Botanica

IL CICLO CELLULARE

Il ciclo cellulare è l'insieme degli eventi compresi tra la formazione di una cellula e la sua

divisione in due cellule

figlie. È costituito da due fasi l'interfase, durante la quale la cellula svolge un'intensa

attività metabolica e cresce, e la fase mitotica, in cui troviamo la divisione del nucleo e

del citoplasma.

L’interfase comprende tre ulteriori fasi che sono la G1, in cui avviene la sintesi del

materiale citoplasmatico e di membrana, e il ripristino alle dimensioni della cellula, la

fase S in cui avviene la duplicazione del materiale genetico ed infine la fase G2 in cui

avviene la sintesi di importanti proteine sia di natura strutturale e di riserva che quelle

utili alla divisione. A queste tre fasi segue la mitosi (in cui si susseguono 4 fasi, profase,

metafase, anafase e telofase) alla cui fine troviamo la citodieresi.

Alle tre fasi dell’interfase se ne oppone un’altra fase detta G0, una fase in cui si dice

che le cellule che hanno smesso di dividersi, in modo temporaneo o irreversibile, sono in

uno stato di quiescenza; la cellula quindi in questa fase può uscire dal ciclo cellulare in

risposta a segnali regolatori e passare ad una fase di non divisione in cui possono

rimanere anche per sempre e in questo caso si parla di PCD (plan cellular death). La

morte di una cellula non è necessariamente un evento negativo in quanto spesso negli

organismi vegetali le cellule morte hanno un’importante rilevanza in quanto possono

essere usate come protezione come nel caso delle cellule dell’epidermide esterna o

come trasportatori, data la loro conformazione a tubo, di linfa grezza come nel caso dei

tubi linfatici.

La crescita delle cellule vegetali si distingue in due forme: quella embrionale e quella per

distensione.

Il tipo di crescita ci fa anche distinguere in che fase della vita una certa cellula si trova;

una cellula giovanile presenterà le caratteristiche di una crescita embrionale e quindi

piccole dimensioni, un elevato rapporto nucleo/citoplasma, parete sottile, piccoli vacuoli

o addirittura assenti, ed infine plastidi indifferenziati. Una cellula adulta invece

presenterà le caratteristiche dategli da una crescita per distensione e quindi una parete

più o meno ispessita/modificata, un grosso vacuolo centrale e plastidi differenziati in vari

tipi.

INTERNO DELLA CELLULA

All’interno della cellula troviamo varie sostanze tra cui:

PROTOPLASMA: ogni sostanza dentro la cellula eccetto la parete

 Il protoplasto è una cellula vegetale senza parete.

o

CITOPLASMA: citosol+ citoscheletro+ organuli citoplasmatici (escluso il nucleo e nel

 caso della cellula vegetale anche il vacuolo)

Il citosol o ialoplasma o matrice ialoplasmatica si presenta come un fluido

o gelatinoso, a causa della grande quantità di proteine disciolte in esso, privo di

struttura propria. Al suo interno troviamo sostanze organiche come proteine,

lipidi, carboidrati e acidi nucleici, ma anche sostanze inorganiche come acqua e

ioni.

NUCLEOPLASMA: una matrice gelatinosa presente all'interno del nucleo, ricca di

 acqua e contenente ioni, proteine, enzimi e nucleotidi.

COMPOSIZIONE MOLECOLARE ORGANISMI VIVENTI

Macroelementi: elementi presenti nelle molecole dei viventi in maggiore quantità: H,

 C, O, N, P, S. Questi compongono il 99% del peso di tutta la materia vivente. (vedi

slide lezione 5-6)

Le molecole della vita sono:

ZUCCHERI O CARBOIDRATI: contengono C, H e O (alcuni anche N e S), in essi il

 rapporto tra H e O è di 2:1 e la loro formula generica è (CH2O)n

PROTEINE: Sono tra le molecole più abbondanti nei sistemi viventi (50% o maggiore,

 nelle piante sul peso secco); hanno funzione strutturale e funzionale. Le proteine sono

polimeri di amminoacidi (20, di cui 9 essenziali) ordinati in sequenza lineare. Le

combinazioni possibili dei 20 aminoacidi sono tantissime.

Gli organismi complessi hanno migliaia di proteine diverse per struttura e funzione.

Nelle piante la maggior parte delle proteine si trova nel seme (proteine di riserva

circa 40% sul peso secco per lo sviluppo dell'embrione). Gli amminoacidi sono 20 in

tutti gli esseri viventi, e hanno sempre la stessa struttura base:

Un gruppo amminico – NH2

o Un gruppo carbossilico – COOH

o Un atomo H

o Un gruppo funzionale R, che determina l’identità dell’amminoacido

o

Tutti questi elementi sono legati allo stesso atomo di C centrale.

ACIDI NUCLEICI: Determinano le informazioni per la struttura delle proteine. Essi sono

 costituiti da lunghe catene di molecole note come nucleotidi, i quali sono composti

da: Un gruppo fosfato

o Uno zucchero a 5 atomi di carbonio

o Una base azotata

o

I LIPIDI – TRIGLICERIDI E FOSFOLIPIDI: Sono formati da carbonio, idrogeno e ossigeno

 e, in alcuni casi, anche da fosforo. Forniscono una scorta di energia da utilizzare in

carenza di zuccheri, essi richiedono un lavoro più lungo per essere scomposti per

utilizzarne l’energia rispetto agli zuccheri. Essi sono inoltre i costituenti fondamentali

di tutte le membrane della cellula.

I lipidi sono formati da catene di acidi grassi, di cui ne esistono due tipi: gli acidi

grassi SATURI, costituiti da catene di carbonio senza doppi legami e quindi piuttosto

rigidi (si trovano nei grassi "solidi": burro, salumi ecc. e sono quelli che “fanno male”),

e gli acidi grassi INSATURI, che possono avere uno (monoinsaturi) o

più (polinsaturi) doppi legami, che conferiscono fluidità alla catena di carbonio (si

trovano più che altro in forma "liquida", cioè negli oli. Gli acidi grassi polinsaturi sono i

lipidi più interessanti; del resto sono ben noti: i famosi omega-3 e omega-6 non sono

altro che particolari acidi grassi polinsaturi).

I trigliceridi sono formati dall’esterificazione di tre acidi grassi con tre gruppi

o ossidrilici del glicerolo (C3H8O3).

I fosfolipidi sono i principali componenti strutturali delle membrane; queste

o molecole hanno una “testa” idrofila e due “code” idrofobe. Come i grassi, i

fosfolipidi contengono glicerolo e tre gruppi ad esso legati; nei fosfolipidi però

soltanto due di questi gruppi sono degli acidi grassi, mentre il terzo gruppo è un

fosfato polare.

Le proprietà fisico-chimiche delle molecole che

compongono le membrane ne permettono

l’autoassemblaggio spontaneo in micelle e

doppi strati. Queste molecole sono

ANFIPATICHE, presentano cioè un dominio

idrofilico e uno idrofobico. Quando messe a

contatto con l’acqua, i domini idrofilici si

dispongono in modo tale da massimizzare le

interazioni con le molecole di acqua, mentre i

domini idrofobici si associano tra di loro per

minimizzare l’esposizione alla fase acquosa.

I fosfolipidi formano una struttura stabile a due

strati chiamata DOPPIO STRATO

FOSFOLIPIDICO in cui le teste idrofile sono

a contatto con l'acqua, mentre le code

idrofobe si orientano verso l'interno,

allontanandosi dall'acqua.

LE MEMBRANE CELLULARI

Tutte le membrane biologiche sono costituite da proteine e due strati di fosfolipidi; tra le

principali classi lipidiche che compongono le membrane abbiamo i fosfolipidi (i più

comuni), gli steroli ((gruppo di

composti chimici derivati dallo sterolo, un composto policiclico formato da quattro anelli

condensati (tre a sei atomi di carbonio e uno a cinque atomi di carbonio; il colesterolo è

un esempio e conferisce rigidità)) e i glicolipidi di cui fanno parte galattosilgliceridi e

glucocerebrosidi.

La membrana plasmatica delle cellule vegetali è composta da lipidi, proteine e

carboidrati con un rapporto molecolare 40:40:20. La composizione lipidica può variare in

diversi organi o individui vegetali diversi.

All’interno delle cellule, a delimitarle o a metterle in contatto troviamo molti tipi di

membrana che sono:

Membrana cellulare o Plasmalemma: è un sottile rivestimento, con spessore di 5-100

o nm, che delimita la cellula in tutti gli organismi viventi, la separa dall'ambiente

esterno e né regola gli scambi di elementi e sostanze chimiche.

Membrana Nucleare: racchiude il nucleoplasma o succo nucleare, nel quale sono

o immersi uno o più nucleoli, regioni in cui ha luogo l'assemblaggio dei ribosomi.

Reticolo endoplasmatico: sistema di endomembrane tipico delle cellule eucariote.

o Rappresenta il compartimento più esteso e adattabile delle cellule eucariote. Esso

consiste in un sistema tridimensionale di membrane unite topologicamente tra loro,

situato nel citoplasma.

Trans-Golgi network: nelle cellule vegetali gli apparati del Golgi sono più di uno in

o quanto la loro funzione deve essere svolta “ovunque” nella cellula, questo accade

anche per le grosse dimensioni della cellula.

Tonoplasto: una sottile membrana, presente generalmente nelle cellule vegetali,

o posta attorno al vacuolo centrale.

Perossisomali: membrana che circonda il perossisoma

o Gliossisomali: singola membrana che riveste il gliossisoma, un tipo di perossisoma.

o Membrane del Cloroplasto (2: interna e esterna): quella interna è anche detta

o tilacoidale

Membrane del Mitocondrio (2: interna e esterna)

o

Queste ultime membrane sono il risultato delle inglobazioni avvenute durante

endosimbiosi.

La membrana non è una struttura statica, viene infatti tenuto in considerazione il

modello di mosaico fluido di Singer e Nicolson del 1972 che descrivono i movimenti

caratteristici dei fosfolipidi. I fosfolipidi si muovono continuamente e le code si flettono; il

movimento da una parte all'altra dello strato "flipping" avviene invece di rado. In alcune

membrane ci sono degli enzimi chiamati "flippasi " che regolano il movimento dei

fosfolipidi di nuova formazione. Le cellule ottimizzano la fluidità delle loro membrane

cambiandone la composizione lipidica.

Alcuni fattori determinano la fluidità del doppio strato e sono:

La temperatura: minore è la temperatura, minore sarà la fluidità.

 La presenza di proteine che diminuiscono la fluidità.

 La presenza di colesterolo: maggiore è il colesterolo, minore è la fluidità.

 La lunghezza delle catene aciliche: maggiore è la lunghezza, minore sarà la fluidità.

 L’insaturazione degli acidi grassi: maggiore è l’insaturazione, maggiore sarà la

 fluidità.

MEMBRANA ASIMMETRICA

Le membrane definiscono i confini esterni delle cellule e regolano il traffico di molecole

in entrata e in uscita; nelle cellule eucariote dividono lo spazio interno in compartimenti

distinti segregando al loro interno componenti e processi specifici. Dividendo due spazi

completamente diversi tra loro, essa è a