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Botanica

Differenza tra cellula animale e cellula vegetale

Nel corso del tempo l’evoluzione ha prodotto cellule molto diverse tra loro, per forma, dimensione e per composizione biochimica. Le differenze strutturali, quindi funzionali, e le differenze metaboliche tra le diverse tipologie cellulari rispecchiano esattamente gli adattamenti messi in atto dall’organismo rispetto all’ambiente in cui esso si trova. In termini di composizione, la cellula vegetale differisce da quella animale sostanzialmente per la presenza di: parete cellulare, vacuolo e plastidi.

La parete cellulare conferisce un’immobilità della cellula stessa che, se adulta, non può cambiare forma che risulta essere geometrica. Il vacuolo è responsabile del grande quantitativo di acqua all’interno della cellula e delle sue enormi dimensioni, infatti presenta una grandezza media di 10 volte superiore alla cellula animale (100 micron vs 10 micron). I plastidi permettono alla cellula vegetale una nutrizione autotrofa. Un esempio concreto è la capacità della cellula vegetale di organicare, cioè di poter sintetizzare molecole organiche a partire da molecole inorganiche semplici. Questa caratteristica è alla base del concetto di autotrofia della pianta che manca però nella cellula animale, la quale facendo parte di organismi eterotrofi, si serve di composti già sintetizzati introdotti attraverso la dieta dell’animale di cui fa parte.

Differenza tra cellula procariotica ed eucariotica

La cellula procariotica presenta un’organizzazione più primitiva mentre la eucariotica è più complessa e finemente regolata. La caratteristica più rilevante della cellula procariotica che la contraddistingue da quella eucariotica sta nell’assenza di un nucleo delimitato dall’involucro nucleare. Il DNA batterico è circolare, chiuso ad anello, nella regione del nucleoide, nel citoplasma. Le cellule eucariotiche invece hanno il DNA lineare associato agli istoni e organizzato in cromosomi all’interno di un nucleo, dotato di membrana nucleare.

All’interno della cellula procariotica non ci sono compartimentazioni, mentre la cellula eucariotica possiede delle strutture chiamate organuli intracellulari, ognuna con una funzione specifica. All’interno di entrambe le cellule troviamo i ribosomi, ma nelle cellule procariotiche sono di tipo 70S, mentre nelle eucariotiche 80S. In queste ultime, non sempre è presente una parete cellulare che ne delimita la membrana, mentre nelle cellule procariote c’è sempre la parete. Infine, un’altra differenza consiste nelle dimensioni, la cellula procariotica (1-5 micron) è più piccola di quella eucariotica (può raggiungere anche i 100/200 micron).

Organismi autotrofi ed eterotrofi

Gli organismi autotrofi ed eterotrofi sono microrganismi che si differenziano per il modo in cui si nutrono, ovvero il modo in cui sintetizzano le molecole di cui hanno bisogno. Gli autotrofi sono microrganismi capaci di sintetizzare le molecole di cui necessitano a partire da sostanze più semplici. Gli organismi eterotrofi invece ricavano le materie prime di cui necessitano già sintetizzate attraverso la dieta dell’organismo di cui fanno parte per ingestione.

L’organicazione, processo presente solo negli autotrofi, permette di sintetizzare molecole organiche a partire da molecole inorganiche semplici. Questo processo può avvenire per fotosintesi, l’energia necessaria per organicare proviene dalla luce o per chemiosintesi, l’energia per organicare proviene da reazioni chimiche esoergoniche. L’organismo autotrofo, dopo l’organicazione, riesce a costruire il soma grazie all’organizzazione. Gli organismi eterotrofi, invece, non effettuando il processo di organizzazione, ma ottenendo molecole organiche complesse già sintetizzate, passano direttamente alla fase di organizzazione.

Differenza tra cellula vegetale giovanile e adulta

Meristematica adulta

• Alto indice N/C
• Basso indice N/C
• Cellula isodiametrica non superiore ai 20 micron
• Grande circa 50-100 micron
• Parete sottile
• Parete ispessita talora modificata. Parete primaria e secondaria
• Protoplastidi non differenziati
• Plastidi differenziati (es. cloroplasti, cromoplasti..)
• Tanti vacuoli piccoli
• Ampio sistema vacuolare
• Accrescimento per divisione
• Accrescimento per distensione

Funzioni: produzione di nuove cellule e capacità di dividersi (hanno molti ribosomi). Sono cellule vive e presenti negli apici del fusto e delle radici (sclerenchima). Costituiscono la maggior parte del cormo.

Funzioni specializzate: unite a formare tessuti. Perde la capacità di dividersi. Possono essere vive (parenchima) o morte (sclerenchima).

Differenza tra cellulosa e amido

L’amido e la cellulosa sono due polimeri molto simili; entrambi infatti sono sintetizzati dallo stesso monomero, il glucosio: hanno le stesse unità ripetitive di base. Esiste però una grande differenza: nell’amido, tutte le molecole di glucosio sono orientate nella stessa direzione. Nella cellulosa invece ogni unità di glucosio successiva è ruotata di 180° attorno all’asse della catena principale del polimero rispetto all’unità monomerica che lo precede. Le unità di glucosio dell’amido sono unite mediante legami alfa, mentre nella cellulosa con legami beta.

Di fatto ciò crea molta differenza: la principale differenza nel comportamento dei due polimeri è la possibilità o meno, a seconda dell’organismo preso in considerazione, di poterli digerire. Ad esempio, l’essere umano, come molti altri animali, produce enzimi che riescono a dissociare l'amido in glucosio per dare energia al suo organismo, ma non producono enzimi in grado di scindere la cellulosa. Inoltre: la cellulosa è molto più resistente dell'amido. La cellulosa non si scioglie in acqua come fa invece l'amido e non si rompe così facilmente.

Cellulosa

È un polimero del beta-glucosio: legami beta (1,4) glicosidici. Un dimero con tale legame viene chiamato cellobiosio. La formazione del legame tra due unità di glucosio richiede una rotazione di 180° di una molecola rispetto all’altra: catena lineare di unità di glucosio, stabilizzata da legami idrogeno.

La cellulosa è ideale come materiale fibrillare perché:

• È lineare e poco estensibile
• Può raggiungere un alto grado di polimerizzazione (dai 2000 ai 6000 residui)
• Le catene si associano tra loro a formare microfibrille
• Estremamente stabile = costituente permanente (gli enzimi cellulosolitici mancano nella cellula vegetale)

Sintesi della cellulosa:

• Sistema enzimatico della cellulosintasi intrinseco nello spessore del plasmalemma
• Funziona come un sistema di tessitura che recupera dal citoplasma il glucosio in forma attivata ed emette all’esterno le microfibrille di cellulosa
• La deposizione delle microfibrille è guidata dai microtubuli che decorrono al di sotto del plasmalemma

Amido

L’amido è un incluso solido dei plastidi, costituito per circa il 20% di amilosio e l’80% di amilopectina. Polisaccaride polimero dell’alfa-glucosio: legami alfa-1,4; ramificazioni alfa-1,6. Legami alfa-1,4: caratteristici dell’amilosio, catena di tipo lineare. Ramificazioni alfa-1,6: caratteristiche dell’amilopectina, ramificazione che diparte dall’amilosio.

L’amido rappresenta la forma di riserva glucidica energetica più importante dei vegetali! Esso è in genere legato alla presenza di clorofilla b. Il legame di tipo alfa impone alla catena di glucosio una curvatura (angolo di legame tra due residui successivi di glucosio) per cui la molecola si ripiega ad elica.

Riserva energetica che si trova:

• Nelle radici
• Nei fusti
• Nei semi
• In alcuni frutti

La biogenesi della parete cellulare

La parete cellulare è un prodotto del metabolismo cellulare: si forma ex novo! La cellula meristematica possiede per ¾ la parete madre e quindi deve sintetizzare l’altro quarto ex novo. Ai microtubuli del fuso mitotico in posizione equatoriale in direzione centrifuga si aggiungono microtubuli più corti. La struttura nascente prende il nome di fragmoplasto, questo indirizza le vescicole del Golgi che si fondono a formare un setto di separazione che prende il nome di lamella mediana. Essa ha una posizione intermedia tra due cellule, le unisce cementandole tra di loro.

Dunque, la lamella mediana è formata dalle sostanze presenti all’interno delle vescicole golgiane: sostanze peptiche, acqua e proteine. Terminata la costruzione del setto di separazione, il fragmoplasto scompare. Contemporaneamente alla lamella mediana, si forma la parete primaria. Tale parete caratterizza le cellule che si stanno accrescendo per distensione. Essa si forma internamente alla lamella mediana e contro di essa. Ora la cellula ha terminato la sua crescita per distensione e si forma la parete secondaria con le stesse identiche componenti solo che cambia il loro rapporto; è formata da matrice e componente fibrillare, ma al contrario della parete primaria, il materiale fibrillare è preponderante sulla matrice.

Composizione chimica della parete cellulare

La lamella mediana è costituita dal contenuto riversato dalle vescicole del Golgi, ovvero sostanze peptiche, acqua e proteine. La parete primaria è invece formata da due componenti: una fibrillare e una matrice. La matrice è formata da: 60% acqua, sostanze pectiche, emicellulose e proteine enzimatiche e strutturali. Le sostanze pectiche sono polisaccaridi sintetizzati nel reticolo endoplasmatico rugoso: un esempio è l’acido galatturonico, che costituisce lo zucchero prevalente. I polimeri di tale composto si dividono in pectine semplici e pectine complesse, o pectati. Questi ultimi hanno ponti di calcio o magnesio.

Le emicellulose sono polisaccaridi complessi a catena ramificata. Interagiscono con le microfibrille di cellulosa e con gli altri polimeri di matrice. Provengono dall’apparato di Golgi e vengono trasportato fino al plasmalemma. Infine ci sono anche le proteine enzimatiche e strutturali. La componente fibrillare è costituita da cellulosa. I monomeri di glucosio sono ruotati di 180° tra di loro. La cellulosa è definibile anche come una sequenza di dimeri chiamati cellobiosio. La cellulosa ha una struttura lineare e infatti ha una funzione strutturale. Quando più catene di cellulosa si uniscono tra di loro, attraverso legami deboli ad idrogeno, si formano le fibrille.

Infine abbiamo la parete secondaria, con le stesse componenti della parete primaria con rapporti differenti: è formata da matrice e componente fibrillare, ma al contrario della parete primaria, il materiale fibrillare è preponderante sulla matrice.

Differenza tra parete primaria e secondaria

Modificazioni secondarie della parete cellulare

La parete primaria e secondaria possono subire delle modificazioni che prendono il nome di modificazioni secondarie non perché riguardino esclusivamente la parete secondaria ma perché avvengono successivamente alla formazione della parete completata. I processi di modificazione sono strettamente legati all’evoluzione della pianta. Nel corso del tempo le piante sono passate da un ambiente acquatico a quello sub-aereo. Il processo di colonizzazione delle terre emerse ha comportato una serie di modificazioni per adattarsi al nuovo habitat: per il sostegno della pianta stessa, per l’ottimizzazione del trasporto d’acqua o ancora per le limitazioni delle perdite d’acqua. Le sostanze che modificano la parete sono:

• Incrostanti: si intromettono nelle maglie di cellulosa
• Apposte: si depositano a ridosso della parete

In una stessa pianta possono essere presenti entrambe. Modificazioni della parete cellulare sono:

• Lignificazione: lignina è un polimero complicatissimo. È una sostanza incrostante. Si inserisce tra le maglie delle fibrille di cellulosa. La lignificazione conferisce alla parete cellulare e quindi alla cellula resistenza meccanica. Le cellule che hanno questa modificazione fanno parte di tessuti meccanici. La pianta non ha più la colonna d’acqua che la tiene su, quindi serve in una pianta che vive in ambiente aereo per sorreggersi. Poi nel tessuto vascolare e nell’endocarpo dei frutti (protezione del seme). La lignificazione interessa tutte le porzioni della parete cellulare.
• Cutinizzazione: dovuta ad un polimero di natura grassa che è la cutina. Si inserisce tra le maglie della cellulosa, alle volte fuoriesce perché è troppa e prende il nome di cuticola (abbondante nelle piante che vivono negli ambienti aridi). Ad esempio le susine, sembrano sporche perché le cellule della buccia formano cutina, che è idrorepellente. La sua funzione è quella di evitare la marcescenza. È abbondante nei tessuti e nelle piante in presenza di troppa acqua o in carenza di acqua. Ad esempio anche nelle piante grasse, per evitare la traspirazione e quindi la perdita di acqua. Le pareti delle cellule epidermiche ne hanno. Perché sono a contatto con l’ambiente esterno. Si chiamano pareti tangenziali esterne che hanno cellule che producono questo polimero. Si chiamano pareti tangenziali (esterna e interna) quelle sopra e sotto, mentre quelle a contatto con le altre cellule si chiamano pareti radiali. La cutinizzazione non interessa tutte le parti della parete ma la parete tangenziale esterna delle cellule epidermiche.
• Suberificazione: dovuta ad una molecola di natura grassa, la suberina. Essa come la cutina è grassa e ha tutte le caratteristiche per essere idrorepellente, ma contrariamente è un polimero apponente. E si mette a ridosso con la parete primaria, le cellule con parete suberificate spesso muoiono. (ad esempio il sughero, viene utilizzato come materiale isolante, oppure nei tappi)
• Gelificazione: incrostazione di polisaccaridi idrofili a livello delle pareti cellulari. Interessa tutto il mondo vegetale. Data in genere dalle mucillagini (polisaccaridi idrofili, rilasciano debolmente l’acqua). Sono nei cianobatteri e in microalghe: le loro pareti sono ricche di mucillagini che assorbono l’acqua dell’umidità che viene utilizzata per svolgere attività metaboliche. Un esempio è l’Agar Agar (polisaccaride gelificante), che proviene dalle pareti delle alghe rosse, è un gel che spesso si usa in laboratorio, oppure esiste la carragenina ad esempio, una gelatina presente negli alimenti.

Gelificazione fisiologica

La gelificazione fisiologica è dovuta a mucillagini che aumentano l’idrofilia della parete. Patologica: dovuta a gomme prodotte in seguito a ferite (molto spesso). Tamponamento quando la pianta viene incisa per non essere colpita da funghi o batteri, crea un gel. L’aloe vera è ricchissima di mucillagini perché la pianta vive in ambienti secchi e quindi tende ad assorbire molta acqua.

Mineralizzazione

Deposizione di sostanze incrostanti. Sono di due tipi:

• Silicizzazione: biossido di silice. Nei Monocotiledoni, ad esempio nelle graminacee, le pareti delle cellule delle foglie sono silicizzate quindi se prendiamo veloce un filo d’erba ad esempio, ci possiamo tagliare. È una modificazione che è presente anche nelle diatomee: microalghe. La parete è piena di porocanali che permettono di comunicare con l’ambiente esterno. Le diatomee sono microalghe che hanno avuto molta importanza perché accumulano molti oli, nel corso del tempo hanno contribuito alla sintesi del petrolio, con la loro morte. Gli oli di queste alghe hanno grosse potenzialità per la sintesi del bio-fuel per gli aerei.
• Calcificazione: carbonato di calcio. Dà ruvidezza. Se tocchiamo le foglie delle zucche hanno cellule con pareti calcificate. Ortica (caso in cui troviamo entrambe le modificazioni): i peli sono urticanti. Perché? Il pelo dell’ortica è un’unica cellula adulta a forma di fiaschetta di vino. Il pelo ha una modificazione di carbonato di calcio e il bottoncino sopra che ha del biossido di silice. La differenza di modificazione fa sì che salti il cappuccio, il vacuolo esplode e fuoriesce del liquido urticante. Possiede quindi due modificazioni insieme. Salvaguardia della pianta per non essere predata.

Pigmentazione: dovuta all’impregnazione o incrostazione con sostanze chiamate flobafeni, sostanze di natura fenolica. I pigmenti hanno funzione di evitare la marcescenza e danno particolare colorazione al legno (es. duramen di noce di ebano). La pigmentazione è spesso associata alla morte della cellula. Queste modificazioni indirizzano verso un tessuto specifico per delle funzioni ben precise!

Cutina e suberina

La cutina è un polimero idrofobo costituito da acidi grassi idrossilati saturi e insaturi a lunga catena. È associato alle cere. La cutina è presente nella parete tangenziale esterna delle cellule epidermiche, in quanto sono in contatto con il mondo esterno. È presente in cellule vive. Se la produzione è sovrabbondante può anche fuoriuscire dalle pareti stesse e prende il nome di cuticola. La cutina è incrostante, infatti si inserisce fra le maglie di cellulosa. Si trova soprattutto nelle piante grasse o in quelle che, al contrario, vivono in ambienti con abbondanti riserve d’acqua. In un caso la cutina forma un film idrorepellente e protettivo per evitare che entri troppa acqua e quindi per evitare la marcescenza; nelle piante grasse invece serve ad evitare di perdere troppi liquidi e quindi evita la traspirazione. La suberina è un polimero simile alla cutina. A differenza della cutina però non si inserisce tra le maglie delle fibrille, ma è apposta in lamelle concentriche a ridosso per lo più della parete primaria.