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Cianobatteri - Botanica, Dispense di Botanica Generale

Parentesi sui cianobatteri, argomento affrontato nel corso di Botanica Generale prima di introdurre le alghe.

Tipologia: Dispense

2023/2024

Caricato il 24/02/2025

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CIANOBATTERI
Si tratta di procarioti, che presentano la più alta diversificazione morfologica. Sono batteri fotoautotrofi
che quindi attuano la fotosintesi clorofilliana e vivono in una grande varietà di ambienti, anche i più
inospitali (estremofili) come le sorgenti termali (75°C) e i laghi antartici, in acque dolci e salate.
Spesso formano dei filamenti e possono crescere in grandi masse. Le cellule sono di solito unite le
une alle altre solo dalle pareti cellulari o da guaine gelatinosa; perciò, ogni cellula conduce una vita
indipendente. NON sono organismi pluricellulari ma colonie di organismi unicellulari. Sono
volgarmente ed erroneamente chiamati “alghe azzurre” ma non sono né alghe né necessariamente
azzurri, possono infatti avere colorazioni molto diverse (Mar Rosso, Trichodesmium). Quando
crescono fuori controllo (fioritura) possono essere un problema fino a compromettere l’acqua potabile
nei bacini di approvvigionamento, a causa di tossine chiamate cianotossine. Esistono forme immobili
e forme mobili. Le dimensioni variano da 0,2 µm nelle forme unicellulari fino a 100 µm nelle forme
filamentose (tricomatose).
Crocosphaera: cianobatterio unicellulare oceanico.
Leptolyngbya: cianobatterio filamentoso che cresce su rocce alcaline.
I cianobatteri sono stati i primi organismi in
grado di compiere la fotosintesi ossigenica, cioè una fotosintesi in cui, utilizzando l’acqua come
donatore di elettroni, veniva rilasciato, come prodotto secondario, ossigeno gassoso. L’atmosfera
iniziò piano piano ad arricchirsi di ossigeno e ciò permise la comparsa degli attuali organismi vegetali
e animali. Da allora i cianobatteri si trovano in ogni ambiente della terra. Molti di essi, analogamente a
molti batteri del terreno, sono in grado di operare la fissazione biologica dell’azoto atmosferico N2.
I cianobatteri erano la forma di vita prevalente nel Pre-Cambriano (4600 a 540 milioni di anni fa),
anche chiamata Era dei Cianobatteri. Essi sono ritenuti i progenitori di tutti gli organismi vegetali. La
teoria endosimbiontica infatti afferma che la prima cellula con cloroplasti si sarebbe originata per
endosimbiosi tra un cianobatterio e un ospite eterotrofo.
STRUTTURA:
- Le cellule dei cianobatteri sono circondate da una sottile membrana citoplasmatica o
plasmalemma, e una parete cellulare pluristratificata, formata da 4 strati e composta da
mureina (peptidoglicano).
- Attraverso dei pori nella parete viene secreta all’esterno della mucillagine che forma un
involucro gelatinoso denominato guaina, capsula o calice (40-65% di polisaccaridi complessi);
la capsula ha funzione di: riserva idrica poiché capace di imbibirsi lentamente d’acqua e di
rilasciarla gradualmente nel tentativo di superare periodi avversi, adesione al substrato,
ostacolo alla predazione, aggregante come un cemento che tiene insieme le cellule
determinando la formazione di biofilm, e protezione dalle radiazioni luminose in generale e
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CIANOBATTERI

Si tratta di procarioti, che presentano la più alta diversificazione morfologica. Sono batteri fotoautotrofi che quindi attuano la fotosintesi clorofilliana e vivono in una grande varietà di ambienti, anche i più inospitali (estremofili) come le sorgenti termali (75°C) e i laghi antartici, in acque dolci e salate. Spesso formano dei filamenti e possono crescere in grandi masse. Le cellule sono di solito unite le une alle altre solo dalle pareti cellulari o da guaine gelatinosa; perciò, ogni cellula conduce una vita indipendente. NON sono organismi pluricellulari ma colonie di organismi unicellulari. Sono volgarmente ed erroneamente chiamati “alghe azzurre” ma non sono né alghe né necessariamente azzurri, possono infatti avere colorazioni molto diverse (Mar Rosso, Trichodesmium ). Quando crescono fuori controllo (fioritura) possono essere un problema fino a compromettere l’acqua potabile nei bacini di approvvigionamento, a causa di tossine chiamate cianotossine. Esistono forme immobili e forme mobili. Le dimensioni variano da 0,2 μm nelle forme unicellulari fino a 100 μm nelle forme filamentose (tricomatose). Crocosphaera : cianobatterio unicellulare oceanico. Leptolyngbya : cianobatterio filamentoso che cresce su rocce alcaline. I cianobatteri sono stati i primi organismi in grado di compiere la fotosintesi ossigenica , cioè una fotosintesi in cui, utilizzando l’acqua come donatore di elettroni, veniva rilasciato, come prodotto secondario, ossigeno gassoso. L’atmosfera iniziò piano piano ad arricchirsi di ossigeno e ciò permise la comparsa degli attuali organismi vegetali e animali. Da allora i cianobatteri si trovano in ogni ambiente della terra. Molti di essi, analogamente a molti batteri del terreno, sono in grado di operare la fissazione biologica dell’azoto atmosferico N2. I cianobatteri erano la forma di vita prevalente nel Pre-Cambriano (4600 a 540 milioni di anni fa), anche chiamata Era dei Cianobatteri. Essi sono ritenuti i progenitori di tutti gli organismi vegetali. La teoria endosimbiontica infatti afferma che la prima cellula con cloroplasti si sarebbe originata per endosimbiosi tra un cianobatterio e un ospite eterotrofo. STRUTTURA:

  • Le cellule dei cianobatteri sono circondate da una sottile membrana citoplasmatica o plasmalemma, e una parete cellulare pluristratificata, formata da 4 strati e composta da mureina (peptidoglicano).
  • Attraverso dei pori nella parete viene secreta all’esterno della mucillagine che forma un involucro gelatinoso denominato guaina, capsula o calice (40-65% di polisaccaridi complessi); la capsula ha funzione di: riserva idrica poiché capace di imbibirsi lentamente d’acqua e di rilasciarla gradualmente nel tentativo di superare periodi avversi, adesione al substrato, ostacolo alla predazione, aggregante come un cemento che tiene insieme le cellule determinando la formazione di biofilm, e protezione dalle radiazioni luminose in generale e

quella ultravioletta (UV) in particolare; perciò la guaina è spesso provvista di pigmenti come la scitonemina.

  • All’interno della membrana in posizione periferica è presente una struttura lamellare chiamata cromatoplasma, formata da membrane tilacoidali concentriche contenenti pigmenti come clorofilla A, ℬ-carotene, xantofille e ficobiliproteine (proteine + pigmenti) con soprattutto ficocianina. Quest’ultima è disposta insieme ad altre a formare delle granulazioni sulle membrane esterne dei tilacoidi, chiamate ficobilisomi.
  • Altri componenti interni della cellula sono i corpi poliedrici (Rubisco), i granuli di cianoficina (proteina costituita di 2 soli amminoacidi ovvero arginina e acido aspartico) e di polifosfati (sostanze di riserva), il nucleoide (zona centrale che contiene il DNA) e dei vacuoli gassosi (piccole vescicole impilate che, contenendo gas, facilitano il galleggiamento e pertanto un miglior sfruttamento della luce). I cianobatteri sono ripartiti in 2 classi, di cui la più importante è quella delle Cyanophyceae, il cui processo fotosintetico avviene al livello del cromatoplasma. In alcuni generi della classe delle Cyanophyceae filamentose si differenzia un tipo di cellule specializzate, le eterocisti, all’interno delle quali avviene la fissazione dell’azoto. Sono più grandi e rivestite da una parte più spessa di quella delle altre cellule. Esse ricevono dalle cellule limitrofe i prodotti della fotosintesi e cedono loro l’azoto fissato. Le eterocisti si possono trovare in posizione intercalare, ad interventi regolari, o basale; in quest’ultimo caso possono svolgere anche una funzione di adesione al substrato. In mare circa ¼ dell’azoto totale, una quantità enorme, viene fissata da specie del genere Trichodesmium. In esse il processo è anaerobico. L’enzima responsabile della fissazione è la nitrogenasi. L’enzima viene inattivato dall’ossigeno, perciò sono necessarie cellule separate e specializzate. I cianobatteri come il resto dei procarioti hanno solo una riproduzione vegetativa. Nelle forme unicellulari avviene di norma per scissione binaria. Nelle forme filamentose la riproduzione può avvenire anche grazie alla formazione di due tipologie di propaguli (frammentazione, riproduzione vegetativa): gli acineti e gli ormogoni. Questi propaguli si possono separare dalla colonia madre e dare origine a nuove colonie. Possono rimanere quiescenti