Botanica - Appunti di lezione tutte PDF

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BOTANICA= studio degli organismi vegetali in rapporto alla loro morfologia, isiologia, collocazione sistematica ed ecologia. I botanici non studiano solo piante ma anche organismi come i batteri che compiono fotosintesi. Studiano i batteri, i funghi, le piante... --> caratteristica comune: or...

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BOTANICA = studio degli organismi vegetali in rapporto alla loro morfologia, fisiologia, collocazione sistematica ed ecologia. I botanici non studiano solo piante ma anche organismi come i batteri che compiono fotosintesi. Studiano i batteri, i funghi, le piante… --> caratteristica comune: organismi autotrofi. Autotrofi (trasformano sostanze inorganiche in organiche): sono in grado di costruire le molecole organiche che poi vanno a respirare, e che utilizzano per la propria crescita (tramite fotosintesi o meccanismi che sfruttano dei meccanismi chimici). Conseguenze della nutrizione autotrofa: vivono a lungo, dipendono dall'acqua, sono immobili, crescono continuamente, devono riprodursi, devono rispondere all'ambiente (si devono adattare). In realtà le piante tendono ad andare incontro alla luce --> "si sposta" --> movimenti limitati Le piante, nonostante vivano a lungo, millenni, accumulano diversi errori nel loro DNA. Le piante hanno cellule completamente staminali che sono in grado di rigenerare qualunque cosa. Queste cellule sono totipotenti e si trovano nella radice e nella porzione apicale della piantina. Nelle piante l'organogenesi è continuativa, prosegue anche nelle fasi post-germinative. Ad esempio i gameti non sono subito presenti dopo la germinazione. Aspetto in comune tra uomo e piante: nascono dalla fusione di due gameti. Gameti delle piante: pistillo e stami. La fioritura è decisa dalle condizioni ambientali. I semi vivono per migliaia di anni. Le piante fanno un ciclo aploide. Le cellule vegetali (intorno ai 150 micron) sono più grandi di quelle animali. 13/03/2019 CITOLOGIA della CELLULA VEGETALE  materiale genetico --> è nel nucleo (come la cellula animale), infatti trattiamo organismi eucarioti (presentano quindi anche RE, apparato di Golgi, ribosomi, citoplasma e citoscheletro con microtubuli e filamenti di actina)  presenta i plastidi --> esempio di plastide è il CLOROPLASTO: permette agli organismi vegetali tramite la fotosintesi di essere eterotrofi, quindi di convertire energia luminosa in energia chimica. Uno dei cataboliti della fotosintesi è l'ossigeno e serve per respirare.  hanno anche mitocondri --> quindi producono e respirano nello stesso tempo  ha una parete rigida (differenza dalla animale) --> serve come protezione e sostegno. Ci sono comunque alcune eccezioni che presentano la parete. La parete non è sempre uguale, ma cambiano i componenti ad esempio i funghi presentano chitina le piante invece cellulosa. Oltre alla parete è presenta anche la membrana.

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hanno un unico grande vacuolo (differenza dalla animale) --> eccezione: nei funghi ci sono dei piccoli vacuolini non ha centrioli, organelli utili per guidare il fuso mitotico (a differenza dell'animale) --> ma a compiere la sua funzione c'è un grosso complesso macro-proteico

PLASTIDI --> sono auto-fluorescenti (si vedono al microscopio con focale), hanno dei pigmenti che se eccitati possono emettere luce rossa. CLOROPLASTO --> plastide differenziato.  è un organello che fa fotosintesi (infatti c'è clorofilla)  ha una doppia membrana (esterna e interna) che è in attiva comunicazione con gli altri componenti  ha il vacuolo, che permette al plastide l'esposizione alla luce  sistema di membrane, di invaginazione complicate --> date dai grana = pile di tilacoidi; e da lamelle stromatiche --> questo sistema è creato per aumentare il rapporto superficie-volume ed è qui che avviene la fotosintesi I PLASTIDI si classificano in: cloroplasti, cromoplasti, leucoplasti, amiloplasti (sono delle fabbriche) I cloroplasti, oltre alla fotosintesi, producono anche acidi grassi (utili per le membrane), compiono la sintesi degli amminoacidi, producono ormoni (c'è ne sono fondamentalmente 5 tipi: gibberelline, citochinine, acido abscissico, auxine, ed etilene; i primi tre hanno delle fasi di produzione molto importante nei plastidi). Ruolo importante nella produzione di metaboliti primari e anche secondari Cromoplasti --> quelli generalmente colorati (pigmenti: giallo, arancio, rosso) Amiloplasti --> importanti per l'amido Gerontoplasti --> organelli che invecchiano, così come l'organismo Leucoplasti --> quelli senza colore Tutti questi sono organelli caratteristici della cellula e classificati in base ai pigmenti. Tutti i plastidi hanno un'origine comune --> subiscono un differenziamento ben preciso --> il differenziamento dipende dal tipo di cellula e dalla pianta in cui si trovano. Ci sono dei segnali che comunicano al plastidio di accumulare carotenoidi o sia clorofille che carotenoidi oppure di diventare amiloplasti --> DIFFERENZIAMENTO = forma iniziale diversa da quella finale. Ciò si verifica perché il plastidio risponde a segnali sia endogeni che esogeni. ORIGINE di tutto: il proplastidio = plastidio totipotente --> deve subire influenza di segnali interni ed esterni per trasformarsi in qualcosa PROPLASTIDIO: è piu piccolo di un cloroplasto, ha una forma sferica, una doppia membrana e poche lamelle rispetto al cloroplasto --> dunque una delle modificazioni durante il differenziamento è quella di accumulare membrane tilacoidali e grana. Ciò che porta un proplastidio a diventare cloroplasto sono i segnali endogeni --> e in particolare la luce (segnale esogeno) per i cloroplasti, perciò se il proplastidio si trova nella radice non diventare mai cloroplasto ma si differenzierà in ezioplasto. Durante il differenziamento i proplastidi aumentano di dimensioni e creano nuove lamelle ma, se non c'è luce, le lamelle si organizzano in un corpo lamellare --> ezioplasti Plastidi: doppia membrana, con uno spazio tra di esse Teoria endosimbionta --> in origine un microrganismo foto-sintetizzante autonomo (origine: cianobatterio di tipo cinecocistis). Il DNA è detto nucleoide ed è presente più di una volta in ogni plastidio, inoltre ogni nucleoide è formato da circa 10 DNA plastidiale (anche i batteri presentano una regione detta nucleoide).

DNA --> circolare --> con due regioni invertite --> il genoma contiene dei geni importanti per la vita del plastide --> all'interno ci sono anche dei geni per la sintesi proteica, quindi che codificano per i rRNA ribosomiali e i tRNA del plastide; e poi ci sono dei geni tipizzanti del plastidio (es. nel cloroplasto geni per la fotosintesi). Questo è il genoma del cianobatterio ancestrale che è molto più piccolo del genoma odierno analizzato dai cloroplasti. La vita del cloroplasto dipende dalla cellula vegetale, e viceversa, l'interazione è indissolubile --> se si distruggono i cloroplasti l'organismo vegetale muore --> è una simbiosi mutualista. Dal cianobatterio ancestrale --> alcuni geni di cinecocistis non si trovano nel plastidio ma nel nucleo della cellula vegetale ospite --> questi geni comunque codificano per proteine che serviranno al plastidio --> quindi il plastidio non può vivere senza il nucleo della cellula che comunque è dipendente dal plastidio. [È lo stesso che è successo per il mitocondrio]. CURIOSITÀ: Monotropa --> pianta parassita --> quindi è eterotrofa La particolarità è che è bianca --> perché ha perso i geni per la fotosintesi poiché non le servivano, infatti cresce attaccandosi con una ventosa alle radici delle altre piante, ha disimparato a fare fotosintesi. La sua vita dipende da quella della pianta a cui è parassita, ciò è rischioso nel caso in cui le condizioni ambientali dovessero modificarsi. Si deduce che ogni organismo vegetale ha subito la sua modificazione a livello del gene e ognuno ha dei contenuti di DNA diversi. Ribosomi --> nei plastidi --> molto simili ai ribosomi dei batteri e quindi dei mitocondri --> quelli nei plastidi sono diversi da quelli presenti nel citoplasma della cellula. Tetracicline --> antibiotici per i batteri --> in certe quantità può bloccare sintesi batterica e anche la sintesi proteica dei mitocondri e anche la fotosintesi clorofilliana --> questo ci dimostra come i ribosomi nel plastidio siano molto simili a quelli batterici. La cellula vegetale era eucariotica è presenta mitocondri e alghe, poi ingloba un cianobatterio e diventa plastide. ENDOSIMBIOSI: cianobatterio è stato fagocitato da un organismo eucariote (con mitocondri) --> c'è stato uno scambio di DNA --> si ottiene un plastidio. Cianobatteri: procarioti che hanno un nucleoide con cromosoma circolare, un sistema di invaginazioni della membrana e una parete cellulare. Dopo il differenziamento nel cloroplasto non ci sarà più la parete, ma solo la membrana. A favore della teoria endosimbiotica: i plastidi derivano sempre per fissione da un altro plastide; si allungano e si dividono come i batteri, secondo il fenomeno della fissione cellulare. Nella divisione è coinvolta la proteina FtsZ che serve per produrre l'anello di costrizione durante la fissione, ed è un gene non presente nel nucleoide ma trasferito poi nel genoma del nucleo. Tanti geni sono trasferiti nel nucleo ma non servono solo per la fotosintesi ma anche per altre funzioni, come la divisione. Anche i proplastidi si dividono, anche le cellule non differenziate hanno bisogno del meccanismo di divisione dei plastidi --> proprio i plastidi si dividono nelle foglie, nel fusto, nelle radici, ma anche nelle cellule totipotenti. Cellula meristematica --> lume non molto ampio, presentano un nucleo molto grande (perché il DNA è in attiva duplicazione) e un nucleolo e diversi proplastidi di forma sferica, con poche lamelle di forma piuttosto regolare.

Le cellule meristematiche si trovano nei meristemi e non hanno ancora un destino. Hanno un citoplasma non troppo abbondante e danno origine a tutte le cellule differenziate --> la loro funzione è dividersi e differenziarsi. Una cellula vegetale, differenziata, raramente o quasi mai si divide. DIFFERENZIAMENTO --> aumento di dimensioni, presenza di granuli e tilacoidi che derivano dalla invaginazione stessa della membrana e, per i cloroplasti, conversione da proto-clorofilla a clorofilla. Luce indipendente --> da proplastidio a ezioplasto (con corpi lamellari --> la cui organizzazione dipende da segnali endogeni) --> l'organizzazione avviene anche al buio. Luce dipendente --> da ezioplasto a cloroplasto --> diventa verde e autonomo. [Dal proplastidio si può passare anche direttamente al cloroplasto, mentre poi dal cloroplasto si passa al cromoplasto]. CLOROPLASTI: hanno una doppia membrana, grana (pile di tilacoidi), stroma (ambiente interno al plastidio, una sorta di citoplasma) con delle lamelle, plastoglobuli elettrondensi (accumuli di acidi grassi o di molecole idrofobiche) e tanti nucleoidi. Compito delle lamelle è ospitare tutto ciò che serve per la fotosintesi. Nelle lamelle inserite le clorofille, che non possono stare da sole perché fortemente eccitabili, quindi sono ancorate ai centri di reazione della fotosintesi. Le clorofille utili per catturare luce, hanno una lunga catena idrofobica per ancorarle e un anello pironico da cui è uscente un gruppo, e possono essere di due tipi "a" (gruppo metilico) e "b" (gruppo CHO) --> dall'una si può ottenere l'altra e viceversa. I due tipi di clorofilla --> due diversi gruppi --> diverse caratteristiche Clorofilla: prendono energia del sole e la trasformano in energia chimica (l'assorbimento è compiuto dall'anello). L'anello presenta una serie di doppi legami che permettono agli elettroni di passare da un orbitale all'altro con la conseguente formazione di radicali liberi (pericolosi per la composizione della membrana, se non convogliati rischino di distruggerla). I carotenoidi --> molecole che aiutano le clorofille ad assorbire, ma hanno anche un compito di foto-protezione, proteggono le membrane stesse dove si trovano le clorofille. Cloroplasto: all'interno si può trovare dell'amido primario (glucosio) --> infatti nel corso della giornata viene prodotto un surplus di amido poi, durante la notte, l'amido verrà trasportato in parte ai mitocondri delle cellule stesse per la respirazione e in parte agli organi non foto-sintetizzanti che dipendono dagli organi foto-sintetizzanti. L'amido primario viene perciò portato verso gli "organi di accumulo" e o utilizzato lungo il percorso o accumulato per i periodi invernali (quando non c'è molta luce). L'amido negli amiloplasti invece è detto secondario perché è un amido metabolizzato e assemblato nuovamente in un altro organello. Cloroplasto --> doppia membrana (una è quella dell'alga e una quella del cinecocistis). Una proteina fotosintata da un gene nucleare, trascritta nel RER deve raggiungere il suo compartimento finale (stroma, grana, membrana…) --> una lunga via controllata. La membrana più esterna è poco selettiva, ricca di porine, proteine che costituiscono dei pori per facilitare il passaggio (tutto ciò vale anche per i mitocondri); quella interna invece è molto selettiva e ha un sistema di trasportatori per regolare il flusso di metaboliti e ioni. Ciò che viene trasportato sono i geni e gli enzimi che partecipano alla fotosintesi e si possono trovare o nei tilacoidi o nel lumen (matrice gellificante presente nei grana). Il lumen ha un pH differente dallo stroma (il primo è più ricco di H+ del secondo), più acido e quindi sono necessari dei trasportatori che aiutino nel mantenere costante la differenza di H+.

Ci sono dei trasportatori --> TOC (sulla membrana esterna), e TIC (sulla interna), i due trasloconi sono allineati e si toccano, quindi una proteina vi passa attraverso e arriva nello stroma. Le proteine devono avere delle sequenze segnale con cui si possono ancorare ai trasloconi e utili anche per sapere dove sono dirette le proteine stesse. Nel caso del cloroplasto questa sequenza è detta peptide precursore. Una volta che la proteina arriva nello stroma il peptide di transito viene tagliato, tuttavia se è diretta nel lume o nel grana hanno un altro peptide di transito. Il primo segnale, quello verso il plastidio si trova sempre in n. terminale (all'inizio della proteina) e viene tagliato tra citoplasma e stroma dove poi rimane; il secondo peptide, se presente, si trova dopo l'altro segnale (quindi una volta tagliato il primo diventa lui stesso il primo) e indirizzerà la proteina nella sua destinazione finale. Proteine che hanno un solo segnale e rimangono distribuite nello stroma: hanno a che fare con la duplicazione del nucleoide o quelle che fanno il ciclo di Calvin (rubisco). Una proteina con due segnali è l'ATPasi che serve per costruire il gradiente di ioni H+. La rubisco serve per fare fotosintesi, ed è la proteina più abbondante sulla terra. È formata da 8 subunità piccole e 8 grandi, queste ultime sono codificate da un gene che si trova nel nucleoide, mentre quelle piccole sono codificate dal genoma nucleare. Plastidio (fluorescenza) --> ha come dei tentacoli, sono delle propaggini dette stromoli che hanno la tendenza a interagire con il nucleotide, con il RE e con i microtubuli con i quali si intricano anche. I microtubuli sono mobili (si polimerizzano e si depolimerizzano) e quindi anche i cloroplasti (per gli stromoli). La rubisco se siamo al buio non viene prodotta infatti i cloroplasti sono collegati al RE, il quale è collegato al nucleo --> geni del nucleoide e del nucleo vengono trascritti solo se necessario. Nucleo e cloroplasto, nucleo e mitocondrio si passano informazioni. 14/03/2019 In una cellula --> tanti piccoli cloroplasti --> nelle piante superiori --> un unico grande cloroplasto (forma di ferro di cavallo, che avvolge nucleo e citoplasma --> questo in alcune alghe, in altre invece abbiamo cloroplasti avvolti a spirale o anche piccoli cloroplasti. L'aspetto e il numero di cloroplasti è un dato tassonomico --> per identificare la specie analizzata Nei cloroplasti delle alghe e dei muschi (unicellulari) c'è un corpo molto denso detto pirenoide, ricco di proteine e vitamine, ed è un organulo dove troviamo quasi tutto il rubisco di questi cloroplasti --> ciò favorisce l'efficienza della fotosintesi. Le membrane del cloroplasto, hanno una composizione biochimca un po' diversa da quella degli altri organelli presenti nel citosol: sono ricche di galattolipidi e povere di fosfolipidi; è inoltre presente uno strato di peptidoglicani tra le due membrane. In alcuni organismi, ritenuti meno evoluti, ci sono due strati di peptidoglicani (un ricordo di ciò che era la parete cellulare) uno più spesso e importante e uno meno. [Membrana esterna: è il ricordo del plasmalemma della cellula eucariotica che ha fagocitato il cinecocistis; quella interna: è la membrana cellulare del cinecocistis; invece la parete non c'è più, è andata via via smembrandosi]. CROMOPLASTI: particolarmente colorati perché accumulano i pigmenti detti carotenoidi --> il colore varia da giallo, arancio a rosso.

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Il carotenoide rosso del pomodoro: licopene --> utile contro i tumori alla prostata. Struttura: Doppia membrana Al centro: nucleoide e tutte le caratteristiche del plastidio Lamelle poco organizzate, o comunque meno dei cloroplasti Ricchi di plastoglobuli (presenti già nel cloroplasto, ma la loro struttura diventa massiccia nel cromoplasto) Origine: 2 tipi -> es. pomodori: hanno prima i cloroplasti che poi diventano cromoplasti. I grana, i tilacoidi e le clorofille vengono smantellati. Le clorofille hanno una struttura ad anello con almeno 4 atomi di azoto che, nel momento dello smantellamento, viene recuperato e inviato al seme che lo utilizza per completare il suo sviluppo --> si ottiene la nuova generazione. I cromoplasti quindi derivano dall'invecchiamento del cloroplasto. [Il pomodoro accumula licopene e quindi è di colore rosso perché questo attira l'attenzione anche a lunghe distanze --> il mammifero si ciba del pomodoro e ne diffonde i semi]. -> es. carota, rapa, zucca: i loro proplastidi non diventano cloroplasti perche non vedono luce. Quindi il cromoplasto si origina ex novo dal proplastidio. Ulteriori differenze: i cromoplasti sono di solito più piccoli dei cloroplasti (nella stessa specie) e gli ultimi presentano gli enzimi per la fotosintesi clorofilliana. CURIOSITÀ: esempio di differenziamento di cromoplasto sono LE CLEMENTINE (sono un ibrido, sono sterili infatti non hanno semi) --> la trasformazione da cloroplasti a cromoplasti è stimolata con le gibelline. Organi diversi, in momenti diversi, possono accumulare tipi di carotenoidi diversi, formati da proteine diverse --> questo si verifica perché sono diversi il tipo di geni prodotti --> si attivano vie metaboliche diverse. Una volta che parte la maturazione essa può essere rallentata, ma è irreversibile. Quando il pomodoro arriva a maturazione anche l'attività del cromoplasto incomincia a diminuire --> la maturazione quindi è sinonimo di invecchiamento. Nella foglia la transizione è dal cloroplasto al gerontoplasto (plastidio che invecchia, è comunque simili a un cloroplasto) --> l'azoto smantellato va o nella radice o negli organi dormienti del fusto recupero presenti nel fusto. LEUCOPLASTI: sono un gruppo che coinvolgono più plastidi diversi, sono apigmentati --> senza colore, (tranne l'eccezione di elaioplasti al TEM perché contengono acidi grassi che assorbono tetrossido di osmio); gli altri due tipi di plastidi sono i proteinoplasti (immagazzinano sostanze di riserva sotto forma di proteine, presenti nei semi o nelle radici) e gli amiloplasti (accumulano amido, secondario, e si trovano nelle zone più interne degli arbusti, quelle di riserva). Le sostanze di riserva delle piante non sono solo amido (spesso presente nel seme), ma alcune specie ne hanno sotto forma di proteine (es. legumi --> hanno proteinoplasti); e non sempre le riserve sono contenute nei plastidi. Le proteine riescono ad immagazzinare energia in un modo molto simile agli zuccheri; sorgente di molte kilocalorie sono le riserve sotto forma di grassi --> presenti negli elaioplasti --> nelle piante con questi organelli c'è un seme più leggero. Elaioplasti: hanno DNA e intensa attività di trascrizione, e quando inizia l'accumulo, che è visibile come un insieme di granuli, assumono una forma quiescente. Proteinoplasti: hanno granuli e pile (elettrontrasparenti), si ritrovano molto nelle cellule del floema.

Amiloplasti: colorati con iodio, molto spesso gli amiloplasti maturi coincidono con i granuli di amido. Questi organelli sono specie-specifiche --> hanno forme molto diverse nelle differenti specie (caratteristica utile per controllare e stabilire le derrate alimentari) Ci sono degli amiloplasti particolari --> s...