: trasporto di molecole a media distanza.

Tessuti tegumentali

I tessuti tegumentali vengono distinti in esterni ed interni. I primi ricoprono le superfici degli organi ed hanno funzioni protettive, i secondi formano barriere di separazione ed isolamento tra i tessuti di uno stesso organo. I tessuti tegumentali possono essere sia d’origine primaria che secondaria. Esistono tre tipi di tessuti tegumentali:

• Tessuti tegumentali primari esterni (epidermide ed esoderma);
• Tessuti tegumentali primari interni (endoderma);
• Tessuti tegumentali secondari esterni (sughero).

L’epidermide e le sue modificazioni (tessuti tegumentali primari esterni)

L’epidermide è un tessuto tegumentale esterno che ricopre l’intero corpo della pianta. L’epidermide della radice viene generalmente indicata con il termine rizoderma. È unistratificata, ma può essere pluristratificata soprattutto nelle specie adattate a climi aridi (xerofite) come l’oleandro o il ficus. Le gimnosperme dicotiledoni con habitus arboreo, hanno accrescimento secondario in spessore su fusto e radici. All’inizio di tale accrescimento perdono l’epidermide e la sostituiscono con un tessuto tegumentale d’origine secondaria, il sughero.