¡Descarga Diferencia entre heterótrofos y autótrofos: cloroplastos, pared celular y fotosíntesis - P y más Apuntes en PDF de Botánica y Agronomía solo en Docsity!
TEMA 1. CONCEPTE DE VEGETAL
L'origen de Botànica ve del grec, que vol dir herba. És la ciència que estudia els vegetals. La definició que emprem de vegetal és la que va emprar Aristòtil, establint que els vegetals són éssers autòtrofs que fan la fotosíntesi per generar matèria orgànica. Per a fer-ho, necessiten pigments fotosintètics. Aristòtil a separar els organismes vius en animals i vegetals. Va definir els animals com éssers heteròtrofs sense plasts, sense clorofil·la, sense paret cel·lular, amb creixement limitat, dotats de moviments i són consumidors. En canvi, va descriure als vegetals com éssers autòtrofs, amb plast, amb clorofil·la, amb paret cel·lular, amb creixement limitat i sense moviment, i són productors. PIGMENTS Els pigments fotosintètics es troben en els plasts de les cèl·lules vegetals. Aquests tenen una doble membrana externa; en els estromes hi ha els tilacoides , que són unes membranes aplanades, uns sàculs buits, que poden estar cadascun d'ells aïllats, però també podem formar agrupacions de tres en tres. En les plantes terrestres hi ha tilacoides llargs, que el seu origen és la paret interna de la doble paret, i també té uns tilacoides petits discoïdals formant columnes i posant en contacte tilacoides grans entre ells. Aquestes columnes s'anomenen grana. El plast presenta un diferent nombre de tilacoides i una diferent disposició d'aquests en funció de quin grup de vegetals estiguem estudiant. Els pigments es troben a les parets dels tilacoides, o bé dins de les parets o bé formant grànuls a sobre d'aquestes. Clorofil·les : pigment bàsic. La clorofil·la a és l'únic pigment que trobem en qualsevol organisme fotosintètic, ja que és l'únic que intervé en la fotosíntesi. La resta són pigments auxiliars. Aquest tipus de pigments són insolubles en aigua. La clorofil·la té un cos central caracteritzat per tenir un nucli de magnesi al centre; de l'anell, en penja una cadena d'hidrocarburs que es caracteritza per tenir enllaços simples, però també algun de doble. La presència de molts enllaços dobles és característica dels pigments fotosintètics. La cadena fixa la clorofil·la dins del tilacoide. Les diferències entre clorofil·la a, b i c depenen d'un radical de l'anell. Carotenoides : Carotens : hi ha alfa-carotè i beta-carotè. Presenten un gran nombre de dobles enllaços. Si partim el beta-carotè per la meitat, obtenim la vitamina A; per això s'anomena provitamina A. No són oxigenats. Xantofil·les : són carotens oxigenats. Algunes xantofil·les es troben en tots els vegetals, però d'altres només es troben en grups determinats. Ficobilines : són menys abundants que les anteriors, ja que només es troben en bacteris fotosintètics i en les algues vermelles. Són pigments accessoris, és a dir, capten l'energia i la transmeten a la clorofil·la a. Fico- vol dir alga, -bilina és perquè es creia que era la bilis de les algues. Les ficobilines són els únics pigments que són solubles en aigua. N'hi ha de molts tipus, però les més importants són ficocianina, al·loficocianina i ficoeritrina.
Les clorofil·les i els carotenoides es troben dins de la paret dels tilacoides, mentre que les ficobilines es troben formant grànuls al damunt dels tilacoides; s'hi uneixen, però són externs. La coloració final dels vegetals dependrà, en cada cas, del pigment predominant. Els pigments no absorbeixen totes les radiacions, sinó que tenen un espectre d'absorció. La clorofil·la a i b tenen el màxim d'absorció en les radiacions d'ona curta (blaus) i un pic en les d'ona llarga (vermell), fent que el color d'aquest pigment sigui el verd; els carotenoides tenen el pic superposat en el de les clorofil·les a i b. Com que a certa fondària del mar només hi arriben unes ones de longitud determinada, cal que hi hagi pigments adequats. Els fongs no tenen pigments fotosintètics. Per tant, són heteròtrofs, sapròfits que s'alimenten de la matèria orgànica en descomposició. Les plantes carnívores també són una excepció dels vegetals. Tenen unes estructures, que són uns pèls glandulars, que permeten fixar petits insectes per digerir-los, acumulant-ne les macromolècules. Els pèls tenen gomes per fixar la presa, i enzims per a digerir-la. Sembla ser que una planta carnívora obtindria les substàncies riques en carboni a través de la fotosíntesi, i les nitrogenades, de la digestió. Hi ha espècies que poden presentar individus amb plasts, fent la fotosíntesi, però també pot ser que no en tinguin i esdevinguin formes heteròtrofes. Els nudibranquis són organismes que digereixen organismes fotosintètics, de manera que quan no tenen aliment aprofiten els seus pigments per a fer la fotosíntesi. Les plantes paràsites s’alimenten a través de matèria orgànica viva Euglena gracilis , és un ésser viu que quan hi ha llum presenta la forma autòtrofa, però a la nit, s’alimenten d’insectes. PARET CEL·LULAR Els vegetals tenen paret cel·lular de cel·lulosa (no tots, sobretot en tenen els terrestres). Les plantes terrestres deriven de les clorofites (algues verdes), que són algues amb paret cel·lular. Aquesta paret va permetre que les plantes poguessin colonitzar el medi terrestre sense patir deshidratació gràcies a la paret cel·lular. A més, també té una altra funció, que és compensar la diferència de pressió interna d'una cèl·lula respecte a l'exterior. Actualment, s'ha vist que la paret intervé en processos cel·lulars, com són l'absorció, el transport i la secreció. Per tant, la paret no és una estructura estable i inactiva que només protegeix, sinó que té un paper important en el metabolisme cel·lular.
Esponges: són animals però estan fixes Dinophyta: pot tenir o no cloroplast Els vegetals, a diferència dels animals, tenen un creixement il·limitat. Tampoc tenen moviment, teòricament, tot i que la gran majoria d'organismes planctònics es mouen mitjançant flagels per mantenir-se a prop de la superfície per rebre la llum i no sedimentar-se. També hi ha animals que es fixen i no tenen moviment, com els fixadors (esponges). Els procariotes que fan la fotosíntesi no podem dir que tinguin tilacoides com a tals perquè no tenen la membrana que els envolta, però en tenen amb pigments fotosintètics. BIOLOGIA MOLECULAR
- Haeckel (1834-1919): va separar els organismes en protista, animal, vegetal
- Chaton (1937): va diferenciar els organismes a nivell cel·lular en procariotes i eucariotes PROCARIOTES EUCARIOTES
- Mida 1-10 m
- Sense membrana nuclear
- DNA tancat (circular)
- No tenen histones
- No cromatina, no cromosomes
- Absència d’orgànuls
- No tenen estructures lligades a la divisió del nucli
- Absència de membrana plast
- Flagels senzills (flagel·lada)
- Mida 10-100 m
- Presència de membrana nuclear
- DNA obert
- DNA unit a histones
- Tenen cromatina i cromosomes
- Presència d’orgànuls
- Centríols i fus acromàtic
- Presència de membrana plast
- Flagels complexos (tubulina)
- Copeland (1956): va diferenciar 4 regnes
- Whittaker (1969): va diferenciar 5 regnes
- LEEDALE (1974): va descriure 5 regnes - EDWARS (1976): va descriure 7 regnes - MARGULIS I SCHAWARTZ (1982, 1985): va descriure 5 regnes Va treure les algues del regne de les plantes, i les va incorporar al regle protista
• REGNE
PLANTAE :
WITTAKER (1969): organismes eucariotes, pluricel·lulars (amb excepcions), fotosintètics MARGULIS I SCHWARTZ (1985): organismes eucariotes, pluricel·lulars, fotosintètics, amb reproducció sexual i desenvolupament mitjançant un embrió.
- CAVALIER-SMITH (1986): descriu 11 regnes
- CARL WOESE (1977): descriu les diferències a nivell cel·lular, separa entre eubacteris, arqueobacteris i eucariotes EUBACTERIS ARQUEOBACTERIS
- Procariota heteròtrof
- Fotosintètic o quimiosintètic
- Paret cel·lular amb mureïna
- Procariotes quimioautòtrofs
- Anaeròbic estricte
- Paret cel·lular sense mureïna
que, mentre que els eucariotes es mantenien com a grup independent, els procariotes eren dos grans grups totalment diferents: eubacteris i arqueobacteris (es diuen així tot i ser posteriors als eubacteris). Les diferències entre ambdós grups són de metabolisme. Els eubacteris són procariotes heteròtrofs, fotosintètics o quimioautòtrofs; a més, tenen una paret cel·lular formada per mureïna, que és un compost d'aminoàcids. En canvi, els arqueobacteris són autòtrofs, però només tenen quimiosíntesi; només viuen en ambients sense oxigen, són anaerobis estrictes. Alliberen gas metà i no sintetitzen mureïna. Finalment, al segle XXI han sortit altres propostes de classificació de les espècies. L'any 2006, un grup de científics es van reunir per fer una nova classificació dels éssers vius
TEMA 2. BOTÀNICA FARMACÈUTICA
USOS DE LES PLANTES
Alimentàries Comestibles Begudes Espècies i condiments Edulcorants Conservants, colorants i additius Alimentació animal Medicinals Medicina humana Veterinària Tòxiques i nocives Industrials i artesanals Tèxtils Tintòries Utilitzades en cistelleria Utilitzades en construcció Utilitzades per a fer estris Aromàtiques Altres Ornamentals Adobs Embalatges Combustibles Cerimonials PLANTES MEDICINALS L'OMS va definir que una planta medicinal era tota espècie vegetal que, sencera o una part o una substància extreta d'ella, té activitat farmacològica. Per tant, el material emprat, sigui quin sigui de la planta, s'anomena droga vegetal. S'utilitza, per exemple, la planta sencera , com és el cas de la menta ( Mentha pulegium ), amb propietats digestives i desinfectants. També la violeta ( Viola odorata ), emprada com a mucolític i expectorant. També s'utilitzen parts de la planta , com ara la valeriana ( Valeriana officinalis ), que s'extreu el principi actiu sedant de l'arrel. També la ceba ( Allium cepa ), el bulb (tija subterrània) de la qual és un diürètic molt potent. També el càrvit ( Carum carvi ), que té uns fruits carminatius. També el ginkgo ( Ginkgo biloba ), que té unes fulles amb propietat antiarterioescloròtica. També s'utilitzen secrecions: hi ha plantes amb canals de goma, com Acacia senegal , amb substàncies actives. També la camamilla ( Matricaria chamomilla ), que és un digestiu i sedant. ORIGEN DE LES SUBSTÀNCIES BIOACTIVES Les plantes tenen metabolisme primari (fotosíntesi, consum de CO2, aigua, sals minerals, producció de matèria orgànica...). Els seus productes són proteïnes, glúcids i lípids. Són productes que la planta empra per al seu creixement. Tots aquests productes poden continuar evolucionat i anar-se transformant en d'altres productes. Aquests altres constitueixen metabolisme secundari , i no són utilitzats per la pròpia planta, sinó que s'emmagatzemen en ella i s'anomenen productes de secreció. Són el final d'un procés químic de degradació d'un tipus de molècula. Els més importants són alcaloides (derivats de proteïnes), heteròsids (derivats de glúcids) i olis essencials.
Es poden emprar de forma directa (planta sencera o tros), de forma indirecta (matèria primera per a extreure'n principis actius, excipients o productes de parafarmàcia).. L'obtenció de principis actius es pot emprar per a fer directament els medicaments o com a model per a fer medicaments sintètics (disseny de fàrmacs), ja bé sigui per hemisíntesi (es parteix d'una molècula anterior fins a donar-li una forma final a la indústria farmacèutica) o bé per síntesi total (es parteix del coneixement del principi actiu, però es fa la síntesi des de l'inici per arribar al principi actiu final). QUANTES PLANTES MEDICINALS EXISTEIXEN Es calcula que de les 250 mil espècies vasculars, un 14-28%, serien d'interès medicinal. Aquesta majoria de plantes medicinals es troba en boscos tropicals. L'anís estrellat ( Illicium verum ) s'ha emprat com a calmant infantil durant molts anys, Posteriorment, amb la grip aviària, es va emprar per a combatre-la mitjançant el Tamiflu. També, els usos tradicionals del cànnabis han esta emprats com a estupefaent i fibra tèxtil, però també s'ha trobat que té propietats beneficioses per pal·liar els efectes de la quimioteràpia. L' Artemisia annua s'ha utilitzat sempre com a digestiva, però l'any 2010 es va demostrar que també servia com a antimalàric.
REPRODUCCIÓ ASEXUAL
Tipus de cèl·lules germinatives: Gàmeta. És una cèl·lula que ha de fusionar-se amb una altra per a donar un zigot, que acabarà donant un nou individu. Els zigots són sempre diploides, ja que parteixen de la fusió de dos gàmetes, que són haploides. Espora. És una cèl·lula que, directament pel seu creixement per divisions mitòtiques, donarà un nou individu. Les espores poden ser diploides o bé haploides. Reproducció asexual. No hi ha dimorfisme sexual, no es formen gàmetes, no hi ha fecundació ni recombinació genètica, i la descendència és clònica. Per tant, presenten espores asexuals (mitòtiques). Les espores asexuals seran haploides o diploides en funció de l'organisme del qual provinguin. La reproducció asexual l'únic que vol és mantenir la població. TIPUS D'ESPORES SEGONS L'ORIGEN Les espores es formen en els esporocists o esporangis (tot i que aquests darrers, teòricament, són grups de cèl·lules pluricel·lulars que donen espores, mentre que els esporocists són cèl·lules que donen espores). Endòspores. Es formen a l'interior dels esporocists. Exòspores. Es formen a l'exterior, a la paret. És típica dels fongs. Una espora sense flagels no té moviment propi, tot i que això no vol dir que no pugui ser desplaçada de forma passiva. En canvi, una planòspora o zoòspora té aparell flagelat i, per tant, moviment dirigit. Poden ser uniflagel·lades, biflagel·lades, tetraflagel·lades o bé tenir una corona de flagels, que llavors serà una opistoconta. També n'hi ha que tenen ramificacions en els flagels; llavors parlem de flagels barbulats o mastigonemes. Si la cèl·lula és tetraflagel·lada, pot ser isocont (flagels iguals) o bé heterocont (flagels diferents); diferents o iguals en la longitud, o bé perquè un és llis i l'altre barbulat. REPRODUCCIÓ SEXUAL Hi ha dimorfisme sexual i, per tant, formació de gàmetes. Sempre, en tot cicle sexual, hi ha presència de gàmetes. Els gàmetes són cèl·lules haploides, ja que sempre s'han de fusionar amb una altra. Els gàmetes es formen en els gametocists o gametangis. Fecundació és la unió de dos gàmetes per a formar un zigot (2n). La fecundació porta implícits dos processos: plasmogàmia (unió dels citoplasmes) i cariogàmia (unió dels nuclis), que són dos processos simultanis. La cèl·lula intermèdia entre els gàmetes i el zigot és un dicarion (n+n), tot i que només es troba en alguns fongs. Tipus de fecundació: Gametogàmia : unió dels gàmetes. Gametangiogàmia : unió dels gametangis. Hologàmia : unió de tot l'individu (individus unicel·lulars).
Somatogàmia : unió de cèl·lules somàtiques. De vegades, pot ser una anomalia. GAMETOGÀMIA Isogàmia : tots dos gàmetes són iguals. Anisogàmia : tots dos gàmetes són diferents. Poden ser diferents de mida, forma, mobilitat... Normalment és diferència de mida, havent-hi un gàmeta femení més gran, el macrogàmeta, i un de més petit, el microgàmeta (normalment el masculí). Oogàmia : el gàmeta femení és fix, més gran, ovalat i sense flagels; el gàmeta masculí és oblong, petit i flagelat. El gàmeta femení és l'ovocèl·lula, mentre que el masculí és l'espermatozoide. GAMETANGIOGÀMIA Es forma un zigot amb tants nuclis 2n com parelles de gàmetes es troben en la fusió. SOMATOGÀMIA Es dóna molt en fongs. S'uneixen citoplasmes, però no pas els nuclis, formant una cèl·lula dicariòtica que pot créixer per mitosis conjugades (simultànies dels dos nuclis), podent arribar a formar un filament dicariòtic. Les espores sexuals es formen sempre per meiosi, mentre que les asexuals ho fan per mitosi. En els cicles sexuals hi ha:
- Alternança de fases. Hi ha gàmia i meiosi.
- Alternança de generacions. Una generació és una etapa de desenvolupament d'un organisme que s'inicia per una espora o un zigot, i després de la seva activitat vegetativa finalitza amb la formació d'espores o gàmetes. Hi ha gametòfits (n o 2n; si és 2n es formaran per meiosi, si és n, per mitosi), que són plantes que donen gàmetes, i esporòfits (2n), que són plantes que donen espores sexuals. CICLES BIOLÒGICS SEXUALS Cicle monogenètic. Es passa només una generació quan hi ha descendència. Per tant, només hi ha gametòfit, que pot ser haploide o diploide. Cicle digenètic. Fins que es torna a trobar un individu igual que el progenitor passen dues generacions. Hi ha el gametòfit (haploide, els gàmetes en aquests cicles es formen per mitosi) i l'esporòfit (diploide, ja que les espores sexuals es formen per meiosi). Cicle trigenètic. És un cicle especial de les algues vermelles. En un cicle amb dues generacions, podem dir si aquestes són iguals o diferents: Isomòrfic. El gametòfit és idèntic a l'esporòfit. Heteromòrfic. El gametòfit és diferent de l'esporòfit.
TEMA 4. NIVELLS DE DIVERSITAT VEGETAL, D'ORGANITZACIÓ
DELS VEGETALS, SISTEMÀTICA I NOMENCLATURA
DIVERSITAT BIOLÒGICA
Varietat de formes de vida sobre la terra: els organismes vius, els gens que contenen i els ecosistemes que construeixen en el medi natural. Diversitat d'espècies. Nombre d'organismes vius que viuen a la terra i als oceans. Diversitat genètica. Pot ser diversitat de gens interespecífica o intraespecífica. Diversitat d'hàbitats. Diversitat d'ambients on es poden trobar els diferents organismes. La flora defineix la diversitat d'hàbitats; la fauna és acompanyant. Al món hi ha 1.700.000 espècies conegudes actualment. Dins dels vegetals, n'hi ha 470.000. Els principals motius de la pèrdua de biodiversitat són:
- Pèrdua d'hàbitats (parlem de vegetals).
- Pèrdua de poblacions.
- Extinció d'espècies. NIVELLS D'ORGANITZACIÓ
- Unicel·lular. N'hi ha de coccoides (sense flagels) i monadals (amb flagels).
- Colonial. Són conjunts de cèl·lules que actuen com un sol organisme, però sense relació entre elles. També poden ser coccoides o monadals. Poden tenir beina o no; en aquest darrer cas, la forma es definirà per la disposició de les cèl·lules.
- Pluricel·lular. Poden ser filamentosos , que són cèl·lules mitòtiques juxtaposades, on pot ser que només es divideixi l'apical o bé totes elles, havent-hi un creixement intercalar. Els filaments poden presentar divisions. Els filament, de vegades, són sifonals , desapareixent els tàbics que separen les cèl·lules, havent-hi un tub únic amb els nuclis; si no, són tricals. També hi ha pseudoparènquimes , que són cossos cel·lulars formats per diferents filaments tricals independents. La diferència respecte a un parènquima real és que en ell totes les cèl·lules estan unides, provenen de la mateixa cèl·lula mare. Un parènquima de veritat es forma per divisions mitòtiques de la cèl·lula. Aquesta cèl·lula donarà, per mitosi, un filament que anirà produint parets entre elles. Les cèl·lules estan comunicades per plasmodesmes. Aquestes mitosis augmenten l'amplada de la planta. Passem d'un filament a una làmina. Les divisions mitòtiques també poden donar-se en un altre sentit provocant duplicació de cèl·lules en gruix, alçada i amplada, formant dues o més capes de cèl·lules. Tot aquest conjunt ve de la mateixa cèl·lula mare. Podem trobar formes buides, tubulars, cilíndriques... En les plantes vasculars hi ha diferenciació d'òrgans i teixits. BOTÀNICA SISTEMÀTICA Tracta, fonamentalment, de 3 punts:
- Descripció de les espècies. Una espècie és un conjunt d'individus amb caràcters semblants fixats genèticament (són hereditaris). Una de les propietats típiques de les espècies és que hi hagi un aïllament reproductor que impedeix la hibridació interespecífica. Ara bé, en vegetals sí que es pot donar. Hi ha moltes espècies en vies d' extinció. Els registres fòssils ens donen molta informació sobre com eren les plantes primitives. Paral·lelament hi ha un procés d' especiació , es formen espècies noves; una via clara és quan dos grups queden dividits físicament.
- Taxonomia. Ordenació de les espècies en categories taxonòmiques. Quan tenim les espècies, les agrupem en gèneres per caràcters de similitud. Després agrupem els gèneres en famílies. Cada categoria s'anomena tàxon; una categoria superior engloba totes les inferiors. La categoria bàsica és l'espècie, però també hi ha subespècie, varietat i forma. La disposició és absolutament jeràrquica i vertical.
TEMA 5. REGISTRES DE BIODIVERSITAT
Diferents nivells a tenir en compte: diversitat genètica, espècies i ecosistemes. REGISTRES DE BIODIVERSITAT Organismes vius: Jardins botànics. Bancs de germoplasma. Cultius de microorganismes. Herbaris. Bases de dades. JARDINS BOTÀNICS Conserven exemplars vius cultivats d'acord amb les seves necessitats. Més de 2800 jardins botànics arreu del món. Tenen finalitats molt diverses: sistemàtiques, formes biològiques, etnobotàniques, ecològiques, etc. Actualment, s'enfoca la conservació ex situ d'espècies en perill d'extinció. BANCS DE GERMOPLASMA Col·leccions de llavors viables (o teixits o propàguls, etc.). S'han de mantenir ben conservades en pots, gels, temperatures òptimes... El Millenium Seed Bank conserva un 10% de les plantes vasculars del món de 50 països diferents, i totes les llavors d'Anglaterra. Svalbard Global Seed Vault emmagatzema duplicats de llavors d'interès econòmic. COL·LECCIONS DE MICROORGANISMES VIUS Col·leccions de microorganismes en cultius: bacteris, microalgues, fongs, etc. Diversitat d'espècies i diversitat de soques. A l'Estat espanyol hi ha la Colección Española de Cultivos Tipo (CECT); també hi ha l'European Culture Collections Organisation (ECCO) i la World Federation for Culture Collections (WFCC). HERBARIS Col·leccions de mostres documentades, premsades o en conservants que garanteixin la seva perduració en el temps de manera indefinida. Els herbaris són col·leccions de referència. Hi ha 3400 herbaris al món (índex Herbariorum) i 350 milions d'espècimens conservats des de fa aproximadament 400 anys. Una mostra d'herbari consisteix en: Identificació de la mostra. Localitat de recol·lecció (georeferenciada). Hàbitat. Altitud. Exposició. Data de recol·lecció. Nom del recol·lector (s). Revisions. Funcions dels herbaris: Col·leccions de referència per a la identificació d'espècies. Evolució de les àrees de distribució de les espècies. Estudis d'història de la botànica i els botànics. BASES DE DADES Hi ha bases de dades sobre el genoma d'espècies vegetals a diferent nivell. A Catalunya hi ha el Cromocat. Hi ha un Banc de dades de Biodiversitat de Catalunya que engloba unes 2.600.000 citacions d'unes 25.500 espècies. Recull tant plantes com animals. També hi ha iniciatives internacionals com el Catalogue of Life, que pretén recollir totes les espècies conegudes de la Terra (animals, plantes, fongs, microorganismes...).
