Vacuolo linee generali | Sbobinature di Botanica Generale

VACUOLO

In una cellula differenziata (adulta matura) il vacuolo occupa circa il 90% del volume cellulare nella

condizione “cellula tipo”. Il vacuolo è un organulo molto dominante. Il vacuolo inizialmente però è una

cellula indifferenziata giovane, e per differenziarsi (diventare adulta) deve specializzarsi in una funzione

ben precisa. Il differenziamento del vacuolo (dunque la specializzazione e la maturazione) dell’organulo

comporterà anche il differenziamento della parete cellulare e dunque anche di tutti gli organuli presenti

nel citoplasma. Infatti la cellula si sviluppa contemporaneamente in tutte le sue parti, Dunque tutti gli

organuli si differenziano in contemporanea. Da ciò possiamo dedurre che mentre la parete matura (si

ispessisce) anche il vacuolo ingrossa come volume. Queste due parti lavorano in contrapposizione, in

quanto mentre la parete tende ad irrigidirsi, dunque aumenta la sua tessitura fibrillare, oppone

resistenza alla spinta interna dovuta all’ingrossamento del vacuolo (che accumula sostanze all'interno e

richiama acqua in virtù del potenziale idrico ).

POTENZIALE IDRICO

Il potenziale idrico è la capacità di movimento che l'acqua può avere in base alla quantità di soluto

(molecole, sostanze) disperse in essa. Questo movimento (spostamento) è influenzato da quante

molecole si trovano nell'acqua (quantità di soluto). Il potenziale idrico all'interno del vacuolo sarà basso

(per la quantità di molecole diverse presenti). Nel citoplasma  non sarà tanto basso, quanto  del

vacuolo, e dunque l'acqua dall'esterno (citoplasma) cadrà all'interno del vacuolo. La velocità di ingresso

dell'acqua nel vacuolo è influenzata dalla quantità di molecole presenti nel vacuolo. In generale più

molecole ci sono, più l'acqua entrerà velocemente.

Questo fenomeno è chiamato osmoregolazione dell'acqua, la quale presiede tutte quelle funzioni che

portano al trasferimento, diffusione tra due compartimenti separati da una membrana semipermanente,

(filtraggio di solo alcune molecole), e questi due compartimenti hanno  differente.

Osmosi: particolare diffusione tra due compartimenti separati da una membrana semipermeabile.

All'interno del vacuolo può avvenire la sintesi di ormoni (come l'etilene), polisaccaridi, l’idrolisi di

proteine, enzimi ( proteasi? ).

Importanza fisiologica del vacuolo.

L'acqua diffonde attraverso la membrana ma il passaggio di ioni, molecole e composti organici (soluti),

dipende dalla presenza di proteine specifiche.

Molecole = soluti (potenziale idrico). quante più molecole tanto più potenziale concentrazione.

Nel movimento dell'acqua e dei soluti intervengono due meccanismi:

- flusso di massa (sistema pluricellulare)

- diffusione ( spostamento nell'ambito cellulare)

Osmosi: movimento dell'acqua attraverso la membrana selettiva.

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VACUOLO

In una cellula differenziata (adulta matura) il vacuolo occupa circa il 90% del volume cellulare nella condizione “cellula tipo”. Il vacuolo è un organulo molto dominante. Il vacuolo inizialmente però è una cellula indifferenziata giovane, e per differenziarsi (diventare adulta) deve specializzarsi in una funzione ben precisa. Il differenziamento del vacuolo (dunque la specializzazione e la maturazione) dell’organulo comporterà anche il differenziamento della parete cellulare e dunque anche di tutti gli organuli presenti nel citoplasma. Infatti la cellula si sviluppa contemporaneamente in tutte le sue parti, Dunque tutti gli organuli si differenziano in contemporanea. Da ciò possiamo dedurre che mentre la parete matura (si ispessisce) anche il vacuolo ingrossa come volume. Queste due parti lavorano in contrapposizione, in quanto mentre la parete tende ad irrigidirsi, dunque aumenta la sua tessitura fibrillare, oppone resistenza alla spinta interna dovuta all’ingrossamento del vacuolo (che accumula sostanze all'interno e richiama acqua in virtù del potenziale idrico ).

POTENZIALE IDRICO

Il potenziale idrico è la capacità di movimento che l'acqua può avere in base alla quantità di soluto (molecole, sostanze) disperse in essa. Questo movimento (spostamento) è influenzato da quante molecole si trovano nell'acqua (quantità di soluto). Il potenziale idrico all'interno del vacuolo sarà basso (per la quantità di molecole diverse presenti). Nel citoplasma  non sarà tanto basso, quanto  del vacuolo, e dunque l'acqua dall'esterno (citoplasma) cadrà all'interno del vacuolo. La velocità di ingresso dell'acqua nel vacuolo è influenzata dalla quantità di molecole presenti nel vacuolo. In generale più molecole ci sono, più l'acqua entrerà velocemente. Questo fenomeno è chiamato osmoregolazione dell'acqua, la quale presiede tutte quelle funzioni che portano al trasferimento, diffusione tra due compartimenti separati da una membrana semipermanente, (filtraggio di solo alcune molecole), e questi due compartimenti hanno  differente. Osmosi : particolare diffusione tra due compartimenti separati da una membrana semipermeabile. All'interno del vacuolo può avvenire la sintesi di ormoni (come l'etilene), polisaccaridi, l’idrolisi di proteine, enzimi ( proteasi? ). Importanza fisiologica del vacuolo. L'acqua diffonde attraverso la membrana ma il passaggio di ioni, molecole e composti organici (soluti), dipende dalla presenza di proteine specifiche. Molecole = soluti (potenziale idrico). quante più molecole tanto più potenziale concentrazione. Nel movimento dell'acqua e dei soluti intervengono due meccanismi:

flusso di massa (sistema pluricellulare)
diffusione ( spostamento nell'ambito cellulare) Osmosi: movimento dell'acqua attraverso la membrana selettiva.

Il potenziale è determinato da: -gravità -pressione -concentrazione dei soluti: l'acqua si muove più liberamente se non ci sono molecole di soluti che lo impediscono. In un compartimento dove vi è solo acqua (  = 0 acqua pura) , le molecole possono muoversi liberamente, se nel compartimento c’è anche solo una molecola il  si abbasserà.  = capacità movimento dell’acqua inoltre è influenzato dalla pressione e dalla gravità, oltre che dal saluto. Il flusso, la direzione dell'acqua segue il potenziale idrico (da alto a basso); l'acqua al posto di permeare attraverso la membrana vacuolare (tonoplasto) può passare attraverso le acquaporine ( canali che consentono il flusso di massa dell'acqua ). Ciò avviene solo se la direzione dell'acqua sia la differenza di potenziale idrico Dunque della quantità di soluti dispersi in un determinato soluto che stretto. All'interno della cellula o vacuolo possono esserci molecole che hanno più o meno affinità con l'acqua (come anche nella parete cellulare). Si dovrà dunque aggiungere al potenziale idrico il potenziale di matrice che mette in evidenza la natura chimica delle molecole presenti (da quantità si aggiunge la qualità!). Da ciò si può dedurre che il vacuolo è l'organulo coinvolto nella osmoregolazione dell'acqua. *soluzioni con uguale numero di particelle sono: isotoniche *cellule con meno particelle sono ipotoniche *cellule con più particelle sono ipertoniche. La parete cellulare a una certa pressione non fa entrare più l'acqua. *via APOPLASTICA: via influenzata solo da componenti polisaccaridiche. *via SIMPLASTICA: l'acqua percorre solo se è tra dentro la cellula. alcuni non passano (quelli con carrier) spende ATP

Il vacuolo è delimitato da una membrana molto particolare cioè il tonoplasto che è una membrana costituita da un bilayer lipidico che a sua volta è formato da glicolipidi che hanno proprietà molto più sofisticate rispetto ai fosfolipidi. Il bilayer lipidico insieme alle proteine canale che si trovano sopra di esso, consente di mantenere separati gli ambienti con ph differente. Le proteine deacidificano Il citoplasma. PH VACUOLO: acido PH CITOPLASMA: tendente al neutro Il vacuolo ha una membrana asimmetrica in quanto codesta assortisce le proteine canale, le quali prelevano molecole dal citoplasma e le caricano dentro il vacuolo. Dunque hanno un ruolo importante nella acidificazione del vacuolo e nella deacidificazione del citoplasma. Da ciò si può dedurre che le proteine carrier gestiscono il metabolismo all'interno della cellula. E tutto ciò fa sì che all'interno del tonoplasto si andranno a trovare una vasta gamma di molecole in un mezzo acquoso, che è la componente principale del vacuolo, l'acqua inoltre è conseguenza delle molecole che stanno all'interno del vacuolo ( ruolo osmotico del vacuolo). Questo mezzo acquoso ospiterà una varietà di componenti che si possono disciogliere( in soluzione), essere allo stato colloidale e altre invece precipitano strutturando gli inclusi solidi molecolari. Tutti questi componenti o molecole fanno sì che il pH del vacuolo rimanga acido. L'acqua insieme agli altri componenti costituiscono il succo vacuolare. Questo inizialmente è composto solo da idrolasi acide e accumula composti e quest'ultimi mantengono il ph acido. Il succo vacuolare è costituito da molecole che provengono dal metabolismo primario e secondario. Ogni molecola del metabolismo primario può essere sottratta al citoplasma perché non può restare libera e accumularsi nel citoplasma in quanto andrebbe ad alterare le altre vie metaboliche. Questa molecola che viene sottratta al citoplasma è detta intermedia e serve alla cellula come sostanze di riserva o può trasformarsi in una molecola che interagisce con l'ambiente. Il vacuolo dunque è un organulo che si occupa della vita di relazione della cellula, in quanto dentro di esso si accumulano sostanze che servono alla cellula per difendersi (molecola: arma di difesa). Parlando di organismi vegetali diremo che le piante per difendersi o attirare l'attenzione produce, partendo da intermedi del metabolismo primario, delle molecole che attengono a quello che viene definito metabolismo secondario, attraverso cui riesce a interagire con l'ambiente esterno. Dunque il vacuolo presiede il sistema di interfaccia con l'ambiente. Le molecole che si trovano all'interno del vacuolo cioè che costituiscono il succo vacuolare sono Terpeni, Fenoli, sostanze contenenti azoto (questi a loro volta possono essere ripartite in altri gruppi) Il vacuolo è un compartimento di deposito, segregazione di molecole che nel citoplasma non possono stare, in quanto altererebbero o danneggerebbero le altre vie metaboliche. E’ dunque un compartimento metabolicamente attivo, perché si interfaccia con il citoplasma (prelevando queste molecole che alterano il suo ph ) e anche con l'ambiente esterno facendo ciò gestisce la vita di relazione della cellula. Viene definito compartimento di segregazione nella misura in cui le molecole segregate possono essere utilizzate o per il metabolismo primario o utilizzate per la difesa o attrazione degli organismi. In sintesi il vacuolo è sede di segregazione delle molecole osmoticamente attive, cioè zuccheri che vengono inseriti all'interno del succo vacuolare nell'ottica di recuperare un equilibrio osmotico molto rapidamente. (molecole osmoticamente attive hanno la possibilità di trasferirsi rapidamente e ciò e rihiama l'acqua). Il vacuolo inoltre è un compartimento litico, in quanto le molecole vengono smontate all'interno di esso e quindi si ha la lisi di queste molecole. Ciò significa che tutte le idrolasi presenti all'inizio della sua formazione (pro vacuolo), restano dentro il vacuolo anche quando si matura e tutte le molecole presenti dentro esso sono litiche (che possono smontarsi). Dunque tutte le molecole possono diventare

osmoticamente attive,( infatti se io ho una molecola grande che viene lisa si smonta in tante altre molecole che saranno osmoticamente attive come la prima). Questo consente al vacuolo di presiedere l’ osmoregolazione della cellula. In conclusione si può dire che il vacuolo lavora all'interno della cellula e garantisce ad essa la sopravvivenza. Il contenuto vacuolare funge da linguaggio per comunicare con l'ambiente esterno attraverso la componente biotica (rappresentata sia da organismi vegetali che organismi animali). Questo linguaggio è dato da colori, profumi che possono attirare l'attenzione degli organismi, ma anche da sapori sgradevoli e veleno che allontanano gli organismi. Questo linguaggio può avvenire tra pianta/animale, pianta/pianta e con quest'ultimo alcune piante attraverso il meccanismo dell’ allelopatia fanno sì che alcune piante non possano coesistere tra loro. SOSTANZE CONTENENTI AZOTO : Alcaloidi Es. patate si tengono al buio e quindi lontane dalla luce in quanto se esposte avvengono delle trasformazioni cioè che la patata si “inverdisce”? aumentando gli strati superficiali e germogliando. In queste parti verdi si accumula un alcaloide, solenina, fortemente tossica. Gli alcaloidi sono sostanze che interagiscono con il sistema nervoso e hanno il compito di repellere, allontanare. Altri esempi: nicotina, teina, caffeina. Terpeni Sono lipidi che hanno peso molecolare differente: quelli a peso molecolare basso sono volatili Esempio profumi, essenze, piante aromatiche. Le piante aromatiche all'interno della propria cellula hanno accumulato dentro i vacuoli dei terpeni (oli essenziali insolubili in acqua, che si liberano in aria e hanno una doppia funzione a seconda del tipo di terpene o attirare insetti in quanto sono profumi gradevoli oppure respingerli. esempio: citronella ricca di oli essenziali, tra cui la piretrina che respinge gli insetti o geranio I terpeni si classificano per il numero di atomi di carbonio e a secondo degli atomi di carbonio il peso molecolare sarà differente e dunque saranno più o meno volatili. Alcuni terpeni si trovano in determinate piante che al buio non liberano alcun profumo, mentre durante il giorno vengono liberati perché l'evoluzione ha fatto sì che quelle determinate piante si attivassero delle molecole speciali affinché si liberassero durante il giorno ove la circolazione di insetti è maggiore. Un terpene liberato con l'aumento della temperatura è presente nell’ eucaliptolo, e una volta liberato ha la possibilità di ossidarsi. Inoltre la sua liberazione aromatica impone alla luce di infrangersi in maniera diversa. SOSTANZE BROMORGANICHE sostanze che hanno un atomo di bromo. Una pianta che appartiene a questa categoria è un alga rossa; abbatte microorganismi e allontana tutti i possibili predatori acquatici. Ha un odore repellente se esposta ad alta temperatura.

essenze (acido cianidrico). Le due parti si separano quando il vacuolo viene aperto e gli enzimi litici attaccano la molecola dividendola in due parti. L'acido cianidrico blocca la sintesi del metabolismo *flavoni e flavonoidi non sono sensibili al ph MUCILLAGINI neutralizzano i tannini nel momento in cui vanno in sovrabbondanza. Sostanze polisaccaridiche. AMMINOACIDI: possono ritrovarsi liberi all'interno del vacuolo ma possono aggregarsi sotto forma di proteine più complesse. (riserve proteiche). Dal momento in cui le proteine si complessano si strutturano in corpi definiti granuli di aleurone. Alcuni inclusi solidi che si possono trovare all'interno del vacuolo sono i cristalli di ossalato di calcio , ioni di calcio liberi e l'acido salicilico si combinano per formare strutture cristalline solide che sono gli ossalati di calcio. Si cristallizzano nel momento in cui il vacuolo perde la propria quota di acqua. Esempio pomodori Tutte le sostanze elencate permettono alle piante di stabilizzarsi in un determinato ambiente. Ogni cellula ha il proprio contenuto vacuolare. In conclusione si potrà dire che il vacuolo nasce dalle GERL, faccia trans del Golgi e va a costituire costituire una struttura glomerulare in cui la membrana interna viene digerita e rimane nella configurazione di provacuolo (vacuolo giovane), dentro di esso vi sono idrolasi acide e residui della membrana digerite. Nel momento in cui si costituisce il pro vacuolo, il tonoplasto comincia a funzionare e dunque si attivano le pompe presenti sulla membrana delimitante. Sulla membrana inoltre troviamo le proteine canale che portano via dal citoplasma tutto ciò che potrebbe alterare il ph o intralciare le sue vie metaboliche, per trasferirlo all'interno del pro vacuolo (abbassando il  Dunque man mano che si attivano le pompe ed entrano le molecole, nel provacuolo questa prima condizione viene abbandonata per passare a vacuolo funzionante. (dovuto all'aumento del volume vacuolare che sarà dato dalla quantità di acqua che entrerà nel provacuolo a causa della quantità di molecole l'acqua entrerà grazie alla flessibilità del tonoplasto!. Nel vacuolo troviamo una tale quantità di molecole che funzionano in modo diverso in base all'ambiente. la cellula infatti interagisce con esso includendo ed escludendo dal vacuolo molecole diverse.

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