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Le caratteristiche delle piante e delle cellule vegetali. Le piante sono organismi pluricellulari fotosintetici costituiti da cellule eucaristiche vacuolate e con pareti cellulosiche. Le cellule vegetali hanno delle peculiarità come il vacuolo, i cloroplasti e la parete cellulare. Il documento spiega le funzioni del vacuolo, la struttura dei cloroplasti e il loro ruolo nella fotosintesi. Vengono inoltre descritte le caratteristiche delle piante gimnosperme e angiosperme.
Tipologia: Schemi e mappe concettuali
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Piante = organismi pluricellulari fotosintetici costituiti da cellule eucaristiche vacuolate e con pareti cellulosiche. Le piante sono autotrofe nei confronti del C e dell’N —> sono produttori primari della vita. Da un punto di vista evolutivo le piante terrestri si sono evolute da alghe marine (alghe caroficee) oltre 500 milioni di anni fa. Questo passaggio dall’acqua all’atmosfera ha necessitato di colonizzare un ambiente molto più secco infatti ad oggi il problema delle piante è quello di non perdere molta acqua. Il compromesso fotosintesi - traspirazione riguarda proprio questo. La parete vegetale è stata la struttura determinante per la colonizzazione della terra da parte delle piante: fa da sostegno e impermeabilizza la pianta (l’acqua passa solo se gli stomi sono aperti, processo che la pianta regola attivamente). La prima pratica agricola è l’irrigazione. Il significato di ciò è di consentire gli scambi gassosi e far fare fotosintesi. Le piante si dividono in:
(fagioli o specie arboree). Le caratteristiche tra mono e dicotiledoni sono le stesse ma le monocotiledoni hanno una fogliolina embrionale mentre le dicotiledoni ne hanno 2. Il sistema vascolare è presente in tutte le piante ma nelle dicotiledoni i fasci conduttori sono disposte ad anello mentre nelle monocotiledoni …
Le cellule vegetali sono cellule eucariotiche, ossia cellule che presentano compartimenti cellulari delimitati da membrane. Le cellule vegetali hanno delle peculiarità:
sì che non è permesso un ulteriore accrescimento delle cellule. Gli strati della parete cellulare secondaria vengono deposti dall’esterno verso l’interno e questo provoca un restringimento cellulare man mano che la cellula invecchia. Tutte le cellule sono unite attraverso la parete cellulare, tanto’è che si può parlare di uno spazio complessivo esterno alle cellule, tuttavia queste risultano comunque essere delle strutture chiuse. I citoplasmi delle cellule, inoltre, sonno connessi grazie alla presenza di plasmodesmi, ossia pori con strutture organizzate (contengono proteine al loro interno) che li rende abbastanza selettivi nel passaggio di sostanze. Si può, quindi parlare di continuità dei citoplasmi e continuità delle pareti cellulari. I componenti principali della parete cellulare, da un punto di vista quantitativo, sono i polisaccaridi (i polimeri sono: cellulosa, emicellulose, pectine), che rappresentano l’85%; è presente anche una componente minoritaria rappresentata dalle proteine strutturali ed enzimatiche. Nella parete secondaria è presente la lignina che non è invece presente nella parete primaria (NB la lignina è un polimero ma non è un polisaccaride, è un polifenolo, ha quindi caratteristiche chimico-fisiche diverse). PARTE POLISACCARIDICA DI PARETE Da un punto di vista chimico cellulosa, emicellulose e pectine, sono polisaccaridi, quindi sono componenti multimerici formati da monomeri di base: zuccheri comuni:
resistente e viene usato come fonte di accumulo dell’energia proprio perché facilmente degradabile. Nella cellulosa il legame è beta1-4 e quindi vengono a formarsi fibrille; nell’amido il legame è alfa1-4 e ciò fa si che il legame non sia di 180°, ma di un angolo inferiore, ogni legame induce un piegamento della molecola e questo rende la molecola non lineare ma spiaralata. Così facendo le catene non si avvicinano troppo le une alle altre e così non si vengono a formare legami H.
abbiamo una rete proteica. Le molecole di estensina possono inglobare i polisaccaridi. È come se ci fossero due strutture sovrapposte e intercalate: i polisaccaridi che interagiscono tra di loro e l’estensina polimerizzata. Tra le pectine invece si formano legami elettrostatici grazie agli ioni bivalenti di calcio. In sostanza tutte le componenti interagiscono tra di loro e formano una struttura resistente meccanicamente. La componente principale è il legame H instaurato tra cellulosa e emicellulose. Modello “ trama-ordito ”: La trama principale è rappresentata dalle fibrille di cellulosa sono legate alle emicellulose. Le emicellulose hanno il compito di tenere ferme e ad una certa distanza le fibrille di cellulosa. Le pectine interagiscono sia tra di loro che con le cellulose e le emicellulose. L’ordito è rappresentato da una rete di proteine legate tra di loro tramite legami covalenti. In questo modo si forma un polimero unico che determina una grande resistenza meccanica. Va da se che se una cellula si deve espandere questi legami vanno allenati. Infatti, quando una cellula vegetale deve crescere, deve determinare un turgore cellulare: deve far entrare acqua per effetto osmotico, quindi si genera una pressione, e poi ci deve essere un meccanismo controllato di allentamento dei legami. Infatti se la parete non viene allentata, entra acqua ma non si ha espansione perché l’acqua esercita una pressione ma la parete esercita una contropressione. Se invece insieme all’ingresso di acqua per osmosi, la cellula indebolisce i legami di parete, si può avere un aumento di volume. Questo può essere controllato con dei segnali ormonali per esempio. Crescita per distensione: è un tipo di crescita peculiare dei vegetali che consente alle foglie di raggiungere le dimensioni necessarie per raccogliere efficacemente e il più possibile i raggi del sole, senza spendere troppo in biosintesi e quindi senza consumare troppa energia. La crescita per distensione infatti consiste nell’aumento delle dimensioni, senza divisione cellulare. Ai fini della crescita per distensione si deve verificare un allentamento delle componenti della parete cellulare. Nelle cellule vegetali si può misurare una pressione positiva: l’acqua si trova sotto un valore di pressione che è superiore al valore atmosferico (da 0,3 a 1 MPa in più rispetto alla pressione atmosferica). Questa pressione è dovuta al fatto che il vacuolo accumula sostanze, aumentando la concentrazione osmotica e determinando una diminuzione del potenziale idrico. Questa pressione serve proprio alla crescita per distensione. Il meccanismo che consente la distensione della parete atto a consentire la crescita per distensione cellulare: quando le cellule aumentano di volume il pH della parete si abbassa (si acidifica). Il pH citoplasmatico è circa di 7 mentre il pH della parete è circa intorno a 5*. Quando, però, la cellula aumenta il suo volume, il pH della parete si acidifica (circa a 4).
Questa crescita per distensione infatti è anche detta crescita acida —> il fattore di rilassamento della parete è il protone. Quando il pH della parete si abbassa, si attivano alcune proteine presenti in parete, le espansine , che, una volta attivate (sono attivate dalla presenza di protoni), sono in grado di rompere i legami H tra le emicellulose e le fibrille di cellulosa. Quindi allentando questi legami la parete si allenta e la spinta da dentro (turgore) si traduce in un aumento di volume cellulare —> si ha aumento del volume cellulare senza rottura della parete cellulare (i legami vengono distrutti ma poi vengono ricostruiti). Dopodiché il pH si rialza e si riformano i legami a H tra le fibrille di cellulosa e le cellulosa ma in una posizione diversa: sono più distanti. Le xiloglucanoendotransglicosilasi (XET), invece, tagliano i legami covalenti delle espansine con le emicellulose, ma poi riformano il legame con un’altra molecola. *le cellule vegetali hanno una proteina, che non hanno le cellule animali, che estrude protoni consumando energia e quindi determina il potenziale transmembrana: pH citoplasma circa 7 vs. pH parete circa 5. L’auxina, ossia l’ormone della crescita, stimola la pompa protonica. Parete secondaria —> è fatta dagli stessi componenti anche se possono essere presenti più fibrille, le catene possono essere più grosse, ecc. il che rende più spessa la parete secondaria rispetto alla primaria. Esistono diversi strati di parete cellulare che vengono deposti dall’interno. La parete secondaria ha sempre la funzione di:
- determinare la forma cellulare - Sostegno meccanico - Difesa - Riduzione della traspirazione —> è impermeabile La vera differenza, però, è rappresentata dalla presenza della lignina. La lignina è un polimero che impermeabilizza e da maggiore sostegno meccanico alla cellula. La lignina è un polimero ma non è un polisaccaride (non è fatta da zuccheri), è fatta da composti fenolici —> è un polimero di natura fenolica. La struttura di base prevede: un fenilpropano (composto fenolico C6-C3: fenile ha 6 atomi di C e propano ha 3 atomi di C). Esistono 3 diverse varianti di fenilpropano: 1. Alcol coniferilico —> anello benzenico con gruppo OH e 1 sostituente OCH3 presente nell’anello 2. Alcol sinapilico —> anello benzenico con gruppo OH e 2 sostituente OCH3 presente nell’anello 3. Alcol cumarilico —> anello benzenico con un gruppo OH e 0 sostituenti presenti nell’anello. La struttura di base è la stessa: l’anello fenicio con l’OH + i 3 atomi di C esterni. La lignina quindi è un polimero di natura fenolica in cui il fenolo di base è un composto C6-C3. Questi 3 precursori/monomeri da cui si forma la lignina si formano dalla fenilalanina. L’enzima chiave nella generazione di questi 3 precursori è la fenilalanina ammoniaca liasi (PAL), la quale elimina il gruppo NH2 dalla fenilalanina e genera l’acido trans-cinnamico che poi diventerà, grazie a successive modificazioni, uno dei 3 precursori della lignina. [Con la formazione dell’acido trans-cinnamico a partire dalla fenilalanina si passa dal metabolismo primario al metabolismo secondario] L’enzima PAL è un enzima indicibile perché è sotto il controllo di moltissimi fattori esterni come la luce, gli ormoni, le ferite, ecc. Se ad esempio si ha l’attacco da parte di un patogeno, aumentano i livelli di PAL, aumentano di conseguenza i livelli dei precursori della lignina, ne segue che si formerà più lignina per formare una barriera meccanica. A partire dai 3 precursori si forma la struttura polimerica della lignina.